Новини - Сталеві конструкції: ключова конструктивна система в сучасному машинобудуванні

У сучасній архітектурі, транспорті, промисловості та енергетичному машинобудуванні,сталева конструкція, завдяки своїм подвійним перевагам як у матеріалі, так і в конструкції, стала основною рушійною силою інновацій в інженерних технологіях. Використання сталі як основного несучого матеріалу дозволяє їй долати обмеження традиційних конструкцій завдяки промисловому виробництву та модульному монтажу, забезпечуючи ефективні рішення для широкого спектру складних проектів.

Переваги та недоліки сталевих конструкцій - CHINA ROYAL STEEL

Визначення та природа сталевої конструкції
Сталева конструкція – це несуча конструктивна система, що складається зсталеві пластини, сталеві профілі (H-подібні балки, U-канали, кутова стальтощо), а також сталеві труби, закріплені за допомогою зварювання, високоміцних болтів або заклепок. Його суть полягає у використанні високої міцності та жорсткості сталі для рівномірної передачі вертикальних навантажень (власної ваги та ваги обладнання) та горизонтальних навантажень (вітру та землетрусів) від будівлі або проекту до його фундаменту, забезпечуючи стійкість конструкції. Порівняно з бетонними конструкціями, основна перевага сталевих конструкцій полягає в їхніх механічних властивостях: їхня міцність на розтяг може сягати понад 345 МПа, що більш ніж у 10 разів перевищує міцність звичайного бетону; а їхня чудова пластичність дозволяє їм деформуватися під навантаженням, не руйнуючись, забезпечуючи подвійну гарантію безпеки конструкції. Ця характеристика робить їх незамінними у сценаріях великопрольотних, висотних та важких навантажень.

Основні типи сталевих конструкцій

(I) Класифікація за структурною формою
Каркасна конструкція воріт: Ця конструкція, що складається з колон і балок, утворює каркас у формі «воріт» та з’єднаний з опорною системою. Вона підходить для промислових підприємств, логістичних складів, супермаркетів та інших споруд. Звичайні прольоти коливаються від 15 до 30 метрів, а деякі перевищують 40 метрів. Компоненти можуть бути виготовлені заздалегідь на заводах, що дозволяє встановити їх на місці всього за 15-30 днів. Наприклад, склади логістичного парку №1 компанії JD.com в Азії переважно використовують цей тип конструкції.
Фермова конструкція: Ця конструкція складається з прямих стрижнів, з'єднаних вузлами, що утворюють трикутну або трапецієподібну геометрію. Стрижні піддаються лише осьовим силам, повністю використовуючи міцність сталі. Фермові конструкції зазвичай використовуються в дахах стадіонів та головних прольотах мостів. Наприклад, під час реконструкції Пекінського стадіону робітників було використано фермову конструкцію для досягнення 120-метрового прольоту без колон.
Каркасні конструкції: просторова система, утворена жорстко з'єднаними балками та колонами, пропонує гнучке планування поверхів і є основним вибором для висотних офісних будівель та готелів.
Сітчасті структури: Просторова сітка, що складається з кількох елементів, часто з правильними трикутними та квадратними вузлами, забезпечує міцну цілісність та чудову сейсмостійкість. Вони широко використовуються в терміналах аеропортів та конференц-центрах.

(II) Класифікація за характеристиками навантаження
Згинальні елементи: представлені балками, ці елементи витримують згинальні моменти зі стисканням зверху та розтягом знизу. Вони часто використовують H-подібні перетини або зварні коробчасті профілі, такі як підкранові балки на промислових підприємствах, і повинні відповідати вимогам як міцності, так і опору втомі.
Осьово навантажені елементи: ці елементи піддаються лише осьовому розтягу/стиску, такі як тягові елементи ферм та ґратчасті елементи. Тягові стрижні розроблені для міцності, тоді як стискаючі стрижні вимагають стійкості. Зазвичай використовуються круглі труби або кутові сталеві профілі. Ексцентрично навантажені компоненти: вони піддаються як осьовим силам, так і згинаючим моментам, такі як колони каркаса. Через ексцентриситет навантаження на кінцях балок, для збалансування сил і деформацій необхідні симетричні поперечні перерізи (такі як коробчасті колони).

Основні переваги сталевих конструкцій
(I) Відмінні механічні властивості
Висока міцність і мала вага є найважливішими перевагами сталевих конструкцій. Для даного прольоту власна вага сталевої балки становить лише 1/3-1/5 від ваги бетонної балки. Наприклад, сталева ферма прольотом 30 метрів важить приблизно 50 кг/м, тоді як бетонна балка важить понад 200 кг/м. Це не тільки зменшує витрати на фундамент (на 20%-30%), але й пом'якшує сейсмічні наслідки, підвищуючи сейсмічну безпеку конструкції.
(II) Висока ефективність будівництва
Понад 90% компонентів сталевих конструкцій виготовляються на заводах з міліметровою точністю. Для встановлення на місці потрібно лише підйом та з'єднання. Наприклад, будівництво 10-поверхової сталевої офісної будівлі займає лише 6-8 місяців від виробництва компонентів до завершення будівництва, що на 40% скорочує час будівництва порівняно з бетонною конструкцією. Наприклад, житловий проект зі збірних сталевих конструкцій у Шеньчжені досяг швидкості будівництва «один поверх кожні сім днів», що значно зменшило витрати на робочу силу на місці.
(III) Висока сейсмостійкість та довговічність
Міцність сталі дозволяє сталевим конструкціям розсіювати енергію через деформацію під час землетрусів. Наприклад, під час землетрусу у Веньчуані 2008 року завод з виробництва сталевих конструкцій у Ченду зазнав лише незначної деформації та не мав ризику обвалення. Крім того, після антикорозійної обробки (оцинкування та покриття) термін служби сталі може становити 50-100 років, а витрати на обслуговування значно нижчі, ніж у бетонних конструкцій.
(IV) Захист навколишнього середовища та сталий розвиток
Рівень переробки сталі перевищує 90%, що дозволяє її повторно плавити та переробляти після знесення, усуваючи забруднення будівельними відходами. Крім того, сталеві конструкції не потребують опалубки чи обслуговування, потребують мінімальних мокрих робіт на місці та зменшують викиди пилу більш ніж на 60% порівняно з бетонними конструкціями, що відповідає принципам зеленого будівництва. Наприклад, після демонтажу арени Ice Cube для зимових Олімпійських ігор 2022 року в Пекіні деякі компоненти були повторно використані в інших проектах, що дозволило досягти переробки ресурсів.

Широке застосування сталевих конструкцій
(I) Будівництво
Громадські будівлі: стадіони, аеропорти, конференц- та виставкові центри тощо, покладаються на сталеві конструкції для досягнення великих прольотів та просторого дизайну.
Житлові будівлі: Збірні сталеві будинки стають дедалі популярнішими та можуть задовольнити індивідуальні потреби в житлі.
Комерційні будівлі: надвисотні офісні будівлі та торгові центри, в яких використовуються сталеві конструкції для досягнення складних проєктів та ефективного будівництва.
(II) Транспортування
Мостобудування: морські мости та залізничні мости. Сталеві мости пропонують великі прольоти та високу стійкість до вітру та землетрусів.
Залізничний транспорт: навіси станцій метро та балки колій легкорейкового транспорту.
(III) Промисловий
Промислові підприємства: Заводи важкого машинобудування та металургійні заводи. Сталеві конструкції можуть витримувати навантаження великогабаритного обладнання та полегшувати подальшу модифікацію обладнання.
Складські приміщення: склади холодного ланцюга та логістичні центри. Портально-каркасні конструкції відповідають вимогам зберігання великих прольотів, швидко будуються та вводяться в експлуатацію.
(IV) Енергія
Енергетичні об'єкти: головні будівлі теплових електростанцій та вежі ліній електропередач. Сталеві конструкції підходять для високих навантажень та суворих зовнішніх умов. Нова енергетика: вежі вітрових турбін та системи кріплення фотоелектричних систем мають легкі сталеві конструкції для зручного транспортування та монтажу, що сприяє розвитку чистої енергетики.