Dejstvo, da se jeklo upogne namesto da se prelomi, ko je pod napetostjo, ga naredi zelo dobro izbiro za območja, ki so nagnjena k potresom. Beton se pod tlakom enostavno razpoka in sesuje, medtem ko se jeklene konstrukcije dejansko prilegajo in razpršijo silo po celotni konstrukciji. Zgradbe iz jekla se lahko med tresljajih dejansko premikajo v stran približno za 10 do 15 odstotkov svoje višine, preden se sploh kaj slabega zgodi. Ta prožnost rešuje življenja, ker preprečuje nenadno rušenje celotne zgradbe, ko se tla okoli njih streseta.
Moderne jeklene konstrukcije uporabljajo sisteme za dušenje energije, kot so dušilniki s plastičnim tečenjem in okvirji z omejenim izbočevanjem. Ti elementi delujejo kot žrtveni deli, ki absorbirajo do 70 % seizmičnih sil, preden dosežejo glavne nosilne dele. S tem, ko se poškodbe koncentrirajo v zamenljivih delih, zagotavljajo, da ostane celotna konstrukcija nedotaknjena, tudi če pride do trajnih deformacij.
Jekleni konstrukciji dobijo dodatno zaščito z metodami, kot so okvirji s kosi in sistemi izolacije temeljev, ki v osnovi odklopijo stavbo od gibanja tal. Pri dejanski izvedbi inženirji pogosto namestijo t.i. elastomerne ležaje ali pa frikcijske nihajne izolatorje, ki omogočajo, da se stavbe nekoliko samostojno premikajo glede na dogajanje pod njimi. Po večini raziskav, ki smo jih videli, se s tem zmanjšajo bočne sile, ki jih povzročijo potresi, približno za polovico do tri četrtine. Obstajajo tudi hibridni pristopi, pri katerih združujejo različne metode, kot so ekscentrično podprti okvirji, ki uspejo najti ravnovesje med dovolj togostjo za stabilnost in hkrati omogočajo določeno prožnost, kadar je to potrebno. Ti sistemi pomagajo nadzorovati obseg škode v primeru zelo močnega tresenja.
Potres v Northridgeu leta 1994 je poudaril odpornost jekla – jeklene konstrukcije z utrjenimi momentnimi okvirji so se obnašale bistveno bolje kot betonske konstrukcije. Podobno je 346-metrski stolp Toranomon Hills v Tokiu preživel potres Tohoku leta 2011 brez škode zaradi svojega jeklenega diagridnega sistema in prilagojenih masnih dušilnikov, kljub temu da so bile zemeljske pomike dosegale 6,5 metra.
Študija o seizmičnem odzivanju iz leta 2023 je ugotovila, da se jeklene konstrukcije po močnih potresih obnovijo trikrat hitreje kot betonske. Čeprav les ponuja določeno prožnost zaradi svoje majhne teže, mu manjka dosledna mejna trdnost (275–450 MPa) jekla, kar naredi jeklo za 40 % učinkovitejše pri prenašanju kombiniranih aksialnih in stranskih obremenitev v večnadstropnih stavbah.
Razmerje med trdnostjo in težo jekla pomeni, da stavbe zdržijo sunkovite vetrove, hitrejše od 150 milj na uro, kar je približno enako temu, kar opazimo med orkani kategorije štiri, brez kakršnih koli resnejših poškodb same konstrukcije. To, kar jeklu daje posebne lastnosti, je dejstvo, da se pri naraščanju tlaka upogne namesto da bi popolnoma počilo. To upogibanje dejansko pomaga absorbirati del sile in preprečuje popolno odpovedovanje spojev. Če pogledamo dejanska števila zmogljivosti, so raziskave, objavljene s strani Inštituta za varnost pred vetrom leta 2022, ugotovile, da jeklene plošče zdržijo prodor letenja odpadkov približno 72 odstotkov bolje kot druge pogoste gradbene materiale. Za ljudi, ki živijo v regijah, kjer so nevihte redni gostje, ta razlika pri zaščiti veliko pomeni glede na varnost.
Po hurikana Michael (2018) je 92 % stavb s stenskim okvirjem v mestu Panama City na Floridi ostalo delujoče, kljub sunkom vetra s hitrostjo 160 mph in obsežni uničenosti. V regijah, ki so nagnjene k tornadom, kot je okrožje Moore County v Oklahoma, imajo jeklene stavbe za 40 % manj poškodb streh v primerjavi z leseni konstrukcijami, kar kaže ocena učinkovitosti gradnje FEMA iz leta 2021.
Jeklena streha lahko tehta približno 2,1 funta na kvadratni čevelj, primerjano z debelo betonsko streho, ki tehta 6,5 funta, a tisto, kar ji primanjkuje v teži, dobi nazaj v trdnosti proti silam dviganja. Jeklo se pod temi pogoji obnese celo trikrat bolje, saj prenaša obremenitve učinkoviteje in ostaja varno pritrjeno. Preizkusi so pokazali, da pri uporabi naprednih sistemov pritrditve sklepi za 58 odstotkov manj verjetno odpadejo med vplivom močnega vetra, kar potrjujejo poskusi v vetrni tuneli. To pomeni, da stavbe ostanejo stabilne tudi takrat, ko narava razpolaga z najslabšim.
Za čim večjo odpornost na veter sodobne jeklene stavbe vključujejo elemente aerodinamičnega oblikovanja:
V kombinaciji s programsko opremo za predvidevanje modeliranja te značilnosti omogočajo, da jeklene konstrukcije v obalnih regijah presegata zahteve za obremenitev vetra ASCE 7-22 za 15-25%.
Jeklo ne gori in se talí okoli 1.300 stopinj Celzija, kar je zelo vroče. To pomeni, da se ob požaru ne more vnamesti ali sproščati nevarnih plinov. Po raziskavi NIST-a iz leta 2022 stavbe s kovinskimi konstrukcijami zdržijo približno 42 odstotkov dlje kot tiste z leseni konstrukcijami. Ta dodatni čas lahko med evakuacijo v nujnih primerih naredi vse razliko. Čeprav jeklo začne izgubljati trdnost, ko temperature dosežejo približno 530 stopinj Celzija, so sodobne gradbene predpise predvideli načine za reševanje tega problema. Vključujejo rezervne sisteme in delitev konstrukcij na ločene odseke, tako da ostanejo drugi deli stavbe dovolj stabilni za varno evakuacijo ljudi, tudi če je del stavbe poškodovan.
Te posebne intumescenčne prevleke postanejo mehke in nabreknejo ob visokih temperaturah, pri čemer nastane zaščitni ogljeni sloj, ki znatno upočasni segrevanje jekla. Če jih kombiniramo s cementnimi protipožarnimi materiali, strukturni elementi, kot so nosilci in stebri, dejansko uspešno prestanejo zahtevne požarne preizkuse ASTM E119, ki trajajo od 2 do 4 ur, preden pride do izbočenja. Nekatere nedavne raziskave kažejo, da jeklo, ki je primerno prevlečeno, ohranja približno 90 odstotkov svoje nosilnosti pri temperaturah okoli 800 stopinj Celzija, medtem ko navadno nezaščiteno jeklo pod enakimi pogoji upade na le 35-odstotno zmogljivost, kar kažejo rezultati objavljeni v reviji Journal of Fire Protection Engineering lansko leto.
Ko les doseže približno 300 stopinj Celzija oziroma 572 stopinj Fahrenheita, začne goreti in sproščati vnetljive pline, ki povzročijo hitrejše širjenje požarov. Ti plini so po podatkih Nacionalne združbe za varovanje pred požarom iz lanskega leta dejansko odgovorni za približno dve tretjini vseh smrtnih požarov v stavbah. Zamenjava materialov na tem področju veliko pomeni. Jeklo ne zagotavlja enake vrste goriva kot les, kar pomeni, da se plameni po konstrukcijah ne širijo tako lahko. Testi kažejo, da jeklo znatno upočasni hitrost širjenja požara, saj raziskave Fire Protection Research Foundation ugotavljajo, da zmanjša hitrost širjenja približno za 83 odstotkov. Čeprav oporek črnega lesa nekaj časa ščiti pred neposredno toplotno škodo, se jeklo ob izpostavljenosti visokim temperaturam obnaša veliko bolj napovedljivo. Ta napovedljivost omogoča strukturnim inženirjem, da bolje načrtujejo nosilne sisteme po celotni stavbi. Posledično imajo visoke stavbe z jeklenimi okviri bistveno manjša tveganja porušitve med intenzivnimi požari. Študije, ki jih je izvedel Odbor za požarno odpornost ACI, kažejo, da takšne konstrukcije zmanjšajo verjetnost porušitve za skoraj 91 odstotkov v primerjavi s tradicionalnimi lesenimi konstrukcijami.
Prilagodljivost jekla omogoča inženirjem, da prilagodijo svoje načrte glede na vrsto nesreč, ki bi lahko prizadele različna območja. Vzemimo na primer območja, ki so nagnjena k poplavam – jeklene podpore se tam postavijo višje od običajnih nivojev poplav. Zgradbe v obalnih pasovih pogosto vključujejo posebne zlitine, ki upirajo koroziji zaradi slanega zraka. Nekatere nedavne študije, ki so preučevale obstojnost konstrukcij med nesrečami, so pokazale, da jeklene konstrukcije, posebej zasnovane za vsako lokacijo, lahko zmanjšajo stroške popravkov za približno 40 odstotkov v primerjavi s standardnimi gradbenimi metodami. Te prilagojene rešitve ne prihranijo le denarja, temveč tudi pomagajo izpolnjevati gradbene predpise ter bolje zdržijo, kar jim narava v naslednjih letih prinese.
FEA in različne računske metode modeliranja omogočajo inženirjem, da vidijo, kako se jeklene konstrukcije obnašajo ob izpostavljenosti velikim izzivom, kot so potresi ali sunki vetra s hitrostjo okoli 150 mph. Ti modeli pomagajo prepoznati problematična področja že preden se začne dejansko gradnja. Raziskave iz leta 2024 so pokazale, da dodajanje umetne inteligence programski opremi za simulacije dejansko poveča napovedno natančnost za približno 28 odstotkov v primerjavi s starejšimi pristopi. Praktične uporabe pomenijo, da lahko strukturni inženirji prilagajajo dimenzije nosilcev, spreminjajo podrobnosti pri spojih in ponovno oblikujejo sistem togljenj na podlagi pridobljenih ugotovitev. Rezultat? Zgradbe, ki se obnašajo bolje pri obremenitvah, specifičnih za njihovo lokacijo, ne glede na to, ali gre za območja z nestabilnostjo tal ali obalna območja, ki so nagnjena k nevihtam.
Prilagodljivost jekla omogoča različne načine prenašanja obremenitev prek različnih konstrukcijskih elementov, kot so okvirji s povezavami, momentne povezave in diafragme. Ti delujejo skupaj za sprejemanje in porazdelitev sil ob nastopu nesreče. Tisto, kar jeklu res daje izrazit položaj, je njegova sposobnost, da se nekoliko ukrivi, preden poči, kar inženirjem ponuja dodatni varnostni pas. Nedavna študija iz lanskega leta je pokazala, da so jeklene stavbe po močnih potresih ohranile približno 89 odstotkov svoje prvotne trdnosti, medtem ko so betonske konstrukcije dosegale le okoli 67 odstotkov. Inženirji vgradnje te rezervne sisteme v skladu z določenimi pravili oblikovanja, tako da, če se poškoduje en del, drugi samodejno prevzamejo funkcijo, da ostane vse v stabilnem stanju. Ta pristop pomaga razložiti, zakaj se pri tako velikem številu sodobnih stavb kljub višjim začetnim stroškom uporablja jeklo.
Kaj naredi jeklo učinkovito izbiro za območja, ogrožena zemeljskih potresov?
Jeklo je zelo učinkovito v območjih, ogroženih zemeljskih potresov, zaradi svoje duktilnosti, ki omogoča upogibanje in absorbiranje seizmičnih sil ter preprečuje nenaden zlom.
Kako se jeklene konstrukcije obnesejo med orkani?
Jeklov razmerje med trdnostjo in težo pomaga stavbam prenesti močne vetrove in udarce odmrščin ter ostati delujoče tudi po hudih nevihtah.
Ali je jeklo ognjevzdržen material?
Da, jeklo je po svoji naravi ognjevzdržno in ne gori, zaradi česar je varnejša izbira v primerjavi z materiali, kot je les.
Ali se jeklo lahko prilagodi določenim regionalnim nevarnostim?
Jeklene konstrukcije se lahko prilagodijo določenim regionalnim grožnjam, s čimer se poveča odpornost proti lokaliziranim nesrečam, kot so poplave in korozija v obalnih območjih.
Avtorske pravice © 2025 Bao-Wu(Tianjin) Import & Export Co., Ltd. - Politika zasebnosti
EN
