Novinky - Ocelová konstrukce: Klíčový konstrukční systém v moderním inženýrství

V současné architektuře, dopravě, průmyslu a energetickém inženýrství,ocelová konstrukceDíky svým dvojím výhodám, a to jak v materiálu, tak v konstrukci, se stala klíčovou hnací silou inovací ve strojírenských technologiích. Použitím oceli jako hlavního nosného materiálu překračuje omezení tradičních konstrukcí prostřednictvím industrializované výroby a modulární instalace a poskytuje efektivní řešení pro širokou škálu složitých projektů.

Výhody a nevýhody ocelových konstrukcí - CHINA ROYAL STEEL

Definice a povaha ocelové konstrukce
Ocelová konstrukce označuje nosný konstrukční systém složený zocelové desky, ocelové profily (H nosníky, U kanály, úhlová ocelatd.) a ocelové trubky, zajištěné svařováním, vysokopevnostními šrouby nebo nýty. Jeho podstatou je využít vysokou pevnost a houževnatost oceli k rovnoměrnému přenosu svislého zatížení (vlastní hmotnost a hmotnost zařízení) a vodorovného zatížení (vítr a zemětřesení) z budovy nebo projektu na jeho základy, čímž se zajistí stabilita konstrukce. Ve srovnání s betonovými konstrukcemi spočívá hlavní výhoda ocelových konstrukcí v jejich mechanických vlastnostech: jejich pevnost v tahu může dosáhnout přes 345 MPa, což je více než 10krát více než u běžného betonu; a jejich vynikající plasticita jim umožňuje deformovat se pod zatížením bez zlomení, což poskytuje dvojnásobnou záruku bezpečnosti konstrukce. Tato vlastnost je činí nenahraditelnými ve scénářích s velkým rozpětím, výškovými budovami a vysokým zatížením.

Hlavní typy ocelových konstrukcí

(I) Klasifikace podle strukturální formy
Rámová konstrukce brány: Tato konstrukce, složená ze sloupů a nosníků, tvoří rám ve tvaru „brány“ a je spojena s nosným systémem. Je vhodná pro průmyslové závody, logistické sklady, supermarkety a další stavby. Běžné rozpětí se pohybuje od 15 do 30 metrů, přičemž některé přesahují 40 metrů. Komponenty lze prefabrikovat v továrnách, což umožňuje instalaci na místě za pouhých 15 až 30 dní. Například sklady společnosti JD.com v asijském logistickém parku č. 1 využívají primárně tento typ konstrukce.
Příhradová konstrukce: Tato konstrukce se skládá z přímých tyčí spojených uzly a tvoří trojúhelníkovou nebo lichoběžníkovou geometrii. Tyče jsou vystaveny pouze osovým silám, čímž se plně využívá pevnost oceli. Příhradové konstrukce se běžně používají ve střechách stadionů a hlavních rozpětích mostů. Například při rekonstrukci Pekingského dělnického stadionu byla použita příhradová konstrukce k dosažení rozpětí bez sloupů o délce 120 metrů.
Rámové konstrukce: Prostorový systém tvořený pevně spojenými nosníky a sloupy nabízí flexibilní půdorysy a je běžnou volbou pro výškové kancelářské budovy a hotely.
Mřížkové struktury: Prostorová mřížka složená z více prvků, často s pravidelnými trojúhelníkovými a čtvercovými uzly, nabízí silnou integritu a vynikající odolnost proti zemětřesení. Jsou široce používány v letištních terminálech a kongresových centrech.

(II) Klasifikace podle charakteristik zatížení
Ohybové prvky: Tyto prvky, reprezentované nosníky, odolávají ohybovým momentům, s tlakem nahoře a tahem dole. Často používají H-profily nebo svařované krabicové profily, jako jsou jeřábové nosníky v průmyslových závodech, a musí splňovat požadavky na pevnost i odolnost proti únavě.
Axiálně zatížené prvky: Tyto prvky jsou vystaveny pouze axiálnímu tahu/tlaku, jako například táhla příhradových nosníků a mřížkové prvky. Táhla jsou navržena pro pevnost, zatímco tlačné tyče vyžadují stabilitu. Obvykle se používají kruhové trubky nebo úhelníkové ocelové profily. Excentricky zatížené prvky: Tyto prvky jsou vystaveny jak axiálním silám, tak ohybovým momentům, jako například sloupy rámu. Vzhledem k excentricitě zatížení na koncích nosníku jsou pro vyvážení sil a deformací nutné symetrické průřezy (například skříňové sloupy).

Hlavní výhody ocelových konstrukcí
(I) Vynikající mechanické vlastnosti
Vysoká pevnost a nízká hmotnost jsou nejvýznamnějšími výhodami ocelových konstrukcí. Pro dané rozpětí je vlastní hmotnost ocelového nosníku pouze 1/3 až 1/5 hmotnosti betonového nosníku. Například ocelový příhradový nosník o rozpětí 30 metrů váží přibližně 50 kg/m, zatímco betonový nosník váží přes 200 kg/m. To nejen snižuje náklady na základy (o 20–30 %), ale také zmírňuje seismické účinky a zlepšuje seismickou bezpečnost konstrukce.
(II) Vysoká efektivita výstavby
Více než 90 % ocelových konstrukčních prvků je prefabrikováno v továrnách s milimetrovou přesností. Instalace na místě vyžaduje pouze zvedání a spojení. Například desetipatrová ocelová kancelářská budova trvá od výroby komponentů až po dokončení pouze 6–8 měsíců, což představuje 40% zkrácení doby výstavby ve srovnání s betonovou konstrukcí. Například prefabrikovaný ocelový rezidenční projekt v Šen-čenu dosáhl rychlosti výstavby „jedno patro za sedm dní“, což výrazně snížilo náklady na práci na místě.
(III) Silná odolnost vůči zemětřesení a trvanlivost
Díky houževnatosti oceli mohou ocelové konstrukce rozptylovat energii deformací během zemětřesení. Například během zemětřesení ve Wen-čchuanu v roce 2008 utrpěla továrna na ocelové konstrukce v Čcheng-tu pouze mírnou deformaci a nehrozilo jí žádné riziko zřícení. Navíc po antikorozní úpravě (pozinkování a nátěr) může mít ocel životnost 50–100 let s mnohem nižšími náklady na údržbu než u betonových konstrukcí.
(IV) Ochrana životního prostředí a udržitelnost
Míra recyklace oceli přesahuje 90 %, což umožňuje její opětovné tavení a zpracování po demolici, čímž se eliminuje znečištění stavebním odpadem. Ocelové konstrukce navíc nevyžadují žádné bednění ani údržbu, vyžadují minimální mokré práce na staveništi a ve srovnání s betonovými konstrukcemi snižují emise prachu o více než 60 %, což je v souladu s principy zelené výstavby. Například po demontáži areálu Ice Cube pro zimní olympijské hry v Pekingu v roce 2022 byly některé komponenty znovu použity v jiných projektech, čímž se dosáhlo recyklace zdrojů.

Široké použití ocelových konstrukcí
(I) Stavba
Veřejné budovy: Stadiony, letiště, kongresová a výstavní centra atd. se spoléhají na ocelové konstrukce pro dosažení velkých rozpětí a prostorných návrhů.
Obytné budovy: Prefabrikované ocelové konstrukce domů se stávají stále oblíbenějšími a mohou splňovat individuální požadavky na bydlení.
Komerční budovy: Supervýškové kancelářské budovy a nákupní centra, které využívají ocelové konstrukce k dosažení složitých návrhů a efektivní výstavby.
(II) Doprava
Mostní inženýrství: Mosty přes moře a železniční mosty. Ocelové mosty nabízejí velká rozpětí a silnou odolnost vůči větru a zemětřesení.
Železniční doprava: Stříšky stanic metra a nosníky kolejí lehké kolejové dopravy.
(III) Průmyslové
Průmyslové závody: Závody těžkého strojírenství a hutní závody. Ocelové konstrukce odolávají zatížení velkých zařízení a usnadňují následné úpravy zařízení.
Skladovací zařízení: Sklady s chladírenským řetězcem a logistická centra. Portálové rámové konstrukce splňují požadavky na skladování s velkým rozpětím a vyznačují se rychlou montáží a uvedením do provozu.
(IV) Energie
Energetická zařízení: Hlavní budovy tepelných elektráren a přenosové věže. Ocelové konstrukce jsou vhodné pro vysoké zatížení a náročné venkovní prostředí. Nová energie: Věžové věže větrných turbín a montážní systémy fotovoltaiky se vyznačují lehkými ocelovými konstrukcemi pro snadnou přepravu a instalaci, což podporuje rozvoj čisté energie.