鉄骨構造プラント設計の現状と最適化対策について

国家経済の急速な発展に伴い、鉄骨構造は建設分野で重要な役割を果たし、産業用または民間用の建物に関わらず、その優れた特性により、ますます重要な役割を果たし、ますます広い市場を急速に占有しています。
その特徴は、全体的な剛性と耐震性能が優れていること、建設速度が速いこと、軽量であること、高い耐荷重能力があることです。大規模スパンや超高層ビルでは、鉄筋コンクリート構造の代わりに利用されていますが、耐火性能が低い、腐食しやすいなどの欠点もあります。鉄骨構造の役割をより良く発揮するために、設計において長所を活かし、短所を回避することが重要です。ここでは、鉄骨構造工場の設計と最適化対策の現状について分析します。

1. 鉄骨構造工場概要

1.1. 鉄骨構造工場の優位性

現在、我が国のエンジニアリングプラントの設計と建設において、人々は主に鉄骨構造材料を主要な建設材料として使用しています。その利点は主に以下の点に反映されています。

(1) 産業用プラントの現場建設において、鉄骨構造材料は工業化された大量生産が可能であり、建設に使用される機械設備は現場で組み立てることができます。
したがって、これによりプロジェクトの建設期間が大幅に短縮され、プロジェクト全体の投資コストが削減されます。

(2) 鉄骨構造材料とコンクリート構造材料を比較すると、鉄骨構造材料は軽量で高強度という特徴があります。したがって、実際の適用において、建物の構造の使用中に発生する荷重を大幅に削減できるだけでなく、プラント構造の安定性と信頼性を効果的に向上させることもできます。
また、鉄骨構造は、信頼性の高い防食対策を講じた後、強い耐食性も備えており、これにより、産業用プラント構造は使用中に外部環境要因の影響を受けず、構造の安定性と耐久性の問題が解決されます。

(3) 鉄骨構造材料は、使用中の強度が比較的高いだけでなく、投資コストも比較的低く、何度もリサイクルできるため、鉄骨構造産業用プラントは優れた環境保護と省エネ機能を備えており、中国の社会経済の持続可能な発展に強固な基盤を築いています。

1.2. 鉄骨構造産業用プラントの設計原則

産業用建物の鉄骨構造設計では、エンジニアリングの実際の状況から出発し、輸送、設置、使用の過程で構造物の強度、安定性、剛性の要件を満たすために、合理的な材料選択、構造スキーム、構造対策を行う必要があります。防火、防食の要件に準拠し、GMとコンポーネントの標準化を優先し、生産、設置作業を削減する必要があります。
鉄骨構造設計文書には、建物の構造の設計耐用年数、使用する鋼材のグレード、および接続材料の種類（または鋼材番号）を示す必要があります。

2. 鉄骨構造産業用プラントの構造設計の主な特徴

鉄骨構造プラントは世界中で広く使用されており、特に先進国で多く見られます。
鉄骨構造工場は通常、倉庫、産業用ワークショップ、ギルドホール、展示ホール、浄化ワークショップ、スーパーマーケットに適しています。設計の主な特徴は次のとおりです。

(1) 広々とした空間とスパンを持ち、建物の品質は軽量で高強度です。

(2) 設計は一般的に最も先進的な方法を採用しており、鋼材の耐衝撃性、変形能力、耐衝撃性、剛性などの要件を完全に満たすことができます。

(3) 鉄骨構造の建物は繰り返し使用でき、移動が非常に便利であり、多くの鋼材の無駄を避け、環境汚染から保護します。

(4) 鉄骨構造は独特で軽量であり、実際の占有面積が小さく、適用範囲が広く、建物内の使用空間が増加しています。

コンポーネントは標準化されており、よく作られており、便利で迅速な設置が可能であり、建設期間を効果的に短縮し、投資コストを削減します。

信頼性の高い防火および防食対策を採用することで、より高い耐火性と強い耐食性を備えています。

3. 鉄骨構造産業用プラントの設計現状と最適化対策

軸力と曲げモーメントの結合効果、および全体的な安定性と局所的な安定性の関係は、鉄骨構造プラントの安定性の研究における重要な問題です。
現在、鉄骨構造プラントの設計における安全率は、全体と部分の相関関係を反映できません。
構造パラメータは不確実であり、構造応答は大きく異なり、ランダムパラメータ構造の極値は不安定な状態にあります。
したがって、鉄骨構造プラントの設計を継続的に最適化し、その性能と安全性能を向上させる必要があります。

3.1. 鋼材の断熱と防火の最適化

鋼材は非常に高い熱伝導率を持ち、熱伝導率は50 W (m.℃)であり、熱が100℃を超えると引張強度が低下し、可塑性が増加します。
温度が250℃に達すると、鋼材の引張強度はわずかに増加しますが、可塑性は減少し、青色脆性現象が現れます。
温度が500℃に達すると、鋼材の強度は非常に低いレベルに低下し、鉄骨構造が崩壊する原因となります。
したがって、鉄骨構造の環境温度が150℃を超える場合は、断熱と防火の設計を行う必要があります。
そのアプローチは一般的に、鉄骨構造の外側に耐火レンガ、コンクリート、または硬質耐火板を包むことです。
または、鉄骨構造に厚いコーティングタイプの難燃性塗料を塗布し、厚さは「鉄骨構造難燃性塗料技術規則」に従って計算します。

3.2. 鉄骨構造産業用プラントのファサード設計の最適化

軽量鉄骨構造の建設は、主に次の4つの側面によって特徴付けられます。スケール、ライン、色、変化。

鉄骨構造産業用プラントのファサードは、主にプロセスレイアウトによって決定されます。プロセスを満たすという要件の下で、ファサードはシンプルで壮大であり、ノードはできるだけシンプルで統一されています。
カラー成形鋼板は、軽量鉄骨工場の建物を軽くてカラフルに見せ、重くて単調な従来の鉄筋コンクリート構造よりも明らかに優れています。
軽量鉄骨工場の設計では、メインエントランス、外側の雨どい、エッジフラッディングなどの場所に、ジャンプカラーとクールカラーがよく使用され、現代の工場の建物の壮大な様子を反映するだけでなく、ファサード効果も豊かにしています。

従来の鉄筋コンクリート構造の産業用工場建物では、外壁のメンテナンスはレンガ造りであり、外装は塗装またはレンガであり、リボンで補完されています。コンクリート屋根の照明窓の設定効果が理想的ではないため、通常、壁の設計に多数の照明窓が設定されています。
しかし、カラープロファイル鋼板の壁のメンテナンスの場合、そうではありません。
線は、軽量鉄骨構造の建築様式の最もユニークな特徴です。水平または垂直の均一な線は、軽量鉄骨構造の建物に滑らかな金属の質感を与え、強い現代的な産業雰囲気を反映しています。

3.3. 鉄骨構造産業用プラントのサポートシステムの最適化

鉄骨構造産業用プラントの柱と屋根の間のサポートシステムの配置プロセスでは、実際の振動設備、トン数、スパン、構造形式、柱ネットワーク設定、高さ、クレーン設定を決定する必要があります。
一般的に、垂木は、屋根構造に関係なく、主に垂直ブレースに設定されます。
垂木のないシステムでは、屋根パネルは屋根トラスに溶接されて巻き付けサポートを行います。
ただし、実際の設計プロセスでは、建設条件の制約により、
設置要件を考慮して、上弦横サポートシステムを屋根トラスの上弦位置とスカイライトフレームの上弦位置に設定する必要があります。
同時に、ワークショップと屋根トラスの間のスペースが12mを超える場合、または重い振動設備と橋形クレーンがある場合は、垂直水平サポートシステムを設定する必要があります。

3.4. 鉄骨構造産業用プラントの屋根設計の最適化

鉄骨構造工場の屋根設計では、主な内容は防水です。
屋根の防水設計は、主に次の3つの側面を考慮します。1つは屋根の勾配です。
2つ目は雨どいの形式です。
3つ目は、片流れ屋根の長さです。
関連する屋根エンジニアリング技術基準を実施します。実際のプロジェクトでは、多くのワークショップの屋根の勾配は（2％〜3％）であり、実際の要件を満たしています。
材料特性、ノード処理、技術を考慮して、勾配は5％に設定する必要があります。
積雪地域では、勾配を大きくする必要があります。鉄骨構造工場の片流れ屋根の設計では、その地域の温度差と降雨量の変化に注意を払う必要があります。
関連するエンジニアリング設計データによると、プラントの性能を確保するために、片流れ屋根の長さは70m以下に制御する必要があります。
この標準値を超える場合は、特別な処理が必要です。
現在、より一般的に使用されている鉄骨構造屋根設計スキームは主に2種類あります。1つ目は、二重層カラープレス鋼板を使用することであり、その断熱綿は防水に役立ちますが、温度変化が大きく、熱膨張と冷収縮の問題を解決することは困難です。
2つ目は、断熱層、蒸気断熱層、防水層などで構成される複合フレキシブル鋼屋根システムを使用することであり、フレキシブルローリング材料の拡散は、熱膨張と冷収縮の改善に役立ちます。

3.5. 防錆処理

鉄骨構造エンジニアリングの表面は、大気に直接さらされると錆びます。鉄骨構造プラントの空気中に腐食性媒体がある場合、または鉄骨構造が湿った環境にある場合、鉄骨構造プラントの腐食はより顕著で深刻になります。
鉄骨構造の腐食は、鋼材の断面を減少させるだけでなく、鋼材の表面に錆びたピットを生成します。部材にストレスがかかると、応力集中現象が発生し、構造が早期に損傷します。
したがって、鉄骨構造工場の建物のコンポーネントの腐食防止問題には十分な注意を払い、工場の建物の浸食媒体の状況と環境条件に応じて、一般的なレイアウト、技術レイアウト、材料選択などの側面で対応する対策と措置を講じて、工場の建物の構造の安全性を確保する必要があります。
一般的な鉄骨構造防食プライマーとトップコートがよく使用され、コーティング層の数と厚さは、環境の使用とコーティングの特性に応じて決定されます。
自然大気媒体の作用下にある一般的な屋内鉄骨構造では、コーティングの厚さは100μm、つまりプライマー2回と仕上げ2回が必要です。

したがって、鉄骨構造産業用プラントの設計プロセスでは、鉄骨構造プラントの強度、安定性、耐震性能、耐久性などの性能に対する厳格な要件だけでなく、信頼性の高い防火および防食対策を講じることにも注意を払い、産業用プラント構造の安定性と信頼性を効果的に向上させる必要があります。