Nyheter - Stålkonstruktion: Ett viktigt struktursystem inom modern ingenjörskonst

Inom samtida arkitektur, transport, industri och energiteknik,stålkonstruktion, med sina dubbla fördelar i både material och struktur, har blivit en central drivkraft för innovation inom ingenjörsteknik. Genom att använda stål som sitt bärande kärnmaterial överskrider den begränsningarna hos traditionella strukturer genom industrialiserad produktion och modulär installation, vilket ger effektiva lösningar för en mängd olika komplexa projekt.

Fördelar och nackdelar med stålkonstruktion - CHINA ROYAL STEEL

Definition och natur av stålkonstruktion
Stålkonstruktion avser ett bärande konstruktionssystem som består avstålplattor, stålprofiler (H-balkar, U-kanaler, vinkelstål, etc.), och stålrör, säkrade genom svetsning, höghållfasta bultar eller nitar. Dess kärna är att utnyttja stålets höga hållfasthet och seghet för att jämnt överföra vertikala laster (egenvikt och utrustningsvikt) och horisontella laster (vind och jordbävningar) från en byggnad eller ett projekt till dess grund, vilket säkerställer strukturell stabilitet. Jämfört med betongkonstruktioner ligger den största fördelen med stålkonstruktioner i deras mekaniska egenskaper: deras draghållfasthet kan nå över 345 MPa, mer än 10 gånger högre än vanlig betong; och deras utmärkta plasticitet gör att de kan deformeras under belastning utan att gå sönder, vilket ger en dubbel garanti för strukturell säkerhet. Denna egenskap gör dem oersättliga i scenarier med stora spann, höga byggnader och tung belastning.

Huvudtyper av stålkonstruktioner

(I) Klassificering efter strukturell form
Gateway-ramstruktur: Denna struktur, som består av pelare och balkar, bildar ett "gateway"-format ramverk, kopplat till ett stödsystem. Den är lämplig för industrianläggningar, logistiklager, stormarknader och andra strukturer. Vanliga spännvidder varierar från 15 till 30 meter, med vissa över 40 meter. Komponenter kan prefabriceras i fabriker, vilket möjliggör installation på plats på bara 15 till 30 dagar. Till exempel använder JD.coms Asia No. 1 Logistics Park-lager främst denna typ av struktur.
Fackverkskonstruktion: Denna konstruktion består av raka stänger som är sammankopplade med noder för att bilda en triangulär eller trapetsformad geometri. Stängerna utsätts endast för axiella krafter, vilket fullt utnyttjar stålets styrka. Fackverkskonstruktioner används ofta i stadiontak och broars huvudspann. Till exempel användes en fackverkskonstruktion vid renoveringen av Pekings arbetarstadion för att uppnå ett 120 meter pelarfritt spann.
Ramkonstruktioner: Ett rumsligt system som bildas av stelt sammankopplade balkar och pelare erbjuder flexibla planlösningar och är det vanligaste valet för höga kontorsbyggnader och hotell.
Rutnätsstrukturer: Ett rumsligt rutnät som består av flera element, ofta med regelbundna triangel- och fyrkantiga noder, erbjuder stark integritet och utmärkt jordbävningsbeständighet. De används ofta i flygplatsterminaler och kongresscenter.

(II) Klassificering efter lastegenskaper
Böjbara element: Representerade av balkar, dessa element motstår böjmoment, med kompression upptill och dragning nedtill. De använder ofta H-profiler eller svetsade lådprofiler, såsom kranbalkar i industrianläggningar, och måste uppfylla krav på både hållfasthet och utmattningsbeständighet.
Axiellt belastade element: Dessa element utsätts endast för axiell spänning/kompression, såsom fackverksdragstänger och gallerelement. Dragstänger är konstruerade för hållfasthet, medan kompressionsstänger kräver stabilitet. Cirkulära rör eller vinkelstålprofiler används vanligtvis. Excentriskt belastade komponenter: Dessa utsätts för både axiella krafter och böjmoment, såsom rampelare. På grund av lastens excentricitet vid balkändarna krävs symmetriska tvärsnitt (såsom lådpelare) för att balansera krafterna och deformationerna.

Kärnfördelar med stålkonstruktioner
(I) Utmärkta mekaniska egenskaper
Hög hållfasthet och låg vikt är de viktigaste fördelarna med stålkonstruktioner. För ett givet spännvidd är dödvikten för en stålbalk endast 1/3-1/5 av en betongbalks. Till exempel väger en stålfackverkskonstruktion med ett spännvidd på 30 meter cirka 50 kg/m², medan en betongbalk väger över 200 kg/m². Detta minskar inte bara grundläggningskostnaderna (med 20–30 %) utan mildrar också seismiska effekter, vilket förbättrar konstruktionens seismiska säkerhet.
(II) Hög byggeffektivitet
Över 90 % av stålkonstruktionskomponenter prefabriceras i fabriker med millimeterprecision. Installation på plats kräver endast lyftning och koppling. Till exempel tar en 10-vånings kontorsbyggnad i stål bara 6–8 månader från komponentproduktion till färdigställande, en minskning av byggtiden med 40 % jämfört med en betongkonstruktion. Till exempel uppnådde ett prefabricerat bostadsprojekt i stål i Shenzhen en bygghastighet på "en våning var sjunde dag", vilket avsevärt minskade arbetskraftskostnaderna på plats.
(III) Stark jordbävningsbeständighet och hållbarhet
Stålets seghet gör att stålkonstruktioner kan avge energi genom deformation under jordbävningar. Till exempel, under jordbävningen i Wenchuan 2008, drabbades en stålkonstruktionsfabrik i Chengdu endast av mindre deformation och ingen risk för kollaps. Dessutom kan stål efter korrosionsskyddsbehandling (galvanisering och beläggning) ha en livslängd på 50–100 år, med underhållskostnader som är betydligt lägre än betongkonstruktioner.
(IV) Miljöskydd och hållbarhet
Återvinningsgraden för stål överstiger 90 %, vilket gör att det kan smältas om och bearbetas efter rivning, vilket eliminerar föroreningar från byggavfall. Dessutom kräver stålkonstruktion ingen formsättning eller underhåll, kräver minimalt våtarbete på plats och minskar dammutsläppen med över 60 % jämfört med betongkonstruktioner, vilket är i linje med principerna för grönt byggande. Till exempel, efter nedmonteringen av Ice Cube-arenan för vinter-OS i Peking 2022, återanvändes vissa komponenter i andra projekt, vilket uppnådde resursåtervinning.

Utbredd tillämpning av stålkonstruktioner
(I) Konstruktion
Offentliga byggnader: Stadioner, flygplatser, kongress- och utställningscenter etc. förlitar sig på stålkonstruktioner för att uppnå stora spännvidder och rymliga konstruktioner.
Bostadshus: Prefabricerade stålkonstruktioner blir alltmer populära och kan möta personliga bostadsbehov.
Kommersiella byggnader: Superhöga kontorsbyggnader och köpcentra, som använder stålkonstruktioner för att uppnå komplexa designer och effektiv konstruktion.
(II) Transport
Broteknik: Broar över sjöar och järnvägsbroar. Stålbroar erbjuder stora spann och är starkt motståndskraftiga mot vind och jordbävningar.
Järnvägstrafik: Tunnelbanestationers tak och spårbalkar för lätt spårväg.
(III) Industriell
Industrianläggningar: Tunga maskinanläggningar och metallurgiska anläggningar. Stålkonstruktioner kan motstå belastningen från stor utrustning och underlätta efterföljande modifieringar av utrustningen.
Lageranläggningar: Kylkedjelager och logistikcenter. Portalramskonstruktioner uppfyller kraven på lagring av stora lagerutrymmen och är snabba att bygga och driftsätta snabbt.
(IV) Energi
Kraftanläggningar: Huvudbyggnader för värmekraftverk och överföringstorn. Stålkonstruktioner är lämpliga för höga belastningar och tuffa utomhusmiljöer. Ny energi: Vindkraftverkstorn och solcellssystem har lätta stålkonstruktioner för enkel transport och installation, vilket stöder utveckling av ren energi.