Новини - Стоманена конструкция: Ключова структурна система в съвременното инженерство

В съвременната архитектура, транспорт, промишленост и енергийно инженерство,стоманена конструкция, с двойните си предимства както по отношение на материала, така и на структурата, се превърна в основна движеща сила за иновациите в инженерните технологии. Използвайки стоманата като основен носещ материал, тя надхвърля ограниченията на традиционните конструкции чрез индустриализирано производство и модулен монтаж, предоставяйки ефикасни решения за широк спектър от сложни проекти.

Предимства и недостатъци на стоманените конструкции - CHINA ROYAL STEEL

Определение и същност на стоманената конструкция
Стоманената конструкция се отнася до носеща конструктивна система, съставена отстоманени плочи, стоманени профили (H-греди, U-канали, ъглова стоманаи др.) и стоманени тръби, закрепени чрез заваряване, високоякостни болтове или нитове. Същността му е да се използва високата якост и жилавост на стоманата, за да се прехвърлят равномерно вертикални натоварвания (собствено тегло и тегло на оборудването) и хоризонтални натоварвания (вятър и земетресения) от сграда или проект към основата му, осигурявайки структурна стабилност. В сравнение с бетонните конструкции, основното предимство на стоманените конструкции се крие в техните механични свойства: тяхната якост на опън може да достигне над 345 MPa, повече от 10 пъти по-голяма от тази на обикновения бетон; а отличната им пластичност им позволява да се деформират под товар, без да се счупят, осигурявайки двойна гаранция за структурна безопасност. Тази характеристика ги прави незаменими при сценарии с големи разстояния, високи сгради и тежки товари.

Основни видове стоманени конструкции

(I) Класификация по структурна форма
Структура на портална рамка: Тази конструкция, съставена от колони и греди, образува рамка с форма на „портал“, съчетана с носеща система. Подходяща е за промишлени предприятия, логистични складове, супермаркети и други конструкции. Обичайните разстояния варират от 15 до 30 метра, като някои надвишават 40 метра. Компонентите могат да бъдат предварително изработени във фабрики, което позволява монтаж на място само за 15 до 30 дни. Например, складовете на JD.com в логистичен парк №1 в Азия използват предимно този тип конструкция.
Фермова конструкция: Тази конструкция се състои от прави пръти, свързани с възли, за да образуват триъгълна или трапецовидна геометрия. Прътите са подложени само на аксиални сили, като се използва максимално здравината на стоманата. Фермовите конструкции често се използват в покриви на стадиони и главни мостови пролети. Например, при обновяването на Работническия стадион в Пекин е използвана фермова конструкция, за да се постигне 120-метров пролет без колони.
Рамкови конструкции: Пространствена система, образувана от твърдо свързващи греди и колони, предлага гъвкави етажни планове и е основният избор за високи офис сгради и хотели.
Решеткови структури: Пространствената решетка, съставена от множество елементи, често с правилни триъгълни и квадратни възли, предлага силна цялост и отлична устойчивост на земетресения. Те се използват широко в летищни терминали и конгресни центрове.

(II) Класификация по характеристики на натоварването
Огъващи се елементи: Представени от греди, тези елементи издържат на огъващи моменти, с натиск в горната част и опън в долната част. Те често използват H-образни профили или заварени кутийни профили, като например кранови греди в промишлени предприятия, и трябва да отговарят както на изискванията за якост, така и за устойчивост на умора.
Аксиално натоварени елементи: Тези елементи са подложени само на аксиално опън/натиск, като например фермени свързващи пръти и решеткови елементи. Свързващите пръти са проектирани за якост, докато натисковите пръти изискват стабилност. Обикновено се използват кръгли тръби или ъглови стоманени профили. Ексцентрично натоварени компоненти: Те са подложени както на аксиални сили, така и на огъващи моменти, като например рамкови колони. Поради ексцентричността на натоварването в краищата на гредата, са необходими симетрични напречни сечения (като например кутиеобразни колони), за да се балансират силите и деформациите.

Основни предимства на стоманените конструкции
(I) Отлични механични свойства
Високата якост и ниското тегло са най-значимите предимства на стоманените конструкции. За даден отвор, собственото тегло на стоманена греда е само 1/3-1/5 от това на бетонна греда. Например, стоманена ферма с отвор 30 метра тежи приблизително 50 кг/м, докато бетонна греда тежи над 200 кг/м. Това не само намалява разходите за фундамент (с 20%-30%), но и смекчава сеизмичните ефекти, подобрявайки сеизмичната безопасност на конструкцията.
(II) Висока строителна ефективност
Над 90% от компонентите на стоманените конструкции са предварително изработени във фабрики с милиметрова прецизност. Монтажът на място изисква само повдигане и свързване. Например, 10-етажна стоманена офис сграда отнема само 6-8 месеца от производството на компонентите до завършването им, което е с 40% по-малко време за строителство в сравнение с бетонна конструкция. Например, жилищен проект от сглобяеми стоманени конструкции в Шънджън постигна скорост на строителство от „един етаж на всеки седем дни“, което значително намали разходите за труд на място.
(III) Силна устойчивост на земетресения и издръжливост
Здравината на стоманата позволява на стоманените конструкции да разсейват енергията чрез деформация по време на земетресения. Например, по време на земетресението в Уенчуан през 2008 г., фабрика за стоманени конструкции в Ченгду претърпя само незначителна деформация и нямаше риск от срутване. Освен това, след антикорозионна обработка (поцинковане и покритие), стоманата може да има експлоатационен живот от 50-100 години, като разходите за поддръжка са далеч по-ниски от тези на бетонните конструкции.
(IV) Опазване на околната среда и устойчивост
Процентът на рециклиране на стомана надхвърля 90%, което позволява повторното ѝ топене и обработка след разрушаване, елиминирайки замърсяването със строителни отпадъци. Освен това, стоманените конструкции не изискват кофраж или поддръжка, изискват минимална мокра работа на място и намаляват емисиите на прах с над 60% в сравнение с бетонните конструкции, което е в съответствие с принципите на зеленото строителство. Например, след демонтирането на обекта Ice Cube за Зимните олимпийски игри в Пекин през 2022 г., някои компоненти бяха използвани повторно в други проекти, постигайки рециклиране на ресурсите.

Широко разпространено приложение на стоманени конструкции
(I) Строителство
Обществени сгради: Стадиони, летища, конгресни и изложбени центрове и др., разчитат на стоманени конструкции, за да постигнат големи разстояния и просторни дизайни.
Жилищни сгради: Сглобяемите жилища със стоманена конструкция стават все по-популярни и могат да отговорят на персонализираните изисквания за жилищно настаняване.
Търговски сгради: Свръхвисоки офис сгради и търговски центрове, които използват стоманени конструкции за постигане на сложни проекти и ефективно строителство.
(II) Транспорт
Мостово инженерство: Морски мостове и железопътни мостове. Стоманените мостове предлагат големи разстояния и силна устойчивост на вятър и земетресения.
Железопътен транспорт: Навеси на метростанции и греди на релсите на лекия железопътен транспорт.
(III) Промишленост
Промишлени предприятия: Заводи за тежко машиностроене и металургични заводи. Стоманените конструкции могат да издържат на натоварванията от голямо оборудване и да улеснят последващите модификации на оборудването.
Складови съоръжения: Складове със студена верига и логистични центрове. Порталните рамкови конструкции отговарят на изискванията за съхранение с големи размери и се изграждат бързо и се пускат в експлоатация.
(IV) Енергия
Енергийни съоръжения: Главни сгради на топлоелектрически централи и предавателни кули. Стоманените конструкции са подходящи за високи натоварвания и тежки външни условия. Нова енергия: Кулите на вятърни турбини и системите за монтаж на фотоволтаици са с леки стоманени конструкции за лесно транспортиране и монтаж, което подпомага развитието на чиста енергия.