Nieuws - Staalconstructie: een essentieel constructiesysteem in de moderne techniek

In de hedendaagse architectuur, transport, industrie en energietechniek,stalen constructieMet zijn dubbele voordelen op het gebied van zowel materiaal als structuur is staal uitgegroeid tot een belangrijke drijvende kracht achter innovatie in de engineeringtechnologie. Door staal als dragend kernmateriaal te gebruiken, overstijgt het de beperkingen van traditionele constructies dankzij geïndustrialiseerde productie en modulaire installatie, en biedt het efficiënte oplossingen voor een breed scala aan complexe projecten.

Voordelen en nadelen van staalconstructies - CHINA ROYAL STEEL

Definitie en aard van een staalconstructie
Een staalconstructie verwijst naar een dragend constructiesysteem dat bestaat uitstalen platen, stalen profielen (H-balken, U-kanalen, hoekstaalstaalconstructies, enz.), en stalen buizen, bevestigd door middel van lassen, bouten met hoge sterkte of klinknagels. De essentie is het benutten van de hoge sterkte en taaiheid van staal om verticale belastingen (eigen gewicht en gewicht van apparatuur) en horizontale belastingen (wind en aardbevingen) gelijkmatig van een gebouw of project naar de fundering over te brengen, waardoor de structurele stabiliteit wordt gewaarborgd. Vergeleken met betonconstructies ligt het belangrijkste voordeel van staalconstructies in hun mechanische eigenschappen: hun treksterkte kan oplopen tot meer dan 345 MPa, meer dan 10 keer die van gewoon beton; en hun uitstekende plasticiteit zorgt ervoor dat ze onder belasting kunnen vervormen zonder te breken, wat een dubbele garantie biedt voor structurele veiligheid. Deze eigenschap maakt ze onvervangbaar in situaties met grote overspanningen, hoge gebouwen en zware belastingen.

Belangrijkste typen staalconstructies

(I) Classificatie op basis van structuurvorm
Gateway Frame Structure: Deze constructie, bestaande uit kolommen en balken, vormt een poortvormig raamwerk, gekoppeld aan een ondersteunend systeem. Het is geschikt voor industriële complexen, logistieke magazijnen, supermarkten en andere gebouwen. Gangbare overspanningen variëren van 15 tot 30 meter, met enkele overspanningen van meer dan 40 meter. De componenten kunnen in fabrieken worden geprefabriceerd, waardoor installatie op locatie in slechts 15 tot 30 dagen mogelijk is. De magazijnen van JD.com's Asia No. 1 Logistics Park maken bijvoorbeeld voornamelijk gebruik van dit type constructie.
Vakwerkconstructie: Deze constructie bestaat uit rechte staven die met elkaar verbonden zijn door knooppunten en zo een driehoekige of trapeziumvormige geometrie vormen. De staven worden alleen blootgesteld aan axiale krachten, waardoor de sterkte van het staal volledig wordt benut. Vakwerkconstructies worden vaak gebruikt in stadiondaken en brugconstructies. Zo werd bijvoorbeeld bij de renovatie van het Beijing Workers' Stadium een vakwerkconstructie toegepast om een kolomvrije overspanning van 120 meter te realiseren.
Raamwerkconstructies: Een ruimtelijk systeem gevormd door star met elkaar verbonden balken en kolommen biedt flexibele plattegronden en is de meest gangbare keuze voor hoge kantoorgebouwen en hotels.
Roosterconstructies: Een ruimtelijk raster, samengesteld uit meerdere elementen, vaak met regelmatige driehoekige en vierkante knooppunten, biedt een sterke stabiliteit en uitstekende aardbevingsbestendigheid. Ze worden veel gebruikt in luchthaventerminals en congrescentra.

(II) Classificatie op basis van belastingskenmerken
Buigelementen: Deze elementen, weergegeven door balken, zijn bestand tegen buigmomenten, met druk aan de bovenzijde en trek aan de onderzijde. Ze worden vaak gemaakt van H-profielen of gelaste kokerprofielen, zoals kraanbalken in industriële installaties, en moeten voldoen aan zowel sterkte- als vermoeiingsweerstandseisen.
Axiaal belaste elementen: Deze elementen zijn alleen onderhevig aan axiale trek- en drukkrachten, zoals trekstangen en roosterelementen in vakwerkconstructies. Trekstangen zijn ontworpen voor sterkte, terwijl drukstangen stabiliteit vereisen. Meestal worden ronde buizen of hoekprofielen gebruikt. Excentrisch belaste componenten: Deze zijn onderhevig aan zowel axiale krachten als buigmomenten, zoals kolommen in een frame. Door de excentriciteit van de belasting aan de uiteinden van de balken zijn symmetrische doorsneden (zoals kokerprofielen) nodig om de krachten en vervormingen in evenwicht te brengen.

Belangrijkste voordelen van staalconstructies
(I) Uitstekende mechanische eigenschappen
Hoge sterkte en een laag gewicht zijn de belangrijkste voordelen van staalconstructies. Voor een gegeven overspanning is het eigen gewicht van een stalen balk slechts 1/3 tot 1/5 van dat van een betonnen balk. Zo weegt een stalen vakwerkconstructie met een overspanning van 30 meter ongeveer 50 kg/m, terwijl een betonnen balk meer dan 200 kg/m weegt. Dit verlaagt niet alleen de funderingskosten (met 20% tot 30%), maar vermindert ook de effecten van aardbevingen, waardoor de aardbevingsbestendigheid van de constructie verbetert.
(II) Hoge bouwefficiëntie
Meer dan 90% van de onderdelen van staalconstructies worden in fabrieken geprefabriceerd met een precisie tot op de millimeter. De installatie op locatie vereist alleen het hijsen en verbinden van de onderdelen. Zo duurt de bouw van een stalen kantoorgebouw van tien verdiepingen slechts 6 tot 8 maanden, van de productie van de onderdelen tot de voltooiing. Dit is een reductie van 40% in de bouwtijd vergeleken met een betonnen constructie. Een geprefabriceerd stalen woonproject in Shenzhen behaalde bijvoorbeeld een bouwsnelheid van "één verdieping per zeven dagen", waardoor de arbeidskosten op de bouwplaats aanzienlijk werden verlaagd.
(III) Sterke aardbevingsbestendigheid en duurzaamheid
De taaiheid van staal zorgt ervoor dat staalconstructies tijdens aardbevingen energie kunnen afvoeren door vervorming. Zo ondervond een staalconstructiefabriek in Chengdu tijdens de aardbeving in Wenchuan in 2008 slechts minimale vervorming en was er geen risico op instorting. Bovendien kan staal na een anticorrosiebehandeling (verzinken en coaten) een levensduur van 50 tot 100 jaar hebben, met onderhoudskosten die veel lager liggen dan die van betonconstructies.
(IV) Milieubescherming en duurzaamheid
Het recyclingpercentage van staal ligt boven de 90%, waardoor het na sloop opnieuw kan worden gesmolten en verwerkt, wat de vervuiling door bouwafval tegengaat. Bovendien vereist staalconstructies geen bekisting of onderhoud, waardoor er minimale natte werkzaamheden op de bouwplaats nodig zijn en de stofuitstoot met meer dan 60% wordt verminderd in vergelijking met betonconstructies, wat aansluit bij de principes van duurzaam bouwen. Zo werden bijvoorbeeld na de demontage van het Ice Cube-complex voor de Olympische Winterspelen van 2022 in Peking sommige onderdelen hergebruikt in andere projecten, wat resulteerde in grondstoffenrecycling.

Wijdverbreide toepassing van staalconstructies
(I) Constructie
Openbare gebouwen, zoals stadions, luchthavens, congres- en tentoonstellingscentra, maken gebruik van staalconstructies om grote overspanningen en ruime ontwerpen te realiseren.
Woongebouwen: Geprefabriceerde woningen met een stalen constructie worden steeds populairder en kunnen voldoen aan individuele woonwensen.
Commerciële gebouwen: Superhoge kantoorgebouwen en winkelcentra, die gebruikmaken van staalconstructies om complexe ontwerpen en efficiënte bouw te realiseren.
(II) Vervoer
Bruggenbouw: bruggen over zee en spoorbruggen. Stalen bruggen bieden grote overspanningen en een hoge weerstand tegen wind en aardbevingen.
Spoorvervoer: Overkappingen van metrohaltes en balken van tramrails.
(III) Industrieel
Industriële installaties: Zware machinefabrieken en metaalverwerkende bedrijven. Stalen constructies kunnen de belastingen van grote machines weerstaan en maken latere aanpassingen aan de apparatuur mogelijk.
Opslagfaciliteiten: Koelketenmagazijnen en logistieke centra. Portaalconstructies voldoen aan de eisen voor opslag met grote overspanningen en zijn snel te bouwen en in gebruik te nemen.
(IV) Energie
Energievoorzieningen: Hoofdgebouwen en hoogspanningsmasten van thermische centrales. Stalen constructies zijn geschikt voor hoge belastingen en zware weersomstandigheden. Nieuwe energie: Windturbinemasten en montagesystemen voor zonnepanelen zijn voorzien van lichtgewicht stalen constructies voor eenvoudig transport en installatie, ter ondersteuning van de ontwikkeling van schone energie.