Kokoonpanon teräsrakenteen solmujen ydinteknologian tutkimus ja haasteet

01 Yleiskuva kootuista teräsrakenteen solmuista

Kiinan vuosien varrella edistämien koottujen rakennusten kehittämiseksi neliönmuotoisten teräspylväiden ja -palkkien kootuista solmuista on vähitellen tullut tutkimuksen kuuma piste niiden korkean tehokkuuden ja ympäristönsuojelun etujen vuoksi. Kokoonpantujen teräsrakenteiden ja perinteisen rakennuksen rakenteen välillä on selkeä ero, se on tehdasvalmisteinen, mikä vähentää paikan päällä tapahtuvan rakentamisen aikaa ja epävarmuutta ja parantaa myös rakennuksen vihreitä ominaisuuksia. Teräsrakennukset ovat insinööriyhteisön suosiossa niiden suuren lujuuden ja hyvän seismisten ominaisuuksien vuoksi. Kokoonrakennetuissa teräsrakenteissa on erilaisia neliönmuotoisten teräspilarien ja palkkien liitossolmuja, kuten holkkiliitokset, modulaariset pylväs-palkki-liitokset, palkin ja pylvään päätylevyliitokset, pylvään ja pylvään väliset palkin liitokset ja palkin läpivientiliitokset, joita on tutkittu laajasti.

[Tausta ja kehitys]

Vuonna 2016 Kiina on antanut useita ohjaavia lausuntoja rakennusteollisuuden kehityksen toteuttamisesta, joissa määritellään selkeästi kokoamisrakentamisen kehityksen edistämisen tavoitesuunta. Perinteiset teräsrakenteiden palkkien ja pylväiden solmut hitsataan enimmäkseen, mutta paikan päällä tapahtuva hitsaus ei ole vain tehotonta, vaan siihen vaikuttavat myös ympäristö ja käyttöolosuhteet, mikä vaikeuttaa hitsausten laadun varmistamista. Sitä vastoin kokoonpanoteräksiset solmut valmistetaan tehtaissa ilman hitsausta paikan päällä, mikä ei ainoastaan paranna rakentamisen tehokkuutta ja laatua, vaan myös vähentää energiankulutusta, uusiutumattomien luonnonvarojen kulutusta ja hiilidioksidipäästöjä ympäristöystävällisen rakentamisen ansiosta, mikä on vihreän rakentamisen käsitteen mukaista.

[Yhteyden solmun tyyppi]

Kokoonpantujen teräsrakenteiden neliöteräspylväiden ja -palkkien liitäntäsolmuja, kuten holkki- ja modulaarisia liitäntäsolmuja, on monenlaisia, ja niihin yhdistetään erilaisia materiaaliominaisuuksia, asennusvaatimuksia ja kuormitusta kantavia toimintoja. Nämä solmut, joiden rakenne- ja liitäntämenetelmät ovat erilaisia, tarjoavat usein erinomaisen seismisen suorituskyvyn ja energiankulutuksen, mikä tukee merkittävästi koottujen rakennusten kehittämistä.

02 Hylsytyyppinen liitäntäsolmu

Kokoonpantavissa teräsrakenteissa holkkiliitäntäsolmu on tärkeä liitäntämenetelmä, johon on kiinnitetty paljon huomiota suunnittelun ja suorituskyvyn kannalta.

[Sleeve node construction and performance]

Vaippasolmut on suunniteltu hitsittömiksi käyttäen täysin ruuviliitoksia, ja ne voidaan esivalmistaa tehtaalla, mikä osoittaa niiden erinomaista seismistä ja energiaa kuluttavaa suorituskykyä. Li Liming ja muut ehdottivat täysin pultattua ulkohylsyä - H-palkki-pilariliitossolmua, ja solmun seismisestä suorituskyvystä tehdyn perusteellisen tutkimuksen jälkeen todettiin, että solmulla oli paitsi erinomainen seismisyyssuorituskyky myös erinomainen energiankulutus, ja solmun seismistä suorituskykyä ja jäykkyyttä voitiin edelleen parantaa ulkohylsyn paksuutta sopivasti suurentamalla. Tämän solmun asennus on kuitenkin monimutkaista, ja suurin haaste on se, että asennusprosessi on toteutettava neliönmuotoisten teräspilarien suljetun poikkileikkauksen ominaisuuksien asettamissa rajoituksissa, mikä tekee asennusprosessista suhteellisen hankalan.

Wang Yan et al. tutkivat edelleen vetopulttien käyttöä koottujen teräsrakenteiden palkkipilariliitoksen solmupisteissä, erityisesti kahdenlaisten solmupisteiden osalta: sisempi holkki ja ulompi holkki. Kyseisessä artikkelissa esiteltiin innovatiivinen sisähylsy-T-palkki-pilarisolmu, jossa yhdistettiin nelikulmaiset teräspilarit, sisähylsyt, T-palat ja H-palkit ja joka liitettiin turvallisesti yhteen lujien pulttien ja vetopulttien avulla.

[Hihansolmun asennuksen ja suunnittelun haasteet]

Tutkimus osoittaa, että sisemmän holkin paksuuden ja pylvään seinämän välinen rako vaikuttaa merkittävästi solmun toimintaan, ja sitä on valvottava tarkasti. Kun holkin paksuus ylittää pylvään seinämän paksuuden tiettyyn arvoon asti, solmun hystereesisuorituskyky on paras mahdollinen. Sisäisen holkin solmun suunnittelussa on kuitenkin myös sama ongelma: vetopulttien käyttö johtaa symmetriseen koveraan taivutusilmiöön, joka vaikuttaa jossain määrin solmun energiankulutuskapasiteettiin.

03 Modulaariset liitäntäsolmut

Modulaariset solmut, jotka tunnetaan esivalmisteltavuudestaan ja nopeasta asennettavuudestaan, ovat tärkeä tutkimusalue koottujen teräsrakenteiden alalla.

[Modulaaristen solmujen suunnittelu ja suorituskykytutkimukset]

Modulaariset solmut, joissa yhdistyvät nelikulmaiset teräspilarit ja -palkit, joissa on täysin ruuviliitokset, osoittavat hyvää sitkeyttä ja energiankulutuskykyä. Xuechun Liu ja muut tutkijat suorittivat syvällistä äärellisten elementtien mallintamista ja analyysiä hitsatuista, ruuviliitetyistä ja ruuviliitetyistä hybridisolmuista, joissa täysin ruuviliitetyt solmut osoittivat hyvää kuormankantokykyä ja sitkeyttä.

Liu Xuechun et al. teoksessa he tekivät perusteellisen tutkimuksen neliönmuotoisen teräspylvään ja H-palkin välisen täysin ruuviliitoksen modulaarisesta solmusta muuttamalla laippalevyn paksuutta, muuttamalla pulttien paksuutta ja säätämällä pulttien lukumäärää kansilevyllä, jotta solmun suorituskykyä voitaisiin analysoida kaikilta osin, ja todettiin, että kun pulttien lukumäärää lisättiin, solmun energiankulutuskapasiteetti voitiin tehokkaasti parantaa. Todettiin, että kun pulttien määrää lisättiin, solmun energiankulutuskapasiteettia voitiin parantaa tehokkaasti.

Modulaaristen solmupisteiden seismiset tutkimukset

Pylväiden aksiaalisen puristussuhteen pienentäminen ja jäykistävien kylkiluiden lisääminen modulaaristen solmujen suunnittelussa voi tehokkaasti parantaa suorituskykyä, ja tutkimus on osoittanut, että käytännössä tällaiset suunnittelualoitteet voivat lisätä solmujen perimmäistä kuormituskapasiteettia ja vakautta, mutta modulaarisen rakennuksen ja perustuksen yhdistävien solmujen suunnitteluaukot rajoittavat sen laajenemista ja mahdollisuuksia korkeisiin sovelluksiin.

04 Vinojalkaisen lyhyen palkin ja päätylevyn liitoksen solmu

Nelikulmaisen teräspylvään ja lyhyen kannattavan palkin välinen liitos voidaan järjestää joustavasti erilaisten suunnitteluvaatimusten mukaisesti.

Lyhyiden konsolisten palkkisolmujen monipuolinen suunnittelu

Nelikulmaisten teräspilarien ja konsolipalkkien yhdistelmä on suunniteltu parantamaan solmun ylälaipan jännitystilaa testaamalla I-palkki- ja kaksikanavaista terässolmua. Jotkut tutkijat, kuten Guo Zhipeng, ovat suorittaneet perusteellisia seismisia suorituskykytutkimuksia nelikulmaisten teräspilarien liitossolmujen ja Z-muotoisten konsolistaisten palkkisegmenttien ja heikentyneiden palkkisegmenttien välillä, ja I-palkkisolmut osoittavat vakaata energian hajoamista, kun taas kaksoiskanavasolmut ovat epävakaita heikentyneellä alueella.

[Päätylevyliitosten kestävyys ja parantaminen]

Päätylevyn liitäntäsolmut, joiden kiinnitystilaa rajoittaa ruuvin kiinnityspaikka, mikä asettaa haasteen ihmisen ja koneen väliselle vuorovaikutukselle. Yksisuuntainen ruuvitekniikka antaa paremman idean päätylevysolmulle. Sen kantavuus ja kiertokyky tarvitsevat lisää teoreettista tukea. Li Guoqiang ja muut tutkijat ovat ottaneet innovatiivisesti käyttöön yksisuuntaisen pultin tekniikan päätylevysolmuun, mikä tarjoaa ratkaisun, joka ei vaadi hitsausta paikan päällä.

05 Säde solmun läpi

Palkkien läpivientisolmuja käytetään kootuissa teräsrakenteissa niiden yksinkertaisen suunnittelun vuoksi.

[Säteen tunkeutumissolmujen soveltaminen ja haasteet]

Solmutyyppi, jossa palkit sijoitetaan solmujen läpi, on älykäs ja kätevä käyttää matalissa rakennuksissa, mutta kun ne saavuttavat ylemmät kerrokset, ne voivat kohdata vaikeuksia tuen kapasiteetin suhteen. Liu Haojin ja muutamat muut asiantuntijat tekivät perusteellisen tutkimuksen ja havaitsivat, että aksiaalipaineesta johtuvalla pilarien suhteella on merkittävä vaikutus solmun suorituskykyyn. Jos aksiaalipaineesta johtuvien pylväiden suhde on liian suuri, solmupisteessä voi esiintyä sellainen pylvään poikkileikkaus, joka on helppo murtaa vaurioitumistila, joten ehdotetaan, että aksiaalipaineesta johtuvien pylväiden suhdetta valvotaan enintään 0,3.

Kokoonpantujen teräsrakenteiden kehittäminen on parantanut rakentamisen tehokkuutta, mutta siitä on tullut myös keskeinen suunta tulevaisuuden rakennuskehitykselle, koska se on ympäristöystävällinen ja rakennuksen suorituskyky on erinomainen. Silti erityyppiset solmut kohtaavat edelleen erilaisia teknisiä haasteita, joita on tutkittava ja tutkittava edelleen, jotta voidaan edistää koottujen teräsrakenteiden laajaa käyttöä rakennusalalla.