Құрылыс жобаларында шаршы түтіктер қандай салаларда ең қолайлы қолданылады?

Квадрат Түтіктердің Құрылымдық Арматура мен Жүк Көтеру Қолданыстары

Құрылымдық қолдау үшін Квадрат Түтіктерді Идеал Етіп Қылатын Механикалық Қасиеттер

Төртбұрышты түтіктер симметриялық пішініне байланысты құрылымдық жағынан жақсырақ өнім береді, барлық бағытта біркелкі беріктік қамтамасыз етеді. Бұл тепе-теңдік конструкциясы көп бағытта қолдау қажет болған кезде дәстүрлі I-сәулелерге немесе дөңгелек түтіктерге қарағанда бұралу мен сығылу күштеріне төтеп беруге жақсырақ мүмкіндік береді. Өткен жылы жарияланған соңғы зерттеулерге сәйкес, бос (қуыс) профильдер ұқсас ашық профильді материалдарға қарағанда 18% -дан 22% -ға дейін қаттырақ болуы мүмкін. Сонымен қатар олар салмағына қатысты жақсы беріктікті сақтайды, яғни негіздердің заттарды ұстау үшін қосымша жұмыс істеуіне қажеті жоқ. Сондықтан да көптеген цивилдық инженерлер жер сілкінісі болуы мүмкін аймақтарда немесе жүк структураның бір нүктесінде шоғырланбастан барлық жеріне тең бөлінуі қажет болатын үлкен зауыттарда 3x3 төртбұрышты болат түтіктерді пайдалануды ұсынады.

Зерттеу жағдайы: Вертикальды бағандарда 3x3 Төртбұрышты болат түтіктерді қолданатын көпқабатты ғимараттар

Чикагоның жаңа 42 қабатты ғимараты вертикальдық тіреулердің барлығында дәстүрлі Н-тәрізді бағандардың орнына арнайы 3x3 дюйм квадратты болат түтіктерді пайдаланды. Бұл әрбір шаршы дюймге 8500 фунттан аса салмақ көтеруі керек қабаттарды ұстап тұру мүмкіндігін сақтай отырып, материалдарға кететін шығындарды шамамен 14% үнемдеуге мүмкіндік берді. Стандартты өлшемдер құрылыс бригадасы үшін де жұмысты жеңілдетті, олар барлық жұмысты әдеттегіден шамамен ширекке жылдам орындап бітірді. Ғимарат тұрғызылғаннан кейін толық жүктеме кезінде ғимарат қанша ығысатынын тексерді және оның биіктігі сегізден бір дюймнан кем иілетінін анықтады. Мұндай жұмыс істеу көрсеткіші тіпті кернеу деңгейлері ең жоғары болатын ғимараттарда да бұл жүйенің неге осылшама жақсы жұмыс істейтінін көрсетеді.

Көтергіш қабілет үшін өлшем мен қабырға қалыңдығын оптимизациялау (1 дюйм, 2x2, 3x3)

Қабырға қалыңдығы мен өлшем көтергіш қабілетті тікелей әсер етеді, бұл инженерлерге нақты құрылымдық талаптарға сәйкес шешімдерді таңдауға мүмкіндік береді:

• 1 дюймдік түтік (11-калибрлі, 0,125” қабырғасы): Төменгі қабатты тұрғын үйлердегі 12 футтан кем арақашықтықтағы емес маңызды аралықтар үшін сәйкес
• 2x2 түтіктер (0,25” қабырғасы): Фермаларда осындай тік бұрышты қуыс профильдерге қарағанда 30–40% артық жүкті көтереді
• 3x3 түтіктер (0,375” қабырғасы): Сыртқы кірпіштеме болмай-ақ бағандардың көтергіш қабілетін 150 мың фунтқа дейін жеткізуге мүмкіндік береді

Дизайнерлер тұрақты орнатулар үшін 1,67–2,0 қауіпсіздік коэффициенттерін сақтай отырып, материалдың тиімділігін арттыру үшін Шекті элементтер әдісін (FEA) ASTM A500 стандарттарымен бірге қолданады.

Фермаларда, шатыр жүйелерінде және ұзақ аралықты құрылымдардағы квадрат түтіктер

Өнеркәсіптік ферма каркастарындағы қаттылық пен иілуге қарсы төзімділік

Төртбұрышты түтіктердің тұйық қимасы мен дұрыс пішіні оларға ерекше беріктік қасиет береді, сондықтан 60 футан астам қашықтықты қадағалайтын өнеркәсіптік ферма жүйелерінде олар өте жақсы жұмыс істейді. Осы түтіктердің бойына материалдың бірқалыпты таралуы олардың иілу күштеріне тұрақты түрде қарсы тұруын қамтамасыз етеді, сондықтан шатырлар ауыр қар жүгін немесе өздерін көтеруге тырысатын күшті желдің әсеріне ұшырағанда конструкцияның салбырауының мүмкіндігі азаяды. Ұзақ қашықтықтарға созылатын құрылымдар құрғанда көптеген инженерлер төртбұрышты түтіктердің иілу күштерін көбірек төтеп бере алуына байланысты I-сәулелер мен бұрыштық темір сияқты дәстүрлі нұсқалардан артықшылыққа ие болатынын байқайды. Бұл уақыт өте келе құрылымның беріктігін сақтауда маңызды рөл атқарады және тұрақты техникалық қызмет көрсету немесе қосымша нығайту қажеттілігін болдырмауға мүмкіндік береді.

Зерттеу жағдайы: Стандартты Төртбұрышты Түтіктерді Қолданып Алдын-ала Жиналатын Қоймалардың Шатыры

2023 жылы Техас штатындағы жаңа логистикалық құрылым 150 фут ұзындығындағы алдын-ала жиналған шатыр конструкциясында 6x6 дюймдік болат квадрат түтіктерді пайдаланды. Осы түтіктер мен олардың бекіту элементтері үшін стандартты өлшемдерді сақтау арқылы жұмысшылар объектіде әртүрлі өлшемдегі бөлшектерді жинауға кететін уақыттың шамамен 40% үнемдеді. Квадрат пішінді профильдер зауытта бұйымдарды жасауды әлдеқайда оңайлатты, сонымен қатар барлық нәрсе екіншілік стропила жүйесімен жақсы сәйкес келді. Қосымша артықшылық ретінде, бұл тәсіл ғимараттың каркасы үшін қажетті беріктік талаптарын сақтай отырып, жалпы болаттың пайдаланылуын шамамен 28% азайтты.

Дизайн Стратегиясы: Жеңіл Құрылыстың Құрылымдық Беріктігімен Тепе-теңдік

Квадрат түтіктерді тиімді пайдалану үшін мына үш негізгі факторға назар аудару қажет:

1. Қабырғаның қалыңдығын оптимизациялау : Негізгі жүкті көтеретін элементтер үшін 0,25 дюймдік қабырғалар; екіншілік тіреулер үшін 0,12 дюйм
2. Арақашықтық пен биіктік қатынасы : Иілуді бақылау үшін шатыр жүйелерінде 1:20 қатынасын сақтаңыз
3. Бекіту инженериясы : Моменттың үздіксіздігін қамтамасыз ету үшін критикалық түйіндерде пісірілген арматура пластиналарын қолданыңыз

Бұл стратегия ASCE/SEI 7-22 стандарттарымен сәйкестікті қамтамасыз етеді және соңғы BIM-басқарылатын симуляцияларда көрсетілгендей, материалды пайдаланудың 92%-ке дейінгі тиімділігін қолжетімді етеді.

Архитектуралық және қауіпсіздік қолданбалары: Бағандар, бөгеттер және эстетикалық интеграция

Қалалық инфрақұрылымдағы шаршы түтікшелерден жасалған бағандардың ұзақ мерзімділігі мен таза эстетикасы

Төртбұрышты түтікшелер салмағы ауыр болмай, бірақ беріктігі жоғары болғандықтан және пішінін сақтайтындықтан ғимараттардың көптеген маңызды бөліктерінде қолданылады. Тік бұрышты бұрыштар бұралу күштеріне мықтап төтеп бере алатын өте берік қосылыстар құрайды, сондықтан көпшілік күні бойы жүріп жүретін көпірлерде, спорт ареналарында немесе қозғалыс мол қалалық алаңдарда қоршаулар үшін өте жақсы жарамды. Материалдарды қарастырғанда, әдеттегі шойын заттармен салыстырғанда порошоктық қапталған болат әлдеқайда ұзақ қызмет етеді. Material Performance Index 2024-тің соңғы зерттеулеріне сәйкес, осындай қапталған нұсқалар он жыл бойы ашық аспан астында тұрғаннан кейін тозу проблемалары шамамен 85 пайызға аз болады. Егер кейбіреулер алюминийді таңдаса, теңіз жағалауында орналасқан жерлерде жыл сайын шамамен отыз долларға жуық ұстау шығындары төмендейді, себебі алюминий табиғи түрде уақыт өте келе тот басудан қорғалады.

Зерттеу жағдайы: Сатылар мен жолдардағы алюминий және болат квадрат түтіктер

Көлік шоғырының жобасында сыртқы сатылардың қоршауы үшін қабырғасы 0,125 дюйм болатын 2 на 2 дюйм өлшемдегі 6063-T6 алюминий квадрат түтіктері қолданылды, ал ішкі жолдар үшін қабырғасы 0,134 дюйм болатын 1,5 на 1,5 дюйм өлшемдегі ASTM A500 болат түтігі пайдаланылды. Бұл материалдарды араластыру беріктік талаптарын (футына кемінде 350 фунтты шыдайтын) сақтай отырып, жалпы салмақты шамамен 40 пайызға төмендетті. Барлық орнатуды дәстүрлі дөңгелек түтік жүйелерімен салыстырғанда құрастыру кезінде тіректердің оңайлау туралауы арқасында 22% аз уақыт ішінде аяқтауға болды. Құрылыс бригадасы бұл жағдайдың объектіде еңбек сағаттарын және компоненттердің орналасуындағы ықтимал қателерді азайтуда нақты айырмашылық жасағанын байқады.

Тренд: Квадрат түтік конструкцияларын жаңаша және экологиялық тұрғыдан тұрақты ғимараттарға енгізу

Архитекторлар LEED сертификатталған ғимараттарда шаршы түтіктерді барлау жиі көрсетеді, олардың 100% қайта өңделуін және күн сәулесін пайдалану жүйелерімен үйлесімділігін пайдаланады. Зауыттың дәл кесілуі қалдықты азайтады — стандартты 3x3 дюймді модульдерді қолданатын жобалар тапсырыс бойынша жасалған нұсқаларға қарағанда 18% аз қалдық береді. Дамып келе жатқан дизайн тенденцияларына мыналар жатады:

Бұл инновациялар биофильді және тұрақты даму мақсаттарын ілгерілетумен қатар OSHA-ға сәйкес келетін қауіпсіздік стандарттарын қолдайды.

Төртбұрышты түтікшелерден тұратын құрылымдарды пайдалану арқылы модульді және алдын-ала жиналған құрылыс

Төртбұрышты түтікшелердің көмегімен объектіден тыс жинаудың жылдамдығы мен дәлдігі

Төртбұрышты түтікшелердің пішіні өте біркелкі болғандықтан, олар объектіден тыс дәл өндірісте өте қолайлы. Стандартты өлшемдегі 2x2 және 3x3 болат түтікшелердегі таза 90 градус бұрыштар автоматтандырылған пісіру машиналарымен жұмыс істеуге өте ыңғайлы, оларға шамамен плюс немесе минус 1,5 миллиметрге дейінгі тығыз допустарды қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. Бұл нақты объектіде модульді ғимараттарды жинау кезінде өте маңызды. Сонымен қатар, контрактшылар бос түтікшелердің ішіне сымдар мен құбырларды жүргізуге де ыңғайлы деп бағалайды. Өткен жылғы кейбір салалық зерттеулерге сәйкес, бұл әдіс кәдімгі әдістермен салыстырғанда орнату кезіндегі қателіктерді шамамен үштен бірге дейін қысқартады. Қазіргі кезде барлаушылардың бұл жүйеге көшуінің себебі түсінікті.

Зерттеу жағдайы: Суықтан пішінделген болат рамалармен жасалған тез орнатылатын үйлер жобасы

Луизиана сағасындағы апат кезіндегі қайта қоныстандыру бағдарламасында 14-калибрлі 3x3 суықтан пішінделген болат квадрат түтіктер 9 күн ішінде 150 торнайдан қорғайтын үй бірлігін салу үшін қолданылды. Рамалар ASTM E2126 стандарты бойынша 82 кН/м² жанама жүктеме көтеру қабілетіне ие болды, ал бұрандалы қосылыстар құрылыс уақытын ағаш каркасқа қарағанда 40% қысқартты.

Даму бағыты: Модульді құрылыс жүйелеріндегі квадрат түтік өлшемдерінің стандарттандырылуы

Біртіндеп көптеген өндірушілер модульдік жүйелерді жинау үшін 1,5 x 1,5 дюймнен бастап 4 x 4 дюймге дейінгі шаршы профильдерді негізгі нұсқа ретінде қолдана бастады. Бұл өзгеріс олардың объектіде бар кран жабдықтарымен және әртүрлі қосылу элементтерімен жұмысты тиімдірек жасайды. 2024 жылғы Modular Building Institute-тің соңғы деректеріне сәйкес, бұл тәсіл материалдардың шығынын шамамен 18 пайызға дейін азайтады. Сонымен қатар, құрылымдық қабырғалар үшін цинкпен капталған болатты, ал сыртқы көрініс үшін ұнтақтық боялған алюминий панельдерді қолдану сияқты қызықты комбинациялардың пайда болуына мүмкіндік береді. Мұндай әртүрлі материалдарды пайдалану шешімдері тек қана құрылыстың қызмет ету мерзімін ұзартып қоймай, сонымен қатар архитекторларға жауын-шашынға төзімді, бірақ эстетикалық тұрғыдан да тартымды болуы керек ғимараттарды жобалау кезінде көбірек еркіндік береді.

Материалды таңдау: Әртүрлі орталардағы болат пен алюминийден жасалған шаршы профильдер

Салыстырмалы беріктік, коррозияға төзімділік және ортаға сәйкестілік

Болат және алюминий квадрат түтіктер құрылымдық және қоршаған ортаға байланысты әртүрлі рөлдер атқарады. Болат (50–100 ksi) созылу беріктігі жоғары болғандықтан, ауыр жүктемелі өнеркәсіптік каркастар үшін сәйкес келеді. Алюминий одан әлдеқайда әлсіз болса да, шамамен 30% жеңілірек, сондықтан көтеріңкі немесе қозғалмалы құрылымдар үшін пайдалы. Негізгі айырмашылықтарға мыналар жатады:

Тұзды су ортасында өңделмеген болат алюминийге қарағанда үш есе тезірек бұзылады (Материалдардың беріктігі туралы 2023 жылғы есеп), бұл теңіз қолданыстарында алюминийге деген сұранысты арттырады.

Зерттеу: Балқаш суындағы және ішкі аймақтағы болат пен алюминий нұсқаларын қолдану

2022 жылы Флорида штатында көпірдің қоршауын орнату туралы мысал бізге цинкпен қапталған болаттың 6063 алюминийден жасалған төртбұрышты түтікпен салыстырмалы талдауын көрсетеді. Қорғау қабаты жағылғанына қарамастан, болаттан жасалған қоршаулар бар болғаны 18 ай ішінде кавернің пайда болу белгілерін көрсетті. Жөндеу шығындары сызықтық футына шаққанда шамамен 180 доллар болды, бұл уақыт өте келе қосылады. Мұнда ескеруге тұрарлық бір нәрсе: алдын-ала алюминий шығыны шамамен 40 пайызға қымбат болса да, оның тұтастай қызмет ету мерзіміндегі шығындарын қарастырсақ, жөндеу шығындары болатқа қарағанда 70 пайызға арзан болды. Салыстыру үшін Небраска штатындағы бір қоймада порошоктық бояумен қапталған болат қоршаулардың бес жыл бойы ешқандай коррозияға ұшырамағанын айтуға болады. Бұл Небраскаға тән құрғақ ауа-райы бар аймақтарда болат шынымен де қолданыста ыңғайлы және шығын тиімді бола алатынын көрсетеді.

Құны мен ұзақтығы: Ұзақ мерзімді өнімділік үшін ең жақсы материалды бағалау

Болаттың бағасы алдымен әр фунтқа шамамен 80 цент, ал алюминийдің бағасы фунтына шамамен 1,50 доллар тұратынын ескерсек, бастапқы көзқарасымызда болат алюминийге қарағанда арзан. Сондықтан 100 мың доллардан төменгі ішкі жобаларда көбінесе оны таңдайды. Бірақ бұл тарихтың тек бір ғана жағы. Алюминийдің пайдалануы үшін таза шамамен ешқандай қызмет көрсету қажет болмайды және коррозия нақты мәселе болып табылатын жерлерде он бес жылдан астам уақыт бойы жалпы картинаға қарағанда иелер алюминий құрылымдарын пайдалану арқылы жалпы шығындарын 25%-дан 60% дейін кемітеді. Мысалы, жағалау жағындағы немесе химиялық зауыттарға жақын орналасқан фабрикаларды алуға болады. Өткен жылғы инфрақұрылым жөніндегі соңғы есептерге сәйкес кейбір жағдайларда болаттан жасалған құрылымдар уақытынан бұрын ауыстырылуы керек болды және кейде шығындар 740 000 доллардан асып кетті. Сондықтан бастапқыда бағасы қымбат болып көрінсе де, қатаң жағдайларда алюминий шын мәнінде өзін бірнеше рет қайтарып береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

Төртбұрышты түтіктер басқа құрылымдық материалдарға қарағанда неліктен жақсы?

Төртбұрышты түтіктер құрылымдық жағынан тепе-теңдік қамтамасыз етеді және қалыпты I-сәулелерге немесе дөңгелек түтіктерге қарағанда бұралу мен сығылу күштеріне төтеп береді. Олардың симметриялық пішіні барлық бағыттар бойынша тұрақты беріктік қамтамасыз етеді, сондықтан әртүрлі бұрыштардан қолдау қажет болатын құрылыстар үшін идеалды нұсқа болып табылады.

Жоғары ғимараттардың тірегінде неге төртбұрышты түтіктер қолданылады?

Төртбұрышты түтіктер материалдарды үнемдей отырып, жоғары салмақ көтеру мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Мысалы, жоғары ғимараттарда 3x3 дюймды төртбұрышты түтіктерді қолдану материалдарға шығынды 14% дейін үнемдеуге мүмкіндік береді және ол әлі де жүктемені тиімді тасиды.

Модульді және алдын ала жиналатын құрылыста төртбұрышты түтіктер қандай рөл атқарады?

Олардың тұрақты пішіні мен стандартты өлшемдері төртбұрышты түтіктерді дәлме-дәл өндіру мен алаңнан тыс жинау үшін идеалды етеді, модульді ғимараттарды салу кезінде орнату жылдамдығын арттырады және қателерді азайтады.

Су маңындағы құрылыстарда алюминий төртбұрышты түтіктерді қолданудың артықшылығы неде?

Алюминийден жасалған төртбұрышты түтіктер табиғи түрде шіруға төзімді, сондықтан болатқа қарағанда коррозияға байланысты көбірек техникалық қызмет көрсету талап етілетін теңіз жағалауындағы аймақтарда олардың пайдаланылуы тиімдірек.

Төртбұрышты түтіктер заманауи архитектура үшін тұрақты ма?

Иә, архитекторлар толығымен қайта өңделетіндігі, күн энергиясы жүйелерімен үйлесімділігі және дәл фабрикалық кесу процестерінен туындайтын қалдықтардың азаюы сияқты себептерге байланысты тұрақты архитектурада төртбұрышты түтіктерді баршаңдап пайдалануда.