Αρχές Σχεδιασμού Σταθερότητας Χαλύβδινων Κατασκευών

Περίληψη: Ως κύρια μορφή κατασκευής στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό, ατσάλινη κατασκευή χρησιμοποιείται ευρέως στο σχεδιασμό του μεγάλα εργαστήρια, γέφυρες και πολυώροφα κτίρια. Ο χάλυβας κατασκευής που χρησιμοποιείται στη χαλύβδινη δομή έχει πολλά πλεονεκτήματα όπως αντιπαραμόρφωση, αντοχή στη διάβρωση, αντοχή σε σεισμό και απαιτήσεις προστασίας του περιβάλλοντος, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως στον τομέα του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού.

Όταν οι μεταλλικές κατασκευές χρησιμοποιούνται σε κατασκευαστικά έργα, η δομική τους σταθερότητα, ως κρίσιμος δείκτης, καθορίζει άμεσα την ποιότητα και τη διάρκεια ζωής των κτιρίων. Βασισμένο στο K-homeΜε την πολυετή εμπειρία του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού, αυτή η εργασία συζητά τη σταθερότητα των μεταλλικών κατασκευών στην κατασκευαστική μηχανική και παρέχει αναφορές για αντίστοιχα θέματα.

Πρόλογος

Στη μακρά ανάπτυξη της τεχνολογίας της κατασκευαστικής μηχανικής, η μεταλλική κατασκευή κατέχει σημαντική θέση. Επί του παρόντος, ως κύρια αρχιτεκτονική δομή, χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα αρχιτεκτονικά σχέδια, ειδικά σε εργοστάσια, γέφυρες, αεροδρόμια, θέατρα, σούπερ πολυώροφα κτίρια. και άλλα μεγάλα κτίρια.

Τον περασμένο αιώνα, λόγω της υπανάπτυκτης τεχνολογίας τήξης χάλυβα και της υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα του χάλυβα κατασκευής, η σκληρότητα και η αντοχή του στη διάβρωση έκαναν τις μεταλλικές κατασκευές να μην εκτιμώνται στον τομέα του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού και κάποτε περιθωριοποιήθηκαν και σχεδόν εξαλείφθηκαν.

Τα τελευταία χρόνια, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας τήξης μετάλλων, έχει παραχθεί ευρέως χάλυβας κατασκευής υψηλής αντοχής, υψηλής σκληρότητας και αντοχής στη διάβρωση και οι μεταλλικές κατασκευές έχουν ευνοηθεί ξανά από τους αρχιτέκτονες και χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο σε διάφορα έργα. Κατά την κατασκευή, έχει παίξει θετικό ρόλο στη μείωση του συνολικού δομικού βάρους του κτιρίου και στη βελτίωση της συνολικής ασφάλειας του κτιρίου.

Με τη συνεχή ανάπτυξη της κατασκευαστικής τεχνολογίας, η χρήση μεταλλικών κατασκευών γίνεται ολοένα και πιο εκτεταμένη και διάφορες σύνθετες συνθήκες χρήσης έχουν υποβάλει μια σοβαρή δοκιμασία για τη σταθερότητά τους.

Η έννοια της κατασκευής από χάλυβα

Όπως υποδηλώνει το όνομα, η μεταλλική κατασκευή είναι ένας τύπος κτιριακής κατασκευής που χρησιμοποιεί χάλυβα ως κύρια πρώτη ύλη για δομικές κατασκευές. Μέσω διαφορετικών εξαρτημάτων από χάλυβα, όπως χαλύβδινες δοκοί, χαλύβδινες πλάκες και χαλύβδινες κολώνες, χρησιμοποιούνται συγκόλληση, πριτσίνια και άλλες μέθοδοι σύνδεσης για τη συναρμολόγηση και τη συναρμολόγηση για την κατασκευή μεγάλων κτιρίων. Οι μεταλλικές κατασκευές χρησιμοποιούν διάφορους τύπους χάλυβα ως κύριο υλικό.

Διαφορετικό από το συνηθισμένο σκυρόδεμα και άλλα δομικά υλικά, ο χάλυβας έχει τα χαρακτηριστικά του μικρού βάρους, της ισχυρής σκληρότητας κ.λπ., και μπορεί να αντέξει μεγαλύτερες δυνάμεις. Ως εκ τούτου, ο σχεδιασμός μεταλλικών κατασκευών χρησιμοποιείται συχνά στο σχεδιασμό κτιρίων μεγάλων και μεσαίου μεγέθους. Η μεταλλική κατασκευή έχει σταθερή δομή και δεν παραμορφώνεται εύκολα, γεγονός που μπορεί να προσφέρει καλή ασφάλεια και σταθερότητα στο κτίριο. Ωστόσο, σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις, μπορεί να εμφανιστεί και αστάθεια της μεταλλικής κατασκευής.

Υπάρχουν δύο κοινές καταστάσεις: η μία είναι ότι η υπερβολική πίεση επιδρά άμεσα στο σημείο ισορροπίας της δύναμης, με αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη πίεση στο σύνολο της κατασκευής. Το άλλο είναι ότι λόγω της μακροχρόνιας χρήσης των δομικών μελών από χάλυβα, η εσωτερική δομή έχει προβλήματα όπως ψυχική κόπωση και η εσωτερική δομή χάνει τη λειτουργία στήριξης, με αποτέλεσμα την αστάθεια της συνολικής δομής.

Πριν από το σχεδιασμό μιας μεταλλικής κατασκευής, είναι απαραίτητο να αποσαφηνιστούν τα χαρακτηριστικά ευστάθειας αυτής της κατασκευής, ώστε να υπάρχει μια στοχευμένη διαδικασία σχεδιασμού, να αποφευχθούν οι δομικές αδυναμίες, να δοθεί πλήρης σημασία στα πλεονεκτήματα των μεταλλικών κατασκευών και να γίνουν οι μεταλλικές κατασκευές σε κτίρια να παίζουν καλύτερα. ρόλος.

Αρχές Βελτίωσης Σχεδιαστικής Σταθερότητας Μεταλλικών Κατασκευών

Η σταθερότητα της μεταλλικής κατασκευής είναι ο πιο σημαντικός παράγοντας στο σχεδιασμό της μεταλλικής κατασκευής. Στη μακροπρόθεσμη πρακτική μηχανικής και στη θεωρητική έρευνα, οι μηχανικοί και οι τεχνικοί συνόψισαν τρεις αρχές σχεδιασμού για τη βελτίωση της σταθερότητας της χαλύβδινης κατασκευής.

1. Η Αρχή της Σταθερότητας

Η αρχή της σταθερότητας του σχεδιασμού των μεταλλικών κατασκευών απαιτεί ότι στο στάδιο της σχεδίασης της κάτοψης του σχεδιασμού της μεταλλικής κατασκευής, η κάτοψη της μεταλλικής κατασκευής θα πρέπει να σχεδιάζεται σύμφωνα με τις αντίστοιχες απαιτήσεις διαφορετικών κτιρίων, εστιάζοντας στη διασφάλιση των εξαρτημάτων στήριξης σε το σχέδιο σχεδίασης της κάτοψης της μεταλλικής κατασκευής και εξασφάλιση της σταθερότητας στήριξης στο επίπεδο του χώρου.

Η σταθερότητα της χαλύβδινης κατασκευής στο επίπεδο είναι ο πυρήνας και το θεμέλιο της συνολικής σταθερότητας ολόκληρης της μεταλλικής κατασκευής. Μόνο με τη διασφάλιση ότι τα εξαρτήματα της μεταλλικής κατασκευής παραμένουν σταθερά στο επίπεδο, μπορούμε να αποφύγουμε την αστάθεια μεμονωμένων θέσεων κατά τη διάρκεια της επακόλουθης τρισδιάστατης διαδικασίας κατασκευής.

2. Η Αρχή της Ενότητας

Ο ακριβής υπολογισμός είναι η αρχή και το θεμέλιο του σχεδιασμού των μεταλλικών κατασκευών. Κατά το σχεδιασμό πλαισίων από μεταλλικές κατασκευές, η μέθοδος υπολογισμού και οι αναμενόμενες τιμές παραμέτρων θα πρέπει να καθορίζονται σύμφωνα με την ισορροπημένη σχέση μεταξύ του συγκεκριμένου πλαισίου και του πλαισίου.

Αυτό το βήμα είναι το κλειδί για τον υπολογισμό της δύναμης ολόκληρου του σχεδιασμού της μεταλλικής κατασκευής. Σύνδεσμος. Ωστόσο, στην πράξη, πολλοί σχεδιαστές θα βασιστούν πάρα πολύ στην προσωπική εμπειρία και θα εκτελέσουν απευθείας τον υπολογισμό της ευστάθειας του πλαισίου από χάλυβα σύμφωνα με τη δική τους εμπειρία και θα αγνοήσουν τα βήματα υπολογισμού της ισορροπίας.

Αυτή η μέθοδος λειτουργίας δεν διαθέτει επιστημονικά και ολοκληρωμένα δεδομένα υπολογισμού και είναι εύκολο να προκληθούν σφάλματα στον υπολογισμό της σταθερής σχέσης. Ως αποτέλεσμα, ο σχεδιασμός της μεταλλικής κατασκευής δεν πληροί τις απαιτήσεις δομικής αντοχής του κτιρίου, με αποτέλεσμα πιθανούς κινδύνους για την ασφάλεια.

Επομένως, ο υπολογισμός της ισορροπίας και ο υπολογισμός της σταθερότητας πρέπει να πραγματοποιηθούν ταυτόχρονα, και τα δύο είναι απαραίτητα και θα πρέπει να ενοποιηθούν.

3. Η Αρχή της Συνεργασίας

Ολόκληρη η μεταλλική κατασκευή αποτελείται από πολλαπλά μεμονωμένα εξαρτήματα χαλύβδινων κατασκευών μέσω συγκόλλησης, πριτσίνωσης, στερέωσης με βίδες και άλλων μέσων σύνδεσης και τελικά σχηματίζει μια μεγάλη κτιριακή δομή. [3] Επομένως, κατά τη διαδικασία σχεδιασμού μεταλλικών κατασκευών, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο συντονισμός διαφόρων δομικών στοιχείων, είτε μεγάλα είτε μικρά εξαρτήματα πρέπει να συνεργάζονται μεταξύ τους και, τέλος, μπορούν να συνδυαστούν τέλεια σε μια συμπαγή μεταλλική κατασκευή στο σύνολό της. Στο σχεδιασμό μιας χαλύβδινης κατασκευής, η σταθερότητα ενός μεμονωμένου στοιχείου κατασκευής από χάλυβα δεν μπορεί να ληφθεί υπόψη μόνο και οι συνθήκες όλων των εξαρτημάτων πρέπει να ληφθούν πλήρως υπόψη και να πραγματοποιηθεί ένας ακριβής υπολογισμός συνδυασμού. Μόνο όταν κάθε εξάρτημα ταιριάζει τέλεια, ολόκληρη η δομή μπορεί να είναι πολύ σταθερή, να μεγιστοποιήσει το ρόλο κάθε στοιχείου και να εξασφαλίσει τη συνολική αντοχή της δομής.

Τα βασικά σημεία του σχεδιασμού ευστάθειας κατασκευής από χάλυβα

1. Σχεδιασμός Δύναμης

Ένας από τους πιο σημαντικούς δείκτες μιας μεταλλικής κατασκευής είναι το επίπεδο τάσης της. Κατά το σχεδιασμό, η φέρουσα ικανότητα της χαλύβδινης κατασκευής είναι η πρώτη σκέψη.

Η κατασκευή από χάλυβα υιοθετεί γενικά ένα σχέδιο σχήματος Τ ή σχήματος L, το οποίο θεωρείται η σταθερότητα της δομής. Η χρήση αυτών των δύο σχημάτων μπορεί κάλλιστα να διασκορπίσει το συνολικό βάρος του κτιρίου και να επιτύχει τον σκοπό της ισορροπημένης στήριξης.

Στην πρακτική της οικοδομικής μηχανικής, η μεταλλική κατασκευή είναι μια κοινή κατασκευή στην περιφέρεια ενός κτιρίου, η οποία παίζει ρόλο στη στήριξη του κτιρίου. Στο συνολικό σχεδιασμό του κτιρίου, η χρήση μεταλλικών κατασκευών θα πρέπει να ακολουθεί όσο το δυνατόν περισσότερο την αρχή της συμμετρίας.

Ο σκοπός είναι να επιτραπεί σε κάθε μεταλλική κατασκευή να αντέχει ομοιόμορφα τη δύναμη ολόκληρου του κτιρίου και να αποτρέψει μεμονωμένες μεταλλικές κατασκευές να φέρουν υπερβολική ή πολύ μικρή πίεση.

Επιπλέον, οι απαιτήσεις καταπόνησης και σταθερότητας για διαφορετικά μέρη της μεταλλικής κατασκευής είναι επίσης διαφορετικές. Για παράδειγμα, η απαίτηση για τη σταθερή στήριξη στη χαλύβδινη κατασκευή είναι να αποτρέπεται η μετατόπιση, επομένως η ικανότητα στήριξης αυτού του τμήματος απαιτείται να είναι υψηλή, αλλά για το πλαίσιο από χάλυβα δοκού, εκτός από το ότι παίζει ρόλο διαμήκους στήριξης, είναι επίσης είναι απαραίτητο να εξετάσετε το ενδεχόμενο να μην συμβεί σε οριζόντια θέση.

Τα χαρακτηριστικά τάσεων των διαφορετικών τμημάτων της μεταλλικής κατασκευής θα πρέπει να αντικατοπτρίζονται στον σχεδιασμό για να αποφευχθεί η αστάθεια λόγω ανεπαρκούς προσοχής. Τέλος, πολύ σημαντική είναι και η συγκεκριμένη κατασκευαστική λειτουργία της μεταλλικής κατασκευής. Το επιτόπιο κατασκευαστικό προσωπικό πρέπει να ακολουθεί αυστηρά τα σχέδια σχεδιασμού, να ελαχιστοποιεί τα κατασκευαστικά λάθη, να ενισχύει την αμοιβαία συνεργασία μεταξύ των τμημάτων, να εκτελεί την κατασκευή σύμφωνα με αυστηρά πρότυπα και να ενισχύει τη διαχείριση λεπτομερειών.

2. Αντιδιαβρωτικός σχεδιασμός

Τα κτίρια θα υποστούν διάβρωση υπό διαφορετικές φυσικές συνθήκες όταν χρησιμοποιούνται σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Σε περιβάλλον ειδικής χρήσης όπως υγρασία και ψεκασμός αλατιού, λόγω των εγγενών χαρακτηριστικών των μετάλλων, διαβρώνονται εύκολα και επηρεάζουν τη σταθερότητά τους.

Γενικά, τα μεταλλικά υλικά είναι ευαίσθητα τόσο στη γαλβανική όσο και στη χημική διάβρωση. Η σύγχρονη επιστήμη των υλικών έχει αναπτύξει αντιδιαβρωτικές επιστρώσεις για διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες για το περιβάλλον χρήσης των μετάλλων που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές.

Σε ένα υγρό περιβάλλον, η επάλειψη του αντιδιαβρωτικού χρώματος στην επιφάνεια της μεταλλικής κατασκευής μπορεί να απομονώσει το νερό και τον αέρα, δύο βασικούς παράγοντες που προκαλούν τη διάβρωση του μετάλλου και να αποτρέψουν τη διάβρωση της χαλύβδινης κατασκευής. Για χαλύβδινες κατασκευές που χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα υψηλής αλατότητας, είναι εύκολο να προκληθεί ηλεκτροχημική διάβρωση με ιόντα νατρίου στο θαλασσινό νερό.

Σύμφωνα με την αρχή της ηλεκτροχημικής αντίδρασης, το μεταλλικό υλικό γίνεται ένα από τα προϊόντα. Αυτή η μέθοδος μπορεί να λύσει το πρόβλημα των μεταλλικών κατασκευών. Πρόβλημα διάβρωσης, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η αντοχή της ίδιας της μεταλλικής κατασκευής και να επιτευχθεί η σταθερότητα της δομής.

3. Σχεδιασμός που σχετίζεται με τη σταθερότητα

Στη διαδικασία σχεδιασμού και κατασκευής μεταλλικών κατασκευών, εκτός από την ολοκλήρωση του υπολογισμού της ευστάθειας, είναι επίσης απαραίτητο να ενισχυθεί η επιθεώρηση ολόκληρης της μεταλλικής κατασκευής. Η αυστηρή επιθεώρηση είναι ο βασικός σύνδεσμος για τη διασφάλιση ότι τα υλικά κατασκευής από χάλυβα είναι κατάλληλα και πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Η μέθοδος υπολογισμού της κρίσιμης πίεσης είναι μια κοινή μέθοδος για την πρόβλεψη της τιμής της πίεσης των μεταλλικών κατασκευών κατά την πραγματική χρήση και χρησιμοποιείται συχνά για τη δοκιμή των μεταλλικών κατασκευών.

Όταν το αποτέλεσμα της μέτρησης της τάσης στη χαλύβδινη κατασκευή υπερβαίνει την κρίσιμη τιμή, αποδεικνύει ότι η σταθερότητά της έχει καταστραφεί και ο σχεδιασμός καταπόνησης της μεταλλικής κατασκευής πρέπει να προσαρμοστεί έγκαιρα για να αποφευχθεί η αστάθεια.

Δώστε προσοχή στην ανάλυση δύναμης κάθε τμήματος μέσα στη χαλύβδινη κατασκευή, βελτιστοποιήστε τις λεπτομέρειες δύναμης των εξαρτημάτων, αποφύγετε το πρόβλημα της ανομοιόμορφης δύναμης και επηρεάστε τη συνολική δομική ασφάλεια. Συνοψίζοντας, η σταθερότητα της μεταλλικής κατασκευής έχει καθοριστική επίδραση στη συνολική ασφάλεια και διάρκεια ζωής του κτιρίου.

Κατά τη διαδικασία σχεδιασμού της χαλύβδινης κατασκευής, ο σχεδιαστής θα πρέπει να πραγματοποιήσει ακριβείς υπολογισμούς, να εξετάσει διεξοδικά τη σχέση δύναμης μεταξύ των εξαρτημάτων και να κάνει καλή αντιδιαβρωτική επεξεργασία του χάλυβα, να αποφύγει τα μειονεκτήματα της χαλύβδινης δομής στο μέγιστο βαθμό και να δώσει πλήρη παίζουν με τα πλεονεκτήματα της μεταλλικής κατασκευής, προωθώντας έτσι τη συνεχή πρόοδο του αρχιτεκτονικού σχεδιασμού.