اخبار - سازه فولادی: یک سیستم سازه‌ای کلیدی در مهندسی مدرن

در معماری معاصر، حمل و نقل، صنعت و مهندسی انرژی،سازه فولادیبا مزایای دوگانه خود در جنس و ساختار، به نیروی محرکه اصلی نوآوری در فناوری مهندسی تبدیل شده است. با استفاده از فولاد به عنوان ماده اصلی تحمل بار، از طریق تولید صنعتی و نصب مدولار، محدودیت‌های سازه‌های سنتی را پشت سر می‌گذارد و راه‌حل‌های کارآمدی را برای طیف وسیعی از پروژه‌های پیچیده ارائه می‌دهد.

مزایا و معایب سازه فولادی - شرکت فولاد رویال چین

تعریف و ماهیت سازه فولادی
سازه فولادی به یک سیستم سازه‌ای باربر متشکل از ... اطلاق می‌شود.صفحات فولادی، مقاطع فولادی (تیرهای H, کانال‌های U, فولاد زاویه دارو غیره)، و لوله‌های فولادی که از طریق جوشکاری، پیچ و مهره‌های با مقاومت بالا یا پرچ محکم شده‌اند. اساس آن، استفاده از استحکام و چقرمگی بالای فولاد برای انتقال یکنواخت بارهای عمودی (وزن مرده و وزن تجهیزات) و بارهای افقی (باد و زلزله) از یک ساختمان یا پروژه به فونداسیون آن و تضمین پایداری سازه است. در مقایسه با سازه‌های بتنی، مزیت اصلی سازه‌های فولادی در خواص مکانیکی آنها نهفته است: مقاومت کششی آنها می‌تواند به بیش از 345 مگاپاسکال برسد، بیش از 10 برابر بتن معمولی؛ و انعطاف‌پذیری عالی آنها به آنها اجازه می‌دهد بدون شکستن تحت بار تغییر شکل دهند و تضمین مضاعفی برای ایمنی سازه ارائه دهند. این ویژگی، آنها را در سناریوهای دهانه بزرگ، بلندمرتبه و بارهای سنگین غیرقابل جایگزین می‌کند.

انواع اصلی سازه‌های فولادی

(۱) طبقه‌بندی بر اساس فرم ساختاری
سازه قاب دروازه‌ای: این سازه، متشکل از ستون‌ها و تیرها، یک چارچوب به شکل "دروازه" را تشکیل می‌دهد که با یک سیستم پشتیبانی همراه است. این سازه برای کارخانه‌های صنعتی، انبارهای لجستیک، سوپرمارکت‌ها و سایر سازه‌ها مناسب است. دهانه‌های معمول از ۱۵ تا ۳۰ متر متغیر است و برخی از آنها از ۴۰ متر نیز فراتر می‌روند. قطعات را می‌توان در کارخانه‌ها پیش‌ساخته کرد و نصب در محل را تنها در ۱۵ تا ۳۰ روز امکان‌پذیر ساخت. به عنوان مثال، انبارهای پارک لجستیک شماره ۱ آسیا JD.com در درجه اول از این نوع سازه استفاده می‌کنند.
سازه خرپایی: این سازه از میله‌های مستقیم متصل به گره‌ها تشکیل شده است تا هندسه‌ای مثلثی یا ذوزنقه‌ای را تشکیل دهند. میله‌ها فقط تحت تأثیر نیروهای محوری قرار می‌گیرند و به طور کامل از مقاومت فولاد استفاده می‌کنند. سازه‌های خرپایی معمولاً در سقف استادیوم‌ها و دهانه‌های اصلی پل‌ها استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، در بازسازی استادیوم کارگران پکن از یک سازه خرپایی برای دستیابی به دهانه‌ای ۱۲۰ متری بدون ستون استفاده شد.
سازه‌های قابی: یک سیستم فضایی که از اتصال صلب تیرها و ستون‌ها تشکیل شده است، نقشه‌های طبقات انعطاف‌پذیری ارائه می‌دهد و انتخاب اصلی برای ساختمان‌های اداری بلندمرتبه و هتل‌ها است.
سازه‌های شبکه‌ای: یک شبکه فضایی متشکل از چندین عضو، اغلب با گره‌های مثلثی و مربعی منظم، یکپارچگی قوی و مقاومت عالی در برابر زلزله ارائه می‌دهد. آنها به طور گسترده در ترمینال‌های فرودگاه و مراکز همایش استفاده می‌شوند.

(II) طبقه‌بندی بر اساس ویژگی‌های بار
اعضای خمشی: این اعضا که با تیرها نشان داده می‌شوند، لنگرهای خمشی را تحمل می‌کنند، به طوری که فشار در بالا و کشش در پایین اعمال می‌شود. آن‌ها اغلب از مقاطع H یا مقاطع جعبه‌ای جوش داده شده، مانند تیرهای جرثقیل در کارخانه‌های صنعتی، استفاده می‌کنند و باید الزامات مقاومت و مقاومت در برابر خستگی را برآورده کنند.
اعضای تحت بار محوری: این اعضا فقط تحت کشش/فشار محوری هستند، مانند میل مهارهای خرپایی و اعضای شبکه. میل مهارها برای استحکام طراحی شده‌اند، در حالی که میل مهارهای فشاری نیاز به پایداری دارند. معمولاً از لوله‌های دایره‌ای یا مقاطع فولادی نبشی استفاده می‌شود. اجزای تحت بار خارج از مرکز: این اجزا تحت تأثیر نیروهای محوری و گشتاورهای خمشی قرار می‌گیرند، مانند ستون‌های قاب. به دلیل خروج از مرکز بار در انتهای تیرها، مقاطع متقارن (مانند ستون‌های جعبه‌ای) برای متعادل کردن نیروها و تغییر شکل‌ها مورد نیاز است.

مزایای اصلی سازه‌های فولادی
(I) خواص مکانیکی عالی
مقاومت بالا و وزن کم از مهمترین مزایای سازه‌های فولادی هستند. برای یک دهانه مشخص، وزن مرده یک تیر فولادی تنها ۱/۳ تا ۱/۵ وزن مرده یک تیر بتنی است. به عنوان مثال، یک خرپای فولادی با دهانه ۳۰ متری تقریباً ۵۰ کیلوگرم بر متر مربع وزن دارد، در حالی که یک تیر بتنی بیش از ۲۰۰ کیلوگرم بر متر مربع وزن دارد. این امر نه تنها هزینه‌های فونداسیون را کاهش می‌دهد (۲۰ تا ۳۰ درصد) بلکه اثرات لرزه‌ای را نیز کاهش می‌دهد و ایمنی لرزه‌ای سازه را بهبود می‌بخشد.
(II) راندمان بالای ساخت و ساز
بیش از ۹۰٪ اجزای سازه‌های فولادی در کارخانه‌ها با دقت میلی‌متری پیش‌ساخته می‌شوند. نصب در محل فقط به بالابری و اتصال نیاز دارد. به عنوان مثال، یک ساختمان اداری فولادی ۱۰ طبقه از تولید قطعات تا تکمیل، تنها ۶ تا ۸ ماه طول می‌کشد که در مقایسه با یک سازه بتنی، ۴۰٪ کاهش در زمان ساخت را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، یک پروژه مسکونی فولادی پیش‌ساخته در شنژن به سرعت ساخت «یک طبقه در هر هفت روز» دست یافت که به طور قابل توجهی هزینه‌های نیروی کار در محل را کاهش می‌دهد.
(III) مقاومت و دوام بالا در برابر زلزله
استحکام فولاد، سازه‌های فولادی را قادر می‌سازد تا از طریق تغییر شکل در طول زلزله، انرژی را از بین ببرند. به عنوان مثال، در طول زلزله ونچوان در سال ۲۰۰۸، یک کارخانه سازه فولادی در چنگدو تنها دچار تغییر شکل جزئی شد و هیچ خطری برای فروریختن آن وجود نداشت. علاوه بر این، پس از عملیات ضد خوردگی (گالوانیزه کردن و پوشش)، فولاد می‌تواند عمر مفید ۵۰ تا ۱۰۰ سال داشته باشد و هزینه‌های نگهداری آن بسیار کمتر از سازه‌های بتنی است.
(IV) حفاظت از محیط زیست و پایداری
نرخ بازیافت فولاد از ۹۰٪ فراتر می‌رود و امکان ذوب مجدد و فرآوری آن پس از تخریب را فراهم می‌کند و آلودگی ناشی از ضایعات ساختمانی را از بین می‌برد. علاوه بر این، ساخت و ساز فولادی نیازی به قالب‌بندی یا نگهداری ندارد، به حداقل کار مرطوب در محل نیاز دارد و انتشار گرد و غبار را در مقایسه با سازه‌های بتنی بیش از ۶۰٪ کاهش می‌دهد که با اصول ساختمان‌سازی سبز همسو است. به عنوان مثال، پس از برچیدن محل برگزاری مسابقات المپیک زمستانی ۲۰۲۲ پکن، برخی از اجزا در پروژه‌های دیگر مورد استفاده مجدد قرار گرفتند و به بازیافت منابع دست یافتند.

کاربرد گسترده سازه‌های فولادی
(۱) ساخت و ساز
ساختمان‌های عمومی: استادیوم‌ها، فرودگاه‌ها، مراکز همایش و نمایشگاه و غیره، برای دستیابی به دهانه‌های بزرگ و طرح‌های جادار، به سازه‌های فولادی متکی هستند.
ساختمان‌های مسکونی: خانه‌های پیش‌ساخته با سازه فولادی به طور فزاینده‌ای محبوب می‌شوند و می‌توانند نیازهای مسکن شخصی‌سازی‌شده را برآورده کنند.
ساختمان‌های تجاری: ساختمان‌های اداری و مراکز خرید بسیار مرتفع که از سازه‌های فولادی برای دستیابی به طرح‌های پیچیده و ساخت و ساز کارآمد استفاده می‌کنند.
(II) حمل و نقل
مهندسی پل: پل‌های دریایی و پل‌های راه‌آهن. پل‌های فولادی دهانه‌های بزرگی دارند و در برابر باد و زلزله مقاومت بالایی از خود نشان می‌دهند.
حمل و نقل ریلی: سایبان‌های ایستگاه مترو و تیرهای مسیر قطار سبک شهری.
(III) صنعتی
کارخانه‌های صنعتی: کارخانه‌های ماشین‌آلات سنگین و کارخانه‌های متالورژی. سازه‌های فولادی می‌توانند بارهای تجهیزات بزرگ را تحمل کنند و اصلاحات بعدی تجهیزات را تسهیل کنند.
تأسیسات انبارداری: انبارهای زنجیره سرد و مراکز لجستیک. سازه‌های قاب پورتال الزامات ذخیره‌سازی با دهانه بزرگ را برآورده می‌کنند و به سرعت ساخته و راه‌اندازی می‌شوند.
(IV) انرژی
تأسیسات برق: ساختمان‌های اصلی نیروگاه‌های حرارتی و برج‌های انتقال. سازه‌های فولادی برای بارهای زیاد و محیط‌های خشن بیرونی مناسب هستند. انرژی نو: برج‌های توربین بادی و سیستم‌های نصب فتوولتائیک دارای سازه‌های فولادی سبک برای حمل و نقل و نصب آسان هستند و از توسعه انرژی پاک پشتیبانی می‌کنند.