Știri - Structura metalică: un sistem structural cheie în ingineria modernă

În arhitectura contemporană, transporturi, industrie și inginerie energetică,structură de oțel, cu avantajele sale duble atât în ceea ce privește materialul, cât și structura, a devenit o forță centrală care impulsionează inovația în tehnologia inginerească. Folosind oțelul ca material portant principal, acesta depășește limitele structurilor tradiționale prin producția industrializată și instalarea modulară, oferind soluții eficiente pentru o gamă largă de proiecte complexe.

Avantajele și dezavantajele structurii metalice - CHINA ROYAL STEEL

Definiția și natura structurii metalice
Structura de oțel se referă la un sistem structural portant compus dinplăci de oțel, profile de oțel (Grinzi H, Canale U, unghi de oțel, etc.) și țevi de oțel, fixate prin sudură, șuruburi de înaltă rezistență sau nituri. Esența sa constă în valorificarea rezistenței și tenacității ridicate a oțelului pentru a transfera uniform încărcările verticale (greutatea proprie și greutatea echipamentului) și încărcările orizontale (vânt și cutremure) de la o clădire sau un proiect la fundația sa, asigurând stabilitatea structurală. Comparativ cu structurile din beton, principalul avantaj al structurilor din oțel constă în proprietățile lor mecanice: rezistența lor la tracțiune poate ajunge la peste 345 MPa, de peste 10 ori mai mare decât cea a betonului obișnuit; iar plasticitatea lor excelentă le permite să se deformeze sub sarcină fără a se rupe, oferind o dublă garanție de siguranță structurală. Această caracteristică le face de neînlocuit în scenarii cu deschideri mari, clădiri înalte și încărcări grele.

Principalele tipuri de structuri metalice

(I) Clasificare după forma structurală
Structura-cadru Gateway: Această structură, compusă din coloane și grinzi, formează o structură în formă de „poartă”, cuplată cu un sistem de susținere. Este potrivită pentru instalații industriale, depozite logistice, supermarketuri și alte structuri. Deschiderile obișnuite variază de la 15 la 30 de metri, unele depășind 40 de metri. Componentele pot fi prefabricate în fabrici, permițând instalarea la fața locului în doar 15 până la 30 de zile. De exemplu, depozitele JD.com din Asia No. 1 Logistics Park utilizează în principal acest tip de structură.
Structură cu zăbrele: Această structură este formată din tije drepte conectate prin noduri pentru a forma o geometrie triunghiulară sau trapezoidală. Tijele sunt supuse doar forțelor axiale, utilizând la maximum rezistența oțelului. Structurile cu zăbrele sunt utilizate în mod obișnuit la acoperișurile stadioanelor și la deschiderile principale ale podurilor. De exemplu, la renovarea Stadionului Muncitorilor din Beijing s-a folosit o structură cu zăbrele pentru a obține o deschidere de 120 de metri fără coloane.
Structuri cu cadru: Un sistem spațial format din grinzi și coloane conectate rigid oferă planuri de etaj flexibile și este alegerea principală pentru clădirile de birouri și hotelurile înalte.
Structuri de grilă: O grilă spațială compusă din mai mulți membri, adesea cu noduri triunghiulare și pătrate regulate, oferă o integritate puternică și o rezistență excelentă la seism. Acestea sunt utilizate pe scară largă în terminalele aeroportuare și centrele de convenții.

(II) Clasificare după caracteristicile de încărcare
Elemente la încovoiere: Reprezentate de grinzi, aceste elemente rezistă la momente de încovoiere, cu compresie în partea superioară și tensiune în partea inferioară. Adesea utilizează profile în H sau profile sudate tip casetă, cum ar fi grinzile de macara din instalațiile industriale, și trebuie să îndeplinească atât cerințele de rezistență, cât și cele de rezistență la oboseală.
Elemente încărcate axial: Aceste elemente sunt supuse doar la tensiune/compresie axială, cum ar fi tiranții și elementele grilajului. Tiranții sunt proiectați pentru rezistență, în timp ce tijele de compresie necesită stabilitate. Se utilizează de obicei tuburi circulare sau profile de oțel în unghi. Componente încărcate excentric: Acestea sunt supuse atât forțelor axiale, cât și momentelor de încovoiere, cum ar fi stâlpii-cadru. Datorită excentricității sarcinii la capetele grinzii, sunt necesare secțiuni transversale simetrice (cum ar fi stâlpii-cadru) pentru a echilibra forțele și deformațiile.

Avantajele principale ale structurilor metalice
(I) Proprietăți mecanice excelente
Rezistența ridicată și greutatea redusă sunt cele mai semnificative avantaje ale structurilor din oțel. Pentru o anumită deschidere, greutatea proprie a unei grinzi de oțel este de doar 1/3-1/5 din cea a unei grinzi de beton. De exemplu, o grindă de oțel cu deschiderea de 30 de metri cântărește aproximativ 50 kg/m, în timp ce o grindă de beton cântărește peste 200 kg/m. Acest lucru nu numai că reduce costurile fundației (cu 20%-30%), dar atenuează și efectele seismice, îmbunătățind siguranța seismică a structurii.
(II) Eficiență ridicată în construcție
Peste 90% din componentele structurilor metalice sunt prefabricate în fabrici cu precizie milimetrică. Instalarea la fața locului necesită doar ridicarea și conectarea. De exemplu, o clădire de birouri din oțel cu 10 etaje durează doar 6-8 luni de la producția componentelor până la finalizare, o reducere de 40% a timpului de construcție în comparație cu o structură din beton. De exemplu, un proiect rezidențial prefabricat din oțel din Shenzhen a atins o viteză de construcție de „un etaj la fiecare șapte zile”, reducând semnificativ costurile forței de muncă la fața locului.
(III) Rezistență puternică la cutremure și durabilitate
Tenacitatea oțelului permite structurilor metalice să disipeze energia prin deformare în timpul cutremurelor. De exemplu, în timpul cutremurului din Wenchuan din 2008, o fabrică de structuri metalice din Chengdu a suferit doar deformări minore și niciun risc de prăbușire. În plus, după tratamentul anticoroziv (galvanizare și acoperire), oțelul poate avea o durată de viață de 50-100 de ani, cu costuri de întreținere mult mai mici decât structurile din beton.
(IV) Protecția mediului și sustenabilitatea
Ratele de reciclare a oțelului depășesc 90%, permițând topirea și procesarea acestuia după demolare, eliminând poluarea cu deșeuri de construcții. În plus, construcțiile din oțel nu necesită cofraje sau întreținere, necesitând lucrări umede minime la fața locului și reducând emisiile de praf cu peste 60% în comparație cu structurile din beton, aliniindu-se principiilor construcțiilor ecologice. De exemplu, după demontarea stadionului Ice Cube pentru Jocurile Olimpice de iarnă de la Beijing din 2022, unele componente au fost reutilizate în alte proiecte, realizându-se reciclarea resurselor.

Aplicarea pe scară largă a structurilor din oțel
(I) Construcții
Clădiri publice: Stadioanele, aeroporturile, centrele de convenții și expoziții etc. se bazează pe structuri metalice pentru a obține deschideri mari și designuri spațioase.
Clădiri rezidențiale: Locuințele prefabricate cu structură metalică devin din ce în ce mai populare și pot satisface cerințe personalizate de locuințe.
Clădiri comerciale: Clădiri de birouri și centre comerciale de înaltă înălțime, care utilizează structuri metalice pentru a realiza designuri complexe și construcții eficiente.
(II) Transport
Inginerie de poduri: Poduri transmarine și poduri feroviare. Podurile din oțel oferă deschideri mari și rezistență puternică la vânt și cutremure.
Transport feroviar: Copertine de stații de metrou și grinzi de cale ferată ușoară.
(III) Industrial
Instalații industriale: Instalații de mașini grele și instalații metalurgice. Structurile metalice pot rezista la sarcinile echipamentelor mari și pot facilita modificările ulterioare ale echipamentelor.
Facilități de depozitare: Depozite cu lanț frigorific și centre logistice. Structurile cu cadru portal îndeplinesc cerințele de depozitare de mari dimensiuni și sunt rapide de construit și pus în funcțiune.
(IV) Energie
Instalații energetice: Clădirile principale ale centralelor termice și turnurile de transmisie. Structurile din oțel sunt potrivite pentru sarcini mari și medii exterioare dure. Energie nouă: Turnurile turbinelor eoliene și sistemele de montare fotovoltaice prezintă structuri ușoare din oțel pentru transport și instalare ușoară, sprijinind dezvoltarea energiei curate.