Aktualności - Konstrukcja stalowa: kluczowy system konstrukcyjny we współczesnej inżynierii

Współczesna architektura, transport, przemysł i inżynieria energetycznakonstrukcja stalowa, dzięki swoim podwójnym zaletom, zarówno materiałowym, jak i konstrukcyjnym, stał się siłą napędową innowacji w technologii inżynieryjnej. Wykorzystując stal jako główny materiał nośny, przekracza ograniczenia tradycyjnych konstrukcji dzięki przemysłowej produkcji i modułowemu montażowi, zapewniając wydajne rozwiązania dla szerokiej gamy złożonych projektów.

Zalety i wady konstrukcji stalowych - CHINA ROYAL STEEL

Definicja i natura konstrukcji stalowej
Konstrukcja stalowa odnosi się do nośnego układu konstrukcyjnego składającego się zpłyty stalowe, profile stalowe (Belki H, Kanały U, kątownik stalowy, itp.) oraz rury stalowe, mocowane poprzez spawanie, śruby o wysokiej wytrzymałości lub nity. Jej istotą jest wykorzystanie wysokiej wytrzymałości i udarności stali do równomiernego przenoszenia obciążeń pionowych (ciężar własny i ciężar sprzętu) oraz obciążeń poziomych (wiatr i trzęsienia ziemi) z budynku lub projektu na jego fundament, zapewniając stabilność konstrukcji. W porównaniu z konstrukcjami betonowymi, główną zaletą konstrukcji stalowych są ich właściwości mechaniczne: ich wytrzymałość na rozciąganie może sięgać ponad 345 MPa, ponad 10 razy więcej niż zwykłego betonu; a ich doskonała plastyczność pozwala im odkształcać się pod obciążeniem bez pękania, co zapewnia podwójną gwarancję bezpieczeństwa konstrukcji. Ta cecha czyni je niezastąpionymi w przypadku obiektów o dużej rozpiętości, wysokich i o dużym obciążeniu.

Główne rodzaje konstrukcji stalowych

(I) Klasyfikacja według formy strukturalnej
Konstrukcja ramowa bramy: Ta konstrukcja, składająca się z kolumn i belek, tworzy szkielet w kształcie bramy, połączony z systemem wsporczym. Nadaje się do zakładów przemysłowych, magazynów logistycznych, supermarketów i innych obiektów. Typowe rozpiętości wahają się od 15 do 30 metrów, a niektóre przekraczają 40 metrów. Elementy mogą być prefabrykowane w fabrykach, co pozwala na montaż na miejscu w ciągu zaledwie 15 do 30 dni. Na przykład magazyny JD.com w Asia No. 1 Logistics Park wykorzystują głównie ten typ konstrukcji.
Konstrukcja kratownicowa: Konstrukcja ta składa się z prostych prętów połączonych węzłami, tworząc trójkątną lub trapezową geometrię. Pręty poddawane są jedynie siłom osiowym, w pełni wykorzystując wytrzymałość stali. Konstrukcje kratownicowe są powszechnie stosowane w dachach stadionów i przęsłach głównych mostów. Na przykład, podczas renowacji Stadionu Robotniczego w Pekinie zastosowano konstrukcję kratownicową, aby uzyskać 120-metrową rozpiętość bez słupów.
Konstrukcje szkieletowe: układ przestrzenny utworzony ze sztywno połączonych belek i kolumn, który umożliwia elastyczne rozplanowanie pięter i jest powszechnie stosowanym rozwiązaniem w przypadku wysokich budynków biurowych i hoteli.
Konstrukcje siatkowe: Siatka przestrzenna złożona z wielu elementów, często o regularnych węzłach trójkątnych i kwadratowych, zapewnia wysoką integralność i doskonałą odporność na trzęsienia ziemi. Są one powszechnie stosowane w terminalach lotniczych i centrach konferencyjnych.

(II) Klasyfikacja według charakterystyki obciążenia
Elementy giętkie: Reprezentowane przez belki, elementy te przenoszą momenty zginające, ściskając u góry i rozciągając u dołu. Często wykorzystują dwuteowniki (H) lub spawane kształtowniki skrzynkowe, takie jak belki suwnicowe w zakładach przemysłowych, i muszą spełniać wymagania zarówno w zakresie wytrzymałości, jak i odporności zmęczeniowej.
Elementy obciążone osiowo: Elementy te podlegają jedynie rozciąganiu/ściskaniu osiowemu, takie jak pręty ściągające kratownicy i elementy kratownicy. Pręty ściągające są projektowane pod kątem wytrzymałości, natomiast pręty ściskane wymagają stabilności. Zazwyczaj stosuje się rury okrągłe lub kątowniki stalowe. Elementy obciążone mimośrodowo: Elementy te podlegają zarówno siłom osiowym, jak i momentom zginającym, takie jak słupy ramowe. Ze względu na mimośrodowość obciążenia na końcach belki, do zrównoważenia sił i odkształceń wymagane są przekroje symetryczne (takie jak słupy skrzynkowe).

Główne zalety konstrukcji stalowych
(I) Doskonałe właściwości mechaniczne
Wysoka wytrzymałość i niska masa to najważniejsze zalety konstrukcji stalowych. Przy danej rozpiętości, ciężar własny belki stalowej wynosi zaledwie 1/3-1/5 ciężaru własnego belki betonowej. Na przykład, stalowa kratownica o rozpiętości 30 metrów waży około 50 kg/m, podczas gdy belka betonowa waży ponad 200 kg/m. To nie tylko obniża koszty fundamentów (o 20-30%), ale także łagodzi skutki wstrząsów sejsmicznych, poprawiając bezpieczeństwo konstrukcji.
(II) Wysoka wydajność budowy
Ponad 90% elementów konstrukcji stalowych jest prefabrykowanych w fabrykach z milimetrową precyzją. Montaż na miejscu wymaga jedynie podniesienia i połączenia. Na przykład, 10-piętrowy stalowy budynek biurowy powstaje w ciągu zaledwie 6-8 miesięcy od momentu produkcji do ukończenia, co oznacza 40% skrócenie czasu budowy w porównaniu z konstrukcją betonową. Na przykład, projekt prefabrykowanego stalowego budynku mieszkalnego w Shenzhen osiągnął tempo budowy „jednej kondygnacji co siedem dni”, co znacznie obniżyło koszty robocizny na miejscu.
(III) Wysoka odporność na trzęsienia ziemi i trwałość
Wytrzymałość stali umożliwia konstrukcjom stalowym rozpraszanie energii poprzez odkształcenia podczas trzęsień ziemi. Na przykład, podczas trzęsienia ziemi w Wenchuan w 2008 roku, fabryka konstrukcji stalowych w Chengdu uległa jedynie niewielkim odkształceniom i nie groziło jej zawalenie. Co więcej, po obróbce antykorozyjnej (cynkowanie i powlekanie), stal może służyć przez 50-100 lat, a koszty jej utrzymania są znacznie niższe niż w przypadku konstrukcji betonowych.
(IV) Ochrona środowiska i zrównoważony rozwój
Wskaźnik recyklingu stali przekracza 90%, co pozwala na jej ponowne przetopienie i przetworzenie po rozbiórce, eliminując zanieczyszczenie odpadami budowlanymi. Co więcej, konstrukcje stalowe nie wymagają deskowania ani konserwacji, minimalizują ilość mokrych prac na miejscu i redukują emisję pyłu o ponad 60% w porównaniu z konstrukcjami betonowymi, co jest zgodne z zasadami zielonego budownictwa. Na przykład, po demontażu hali Ice Cube na Zimowe Igrzyska Olimpijskie w Pekinie w 2022 roku, niektóre elementy zostały ponownie wykorzystane w innych projektach, co pozwoliło na recykling zasobów.

Szerokie zastosowanie konstrukcji stalowych
(I) Budownictwo
Budynki publiczne: Stadiony, lotniska, centra kongresowe i wystawowe itp. opierają się na konstrukcjach stalowych, które pozwalają na osiągnięcie dużych rozpiętości i przestrzennych kształtów.
Budynki mieszkalne: Prefabrykowane domy o stalowych konstrukcjach cieszą się coraz większą popularnością i mogą spełniać indywidualne wymagania mieszkaniowe.
Budynki komercyjne: Bardzo wysokie budynki biurowe i centra handlowe, w których wykorzystano konstrukcje stalowe umożliwiające realizację skomplikowanych projektów i efektywną budowę.
(II) Transport
Inżynieria mostowa: Mosty morskie i kolejowe. Mosty stalowe charakteryzują się dużymi rozpiętościami oraz wysoką odpornością na wiatr i trzęsienia ziemi.
Transport szynowy: zadaszenia stacji metra i belki torowe kolei lekkiej.
(III) Przemysłowy
Zakłady przemysłowe: Zakłady ciężkiego sprzętu i zakłady metalurgiczne. Konstrukcje stalowe wytrzymują obciążenia dużego sprzętu i ułatwiają późniejsze modyfikacje.
Obiekty magazynowe: Magazyny chłodnicze i centra logistyczne. Konstrukcje ramowe portalowe spełniają wymagania dotyczące magazynowania o dużej rozpiętości, a ich montaż i uruchomienie przebiegają szybko.
(IV) Energia
Obiekty energetyczne: Główne budynki elektrowni cieplnych i wieże transmisyjne. Konstrukcje stalowe są przystosowane do dużych obciążeń i trudnych warunków zewnętrznych. Nowa Energia: Wieże turbin wiatrowych i systemy montażu ogniw fotowoltaicznych charakteryzują się lekkimi konstrukcjami stalowymi, które ułatwiają transport i montaż, wspierając rozwój czystej energii.