Νέα - Χαλύβδινες Κατασκευές: Ένα Βασικό Δομικό Σύστημα στη Σύγχρονη Μηχανική

Στη σύγχρονη αρχιτεκτονική, τις μεταφορές, τη βιομηχανία και την ενεργειακή μηχανική,χαλύβδινη δομή, με τα διπλά πλεονεκτήματά του τόσο στο υλικό όσο και στη δομή, έχει γίνει μια βασική κινητήρια δύναμη καινοτομίας στην τεχνολογία μηχανικής. Χρησιμοποιώντας τον χάλυβα ως βασικό φέρον υλικό, ξεπερνά τους περιορισμούς των παραδοσιακών κατασκευών μέσω της βιομηχανοποιημένης παραγωγής και της αρθρωτής εγκατάστασης, παρέχοντας αποτελεσματικές λύσεις για ένα ευρύ φάσμα σύνθετων έργων.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χαλύβδινης δομής - CHINA ROYAL STEEL

Ορισμός και Φύση της Χαλύβδινης Δομής
Η χαλύβδινη κατασκευή αναφέρεται σε ένα φέρον δομικό σύστημα που αποτελείται απόχαλύβδινες πλάκες, χαλύβδινες διατομές (Δοκοί H, Κανάλια U, γωνιακός χάλυβας, κ.λπ.), και χαλύβδινοι σωλήνες, που ασφαλίζονται μέσω συγκόλλησης, βιδών υψηλής αντοχής ή πριτσινιών. Η ουσία του είναι να αξιοποιήσει την υψηλή αντοχή και ανθεκτικότητα του χάλυβα για την ομοιόμορφη μεταφορά κατακόρυφων φορτίων (νεκρό βάρος και βάρος εξοπλισμού) και οριζόντιων φορτίων (άνεμος και σεισμοί) από ένα κτίριο ή έργο στα θεμέλιά του, εξασφαλίζοντας δομική σταθερότητα. Σε σύγκριση με τις κατασκευές από σκυρόδεμα, το βασικό πλεονέκτημα των χαλύβδινων κατασκευών έγκειται στις μηχανικές τους ιδιότητες: η αντοχή τους σε εφελκυσμό μπορεί να φτάσει πάνω από 345 MPa, περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή του συνηθισμένου σκυροδέματος, και η εξαιρετική τους πλαστικότητα τους επιτρέπει να παραμορφώνονται υπό φορτίο χωρίς να σπάνε, παρέχοντας διπλή εγγύηση δομικής ασφάλειας. Αυτό το χαρακτηριστικό τα καθιστά αναντικατάστατα σε σενάρια μεγάλου ανοίγματος, υψηλών κτιρίων και βαρέων φορτίων.

Κύριοι τύποι χαλύβδινων κατασκευών

(I) Ταξινόμηση κατά Δομική Μορφή
Δομή Πλαισίου Πύλης: Αυτή η δομή, που αποτελείται από κολώνες και δοκούς, σχηματίζει ένα πλαίσιο σε σχήμα "πύλης", σε συνδυασμό με ένα σύστημα στήριξης. Είναι κατάλληλη για βιομηχανικές εγκαταστάσεις, αποθήκες logistics, σούπερ μάρκετ και άλλες κατασκευές. Τα συνηθισμένα ανοίγματα κυμαίνονται από 15 έως 30 μέτρα, με ορισμένα να υπερβαίνουν τα 40 μέτρα. Τα εξαρτήματα μπορούν να προκατασκευαστούν σε εργοστάσια, επιτρέποντας την εγκατάσταση επί τόπου σε μόλις 15 έως 30 ημέρες. Για παράδειγμα, οι αποθήκες Asia No. 1 Logistics Park της JD.com χρησιμοποιούν κυρίως αυτόν τον τύπο δομής.
Δομή Δικτύου: Αυτή η δομή αποτελείται από ευθείες ράβδους που συνδέονται με κόμβους για να σχηματίσουν μια τριγωνική ή τραπεζοειδή γεωμετρία. Οι ράβδοι υπόκεινται μόνο σε αξονικές δυνάμεις, αξιοποιώντας πλήρως την αντοχή του χάλυβα. Οι κατασκευές δικτύου χρησιμοποιούνται συνήθως σε στέγες σταδίων και κύρια ανοίγματα γεφυρών. Για παράδειγμα, η ανακαίνιση του Εργατικού Σταδίου του Πεκίνου χρησιμοποίησε μια δομή δικτύου για να επιτευχθεί ένα άνοιγμα 120 μέτρων χωρίς κολόνες.
Κατασκευές πλαισίου: Ένα χωρικό σύστημα που σχηματίζεται από άκαμπτα συνδετικές δοκούς και κολώνες προσφέρει ευέλικτες κατόψεις και αποτελεί την κύρια επιλογή για πολυώροφα κτίρια γραφείων και ξενοδοχεία.
Δομές πλέγματος: Ένα χωρικό πλέγμα που αποτελείται από πολλαπλά μέλη, συχνά με κανονικούς τριγωνικούς και τετράγωνους κόμβους, προσφέρει ισχυρή ακεραιότητα και εξαιρετική αντοχή σε σεισμούς. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε τερματικούς σταθμούς αεροδρομίων και συνεδριακά κέντρα.

(II) Ταξινόμηση ανά Χαρακτηριστικά Φορτίου
Κάμψης στοιχεία: Αντιπροσωπευόμενα από δοκούς, αυτά τα στοιχεία αντέχουν σε ροπές κάμψης, με συμπίεση στην κορυφή και εφελκυσμό στο κάτω μέρος. Συχνά χρησιμοποιούν διατομές σχήματος Η ή συγκολλημένες διατομές κιβωτίου, όπως δοκοί γερανού σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, και πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις αντοχής τόσο στην αντοχή όσο και στην κόπωση.
Αξονικά φορτισμένα στοιχεία: Αυτά τα στοιχεία υπόκεινται μόνο σε αξονική εφελκυσμό/θλίψη, όπως οι ράβδοι σύνδεσης δικτυώματος και τα στοιχεία πλέγματος. Οι ράβδοι σύνδεσης έχουν σχεδιαστεί για αντοχή, ενώ οι ράβδοι συμπίεσης απαιτούν σταθερότητα. Συνήθως χρησιμοποιούνται κυκλικοί σωλήνες ή γωνιακές χαλύβδινες διατομές. Έκκεντρα φορτισμένα στοιχεία: Αυτά υπόκεινται τόσο σε αξονικές δυνάμεις όσο και σε ροπές κάμψης, όπως οι πλαισιακές κολόνες. Λόγω της εκκεντρότητας του φορτίου στα άκρα των δοκών, απαιτούνται συμμετρικές διατομές (όπως οι κυβικές κολόνες) για την εξισορρόπηση των δυνάμεων και των παραμορφώσεων.

Βασικά πλεονεκτήματα των χαλύβδινων κατασκευών
(I) Άριστες μηχανικές ιδιότητες
Η υψηλή αντοχή και το χαμηλό βάρος είναι τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των χαλύβδινων κατασκευών. Για ένα δεδομένο άνοιγμα, το νεκρό βάρος μιας χαλύβδινης δοκού είναι μόνο το 1/3-1/5 από αυτό μιας δοκού από σκυρόδεμα. Για παράδειγμα, ένα χαλύβδινο δικτύωμα ανοίγματος 30 μέτρων ζυγίζει περίπου 50 kg/m, ενώ μια δοκός από σκυρόδεμα ζυγίζει πάνω από 200 kg/m. Αυτό όχι μόνο μειώνει το κόστος θεμελίωσης (κατά 20%-30%), αλλά και μετριάζει τις σεισμικές επιπτώσεις, βελτιώνοντας την σεισμική ασφάλεια της κατασκευής.
(II) Υψηλή Απόδοση Κατασκευής
Πάνω από το 90% των εξαρτημάτων χαλύβδινων κατασκευών είναι προκατασκευασμένα σε εργοστάσια με ακρίβεια χιλιοστού. Η εγκατάσταση επί τόπου απαιτεί μόνο ανύψωση και σύνδεση. Για παράδειγμα, ένα 10όροφο κτίριο γραφείων από χάλυβα χρειάζεται μόνο 6-8 μήνες από την παραγωγή των εξαρτημάτων έως την ολοκλήρωσή του, μείωση 40% στον χρόνο κατασκευής σε σύγκριση με μια κατασκευή από σκυρόδεμα. Για παράδειγμα, ένα προκατασκευασμένο χαλύβδινο οικιστικό έργο στη Σενζέν πέτυχε ταχύτητα κατασκευής "ενός ορόφου κάθε επτά ημέρες", μειώνοντας σημαντικά το κόστος εργασίας επί τόπου.
(III) Ισχυρή αντοχή σε σεισμούς και ανθεκτικότητα
Η σκληρότητα του χάλυβα επιτρέπει στις χαλύβδινες κατασκευές να διαχέουν ενέργεια μέσω παραμόρφωσης κατά τη διάρκεια σεισμών. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του σεισμού Wenchuan το 2008, ένα εργοστάσιο χαλύβδινων κατασκευών στο Τσενγκντού υπέστη μόνο μικρή παραμόρφωση και κανέναν κίνδυνο κατάρρευσης. Επιπλέον, μετά από αντιδιαβρωτική επεξεργασία (γαλβανισμό και επίστρωση), ο χάλυβας μπορεί να έχει διάρκεια ζωής 50-100 ετών, με κόστος συντήρησης πολύ χαμηλότερο από τις κατασκευές από σκυρόδεμα.
(IV) Προστασία του Περιβάλλοντος και Βιωσιμότητα
Τα ποσοστά ανακύκλωσης χάλυβα υπερβαίνουν το 90%, επιτρέποντας την επανατήξη και την επεξεργασία του μετά την κατεδάφιση, εξαλείφοντας τη ρύπανση από τα κατασκευαστικά απόβλητα. Επιπλέον, οι χαλύβδινες κατασκευές δεν απαιτούν ξυλότυπο ή συντήρηση, απαιτώντας ελάχιστη υγρή εργασία στο εργοτάξιο και μειώνοντας τις εκπομπές σκόνης κατά πάνω από 60% σε σύγκριση με τις κατασκευές από σκυρόδεμα, ευθυγραμμιζόμενες με τις αρχές της πράσινης δόμησης. Για παράδειγμα, μετά την αποσυναρμολόγηση του χώρου Ice Cube για τους Χειμερινούς Ολυμπιακούς Αγώνες του Πεκίνου το 2022, ορισμένα εξαρτήματα επαναχρησιμοποιήθηκαν σε άλλα έργα, επιτυγχάνοντας την ανακύκλωση πόρων.

Ευρεία Εφαρμογή Χαλύβδινων Κατασκευών
(Ι) Κατασκευές
Δημόσια κτίρια: Τα στάδια, τα αεροδρόμια, τα συνεδριακά και εκθεσιακά κέντρα κ.λπ. βασίζονται σε χαλύβδινες κατασκευές για την επίτευξη μεγάλων ανοιγμάτων και ευρύχωρων σχεδίων.
Κατοικίες: Οι προκατασκευασμένες κατοικίες με μεταλλική κατασκευή γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλείς και μπορούν να καλύψουν τις εξατομικευμένες απαιτήσεις στέγασης.
Εμπορικά κτίρια: Υπερυψωμένα κτίρια γραφείων και εμπορικά κέντρα, τα οποία χρησιμοποιούν μεταλλικές κατασκευές για την επίτευξη σύνθετων σχεδίων και αποτελεσματικής κατασκευής.
(II) Μεταφορές
Μηχανική γεφυρών: Γέφυρες που διασχίζουν θάλασσα και σιδηροδρομικές γέφυρες. Οι χαλύβδινες γέφυρες προσφέρουν μεγάλα ανοίγματα και αντοχή σε ισχυρούς ανέμους και σεισμούς.
Σιδηροδρομικές μεταφορές: Στέγαστρα σταθμών μετρό και δοκοί ελαφρών σιδηροδρομικών γραμμών.
(III) Βιομηχανική
Βιομηχανικές εγκαταστάσεις: Εργοστάσια βαρέων μηχανημάτων και μεταλλουργικά εργοστάσια. Οι χαλύβδινες κατασκευές μπορούν να αντέξουν τα φορτία μεγάλου εξοπλισμού και να διευκολύνουν τις επακόλουθες τροποποιήσεις του εξοπλισμού.
Εγκαταστάσεις αποθήκευσης: Αποθήκες ψυκτικής αλυσίδας και κέντρα logistics. Οι κατασκευές με πλαίσιο πύλης πληρούν τις απαιτήσεις αποθήκευσης μεγάλου ανοίγματος και κατασκευάζονται και τίθενται σε λειτουργία γρήγορα.
(IV) Ενέργεια
Εγκαταστάσεις ισχύος: Κεντρικά κτίρια θερμοηλεκτρικών σταθμών και πύργοι μεταφοράς. Οι μεταλλικές κατασκευές είναι κατάλληλες για υψηλά φορτία και αντίξοα εξωτερικά περιβάλλοντα. Νέα Ενέργεια: Οι πύργοι ανεμογεννητριών και τα φωτοβολταϊκά συστήματα στήριξης διαθέτουν ελαφριές χαλύβδινες κατασκευές για εύκολη μεταφορά και εγκατάσταση, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη καθαρής ενέργειας.