중공업 철강 구조물: 설계 및 제작 가이드

철강 구조물을 "중공업"으로 만드는 이유

A 중공업 강철 구조물 일반 상업용 건물에서는 결코 접할 수 없는 하중(천장 크레인 시스템, 진동 기계, 고온 공정 장비, 일반 창고보다 몇 배나 무거운 지붕 또는 바닥 하중)을 운반하도록 제작되었습니다. 정의적인 특징은 크기가 아니라 내하력입니다. — 중공업 프레임은 정적 점유 하중보다는 동적, 반복적, 종종 극단적인 힘을 중심으로 설계되었습니다. 이러한 구별은 강철 등급 선택부터 연결 설계까지 이어지는 모든 결정을 형성합니다.

설계를 주도하는 부하 범주

중공업 프로젝트에 참여하는 엔지니어들은 한 번에 여러 하중 범주에 대해 부재 크기를 결정하는데, 잘못된 조합을 얻는 것은 프로젝트 도중에 비용이 많이 드는 재설계의 가장 일반적인 원인 중 하나입니다.

• 천정 주행 크레인의 수직 바퀴 하중, 측면 서지 및 세로 제동력을 포함한 크레인 하중
• 정적 중량과 진동을 모두 발생시키는 공정 용기, 압축기, 회전 기계의 장비 부하
• 용광로, 가마 또는 고온 배관이 있는 시설의 열부하
• 산업 플랜트에서 흔히 볼 수 있는 높이와 개방형 레이아웃으로 인해 바람, 지진 활동, 눈 등의 환경 부하가 증폭됩니다.

단층시설을 갖춘 50톤 오버헤드 크레인 예를 들어, 일반적으로 크레인 서비스가 없는 유사한 건물에 비해 몇 배 더 무거운 기둥 섹션과 크레인 대들보가 필요합니다. 왜냐하면 측면 서지만으로도 각 기둥의 수평 설계 힘에 10-20%를 추가할 수 있기 때문입니다.

강종 및 단면 선택

수요에 맞는 자재

대부분의 중공업 프레임은 기본 기둥과 빔에 대해 Q355 또는 이에 상응하는 구조용 강철(ASTM A572 등급 50과 비교)을 사용하며 처짐 제어가 원래 항복 강도보다 더 중요한 장 경간 트러스 또는 크레인 활주로 빔에 대해 더 높은 강도 등급을 유지합니다. 넓은 플랜지 H-섹션은 높은 관성 모멘트가 크레인 서지 및 바람으로 인한 굽힘에 저항하기 때문에 기둥 및 빔 설계를 지배하는 반면, 내장형 박스 섹션은 결합된 축 및 측면 하중에서 좌굴을 견뎌야 하는 크고 가느다란 기둥에 일반적입니다.

부식 및 화재 방지

화학적 노출, 습도 또는 연안 공기가 있는 산업 환경은 부식을 가속화하므로 사양에는 일반적으로 다음 등급의 용융 아연 도금 또는 다중 코팅 에폭시/폴리우레탄 시스템이 필요합니다. 15~25세 서비스 수명. 공정 영역에 화재 위험이 있는 경우, 팽창성 코팅 또는 스프레이 도포 방화 처리를 통해 단면 중량을 크게 늘리지 않고도 강철 부재의 내화 등급을 최대 1~2시간까지 높일 수 있습니다.

피로 및 진동에 대한 연결 설계

중공업 구조물의 연결에는 상업용 건물의 일반 볼트 체결부가 거의 경험하지 않는 반복적인 하중 주기가 있습니다. 특히 크레인 활주로 연결은 피로별 상세 설계가 아닌 표준 정적 방법을 사용하여 설계할 경우 피로 균열이 발생하기 쉽습니다. 일반적인 관행은 다음과 같습니다.

1. 반복되는 제동 부하에서 조인트 미끄러짐을 방지하기 위해 크레인 거더-기둥 조인트에서 미끄러짐이 중요한 고강도 볼트 연결을 사용합니다.
2. 가장 빈번하게 피로 균열이 발생하는 응력 집중 지점에서 급격한 단면 변화 또는 강화되지 않은 용접 방지
3. 육안 검사에만 의존하기보다는 기본 크레인 지지 부재에 대한 초음파 테스트를 통해 완전 관통 용접 지정
4. 집중된 휠 하중을 웹과 플랜지에 분산시키기 위해 베어링 지점에 보강재 플레이트 추가

단일 과부하 이벤트로 인해 피로 장애가 발생하는 경우는 거의 없습니다. 수만 번의 로드 사이클이 누적되므로 연결 세부 사항에 기본 부재 크기 조정만큼 많은 엔지니어링 관심이 필요합니다.

애플리케이션별 구조 시스템 비교

모든 중공업 건물이 동일한 구조 시스템을 사용하는 것은 아닙니다. 올바른 선택은 아래 요약된 것처럼 경간 길이, 크레인 용량 및 지붕 하중에 따라 달라집니다.

철강 톤수 이상의 비용 동인

구매자는 종종 철강 톤수만으로 중공업 프로젝트를 벤치마킹하지만 톤수는 비용의 일부만을 설명합니다. 크레인 레일 시스템, 집중 기둥 하중을 위한 기초 설계 및 장경간 트러스의 제작 허용 오차는 총 프로젝트 비용을 다음과 같이 전환할 수 있습니다. 15-30% 톤수가 동일하게 유지되는 경우에도 마찬가지입니다. 특히 기초는 조기에 주의를 기울일 가치가 있습니다. 무거운 크레인 기둥은 크레인이 아닌 건물의 등가 높이 기둥보다 몇 배 더 큰 점 하중을 전달할 수 있습니다. 이는 일반적으로 표준 상업 프로젝트에 필요한 것보다 더 깊은 파일 기초 또는 더 큰 확산 기초를 의미합니다.

제작 전에 요구되는 품질 검사

중공업 부품은 크고 부하가 중요하기 때문에 제작 후 오류를 포착하는 것은 종이에 포착하는 것보다 훨씬 더 비쌉니다. 실용적인 사전 제작 체크리스트에는 다음이 포함됩니다.

• 가정된 값이 아닌 실제 크레인 제조업체의 사양서와 비교하여 크레인 부하 데이터를 독립적으로 검증
• 사용된 모든 열수에 대한 강철 등급 및 화학 성분을 확인하는 밀 테스트 인증서
• 모든 구조용 용접, 특히 완전 관통 조인트에 대한 용접 절차 인증 기록
• 한쪽 끝에서 몇 밀리미터의 편차가 40-60m 스팬에 걸쳐 상당히 복잡해질 수 있으므로 선적 전에 긴 스팬 트러스에 대한 치수 공차 검사를 수행합니다.

이러한 검사를 최종 검사 단계로 처리하지 않고 제작 일정에 포함시키는 프로젝트에서는 설치 중 현장 맞춤 지연이 지속적으로 줄어듭니다.