הדרך בה פלדה מתעקמת במקום נשברת כשנמצאת תחת לחץ הופכת אותה לבחירה טובה מאוד עבור אזורי רעידות אדמה. בטון נוטה לדרוס ולשבר בקלות תחת לחץ, אך מבני פלדה למעשה מתעווות ומפזרות את הכוח לאורך המבנה. בניינים שעשויי פלדה יכולים למעשה לזוז קדימה ואחורה ב-10 עד 15 אחוז מגובהם במהלך רעידות אדמה לפני שמתרחשת כל נזק. גמישות זו מצילה חיים כיוון שהיא מונעת לקריסת מבנים בשלמותם באופן פתאומי כאשר האדמה מתחילה לרעוד סביבם.
מבנים מודרניים מפלדה משתמשים במערכות ביזור אנרגיה כמו מט dissipators ותומכות עמידות לעיוות. רכיבים אלו פועלים כאלמנטים זבוחים, שסופגים עד 70% מכוחות רעידת האדמה לפני שהם מגיעים לאיברים הנושאים העיקריים. על ידי ריכוז נזק בחלקים ניתן להחלפה, תכנונים אלו מבטיחים שהמבנה הכולל ישאר שלם גם אם יתרחש עיוות קבוע.
מבני פלדה מקבלים הגנה מוגברת באמצעות טכניקות כגון מסגרות מחוזקות ומערכות בידוד בסיס שבעצם מנותקות את המבנה מתנועות הקרקע. כשמדובר ביישום מעשי, מהנדסים לעתים קרובות מתקינים יחידות הנקראות כריות אלסטומריות או מבודדי נפנוף חיכוך שמאפשרות למבנים לנוע קצת באופן עצמאי ביחס למה שמתרחש מתחת להן. זה יכול לצמצם בכ-50% עד 75% את הכוחות האופקיים הנוצרים בזמן רעידות אדמה, על פי רוב המחקרים שראינו. קיימות גם גישות היברידיות שבהן משולבים שיטות שונות, כמו מסגרות עם עמודי דחיפה אקסצנטריים, אשר מצליחות למצוא איזון בין קשיחות מספקת לצורך יציבות, תוך שמירה על מידה מסוימת של מתיחות כשנדרש. מערכות אלו עוזרות לשלוט במידת הנזק המתרחש כאשר יש רעידת אדמה חזקה במיוחד.
רעידת האדמה בצפון רידג' משנת 1994 הדגימה את עמידות הפלדה – מבנים מודרניים מסגרת פלדתית התגלו כבעלי ביצועים טוב בהרבה מבני בטון. באופן דומה, המגדל בן ה-346 מטר של טורנומון הילס בטוקיו שרד ללא נזק את רעידת האדמה בטוהוקו משנת 2011, הודות למערכת הסריג האלכסוני מפלדה ולמשכננים המכוונים, על אף התרחשות תזוזות אדמה בגובה 6.5 מטר.
מחקר ביצועים סיסמי משנת 2023 מצא שמבני פלדה מתאוששים פי שלושה מהר יותר מבטון לאחר רעידות אדמה גדולות. בעוד שעץ מציע גמישות מסוימת בזכות משקלו הקל, חסר לו עוצמת היעפור הקבועה (275–450 MPa) של פלדה, מה שהופך את הפלדה ל-40% יעילה יותר בנשיאה במקביל לעומסי ציר ולעומסי צד בבניינים רב קומיים.
יחס החוזק למשקל של הפלדה מאפשר לבניינים לעמוד בפני רוחות שמהירותן עולה על 150 מייל לשעה, מה שקרוב מאוד למה שאנו רואים במהלך הוריקנים בקטגוריה ארבע, מבלי לגרום נזק ממשי למבנה עצמו. מה שמייחד את הפלדה הוא שהיא מתעortionת תחת לחץ במקום להישבר לחלוטין. פעולת העיוות הזו עוזרת בפיזור חלק מכוח הרывאים ומאפשרת למפרקים לשמור על יציבותם. כשנוגעים במספרים ביצועיים אמיתיים, התברר שפאנלים מפלדה עמידים בחדירה של חפצים מעופפים ב-72 אחוז יותר מאשר חומרי בניין נפוצים אחרים, לפי מחקר שפורסם על ידי מכון הבטיחות לסופות בשנת 2022. עבור כל מי שחי באזורים שבהם סופות הן אורחות קבועות, ההבדל הזה בביטחון חשוב מאוד מבחינת בטיחות.
לאחר ההוריקן מיכאל (2018), 92% מהמבנים מסגרת פלד בפנמה סיטי, פלורידה, נשארו בתפקוד על אף רוחות במהירות 160 מייל לשעה והרס רב-עוצמתי. באזורים עטופי סופות טורנדו כמו מחוז מור, אוקלהומה, מבני פלדה סובלים מ-40% פחות תקלות בגגות בהשוואה למבנים מעץ, לפי הערכת הביצועים של FEMA משנת 2021.
גג פלדה עשוי לשקול רק כ-2.1 פאונד לדון אמצעי בהשוואה ל-6.5 פאונד הכבדים של בטון, אך למה שבחסר במשקל הוא משתלם בחוזקה נגד כוחות הרמה. פלדה יכולה לעמוד בשלושה פעמים טוב יותר בתנאים אלו הודות לאופן שבו היא מעבירה עומסים ושומרת על עיגון איתן. ניסויים הראו שעם שימוש במערכות חיזוק מתקדמות, הסיכוי שהחיבורים ייפרדו במהלך לחץ רוח יורד ב-58 אחוז לפי ניסויי מנהרת רוח. זה אומר שהمبנים נשארים יציבים גם כשאמא טבע זורקת עליהם את הכי גרוע.
לצמצום התנגדות הרוח, מבני פלדה מודרניים כוללים אלמנטים של עיצוב אירודינמי:
בשילוב עם תוכנת מודליזציה תחזיתית, מאפיינים אלו מאפשרים לבנייני פלדה לעלות על דרישות העומס של ASCE 7-22 לרוח ב-15–25% באזורים חופיים.
פלדה לא נשרפת ומתמוססת ב-1,300 מעלות צלזיוס, שזה חומר די חם. זה אומר שהוא לא יתלהב או ישחרר גזים מסוכנים כאשר יש שריפה מתרחשת. לפי מחקר של NIST בשנת 2022, בניינים שנבנו עם מסגרת פלדה מחזיקים מעמד כ-42% יותר מאשר בניינים שנבנו עם מסגרת עץ. זמן נוסף זה יכול לעשות את כל ההבדל במהלך מצב פינוי חירום. עכשיו בעוד שהפלדה מתחילה לאבד את כוחה ברגע שהטמפרטורות מגיעות ל-530 מעלות צלזיוס, לחוקי הבנייה המודרניים יש דרכים להתמודד עם הבעיה הזאת. הם משלבים מערכות גיבוי ומחלקים מבנים לחלקים נפרדים כך שאפילו אם חלק מהבניין ניזוק, אזורים אחרים נשארים יציבים מספיק
הסידוקים המיוחדים האלה נפחים כשנוגעים בטמפרטורות גבוהות, ויוצרים שכבת פחמן מגינה שמאטת בצורה משמעותית את קצב החימום של הפלדה. בשילוב עם חומרי בידוד דagueים מבוססי סימנט, ניתן לגרום לאלמנטים מבניים כמו קרשים ועמודים לעבור בהצלחה מבחני אש קפדניים כמו ASTM E119, ולהחזיק מעמד עד 2–4 שעות לפני התפרצות או עיוות. מחקר חדש מראה שפלדה שסודקה כראוי שומרת על כ-90 אחוז מהקיבולת שלה גם בטמפרטורות של כ-800 מעלות צלזיוס, בעוד שפלדה רגילה לא מוגנת ירדה רק לכ-35 אחוז מקיבולתה באותם תנאים, לפי ממצאים שפורסמו בשנה שעברה בכתב העת של הנדסת הגנת האש.
כשעץ מגיע לערך של כ-300 מעלות צלזיוס או 572 פרנהייט, הוא מתחיל להבער ומשחרר גזים דליקים שגורמים להתרחבות מהירה של השריפה. גזים אלו אחראים למעשה לכ-שני שליש מכל שריפות הבניינים הקטלניות, לפי נתוני איגוד ההגנה מפני שריפה הלאומי (NFPA) משנת שעברה. החלפת החומרים יוצרת הבדל משמעותי כאן. פלדה אינה מספקת את אותו סוג של מקור דלק כמו עץ, מה שאומר שהלהטות אינן מתקדמות בבנייה באותה קלות. מבחנים מראים שפלדה замידה משמעותית את קצב התפשטות השריפה, ומקטינה את קצב ההתפשטות בכ-83 אחוז, לפי מחקר של קרן המחקר להגנה מפני שריפה. גם אם שכבות עץ שזורים יכולים להגן מפני נזק חום מיידי למשך זמן מה, פלדה מתנהגת בצורה צפוייה בהרבה כשנמצאת בטמפרטורות גבוהות. צפייה זו מאפשרת למהנדסי מבנים לתכנן מערכות תמיכה טובות יותר לאורך כל הבניין. כתוצאה מכך, בניינים גבוהים שעשויים מסגרות פלדה ניצבים בפני סיכון הרבה יותר קטן של קריסה במהלך שריפות עזות. מחקרים שבוצעו על ידי ועדת עמידות אש של ACI מציינים שעיצובים כאלה מקטינים את הסיכוי לקריסה בכ-91 אחוז בהשוואה לבנייה עץ מסורתית.
היתרנות של הפלדה נותנת מהנדסים מרחב להתאים את העיצובים שלהם בהתאם לסוגי האסונות שעלולים להיגרם באזוריים שונים. קחו לדוגמה מקומות שפגיעים לשיטפונות – עמודי תמיכה מותקנים בגובה שמעל לרמות השיטפון הרגילות. מבנים לאורך חופים משתמשים לעיתים קרובות באלloys מיוחדים שמונעים אוכלוס מחומץ מהאוויר המלח. כמה מחקרים אחרונים שנבדקו בהם הביצועים של מבנים במהלך אסונות הראו כי כאשר מסגרות פלדה מעוצבות במיוחד עבור כל מיקום, ניתן לצמצם את עלות התיקונים בכ-40 אחוז לעומת שיטות בנייה רגילות. גישות מותאמות אלו לא רק חוסכות כסף אלא גם עוזרות לעמוד בתקנות בנייה ועומדות טוב יותר בפני כל מה שהטבע יזרוק לעברן עם הזמן.
שיטות FEA ושיטות מודל링 חישוביות שונות מאפשרות להנדסנים לראות כיצד מבני פלדה מגיבים לכשליונות גדולים כמו רעידות אדמה או רוחות בעוצמת הוריקן של כ-150 מייל לשעה. המודלים האלה עוזרים לזהות אזורי בעיה זמן רב לפני תחילת הבנייה בפועל. מחקר אחרון משנת 2024 גילה ששלב של בינה מלאכותית בתוכנות סימולציה מגביר למעשה את הדיוק החיזויי ב-28 אחוז לעומת שיטות ישנות יותר. יישומים פרקטיים משמעותם שהנדסנים מבניים יכולים להתאים את גודל הקורות, לכוונן פרטי חיבורים ולעצב מחדש מערכות תמיכה בהתבסס על מה שלמדו. התוצאה? מבנים שמפגינים ביצועים טובים יותר בתנאי לחץ שמאפיינים את מיקומם, בין אם באזורים סיסמיים או באזורים חופיים הנוטים לסערות.
הגמישות של הפלדה מאפשרת מגוון דרכים להתמודד עם עומסי כוח על פני אלמנטים מבניים שונים כמו מסגרות מחוזקות, חיבורים מומנטים ודיאפרמות. כל אלה פועלים יחד כדי לקלוט ולפזר כוחות בעת קריסה. מה שמייחד את הפלדה הוא היכולת שלה להתקפל מעט לפני שהיא נשברת, מה שנותן למפתחים עוד קצת שטח לשגיאה. מחקר חדש מהשנה שעברה הראה שבאילו רעידות אדמה גדולות, בנייני פלדה שמרו על כ-89 אחוז מכוחם המקורי, בעוד מבני בטון הצליחו לשמור רק על כ-67 אחוז. המהנדסים מממשים מערכות גיבוי אלו בהתאם לכללי עיצוב מסוימים, כך שאם חלק אחד נפגע, אחרים ייכנסו לפעולה באופן אוטומטי כדי לשמור על יציבות המבנה. גישה זו עוזרת להסביר מדוע כל כך הרבה מבנים מודרניים סומכים על פלדה למרות העלות ההתחלתית הגבוהה יותר.
מה הופך את הפלדה לבחירה יעילה באזורים הנמצאים בסיכון לרעידות אדמה?
פלדה יעילה במיוחד באזורים עתירי רעידות אדמה בגלל דUCTILITY שלה, מה שמאפשר לה להתחבר ולספוג כוחות סיסמיים, ולמנוע קריסה פתאומית.
כיצד מבנים מפלדה מתפקדים במהלך הוריקנים?
יחס העוצמה למשקל של הפלדה עוזר לבניינים לעמוד בפני רוחות חזקות ובהשפעת חפצים מעופפים, ושומרים על פעילות גם לאחר סערות קשות.
האם פלדה היא חומר עמיד באש?
כן, פלדה עמידה באש באופן טבעי ולא נשרפת, מה שהופך אותה לבחירה בטוחה יותר בהשוואה לחומרים כמו עץ.
האם ניתן להתאים פלדה לסיכונים אזוריים מסוימים?
עיצובי פלדה יכולים להיות מותאמים לסיכונים אזוריים מסוימים, ובכך להגביר את העמידות בפני אסונות מקומיים כגון שיטפונות וחימצון באזורים חופיים.
זכויות יוצרים © 2025 על ידי Bao-Wu(Tianjin) Import & Export Co.,Ltd. - מדיניותICY
EN
