ข่าวสาร - โครงสร้างเหล็ก: ระบบโครงสร้างหลักในวิศวกรรมสมัยใหม่

ในสถาปัตยกรรมร่วมสมัย การขนส่ง อุตสาหกรรม และวิศวกรรมพลังงานโครงสร้างเหล็กด้วยข้อได้เปรียบทั้งในด้านวัสดุและโครงสร้าง จึงกลายเป็นแรงขับเคลื่อนหลักที่ขับเคลื่อนนวัตกรรมทางเทคโนโลยีวิศวกรรม การใช้เหล็กเป็นวัสดุหลักในการรับน้ำหนัก ก้าวข้ามข้อจำกัดของโครงสร้างแบบดั้งเดิม ผ่านการผลิตเชิงอุตสาหกรรมและการติดตั้งแบบแยกส่วน มอบโซลูชันที่มีประสิทธิภาพสำหรับโครงการที่ซับซ้อนหลากหลายประเภท

ข้อดีและข้อเสียของโครงสร้างเหล็ก - CHINA ROYAL STEEL

ความหมายและลักษณะของโครงสร้างเหล็ก
โครงสร้างเหล็ก หมายถึง ระบบโครงสร้างรับน้ำหนักที่ประกอบด้วยแผ่นเหล็ก, เหล็กเส้น (คานเอช, ช่องยู, เหล็กฉากฯลฯ) และท่อเหล็ก ยึดด้วยการเชื่อม สลักเกลียวแรงสูง หรือหมุดย้ำ หัวใจสำคัญคือการใช้ประโยชน์จากความแข็งแรงและความเหนียวสูงของเหล็ก เพื่อถ่ายโอนน้ำหนักในแนวตั้ง (น้ำหนักบรรทุกและน้ำหนักอุปกรณ์) และแนวนอน (แรงลมและแผ่นดินไหว) จากอาคารหรือโครงการไปยังฐานรากอย่างสม่ำเสมอ เพื่อสร้างความมั่นคงของโครงสร้าง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างคอนกรีต ข้อได้เปรียบหลักของโครงสร้างเหล็กอยู่ที่คุณสมบัติเชิงกล: มีความต้านทานแรงดึงสูงกว่า 345 MPa ซึ่งสูงกว่าคอนกรีตทั่วไปถึง 10 เท่า และความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยมช่วยให้โครงสร้างสามารถบิดตัวภายใต้แรงกดโดยไม่แตกหัก จึงรับประกันความปลอดภัยของโครงสร้างได้เป็นสองเท่า คุณสมบัตินี้ทำให้โครงสร้างเหล็กไม่สามารถทดแทนได้ในสถานการณ์ที่มีช่วงกว้าง ตึกสูง และการรับน้ำหนักมาก

ประเภทหลักของโครงสร้างเหล็ก

(I) การจำแนกตามรูปแบบโครงสร้าง
โครงสร้างโครงแบบเกตเวย์: โครงสร้างนี้ประกอบด้วยเสาและคาน ประกอบเป็นโครงรูป "เกตเวย์" พร้อมระบบรองรับ เหมาะสำหรับโรงงานอุตสาหกรรม คลังสินค้าโลจิสติกส์ ซูเปอร์มาร์เก็ต และโครงสร้างอื่นๆ โดยทั่วไปช่วงความยาวจะอยู่ระหว่าง 15 ถึง 30 เมตร และบางช่วงอาจยาวกว่า 40 เมตร ส่วนประกอบต่างๆ สามารถประกอบสำเร็จรูปในโรงงานได้ ทำให้สามารถติดตั้งหน้างานได้ภายในเวลาเพียง 15 ถึง 30 วัน ยกตัวอย่างเช่น คลังสินค้าโลจิสติกส์พาร์คอันดับ 1 ของเอเชียของ JD.com มักใช้โครงสร้างประเภทนี้เป็นหลัก
โครงสร้างแบบทรัส: โครงสร้างนี้ประกอบด้วยแท่งเหล็กตรงที่เชื่อมต่อกันด้วยข้อต่อเพื่อสร้างรูปทรงสามเหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมคางหมู แท่งเหล็กเหล่านี้รับแรงตามแนวแกนเพียงอย่างเดียว ซึ่งใช้ประโยชน์จากความแข็งแรงของเหล็กได้อย่างเต็มที่ โครงสร้างแบบทรัสมักใช้กับหลังคาสนามกีฬาและช่วงสะพานหลัก ตัวอย่างเช่น การปรับปรุงสนามกีฬาคนงานปักกิ่งได้ใช้โครงสร้างแบบทรัสเพื่อให้ได้ช่วงเสาที่ไม่มีเสายาว 120 เมตร
โครงสร้างกรอบ: ระบบเชิงพื้นที่ที่สร้างขึ้นจากการเชื่อมต่อคานและเสาอย่างแข็งแกร่งให้รูปแบบผังพื้นที่ที่ยืดหยุ่นและเป็นตัวเลือกหลักสำหรับอาคารสำนักงานและโรงแรมสูง
โครงสร้างกริด: กริดเชิงพื้นที่ที่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายชิ้น มักมีโหนดรูปสามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่เหมือนกัน กริดเหล่านี้มีความแข็งแรงทนทานและต้านทานแผ่นดินไหวได้ดีเยี่ยม นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในอาคารผู้โดยสารสนามบินและศูนย์การประชุม

(II) การจำแนกตามลักษณะของโหลด
ชิ้นส่วนดัด: แทนด้วยคาน ชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถทนต่อโมเมนต์ดัด โดยมีแรงอัดที่ด้านบนและแรงดึงที่ด้านล่าง มักใช้โครงสร้างรูปตัว H หรือโครงสร้างกล่องเชื่อม เช่น คานเครนในโรงงานอุตสาหกรรม และต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแข็งแรงและความทนทานต่อความล้า
ชิ้นส่วนรับน้ำหนักตามแนวแกน: ชิ้นส่วนเหล่านี้รับแรงดึง/แรงอัดตามแนวแกนเท่านั้น เช่น โครงยึดเหล็กเส้น (Truss tie rod) และโครงยึดเหล็กเส้น (Grid member) โครงยึดเหล็กเส้นถูกออกแบบมาเพื่อความแข็งแรง ในขณะที่โครงยึดเหล็กเส้นต้องการความมั่นคง โดยทั่วไปจะใช้ท่อกลมหรือเหล็กฉาก ชิ้นส่วนรับน้ำหนักนอกศูนย์: ชิ้นส่วนเหล่านี้รับทั้งแรงตามแนวแกนและโมเมนต์ดัด เช่น เสาโครง เนื่องจากความนอกศูนย์ของน้ำหนักที่ปลายคาน จึงจำเป็นต้องใช้พื้นที่หน้าตัดที่สมมาตร (เช่น เสากล่อง) เพื่อสร้างสมดุลของแรงและการเสียรูป

ข้อได้เปรียบหลักของโครงสร้างเหล็ก
(I) คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยม
ความแข็งแรงสูงและน้ำหนักเบาเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของโครงสร้างเหล็ก ในช่วงเวลาหนึ่ง น้ำหนักตายของคานเหล็กจะอยู่ที่เพียง 1/3-1/5 ของคานคอนกรีต ยกตัวอย่างเช่น โครงถักเหล็กช่วง 30 เมตรจะมีน้ำหนักประมาณ 50 กิโลกรัม/เมตร ในขณะที่คานคอนกรีตจะมีน้ำหนักมากกว่า 200 กิโลกรัม/เมตร วิธีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนฐานราก (20%-30%) เท่านั้น แต่ยังช่วยลดผลกระทบจากแผ่นดินไหว ช่วยเพิ่มความปลอดภัยต่อโครงสร้างจากแผ่นดินไหวอีกด้วย
(II) ประสิทธิภาพการก่อสร้างสูง
ส่วนประกอบโครงสร้างเหล็กกว่า 90% ผลิตสำเร็จรูปในโรงงานด้วยความแม่นยำระดับมิลลิเมตร การติดตั้ง ณ สถานที่ก่อสร้างใช้เพียงการยกและการเชื่อมต่อเท่านั้น ยกตัวอย่างเช่น อาคารสำนักงานเหล็ก 10 ชั้น ใช้เวลาเพียง 6-8 เดือนตั้งแต่การผลิตส่วนประกอบจนแล้วเสร็จ ซึ่งลดระยะเวลาการก่อสร้างลง 40% เมื่อเทียบกับโครงสร้างคอนกรีต ยกตัวอย่างเช่น โครงการที่พักอาศัยเหล็กสำเร็จรูปในเซินเจิ้นสามารถก่อสร้างได้เร็วถึง "หนึ่งชั้นทุกเจ็ดวัน" ซึ่งช่วยลดต้นทุนแรงงาน ณ สถานที่ก่อสร้างได้อย่างมาก
(III) ทนทานต่อแผ่นดินไหวและความทนทานสูง
ความเหนียวของเหล็กช่วยให้โครงสร้างเหล็กสามารถกระจายพลังงานผ่านการเสียรูปในระหว่างเกิดแผ่นดินไหว ยกตัวอย่างเช่น ในเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่เหวินชวนในปี พ.ศ. 2551 โรงงานโครงสร้างเหล็กแห่งหนึ่งในเมืองเฉิงตูได้รับความเสียหายเพียงเล็กน้อยจากการเสียรูป และไม่มีความเสี่ยงที่จะพังทลาย นอกจากนี้ หลังจากผ่านกระบวนการป้องกันการกัดกร่อน (การชุบสังกะสีและการเคลือบ) เหล็กจะมีอายุการใช้งาน 50-100 ปี โดยมีต้นทุนการบำรุงรักษาต่ำกว่าโครงสร้างคอนกรีตมาก
(IV) การปกป้องสิ่งแวดล้อมและความยั่งยืน
อัตราการรีไซเคิลเหล็กสูงกว่า 90% ทำให้สามารถนำไปหลอมและแปรรูปใหม่ได้หลังการรื้อถอน ช่วยลดมลพิษจากขยะก่อสร้าง นอกจากนี้ การก่อสร้างเหล็กไม่จำเป็นต้องใช้แบบหล่อหรือการบำรุงรักษา ต้องใช้พื้นที่ทำงานเปียกน้อยที่สุด และลดการปล่อยฝุ่นได้มากกว่า 60% เมื่อเทียบกับโครงสร้างคอนกรีต ซึ่งสอดคล้องกับหลักการอาคารสีเขียว ยกตัวอย่างเช่น หลังจากการรื้อถอนสถานที่จัดงาน Ice Cube สำหรับการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูหนาวปักกิ่ง 2022 ส่วนประกอบบางส่วนถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในโครงการอื่นๆ ซึ่งนำไปสู่การรีไซเคิลทรัพยากร

การประยุกต์ใช้โครงสร้างเหล็กอย่างแพร่หลาย
(ฉัน) การก่อสร้าง
อาคารสาธารณะ เช่น สนามกีฬา สนามบิน ศูนย์การประชุมและนิทรรศการ ฯลฯ ต้องใช้โครงสร้างเหล็กเพื่อให้ได้ช่วงกว้างและการออกแบบที่กว้างขวาง
อาคารที่พักอาศัย: บ้านโครงสร้างเหล็กสำเร็จรูปกำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นและสามารถตอบสนองความต้องการที่อยู่อาศัยแบบเฉพาะบุคคลได้
อาคารพาณิชย์ : อาคารสำนักงานและศูนย์การค้าขนาดใหญ่ที่ใช้โครงสร้างเหล็กเพื่อให้เกิดการออกแบบที่ซับซ้อนและการก่อสร้างที่มีประสิทธิภาพ
(II) การขนส่ง
วิศวกรรมสะพาน: สะพานข้ามทะเลและสะพานรถไฟ สะพานเหล็กมีช่วงกว้างและทนต่อแรงลมและแผ่นดินไหวได้ดี
ระบบขนส่งทางราง: หลังคาสถานีรถไฟใต้ดิน และคานรางรถไฟฟ้ารางเบา
(III) อุตสาหกรรม
โรงงานอุตสาหกรรม: โรงงานเครื่องจักรกลหนักและโรงงานโลหะ โครงสร้างเหล็กสามารถรองรับน้ำหนักของอุปกรณ์ขนาดใหญ่และรองรับการปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ในภายหลัง
สิ่งอำนวยความสะดวกด้านคลังสินค้า: คลังสินค้าควบคุมอุณหภูมิและศูนย์โลจิสติกส์ โครงสร้างแบบพอร์ทัลเฟรมตอบสนองความต้องการการจัดเก็บช่วงกว้าง ก่อสร้างและเปิดใช้งานได้รวดเร็ว
(IV) พลังงาน
โรงไฟฟ้า: อาคารหลักของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนและเสาส่งไฟฟ้า โครงสร้างเหล็กเหมาะสำหรับการใช้งานหนักและสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรง พลังงานใหม่: เสากังหันลมและระบบติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์มีโครงสร้างเหล็กน้ำหนักเบาเพื่อให้เคลื่อนย้ายและติดตั้งง่าย สนับสนุนการพัฒนาพลังงานสะอาด