Желсіз аймақтардағы болат конструкция: күшейту әдістері

Болат құрылымдардың жел жүктемесіне төзімділігінің негіздері

Аэродинамикалық профильді оптималдау және жүктемені тарату принциптері

Стальдан жасалған құрылымдарды жобалаған кезде, оларды дөңгелек шеттермен, ұшын жіңішкертілген бөліктермен және еңістік төбемен пішіндеу құрылымдың қатты желдің (ураганның) әсерінен ауа турбуленттілігі мен қысым айырымын азайтуға көмектеседі. Бұл жобалау тәсілі әдетте кездесетін «қорап тәрізді» ғимараттармен салыстырғанда, қозғалысқа қарсы күштерді шамамен 30% азайтады. Салмақтың таралуын дұрыс қамтамасыз ету үшін үшбұрышты бекітпе элементтері мен бұралу күштеріне төзімді түйінділер сияқты арнайы қолдау жүйелері қажет, бұл кейіннен бір жақты қысымды негізі берік нүктелерге бағыттайды. Мысалы, төбе фермалары күшті жел күштерінің әсерін тарату үшін диагональды бекітпелермен жақсы жұмыс істейді. Сонымен қатар, арқалықтарды бағандарға берік бекіту ғимараттың бір бөлігінің кернеу әсерінен құлауын болдырмауға көмектеседі. Қазіргі уақытта инженерлер ғимараттардың сағатына 150 мильден (241 км/сағ) астам жел жылдамдығына қалай реакция беретінін тексеру үшін CFD (компьютерлік сұйықтық динамикасы) симуляциялары деп аталатын компьютерлік модельдерді қолданады. Сонымен қатар, қолданылатын материал да маңызды — болат өзінің сынуға ұшырайтын, бірақ сынбаған сипатына ие, яғни соққыны сақталған жалпы пішінін жоғалтпай, жұтады; осы қасиеті барлық бұл жобалау стратегияларын іске асыруға мүмкіндік береді.

ASTM E1996/E1886 соққыға төзімділік сынағы және ASCE 7-22 желдің жүктемесіне сәйкестігі

ASTM E1996/E1886 стандарттары бойынша соққыға төзімділік сынағын өткізу мен ASCE 7-22 стандартындағы желдің жүктемесін есептеу бойынша нұсқауларды орындау ғимараттардың құйындарға төзімділігін қамтамасыз етуге үлкен үлес қосады. ASTM стандарттары шынымен де материалдардың жоғары жылдамдықпен қозғалатын құрылыс қалдықтарымен соқтығысу кезіндегі төзімділігін тексереді. Ойланыңыз: олар терезелер мен ғимараттың сыртқы қабығының осындай соққыларға шыдай алуын бағалау үшін объектілерді 120 миль/сағаттан астам жылдамдықпен ауа компрессорлары арқылы атады. Бұл қатты ауа-райы оқиғалары кезінде ғимарат ішіндегі қысым теңестігін сақтауға көмектеседі. Ал ASCE 7-22 стандарты инженерлерден желдің жүктемесін нақты орналасқан жерге қарай есептеуді талап етеді. Бұл есептеулер ғимараттың орналасқан жеріне байланысты әртүрлі маңызды факторларды ескере отырып жүргізіледі, олар ғимараттың құйын желінің әсеріне қарсы көрсететін кедергісінің шамасын анықтайды.

Инженерлер құрылымдық өнімділікті растау үшін бұл талаптарды ауа ағынын зертханасындағы деректермен салыстырады; осылайша болат рамалар циклдық жүктемеге шыдайтыны, сонымен қатар уақыт өте келе пайда болатын сынақтардың басталуын болдырмауы расталады. Су аймақтарында бұл жиі қосымша қосылу құрылғыларын (әсіресе анкерлеу мен диафрагманың төменгі бекітуін) құрылыс нормаларындағы минималды талаптардан асыра отырып таңдауды білдіреді.

Болат құрылымдарда фундамент пен рама арасындағы күш берілу жолының бүтіндігі

Желсіз аймақтарда шатыр тақтасынан тіреуге дейінгі үздіксіз, үзіліссіз күш берілу жолы міндетті талап болып табылады, өйткені көтеруші күштер 200+ миль/сағат жылдамдықтағы желдердің туғызған күштеріне тең болуы мүмкін. Күш берілу жолының үзілуі — құрылымның құлауына әкелетін негізгі себеп: FEMA P-361 (2020) есебінше, бұл құрылымдық зақымданулардың 78%-ының пайда болуына әкеледі.

Жоғары беріктікті анкерлеу жүйелері: 105-ші дәрежедегі стерженьдер мен енгізілген болттардың конструкциясы

ASTM F1554 стандарттарына сай келетін 105-ші дәрежелі анкерлік шегелер көтеруші күшке төзімділік қамтамасыз ету үшін маңызды. Бұл шегелердің орнатылу тереңдігі орнатылатын жердегі нақты топырақ жағдайларына сәйкес келуі тиіс. Бұл шегелердің ең аз созылу беріктігі 105 ksi құрайды, яғни олар жүкті фланецтік тақталар арқылы негізге дейін тасымалдаған кезде қатты созылу күштеріне төзеді. Бекітудің қосылу нүктелерін қамтамасыз ету кезінде эпоксидті ерітіндімен құйылатын бекітпе болттары кейіннен орнатылатын болттарға қарағанда жақсы жұмыс істейді. ACI 355.2-19 стандарттарына сәйкес, бұл әдіс басқа орнату әдістерімен салыстырғанда шегенің сыртқа шығуына қарсы төзімділікті шамамен 30 пайызға арттырады. Осындай айырма уақыт өте келе құрылымдық бүтіндікке нақты әсер етеді.

Шатыр қаптамасынан тіреуге дейінгі үздіксіз жүк берілуінің инженерлік есебі

Жүк берілуінің үздіксіздігі үш интеграцияланған стратегия арқылы қамтамасыз етіледі:

• Бір-бірімен байланысқан диафрагмалар (төбе қабаттары мен кесілу қабырғалары), олар жанама күштерді вертикаль бағытталған немесе моментке төзімді жүйелерге жинақтайды және бағыттайды
• Динамикалық жүктеме кезінде қаттылықты сақтау үшін арқалық-бағана қосылыстарындағы сырғымалы-критикалық болтты қосылыстар (ASTM A325/A490)
• Айналу немесе сырғымалықсыз төңкеруші моменттерге төзуге арналған фундаменттік бекітпе элементтері
  Бұл интеграцияланған тәсіл ASCE 7-22 жел жүктемесі талаптарын қанағаттандырады, өйткені жинақталған күштер вертикаль бағытта және біркелкі таратылады — ерте қиратылуға әкелуі мүмкін кернеу шоғырлануын болдырмау үшін.

Сталь конструкциялары үшін жанама күшке қарсы төзімділік жүйелері

Моменттік рамалар мен кесілу рамалары: циклондық жүктемелер кезіндегі өнімділік салыстырмасы

Қуатты дауылдарға ұшырайтын аймақтардағы болат ғимараттар әдетте желдің бүйірлік күштерін екі негізгі тәсілмен қабылдайды: моменттік рамалар мен қосымша қосылған рамалар, олардың әрқайсысы циклондармен күресуде өзіндік артықшылықтары бар. Моменттік рамалар арқылы арқалықтар мен бағандар қатты бекітіледі, сондықтан олар иілу арқылы жел күштеріне қарсы тұрады. Бұл рамалар архитекторларға дизайнда көбірек еркіндік береді және ішкі кеңістікті қатты шектемей қалдырады. Сонымен қатар, олардың сынбай иілу қабілеті үлкен дауыл кезінде бақыланатын деформацияға әкеледі, сондықтан көптеген орта биіктіктегі коммерциялық ғимараттар осы бағытты таңдайды. Қосымша қосылған рамалар басқаша тәсіл қолданады: бүйірлік күштерді ғимараттың ішімен тік төмен жеткізу үшін диагональдік қосымша элементтерді пайдаланады. Бұл әдіс әсіресе шығындар маңызды болған кезде (концентрикалық қосымша) кішірек өнеркәсіптік ғимараттар үшін тиімдірек, бірақ сонымен қатар эксцентрикалық қосымша деп аталатын тағы бір түрі де бар, ол энергияны одан да көп жұтады және ауруханалар немесе авариялық орталықтар сияқты маңызды инфрақұрылымдар үшін өте маңызды. Жел туннельдеріндегі сынақтар көрсеткендей, 130+ миль/сағат (209+ км/сағат) жоғары желдің ұзаққы әсері кезінде қосымша қосылған жүйелер моменттік рамаларға қарағанда әдетте 15–20 пайызға аз қозғалады. Дегенмен, моменттік рамалар зақымданғаннан кейін де жақсы ұстап тұратынын ескеру керек — бұл ғимараттың бір бөлігі қатты соғылған жағдайда оның толығымен құлауын тоқтатуда айтарлықтай айырмашылық қалыптастырады. Екі жүйенің қайсысын қолданса да, ASTM A992 стандарты бойынша жасалған кең қабырғалы болат профилдері қайталанатын кернеуге өте жақсы төзеді, себебі олар беріктік пен икемділік арасында дәл осы теңдестікті қамтамасыз етеді.

Коррозияның болдырмауы және су айдынындағы болат құрылымдардың құрылымдық төзімділігі

Цинктелген болат (ASTM A123) және тұзды бұрқылдаққа төзімді қапталған бекітпе бұрандалары

Сыртқы аймақтарда ауыр коррозиялық проблемалар туындайды, себебі тұзды ауа металдың бұзылуын ішкі аймақтардағыдан шамамен 4–5 есе жылдамдатады. Сондықтан құрылыстарды уақыт өте келе бүтіндігін сақтау үшін коррозияға қарсы күресу өте маңызды. ASTM A123 стандарттарына сай ыстық батырма қорғау әдісін қолданған кезде болат бетіне берік цинк-темір қоспалы қабат пайда болады. Бұл қорғаушы қабат негізгі металлды қорғау үшін өзін-өзі құрбан етеді, сондықтан ретті түрде техникалық қызмет көрсету жүргізілген жағдайда теңіз жағалауында орналасқан ғимараттар 50 жылдан аса қызмет ете алады. Анкерлер мен диафрагмалық байланыс қосылыстары сияқты маңызды бөлшектер үшін арнайы цинк-алюминий қаптамасы бар бекітпе бұрандаларын қолдану тұзды шашырау әсерінен қосымша қорғаныс қамтамасыз етеді. Бұл қаптамалар ASTM B117 бағытнамаларына сәйкес қатаң тұзды тұман сынағынан өтеді және қандай да бір қызмет көрсету белгілері пайда болғанша әдетте 1000 сағаттан аса уақыт бойы төтеп береді. Гальванизацияланған негізгі каркас бөлшектерін осы арнайы өңделген бекітпе бұрандаларымен біріктіру көптеген қорғаныс қабаттарын құрады. Бұл тәсіл барлық ғимарат жүйесінің конструкциялық бүтіндігін сақтауға көмектеседі және кейінірек ауыр проблемаларға әкелуі мүмкін кіші аймақтардың бұзылуын тоқтатады.

Жиі қойылатын сұрақтар

Аэродинамикалық профильді оптималдаудың құрылымдық болат құрылымдар үшін қандай маңызы бар?

Аэродинамикалық профильді оптималдау жел турбуленттілігін және қысым айырмашылығын азайтады, сондықтан дәстүрлі «қорап тәрізді» конструкцияларға қарағанда кедергі күштері шамамен 30% азаяды.

ASTM E1996/E1886 стандарттары бойынша соққыға төзімділік сынақтары құрылымдардың құйынды желдерге төзімділігін қалай арттырады?

ASTM стандарттары материалдардың жылдам қозғалатын құрылыс қалдықтарының соққысына төзімділігін тексереді, ол құрылымдардың ауыр ауа-райы кезінде қысым теңестіруін сақтауын қамтамасыз етеді.

Болат құрылымдар үшін үздіксіз жүктеме траекториясының бүтіндігі неге маңызды?

Үздіксіз жүктеме траекториясы жоғары жел күштерінен пайда болатын көтеруші күштерді шатырдан негізге дейін тиімді тасымалдауды қамтамасыз етеді, ол құрылымның құлауын болдырмауға көмектеседі.

Grade 105 стерженьдері сияқты жоғары беріктікті бекіту жүйелерінің рөлі қандай?

Grade 105 стерженьдері керілу күштері әсерінен құрылымның бүтіндігін сақтау үшін жүктемені негізге тасымалдау арқылы көтеруші күшке қарсы беріктік қамтамасыз етеді.

Гальванизациялық болат пен тұзға төзімді қабықтар коррозияны қалай болдырмақшы?

Қыздырылған балқытқыш гальванизацияны қолдану болатты коррозиядан қорғайтын қорғаныс қабаты — цинк-темір қоспасын құрады, ал арнайы өңделген бекітпе бұйымдары тұз шашырауынан зақымданудың алдын алу үшін қосымша қорғаныс қамтамасыз етеді.