긴 스팬 강철 격자 쉘 구조

기존의 평면 공간 프레임 또는 포털 고정 프레임과 달리 Long Span Steel Lattice Shell Structure는 곡선형 공간 그리드 하중 지지 시스템을 활용합니다. 평평한 구조는 주로 굽힘 작용에 의존하지만 이 시스템은 쉘-아치 추력과 공간 부재의 축 작용의 조합을 통해 하중 지지 능력을 달성합니다.

이 시스템은 단순히 개별 부재의 조립이 아니라 구조 노드, 슬라이딩 베어링, 추력 방지 기초 요소, 지붕 외피 및 낙뢰/부식 방지 장치로 구성된 완전한 통합 솔루션입니다. 이는 경간 길이가 60미터를 초과하는 기둥 없는 지붕, 복잡한 곡선 형상, 바람과 눈의 하중이 심한 현장과 관련된 구조적 문제를 해결하도록 특별히 설계되었습니다. 건축 미학과 장기적인 운영 안전성의 균형을 유지하여 초대형 산업 시설 및 공공 장소 지붕을 위한 주류 선택이 되었습니다.

선택 기준 및 구별

1.1 산업 정의

Long Span Steel Lattice Shell Structure(종종 간단히 "강철 격자 쉘"이라고도 함)는 구부러진 형태의 정적으로 불확정적인 공간 격자 구조입니다. 이는 본질적으로 구형, 타원형, 원통형 및 쌍곡선 포물면 기하학을 포함하는 연속적인 곡면을 형성하기 위해 아치형으로 된 평평한 공간 프레임입니다. 정의적인 특징은 외부 수평 아치 추력이 발생하므로 내부 힘에 대응하기 위해 지지대, 링 빔 또는 추력 방지 기초가 필요하다는 것입니다. 대조적으로, 평평한 공간 프레임은 주로 수직 방향으로 하중을 견디며 수평 아치 추력을 생성하지 않습니다. 두 시스템을 지배하는 기본적인 기계적 원리는 완전히 다릅니다. 

1.2 구조적 거동의 시각적 특성

- 부재 하중: 주로 축 방향 인장 및 압축; 국부적인 굽힘 응력이 없으면 균일한 응력 분포가 보장됩니다.

- 하중 전달: 수직 지붕 하중은 곡면의 접선 방향을 따라 쉘 내의 축력으로 해석됩니다. 부하 경로가 짧아 에너지 손실이 최소화됩니다.

- 운영 적합성: 정적으로 매우 불확실한 중복 구조; 국부적인 멤버 장애로 인해 글로벌 붕괴가 발생하지 않으며 갑작스러운 바람, 눈, 지진에 대한 뛰어난 복원력을 제공합니다.

1.3 Span 및 3D Node 구성에 따른 분류

- 단층 강철 격자 쉘: 자중이 매우 낮은 단층 부재 배열; 중소 규모(15~60m) 유리 돔 및 소규모 조경 파빌리온에 적합합니다. 바람과 눈의 하중이 낮은 지역에만 적용됩니다. 주로 주강 허브 노드를 활용합니다.

- 이중층 볼트형 볼 격자 쉘: 웹 부재를 연결하는 상단 및 하단 코드로 구성된 이중층 그리드 구성. 높은 강성을 제공합니다. 표준 대형(30~100m) 석탄 창고 및 원통형 저장 쉘에 적합합니다. 표준적인 바람과 눈 조건을 갖춘 내륙 지역에 선호되는 선택입니다.

- 이중층 용접 볼 격자 쉘: 구형 노드에서 완전 관통 용접이 특징으로 변형에 대한 탁월한 저항력을 제공합니다. 강풍, 폭설이 많은 해안지역의 초대형 경간(60~200m) 및 중량물 저장시설에 적합합니다.

주요 재료 선택 기준: Q235B 강철은 경간이 60m 이하이고 지붕 하중이 0.9kN/m² 이하인 경우 선택됩니다. Q355B 강철은 60m 이상의 경간, 무거운 석탄 창고 및 해안 지역에 사용됩니다.

긴 스팬 강철 격자 쉘 구조의 포괄적인 시스템 구성요소

2.1 1차 그리드 구조 단위

맞춤형 절단 CHS(원형 중공 단면) 부재와 세 가지 유형의 특수 노드로 구성됩니다. 모든 멤버는 표준화된 길이를 사용하는 대신 표면 곡률을 기반으로 특정 길이로 절단됩니다. 모재는 이음매 없는 강관과 고주파 용접강관이 있으며, 규격은 Φ60×3.5부터 Φ219×10까지입니다. 노드 유형에 대한 차별화된 애플리케이션 시나리오:

- 볼트로 연결된 중공 구: 낮은 곡률의 원통형 쉘 및 이중층 기존 망상 쉘; 볼트를 사용하여 현장에서 조립되므로 현장 용접이 전혀 필요하지 않습니다.

- 용접된 중공 구: 큰 스팬, 무거운 하중 및 두꺼운 쉘 구조; 국부적인 압쇄 변형을 방지하기 위해 내부 환형 보강 리브가 특징입니다.

- 주강 허브 노드: 특히 단층 곡선형 돔용입니다. 플러그인 연결을 활용하고 최고 수준의 구성요소 표준화를 제공합니다.

관련 패스너: 볼트형 구형 시스템은 표준 등급 10.9 고강도 볼트, 원추형 헤드, 밀봉 플레이트 및 슬리브를 사용합니다. 용접 구체 시스템에는 표준 패스너가 없으며 경사진 모서리가 있는 완전 관통 맞대기 용접에 전적으로 의존합니다.

2.2 차별화된 지원 시스템

망상 껍질의 수평 아치 추력은 우주 프레임의 3~5배입니다. 잘못된 지지대 선택은 지붕 붕괴로 직접 이어질 수 있습니다. 네 가지 유형의 지원 및 해당 적용 시나리오:

- 고정 힌지 지지대: 건물 모서리에 위치; 수직 및 양방향 수평 변위를 억제하고, 포탄 아치 추력의 60% 이상을 견디며, 응력을 완화하기 위해 약간의 회전을 허용합니다.

- 단방향 슬라이딩 지지대: 원주 방향 또는 반경 방향을 따라 슬라이드합니다. 계절별 온도 차이로 인한 열 추력을 방출하고 열팽창 및 수축으로 인한 균열을 방지하도록 특별히 설계되었습니다.

- 인장 힌지 지지대: 해안 또는 개방된 노출된 장소에 사용됩니다. 부정적인 바람 흡입력에 저항하고 그물 모양의 껍질이 바람에 의해 들어올려지거나 찢어지는 것을 방지합니다.

- 탄성 지지대: 기초 침하가 고르지 않은 현장이나 불규칙한 이중 곡선 망상 쉘에 사용됩니다. 기초 변형에 적응하여 하중 분포를 조정합니다.

지지 액세서리: 18~30mm 두께의 베이스 플레이트, 12~20mm 측면 보강 리브, Q355B 내장 앵커 볼트 및 레벨링/미끄럼 방지 심. 

2.3 하부구조 및 추력저항에 대한 지원대책

표준 격리 파일 캡은 망상 쉘에 의해 생성된 외부 추력에 대응할 수 없습니다. 그러므로 표적 강화가 필요합니다. 기초는 C30-C35 철근 콘크리트 분리 파일 캡, 스트립 기초 또는 파일 캡을 활용합니다. 외향 변위를 억제하기 위해 기초 외부에 융기 방지 지면 빔과 콘크리트 균형추 교각을 설치합니다. 내장된 강철 베어링 플레이트의 평탄도 공차는 베어링의 원활한 슬라이딩을 보장하기 위해 2mm 이하로 설정됩니다.

2.4 지붕 인클로저 및 측면 안정성을 위한 지원 조치

지붕 인클로저 시스템은 곡선형 배럴 쉘용 알루미늄-마그네슘-망간 스탠딩 심 패널, 채광 돔용 강화 단열 유리, 밀폐형 석탄 창고용 프로파일 컬러 코팅 강철 시트 등 세 가지 유형으로 구성됩니다. 보조 구조 부재는 완전히 용융 아연 도금된 C 및 Z 섹션 도리로 구성되며 지붕 타이 로드와 처마 버팀목으로 보완됩니다. 측면 안정성은 전체 아치 추력을 포함하는 외부 철근 콘크리트 링 빔과 함께 끝 부분의 측면 변위를 방지하기 위해 박공 끝과 기둥 사이의 추가 강철 버팀대에 의해 보장됩니다. 

2.5 통합된 부식 방지, 내화 및 낙뢰 보호 시스템

- 부식 방지: 표준 내륙 현장의 경우 용융 아연 도금 두께 ≥85μm, 염수 분무에 노출된 해안 현장의 경우 ≥120μm; 손상된 아연도금의 현장 수리에는 Sa2.5 연마재 분사와 3층 에폭시 아연 함유 코팅 시스템이 포함됩니다.

- 내화성: 공공 장소는 얇은 필름의 팽창성 내화 코팅(0.5h~2.0h 내화성 등급)으로 코팅되어 있습니다. 밀폐된 산업용 석탄 창고에는 표준 내화 코팅이 필요하지 않습니다.

- 번개 보호: 상현재 부재는 자연적인 번개를 포착하는 메쉬 역할을 하며, 베어링 앵커 볼트를 통해 기초의 주 보강 막대에 연결되어 완전한 접지 회로를 형성합니다. 추가 낙뢰 보호 스트립이 필요하지 않습니다.

즉시 구현 가능한 솔루션

1. 이중층 볼트 볼 망상 쉘: 

강철 튜브 부재 + 볼트로 고정된 볼 + 단방향 슬라이딩 힌지 지지대 + 스트립 추력 방지 기초 + 컬러 코팅 강철 클래딩; 밀폐된 건조 석탄 창고 및 골재 사일로에 이상적입니다. 최저비용, 최단 공사기간.

2. 이중층 용접 볼 구형 망상 쉘: 

벽이 두꺼운 용접 튜브 + 보강된 용접 중공 구체 + 고정된 인장 저항 지지대 + 파일 캡 기초 + 알루미늄-마그네슘-망간 지붕; 경기장 및 공항 터미널의 대형 돔에 적합합니다. 바람과 눈 하중에 대해 가장 높은 이중화를 제공합니다.

3. 단층 허브 노드 강철 망상 쉘: 

표준화된 곡선형 원형 튜브 + 주철 허브 노드 + 경량 힌지 지지대 + 유리 채광창 지붕; 조경 아트리움 및 소규모 전시장에 적합합니다. 뛰어난 미적 매력을 선사합니다.

주요 실질적인 이점

1. 구조적 효율성과 비용 효율성: 

100m 스팬의 경우 강철 소비량은 이중 평면 공간 프레임보다 18%~25% 낮습니다. 쉘의 아치 효과는 자연스럽게 하중을 분산시켜 향후 구조적 보강이 필요하지 않게 해줍니다.

2. 다양한 곡선형 기하학: 

구형 또는 복잡한 이중 곡선 지붕 모양을 형성할 수 있습니다. 포털 고정 프레임의 경제적 범위 제한인 36m를 초과하고 고유한 건축 형태에 대한 승인 요구 사항을 충족합니다.

3. 자연 배수 및 누출 위험 감소: 

곡선형 기하학적 구조는 배수를 위한 고유한 경사를 제공하므로 경사를 만들기 위해 추가 채우기 층이 필요하지 않으며 지붕 누수 및 물 고임과 관련된 유지 관리 위험이 줄어듭니다.

4. 극한 상황에서도 높은 안정성: 

매우 정적으로 부정확한 구조로서 보퍼트 규모 12 바람, 눈보라 및 지역 지진 활동에 저항하는 모든 평면 강철 구조보다 성능이 뛰어납니다.

5. 모듈식 구조로 고지대 위험을 줄입니다. 

통합된 지상 조립과 유압 리프팅을 지원합니다. 고공 작업을 70% 줄여 현장 안전사고율을 낮췄습니다.

6. 낮은 수명주기 O&M 비용: 

균일한 원형 중공 섹션은 녹 제거 및 검사를 용이하게 합니다. 곡선형 지붕은 빗물과 먼지가 자연스럽게 미끄러져 내려가도록 하여 청소 빈도를 절반으로 줄입니다.

경쟁제품과의 비교분석

5.1 구조적 동작 차이

포털 고정 프레임은 평면형, 단방향 굽힘만 경험합니다. 경간이 36m를 초과하면 비용이 급증하고 곡선 모양을 형성할 수 없습니다. 플랫 스페이스 프레임은 수평 아치 추력 없이 공간 장력과 압축에만 의존합니다. 이를 곡면에 적용하려면 수많은 비표준 구성 요소가 필요하므로 비용이 40% 이상 증가합니다. 긴 경간 강철 격자 쉘 구조는 양방향 공간 아치 동작을 활용하여 곡면에 자연스럽게 적합하게 만들고 초대형 경간에서 상당한 비용 이점을 제공합니다.

5.2 구조 및 인클로저의 차이점

공간 프레임은 일반적으로 높이에서 하나씩 조립해야 하므로 현장 유연성이 제한됩니다. 강철 격자 쉘은 제한된 공간에 적합한 회전 슬라이딩 기술을 포함하여 네 가지 건축 방법을 선택할 수 있습니다. 인클로저와 관련하여 강철 격자 쉘의 곡률은 알루미늄-마그네슘-망간 패널 및 곡면 유리와 완벽하게 정렬되어 지붕 패널의 비틀림 응력을 제거하고 향후 균열 위험을 줄입니다.

5.3 부식방지 처리의 차이점

구조 부재는 완전히 이음매 없는 원형 튜브로 구성되어 앵글이나 채널 강철에서 발견되는 먼지가 갇히는 "불감대"를 제거합니다. 이는 용융 아연도금 및 코팅 적용 중에 완벽한 커버리지를 보장하며 평면형 공간 프레임에 비해 해안 환경의 부식 방지 수명을 8~12년 연장합니다. 카테고리별 표준화된 처리 워크플로우

6.1 이중층 볼트 볼 공간 프레임의 주류 처리 작업 흐름

1. 볼트 볼 정밀 가공: 원형 단조 블랭크 → 구면 선반 마감 → 특정 각도/곡률의 다단계 드릴링 및 태핑 → 내부 균열에 대한 자분 입자 검사(MPI) → 용융 아연 도금.

2. 부재 정밀 가공: 강관 길이에 맞게 CNC 절단 → 원추형 헤드 가공 → 양쪽 끝 완전 침투 CO2 원주 용접 → 중요 부재 20%에 대한 초음파 테스트(UT, Grade II) → 녹 제거를 위한 쇼트 블라스팅(Sa 2.5) → 용융 아연 도금.

3. 액세서리 처리: 등급 10.9 볼트의 담금질, 템퍼링 및 검사; 나사산 맞춤 공차를 보장하기 위해 슬리브와 고정 나사를 동시에 아연 도금합니다.

4. 공장 사전 조립 : 1:1 스케일 곡면 조립 지그 건립 → 부채꼴 유닛 시험 조립 → 구형 상승 및 볼트 삽입 깊이 확인 → 비표준 부재 조정.

5. 구역별 포장: 원주 및 방사형 번호를 기준으로 분류된 포장 → 현장 조립 순서 표시.

6. 현장설치 : 서포트 레벨링 → 하현재 그리드 조립 → 웹부재 및 상현재 클로저 설치 → 고강도 볼트 최종체결 → 아연도금 터치업 및 방화코팅.

6.2 이중층 용접 볼 공간 프레임의 전문 작업 흐름

강판 반구 스탬핑 → 베벨링 → 내부 환형 보강 리브 조립 → 구 폐쇄를 위한 서브머지드 아크 용접(SAW) → 100% UT(Grade II) 용접 검사 → 구 연삭 및 아연 도금; 각 용접에 대한 검사 및 승인과 함께 부재를 구에 대한 현장 완전 관통 베벨 용접.

6.3 단일 레이어 허브-노드 공간 프레임을 위한 전문화된 작업 흐름

주강 노드의 정밀 주조 → 다방향 연결 슬롯 가공 → 곡선형 튜브 끝단 밀링 → 공장 단위 시험 조립 → 전체 아연 도금; 삽입 및 볼트 잠금을 통한 현장 조립 - 현장에서 화기 작업이나 용접이 필요하지 않습니다.

6.4 지지대에 대한 표준화된 처리 작업 흐름

베이스 플레이트 및 보강재 플레이트의 CNC 절단 → 베벨링, 조립 및 용접 → 슬라이딩 표면의 정밀 밀링 → 용접 검사 → 앵커 볼트 아연 도금 및 전체 세트 포장.

종합적인 영어 성과 매개변수

7.1 부재와 접합부의 기하학적 변수

일반 강관 규격 : Ø60×3.5, Ø76×4, Ø89×4, Ø114×4, Ø140×6, Ø159×8, Ø180×10, Ø219×10

기존 그리드 간격: 구형 및 원통형 격자 쉘의 경우 1.5m ~ 3.5m

부재 가공 공차 : 전체 길이 편차 ±1.0mm, 선형성 ≤ L/1000

볼트형 구형 노드: 직경 Φ120~Φ400mm, 벽 두께 12~20mm, 나사 구멍 각도 공차 ±15′

용접된 중공 구형 노드: 직경 Φ200~Φ500mm, 내부 보강 링이 있는 벽 두께 14~22mm

지지 베이스 플레이트 : 두께 18~30mm, 스티프너 플레이트 12~20mm, 앵커 볼트 재질 Q355B

7.2 재료의 기계적 성질표

7.3 스팬 및 하중 지지 매개변수

단층 격자 쉘 경제적인 범위: 15m~60m

이중층 볼트형 구형 격자 쉘 경제적인 범위: 30m~100m

이중층 용접 구형 격자 쉘 최대 범위: 60m~200m

지붕 하중 지수: 고정 하중 0.35~0.90kN/㎡, 활하중 0.5~1.2kN/㎡; 폐쇄형 석탄 창고 활하중 최대 2.5kN/㎡

온도 변형 제어: 매우 긴 원통형 쉘은 온도 아치 추력을 방출하기 위해 단방향 슬라이딩 지지대를 채택해야 합니다.

7.4 용접검사기준

볼트형 구형 파이프 원주 용접: 2등급 용접, 주요 부재에 대한 20% UT 초음파 검사, 국가 핵심 프로젝트에 대한 100% 검사

용접 구형 맞대기 용접: 완전 용입 등급 2 용접, 고하중 격자 쉘에 대한 100% UT 검사

7.5 부식 방지 및 방화 기술 지수

공장 용융 아연 도금: 내륙 지역의 경우 ≥85μm, 해안 염수 안개 지역의 경우 ≥120μm

현장 수리 표준: Sa2.5 샌드 블라스팅, 3층 페인트 시스템의 경우 총 건조 필름 두께 ≥120μm

내화 지속 시간: 공공 건물 박층 내화 코팅의 경우 0.5h/1.0h/1.5h/2.0h

7.6 현장 설치 정밀 제어

링 빔 및 지지 축 편차 ≤±5mm, 지지 고도 편차 ≤±3mm

인접한 지지대의 높이 편차 ≤2mm, 전체 쉘 상승 편차 ≤설계 높이의 1/1000

7.7 프로젝트 철강 소비량 참고(투영면적)

단층채광돔 : 10~20kg/㎡

이중층 기존 행사장 원통형 쉘: 20~33kg/㎡

이중 폐쇄 석탄 창고 격자 껍질: 33~55kg/㎡

프로젝트 조건에 맞는 현장 설치 방법

긴 스팬 강철 격자 쉘 구조의 설치 계획은 제한된 공간 및 크레인 접근 제약과 같은 문제를 해결하기 위해 현장 조건에 따라 선택됩니다.

1. 고고도 대량 조립: 소규모 분산 현장에 적합하며 대형 리프팅 장비가 필요하지 않습니다.

2. 블록 조립 : 쉘을 부채꼴 블록으로 나누어 지면에서 조립한 후 별도로 들어 올립니다.

3. 전체 유압 리프팅 : 대규모 실내 장소에 선호되며 고도가 높은 작업 위험을 최소화합니다.

4. 회전 슬라이딩 설치 : 크레인 회전 반경이 제한된 좁은 해안 현장에 적합합니다.

FAQ

Q1 단일 레이어와 이중 레이어 Long Span Steel Lattice Shell 구조 중에서 어떻게 신속하게 선택합니까?

눈이 쌓이지 않고 자연 채광 요구 사항이 높은 비해안 지역의 경간이 60m 이하인 경우 단일 레이어 허브 노드 격자 쉘이 선호됩니다(30% 저렴한 비용). 60m 이상의 경간 또는 해안, 폭설 또는 무거운 하중(자재 저장) 시나리오의 경우 단일 레이어 구조와 관련된 국부적 좌굴 불안정성을 방지하기 위해 이중 레이어 격자 쉘이 필수입니다.

Q2 격자쉘에 슬라이딩 지지대를 생략할 수 있나요?

아니요. 길이가 45m를 초과하는 배럴 쉘이나 직경이 50m를 초과하는 돔의 경우 열 변형으로 인해 강철의 하중 지지 능력을 훨씬 초과하는 내부 추력이 발생합니다. 슬라이딩 지지대를 생략하면 부재가 휘어지거나 파손될 수 있습니다.

Q3 용융아연도금 후 현장에서 2차 절단이나 드릴링을 할 수 있나요?

2차 절단이나 드릴링은 금지됩니다. 모든 구멍 위치와 부재 길이는 공장에서 사전 제작되며 현장에서는 볼트 조립만 수행됩니다. 절단으로 인해 완전히 수리할 수 없는 아연 도금 코팅이 손상되어 구조물의 내식성 수명이 크게 단축됩니다.

Q4 강철 래티스 쉘과 스페이스 프레임의 장기 O&M 비용 차이는 무엇입니까?

동일한 범위에 대해 격자 쉘의 곡면은 탁월한 자가 청소 기능을 제공하여 연간 지붕 청소 비용을 45% 절감합니다. 또한 축방향 하중 부재는 피로로 인한 굽힘을 겪지 않으므로 30년 이내에 구조적 보강이 필요하지 않습니다. 따라서 O&M 성능은 평면 공간 프레임보다 훨씬 우수합니다.

HAISHENG 서비스 장점

1. 사전 구조 선택 및 설계: 사전 판매 서비스에는 기초 측면 추력 저항과 관련된 설계 오류를 방지하기 위해 현지 바람/눈 매개변수, 지진 강도 및 지질 조건을 기반으로 베어링 레이아웃 및 링 빔 보강을 위한 무료 전문 도면 제공이 포함됩니다.

2. 포괄적인 이중 언어 문서: 재료 보고서, 용접에 대한 초음파 테스트(UT) 보고서, 아연 도금 인증서 및 설치 구조 계산을 포함하여 영어와 중국어로 전체 문서를 제공하여 해외 감독자와 통관의 요구 사항을 직접 충족합니다.

3. 국경 간 운송을 위한 보호 포장: 구형 노드는 개별적으로 버블 랩으로 포장됩니다. 얇은 부재는 보호용 코너 가드가 있는 강철 랙에 묶여 있습니다. 모든 품목은 해상 화물에 적합한 밀봉된 염수 분무 방지 포장을 갖추고 있습니다.

4. 24/7 이중 언어 원격 기술 안내: 슬라이딩 베어링 레벨링, 단계별 볼트 조임 및 링 빔 접합을 다루는 실시간 비디오 지원.

5. 포괄적인 보증 범위: 주요 구성원에 대한 5년 구조 보증; 용융 아연 도금 코팅에 대한 부식 방지 보증(내륙 지역은 15년, 해안 지역은 8년); 노드 연결을 위한 평생 예비 부품 가용성.