Ծալված մետաղական շենքերում ծնկային ամրացման կիրառումը։

Ծնկային ամրացման կիրառման պատճառների և այն օգտագործելու ժամանակի մասին պրակտիկ վերլուծություն

Երկաթբետոնե շենքերը համբավ են ձեռք բերել մեծ տարածքներ համեմատաբար փոքր խոչընդոտներով ծածկելու համար: Սակայն եթե շինությունը գտնվում է ուժեղ քամու բեռնվածության կամ սեյսմիկ ակտիվության տարածքում, ապա կողային կայունության հարցերը սկսում են գերակշռել նախագծման գործընթացում: Մեկ այն լուծումներից, որոնք հաճախ քննարկվում են աշխատավայրերում և նախագծային հանդիպումներում, ծնկի ամրացման համակարգն է: Չնայած այն չի համարվում ամենատեսանելի կառուցվածքային տարրը, սակայն հաճախ այն է փրկում նախագիծը թանկ մոմենտային միացումներից կամ ծանր շեղման պատերից:

Հիմնարար գաղափարը բավականին պարզ է։ Կարճ անկյունագծային սյունակ՝ «ծնկի» տեսքով, միացնում է հեծանը և սյունը դրանց հատման կետի մոտ, ստեղծելով կոշտ միացում՝ առանց ամբողջական մոմենտային միացման վարսակալման։ Այս կոնֆիգուրացիան լատերալ ուժերը փոխանցում է առանցքային գործողությամբ ամրացման մեջ, այլ ոչ թե հեծան-սյուն միացման ծալմամբ։ Ծնկի ամրացման հատկապես գրավիչ լինելու պատճառն այն է, որ այն գտնվում է ծախսերի և կատարողականության միջև օպտիմալ հարաբերակցության մեջ։ Ամբողջական մոմենտային միացումների համար անհրաժեշտ են ավելի ծանր հատվածներ, ավելի շատ վարսակալում և ավելի խիստ արտադրամասային որակի վերահսկում։ Կենտրոնացված ամրացված շրջանակները զբաղեցնում են հարկի տարածքը անկյունագծային անդամներով, որոնք խոչընդոտում են դռների, տրանսպորտյորների կամ սարքավորումների դասավորությունը։ Ծնկի ամրացումը գտնվում է այդ միջին դիրքում, որտեղ անկյունագիծը տեղադրված է բարձր՝ այն այնտեղից դուրս, սակայն միևնույն ժամանակ ապահովում է իմաստալից լատերալ դիմացկունություն։

Որտեղ ծնկի ամրացումը իրական նախագծերում իրականում առանձնապես արժանի է հատուկ ուշադրության

Այն նախագծերը, որոնք ամենաշատը օգտվում են ծնկի բրեյսինգից, սովորաբար ունեն մի քանի ընդհանուր բնութագրեր։ Մեկհարկանի արդյունաբերական շենքեր՝ 40 ոտնաչափից պակաս մաքուր բարձրությամբ։ Պահեստներ՝ սյուների միջև 30–60 ոտնաչափ հեռավորությամբ։ Արտադրական համալիրներ՝ որտեղ վերին ճանապարհների համար նախատեսված կայուն կառուցվածքը պետք է մնա կայուն դինամիկ բեռնվածքների տակ։ Եվ հավանաբար ամենակարևորը՝ երկրաշարժային գոտիներում գտնվող նախագծեր, որտեղ նախագծման թիմը ցանկանում է ունենալ ֆյուզի նման տարր, որը կարող է էներգիան ց рассеять՝ առանց ամբողջ շրջանակը ստիպելու մտնել պլաստիկ տիրույթ։

Մի նախագիծ, որը մի քանի տարի առաջ է իրականացվել, սա շատ լավ է ցույց տալիս։ Խաղաղ օվկիանոսյան արևմուտքում գտնվող մի սննդի մշակման գործարան պետք է ընդարձակեր իր չոր պահեստավորման տարածքը 120.000 քառ. ֆուտով։ Տեղամասը գտնվում էր փուխր հողի վրա՝ D դասի տեղամասի դասակարգմամբ, իսկ տեղական իշխանությունները պահանջում էին սեյսմիկ նախագծում՝ համաձայն ASCE 7-ի, իսկ սպեկտրային արագացման պարամետրը նախագծում այն տեղափոխել էր միջին սեյսմիկ կատեգորիայի մեջ։ Ինժեներական թիմը վերլուծեց սովորական տարբերակները։ Սովորական մոմենտային շրջանակների համար անհրաժեշտ էին W24 սյուներ և յուրաքանչյուր միացման վրա կրկնակի պատերով ամրացված մասեր՝ ինչը թանկ էր ինչպես նյութերի, այնպես էլ արտադրության ժամանակի տեսանկյունից։ Կենտրոնացված ճարտարապետական շրջանակները անցնելու էին անկյունագծերով միջանցքի պատուհանների միջով, որոնք հաճախորդը պետք է ունենար պահեստավորման տարածքում բնական լույսի համար։

Ծնկի ամրացումը հայտնաբերվեց որպես լուծում: Նախագծում օգտագործվեց ծնկի ամրացման կառուցվածք, որտեղ անկյունագիծը ձգվում էր սյունի մոտավորապես 5 ֆուտ ստորև գտնվող կետից մինչև փուլի մոտավորապես 4 ֆուտ դեպի արտաքին կետը: Սա ապահովում էր, որ ամրացումը ամբողջովին գտնվի բարձրաձիգ մեքենաների շահագործման համար անհրաժեշտ ազատ բարձրության վրա, միաժամանակ ապահովելով բավարար լատերալ կոշտություն՝ ճկման սահմանափակումները բավարարելու համար: Գործարանային գծագրերը վերադարձվեցին շատ ավելի քիչ կապակցման մանրամասներով, քան մոմենտային շրջանակի այլընտրանքային տարբերակում, իսկ մոնտաժման աշխատակազմը ամրացումները տեղադրեց մոտավորապես կես ժամանակում, քան ավելի բարդ կապակցումների դեպքում կպահանջվեր:

Մոտեցման տեխնիկական մեխանիկան

Ոտնաթաթի ամրացման աշխատանքի սկզբունքը հասկանալու համար անհրաժեշտ է կարճ նայել նրան, թե ինչպես են կողային բեռնվածությունները տարածվում պողպատե շրջանակով: Ամրացված չլինելու դեպքում քամու կամ երկրաշարժի ուժերը կողմից սեղմում են սյան վերևը, ինչը ստեղծում է մոմենտ հիմքում և մեկ այլ մոմենտ՝ մատիտ-սյա միացման վայրում: Շրջանակը դիմականում է այս ազդեցությանը՝ ծալվելով, այսինքն՝ սյայի և մատիտի հատվածները պետք է լինեն բավարար խորը և ծանր, որպեսզի դիմանան այդ մոմենտներին՝ առանց գերլարվելու։

Ավելացրեք ոտնաթաթի ամրացում, և բեռնվածության ճանապարհը փոխվում է: Ամրացումը գործում է որպես առանցքային ուժ տանող անկյունագծային սյուն, որը կարող է լինել ձգման կամ սեղմման վիճակում՝ կախված կողային բեռնվածության ուղղությունից: Այս առանցքային ուժը միացման կետերում վերլուծվում է հորիզոնական և ուղղահայաց բաղադրիչների: Հորիզոնական բաղադրիչը անմիջապես դիմականում է կողային բեռնվածությանը, իսկ ուղղահայաց բաղադրիչը լրացուցիչ առանցքային բեռնվածություն է ստեղծում սյայում: Վերջնական արդյունքն այն է, որ մատիտ-սյա միացման վայրում ծալման մոմենտները զգալիորեն նվազում են, ինչը նշանակում է, որ ավելի թեթև հատվածները կարող են կատարել այդ աշխատանքը:

AISC-ի պողպատե կառուցվածքների ձեռնարկը սահմանում է ծալված հենարաններով շենքերի համար հատուկ նախագծման դրույթներ՝ դրանք դիտարկելով որպես մոմենտային շենքերի տեսակ, որոնց համար նախատեսված են հատուկ մանրամասներ: Ծալված հենարանի տարրը իր հերթին նախագծվում է որպես զոհաբերվող բաղադրիչ բարձր սեյսմիկ կիրառումներում. այն դեֆորմացվում է և էներգիա է ց рассеивает մեծ սեյսմիկ իրադարձության ժամանակ՝ պաշտպանելով հիմնական շենքի տարրերը վնասվածքից: Այս օգտագործվող ծալված հենարանների հասկացությունը հաստատվել է լիամասշտաբ փորձարկումներով և ճանաչված է AISC 341-ում՝ սեյսմիկ նախագծման այն կատեգորիաներում, որտեղ կարևոր է դեֆորմացիայի կարողությունը:

Ինչ են թվերը ասում կատարունակության մասին

Բարձրացման ռազմավարությունների միջև կատարողականության տարբերությունը պարզորոշ է դառնում, երբ համեմատում եք շեղումը, նյութի քաշը և արտադրության բարդությունը: 2023 թվականին AISC Engineering Journal-ում հրապարակված ուսումնասիրությունը համեմատել է սովորական մոմենտային շրջանակները, կենտրոնացված բարձրացված շրջանակները և ծնկային բարձրացված շրջանակները նույն բեռնվածքի պայմաններում: Ծնկային բարձրացված կոնֆիգուրացիան տվել է լատերալ շեղում՝ մոմենտային շրջանակի 15%-ի սահմաններում՝ օգտագործելով մոտավորապես 30%-ով պուրացված պողպատի քաշ: Կենտրոնացված բարձրացված շրջանակը նույնիսկ ավելի թեթև էր, սակայն ճարտարապետական բախումները և միացման բարդությունը շատ նախագծման թիմերին հարկադրել են ընտրել ծնկային բարձրացումը՝ որպես գործնական միջին տարբերակ:

Կողմերի քանակը պատմում է մի պատմություն, որը համախմբվում է արտադրական խանութների հետ: Ավելի քիչ ջեռուցման համար անհրաժեշտ է ավելի քիչ աշխատանք, ավելի քիչ խեղաթյուրում եւ ավելի արագ աշխատանք: Տիպիկ 50-բեյի պահեստի համար պահվածքի շրջանակների եւ ծնկի կոճակների միջեւ տարբերությունը կարող է գումարել հարյուրավոր ոտնաչափներ պահված լվացքի համար, ինչը ուղղակիորեն թարգմանվում է ժամանակացույցի եւ ծախսերի օգուտների մեջ:

Հասկանալի սահմանափակումներ

Ողնաշարի ամրացումը չի կարող համարվել համընդհանուր լուծում, և դրա համար հակառակ պնդումը վնասակար է նախագծման գործընթացի համար: Այս մոտեցումը ամենաարդյունավետն է ցածր և միջին բարձրության շենքերում, որտեղ շենքի բարձրության և լայնության հարաբերությունը (բարձրությունը՝ բաժանած լայնության վրա) մնում է մոտավորապես 0,3-ից ցածր: Ավելի բարձր և նեղ շենքերը առաջացնում են մեծ շրջման մոմենտներ, որոնք միայն ողնաշարի ամրացումը չի կարող արդյունավետ կերպով հաղթահարել: Այդ դեպքերում հաճախ ավելի տրամաբանական է ստորին մակարդակներում օգտագործել ողնաշարի ամրացում, իսկ վերին մակարդակներում՝ մոմենտային շրջանակներ կամ շարժական պատեր:

Մեկ այլ սահմանափակում առաջանում է ծանր կրանների բեռնվածությամբ շենքերում: Վերին կրանների դինամիկ ազդեցությունը առաջացնում է մետաղական միացումների մոտ մաշվածության վտանգ, հատկապես այնտեղ, որտեղ ամրացումը միանում է մետաղական մեկուսացված մասին: Այս միացումների մանրամասն նախագծումը՝ երկու տեսակի բեռնվածությունների (սեյսմիկ և կրանների կողմից առաջացած) համատեղ հաշվարկմամբ, պահանջում է հատուկ ուշադրություն բեռնվածության համադասավորությունների նկատմամբ և կարող է նախագծում ավելի ծանր մետաղական մասերի օգտագործման անհրաժեշտություն առաջացնել, քան միայն քամու կամ սեյսմիկ բեռնվածության դեպքում:

Կապի երկրաչափությունը նույնպես ավելի կարևոր է, քան շատ դիզայներներ սկզբում են գնահատում: Ողնաշարի և սյան նկատմամբ ծնկային ամրացման անկյունը ազդում է ինչպես ամրացման կոշտության մասնակցության, այնպես էլ այդ ամրացման մեջ առաջացող առանցքային ուժերի մեծության վրա: Փոքր անկյուններ՝ օրինակ՝ հորիզոնտականից 30 աստիճանից պակաս՝ տվյալ կողային բեռի դեպքում առաջացնում են մեծ առանցքային ուժեր, ինչը կարող է մեծացնել ամրացման հատվածի չափսերը և կապի պահանջները: Ավելի սուր անկյունները կառուցվածքային առումով ավելի լավ են աշխատում, սակայն կարող են հակասել վերին ազատ տարածքի պահանջներին:

Այլ կառուցվածքային համակարգերի հետ ինտեգրում

Ծնկային ամրացումը հազվադեպ է աշխատում ինքնուրույն: Շենքերի մեծամասնության մեջ կողային համակարգը բաղկացած է մի քանի տարրերից, որոնք միասին են աշխատում: Ծնկային ամրացված շրջանակները հաճախ միավորվում են տանիքի կամ հատակի սալի դիաֆրագմային ազդեցության հետ, որը կողային բեռները բաշխում է ամրացված շրջանակների միջև՝ հիմնված դրանց հարաբերական կոշտության վրա: Տանիքի սալը պետք է մանրամասն նախագծվի այնպես, որ այն կարողանա այդ բեռները փոխանցել՝ առանց ամրացման միջոցների վերածանցման կամ սալի եզրերում վաղաժամկետ ձեռքբերումների առաջացման:

Հիմքի նախագծումը պետք է արտացոլի նաև բեռնվածության ճանապարհը: Ծնկային ամրացումը սյուների մեջ ներմուծում է զգալի առանցքային բեռնվածություն, որը հանգեցնում է ավելի մեծ հիմնավայրի պահանջների, քան այն դեպքում, երբ շենքը չունի ամրացում: Այնուամենայնիվ, այս հիմնավայրի բեռնվածությունները սովորաբար փոքր են, քան կենտրոնացված ամրացված շենքի դեպքում, որտեղ անկյունագծային ամրացման ուժերը կարող են հիմքում առաջացնել զգալի վերհարվածություն և շրջման միտում: Այն նախագծերում, որտեղ հիմքի ծախսերը հիմնական գործոն են՝ վայրեր, որտեղ հողի վիճակը վատ է կամ ապարի մշակումը թանկ է, այս «միջին» բեռնվածության պրոֆիլը կարող է լինել որոշիչ առավելություն:

Վերջերս ԱՄՆ-ի հարավարևելյան մասում իրականացված մեկ նախագիծը շատ լավ է պատկերացնում այս կետը: Բարձր ջրատար շերտ ունեցող և կասկածելի կրող ունակությամբ տարածքի վրա գտնվող մեկ բաշխման կենտրոնում արժեքի ինժեներավարման ընթացքում համեմատվել են ծալված և կենտրոնացված ամրացումները: Կենտրոնացված ամրացման տարբերակի դեպքում ամրացումներից առաջացած վերձգման ուժերը համարձակելու համար անհրաժեշտ էր փորված սյուներ օգտագործել, ինչը հիմնարկի բյուջեին ավելացրել է մոտավորապես 180 000 ԱՄՆ դոլար: Ծալված ամրացման տարբերակը բեռնվածությունները պահպանել է տարածված հիմնարկների շրջանակում, ինչը նախագծին տնտեսական և ժամանակային առումներով տրամադրել է առավելություն:

Որոշում կայացնել յուրաքանչյուր նախագծի համար առանձին

Ոտնաթաթի ամրացման օգտագործման որոշումը կախված է մի քանի պրակտիկ հարցերից։ Ի՞նչ են շեղման սահմանները։ Ի՞նչ է պահանջում երկրաշարժային նախագծման կատեգորիան։ Ի՞նչ չափով կարող է հարկային պլանը դիմանալ անկյունագծային ամրացումների միջամտությանը։ Ի՞նչ է լավ կատարում տեղական արտադրամասը՝ մոմենտային միացումները թե՞ ավելի պարզ ամրացման մանրամասները։ Այս հարցերի վաղ փուլում պատասխանելը կանխում է այնպիսի ուշ փուլի վերանախագծումները, որոնք վնասում են ժամանակացույցներն ու բյուջեները։

Այն նախագծերի համար, որտեղ պատասխանները ցույց են տալիս ոտնաթաթի ամրացման անհրաժեշտությունը, մանրամասների մշակումը պետք է նույն ուշադրությունն ստանա, ինչ ցանկացած այլ կառուցական տարր։ Միացման նախագծումը պետք է հետևի AISC 360-ի նախադրույթներին պարկային կամ եռացված միացումների համար՝ հատուկ ուշադրություն դարձնելով գուսետային սալի երկրաչափությանը և բեռի փոխանցմանը մեկուսացված մասերի ու սյուների թաղանթների մեջ։ Ամրացման տարրը ինքնին պետք է ստուգվի ինչպես ձգման, այնպես էլ սեղմման համար՝ ճկունության հարաբերություններով, որոնք նախագծման բեռների տակ բացառում են ճկման հնարավորությունը։

Նաև հաշվի են առնվում կառուցման և տեղադրման հարցերը: Ողնաշարի ամրացման միացումները հեշտ է ստեղծել գործարանում, քանի որ դրանք պարունակում են ավելի քիչ մասեր և պահանջում են ավելի պարզ համատեղելիություն, քան մոմենտային միացումները: Տեղադրման հաջորդականությունը սովորաբար թույլ է տալիս տեղադրել ամրացումները հիմնական կառուցվածքի կանգնեցումից հետո, ինչը տալիս է աշխատակազմին ճկունություն փուլավորման և կրանի օգտագործման մեջ: Այս տրամադրական առավելությունը ավելի կարևոր է սահմանափակ տարածքներում կամ արագացված ժամանակացույց ունեցող նախագծերում:

Չժոնգվեյ Հեվի Ինդաստրի ընկերությունը հաստատել է իր համբավը՝ մատակարարելով պողպատե կառուցվածքների լուծումներ, որոնք հավասարակշռում են կառուցվածքային կատարումը և գործնական կառուցելիությունը: Ընկերության գործարանային համալիրները և ինժեներական աջակցությունը օգնում են նախագծի թիմերին հասկանալ տարբեր ամրացման մոտեցումների միջև առկա փոխզիջումները՝ ապահովելով, որ ընտրված մոտեցումը համապատասխանի ինչպես նախագծման չափանիշներին, այնպես էլ տեղամասում իրականացման իրական պայմաններին: