Темір-бетон ғимараттарының климаттық жағдайларға бейімделу қабілеті

Желге төзімділік: тропиктік және жағалаулық дауылдарға қарсы болат құрылымды ғимараттардың инженерлік есептеуі

Құйынға ұшырайтын аймақтарда аэродинамикалық пішіннің оптимизациялануы және бекітпе жүйесі

Бұл болат ғимараттар аэродинамикалық пішіндері мен ақылды бекітпе жүйелері арқасында күшті желдерге жақсы төзеді. Инженерлер осы құрылымдарды жобалаған кезде, ғимараттың негізінен көтерілуіне мүмкіндік бермей, желді жоғары қарай итеретін шатырдың еңісі мен қабырғалардың бұрыштарына назар аударады. Бұл тәсіл квадрат қорап тәрізді құрылымдармен салыстырғанда көтеруші қысымды шамамен 40% азайтады, өйткені олар тек тұрып қалып, қандай күш келсе де оған төзеді. Өзі бойынша болат та өте тиімді: ол өз салмағына қарағанда өте көп беріктікке ие. Көптеген болат құрылымдар 150 миль/сағаттан астам желдің әсеріне төзеді. Арнайы диагональдік бекітпелер бүйірлік күштерді тікелей фундаментке береді, ал кейбір рамалық конструкциялар ғимаратқа басқа материалдардың қатарында қатты сынбай, сәл иілуіне мүмкіндік береді. Тіпті желдің жылдамдығы 130–156 миль/сағат аралығында болатын қуатты IV дәрежелі тропиктік циклондар кезінде болат рамалардың арнайы жасалған, бұрандалы қосылыстары бар нұсқалары барлық элементтерді дұрыс бекітіп тұрады, ал көптеген заманауи ғимараттар желдің жылдамдығы 180 миль/сағатқа жақын болғанда да төзуге толықтай сынақтан өткен.

Анкерлеу, диафрагмалық дизайн және нақты әлемдегі өнімнің сапасы – Ирма соңындағы Флорида тәжірибесінен алынған сабақтар

Жақсы анкерлеу мен дұрыс диафрагмалық конструкцияның беріктігі ауыр дауылдар мен урагандар кезінде бірнеше рет дәлелденген. Ғимараттарда төбе диафрагмасынан бастап, жанама күштерге төзімді қабырғалар арқылы негізгі темірбетонды фундаментке орнатылған анкерлеу болттарына дейін үздіксіз жүк берілу жолы құрылған кезде, ғимараттар қиын шарттарда өз орнында қалады. Ураган «Ірма» соққаннан кейін инженерлер ASCE 7-22 стандарттарында белгіленген талаптарға сай ұстап тұратын болттармен негізге бекітілген болат ғимараттарды зерттеді. Олардың табысы қызығушылық тудырды: бұл ғимараттарда негізге байланысты проблемалар әдеттегі анкерлеу әдістерін қолданған ескі ғимараттармен салыстырғанда шамамен 90 пайызға аз болды. Диафрагмалық әсер концепциясы жұмыс істейді, себебі төбе мен қабырға панельдері нақты бір бүтін жүйе болып табылады және жүкті белгілі бір нүктелерге жинақтамай, оны бүкіл аймаққа таратады. Бұл 120 миль/сағаттан астам тұрақты жел жылдамдығы мен ауа қысымындағы қатты секірістерге ұшырайтын ғимараттар үшін толығымен қажет болды. «Ірма» кейінгі оқиғаларға қайта оралғанда бізге жанама күштерге қарсы әсер ететін интегралды жүйелердің әртүрлі компоненттерді жеке-жеке біріктіруге қарағанда әлдеқайда тиімді екендігі анық көрінеді.

Суық климатқа бейімделу: Құрылыс құрылымдарының болат конструкциясында қар жүктемесін басқару және төмен температурадағы тұрақтылығы

Қар жүктемесінің динамикалық есептеулері мен қардың үлеп кетуін ескеретін құрылымдық каркас

Қар көп түсетін аймақтарға келгенде, негізгі жүктеме есептеулерін жасау ғана жеткіліксіз болып қалды. Ең соңғы ASCE 7-22 бағдарламасы бізге желдің қарды қалай ығытатынын және қардың таралуына әсер ететін температураның өзгерістерін ескеруді талап етеді. Қардың ығысуы қалыпты есептеулермен болжанатын қысымнан үш есе көп болатын аймақтарды тудыруы мүмкін. Қазір көптеген инженерлер осы проблемалы аймақтарды анықтау үшін есептеулық сұйықтық динамикасы (CFD) симуляцияларына сүйенеді. Бұл модельдер парапеттік қабырғалардың артындағы немесе әртүрлі шатыр бөліктерінің қосылатын жерлеріндегі қиындық туғызатын аймақтарды табуға көмектеседі. Осы симуляциялардың нәтижелеріне сүйене отырып, құрылымдық түзетулер қажет болады. Мысалы, қауіпті аймақтарда арқалықтар тереңірек немесе кеңірек болуы керек. Еңістігі 4:12-ден асатын шатырларда пурлиндердің арақашықтығы бес футтан (1,52 м) аспауы керек. Қар көп жиналатын жерлерде қосымша бекітпе де қажет. Бұл түзетулер әр жылы 250 дюймнан (635 см) аса қар түсетін таулармен жұмыс істеген кезде маңызды рөл атқарады.

Кеңейту шовлары және минус температурадағы альпілік ортада ASTM A572 50-дәрежелі төзімділік

-40°F температурада жылулық сығылу қабаттық сызаттарды болдырмау үшін әрбір 200–300 футта кеңейту шовларын орнатуды талап етеді. Осымен қатар, ASTM A572 50-дәрежелі болат төмен температурада жоғары деңгейдегі төзімділік көрсетеді:

Американың сынақтар мен материалдар бойынша қоғамы (ASTM) сертификаттаған бұл дәреже альпілік қондырғыларда тоң-салау циклдары мен сейсмикалық ығысуға төзімділік көрсетеді — қалыпты көміртекті болатқа қарағанда істен шығу қаупін 63% азайтады.

Коррозияға қарсы қорғаныс: ылғалды, тұзды және су басуға бейім аймақтардағы болат құрылымды ғимараттарды қорғау

Қыздырып батыру арқылы цинктеу (ASTM A123) және тұз шашыратуы әсерінде цинк-алюминий қорытпасының қаптамалары

Су айдыны жағалауына жақын орналасқан құрылымдармен жұмыс істеген кезде коррозияға қарсы қорғау тек беткі қабаттың қалай көрінетіндігіне ғана байланысты емес. ASTM A123 стандарты бойынша ыстық балқытуда цинкпен қаптау негізгі болатты қорғау үшін өзін-өзі құрбандыққа ұшырататын цинк қабатын түзеді, бұл қабат металлда кесілулер немесе сызықтар пайда болған жағдайда да жұмыс істейді. Сынақ нәтижелері бұл қабаттардың үдеуленген тұзды шашырау шарттарында ақ шірік түзілуін шамамен 100–150 сағатқа тоқтатуын көрсетеді. Тіпті жоғары деңгейде қорғау қажет болса, алюминийдің өзіндік қорғаныш оксидтік қабатын түзу қасиетіне байланысты, шамамен 55% алюминийден тұратын цинк-алюминий қорытпалары қосымша қорғаныш қабатын ұсынады. Бұл қоспалар әдетте тозу белгілері пайда болғанға дейін 250–400 сағатқа шыдайды. Екі типті қабаттардың қосылған қорғанышы тұз мазмұны жоғары аймақтарда қолданылатын қызмет көрсету көлемін шамамен 40% азайтады. Бұл оларды тұрақты тұз әсеріне ұшырайтын ғимарат бөліктері — мысалы, крыша ұстағыштары мен каркас элементтері үшін ерекше тиімді таңдау етеді.

316 маркалы аустениттік коррозияға төзімді болат пен ауа-райына төзімді болат (Кортен): Жоғары ылғалдылыққа ие су басқан аймақтарда ұзақ мерзімді тұрақтылық

Су басуға және тұрақты ылғалдылыққа бейім аймақтар үшін материалдарды таңдаған кезде инженерлер өнімнің қанша уақытқа шыдайтыны мен бастапқы құны арасындағы тонқа жолды сақтауға тиіс. Қосымша молибдені қамтитын 316 маркалы коррозияға төзімді болат хлоридтердің әсеріне жақсы қарсылық көрсетеді және көптеген жылдар бойы су астында жатқаннан кейін де өз беріктігін сақтайды. Кортен болаты басқаша істейді. Ол ылғалды және құрғақ ауа циклдарына ұзақ уақыт ұшырағанда қорғаныш қабаты ретінде қызғылт қабық түзеді, бірақ егер оны тұрақты су астында қалдырсақ, болаттың барлық бөліктеріне жететін оттегі мөлшері жеткіліксіз болғандықтан, ол бұзыла бастайды. Тропикалық дельта аймақтарында алынған нақты өлшеулер бұл екі нұсқа арасында қатты айырым бар екенін көрсетеді: Кортен болаты жыл сайын шамамен 0,25 мм, ал коррозияға төзімді болат — тек 0,02 мм шамасында жоғалтады. Сондықтан көпшілік дизайнерлер негіз қолдағыштары мен су астында беріктігін сақтауы қажет басқа да маңызды қосылыстар үшін коррозияға төзімді болатты қолданады. Алайда Кортен болаты әлі де өз орнын табады — атап айтқанда, салмақ мәселесі елеулі емес сыртқы қабырғалар мен декоративті элементтерде, құрылыстың тұрақты суға түрмейтін бөліктері үшін төмен бағаға жақсы қорғаныс ұсынады.

Жылу мен өртке төзімділік: Құрғақ және қалалық жылу аралы контекстеріндегі болат құрылымды ғимараттар

Бұрыштық темір құрылыстары әсіресе ыстық шөл аймақтарында және температура жиі 120 градус Фаренгейттен (шамамен 49 °C) асатын қалалық ыстық қалталарында салқындату мен өртке төзімділік жағынан ерекшеленеді. Металл өзінің балқу температурасы 2500 градусқа жуық болғандықтан, температураның күшті тербелістері кезінде де әлсіз деформацияланады. Өрт шыққан кезде темір бетіндегі арнайы қабықшалар ісініп, жылу оқшаулайтын қорғаныш қабаттарын түзеді. Сонымен қатар, құрылым ішінде жылу өтіп кету жылдамдығын баяулататын өртке төзімді оқшауланған жүйелер бар, олар ғимараттың тұрақтылығын құрылыс нормаларына сәйкес кемінде бір немесе екі сағатқа қамтамасыз етеді. Жылу аралы эффектісімен күресетін қалаларда көрсетілгендей, шағылдырғыш төбе қабықшаларын қолдану күн сәулесінің жылуын сіңіруді шамамен 70 пайызға азайтады, яғни ішкі кеңістіктегі ауаны салқындату үшін кондиционерлердің қажеттілігі төмендейді. Осыны жақсы ауа алмасу жобасымен ұштастырсаңыз, темір құрылымдары тек ASTM E119 өрт сынағын ғана емес, уақыт өте келе ғимараттардың энергиялық тиімділігін де қамтамасыз етеді. Көптеген жұмысшылар ұзақ мерзімді қауіпсіздік факторлары мен энергия үнемдеу көрсеткіштерін салыстырғанда темір құрылыс материалдары дәстүрлі материалдардан тиімдірек екендігін айтады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Неліктен желді аймақтарда ғимараттарды салу үшін болат қолданылады?

Болат ғимараттардың аэродинамикалық пішіндері, берік бекіту жүйелері және 150 миль/сағ (241 км/сағ) астам жел жылдамдығын шыдай алу қабілеті салдарынан қолданылады, бұл оларға құйын кезінде құрылымдық тұрақтылық береді.

Болат құрылымдары суық климатқа қалай бейімделеді?

Болат құрылымдары динамикалық қар жүктемесін есептеу, қардың жиналуына назар аударатын каркас құрылысы және температура мен қысымға төзімділік үшін ASTM A572 50-дәрежелі болат сияқты материалдардың қолданылуы арқылы суық климатқа бейімделеді.

Су айдынындағы аймақтарда коррозияны болдырмау үшін қандай шаралар қолданылады?

Болат құрылымдарды коррозиядан қорғау үшін ыстық батырма гальванизациясы мен цинк-алюминий қорытпаларының қаптамалары қолданылады, ал шойын болат су тасқыны аймақтарында тұрақтылық қамтамасыз етеді.

Болат өртқа төзімділікке қалай үлес қосады?

Болаттың жоғары балқу температурасы мен ісіретін қаптамалардың қолданылуы жылуға қарсы қорғаныс қамтамасыз етеді, бұл ғимараттардың өрт қауіпсіздігі бойынша стандарттарға сай келуін және жылу сіңіруін азайтуын қамтамасыз етеді.