Projektowanie konstrukcji kratownicowych z rur stalowych o dużej rozpiętości
W konstrukcjach stalowych o dużej rozpiętości, tym bardziej rozproszone są punkty podparcia konstrukcji stalowej, tym większe są ograniczenia dotyczące układu planarnego i kombinacji przestrzennej; odwrotnie, tym bardziej skoncentrowane są punkty podparcia konstrukcji stalowej, tym większa elastyczność. W tym artykule przeanalizowano różne typy konstrukcji stalowych o dużej rozpiętości i zbadano ich systemy konstrukcyjne, aby zapewnić wgląd i inspirację innym osobom w tej dziedzinie.
2. Główne formy konstrukcyjne konstrukcji stalowych o dużej rozpiętości
A. Struktura powłoki siatki
Struktura siatki o zakrzywionej powierzchni jest nazywana strukturą powłoki siatki, które można podzielić na jednowarstwowe i dwuwarstwowe powłoki siatkowe. Materiały na skorupy kratowe obejmują stalowe skorupy kratowe, muszle z drewnianej siatki, i żelbetowe szkielety kratowe. Główne formy konstrukcyjne obejmują sferyczne powłoki siatkowe, powłoki siatki hiperbolicznej, cylindryczne skorupy siatkowe, i hiperboliczne powłoki siatki paraboloidalnej.
Konstrukcje siatkowe łączą w sobie główne cechy systemów prętowych i konstrukcji cienkościennych. Pręty są stosunkowo proste, a rozkład sił jest rozsądny. Mają wysoką sztywność i zdolność rozpiętości, umożliwiając montaż małych elementów w dużych przestrzeniach. Małe komponenty i węzły połączeń mogą być prefabrykowane w fabrykach. Instalacja jest wygodna i nie wymaga dużych maszyn, co czyni kompleksowe wskaźniki gospodarcze korzystnymi. Konstrukcje charakteryzują się wszechstronnością konstrukcyjną, uwzględnienie różnorodnych planów architektonicznych i kształtów przestrzennych zgodnie z potrzebami twórczymi.
B. Struktura ramy przestrzennej
Konstrukcja ramowa przestrzenna to konstrukcja przestrzenna złożona z wielu prętów połączonych w węzłach według określonego wzoru geometrycznego. Kiedy takie struktury są tworzone z podwójnymi lub wieloma warstwami, nazywane są ramami przestrzennymi. Zwykle wykonane z rur stalowych lub profilowanych materiałów stalowych, główne formy obejmują:
- Ramy przestrzenne złożone z płaskich systemów kratownicowych.
- Ramki kosmiczne złożone z czworokątnych piramid.
- Ramy kosmiczne złożone z trójkątnych piramid.
- Ramy kosmiczne złożone z sześciokątnych piramid.
Główną cechą ram przestrzennych jest działanie przestrzenne, proste ścieżki przenoszenia siły, lekka waga, wysoka sztywność, dobre właściwości sejsmiczne, oraz łatwą konstrukcję i instalację. Pręty i węzły można standaryzować i komercjalizować, umożliwiające masową produkcję w fabrykach, co poprawia efektywność produkcji. Płaski układ ram przestrzennych jest elastyczny, a płaski dach sprzyja montażu sufitu i konfiguracji sprzętu. Dodatkowo, ramki przestrzenne są estetyczne, lekki, i elegancki, dzięki czemu nadają się do zastosowań architektonicznych i dekoracyjnych.
C. Struktura membrany
Struktury membranowe, zwane również strukturami tkaninowymi, są nową formą wielkorozpiętościowej struktury przestrzennej, rozwiniętą w połowie XX wieku. Korzystanie z elastycznych tkanin o wysokiej wydajności, membrana jest podtrzymywana przez wewnętrzne ciśnienie powietrza, lub za pomocą elastycznych linek stalowych lub sztywnych podpór, tworząc wstępnie napiętą membranę o określonej sztywności, zdolną do pokrycia dużych przestrzeni. Główne formy konstrukcyjne obejmują konstrukcje membranowe wspierane powietrzem, rozciągliwe struktury membranowe, oraz konstrukcje membranowe wsparte ramą.
Główną cechą struktur membranowych jest lekkość, duże rozpiętości, różnorodne kształty architektoniczne, wygodna konstrukcja, dobra ekonomia, wysokie bezpieczeństwo, dobra transmisja światła, i właściwości samoczyszczące. Jednakże, ich trwałość jest stosunkowo słaba.
d. Konstrukcja podwieszana
W konstrukcjach podwieszonych głównymi elementami nośnymi są kable rozciągane, ułożone w określone wzory. Konstrukcje dachowe podwieszane zazwyczaj składają się z systemu kablowego, systemu dachowego, i systemu wsparcia. Główne formy strukturalne obejmują:
- Jednokierunkowe jednowarstwowe konstrukcje wantowe.
- Promieniowe jednowarstwowe konstrukcje wantowe.
- Konstrukcje podwieszone dwukierunkowe jednowarstwowe.
- Jednokierunkowe, dwuwarstwowe konstrukcje podwieszone sprężone.
- Konstrukcje podwieszane promieniowo sprężone.
- Dwukierunkowe, dwuwarstwowe konstrukcje podwieszone sprężone.
- Sprężone konstrukcje sieci kablowych.
Charakterystyka siłowa konstrukcji podwieszonych obejmuje wytrzymywanie obciążeń zewnętrznych w wyniku osiowego naprężenia kabli, bez wytwarzania momentów zginających i sił ścinających. Pozwala to w pełni wykorzystać wytrzymałość stali. Konstrukcje podwieszone mają uniwersalną formę, elastyczny w aranżacji, i można je dostosować do różnych układów architektonicznych. Ze względu na niewielką wagę stalowych lin, konstrukcja dachu jest stosunkowo lekka, a instalacja nie wymaga dużego sprzętu dźwigowego. Jednakże, teoria analizy i projektowania konstrukcji podwieszonych jest bardziej złożona w porównaniu z konstrukcjami konwencjonalnymi, ograniczając ich szerokie zastosowanie.
e. Cienka struktura skorupy
Konstrukcje powłokowe w inżynierii architektonicznej są często konstrukcjami cienkowarstwowymi (technicznie definiowane jako powłoki o t/R ≤ 1/20). Struktury cienkościenne można podzielić na kategorie ze względu na kształtowanie powierzchni na powłoki obrotowe i powłoki translacyjne, oraz przez materiały budowlane w cienkie powłoki żelbetowe, ceglane cienkie muszle, stalowe cienkie skorupy, i cienkie skorupy z materiału kompozytowego.
Konstrukcje skorupowe charakteryzują się doskonałą nośnością, zdolne do przenoszenia znacznych obciążeń przy bardzo małych grubościach skorupy. Wytrzymałość i sztywność konstrukcji powłokowych wynika głównie z ich kształtu geometrycznego, co zastępuje wewnętrzne siły zginające bezpośrednim ściskaniem, wykorzystując w ten sposób w pełni potencjał materiału. Takie jak, Konstrukcje powłokowe są wysoce ekonomiczną i racjonalną formą konstrukcyjną o dużej wytrzymałości, wysoka sztywność, i efektywność materiałowa.
Stosowanie pali rurowych do budowy fundamentów jest od wielu lat popularnym wyborem. Pale rurowe służą do przenoszenia obciążenia konstrukcji na głębokość, bardziej stabilna warstwa gleby lub skały.
Zalety kratownic rurowych Zastosowanie kratownic rurowych w budownictwie ma kilka znaczących zalet: Wytrzymałość i nośność: Kratownice rurowe słyną z wysokiego stosunku wytrzymałości do masy. Połączone ze sobą rury równomiernie rozkładają obciążenia, co daje solidną i niezawodną konstrukcję. Pozwala to na budowę dużych rozpiętości bez konieczności stosowania nadmiernych słupów lub belek podpierających.
Norma dotycząca rur bez szwu transportujących płyn zależy od kraju lub regionu, w którym się znajdujesz, jak również konkretne zastosowanie. Jednakże, niektóre szeroko stosowane międzynarodowe standardy dotyczące rur bez szwu przenoszących ciecz: ASTM A106: Jest to standardowa specyfikacja dla rur bez szwu ze stali węglowej do pracy w wysokich temperaturach w Stanach Zjednoczonych. Jest powszechnie stosowany w elektrowniach, rafinerie, i innych zastosowaniach przemysłowych, w których występują wysokie temperatury i ciśnienia. Obejmuje rury w klasie A, B, i C, o różnych właściwościach mechanicznych w zależności od gatunku. API 5L: Jest to standardowa specyfikacja rur przewodowych stosowanych w przemyśle naftowym i gazowym. Obejmuje rury stalowe bez szwu i spawane do systemów transportu rurociągowego, łącznie z rurami do przesyłu gazu, Woda, i olej. Rury API 5L są dostępne w różnych gatunkach, takie jak X42, X52, X60, i X65, w zależności od właściwości materiału i wymagań aplikacji. ASTM A53: Jest to standardowa specyfikacja dla bezszwowych i spawanych rur stalowych czarnych i ocynkowanych ogniowo, stosowanych w różnych gałęziach przemysłu, w tym do zastosowań związanych z transportem płynów. Obejmuje rury w dwóch gatunkach, A i B, o różnych właściwościach mechanicznych i przeznaczeniu. Z 2448 / W 10216: Są to normy europejskie dotyczące rur stalowych bez szwu stosowanych w transporcie cieczy, łącznie z wodą, gaz, i inne płyny. Czytaj więcej
Rury bez szwu do transportu cieczy są zaprojektowane tak, aby były odporne na różne rodzaje korozji, w zależności od użytego materiału i konkretnego zastosowania. Do najpowszechniejszych rodzajów korozji, na które odporne są te rury, zaliczają się:: Jednolita korozja: Jest to najczęstszy rodzaj korozji, gdzie cała powierzchnia rury koroduje równomiernie. Aby wytrzymać tego typu korozję, rury są często wykonane z materiałów odpornych na korozję, takich jak stal nierdzewna lub pokryte powłokami ochronnymi. Korozja galwaniczna: Dzieje się tak, gdy dwa różne metale stykają się ze sobą w obecności elektrolitu, co prowadzi do korozji bardziej aktywnego metalu. Aby zapobiec korozji galwanicznej, rury mogą być wykonane z podobnych metali, lub można je odizolować od siebie za pomocą materiałów izolacyjnych lub powłok. Korozja wżerowa: Wżery to zlokalizowana forma korozji, która pojawia się, gdy małe obszary na powierzchni rury stają się bardziej podatne na atak, co prowadzi do powstania małych jamek. Tego rodzaju korozji można zapobiec, stosując materiały o wysokiej odporności na wżery, takie jak stopy stali nierdzewnej z dodatkiem molibdenu, lub poprzez nałożenie powłok ochronnych. Korozja szczelinowa: Korozja szczelinowa występuje w wąskich przestrzeniach lub szczelinach pomiędzy dwiema powierzchniami, taki Czytaj więcej
Sita drutowe klinowe, znane również jako ekrany z drutu profilowego, są powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu ze względu na ich doskonałe możliwości przesiewania. Są zbudowane z drutu w kształcie trójkąta,
2 7/8w J55 K55 Perforowana rura osłonowa studni jest jednym z głównych produktów wykonanych ze stali, można je wykorzystać do wody, olej, pola wiertnicze do odwiertów gazu. Dostępne grubości od 5,51 do 11,18 mm w zależności od głębokości studni klienta i wymaganych właściwości mechanicznych. Zwykle są one wyposażone w połączenie gwintowe, jak NUE lub EUE, który będzie łatwiejszy do zainstalowania na miejscu. Perforowane rury osłonowe o długości 3–12 m są dostępne dla różnych wysokości wiertnic klienta. Średnica otworu i otwarta powierzchnia na powierzchni są również dostosowywane. Popularne średnice otworów to 9 mm, 12mm, 15mm, 16mm, 19mm, itp.
