חדשות - מבנה פלדה: מערכת מבנית מרכזית בהנדסה מודרנית

באדריכלות עכשווית, תחבורה, תעשייה והנדסת אנרגיה,מבנה פלדה, עם יתרונותיו הכפולים הן בחומר והן במבנה, הפכה לכוח מרכזי המניע חדשנות בטכנולוגיית ההנדסה. באמצעות פלדה כחומר נושא עומס מרכזי, היא מתעלה על המגבלות של מבנים מסורתיים באמצעות ייצור מתועש והתקנה מודולרית, ומספקת פתרונות יעילים למגוון רחב של פרויקטים מורכבים.

יתרונות וחסרונות של מבנה פלדה - סין רויאל פלדה

הגדרה ואופי של מבנה פלדה
מבנה פלדה מתייחס למערכת מבנית נושאת עומס המורכבת מ...לוחות פלדה, חלקי פלדה (קורות H, ערוצי U, פלדת זוויתוכו'), וצינורות פלדה, המאובטחים באמצעות ריתוך, ברגים בעלי חוזק גבוה או מסמרות. מהותו היא למנף את החוזק והקשיחות הגבוהים של הפלדה כדי להעביר באופן שווה עומסים אנכיים (משקל עצמי ומשקל ציוד) ועומסים אופקיים (רוח ורעידות אדמה) מבניין או פרויקט ליסודותיו, ובכך להבטיח יציבות מבנית. בהשוואה למבני בטון, היתרון המרכזי של מבני פלדה טמון בתכונות המכניות שלהם: חוזק המתיחה שלהם יכול להגיע ליותר מ-345 מגה פסקל, יותר מפי 10 מזה של בטון רגיל; והפלסטיות המצוינת שלהם מאפשרת להם להתעוות תחת עומס מבלי להישבר, ומספקת ערובה כפולה לבטיחות מבנית. מאפיין זה הופך אותם לחיוניים בתרחישים של מבנים גדולים, רבי קומות ועומסים כבדים.

סוגים עיקריים של מבני פלדה

(I) סיווג לפי צורה מבנית
מבנה מסגרת שער: מבנה זה, המורכב מעמודים וקורות, יוצר מסגרת בצורת "שער", יחד עם מערכת תמיכה. הוא מתאים למפעלי תעשייה, מחסני לוגיסטיקה, סופרמרקטים ומבנים אחרים. טווחי הגובה הנפוצים נעים בין 15 ל-30 מטרים, כאשר חלקם עולים על 40 מטרים. ניתן לייצר רכיבים מראש במפעלים, מה שמאפשר התקנה באתר תוך 15 עד 30 יום בלבד. לדוגמה, מחסני פארק הלוגיסטיקה מספר 1 באסיה של JD.com משתמשים בעיקר בסוג זה של מבנה.
מבנה מסבך: מבנה זה מורכב ממוטות ישרים המחוברים באמצעות צמתים ליצירת גיאומטריה משולשת או טרפזית. המוטות נתונים לכוחות ציריים בלבד, תוך ניצול מלא של חוזק הפלדה. מבני מסבך משמשים בדרך כלל בגגות אצטדיונים ובמפתחות ראשיים של גשרים. לדוגמה, בשיפוץ אצטדיון הפועלים בבייג'ינג נעשה שימוש במבנה מסבך כדי להשיג מפתח ללא עמודים של 120 מטר.
מבני שלדה: מערכת מרחבית הנוצרת על ידי קורות ועמודים המחברים בקפידה מציעה תוכניות קומה גמישות והיא הבחירה הרווחת עבור בנייני משרדים ובתי מלון רבי קומות.
מבני רשת: רשת מרחבית המורכבת ממספר איברים, לרוב עם צמתים משולשים וריבועיים רגילים, מציעה שלמות חזקה ועמידות מצוינת בפני רעידות אדמה. הם נמצאים בשימוש נרחב במסופי שדות תעופה ובמרכזי כנסים.

(II) סיווג לפי מאפייני עומס
חלקי כיפוף: המיוצגים על ידי קורות, חלקים אלה עומדים בפני מומנטי כיפוף, עם דחיסה בחלק העליון ומתיחה בחלק התחתון. הם משתמשים לעתים קרובות בחתכי H או בחתכי קופסה מרותכים, כגון קורות עגורן במפעלים תעשייתיים, וחייבים לעמוד הן בדרישות חוזק והן בדרישות עמידות לעייפות.
רכיבים בעלי עמוס צירי: רכיבים אלה נתונים רק למתח/דחיסה צירי, כגון מוטות קשירה של מסבך וקורות רשת. מוטות קשירה מתוכננים לחוזק, בעוד שמוטות דחיסה דורשים יציבות. בדרך כלל משתמשים בצינורות עגולים או בחתכי פלדה בזווית. רכיבים בעלי עמוס אקסצנטרי: אלה נתונים הן לכוחות ציריים והן למומנטי כיפוף, כגון עמודי מסגרת. בשל האקסצנטריות של העומס בקצות הקורה, נדרשים חתכים סימטריים (כגון עמודי תיבה) כדי לאזן את הכוחות והעיוותים.

יתרונות מרכזיים של מבני פלדה
(א) תכונות מכניות מצוינות
חוזק גבוה ומשקל נמוך הם היתרונות המשמעותיים ביותר של מבני פלדה. עבור מוטת נתונה, משקל העצמי של קורת פלדה הוא רק 1/3-1/5 מזה של קורת בטון. לדוגמה, מסבך פלדה בטווח של 30 מטר שוקל כ-50 ק"ג/מ"ר, בעוד שקורת בטון שוקלת מעל 200 ק"ג/מ"ר. זה לא רק מפחית את עלויות היסוד (ב-20%-30%) אלא גם ממתן את ההשפעות הסייסמיות, ומשפר את הבטיחות הסייסמית של המבנה.
(II) יעילות בנייה גבוהה
מעל 90% מרכיבי מבני פלדה מיוצרים מראש במפעלים בדיוק של מילימטר. התקנה באתר דורשת רק הרמה וחיבור. לדוגמה, בניין משרדים מפלדה בן 10 קומות לוקח רק 6-8 חודשים מייצור הרכיבים ועד להשלמתו, הפחתה של 40% בזמן הבנייה בהשוואה למבנה בטון. לדוגמה, פרויקט מגורים מפלדה טרומית בשנג'ן השיג מהירות בנייה של "קומה אחת כל שבעה ימים", מה שהפחית משמעותית את עלויות העבודה באתר.
(III) עמידות חזקה לרעידות אדמה ועמידות
קשיחותה של פלדה מאפשרת למבני פלדה לפזר אנרגיה באמצעות עיוות במהלך רעידות אדמה. לדוגמה, במהלך רעידת האדמה בוונצ'ואן בשנת 2008, מפעל למבני פלדה בצ'נגדו סבל מעיוות קל בלבד ולא סיכון לקריסה. יתר על כן, לאחר טיפול נגד קורוזיה (גלוון וציפוי), לפלדה יכול להיות אורך חיים של 50-100 שנים, עם עלויות תחזוקה נמוכות בהרבה ממבני בטון.
(IV) הגנת הסביבה וקיימות
שיעורי מיחזור הפלדה עולים על 90%, מה שמאפשר את התכתה ועיבודה מחדש לאחר ההריסה, ובכך מבטלים את זיהום פסולת הבנייה. יתר על כן, בניית פלדה אינה דורשת טפסות או תחזוקה, דורשת עבודה רטובה מינימלית באתר, ומפחיתה את פליטות האבק ביותר מ-60% בהשוואה למבני בטון, בהתאם לעקרונות הבנייה הירוקה. לדוגמה, לאחר פירוק אצטדיון Ice Cube לאולימפיאדת החורף בבייג'ינג 2022, חלק מהרכיבים עברו שימוש חוזר בפרויקטים אחרים, מה שהשיג מיחזור משאבים.

יישום נרחב של מבני פלדה
(א) בנייה
מבני ציבור: אצטדיונים, שדות תעופה, מרכזי כנסים ותערוכות וכו', מסתמכים על מבני פלדה כדי להשיג מרווחים גדולים ועיצובים מרווחים.
מבני מגורים: מבני מגורים טרומיים מפלדה הופכים פופולריים יותר ויותר ויכולים לענות על דרישות דיור מותאמות אישית.
מבני מסחר: בנייני משרדים רבי קומות וקניונים, המשתמשים במבני פלדה כדי להשיג עיצובים מורכבים ובנייה יעילה.
(II) תחבורה
הנדסת גשרים: גשרים ימיים וגשרי רכבת. גשרי פלדה מציעים מוטות גדולים ועמידות חזקה בפני רוחות ורעידות אדמה.
תחבורה רכבתית: חופות של תחנות רכבת תחתית וקורות מסילה של רכבת קלה.
(III) תעשייתי
מפעלי תעשייה: מפעלי מכונות כבדות ומפעלי מתכות. מבני פלדה יכולים לעמוד בעומסים של ציוד גדול ולהקל על שינויים נוספים בציוד.
מתקני אחסון: מחסני שרשרת קירור ומרכזי לוגיסטיקה. מבני מסגרת פורטלית עומדים בדרישות אחסון גדולות וניתנים לבנייה והפעלה מהירים.
(ד) אנרגיה
מתקני חשמל: מבנים ראשיים של תחנות כוח תרמיות ומגדלי הולכה. מבני פלדה מתאימים לעומסים גבוהים ולסביבות חוץ קשות. אנרגיה חדשה: מגדלי טורבינות רוח ומערכות הרכבה פוטו-וולטאיות כוללות מבני פלדה קלים להובלה והתקנה קלים, התומכים בפיתוח אנרגיה נקייה.