Руководство по конструкции стального склада: проектирование, стоимость и сроки строительства

Типы структурных систем, используемые для стальных складских конструкций

Не все стальные конструкции построены одинаково. Покупатели складских помещений обычно выбирают одну из трех основных структурных систем, каждая из которых соответствует различным требованиям к пролетам, бюджетам и условиям площадки.

Быстровозводимые металлические здания (PEMB)

Предварительно спроектированные системы стальных конструкций проектируются с использованием стандартизированного программного обеспечения, изготавливаются на месте с точными размерами и поставляются в виде комплекта, собранного болтами. Этот метод является самым быстрым и экономичным для складов прямоугольной формы без необычных линий крыши или сложности мезонина.

Обычный стальной каркас

В традиционном каркасе используются горячекатаные широкополочные балки и колонны, проектируемые индивидуально. Он обеспечивает большую архитектурную гибкость, большую высоту карниза, более тяжелые нагрузки на кран и неправильную форму здания, но обычно стоит на 10–20 процентов дороже, чем сопоставимая сборная стальная конструкция.

Гибридные и модульные стальные системы

Гибридные системы сочетают в себе предварительно спроектированную основную раму и обычную сталь для подкрановых путей, мезонинов или офисных отсеков. Компоненты модульных стальных конструкций, изготовленные заранее в контролируемых заводских условиях, все чаще используются для сокращения графиков работы холодильных складов и автоматизированных центров выполнения заказов.

Выбор между тремя системами

Простая прямоугольная распределительная коробка со стандартной высотой карниза менее 36 футов почти всегда лучше всего обслуживается предварительно спроектированной стальной конструкцией. Объекты с неправильной площадью основания, тяжелыми мостовыми кранами, высокими мезонинными уровнями или архитектурными фасадами офисов обычно оправдывают дополнительную стоимость традиционного или гибридного каркаса.

Факторы расчетной нагрузки, которые должны учитывать инженеры

Каждая стальная складская конструкция должна быть спроектирована с учетом сочетания гравитационных и боковых нагрузок, характерных для ее места и использования. Пропуск или недооценка любой из этих категорий является наиболее распространенной причиной приказов об изменении во время проверки разрешений.

Мертвые и живые нагрузки

Собственная нагрузка включает вес рамы, крыши и постоянного оборудования. Временная нагрузка на крышу, обычно составляющая от 12 до 20 фунтов на квадратный фут в зависимости от местных норм, учитывает доступ для технического обслуживания и незначительное скопление снега, выходящее за рамки официальных расчетов снеговой нагрузки.

Снеговые и дождевые нагрузки

Снеговая нагрузка на грунт сильно различается в зависимости от региона, а геометрия крыши (плоская или пологая двускатная) меняет то, как снег стекает по парапетам, механическим экранам или соседним более высоким зданиям. Снос нагрузки на бордюр блока на крыше — частая ошибка при проектировании стальных конструкций.

Ветровые нагрузки

Расчеты давления ветра зависят от базовой скорости ветра, категории воздействия и классификации ограждения здания. Большие раздвижные или подъемные двери меняют коэффициент внутреннего давления склада и должны быть правильно смоделированы, особенно в прибрежных регионах, подверженных ураганам.

Сейсмические нагрузки

В зонах с умеренной и высокой сейсмичностью коэффициент модификации реакции выбранной системы стальных конструкций (обычная моментная рама по сравнению со специальной моментной рамой) напрямую влияет на размер элемента и детализацию соединений.

Крановые и стеллажные нагрузки

Объекты, использующие мостовые краны или высокие селективные стеллажи, создают точечные нагрузки и поперечные распорные силы, которые должны передаваться через основную раму на изолированные колонны крана или усиленные опоры.

Побочные нагрузки

Спринклерные трубы, воздуховоды, освещение и потолочные конвейерные системы добавляют побочную нагрузку, которая должна быть включена в первоначальную конструкцию каркаса; Модернизация стальной конструкции для выдерживания незапланированной побочной нагрузки после строительства обходится гораздо дороже, чем оговаривать это заранее.

Системы кровли, изоляции и климат-контроля

Тепловые характеристики стали одним из крупнейших отличий между базовой стальной складской конструкцией и объектом, построенным в соответствии с современными энергетическими нормами, особенно для хранения с контролируемой температурой или холодильного хранения.

Изолированные металлические панели в сравнении с изоляцией, применяемой на месте

Изолированные металлические панели объединяют внешнюю обшивку, изоляционный сердечник и внутреннюю облицовку в единую панель, запечатанную на заводе, обеспечивая более высокие значения R на дюйм и меньшее количество точек тепловых мостов, чем применяемая на месте изоляция из стекловолокна, накинутая между прогонами.

Пароизоляция для холодильного хранения

Здания со стальными конструкциями холодильных хранилищ требуют непрерывной пароизоляции на теплой стороне изоляции, чтобы предотвратить конденсацию внутри стены или крыши, что в противном случае может со временем привести к накоплению льда и коррозии панелей.

Вентиляция и мансардные окна

Коньковые вентиляционные отверстия, вытяжные вентиляторы с электроприводом и полупрозрачные потолочные панели снижают нагрузку на дневное освещение и управляют накоплением тепла в некондиционируемых складских помещениях, что является все более распространенным требованием в соответствии с обновленными энергетическими нормами.

Вентиляторы лучистого отопления и дестратификации

На складах со стальными конструкциями большого объема часто происходит расслаивание теплого воздуха возле крыши. Низкоскоростные вентиляторы для дестратификации большого объема выталкивают теплый воздух обратно к рабочему полу, а излучающие трубчатые обогреватели, расположенные по длине здания, обеспечивают целенаправленное тепло с меньшими потерями энергии, чем системы принудительной вентиляции в высоких открытых помещениях.

График строительства: от проектирования до заселения

Один из наиболее часто задаваемых вопросов разработчиков складских помещений касается реалистичного планирования. Хотя каждый проект зависит от размера, разрешительной юрисдикции и сложности объекта, типичная структура стального склада среднего размера следует предсказуемой последовательности.

1. Оценка площадки, геотехнические исследования и концептуальный проект, обычно от 3 до 6 недель.
2. Проектирование конструкций, подготовка чертежей разрешений и подача документов в юрисдикцию, обычно от 4 до 10 недель в зависимости от нагрузки на местные проверки.
3. Изготовление стали и утверждение рабочих чертежей обычно занимает от 8 до 14 недель, часто параллельно с планировкой площадки и работами по фундаменту.
4. Строительство фундамента и плит обычно занимает от 4 до 8 недель.
5. Монтаж стали, как правило, самый быстрый этап, часто от 2 до 6 недель для основной рамы с болтовым креплением после прибытия материала на площадку.
6. Закрытие конверта, черновая механическая, электрическая и сантехническая обработка, обычно от 6 до 12 недель.
7. Внутренняя отделка, включая установку стеллажей, докового оборудования и отделку полов, обычно занимает от 4 до 10 недель в зависимости от сложности автоматизации.
8. Заключительные проверки, ввод в эксплуатацию и ввод в эксплуатацию обычно занимают от 2 до 4 недель.

Общая продолжительность проекта от начала проектирования до ввода в эксплуатацию типичной стальной складской конструкции площадью от 100 000 до 200 000 квадратных футов обычно составляет от 9 до 14 месяцев, хотя ограниченный рынок труда и количество невыполненных разрешений могут расширить этот диапазон. Предприятия, оснащенные мощной автоматизацией или холодильными складами, часто имеют тенденцию к более длинному концу этого диапазона из-за увеличенных сроков поставки оборудования.

Стальные складские конструкции по отраслевому применению

Дизайн склада никогда не бывает универсальным. Предполагаемое использование здания определяет высоту карниза, характеристики пола, изоляционный пакет и конфигурацию причала задолго до того, как будет определен размер отдельной балки.

Центры выполнения электронной коммерции

Операции по выполнению заказов отдают предпочтение высоким карнизам, часто от 36 до 40 футов, для поддержки автоматизированных систем хранения и поиска, модулей мезонинной комплектации и плотных выборочных стеллажей. Расстояние между колоннами планируется с учетом схемы расположения конвейеров и сортировочных линий, а также с учетом структурной эффективности.

Холодное хранение и раздача продуктов питания

Склады с охлаждаемыми стальными конструкциями требуют постоянной пароизоляции, более толстых изолированных панелей и специальных уплотнений для доков, чтобы ограничить проникновение влаги во время погрузки. Плиты перекрытия в морозильных зонах часто включают системы подогрева подплиты для предотвращения морозного пучения под изолированным полом.

Производство и легкая промышленность

Производственные здания часто требуют более тяжелых сопутствующих нагрузок для мостовых кранов, технологических трубопроводов и систем сбора пыли, а также усиленных плит перекрытия для выдерживания вибрации производственного оборудования и точечных нагрузок.

Кросс-док и транспортные терминалы

На перегрузочных предприятиях глубина здания и количество перегрузочных дверей отдаются приоритету над высотой, часто используются более узкие профили здания с перегрузочными дверями вдоль обеих длинных стен, чтобы минимизировать время пребывания продукта между прибывающими и исходящими прицепами.

Самостоятельное хранение и гибкий склад

В зданиях со стальной конструкцией меньшего размера для самостоятельного хранения или гибких промышленных помещений обычно используются более короткие карнизы, меньшие нагрузки на крышу и более простая односкатная или двускатная геометрия крыши, чтобы минимизировать стоимость арендуемого квадратного фута.

Внутренние системы и отделка стальных складских конструкций

Мезонины и многоуровневые модули подбора

Склады со стальными конструкциями легко принимают антресольные платформы с болтовым соединением для дополнительного хранения или зоны комплектации и упаковки без изменения основного каркаса здания, при условии, что первоначальная конструкция учитывала дополнительные точечные нагрузки на основаниях на уровне земли.

Интеграция стеллажей

Выборочные стеллажи для поддонов, въездные стеллажи и системы с выталкиванием назад обычно крепятся непосредственно к плите перекрытия, независимо от основного стального каркаса конструкции, хотя для очень высоких стеллажей могут потребоваться боковые связи с колоннами здания в районах с высокой сейсмичностью.

Освещение и электрораспределение

Высокопролетные светодиодные светильники, подвешенные к прогонам или специальной осветительной сетке, обеспечивают равномерное освещение внутренних помещений стальных конструкций с широкими пролетами, а распределение электроэнергии на шинопроводе по длине здания упрощает перемещение оборудования в будущем по сравнению с фиксированными прокладками кабелепровода.

Доковое оборудование и погрузочные площадки

Доклевеллеры, ограничители транспортных средств, а также доковые уплотнения или укрытия согласовываются с высотой этажа здания, обычно от 48 до 52 дюймов над землей, и в момент возведения вставляются в систему стеновых панелей из стальной конструкции.

Готовность к автоматизации и робототехнике

При планировании объектов для автоматически управляемых транспортных средств, автономных мобильных роботов или автоматизированных систем хранения и поиска следует указывать допуски на плоскостность пола, расстояние между колоннами и энергетическую инфраструктуру на начальном этапе проектирования стальной конструкции, поскольку последующая модернизация этих требований является значительно более разрушительной и дорогостоящей.

Распространенные ошибки проектирования и закупок, которых следует избегать

• Недооценка сопутствующей нагрузки для будущих дополнений спринклеров, конвейеров или солнечных панелей, что впоследствии потребует дорогостоящего усиления рамы.
• Сравнение цен на стальные конструкции без подтверждения идентичности фундамента, плиты и объема изоляции у всех участников торгов.
• Неспособность согласовать размеры ворот дока и площадки для трейлеров с фактическим парком трейлеров и требованиями к радиусу поворота до окончательного утверждения плана площадки.
• Если заранее пропустить спецификацию ровности пола, то обнаружить, что плита не поддерживает запланированную автоматизацию или стеллажи с очень узкими проходами.
• Игнорирование региональных требований по защите от коррозии, особенно в прибрежных районах или местах с высокой влажностью, что сокращает срок службы панелей и крепежных элементов.
• Отсрочка координации коммунальных услуг (мощность электроэнергии, вода для противопожарной защиты) до позднего этапа проектирования, что может добавить месяцы к графику проекта строительства стальной конструкции, который в противном случае был бы быстрым.

Устойчивость и возможность вторичной переработки по окончании срока службы

Сталь является одним из наиболее перерабатываемых строительных материалов в мире, и стальную складскую конструкцию, срок службы которой подходит к концу, можно разобрать, а материал почти полностью восстановить, а не отправлять на свалку в качестве мусора при сносе. Многие производители стальных конструкций теперь сообщают о процентном содержании переработанных материалов в диапазоне от 25 до 90 процентов в зависимости от завода и типа продукции, а отражающие холодную крышу покрытия на кровельных стальных панелях могут снизить приток тепла на крыше, поддерживая более низкие охлаждающие нагрузки в кондиционируемых складских помещениях. Солнечные батареи на крыше также все чаще встречаются на крышах складских помещений из стальных конструкций, поскольку большая непрерывная площадь крыши и спроектированная дополнительная несущая способность упрощают монтаж панелей по сравнению с более фрагментированной геометрией крыш.