System usztywnionych ram stalowych: dlaczego wysokie budynki stoją mocno?

Kierując się niedoborem nowoczesnych zasobów gruntów i presją związaną ze wzrostem liczby ludności, budownictwo pionowe stało się nieuniknionym trendem we współczesnej architekturze. Nowoczesne drapacze chmur wznoszą się wysoko w niebo i górują. Co sprawia, że ​​są względnie stabilne w obliczu silnego naporu wiatru w troposferze i pozwalają im bezpiecznie wytrzymać trzęsienia ziemi? Aby odpowiedzieć na to pytanie, przyjrzyjmy się bliżej usztywnieniomsystem ram stalowych.

Tradycyjne konstrukcje oparte na czystej ramie charakteryzują się elastycznym układem podłóg i wysokim wykorzystaniem przestrzeni. Jednakże, gdy wysokość budynku przekroczy pewną granicę, ujawni się ich mankament w postaci niewystarczającej bocznej sztywności konstrukcyjnej. Istnieją dwa podstawowe rozwiązania tego problemu: zwiększenie przekrojów belek i słupów lub zainstalowanie systemów stężeń. To pierwsze doprowadzi do gwałtownego wzrostu zużycia stali, drugie zaś charakteryzuje się wyjątkową efektywnością kosztową. Dlatego też systemy usztywnionych ram stalowych są optymalnym wyborem dla wieżowców.

Podstawowa logika systemu stężonych ram stalowych polega na racjonalnym rozmieszczeniu elementów usztywniających w celu utworzenia wspólnego mechanizmu nośnego: stalowa rama przenosi obciążenia pionowe, podczas gdy stężenia wytrzymują siły poziome. W budynku biurowym w Xiamen zastosowano system konstrukcyjny z koncentryczną ramą stalową. U podstawy budynku instalowane są nośne stężenia wzmacniające (BRB), co w pełni wykorzystuje zalety plastyczności konstrukcji stalowych i znacznie poprawia właściwości sejsmiczne konstrukcji.

Istnieją trzy główne typy usztywnieńsystemy ram stalowych. Rama wzmocniona koncentrycznie (CBF) to najbardziej klasyczna konfiguracja stężeń, której podstawową cechą jest to, że osie ciężkości elementów stężających przecinają się w środku połączeń belka-słup. Posiada wysoką sztywność i może skutecznie kontrolować przemieszczenia poziome. Ramy usztywnione mimośrodowo (EBF) odróżniają się od CBF dzięki przesunięciu osi stężeń, co umożliwia połączenie wysokiej sztywności stężeń koncentrycznych z plastycznością czystych ram. Ramy usztywniające rozpraszające energię opierają się na urządzeniach rozpraszających energię i tłumiących, tworząc idealny system odporny na siły boczne.

W praktyce inżynieryjnej dominującym rozwiązaniem i ulepszonym wariantem ram usztywnionych koncentrycznie jest stężenie wyboczeniowo-utwierdzające (BRB). Eliminuje problem uszkodzeń wyboczeniowych tradycyjnych koncentrycznych stężeń pod wpływem ściskania i zginania. Składające się z rdzeniowej płyty stalowej, zewnętrznej rury ograniczającej i niezwiązanego materiału wypełniającego, BRB uginają się pod obciążeniem bez wyboczenia w celu rozproszenia energii, osiągając równą nośność na rozciąganie i ściskanie, a także pulchną wydajność histeretyczną.

Poza tym CBF obejmuje głównie usztywnienia ukośne, usztywnienia Chevron (usztywnienia w kształcie odwróconego V), usztywnienia V, usztywnienia X (usztywnienia krzyżowe) i usztywnienia K. EBF składa się głównie ze stężeń typu D (bramowego), typu K, typu V i typu Y.

Specyficzna forma stężeńsystemy ram stalowychnależy dobierać w oparciu o wymagania sejsmiczne i wysokość budynku. Ogólnie rzecz biorąc, tradycyjne stężenia koncentryczne charakteryzują się niskim kosztem i dużą sztywnością, stężenia mimośrodowe zapewniają korzystną plastyczność i dużą zdolność rozpraszania energii, a stężenia zapobiegające wyboczeniu zapewniają doskonałe właściwości sejsmiczne. Systemy usztywnionych ram stalowych umożliwiają wysokim i bardzo wysokim budynkom przeciwstawienie się silnym wiatrom i trzęsieniom ziemi, a także zapewniają niezawodne rozwiązania konstrukcyjne dla pionowego rozwoju obszarów miejskich. Dzięki 21-letniemu bogatemu doświadczeniu firma EHSS jest profesjonalnym producentem specjalizującym się w produkcji i montażu stalowych elementów konstrukcyjnych. Bądź na bieżąco z EHSS, aby uzyskać więcej profesjonalnych informacji technicznych na temat konstrukcji stalowych.