หลักการออกแบบความเสถียรของโครงสร้างเหล็ก

นามธรรม: เป็นรูปแบบการก่อสร้างหลักในการออกแบบสถาปัตยกรรม โครงสร้างเหล็ก ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบ การประชุมเชิงปฏิบัติการขนาดใหญ่,สะพานและอาคารสูง เหล็กก่อสร้างที่ใช้ในโครงสร้างเหล็กมีข้อดีหลายประการ เช่น การป้องกันการเสียรูป ความต้านทานการกัดกร่อน ความต้านทานแผ่นดินไหว และข้อกำหนดด้านการปกป้องสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการออกแบบสถาปัตยกรรม

เมื่อใช้โครงสร้างเหล็กในโครงการก่อสร้าง ความเสถียรของโครงสร้างซึ่งเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญ จะกำหนดคุณภาพและอายุการใช้งานของอาคารโดยตรง ขึ้นอยู่กับ K-homeด้วยประสบการณ์หลายปีในการออกแบบสถาปัตยกรรม บทความนี้กล่าวถึงความมั่นคงของโครงสร้างเหล็กในงานวิศวกรรมการก่อสร้าง และให้ข้อมูลอ้างอิงสำหรับประเด็นที่เกี่ยวข้อง

คำนำ

ในการพัฒนาเทคโนโลยีวิศวกรรมการก่อสร้างมายาวนาน โครงสร้างเหล็กถือเป็นตำแหน่งสำคัญ ปัจจุบันเนื่องจากเป็นโครงสร้างสถาปัตยกรรมกระแสหลัก จึงมีการใช้อย่างแพร่หลายในการออกแบบสถาปัตยกรรมต่างๆ โดยเฉพาะใน โรงงาน,สะพาน,สนามบิน,โรงละคร,อาคารสูงพิเศษ และอาคารขนาดใหญ่อื่นๆ

ในศตวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากเทคโนโลยีการถลุงเหล็กที่ยังไม่พัฒนาและปริมาณคาร์บอนสูงของเหล็กก่อสร้าง ความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนทำให้โครงสร้างเหล็กไม่มีคุณค่าในด้านการออกแบบสถาปัตยกรรม และครั้งหนึ่งถูกละเลยและเกือบจะถูกกำจัดออกไป

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการถลุงโลหะ เหล็กก่อสร้างที่มีความแข็งแรงสูง เหนียวสูง และทนต่อการกัดกร่อนได้รับการผลิตอย่างกว้างขวาง และโครงสร้างเหล็กก็ได้รับความนิยมจากสถาปนิกอีกครั้ง และมีการใช้มากขึ้นในโครงการต่างๆ ในระหว่างการก่อสร้าง มีบทบาทเชิงบวกในการลดน้ำหนักโครงสร้างโดยรวมของอาคาร และปรับปรุงความปลอดภัยโดยรวมของอาคาร

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการก่อสร้างอย่างต่อเนื่อง การใช้โครงสร้างเหล็กจึงกว้างขวางมากขึ้นเรื่อยๆ และเงื่อนไขการใช้งานที่ซับซ้อนต่างๆ ทำให้เกิดการทดสอบเสถียรภาพอย่างรุนแรง

แนวคิดของโครงสร้างเหล็ก

โครงสร้างเหล็กเป็นโครงสร้างอาคารประเภทหนึ่งที่ใช้เหล็กเป็นวัตถุดิบหลักในการก่อสร้างโครงสร้างตามชื่อ ด้วยส่วนประกอบเหล็กที่แตกต่างกัน เช่น คานเหล็ก แผ่นเหล็ก และเสาเหล็ก การเชื่อม การโลดโผน และวิธีการเชื่อมต่ออื่นๆ ถูกนำมาใช้ในการประกบและประกอบเพื่อสร้างอาคารขนาดใหญ่ โครงสร้างเหล็กใช้เหล็กหลายชนิดเป็นวัสดุหลัก

แตกต่างจากคอนกรีตธรรมดาและวัสดุก่อสร้างอื่นๆ เหล็กมีลักษณะน้ำหนักเบา มีความเหนียวทนทาน ฯลฯ และสามารถทนต่อแรงที่มากกว่าได้ ดังนั้นการออกแบบโครงสร้างเหล็กจึงมักใช้ในการออกแบบอาคารขนาดใหญ่และขนาดกลาง โครงสร้างเหล็กมีโครงสร้างที่มั่นคงและไม่เสียรูปง่ายซึ่งให้ความปลอดภัยและความมั่นคงที่ดีแก่อาคาร อย่างไรก็ตาม ในบางกรณีพิเศษ โครงสร้างเหล็กก็อาจเกิดความไม่มั่นคงได้เช่นกัน

มีสองสถานการณ์ทั่วไป: สถานการณ์หนึ่งคือแรงดันที่มากเกินไปส่งผลโดยตรงต่อจุดสมดุลของแรง ส่งผลให้เกิดความเครียดที่ไม่สม่ำเสมอต่อโครงสร้างโดยรวม อีกอย่างคือเนื่องจากการใช้งานโครงสร้างเหล็กเป็นเวลานาน โครงสร้างภายในจึงมีปัญหา เช่น ความเหนื่อยล้าทางจิตใจ และโครงสร้างภายในสูญเสียหน้าที่รองรับ ส่งผลให้โครงสร้างโดยรวมไม่มีเสถียรภาพ

ก่อนที่จะออกแบบโครงสร้างเหล็กจำเป็นต้องชี้แจงลักษณะความมั่นคงของโครงสร้างนี้ให้ชัดเจนเพื่อให้มีกระบวนการออกแบบที่ตรงเป้าหมาย หลีกเลี่ยงจุดอ่อนของโครงสร้าง ให้ความสำคัญกับข้อดีของโครงสร้างเหล็กอย่างเต็มที่ และทำให้โครงสร้างเหล็กในอาคารทำงานได้ดีขึ้น บทบาท.

หลักการปรับปรุงเสถียรภาพการออกแบบโครงสร้างเหล็ก

ความมั่นคงของโครงสร้างเหล็กเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ในการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมและการวิจัยเชิงทฤษฎีในระยะยาว วิศวกรและช่างเทคนิคได้สรุปหลักการออกแบบสามประการเพื่อปรับปรุงเสถียรภาพของโครงสร้างเหล็ก

1. หลักการแห่งความมั่นคง

หลักการของความมั่นคงของการออกแบบโครงสร้างเหล็กต้องการให้ในขั้นตอนของการเขียนแบบแผนของการออกแบบโครงสร้างเหล็ก การเขียนแบบแผนของโครงสร้างเหล็กควรวาดตามความต้องการที่สอดคล้องกันของอาคารต่าง ๆ โดยเน้นที่การสร้างชิ้นส่วนรองรับใน การออกแบบแผนผังโครงสร้างเหล็กและรับประกันความมั่นคงในการรองรับในระนาบของไซต์

ความมั่นคงของโครงสร้างเหล็กบนระนาบเป็นแกนหลักและเป็นรากฐานของความมั่นคงโดยรวมของโครงสร้างเหล็กทั้งหมด มีเพียงการทำให้แน่ใจว่าส่วนประกอบของโครงสร้างเหล็กยังคงมีเสถียรภาพบนเครื่องบินเท่านั้นที่เราจะสามารถหลีกเลี่ยงความไม่มั่นคงของตำแหน่งแต่ละตำแหน่งในระหว่างกระบวนการก่อสร้างสามมิติที่ตามมา

2. หลักการแห่งความสามัคคี

การคำนวณที่แม่นยำเป็นพื้นฐานและเป็นรากฐานของการออกแบบโครงสร้างเหล็ก เมื่อออกแบบเฟรมโครงสร้างเหล็ก ควรกำหนดวิธีการคำนวณและค่าพารามิเตอร์ที่คาดหวังตามความสัมพันธ์ที่สมดุลระหว่างเฟรมเฉพาะกับเฟรม

ขั้นตอนนี้เป็นกุญแจสำคัญในการคำนวณแรงของการออกแบบโครงสร้างเหล็กทั้งหมด ลิงค์ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ นักออกแบบจำนวนมากจะพึ่งพาประสบการณ์ส่วนตัวมากเกินไป และทำการคำนวณเสถียรภาพของโครงเหล็กโดยตรงตามประสบการณ์ของตนเอง และไม่สนใจขั้นตอนการคำนวณความสมดุล

วิธีดำเนินการนี้ขาดข้อมูลการคำนวณทางวิทยาศาสตร์และครอบคลุม และทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการคำนวณความสัมพันธ์ที่มั่นคงได้ง่าย ส่งผลให้การออกแบบโครงสร้างเหล็กไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงของโครงสร้างของอาคาร ส่งผลให้เกิดอันตรายด้านความปลอดภัย

ดังนั้นการคำนวณสมดุลและการคำนวณเสถียรภาพจึงจำเป็นต้องดำเนินการในเวลาเดียวกัน และทั้งสองอย่างเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้และควรรวมเป็นหนึ่งเดียว

3. หลักความร่วมมือ

โครงสร้างเหล็กทั้งหมดประกอบด้วยส่วนประกอบโครงสร้างเหล็กเดี่ยวหลายชิ้นผ่านการเชื่อม โลดโผน การขันสกรู และวิธีเชื่อมต่ออื่นๆ และสุดท้ายก็กลายเป็นโครงสร้างอาคารขนาดใหญ่ [3] ดังนั้น ในกระบวนการออกแบบโครงสร้างเหล็ก จะต้องคำนึงถึงการประสานงานของส่วนประกอบโครงสร้างต่างๆ ไม่ว่าส่วนประกอบขนาดใหญ่หรือเล็กจะต้องทำงานร่วมกัน และสุดท้ายก็สามารถรวมเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างเหล็กทึบโดยรวมได้อย่างสมบูรณ์แบบ ในการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ไม่สามารถพิจารณาความเสถียรของส่วนประกอบโครงสร้างเหล็กชิ้นเดียวเท่านั้น และต้องพิจารณาเงื่อนไขของส่วนประกอบทั้งหมดอย่างครอบคลุม และต้องทำการคำนวณส่วนผสมที่แม่นยำ เฉพาะเมื่อส่วนประกอบแต่ละชิ้นเข้ากันได้อย่างลงตัวเท่านั้น โครงสร้างทั้งหมดจึงจะมีความเสถียรสูง เพิ่มบทบาทของแต่ละส่วนประกอบให้สูงสุด และรับประกันความแข็งแกร่งโดยรวมของโครงสร้าง

ประเด็นสำคัญของการออกแบบความเสถียรของโครงสร้างเหล็ก

1. การออกแบบบังคับ

ตัวชี้วัดที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของโครงสร้างเหล็กคือระดับความเค้น เมื่อออกแบบ ความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างเหล็กเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก

โดยทั่วไปโครงสร้างเหล็กจะใช้การออกแบบรูปตัว T หรือรูปตัว L ซึ่งถือเป็นความมั่นคงของโครงสร้าง การใช้รูปทรงทั้งสองนี้สามารถกระจายน้ำหนักโดยรวมของอาคารได้ดี และบรรลุวัตถุประสงค์ของการรองรับที่สมดุล

ในทางปฏิบัติวิศวกรรมการก่อสร้าง โครงสร้างเหล็กเป็นโครงสร้างทั่วไปที่บริเวณรอบนอกของอาคาร ซึ่งมีบทบาทในการรองรับอาคาร ในการออกแบบอาคารโดยรวมการใช้โครงสร้างเหล็กควรยึดหลักความสมมาตรให้มากที่สุด

วัตถุประสงค์คือเพื่อให้โครงสร้างเหล็กแต่ละชิ้นสามารถรับแรงของทั้งอาคารได้เท่าๆ กัน และเพื่อป้องกันไม่ให้โครงสร้างเหล็กแต่ละชิ้นรับแรงกดมากเกินไปหรือน้อยเกินไป

นอกจากนี้ ข้อกำหนดด้านความเค้นและความมั่นคงสำหรับส่วนต่างๆ ของโครงสร้างเหล็กก็แตกต่างกันเช่นกัน ตัวอย่างเช่น ข้อกำหนดสำหรับการรองรับคงที่ในโครงสร้างเหล็กคือการป้องกันการเคลื่อนตัว ดังนั้น ความสามารถในการรองรับของชิ้นส่วนนี้จึงต้องสูง แต่สำหรับโครงคานเหล็ก นอกเหนือจากการมีบทบาทรองรับตามยาวแล้ว ยัง จำเป็นต้องพิจารณาป้องกันไม่ให้เกิดในแนวนอน

ลักษณะความเค้นของส่วนต่างๆ ของโครงสร้างเหล็กควรสะท้อนให้เห็นในการออกแบบเพื่อหลีกเลี่ยงความไม่มั่นคงเนื่องจากการพิจารณาไม่เพียงพอ สุดท้ายนี้ การดำเนินการก่อสร้างเฉพาะของโครงสร้างเหล็กก็มีความสำคัญเช่นกัน เจ้าหน้าที่ก่อสร้างในสถานที่ต้องปฏิบัติตามแบบการออกแบบอย่างเคร่งครัด ลดข้อผิดพลาดในการก่อสร้าง เสริมสร้างความร่วมมือร่วมกันระหว่างแผนก ดำเนินการก่อสร้างตามมาตรฐานอย่างเคร่งครัด และเสริมสร้างการจัดการรายละเอียด

2. การออกแบบป้องกันการกัดกร่อน

อาคารจะประสบกับการกัดเซาะภายใต้สภาพธรรมชาติที่แตกต่างกันเมื่อใช้ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ภายใต้สภาพแวดล้อมการใช้งานพิเศษ เช่น ความชื้นและการพ่นเกลือ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของโลหะ โลหะเหล่านี้จึงสึกกร่อนได้ง่ายและส่งผลต่อความเสถียร

โดยทั่วไป วัสดุโลหะไวต่อการกัดกร่อนของกัลวานิกและการกัดกร่อนของสารเคมี วิทยาศาสตร์วัสดุสมัยใหม่ได้พัฒนาสารเคลือบป้องกันการกัดกร่อนสำหรับสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันสำหรับสภาพแวดล้อมการใช้งานของโลหะที่ใช้ในการก่อสร้าง

ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น การทาสีป้องกันการกัดกร่อนบนพื้นผิวของโครงสร้างเหล็กสามารถแยกน้ำและอากาศ ซึ่งเป็นสองปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการกัดกร่อนของโลหะ และป้องกันไม่ให้โครงสร้างเหล็กสึกกร่อน สำหรับโครงสร้างเหล็กที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความเค็มสูง โซเดียมไอออนในน้ำทะเลทำให้เกิดการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าได้ง่าย

ตามหลักการของปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า วัสดุโลหะจะกลายเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ วิธีนี้สามารถแก้ปัญหาโครงสร้างเหล็กได้ ปัญหาการกัดกร่อนเพื่อให้มั่นใจในความแข็งแรงของโครงสร้างเหล็กเองและบรรลุความมั่นคงของโครงสร้าง

3. การออกแบบที่เกี่ยวข้องกับความเสถียร

ในกระบวนการออกแบบและก่อสร้างโครงสร้างเหล็ก นอกเหนือจากการคำนวณความเสถียรแล้ว ยังจำเป็นต้องเสริมการตรวจสอบโครงสร้างเหล็กทั้งหมดอีกด้วย การตรวจสอบอย่างเข้มงวดเป็นกุญแจสำคัญในการประกันว่าวัสดุโครงสร้างเหล็กมีคุณสมบัติและตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ วิธีคำนวณแรงดันวิกฤติเป็นวิธีการทั่วไปในการทำนายค่าความดันของโครงสร้างเหล็กระหว่างการใช้งานจริง และมักใช้สำหรับการทดสอบโครงสร้างเหล็ก

เมื่อผลการวัดความเค้นบนโครงสร้างเหล็กเกินค่าวิกฤต จะพิสูจน์ได้ว่าความเสถียรได้ถูกทำลายไปแล้ว และจำเป็นต้องปรับการออกแบบความเค้นของโครงสร้างเหล็กให้ทันเวลาเพื่อหลีกเลี่ยงความไม่เสถียร

ให้ความสนใจกับการวิเคราะห์แรงของแต่ละส่วนภายในโครงสร้างเหล็ก ปรับรายละเอียดแรงของชิ้นส่วนให้เหมาะสม หลีกเลี่ยงปัญหาแรงไม่สม่ำเสมอ และส่งผลต่อความปลอดภัยของโครงสร้างโดยรวม โดยสรุป ความมั่นคงของโครงสร้างเหล็กมีอิทธิพลชี้ขาดต่อความปลอดภัยโดยรวมและอายุการใช้งานของอาคาร

ในกระบวนการออกแบบโครงสร้างเหล็ก ผู้ออกแบบควรทำการคำนวณที่แม่นยำ พิจารณาความสัมพันธ์ของแรงระหว่างส่วนประกอบอย่างครอบคลุม และทำการรักษาเหล็กป้องกันการกัดกร่อนที่ดี หลีกเลี่ยงข้อบกพร่องของโครงสร้างเหล็กในระดับสูงสุด และให้เต็มประสิทธิภาพ คำนึงถึงข้อดีของโครงสร้างเหล็ก จึงส่งเสริมความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของการออกแบบสถาปัตยกรรม