ในขอบเขตของการก่อสร้างที่ทันสมัยโครงสร้างเหล็กเป็นกระดูกสันหลังของสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้นของเราตั้งแต่ตึกระฟ้าที่พุ่งสูงขึ้นและสนามบินที่กว้างขวางไปจนถึงคลังสินค้าที่ใช้งานได้และสะพานสง่างาม ความเก่งกาจความแข็งแรงและการปรับตัวของเหล็กทำให้เป็นวัสดุที่ไม่มีใครเทียบได้สำหรับวิศวกรและสถาปนิก การทำความเข้าใจประเภทพื้นฐานของโครงสร้างเหล็กเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือกระบบที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับโครงการใดก็ตาม
1. โครงสร้างโครงเหล็ก
คำอธิบาย:
โครงสร้างเหล็ก บางทีอาจเป็นประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดและเป็นที่รู้จัก ระบบนี้ใช้เฟรมเวิร์กโครงกระดูกของคอลัมน์เหล็กแนวตั้งและคาน I หรือโครงถักแนวนอนซึ่งเชื่อมต่ออย่างแน่นหนาเพื่อสร้างโครงสร้างที่เสถียรและรับน้ำหนัก เฟรมรองรับแรงโน้มถ่วงทั้งหมด (เช่นพื้น, หลังคา) และโหลดด้านข้าง (เช่นลม, แผ่นดินไหว) ผนังและการหุ้มของอาคารไม่มีโครงสร้างและติดอยู่กับด้านนอกของเฟรม
แอปพลิเคชัน:
-
อาคารสูง: อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักของเหล็กช่วยให้อาคารสูงขึ้นมีฐานรากขนาดใหญ่น้อยกว่า
-
อาคารพาณิชย์และสำนักงาน: ช่วยให้พื้นที่ภายในที่ไม่มีคอลัมน์ไม่มีคอลัมน์สำหรับแผนชั้นที่ยืดหยุ่น
-
อาคารอุตสาหกรรม: สนับสนุนเครื่องจักรกลหนักและเครนเหนือศีรษะ
-
อาคารที่อยู่อาศัย: ได้รับความนิยมมากขึ้นในการก่อสร้างบ้านสำเร็จรูปและแบบแยกส่วนที่ทันสมัย
2. โครงสร้างมัดเหล็ก
คำอธิบาย:
มัดเป็นกรอบรูปสามเหลี่ยมของสมาชิกตรงเชื่อมต่อที่ข้อต่อ การออกแบบนี้มีประสิทธิภาพโดยเนื้อแท้เนื่องจากการถ่ายโอนโหลดเป็นหลักเป็นความตึงเครียดตามแนวแกนหรือแรงบีบอัดผ่านสมาชิกของมันลดช่วงเวลาการดัด สิ่งนี้ช่วยให้โครงถักมีระยะทางไกลมากด้วยวัสดุที่น้อยที่สุดทำให้มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงเป็นพิเศษ โดยทั่วไปแล้วโครงถักจะใช้สำหรับหลังคาสะพานและหอคอย
แอปพลิเคชัน:
-
ระบบหลังคา: สำหรับอาคารขนาดใหญ่เช่นโรงเก็บเครื่องบินเครื่องบินกีฬาและคลังสินค้า
-
สะพาน: สะพานทั้งทางรถไฟและถนนมักใช้การออกแบบมัดเหล็กสำหรับองค์ประกอบที่สนับสนุนหลักของพวกเขา
-
หอคอยส่งสัญญาณและหอสื่อสาร: คุณสมบัติที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูงเหมาะสำหรับการใช้งานเหล่านี้
-
โครงสร้างอุตสาหกรรม: ใช้เป็นโครงสร้างสนับสนุนสำหรับสายพานและอุปกรณ์อื่น ๆ
3. โครงสร้างกริดเหล็ก
คำอธิบาย:
หรือที่รู้จักกันในชื่อเฟรมอวกาศหรือโครงสร้างขัดแตะโครงสร้างกริดเป็นกรอบสามมิติที่ประกอบด้วยสมาชิกที่เชื่อมต่อระหว่างกันซึ่งจัดเรียงในรูปแบบทางเรขาคณิต พวกเขาทำหน้าที่เป็นแผ่นที่มีขนาดใหญ่และแข็งที่สามารถขยายได้ในสองทิศทางกระจายโหลดข้ามหลายโหนดและสมาชิก ส่งผลให้ระบบที่มีน้ำหนักเบามากซึ่งสามารถครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ด้วยการสนับสนุนภายในน้อยที่สุด
แอปพลิเคชัน:
-
หลังคาขนาดใหญ่: เหมาะสำหรับศูนย์การประชุมอาคารสนามบินหอประชุมและห้องโถงที่ต้องการพื้นที่ว่างคอลัมน์
-
โดม: ใช้สำหรับโครงสร้างที่เป็นสัญลักษณ์เช่นท้องฟ้าจำลองและโดมกีฬา
-
หลังคาและด้านหน้า: ให้ทั้งความสมบูรณ์ของโครงสร้างและลักษณะทางเรขาคณิตที่สวยงาม
4. โครงสร้างโค้งเหล็ก
คำอธิบาย:
โครงสร้างโค้งใช้การออกแบบโค้งเพื่อรองรับโหลดเป็นหลักผ่านการบีบอัด รูปทรงเรขาคณิตโดยธรรมชาติของ Arch ถ่ายโอนโหลดออกไปด้านนอกไปยังการสนับสนุนหรือตัวยึดที่ปลายทั้งสอง ซุ้มเหล็กสามารถสร้างเป็นซี่โครงแข็งหรือเป็นส่วนโค้งมัด (การรวมกันของส่วนโค้งและหลักการมัด) พวกเขามีประสิทธิภาพสูงสำหรับการสนับสนุนโหลดขนาดใหญ่ในช่วงขนาดใหญ่
แอปพลิเคชัน:
-
สะพาน: สะพานเหล็กโค้งมีชื่อเสียงในด้านความแข็งแรงและความสวยงามของพวกเขาซึ่งมักใช้สำหรับข้ามหุบเขาหรือแม่น้ำกว้าง
-
ระบบหลังคา: สำหรับอาคารต่าง ๆ เช่นสถานีรถไฟสนามกีฬาและโรงเก็บเครื่องบินที่มีขนาดใหญ่และชัดเจน
-
ทางเข้าและอนุสาวรีย์: ใช้บ่อยสำหรับผลกระทบด้านภาพและความสง่างามของโครงสร้าง
การวิเคราะห์เปรียบเทียบ
| คุณสมบัติ | โครงสร้างเฟรม | โครงสร้างมัด | โครงสร้างกริด | โครงสร้างโค้ง |
|---|---|---|---|---|
| กลไกการโหลดหลัก | ช่วงเวลาที่โค้งงอในคานและคอลัมน์ | ความตึงเครียดตามแนวแกนและการบีบอัดในสมาชิก | กองกำลังตามแนวแกนในเครือข่าย 3 มิติ | การบีบอัดเป็นหลักตามซุ้มประตู |
| ความสามารถในการขยาย | ปานกลางถึงใหญ่ | ใหญ่มาก | ใหญ่มาก | ใหญ่มาก |
| ประสิทธิภาพของวัสดุ | ดี | ยอดเยี่ยม | ยอดเยี่ยม | ยอดเยี่ยม |
| ความเร็วในการก่อสร้าง | เร็ว (esp. พร้อมการทำสำเร็จรูป) | เร็ว (ส่วนประกอบสำเร็จรูป) | ปานกลางถึงเร็ว (โมดูลาร์) | ปานกลาง (Falsework ที่ซับซ้อนมักต้องการ) |
| แอปพลิเคชันทั่วไป | อาคารตึกระฟ้า | หลังคาสะพานหอคอย | หลังคาขนาดใหญ่, โดม | สะพานหลังคาขนาดใหญ่อนุสาวรีย์ |
| ความยืดหยุ่นด้านสุนทรียภาพ | สูง (สามารถปกปิดหรือแสดงออกได้) | อุตสาหกรรม, ใช้งานได้ดี | ทันสมัยเรขาคณิต | น่าทึ่งเป็นสัญลักษณ์ |
คำถามที่พบบ่อย (คำถามที่พบบ่อย)
ถาม: อะไรคือข้อดีหลักของการใช้โครงสร้างเหล็ก?
ตอบ: ข้อดีที่สำคัญ ได้แก่ ความแข็งแรงและความทนทานสูงอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีความเร็วของการก่อสร้างเนื่องจากการทำสำเร็จรูปความยืดหยุ่นในการออกแบบและความจริงที่ว่าเหล็กสามารถรีไซเคิลได้ 100%
ถาม: โครงสร้างเหล็กได้รับการปกป้องจากไฟอย่างไร?
ตอบ: ในขณะที่เหล็กไม่ติดไฟความแข็งแรงของมันจะลดลงที่อุณหภูมิสูง วิธีการป้องกันที่พบบ่อย ได้แก่ บอร์ดที่ทนไฟหรือสเปรย์ (การเคลือบด้วยแสง) ที่ขยายตัวเมื่อถูกความร้อนเพื่อป้องกันสมาชิกเหล็ก
ถาม: โครงสร้างเหล็กมีความไวต่อการกัดกร่อนหรือไม่?
ตอบ: ใช่ถ้าสัมผัสกับความชื้นและออกซิเจนเหล็กสามารถเกิดสนิมได้ การป้องกันการกัดกร่อนเป็นสิ่งจำเป็นและโดยทั่วไปจะทำได้ผ่านการวาดภาพการชุบสังกะสี (ใช้การเคลือบสังกะสี) หรือใช้เหล็กผุกร่อนซึ่งเป็นคราบสนิมป้องกัน
ถาม: อะไรคือความแตกต่างระหว่างมัดและกรอบพื้นที่?
ตอบ: มัดเป็นโครงสร้างระนาบสองมิติเป็นหลักในขณะที่กรอบพื้นที่เป็นโครงสร้างสามมิติที่สามารถโหลดได้หลายทิศทาง เฟรมพื้นที่สามารถคิดได้ว่ามีการเชื่อมต่อโครงถักหลายอันที่เชื่อมต่อกันในอวกาศ
ถาม: การพัฒนาอย่างยั่งยืนในการก่อสร้างโครงสร้างเหล็กเป็นอย่างไร?
ตอบ: เหล็กเป็นวัสดุรีไซเคิลมากที่สุดในโลก โครงสร้างเหล็กที่ทันสมัยได้รับการออกแบบมาสำหรับการถอดชิ้นส่วนและนำกลับมาใช้ใหม่และกระบวนการผลิตจะสร้างของเสียน้อยมากเนื่องจากมีการรีไซเคิลนอกระบบ ธรรมชาติที่มีน้ำหนักเบาของเหล็กยังช่วยลดขนาดรากฐานและพลังงานการขนส่ง
โดยสรุปการเลือกโครงสร้างเหล็กประเภทเฉพาะ - ไม่ว่าจะเป็นกรอบ, มัด, กริดหรือส่วนโค้ง - เป็นการตัดสินใจขั้นพื้นฐานที่ได้รับแรงหนุนจากความต้องการช่วงความต้องการการทำงานวิสัยทัศน์ทางสถาปัตยกรรมและการพิจารณาทางเศรษฐกิจ แต่ละระบบมีชุดคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ที่วิศวกรใช้ประโยชน์จากโครงสร้างที่ปลอดภัยมีประสิทธิภาพและยั่งยืน
