Novinky - Oceľová konštrukcia: Kľúčový konštrukčný systém v modernom inžinierstve

V súčasnej architektúre, doprave, priemysle a energetickom inžinierstve,oceľová konštrukciaVďaka svojim dvojitým výhodám, či už ide o materiál alebo konštrukciu, sa stala kľúčovou hnacou silou inovácií v strojárskych technológiách. Použitím ocele ako hlavného nosného materiálu prekonáva obmedzenia tradičných konštrukcií prostredníctvom industrializovanej výroby a modulárnej inštalácie a poskytuje efektívne riešenia pre širokú škálu zložitých projektov.

Výhody a nevýhody oceľových konštrukcií - CHINA ROYAL STEEL

Definícia a povaha oceľovej konštrukcie
Oceľová konštrukcia označuje nosný konštrukčný systém zložený zoceľové plechy, oceľové profily (H nosníky, U kanály, uhlová oceľatď.) a oceľové rúry, zaistené zváraním, vysokopevnostnými skrutkami alebo nitmi. Jeho podstatou je využiť vysokú pevnosť a húževnatosť ocele na rovnomerný prenos vertikálneho zaťaženia (vlastná hmotnosť a hmotnosť zariadení) a horizontálneho zaťaženia (vietor a zemetrasenia) z budovy alebo projektu na jej základy, čím sa zabezpečí stabilita konštrukcie. V porovnaní s betónovými konštrukciami spočíva hlavná výhoda oceľových konštrukcií v ich mechanických vlastnostiach: ich pevnosť v ťahu môže dosiahnuť viac ako 345 MPa, čo je viac ako 10-krát viac ako u bežného betónu; a ich vynikajúca plasticita im umožňuje deformovať sa pod zaťažením bez zlomenia, čo poskytuje dvojitú záruku bezpečnosti konštrukcie. Táto vlastnosť ich robí nenahraditeľnými v scenároch s veľkým rozpätím, výškovými budovami a ťažkým zaťažením.

Hlavné typy oceľových konštrukcií

(I) Klasifikácia podľa štrukturálnej formy
Rámová konštrukcia brány: Táto konštrukcia, zložená zo stĺpov a nosníkov, tvorí rám v tvare „brány“ spojený s nosným systémom. Je vhodná pre priemyselné závody, logistické sklady, supermarkety a iné stavby. Bežné rozpätia sa pohybujú od 15 do 30 metrov, pričom niektoré presahujú 40 metrov. Komponenty je možné prefabrikovať v továrňach, čo umožňuje inštaláciu na mieste už za 15 až 30 dní. Napríklad sklady spoločnosti JD.com v ázijskom logistickom parku č. 1 využívajú primárne tento typ konštrukcie.
Priehradová konštrukcia: Táto konštrukcia pozostáva z rovných tyčí spojených uzlami, ktoré vytvárajú trojuholníkovú alebo lichobežníkovú geometriu. Tyče sú vystavené iba axiálnym silám, pričom plne využívajú pevnosť ocele. Priehradové konštrukcie sa bežne používajú v strechách štadiónov a hlavných rozpätiach mostov. Napríklad pri rekonštrukcii Pekinského štadióna robotníkov sa použila priehradová konštrukcia na dosiahnutie 120-metrového rozpätia bez stĺpov.
Rámové konštrukcie: Priestorový systém tvorený pevne spojenými nosníkmi a stĺpmi ponúka flexibilné pôdorysy a je bežnou voľbou pre výškové kancelárske budovy a hotely.
Mriežkové štruktúry: Priestorová mriežka zložená z viacerých prvkov, často s pravidelnými trojuholníkovými a štvorcovými uzlami, ponúka silnú integritu a vynikajúcu odolnosť voči zemetraseniu. Široko sa používajú v letiskových termináloch a kongresových centrách.

(II) Klasifikácia podľa charakteristík zaťaženia
Ohybové prvky: Tieto prvky, ktoré predstavujú nosníky, odolávajú ohybovým momentom s tlakom v hornej časti a ťahom v dolnej časti. Často používajú H-profily alebo zvárané krabicové profily, ako sú napríklad žeriavové nosníky v priemyselných závodoch, a musia spĺňať požiadavky na pevnosť aj odolnosť proti únave.
Axiálne zaťažené prvky: Tieto prvky sú vystavené iba axiálnemu ťahu/tlaku, ako napríklad priehradové ťahače a mriežkové prvky. Ťahové tyče sú navrhnuté pre pevnosť, zatiaľ čo tlačné tyče vyžadujú stabilitu. Zvyčajne sa používajú kruhové rúry alebo uhlové oceľové profily. Excentricky zaťažené komponenty: Tieto sú vystavené axiálnym silám aj ohybovým momentom, ako napríklad rámové stĺpy. Vzhľadom na excentricitu zaťaženia na koncoch nosníka sú na vyváženie síl a deformácií potrebné symetrické prierezy (ako napríklad krabicové stĺpy).

Hlavné výhody oceľových konštrukcií
(I) Vynikajúce mechanické vlastnosti
Vysoká pevnosť a nízka hmotnosť sú najvýznamnejšími výhodami oceľových konštrukcií. Pri danom rozpätí je vlastná hmotnosť oceľového nosníka iba 1/3 až 1/5 vlastnej hmotnosti betónového nosníka. Napríklad oceľový priehradový nosník s rozpätím 30 metrov váži približne 50 kg/m, zatiaľ čo betónový nosník váži viac ako 200 kg/m. To nielen znižuje náklady na základy (o 20 % – 30 %), ale tiež zmierňuje seizmické účinky, čím sa zlepšuje seizmická bezpečnosť konštrukcie.
(II) Vysoká efektívnosť výstavby
Viac ako 90 % oceľových konštrukčných komponentov je prefabrikovaných v továrňach s milimetrovou presnosťou. Inštalácia na mieste vyžaduje iba zdvíhanie a pripojenie. Napríklad 10-poschodová oceľová kancelárska budova trvá od výroby komponentov po dokončenie iba 6 – 8 mesiacov, čo predstavuje 40 % skrátenie doby výstavby v porovnaní s betónovou konštrukciou. Napríklad prefabrikovaný oceľový rezidenčný projekt v Šen-čene dosiahol rýchlosť výstavby „jedno poschodie za sedem dní“, čím sa výrazne znížili náklady na pracovnú silu na mieste.
(III) Silná odolnosť voči zemetraseniu a trvanlivosť
Húževnatosť ocele umožňuje oceľovým konštrukciám rozptyľovať energiu deformáciou počas zemetrasení. Napríklad počas zemetrasenia vo Wen-čchuane v roku 2008 utrpela továreň na oceľové konštrukcie v Čcheng-tu iba miernu deformáciu a nehrozilo jej zrútenie. Okrem toho, po antikoróznej úprave (galvanické zinkovanie a náter) môže mať oceľ životnosť 50 – 100 rokov s oveľa nižšími nákladmi na údržbu ako pri betónových konštrukciách.
(IV) Ochrana životného prostredia a udržateľnosť
Miera recyklácie ocele presahuje 90 %, čo umožňuje jej opätovné tavenie a spracovanie po demolácii, čím sa eliminuje znečistenie stavebným odpadom. Okrem toho oceľová konštrukcia nevyžaduje žiadne debnenie ani údržbu, vyžaduje si minimálne mokré práce na mieste a znižuje emisie prachu o viac ako 60 % v porovnaní s betónovými konštrukciami, čo je v súlade s princípmi zelenej výstavby. Napríklad po demontáži štadióna Ice Cube pre zimné olympijské hry v Pekingu v roku 2022 boli niektoré komponenty opätovne použité v iných projektoch, čím sa dosiahla recyklácia zdrojov.

Široké uplatnenie oceľových konštrukcií
(I) Výstavba
Verejné budovy: Štadióny, letiská, kongresové a výstavné centrá atď. sa spoliehajú na oceľové konštrukcie na dosiahnutie veľkých rozpätí a priestranných návrhov.
Obytné budovy: Prefabrikované oceľové konštrukcie domov sú čoraz populárnejšie a dokážu splniť personalizované požiadavky na bývanie.
Komerčné budovy: Supervýškové kancelárske budovy a nákupné centrá, ktoré využívajú oceľové konštrukcie na dosiahnutie zložitých návrhov a efektívnej výstavby.
(II) Doprava
Mostné inžinierstvo: Mosty cez more a železničné mosty. Oceľové mosty ponúkajú veľké rozpätia a silnú odolnosť voči vetru a zemetraseniu.
Železničná doprava: Prístrešky staníc metra a nosníky koľají ľahkej železnice.
(III) Priemyselné
Priemyselné závody: Závody ťažkých strojov a hutnícke závody. Oceľové konštrukcie dokážu odolať zaťaženiu veľkých zariadení a uľahčiť následné úpravy zariadení.
Skladovacie zariadenia: Sklady s chladiacim reťazcom a logistické centrá. Portálové rámové konštrukcie spĺňajú požiadavky na skladovanie s veľkým rozpätím a rýchlo sa montujú a uvádzajú do prevádzky.
(IV) Energia
Energetické zariadenia: Hlavné budovy tepelných elektrární a prenosové veže. Oceľové konštrukcie sú vhodné pre vysoké zaťaženie a náročné vonkajšie prostredie. Nová energia: Veže veterných turbín a montážne systémy fotovoltaiky sa vyznačujú ľahkými oceľovými konštrukciami pre jednoduchú prepravu a inštaláciu, čo podporuje rozvoj čistej energie.