Қатты ауа-райында металл құрылымдар қаншалықты берік?

Металл құрылыс конструкциялары үшін тән беріктік және материалды таңдау

Экстремалды ауа-райы жағдайлары үшін болат неге идеалды

Салмаға қатысты беріктік жағынан алғанда, ғимараттар ауыр жүкті көтеруі керек болған жағдайда болат көне заманғы құрылыс материалдарынан шамамен екіден бірге немесе үштен бірге дейінгі орынға артықшылық береді. Бұл болатты ауа райы жағдайлары қатаң болатын жерлер үшін толықтай идеалды етеді. Ағаш пен темірбетон ылғалдың көп болуы кезінде уақыт өте кеңейіп және сығылып отырады, сондықтан олар қолданысқа лайық болмайды, әсіресе жиі су басатын аймақтарда бұл үлкен проблема туғызады. Болаттың тағы бір артықшылығы бар — жел өте күшті соққанда сынбай иіле алады. Бұл 2022 жылғы NIST-тің зерттеуіне сәйкес, торнадо маусымы кезінде кейде қатты материалдармен болатын толық қираулардан құтылуға көмектеседі.

Қазіргі құрылыстағы Жоғары беріктіктегі, Төмен қоспалы (HSLA) болаттар

Жоғары беріктік дәрежесіне ие төмен қоспалы (HSLA) болаттар мыс, никель және хромды араластыру арқылы 70-ден 80 ksi-ге дейінгі әсер ету шегін қамтамасыз етеді, бірақ олар кәдімгі көміртегілі болатқа қарағанда шамамен 25 пайыз жеңіл болып келеді. Салмағының аздығы ASCE 7-22 желдік стандарттарына сай келу үшін әрбір элементті қауіпсіздік мақсатында қосымша нығайтуды қажет етпей, ғимараттарды жобалау кезінде әртүрлі шығындарды үнемдеу мүмкіндігін береді. Қазіргі уақытта ірі дауылдар жиі болып тұратын жағалауларда не болып жатқанын қараңыз. Жаңадан салынып жатқан өнеркәсіптік ғимараттардың жартысынан астамы экстремалды ауа райы жағдайларында одан да жақсы жұмыс істеуі себебінен негізгі рамалық материал ретінде HSLA болатты таңдап отыр.

Болат маркасын таңдау: ASTM A588, A653 және Galvalume қаптамалар

Дәреже	Тұрақтылық күші	Ең жақсы	Қаптаманың қызмет ету мерзімі
ASTM A588	50 ksi	Жағалаулық коррозия	75 жылдан астам
ASTM A653 (G90)	80 ksi	Қар жүгі аймақтары	40–50 жыл
Galvalume	60 ksi	Өнеркәсіптік химиялық әсер	60 жылдан астам

Galvalume-пен капталған болат ASTM B117 тестілеуі бойынша стандартты гальванизацияланған каптамалармен салыстырғанда тұздың будағына төзімділігін 6 есе жақсартады.

Материал қасиеттерін орташа шарттарға сәйкестендіру

Көптеген теңіз жағалауындағы құрылыстар уақыт өте коррозияны баяулататын қорғаныш қабатын құратын ASTM A588 «элементтік» болатты таңдайды. Қардың көп түсетін аймақтарға назар аударған кезде, шатырлардың бүтіндігін сақтау үшін A653 сыны маңызды рөл атқарады. Мичиган университетінің 2023 жылғы зерттеуі бойынша, ағаштан жасалған үйлермен салыстырғанда, болат каркасты ғимараттар жоспарланғаннан үш есе артық қар жүгін көтере алады. Химиялық зауыт операторлары қышқыл жаңбырға қарсы төзімді болатын алюминий-мырыш қоспасынан жасалған Galvalume каптамасын қолдануды ұнатады. Дегенмен, ең жақсы нәтижелер каптама қалыңдығы 20 mils-тен асқанда ғана қол жеткізіледі, бұл қатаң ортаға қарсы қосымша қорғаныс береді.

Металл құрылыс конструкцияларының беріктігін арттыратын қорғаныш бояулар

Қазіргі заманғы металл құрылыстар жағымсыз ауа-райы жағдайларына төтеп беру үшін ерекше қорғаныш бояуларға күшті тәуелді. Цинк, эпоксидті шайырлар және PVDF бояулары коррозияның алдын алу үшін ерекше тиімді. Бұл бояулар негізінен болат конструкция мен жаңбыр суы, теңіз жағалауындағы тұзды ауа және атмосферадағы әртүрлі өнеркәсіптік химикаттар сияқты қоршаған ортаның қауіп-қатерлерінің арасында қорғаныш қабаты ретінде қызмет етеді. 2024 жыл шамасындағы салалық зерттеу деректеріне сәйкес, дұрыс боялған болат панельдері теңіз жағалауында тікелей 25 жыл бойы болғаннан кейін өзінің бастапқы беріктігінің шамамен 92%-ын сақтап қалды. Бұл дәл осындай жағдайларда 25 жыл бойы ұсталған бояусыз қарапайым болатқа қарағанда шамамен екі есе көп.

Цинк, эпоксид және PVDF: Қатаң климат жағдайлары үшін күрделі бояулар

Цинк бай праймерлар ылғалды ортада гальваникалық қорғаныс қамтамасыз етеді, ал эпоксидті қаптамалар өнеркәсіптік аймақтарда химиялық төзімділік жағынан ерекшеленеді. PVDF күшті ультракүлгін сәулелері бар климатта ерекше орын алады және -40°F пен 350°F (-40°C пен 177°C) арасындағы температураларда түсінің тұрақтылығы мен икемділігін сақтайды.

Цинкование мен Галвалюм: Ұзақ мерзімді коррозияға төзімділікті салыстыру

СӘРЕПТІК	Цинкованный (цинк)	Галвалюм (цинк-алюминий)
Тұз бұрқағына төзімділік	500–1000 сағат	1500–2500 сағат
Термиялық тұрақтылық	390°F (199°C) жоғары температурада ыдырайды	750°F (399°C) дейін тұрақты
Қолайлы климат	Орташа жауын-шашын	Жағалау/индустриялық

Жағалау және индустриялық орталардағы қаптау сапасы

Гальвалюм теңіз аймақтарында мырыштың алюминий құрамы тұз бен мұздың өтуіне қарсы тұрақты тот баспайтын қабат түзетіндіктен, жоғары өнімділік көрсетеді. Эпоксидті-полиэфирлі гибридтер қышқылды ластануды химиялық төзімділік арқылы бейтараптайды. Соңғы жаңалықтарға микрокапсулаланған полимерлерді пайдаланып, кішкентай сызықтарды автоматты түрде жабатын өзін-өзі емдейтін қаптаулар жатады.

Жел, қар және жаңбыр жүгіне қарсы құрылымдық беріктік

Металл ғимарат құрылымдары нақты экологиялық қауіптерге арналған дәлме-дәл инженерлік жүк басқару жүйелері арқылы басқа ортадағыдан ерекшеленетін ауа райына төзімділікті көрсетеді.

Күшті желдерге арналған инженерлік шешім: Күрделі аймақтардағы стандарттар

Су жағалауындағы құрылыстар күшейтілген бекітулер мен аэродинамикалық пішіндерді қолдана отырып, ASCE 7-22 жел қысымы стандарттарын сақтайды. 2023 жылғы зерттеу деректеріне сәйкес, тізе арқалықтары бар және кернеуі реттелетін анкерлі болттары бар болаттан жасалған құрылымдар құрылымдық элементтер арқылы күштерді қайта тарату арқылы 150 Миль/сағ астам жел жылдамдығына шыдай алады.

Суық климаттағы қар жүгін басқару және шатыр конструкциясы

Еңіс шатырлар (ең аз 4:12 биіктік) үздіксіз болаттық профильдермен бірге қауіпті қар жиналуын болдырмақ үшін қолданылады. Құрылымдық модельдеу нәтижелері осындай конфигурациялар Нью-Ингленд сияқты жылына орташа 180 дюйм қар түсетін аймақтарда 70 PSF-ге дейінгі қар жүгін көтере алатынын көрсетеді.

Зерттеу жағдайы: 2021 жылғы Техас қысқы даңғылы кезіндегі металл құрылыстар

Тарихи масштабтағы тоңазытылған жаңбыр мен қар үстемдік еткенде дәстүрлі құрылыстардың 23%-ы қираған кезде, тұрақты шовнен жасалған шатыры мен екі қабырғалы су жинағыш желобы бар металл құрылыстар 22 PSF мұз жүгі астында тұтастығын сақтап, болаттың суық ауа райындағы үстемдік көрсеткішін дәлелдеді.

Дизайндағы жаңалықтар: Күштің таралуы үшін конустық арқалықтар мен қатты рамалар

Жеке көлбеу конустық арқалықтар құрылымдық элементтер бойынша дәрежелік кернеуді тасымалдау арқылы желдің көтеру әсерін 28% азайтады (2023 жылғы болат конструкциялар институтының есебі), ал пісірілген қатты рамалар құрылымдық элементтер бойынша 360-градус бұрышта күштің таралуын қамтамасыз етеді.

Металл ғимарат құрылымдарының өртке және сейсмикалық әсерге төзімділігі

Болаттың орман өрті мен жоғары температура әсеріне реакциясы

Болат температура 1200 градус Фаренгейтке жеткенде өте жақсы шыдайды, сондықтан өрттер жиі болатын аймақтар үшін нақтылы пайда тигізеді. Кәдімгі құрылыс материалдары жанып, отты таратады, ал болат жанбай өз орнында тұра береді. Алайда, егер болат ұзақ уақыт бойы ыстықта тұрса, оның салмақ көтеру қабілеті біртіндеп төмендей бастайды. 2023 жылы Маккевич пен оның командаласы жүргізген соңғы зерттеулерде нақтылы тақтайшалардың 1022°F температураға дейін қызып кеткенде тіпті өз бастапқы беріктігінің шамамен 60% сақталатыны көрсетілді. Құрылысшылар бұл мәселені шешу үшін қазір әртүрлі тәсілдерді пайдаланады. Қорғауыш қаптамалар мен ықшам бөлмелердің конструкциясы құрылымның маңызды бөліктеріне жылу таралу жылдамдығын баяулатуға көмектеседі. Мысалы, ісінетін қаптамалар — жоғары температураға ұшырағанда ісініп, қосымша жылу оқшаулау қабатын пайда етеді, бұл ғимараттардың шынайы өрт кезінде ұзақ уақыт тұрақты болып тұруына мүмкіндік береді.

Жер сілкінісіне төзімділік: Болат каркастардың иілгіштігі мен тұрақтылығы

Болаттың икемді табиғаты сондай, бұл материалдан жасалған ғимараттар толығымен сынбас бұрын жер сілкінісінің энергиясын шынымен сіңіре алады. Мұндай құрылымдарды жобалаған кезде инженерлер жиі ғимараттың бүкіл ауданына таралатын және тербеліс күшін бір жерде шоғырландыруға мүмкіндік бермейтін арқалықтар мен тіректердің арасындағы қатты рамалар мен ерекше байланыстарды қосады. 2024 жылдың өзінде жүргізілген соңғы зерттеулер болат байланыстардың көпіршіктер арасындағы қозғалыстың 7% аса шыдай алатынын көрсетті, бұл жер сілкінісі жиі болатын аймақтардағы көптеген нормалар талап ететіннен анағұрлым жоғары. Қазіргі заманғы ғимарат құрылысы қазір көбінесе жер сілкінісі кезінде энергияны шашырату үшін арнайы жасалған бөлшектерді, мысалы, биік ғимараттарда кездесетін модаға сай иілуі шектелген тіреулерді қамтиды. Фанг пен басқалары өткен жылы жариялаған зерттеулерге сәйкес, болат әлемде жердің қозғалысы кезінде сынбай иілу үшін жеткілікті серпімділік пен біріктірілу үшін жеткілікті беріктікті ұсынатындықтан, жер сілкіністерге төзімді ғимараттар салу үшін негізгі материал болып табылады.

Қатаң Жағдайларда Ұзақ Мерзімді Техникалық Қызмет Көрсету және Жұмыс Істеу Мерзімі

Шекті Ауа-Райындағы Металл Ғимараттардың Күтілетін Қызмет Ету Мерзімі

Дұрыс жобаланған металл құрылымдар қатаң орталарда өте ұзақ жұмыс істейді, ASTM International (2023) зерттеулері бойынша орташа қызмет ету мерзімі 40–60 жыл құрайды. Негізгі төзімділік факторлары мыналар:

• Материалды таңдау : Гальвалюм®-мен қапталған болат 30 жылдан кейін де теңіз жағалауындағы коррозияға қарсы төзімділігінің 95% сақталады
• Жүктеме жобалауы : 170 миль/сағ желге шыдамдылыққа арналып жасалған құрылымдар 20 жылдан кейін ₠1% пішін өзгерісін көрсетеді
• Климатқа бейімделу : Арктикалық температураларға арналған қаптамалар -40°F-та сыңарып кетуден сақтайды, ал шөлді аймақтарға арналған құрамдар УК сәулесінің 89%-ын шағылдырады

Соңғы зерттеулер құрамында ASTM A653 болаты мен мырыш-алюминий қаптамасы бар ғимараттардың иірім аймақтарда қаптамасыз нұсқаларға қарағанда 37% азырақ жиі жөндеу қажет екенін растайды.

Буындар мен Коррозия Нүктелері Үшін Маңызды Техникалық Қызмет Көрсету Практикалары

Үш маңызды техникалық қызмет көрсету протоколы металдан жасалған ғимараттардың беріктігін арттырады:

1. Жарты жылда бір рет тексеру ультрадыбыстық қалыңдық өлшеуіштерді пайдаланып, шатыр тігістері мен болт қосылыстарының
2. Қаптауды жаңарту еңістіктер мен су жинағыш желобтар сияқты көп тозатын аймақтарда әрбір 12–15 жылда бір рет
3. Су жиналуды оптимизациялау тұрып қалған судың болуын болдырмау үшін, себебі бұл коррозияның 400% жылдамдауына әкеледі

Зерттеу деректеріне сәйкес, осы практикаларды қолданған ғимараттар экстремалды ауа-райы оқиғаларынан кейін құрылымдық беріктіктің 92%-ын сақтап алса, ал техникалық қызмет көрсетілмеген құрылыстарда бұл көрсеткіш 68% құрады (Ponemon Institute 2023).

Төмен техникалық қызмет талап ету тұжырымдамасын нақты ұзақ мерзімділікпен теңестіру

Өндірушілер жиі «техникалық қызмет көрсетуді қажет етпейтін» металдан жасалған ғимараттар туралы жарнама жасағанымен, нақты әлемдегі жұмыс істеу деректері мынаны көрсетеді:

• Су айдындарындағы орталарда герметикті әрбір 8–10 жылда бір рет ауыстыру қажет
• Өнеркәсіптік аймақтарда шатыр бетінен төрт ай сайын ластану материалдарын тазарту қажет
• Қар көп түсетін аймақтарда жылына бір рет бекітпе элементтерінің бұрау моментін тексеру қажет

2023 жылғы 1200 ғимарат менеджеріне арналған сауалнама нәтижесі, ерекше техникалық қызмет көрсету бағдарламасын қолданатын ғимараттардың жалпы пайдалану мерзімі стандартты кесте бойынша қызмет көрсетілетін ғимараттарға қарағанда 2,3 есе ұзақ болатынын көрсетті, бұл алдын ала қамқорлықтың өмірлік цикл құнына тікелей әсер ететінін дәлелдейді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Темірбетонды материалды экстремалды ауа-райы бар аймақтарда құрылыс салу үшін неге жақсы таңдау болып табылады?

Темірбетонды материал экстремалды ауа-райы бар аймақтар үшін идеалды, себебі оның салмағына қатысты беріктігі жоғары, күшті желге икемділігі бар және ылғалдың әсерінен кеңею мен сығылуға төзімді.

Гальванизацияланған болатқа қарағанда Galvalume қаптамасы қалай салыстырылады?

Galvalume қаптамасы дәстүрлі гальванизацияланған болатқа қарағанда тұзды суға төзімділігі және жылулық тұрақтылығы жағынан жақсырақ, сондықтан ол теңіз жағалауындағы және өнеркәсіптік орталар үшін ыңғайлы.

Металл ғимараттарға қандай техникалық қызмет көрсету қажет?

Металл ғимараттарын жарты жылда бір рет бекітпелер мен қаптамаларды тексеру, әрбір 12–15 жылда қаптаманы жаңарту және коррозияны болдырмау үшін дренажды оптимизациялау сияқты тұрақты техникалық қызмет көрсету талап етеді.

Қатаң климат жағдайында металл ғимараттар қанша уақытқа шейін қызмет ете алады?

ASTM International зерттеулеріне сәйкес, металл ғимараттар дұрыс жөндеу және инженерлік есептеулер жасалған жағдайда қатаң климат жағдайларында 40–60 жылға дейін қызмет ете алады.