Uutiset - Teräsrakenne: Keskeinen rakennejärjestelmä modernissa suunnittelussa

Nykyaikaisessa arkkitehtuurissa, liikenteessä, teollisuudessa ja energiatekniikassateräsrakenne, jolla on kaksi etua sekä materiaalin että rakenteen suhteen, on noussut keskeiseksi innovaatioita ajavaksi voimaksi insinööritekniikassa. Teräksen käyttäminen keskeisenä kantavana materiaalina ylittää perinteisten rakenteiden rajoitukset teollisen tuotannon ja modulaarisen asennuksen avulla ja tarjoaa tehokkaita ratkaisuja monenlaisiin monimutkaisiin projekteihin.

Teräsrakenteiden edut ja haitat - CHINA ROYAL STEEL

Teräsrakenteen määritelmä ja luonne
Teräsrakenteella tarkoitetaan kantavaa rakennejärjestelmää, joka koostuuteräslevyt, teräsprofiilit (H-palkit, U-kanavat, kulmateräs, jne.) ja teräsputkia, jotka on kiinnitetty hitsaamalla, erittäin lujilla pulteilla tai niiteillä. Sen ydin on hyödyntää teräksen suurta lujuutta ja sitkeyttä siirtämällä tasaisesti pystysuuntaisia kuormia (oma paino ja laitteiden paino) ja vaakasuuntaisia kuormia (tuuli ja maanjäristykset) rakennuksesta tai projektista sen perustuksiin, varmistaen rakenteellisen vakauden. Betonirakenteisiin verrattuna teräsrakenteiden keskeinen etu on niiden mekaanisissa ominaisuuksissa: niiden vetolujuus voi olla yli 345 MPa, yli 10 kertaa tavalliseen betoniin verrattuna; ja niiden erinomainen plastisuus mahdollistaa niiden muodonmuutoksen kuormituksen alaisena rikkoutumatta, mikä tarjoaa kaksinkertaisen takuun rakenteelliselle turvallisuudelle. Tämä ominaisuus tekee niistä korvaamattomia suurissa jänneväleissä, korkeissa rakennuksissa ja raskaiden kuormien tilanteissa.

Teräsrakenteiden päätyypit

(I) Luokittelu rakennemuodon mukaan
Porttikäytävän runkorakenne: Tämä pilareista ja palkeista koostuva rakenne muodostaa "porttikäytävän" muotoisen rungon yhdessä tukijärjestelmän kanssa. Se sopii teollisuuslaitoksiin, logistiikkavarastoihin, supermarketteihin ja muihin rakenteisiin. Yleiset jännevälit vaihtelevat 15–30 metrin välillä, ja jotkut ylittävät 40 metriä. Komponentit voidaan esivalmistella tehtaissa, mikä mahdollistaa asennuksen paikan päällä vain 15–30 päivässä. Esimerkiksi JD.comin Asia No. 1 Logistics Park -varastot käyttävät pääasiassa tämäntyyppistä rakennetta.
Ristikkorakenne: Tämä rakenne koostuu suorista tangoista, jotka on yhdistetty solmuilla muodostaen kolmion tai puolisuunnikkaan muotoisen geometrian. Tankoihin kohdistuu vain aksiaalisia voimia, jolloin teräksen lujuus hyödynnetään täysin. Ristikkorakenteita käytetään yleisesti stadionien katoissa ja siltojen pääjänneväleissä. Esimerkiksi Pekingin työväenstadionin peruskorjauksessa käytettiin ristikkorakenneta 120 metrin pylväättömän jännevälin saavuttamiseksi.
Runkorakenteet: Jäykästi toisiinsa liitetyistä palkeista ja pylväistä muodostettu tilajärjestelmä tarjoaa joustavia pohjaratkaisuja ja on yleisin valinta korkeisiin toimistorakennuksiin ja hotelleihin.
Ruudukkorakenteet: Useista jäsenistä, usein säännöllisillä kolmio- ja neliösolmuilla, koostuva spatiaalinen ruudukko tarjoaa vahvan eheyden ja erinomaisen maanjäristyskestävyyden. Niitä käytetään laajalti lentokenttien terminaaleissa ja kongressikeskuksissa.

(II) Luokittelu kuormitusominaisuuksien perusteella
Taivutuspalkit: Palkkeina esitetyt palkit kestävät taivutusmomentteja puristuksen vaikutuksesta ylhäällä ja vetovoiman alhaalla. Niissä käytetään usein H-profiileja tai hitsattuja kotelopalkkeja, kuten nosturipalkkeja teollisuuslaitoksissa, ja niiden on täytettävä sekä lujuus- että väsymiskestävyysvaatimukset.
Aksiaalisesti kuormitetut rakenneosat: Nämä rakenneosat altistuvat vain aksiaaliselle veto-/puristusvoimalle, kuten ristikkopalkit ja verkkopalkit. Ankkuriraudat on suunniteltu lujuutta silmällä pitäen, kun taas puristustangot vaativat vakautta. Tyypillisesti käytetään pyöreitä putkia tai kulmaprofiileja. Epäkeskisesti kuormitetut komponentit: Näihin kohdistuu sekä aksiaalisia voimia että taivutusmomentteja, kuten runkopilarit. Palkkien päiden kuorman epäkeskisyyden vuoksi tarvitaan symmetrisiä poikkileikkauksia (kuten kotelopilareita) voimien ja muodonmuutosten tasapainottamiseksi.

Teräsrakenteiden keskeiset edut
(I) Erinomaiset mekaaniset ominaisuudet
Teräsrakenteiden merkittävimmät edut ovat suuri lujuus ja pieni paino. Tietyllä jännevälillä teräspalkin omapaino on vain 1/3–1/5 betonipalkin omapainosta. Esimerkiksi 30 metrin jännevälin teräsristikko painaa noin 50 kg/m, kun taas betonipalkki painaa yli 200 kg/m. Tämä ei ainoastaan vähennä perustuskustannuksia (20–30 %), vaan myös lieventää maanjäristyksiä ja parantaa rakenteen maanjäristysturvallisuutta.
(II) Korkea rakentamisen tehokkuus
Yli 90 % teräsrakenteiden osista on esivalmistettu tehtaissa millimetrin tarkkuudella. Asennus paikan päällä vaatii vain nostamisen ja liitännät. Esimerkiksi 10-kerroksisen teräksisen toimistorakennuksen rakentaminen komponenttien valmistuksesta valmistumiseen kestää vain 6–8 kuukautta, mikä on 40 % lyhyempi rakennusaika betonirakenteeseen verrattuna. Esimerkiksi Shenzhenissä sijaitsevassa elementtirakenteisessa teräksisessä asuinrakennusprojektissa saavutettiin rakennusnopeus "yksi kerros seitsemän päivän välein", mikä alensi merkittävästi työvoimakustannuksia paikan päällä.
(III) Vahva maanjäristyskestävyys ja kestävyys
Teräksen sitkeyden ansiosta teräsrakenteet voivat hajauttaa energiaa muodonmuutoksen kautta maanjäristysten aikana. Esimerkiksi vuoden 2008 Wenchuanin maanjäristyksen aikana Chengdun teräsrakennetehdas kärsi vain vähäisistä muodonmuutoksista eikä romahdusvaaraa ollut. Lisäksi korroosionestokäsittelyn (sinkitys ja pinnoitus) jälkeen teräksen käyttöikä voi olla 50–100 vuotta, ja ylläpitokustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat kuin betonirakenteilla.
(IV) Ympäristönsuojelu ja kestävä kehitys
Teräksen kierrätysaste ylittää 90 %, minkä ansiosta se voidaan sulattaa ja käsitellä uudelleen purkamisen jälkeen, mikä eliminoi rakennusjätteen aiheuttaman saastumisen. Lisäksi teräsrakenteet eivät vaadi muottityötä tai huoltoa, joten työmaalla tehtävä märkätyö on vähäistä ja pölypäästöt ovat yli 60 % pienemmät betonirakenteisiin verrattuna, mikä on vihreän rakentamisen periaatteiden mukaista. Esimerkiksi vuoden 2022 Pekingin talviolympialaisten aikana puretun Ice Cube -areenan jälkeen joitakin komponentteja käytettiin uudelleen muissa projekteissa, mikä saavutti resurssien kierrätyksen.

Teräsrakenteiden laaja käyttö
(I) Rakentaminen
Julkiset rakennukset: Stadionit, lentokentät, kongressi- ja messukeskukset jne. luottavat teräsrakenteisiin suurten jännevälien ja avaruuden saavuttamiseksi.
Asuinrakennukset: Teräsrakenteiset elementtiasunnot ovat yhä suositumpia ja ne voivat vastata yksilöllisiin asumistarpeisiin.
Liikerakennukset: Erittäin korkeat toimistorakennukset ja ostoskeskukset, joissa hyödynnetään teräsrakenteita monimutkaisten suunnittelujen ja tehokkaan rakentamisen saavuttamiseksi.
(II) Kuljetus
Siltatekniikka: Meren ylittävät sillat ja rautatiesillat. Teräksestä valmistetut sillat tarjoavat suuret jännevälit ja vahvan tuulen- ja maanjäristyskestävyyden.
Rautatieliikenne: Metroasemien katokset ja pikaraitiotiepalkit.
(III) Teollisuus
Teollisuuslaitokset: Raskaskoneiden tehtaat ja metallurgiset laitokset. Teräsrakenteet kestävät suurten laitteiden kuormia ja helpottavat laitteiden myöhempiä muutoksia.
Varastointitilat: Kylmäketjuvarastot ja logistiikkakeskukset. Portaalirunkorakenteet täyttävät suurten jännevälien varastointivaatimukset ja ne on nopea rakentaa ja ottaa käyttöön.
(IV) Energia
Voimalaitokset: Lämpövoimalaitosten päärakennukset ja siirtotornit. Teräsrakenteet soveltuvat suurille kuormille ja vaativiin ulkoolosuhteisiin. Uusi energia: Tuuliturbiinitorneissa ja aurinkosähköasennusjärjestelmissä on kevyet teräsrakenteet, jotka helpottavat kuljetusta ja asennusta, mikä tukee puhtaan energian kehitystä.