Қуатты құрылыста H-тәрізді арқалықтың құрылымдық өнімділігін түсіну

Биік өнеркәсіптік ғимараттар мен ұзын құрылымды өнеркәсіптік зауыттардан бастап, көпірлердің каркасы мен теңізде орналасқан платформалардың төменгі құрылымдарына дейінгі ауыр жағдайлардағы құрылыс жобаларында құрылымдық инженерлер тіректік элементтер ретінде негізгі күштік элементтер үшін H-тәрізді арқалықтарды (H-бейнесіндегі арқалықтар) таңдайды. H-тәрізді арқалық деп, қимасының пішіні әріп H-ге ұқсас болғандықтан, оны кең қабырғалы арқалық немесе H-қималы арқалық деп те атайды. Бұл геометриялық пішін тек көркемдік үшін емес: параллель орналасқан қабырғалар мен оларды байланыстыратын аралық қабырға екі ось бойынша иілу кернеуін тиімді тарататын қима құрады. Дәстүрлі I-тәрізді арқалықтармен салыстырғанда, H-тәрізді арқалықтарда аралық қабырғаның тереңдігіне қарағанда қабырғалары кеңірек болады, бұл қиманың әлсіз оське қатысты инерция моменті мен инерция радиусын арттырады. Осьтік сығылу кезінде бағанаға иілу қаупін болдырмау және еден жүктемелері, жел қысымы мен жер сілкінісі күштерінен туындайтын қатты иілу моменттерін арқалықтардың шыдамдылығын қамтамасыз ету қажет болатын ауыр жағдайлардағы құрылыс қолданыстарында бұл геометриялық артықшылықтар тікелей материалдың тиімділігі мен құрылымдық қауіпсіздігіне айналады. Дұрыс H-тәрізді арқалықтың өлшемі мен маркасын таңдау үшін жобалаушы инженерге ағысу беріктігі талаптарын (көбінесе болат маркасына байланысты 235 МПа, 345 МПа немесе 420 МПа), сығылатын элементтер үшін иілгіштік коэффициенттерін және арқалық пен бағана арасындағы қосылыстардың детальдық орындалуын ескеру қажет.

Ауыр жүктемелерге арналған материалдың маркалары мен механикалық қасиеттері

Ауыр жағдайлардағы құрылыста Н-тәрізді арқалықтар үшін болат маркасын таңдау конструкциялық жүктемеге және орташа шарттарға әсер ететін факторларға байланысты анықталады. Орташа климаттық жағдайлардағы жалпы ғимараттардың каркастары үшін минималды ағу шегі 235 МПа, созылу шегі 370–500 МПа аралығында болатын Q235B маркалы Н-тәрізді арқалықтар төмен материалдық құнымен қатар жеткілікті көтергіш қабілет береді. Егер конструкциялық есептеулер жоғары беріктік/салмақ қатынасын талап етсе — мысалы, биік ғимараттардың негізгі бағаналарында немесе 30 метрден асатын ұзын қашықтықтағы стропиларда — минималды ағу шегі 345 МПа болатын Q345B немесе Q345D маркалы арқалықтар қима өлшемдерін азайтуға мүмкіндік береді, бірақ жүктемені ұстап тұру қабілеті сақталады; бұл құрылымның өзіндік салмағы мен фундаментке қойылатын талаптарды да азайтады. Төмен температурадағы тоқтық қасиеттер маңызды болатын суық аймақтардағы жобалар үшін Q345D маркасы –20 °C температурада 34 Дж-ге тең гарантированная Шарпи V-тілімді соққы энергиясын қамтамасыз етеді, бұл төмен маркалармен қол жеткізілмейтін сыныққа төзімділік қасиетін береді. Халықаралық жобаларда Солтүстік Америкадағы құрылыста кең тараған ASTM A992 стандартына сілтеме жасалуы мүмкін; бұл стандарт кең қабырғалы арқалықтар үшін ағу шегін 345–450 МПа аралығында, ал ағу шегінің созылу шегіне қатынасын 0,85-тен аспайтындай етуді талап етеді, яғни қиратылуға дейін пластикалық деформацияға төзімділік қасиеті қамтамасыз етіледі. Бұл маркаларға тән қасиеттерді түсіну сатып алу бригадалары мен конструкциялық инженерлерге құрылымдық есептеулер мен жергілікті құрылыс нормалары талаптарын қанағаттандыратын Н-тәрізді арқалықтардың техникалық сипаттамаларын таңдауға көмектеседі.

Құрылыс жүктеме жолдары үшін I-тәрізді арқалық пен қорап тәрізді бөліктермен салыстыру

Ауыр жағдайлардағы құрылыста H-тәрізді арқалық, стандартты I-тәрізді арқалық және қуыс құрылымдық бөліктерді таңдау әрбір элементтің тасымалдауы керек нақты жүктеме бағытына байланысты. H-тәрізді арқалықтар симметриялық қанат геометриясын және ішкі мен сыртқы беттерінің параллельдігін ұсынады, бұл оларды стандартты I-тәрізді арқалықтармен (ASTM A6 стандарты бойынша S-пішінді деп те аталады) салыстырғанда болтталған және дәнекерленген қосылыстарды орындауды жеңілдетеді, себебі стандартты I-тәрізді арқалықтардың ішкі қанаттарының беттері конустық (трапециялық) болады. Бағана қолданысы үшін ені мен биіктігі шамамен тең болатын кең қанатты H-тәрізді арқалық бөліктері екі негізгі оське қатысты иілуге қарсы төзімділікті тиімдірек қамтамасыз етеді, ал тар I-тәрізді арқалықтар бағана ретінде қолданылғанда әлсіз ось бойынша әлсіз болады және қосымша бекітуді талап етуі мүмкін. Бағаналар арасында орналасқан арқалық қолданысында H-тәрізді арқалықтардың кең қанаттары көлденең-бұралулық иілуге қарсы төзімділікті арттырады, бұл болаттан жасалған ғимараттарда бекітусіз ұзындықтар үшін анықтаушы шектеуші күйге айналады. Техникалық зауыттардағы кран жолақтары сияқты бұралу жүктемесін қабылдайтын қолданыстар үшін қорап тәрізді бөліктер немесе жинақталған бөліктер жеке H-тәрізді арқалықтардан жоғары өнімділік көрсетуі мүмкін, бірақ қорап тәрізді бөліктердің жасау құны әлдеқайда жоғары. Соңғы таңдау құрылымдық тиімділікті, қосылыстардың қарапайымдылығын және жасау экономикасын тепе-теңдікке келтіреді; осылайша H-тәрізді арқалық бөліктер коммерциялық және өнеркәсіптік болат құрылымдардағы ауыр жағдайлардағы құрылыс арқалықтары мен бағаналары үшін негізгі таңдау болып табылады.

Ауыр құрылыстағы бөлшектерді дайындау, дәнекерлеу және қосу әдістері

Ауыр жағдайларда қолданылатын H-тәрізді арқалықтардың дайындалуы мен орнатылуы әдеттегі коммерциялық ғимараттардың салынуынан ерекшеленеді. Биік ғимараттарда бағана қосылыстарында толық пенациялық бұрыштық дәнекерлеу үшін квалификацияланған дәнекерлеу әдістерінің сипаттамасы мен дәнекерленген қосылыстардың сапасын тексеру үшін әдетте ультрадыбыстық сынақ қолданылады; бұл келесі бағана деңгейін орнатуға дейін жүргізіледі. H-тәрізді арқалықтардың параллель жақтары GB/T 1228 немесе ASTM A325/A490 стандарттарына сай жоғары беріктіктегі бұрандалы қосылыстарды тікелей қолдануға мүмкіндік береді, ал әдеттегі I-тәрізді арқалықтарда жақтардың қосылуы кезінде кейде конусты шайбалар қажет болады. Сейсмикалық белдеулерде моментке қарсы қабырғалар үшін H-тәрізді арқалық пен бағананың қосылуы арқалықтың толық пластиктік моменттік қабілетін қамтамасыз етуі тиіс; бұл әдетте дәнекерленген жақтау плиталарын, ұзартылған соңғы плиталарды немесе циклдық сынақтан өткен, алдын ала бекітілген кронштейн деталдарын қажет етеді. AWS D1.1 немесе қолданыстағы ұлттық дәнекерлеу нормаларында көрсетілген шекті мәндерден асқан жалпы қалыңдық немесе көміртегі эквиваленті мәні кезінде дәнекерлеуден бұрын алдын ала қыздыру қажет. Суық ауа райында орнату кезінде минималды пайдалану температурасын ескеру керек: Q345D маркалы конструкциялық болат 50 мм-ге дейінгі қалыңдықта алдын ала қыздыруды қажет етпей, -20 °C-қа дейінгі температурада орнатылуы мүмкін, бұл Q235B маркалы болат үшін орындалмайды.

Құрылыс сценарийі: H-тәрізді балка қималарын қолданатын көпқабатты болат рамасы

25 қабатты коммерциялық ғимараттың құрылымдық жобасын қарастырыңыз. Құрылымдық инженер қабаттардың жоғарғы бөлігінде HW350x350, ал негізінде HW400x400 қималы, Q345B маркалы Н-тәрізді арқалық бағандарын көрсетеді, мұнда қабаттардың жинақталған жүктемелерінен пайда болатын осьтік сығылу ең жоғары мәндерге жетеді. Қабаттың арқалықтары — бағандар арасында 8 метр қашықтыққа созылатын, құрама бетон-болат қабаттық жүктемелерді қабылдайтын HN350x175 Н-тәрізді арқалықтар ретінде көрсетілген. Тендер кезеңінде жұмыс орындаушы құрылыс компаниясы толық қималы өнімдерді шығара алу қабілеті, GB/T 11263 стандартына сәйкес келетін дәлдік шектері және құрылыс орнындағы орнату ретіне сай кезеңдік жеткізулерді ұсына алу қабілеті бойынша болат құбырларын таңдайды — төменгі қабаттардың бөліктері бірінші келуі тиіс. Тяньцзинь аймағындағы бірнеше болат мартымен орнатылған қатынастары бар тарап әртүрлі қималы арқалықтар мен бағандарды үйлестірілген жеткізулерге біріктіре алады, бұл контейнерлік жүктердің санын азайтады және құрылыс алаңындағы логистиканы жеңілдетеді. Тяньцзинь Хэнгрұнлон импорт пен экспорт компаниясы (ШЖҚ) қызмет көрсететін негізгі өнімдерінің арасында Н-тәрізді арқалықтарды, сонымен қатар ыстық дайындалған рулондар мен штайнс болатты қамтиды; бұл — солтүстік Қытайдың болат өндірісі мен логистикалық коридорынан әртүрлі өнімдерді бірден сатып алу үшін халықаралық құрылыс компанияларымен ынтымақтастыққа түсетін көптеген бағыттағы болат құбырларының типтік мысалы болып табылады.

Ауа-райының әсерінен және коррозиядан қорғау стратегиялары

Құрылымдық болат H-тәрізді арқалықтар атмосфераға ұшыраған кезде коррозиядан қорғау қажет, бірақ ішкі жағдайда (ылғалдылығы реттелетін орындар) және сыртқы немесе өнеркәсіптік орталарда қолданылатын стратегиялар өзара ерекшеленеді. Тұйықталған, климаты реттелетін ғимараттар ішіндегі H-тәрізді арқалықтар үшін алкид немесе эпоксидті цинк фосфатты грунттау қабаты мен объектіде қолданылатын жоғарғы қабаттан тұратын стандартты зауытта қолданылатын грунттау жүйесі әдетте жеткілікті пайдалану мерзімін қамтамасыз етеді. Сыртқы жағдайларда — мысалы, теңіз жағалауы немесе жоғары ылғалдылық ортасында — H-тәрізді арқалықтар тұз шашылуына немесе конденсацияға ұшырайтын ауыр жағдайларда — неорганикалық цинк силикатты грунт, эпоксидті аралық қабат және полиуретанды жоғарғы қабаттан тұратын үш қабатты жүйе кеңейтілген қорғау қамтамасыз етеді; жалпы құрғақ қабат қалыңдығы әдетте 250 микрометрден асады. Химиялық заттарға ұшырайтын агрессивті өнеркәсіптік орталарда инженерлер коррозияға төзімді болат маркаларын, мысалы Q355NH немесе ASTM A588 стандарттары бойынша өндірілетін болаттарды көрсетуі мүмкін; бұл болаттар бояу жүйелерін қолданбай-ақ қосымша коррозияны баяулататын тығыз, жақсы тұрақты патина қабатын қалыптастырады. Шешім қабылдауға әсер ететін факторларға өмірлік цикл бойынша жөндеу шығындары, қайтадан бояуға қол жетімділігі және белгілі бір түсті жабынды қажет ететін архитектуралық талаптар жатады. Жерге қойылған немесе суға батырылған жағдайларда бояу жүйесіне қосымша катодтық қорғау жүйелері қосылады, бұл бояу қабатындағы ақауларда пішінделетін қуыс коррозиясын болдырмауға көмектеседі.

Ауыр құрылыстағы H-тәрізді арқалықтар туралы сұрақтар

Сұрақ: HN, HM және HW сериялы H-тәрізді арқалықтардың айырмашылығы қандай?

Жауап: GB/T 11263 стандарты бойынша HN сериясы — фланец ені қима тереңдігінің шамамен жартысын құрайтын тар фланецті H-тәрізді арқалықтарды білдіреді; олар негізінен бас оське қатысты иілу әсері доминантты болатын арқалық қолданыстары үшін оптималды. HM сериясы — HN мен HW серияларының арасындағы фланец пен тереңдік қатынасына ие орташа фланецті H-тәрізді арқалықтарды білдіреді; олар арқалық пен бағана қолданыстарында пайдаланылады. HW сериясы — фланец ені қима тереңдігіне шамамен тең болатын кең фланецті H-тәрізді арқалықтарды білдіреді; олар екі ось бойынша шамамен тең иілуға қарсы төзімділік қамтамасыз етеді және ауыр құрылыстағы бағана элементтері үшін негізгі таңдау болып табылады. Сандық белгілеу — мысалы, HN350x175 — номиналды тереңдікті және фланец енін миллиметрмен көрсетеді.

Сұрақ: H-тәрізді арқалықтарды құрылыс алаңында қосуға бола ма және негізгі талаптар қандай?

А: Иә, Н-тәрізді арқалықтарды құрылыс алаңында қосуға болады, бұл тасымалдау ұзындығы шектеулері толық биіктіктегі бағаналарды бір бөлшекпен жеткізуге мүмкіндік бермеген кезде қаланың биік ғимараттарын салу кезінде кеңінен қолданылатын практика. Бағана қосылулары әдетте көтерілуге қолжетімділік үшін аяқталған еден деңгейінен шамамен 1,2 метр жоғары орналасады. Қосылу кішірек қиманың толық осьтік, кесу және иілу кедергісін дамытуы керек. Кеңінен қолданылатын қосылу түрлеріне болттық қабырғалық пластинкалармен қосу және артқы тақтайшалары бар толық пенетрациялық басқа қабырғалармен дәнекерленген қосылулар кіреді. Барлық алаңда дәнекерленген қосылулар жасалғаннан кейін ультрадыбыстық сынақтан өтуі керек, ал болттық қосылулар қатты болттардағы керілу дәрежесін калибрленген моменттік кілт немесе тікелей керілу көрсеткіші арқылы тексеруді талап етеді.

С: Н-тәрізді арқалықтардың бағалары неге тербеліп тұрады және мен сатып алу уақытын қалай жоспарлауым керек?

А: H-тәрізді арқалықтардың бағасы негізінен ыстық дайындалған орамдар мен көпшілік құймалардың шикізат құнына байланысты, ал олар өз кезегінде темір кентастары мен кокстелген көмірдің коммерциялық бағаларына тәуелді. Жергілікті факторлар — мысалы, өндіріс орындарының жоспарлы жөндеулеріне байланысты тоқтатылуы, Солтүстік Қытайдың қысқы жылыту маусымында экологиялық шектеулерге байланысты өндіріс қысқартылуы және құрылыс маусымдылығы да бағаға әсер етеді. Жобалардың бюджетін құру үшін құрылымдық болат әдетте жалпы ғимарат құнының 8%-дан 15%-ға дейінін құрайды, сондықтан сатып алу уақытын таңдағанда бағаны өндіріс орындарының жоғары жүктеме кезеңіне дейінгі (әдетте жоғары жазғы құрылыс сұранысына дейінгі екінші тоқсан) төмен жүктемелі кезеңде белгілеу және алты айдан он екі айға дейінгі кезеңге бірнеше кезеңдерге бөлінген жеткізу бойынша тұрақты бағалы шарттарды келісу арқылы бюджеттік анықтықты қамтамасыз ету маңызды.