Kodėl aukštų pastatų statybai yra pageidaujama sunkioji plieninė konstrukcija?

Storingosios plieninės konstrukcijos struktūrinė stabilumas ir vertikali efektyvumas

Kaip storingoji plieninė konstrukcija leidžia kurti aukštesnius ir siauresnius aukštųjų pastatų profilius dėl pranašesnio apkrovų nešamumo

Sunkiosios plieninės konstrukcijos projektavimas išplečia aukštų pastatų aukščio ir pločio santykio ribas. Kadangi jos stiprumo ir svorio santykis yra 30 % didesnis nei armuoto betono, sunkusis plienas leidžia pasiekti didesnius aukščius tuo pačiu skerspjūvio plotu nešant apkrovą. Rezultatas – išsaugota konstrukcinė profilio forma, siauresnė profilio forma ir maksimaliai išnaudotas plotas. Plieninės bokštų konstrukcijos paprastai pasiekia 10:1 aukščio ir pločio santykį, o betoninės bokštų konstrukcijos – 7:1 aukščio ir pločio santykį. Be to, plienas yra vienodesnis nei betonas, todėl padeda pagerinti apkrovos pasiskirstymą. 2023 metais Aukštų pastatų ir miestinės aplinkos taryba (CTBUH) paskelbė pasaulinės statybos duomenis, kurie rodo, kad pastatai, aukštesni nei 50 aukštų su plieninėmis konstrukcijomis, gauna 15 % daugiau nuomojamo ploto, todėl plienas yra pageidaujamas medžiaga miestuose, kur trūksta vietos.

Stiprinamas atsparumas šoninėms apkrovoms: momentinėms atlaikančioms rėminėms konstrukcijoms ir įtvirtintoms šerdims integracija

Sunkiosios plieninės konstrukcijos naudoja integruotas sistemas, kurios pasiekia standumo ir plastinio deformavimosi pusiausvyrą, kad būtų pasipriešinta šoninėms apkrovoms. Momentus laikančios rėminės sistemos naudoja ryšius tarp sijų ir stulpų, kad būtų pasipriešinta vėjo ir seisminiams poveikiams bei sugerti jų energija. Įtemptosios šerdies konstrukcijos naudoja plieno įstrižaines, išdėstytas visoje šerdies dalyje, kad perduotų šonines apkrovas į pamatus, taip sumažinant šoninį svyravimą iki 50 %. Momentus laikančios rėminės sistemos ir įtemptosios šerdies konstrukcijos veikia kartu, užtikrindamos rėmų plastinį deformavimą mažų seisminių įvykių metu ir pasipriešindamos didelėms apkrovoms. AISC 341 standartas užtikrina, kad plastinio deformavimo detalizavimas nustatytų rėminės šerdies energijos sklaidą. Įtemptųjų šerdžių ir momentus laikančių rėminių sistemų kombinacija gali atlaikyti vėjo apkrovas, viršijančias 150 mph (apytiksliai 241 km/h), ir seisminius įvykius, kurių grįžtamojo laikotarpio tikimybė yra vieną kartą per 2500 metų, todėl užtikrinama gyventojų ir pastatų sauga ekstremaliose sąlygose.

Plastinis deformavimasis ir specialus sunkiųjų plieninių sistemų seisminis projektavimas

Plastiškumas ir specialus seisminis projektavimas: kodėl sunkiosios plieninės konstrukcijos gali užtikrinti vienodą energijos sklaidą

Sunkiosios plieninės konstrukcijos, suprojektuotos pagal AISC 341 standartą, naudoja plastiškumą ir specialius seisminius projektavimo principus siekdamos išsisklaidyti seismines energijas, dėl ko įvyksta lokalizuotas kontroliuojamas plastinis deformavimasis, o ne trapus žlugimas. Tyrimai parodė, kad seismines saugos įtaisus (seismines lygintuvas) galima suprojektuoti taip, kad jie išsklaidytų iki 80 % seismines energijos ties žemės drebėjimo numatyta stipriausia vieta. Plieno lankstumas labai paveikia konstrukciją, leisdama reikšmingoms, o kartais net būtinoms deformacijoms, net tais atvejais, kai gali pasireikšti didelis tarpaukštinis poslinkis, viršijantis 2,5 %. AISC 341 standarte pateikiamos svarbios struktūrinio projektavimo ir detalių projektavimo rekomendacijos, skirtos sukurti kontroliuojamą plastinį deformavimąsi, kad būtų numatoma seismines energijos sklaida ir užtikrinta projektavimo patikimumas – tai reiškia, kad konstrukcija bus veiksminga ir pakartotinai tikrinama visą numatytą jos tarnavimo laiką.

Tajpej 101 atvejo tyrimas: sinergija tarp sunkiosios plieninės konstrukcijos išorinio skeleto ir pritaikyto masės slopintuvo

Tajpej 101 demonstruoja puikią inžineriją, derindama tiek sunkiąją plieninę konstrukciją, tiek dinaminius valdymo sistemas. 730 tonų svorio pritaikytasis masės slopintuvas veikia kartu su perimetro sunkiąja plienine išorine konstrukcija, kuri yra sujungta su aštuoniomis didžiosiomis kolonomis. Per Soudelor uraganą šis derinys sumažino maksimalią pagrečio reikšmę 40 %, neleisdamas 700 mm horizontaliam pastato linkimui sukelti gyventojams nepatogumų. Išorinė konstrukcija suteikia sistemai standumo, kuris leidžia tvirtinti ir aktyviai valdyti slopintuvą, taip pat pakeičia konstrukcijos rėminės sistemos komponentų išdėstymą ir sugeria sistemos vibracinės harmonikos energiją. Ši sistema patvirtinta kaip atitinkanti 2500 metų seismologinio įvykio grįžtamumo laikotarpį. Tai buvo patvirtinta 2022 m. Taivane įvykusioje žemės drebėjime, kai slopintuvai gebėjo neutralizuoti 700 kN seismines jėgas, veikiančias sunkiąją plieninę konstrukciją.

Palyginamasis ilgalaikis našumas: sunkioji plieninė konstrukcija prieš kitus variantus

Nuovargio gyvenimo trukmė ir naudingumo laikas 50+ aukštų pastatuose: sunkioji plieninė konstrukcija veikia geriau nei betoninės ir kompozitinės sistemos

Sunkioji plieninė konstrukcija turi geresnę nuovargio gyvenimo trukmę ir naudingumo laiką 50+ aukštų pastatuose. Plienas turi vienalytę molekulinę struktūrą, kuri vienodai paskirsto įtempimus, todėl jo nuovargio gyvenimo trukmė yra didesnė, o įtrūkimų plitimas mažesnis lyginant su armuotuoju betonu; skirtumas, kaip nustatyta 2023 m. O. C. tyrimuose dėl konstrukcinės gyvybingumo, siekia apie 40 %. Lyginant su betono relaksacija ir laiko priklausomais šlyties deformacijomis, sunkiosios plieninės konstrukcijos relaksacinės deformacijos sudaro tik 0,1 %, o 50 metų eksploatacijos laikotarpiu laiko priklausomų deformacijų visiškai neįvyksta. Kompozitinės sistemos, kurios relaksuojamos deformacijos vyksta 25 % greičiau, absorbuoja sistemos keitimą ir sudėtingą bei brangų atnaujinimą.

Ugnies atsparumo strategijos sunkiosioms plieninėms konstrukcijoms naudojant pūtimą sukeliančius dangalus ir apvalkalus, skirtus ugnies atsparumo reitingams nuo 2 iki 4 valandų

Šiuolaikinė sunkioji plieninė konstrukcija veiksmingai sujungia projektuotus konstrukcinius parametrus, užtikrindama gaisro atsparumą ir atitinkdama ASTM E119 standarto nustatytą gaisro atsparumo apvalkalą. Intumescuojančiosios danga gali išsipūsti iki 50 kartų didesnė už pradinį jos storį ir suskilti esant 200 °C temperatūrai. Plieninių elementų šerdies apgaubimas betonu sukuria didesnę masės šiluminę kliūtį ir padeda užtikrinti fizinę apsaugą. Nesauginamas konstrukcinis plienas praranda savo stiprumą, kai patenka į gaisro poveikį, tačiau jo plastinės savybės leidžia jam ilgiau nei kitos medžiagos palaikyti konstrukcinę atramą, nes kitos medžiagos gali staiga ir nedelsiant sugesti. Tai aiškiai matyti NFPA 2022 metų viso masto bandymuose, kurie parodė, kad saugus išėjimas iš pastato ir gaisro vietos operacijoms reikalingos atramos palaikymas yra įmanomas.

1. Gaisro atsparūs betoniniai konstrukciniai šerdys.

2. Didelėse plieninėse konstrukcijose – kokie tikrieji technologiniai privalumai
vertikalioms apkrovoms ir medžiagoms, turinčioms aukštesnę nešamąją galia?

Sunkiosios plieninės konstrukcijos leidžia statyti aukštesnius ir storesnius dangoraižius, nes jos turi geresnį stiprumo ir svorio santykį bei didesnę apkrovų nešančiąją gebą, todėl galima pasiekti optimalų naudingą erdvę.

3. Kaip sunkiosios plieninės konstrukcijos gali išsklaidyti jėgas?

Sunkiosios plieninės konstrukcijos gali atitikti AISC 341 standarto reikalavimus dėl lankstaus detalizavimo, todėl jos prognozuojamai gali išsklaidyti žemės drebėjimų sukeltą energiją, o šis procesas yra lokalizuotas, kad užtikrintų lankstų deformavimą be staigaus ir trapaus sugadinimo.

4. Kokia yra momentui pasipriešinančių rėmų ir įstrižainiais sustiprintų šerdžių paskirtis?

Momentui pasipriešinantys rėmai gali valdyti vėjo ir žemės drebėjimų sukeltas apkrovas dėl kontroliuojamo rėmų uždarymo, o horizontalios apkrovos taip pat gali būti valdomos vertikaliais įstrižainiais sustiprintais šerdžių elementais.

K: Kokios ugnies atsparumo strategijos taikomos sunkiosioms plieninėms konstrukcijoms?

A: Taikomos kai kurios strategijos, įskaitant dengiamąsias medžiagas, kurios išsiplečia šilumos poveikiu, išorines apvalkalines konstrukcijas, užtikrinančias gaisro atsparumo apsaugą, bei hibridinius gaisro atsparumo vertinimo metodus, atitinkančius ASTM E119 standartus.