ข่าว - โครงสร้างเหล็ก: ระบบโครงสร้างที่สำคัญในวิศวกรรมสมัยใหม่

ในสาขาสถาปัตยกรรมร่วมสมัย การขนส่ง อุตสาหกรรม และวิศวกรรมพลังงานโครงสร้างเหล็กด้วยข้อดีทั้งในด้านวัสดุและโครงสร้าง ทำให้โครงสร้างประเภทนี้กลายเป็นแรงขับเคลื่อนหลักในการสร้างนวัตกรรมด้านเทคโนโลยีวิศวกรรม การใช้เหล็กเป็นวัสดุรับน้ำหนักหลัก ช่วยก้าวข้ามข้อจำกัดของโครงสร้างแบบดั้งเดิมด้วยการผลิตแบบอุตสาหกรรมและการติดตั้งแบบโมดูลาร์ ทำให้ได้โซลูชันที่มีประสิทธิภาพสำหรับโครงการที่ซับซ้อนหลากหลายประเภท

ข้อดีและข้อเสียของโครงสร้างเหล็ก - บริษัท ไชน่า รอยัล สตีล

นิยามและลักษณะของโครงสร้างเหล็ก
โครงสร้างเหล็ก หมายถึง ระบบโครงสร้างรับน้ำหนักที่ประกอบด้วยแผ่นเหล็กส่วนประกอบเหล็ก (คานรูปตัว H, ช่อง U, เหล็กฉากโครงสร้างเหล็กประกอบด้วยแท่งเหล็ก (เช่น คานเหล็ก) และท่อเหล็ก ยึดด้วยการเชื่อม สลักเกลียวความแข็งแรงสูง หรือหมุดย้ำ สาระสำคัญคือการใช้ประโยชน์จากความแข็งแรงและความเหนียวสูงของเหล็กเพื่อถ่ายเทน้ำหนักในแนวดิ่ง (น้ำหนักบรรทุกและน้ำหนักอุปกรณ์) และน้ำหนักในแนวนอน (ลมและแผ่นดินไหว) จากอาคารหรือโครงการไปยังฐานรากอย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพของโครงสร้าง เมื่อเทียบกับโครงสร้างคอนกรีต ข้อได้เปรียบหลักของโครงสร้างเหล็กอยู่ที่คุณสมบัติทางกล: ความแข็งแรงดึงสามารถสูงถึง 345 MPa มากกว่าคอนกรีตธรรมดาถึง 10 เท่า และความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยมทำให้สามารถเปลี่ยนรูปภายใต้น้ำหนักบรรทุกโดยไม่แตกหัก ซึ่งเป็นการรับประกันความปลอดภัยของโครงสร้างถึงสองเท่า คุณลักษณะนี้ทำให้โครงสร้างเหล็กเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในงานที่มีช่วงกว้าง สูง และรับน้ำหนักมาก

ประเภทหลักของโครงสร้างเหล็ก

(I) การจำแนกประเภทตามรูปแบบโครงสร้าง
โครงสร้างเฟรมประตู: โครงสร้างนี้ประกอบด้วยเสาและคาน forming เป็นโครงสร้างรูปทรง "ประตู" เชื่อมต่อกับระบบรองรับ เหมาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรม คลังสินค้าโลจิสติกส์ ซูเปอร์มาร์เก็ต และอาคารอื่นๆ ความกว้างช่วงเสาโดยทั่วไปอยู่ที่ 15 ถึง 30 เมตร และบางแห่งอาจเกิน 40 เมตร ชิ้นส่วนต่างๆ สามารถผลิตล่วงหน้าในโรงงานได้ ทำให้สามารถติดตั้งในสถานที่ได้ภายใน 15 ถึง 30 วัน ตัวอย่างเช่น คลังสินค้าของ JD.com Asia No. 1 Logistics Park ใช้โครงสร้างประเภทนี้เป็นหลัก
โครงสร้างโครงถัก: โครงสร้างนี้ประกอบด้วยแท่งตรงที่เชื่อมต่อกันด้วยจุดต่อเพื่อสร้างรูปทรงสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมคางหมู แท่งเหล่านี้รับแรงเฉพาะในแนวแกนเท่านั้น ทำให้ใช้ประโยชน์จากความแข็งแรงของเหล็กได้อย่างเต็มที่ โครงสร้างโครงถักมักใช้ในหลังคาของสนามกีฬาและช่วงกลางของสะพาน ตัวอย่างเช่น การปรับปรุงสนามกีฬาปักกิ่งซึ่งเป็นสนามกีฬาของคนงาน ได้ใช้โครงสร้างโครงถักเพื่อให้ได้ช่วงกว้างที่ไม่มีเสาถึง 120 เมตร
โครงสร้างเฟรม: ระบบพื้นที่ที่เกิดจากการเชื่อมต่อคานและเสาอย่างแข็งแรง ช่วยให้สามารถวางผังพื้นที่ได้อย่างยืดหยุ่น และเป็นตัวเลือกหลักสำหรับอาคารสำนักงานสูงและโรงแรม
โครงสร้างแบบตาราง: โครงสร้างแบบตารางที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายชิ้น มักมีจุดเชื่อมต่อเป็นรูปสามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมจัตุรัส ให้ความแข็งแรงทนทานและต้านทานแผ่นดินไหวได้ดีเยี่ยม นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารผู้โดยสารสนามบินและศูนย์ประชุม

(II) การจำแนกประเภทตามลักษณะภาระ
ชิ้นส่วนรับแรงดัด: ชิ้นส่วนเหล่านี้แสดงด้วยคาน ทำหน้าที่รับแรงดัด โดยมีแรงอัดที่ด้านบนและแรงดึงที่ด้านล่าง มักใช้เหล็กรูปตัว H หรือเหล็กกล่องเชื่อม เช่น คานเครนในโรงงานอุตสาหกรรม และต้องเป็นไปตามข้อกำหนดทั้งด้านความแข็งแรงและความต้านทานต่อความล้า
ชิ้นส่วนรับแรงตามแนวแกน: ชิ้นส่วนเหล่านี้รับเฉพาะแรงดึง/แรงอัดตามแนวแกน เช่น เหล็กยึดโครงถักและชิ้นส่วนโครงสร้าง เหล็กยึดออกแบบมาเพื่อความแข็งแรง ในขณะที่เหล็กค้ำยันต้องการความมั่นคง โดยทั่วไปจะใช้ท่อกลมหรือเหล็กฉาก ชิ้นส่วนรับแรงเยื้องศูนย์: ชิ้นส่วนเหล่านี้รับทั้งแรงตามแนวแกนและโมเมนต์ดัด เช่น เสาโครงสร้าง เนื่องจากความเยื้องศูนย์ของแรงที่ปลายคาน จึงจำเป็นต้องใช้หน้าตัดสมมาตร (เช่น เสากล่อง) เพื่อให้สมดุลของแรงและการเสียรูป

ข้อดีหลักของโครงสร้างเหล็ก
(I) คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม
ความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบาเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของโครงสร้างเหล็ก สำหรับช่วงความยาวที่กำหนด น้ำหนักบรรทุกของคานเหล็กจะอยู่ที่เพียง 1/3-1/5 ของคานคอนกรีต ตัวอย่างเช่น โครงสร้างเหล็กช่วงยาว 30 เมตร มีน้ำหนักประมาณ 50 กก./เมตร ในขณะที่คานคอนกรีตมีน้ำหนักมากกว่า 200 กก./เมตร สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนฐานราก (20%-30%) แต่ยังช่วยลดผลกระทบจากแผ่นดินไหวและเพิ่มความปลอดภัยต่อโครงสร้างจากแผ่นดินไหวอีกด้วย
(II) ประสิทธิภาพการก่อสร้างสูง
กว่า 90% ของชิ้นส่วนโครงสร้างเหล็กถูกผลิตสำเร็จรูปในโรงงานด้วยความแม่นยำระดับมิลลิเมตร การติดตั้งในสถานที่ก่อสร้างจึงต้องการเพียงแค่การยกและเชื่อมต่อเท่านั้น ตัวอย่างเช่น อาคารสำนักงานเหล็ก 10 ชั้น ใช้เวลาเพียง 6-8 เดือนนับตั้งแต่การผลิตชิ้นส่วนจนแล้วเสร็จ ซึ่งลดเวลาก่อสร้างลง 40% เมื่อเทียบกับโครงสร้างคอนกรีต ตัวอย่างเช่น โครงการที่อยู่อาศัยที่สร้างด้วยเหล็กสำเร็จรูปในเซินเจิ้น สามารถสร้างเสร็จได้ "หนึ่งชั้นทุกเจ็ดวัน" ซึ่งช่วยลดต้นทุนแรงงานในสถานที่ก่อสร้างได้อย่างมาก
(III) ความต้านทานและความทนทานต่อแผ่นดินไหวสูง
ความแข็งแกร่งของเหล็กทำให้โครงสร้างเหล็กสามารถกระจายพลังงานผ่านการเสียรูปในระหว่างเกิดแผ่นดินไหวได้ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างเหตุการณ์แผ่นดินไหวเหวินฉวนปี 2551 โรงงานโครงสร้างเหล็กในเฉิงตูได้รับความเสียหายเพียงเล็กน้อยและไม่มีความเสี่ยงต่อการพังทลาย นอกจากนี้ หลังจากได้รับการบำบัดป้องกันการกัดกร่อน (การชุบสังกะสีและการเคลือบผิว) เหล็กสามารถใช้งานได้นาน 50-100 ปี โดยมีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำกว่าโครงสร้างคอนกรีตมาก
(IV) การคุ้มครองสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืน
อัตราการรีไซเคิลเหล็กสูงกว่า 90% ทำให้สามารถนำเหล็กกลับมาหลอมและแปรรูปได้หลังจากการรื้อถอน ซึ่งช่วยลดมลพิษจากขยะก่อสร้าง นอกจากนี้ การก่อสร้างด้วยเหล็กไม่จำเป็นต้องใช้แบบหล่อหรือการบำรุงรักษา ลดงานเปียกในสถานที่ก่อสร้างให้น้อยที่สุด และลดการปล่อยฝุ่นละอองได้มากกว่า 60% เมื่อเทียบกับโครงสร้างคอนกรีต ซึ่งสอดคล้องกับหลักการก่อสร้างที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น หลังจากการรื้อถอนสถานที่จัดการแข่งขันไอซ์คิวบ์สำหรับการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูหนาวปักกิ่งปี 2022 ชิ้นส่วนบางส่วนถูกนำไปใช้ซ้ำในโครงการอื่น ๆ ซึ่งเป็นการรีไซเคิลทรัพยากร

การประยุกต์ใช้โครงสร้างเหล็กอย่างแพร่หลาย
(I) การก่อสร้าง
อาคารสาธารณะ เช่น สนามกีฬา สนามบิน ศูนย์ประชุมและแสดงสินค้า เป็นต้น ต่างพึ่งพาโครงสร้างเหล็กเพื่อให้ได้ช่วงกว้างขนาดใหญ่และการออกแบบที่โอ่อ่า
อาคารที่พักอาศัย: บ้านสำเร็จรูปโครงสร้างเหล็กกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ และสามารถตอบสนองความต้องการด้านที่อยู่อาศัยเฉพาะบุคคลได้
อาคารพาณิชย์: อาคารสำนักงานและศูนย์การค้าสูงระฟ้า ซึ่งใช้โครงสร้างเหล็กเพื่อให้ได้การออกแบบที่ซับซ้อนและการก่อสร้างที่มีประสิทธิภาพ
(II) การขนส่ง
วิศวกรรมสะพาน: สะพานข้ามทะเลและสะพานรถไฟ สะพานเหล็กมีข้อดีคือสามารถสร้างช่วงกว้างได้มากและทนทานต่อลมและแผ่นดินไหวได้ดี
ระบบขนส่งทางราง: หลังคาของสถานีรถไฟใต้ดินและคานรางรถไฟฟ้ารางเบา
(III) อุตสาหกรรม
โรงงานอุตสาหกรรม: โรงงานเครื่องจักรหนักและโรงงานโลหะวิทยา โครงสร้างเหล็กสามารถรับน้ำหนักของอุปกรณ์ขนาดใหญ่และอำนวยความสะดวกในการดัดแปลงอุปกรณ์ในภายหลังได้
สิ่งอำนวยความสะดวกด้านคลังสินค้า: คลังสินค้าควบคุมอุณหภูมิและศูนย์โลจิสติกส์ โครงสร้างแบบพอร์ทัลเฟรมตอบโจทย์ความต้องการในการจัดเก็บสินค้าขนาดใหญ่ และก่อสร้างและใช้งานได้อย่างรวดเร็ว
(IV) พลังงาน
สิ่งอำนวยความสะดวกด้านพลังงาน: อาคารหลักของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและเสาส่งไฟฟ้า โครงสร้างเหล็กมีความเหมาะสมสำหรับรับน้ำหนักสูงและสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรง พลังงานใหม่: เสากังหันลมและระบบติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ใช้โครงสร้างเหล็กน้ำหนักเบาเพื่อความสะดวกในการขนส่งและติดตั้ง สนับสนุนการพัฒนาพลังงานสะอาด