Аса қолайсыз ауа-райы жағдайларына арналған балқытылған болаттан жасалған ғимараттардың жобалануы

Ауа ағысына төзімді дизайн және болат құрылымды ғимараттар үшін анкерлеу жүйелері

Болат құрылымды ғимараттар күрделі инженерлік шешімдер арқылы — аэродинамикалық пішін, берік анкерлеу және жүкті тарататын құрылымдық жүйелер арқылы өте күшті жел күштеріне төзуге тиіс.

Жел жүктемесінің механизмдерін түсіну: қысым, сорылу, көтеруші күш және бүйірлік күштер

Жел болат құрылымдарға соғып түскенде, түсіну қажет болатын бірнеше негізгі күштер пайда болады. Біріншіден, желге қарсы жағына әсер ететін тікелей қысым бар. Содан кейін қарама-қарсы жағы мен шатырдың шетіне тарту әсері пайда болады. Шатыр өзі де оны жоғары қарай көтеруге тырысатын көтеруші күшке ұшырайды, ал бүйірлік қысым ғимараттың вертикаль тұрақтылығына қарсы әсер етеді. Бұл күштер әдетте қосылу нүктелері мен фундамент аймақтарында жиналады, сондықтан құрылымдық бекемдікті қамтамасыз ету үшін дұрыс түйіндік конструкциялар мен сенімді анкерлеу өте маңызды. Болат өзінің салмағына қарағанда жоғары беріктігімен ерекшеленеді, бұл инженерлерге керіпке қойылған рамалар, моменттік қосылыстар және бетонды табандарға орнатылған дұрыс өлшемдегі анкер болттары сияқты әртүрлі жүйелер арқылы жүктемелерді тиімді тасымалдауға мүмкіндік береді. Атап айтқанда, көтеруші күшке қарсы қорғану үшін шатырдан бастап терең анкерлерге дейін үзілмейтін жүктеме жолын құру маңызды. Көптеген мамандар жобалау қайта қарау кезінде бұл ерекшеліктерді ACI 318 және AISC 360 нормаларына сәйкес тексереді. Жақсы интеграцияланған жүйе желдің қатты дауылдар мен аса қатты жаңбырлы дауылдар кезінде бақыланбайтын жылдамдыққа жеткен кезде, әлсіз аймақтарда иілу, қосылыстардың бұзылуы немесе тіпті толық аударылу сияқты проблемаларды болдырмауға көмектеседі.

Аэродинамикалық пішіннің оптимизациясы және құйындар мен тайфундар кезіндегі қалдықтардың соғуынан қорғау

Құрылыстардың пішіні тропикалық циклондар мен тайфундардан қорғану үшін өте маңызды. Кемінде 4:12 көлбеулік бұрышы бар еңістік шатырлары, сүйір бұрыштар орнына дөңгелек шеттері және аз сандағы шығыңқы бөліктері бар құрылымдар жел қысымын тиімдірек басқарады. Бұл дизайн шешімдері қысым айырымын және «вихрлі ағыс» деп аталатын айналмалы жел үлгілерін азайтады, нәтижесінде шаршы немесе қорап тәрізді құрылымдарға қарағанда ең күшті сорғыш күштерді шамамен 25%–ға дейін төмендетеді. Сонымен қатар, құрылыстарды ұшып кететін қалдықтардан қорғау да соншалықты маңызды. FEMA P-361 бағытнамаларына сай қабырғалар мен шатырлар, ASTM E1996 стандарттары бойынша сынақтан өткен, әрі құрылым бойынша арнайы берік бекітпе элементтері мен мықты қосылыстармен қосылған кезде ең жақсы нәтиже береді. Бұл жинақтау жел соғысы кезінде бекітілмеген кез келген зат қауіпті лақтырылатын дене болып қалдықтарды құрылым ішіне ұшырып кіріп кетуден тоқтатады. Бұл элементтерді қоса, сондай-ақ дұрыс анкерлеу жүйелерін қолданатын болат құрылымдар жиі ICC 500 стандарттары бойынша қорғаныс орындары ретінде ресми түрде бекітіледі және EF3 деңгейіндегі тұрғын үйлерге қатты желдер мен олармен бірге лақтырылатын қалдықтардан қорғаныс ұсынады.

Қар жүктемесін басқару және болат құрылымды ғимараттардың көшетінің құрылымдық адаптациялары

ASCE 7-16 сәйкестігі, аймақтық қар жүктемесін карталау және динамикалық жиналу коэффициенттері

Белгілі бір аймақта қар жауған кезде болат құрылымдармен жұмыс істеген кезде ASCE 7-16 стандарттарына сүйену міндетті түрде қажет. Жер бетіндегі қар жүктемесін есептеу әрбір аймақта қардың салмағы қалай ескерілетінін көрсететін нақты аймақтық карталарға негізделеді. Мысалы, солтүстік штаттардағы немесе биік таулы аймақтардағы ғимараттардың құрылымдық көтергіштігі көбінесе жеңіл қысқы ауа райы бар аймақтарда қажетті деңгейден екі есе немесе үш есе артық болуы мүмкін. Бұл стандарттың ерекше маңызы оның тек статикалық қар жүктемелеріне ғана назар аудармайтында. Кодекс инженерлерді бұрыннан жиналған қарға жауған жаңбыр сияқты қосымша факторларды ескеруге мәжбүр етеді — бұл қар тығыздығын 30 пайызға дейін арттыруы мүмкін. Сонымен қатар желдің қарды итеріп жіберуі кедергілердің артында қосымша 100–200 пайызға дейін қар жиналуына әкеледі. Сондай-ақ, көршілес үйлердің шатырынан қардың зерттеліп отырған ғимаратымызға сырғып түсуі мәселесі де бар. Барлық осы факторларды ескере отырып, нақты есептік жүктемелер базалық жер бетіндегі қар карталарында көрсетілген мәндерден 20–50 пайызға дейін жоғары болуы мүмкін. Бұл күрделілікті ескере отырып, сәйкес жобалар бойынша жұмыс істейтін мамандар әдетте экспозиция коэффициенттерін (Cx), термиялық коэффициенттерді (Ct) және маңыздылық коэффициенттерін (I) есептейді. Осы есептеулер болат каркастың әрбір бөлігінің қаншалықты берік болуы керектігін нақты анықтайды, яғни қар әртүрлі және бағытсыз жиналатын шынайы жағдайларда барлығы дұрыс жұмыс істеуі қамтамасыз етіледі.

Қардың төгілуін болдырмау үшін қолданылатын үйдің шатырының профилдері, мұзданған кедергілердің пайда болуын алдын алу және фермаларды нығайту стратегиялары

Шатырдың пішіні қалыптасқан қардан негізгі қорғаныс ретінде қызмет етеді. Еңістігі қаттырақ шатырлар (кемінде 4:12 еңіс) қарды жазық шатырларға қарағанда тиімдірек түсіреді. Тегіс, үзіліссіз беттер де осы процеске көмектеседі, ал қиын аймақтар — мысалы, аңғар аймақтары немесе парапет қабырғаларын жою қардың ұзақ уақыт тұрып қалуын және қар жиналуының пайда болуын болдырмауға көмектеседі. Шатырдан су ағып шығуы мен ғимараттың зақымдануына әкелетін негізгі себеп болып табылатын мұзданған желілерді болдырмау үшін дұрыс жобалау өте маңызды. Жақсы практикаға тұрақты изоляция деңгейін сақтау (R-30 немесе одан жоғары), барлық жерде термиялық үзілістерді қамтамасыз ету, аттиктің ішіндегі ауа ағысын жеткілікті деңгейде ұстау (егер еден ауданы 150 квадрат фут болса, онда желдеткіш ауданы 1 квадрат фут болуы керек) және ASTM D1970 стандартына сай су өткізбейтін мембраналарды орнату кіреді. Қар жауысы көп аймақтарда орналасқан ғимараттар үшін құрылыс талаптары қатты өзгереді. Тристандық жүйелерде көбінесе тірек арасындағы қашықтықты кішірейту қажет (әдетте 4 фут болғанда, енді 2 футтан бір рет), жоғарғы және төменгі жақтауыштар үшін берік материалдар қолдану керек, сонымен қатар алдын-ала компьютерлік оптимизацияланған және жетілдірілген талдау әдістерімен сынақтан өткен жобалар қажет. Ал қардың түсуі адамдарға немесе жанындағы ғимараттар мен құнды жабдықтарға қауіпті болатын өте қауіпті жағдайларда ASCE 7-16 стандартында көрсетілгендей, қардың шатырдан сырғып түсуін реттейтін арнайы қар ұстайтын жүйелер пурлиндік тірекке орнатылады. Бұл жүйелер қардың ғимараттан түсу жылдамдығын бақылайды және төмендегі адамдарды, жанындағы ғимараттарды және құнды жабдықтарды қорғайды.

Суық климаттағы материалдардың өнімділігі және болат құрылыс ғимараттары үшін төмен температурадағы болатты таңдау

Құрылымдық болаттың беріктігі, созылғыш емес сынғыштық қаупі және жылулық сығылуға қарсы шаралар

Құрылымдық болат шынында да суытқан кезде беріктігі артады, температура -40 °F-қа дейін төмендегенде оның ағу беріктігі шамамен 20% артады. Дегенмен, бұнда бір ескерту бар. Тесіктер немесе сапасы төмен дәнекерленген қосылыстары бар аймақтарда сынықтың қатты болу қаупі әлдеқайда жоғарылайды. Мұнда материалдың тоқтатушылығы (тұрақтылығы) таза беріктіктен гөрі маңыздырақ. ASTM A572 50-ші дәрежелі және A992 болаттары үшін инженерлер болаттың нақты пайдаланылу шарттарында кездесетін температурада Шарпи V-тесікті сынақты көрсетуі тиіс. Стандарт ASTM A673 талаптарына сәйкес сіңірілген энергия кемінде 15 фут-фунт болуы керек. CVN сәйкестігін растайтын дұрыс өндірістік сертификат алу қазір міндетті талапқа айналды. Сонымен қатар, суытылған профильді бөліктермен жұмыс істеген кезде AISI S100 бағыт көрсетулеріне сәйкес пластиктылықты қосымша тексеру қажет. Суық ауа болаттың қатты сығылуына да әкеледі. Бұл құбылысты ескермеген каркастар температура -20 °F-тан төмендеген кезде ішкі керілулері 30 ksi (шамамен 207 МПа) асып кетуі мүмкін. Барлық осы жағдайларды ескере отырып, әдетте дизайнерлер әрбір шамамен 300 футта бір рет орналасқан ұлғаятын тіректерді орнатады, қажет болған жағдайда сырғанауға қатты болат қосылыстарын қолданады және жылулық тұрақты тірек сақиналарын енгізеді. Барлық осы ерекшеліктер AISC Design Guide 25 құжатында толық қамтылған. Бұл сақтық шаралары құрылымдың бүтіндігін сақтауға және Арктикалық аймақтардағы экстремалық жағдайларға жылдар бойы ұшырағаннан кейін де қирауға ұшырамауына көмектеседі.

Балалар құрылысының болат құрылымының коррозияға төзімділігі және ұзақ мерзімді ауа-райына төзімділігі

Цинк-алюминий қорытпасының боялған қабаты, теңіз жағалауы/өнеркәсіптік орта қорғанысы және өртке төзімді жабындың интеграциясы

Тұрақты төзімділік туралы айтып отырғанда, қатты жағдайларда қарапайым бояу шешімдерінен тыс, дұрыс металлургиялық қорғанысқа назар аудару қажет. Мысалы, цинк-алюминий қорытпасының қаптамаларын қарастырайық, атап айтқанда, ASTM A797 стандарттарына сәйкес алюминий мөлшері шамамен 55% құрайтындарын. Бұл қаптамалар зақымданған кезде өзін-өзі түзететін қалың қорғаныс қабатын құрады. Сынақтар көрсеткендей, олар тұз шашырату сынағы бойынша (ASTM B117 бағытнамаларына сәйкес) кәдімгі ыстық батырма гальванизация әдістеріне қарағанда хлоридті коррозияға қарсы 3–4 есе ұзақ уақыт төзеді. Теңіз жағалаулары немесе өнеркәсіптік аймақтардағы құрылыстар үшін, онда ауада коррозиялық хлоридтер мен күкірт қосылыстары болады, бұл қаптамалар бетке жақсы түсу қасиетін сақтай отырып, кішкентай трещиналарды бітеп тастайтын арнайы полимер герметиктер арқылы қосымша қорғаныс алады. Бұдан басқа, қазіргі заманғы отқа төзімді жабындар цинк-алюминий негізімен әсіресе жақсы жұмыс істейді. Олар ASTM E119 стандарттарында көрсетілгендей, отқа ұшыраған кезде біркелкі ұлғаяды, сондықтан ғимараттар отқа төзімділігін сақтайды және коррозиядан да қорғалады. Дегенмен, дұрыс қолдану өте маңызды. Жұмыс орындаушылар қабат қалыңдығын 150–200 микрон аралығында сақтауы, ASTM D5162 процедуралары бойынша ақауларды тексеруі және қаптамалардың бетке жақсы түсуін өндіруші зауыттың сертификаты арқылы растауы қажет. Бұл әдіспен өңделген болат ғимараттар теңіз аймақтарында, химиялық өңдеу қондырғыларында немесе тұрақты жоғары ылғалдылық деңгейі бар орындарда өзінің беріктігі мен сыртқы түрін жарты ғасырдан аса уақыт бойы сақтай алады.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Балқытылған болат конструкцияларға әсер ететін негізгі жел жүктемесі механизмдері қандай?

Негізгі жел жүктемесі механизмдеріне тікелей қысым, сору әсерлері, көшетін төбенің көтеруші күштері және ғимараттың вертикаль тұрақтылығына әсер ететін бүйірлік күштер кіреді.

Ғимараттың пішіні желге қарсы тұру қабілетіне қалай әсер етеді?

Еңісті төбелері, дөңгелек шеттері және шығыңқы бөліктері аз болатын ғимараттар жел қысымын жақсы басқарады, сондықтан сору күштері азаяды және қатты желдер — циклондар мен тайфундар кезінде тұрақтылық жақсарылады.

Болат конструкциялар үшін қар жүктемесін басқару неге маңызды?

Қар жүктемесін басқару маңызды, себебі ол конструкциялардың қар тығыздығының өзгеруі, желмен ұшырылатын қар жиналуы және сырғанаған қар сияқты әртүрлі қар жағдайларын көтеруге қабілетті болуын қамтамасыз етеді, соның нәтижесінде конструкциялық зақымданулардың алдын алады.

Суық климат болаттың беріктігіне қалай әсер етеді?

Болат суық климатта беріктігін арттырса да, содан әлсіз сыну қаупі артады; сондықтан материалдың белгілі бір тоқтығы мен сығылу ескерілуі қажет, бұл конструкцияның бүтіндігін сақтауға мүмкіндік береді.

Балалар үйінің ұзақ мерзімді ауа-райына төзімділігін қамтамасыз ететін не?

Ұзақ мерзімді ауа-райына төзімділік цинк-алюминий қорытпасының қаптамалары арқылы қамтамасыз етіледі, олар коррозияға төзімділік пен тұрақтылық қасиеттерін қамтамасыз етеді, әсіресе теңіз жағалауы мен өнеркәсіптік аймақтарда.