سازه های فولادی به دلیل ویژگی هایی مانند استحکام بالا و ساخت سریع، به طور گسترده در معماری مدرن مورد استفاده قرار می گیرند. با این وجود، برای تضمین عملکرد پایدار - ساختمانهای فولادی -، طراحی دوام از اهمیت حیاتی برخوردار است. در ادامه نحوه افزایش طول عمر ساختمانهای فولادی - از طریق طراحی منطقی از جنبههای مختلف توضیح داده شده است.
I. توجه به عوامل محیطی
1. تجزیه و تحلیل شرایط اقلیمی
شرایط آب و هوایی به طور قابل توجهی در مناطق مختلف متفاوت است و تأثیرات متفاوتی بر دوام سازه های فولادی دارد. در مناطق با دمای - بالا، فولاد مستعد خزش است که ظرفیت باربری - ساختاری را کاهش میدهد. در مناطق سرد، فولاد ممکن است شکنندگی سرد را تجربه کند که منجر به کاهش چقرمگی می شود. در مناطق ساحلی، محیط مه - بالا و نمک - می تواند خوردگی فولاد را تسریع کند. برای مثال، ساختمانهای فولادی - در منطقه دریای چین جنوبی در چین به دلیل قرار گرفتن طولانی مدت - در معرض دمای بالا، رطوبت بالا و نمک- فرسایش مه با سرعتی بسیار سریعتر از ساختمانهای مناطق داخلی خورده میشوند. بنابراین، قبل از طراحی، درک جامع داده های آب و هوایی محلی، از جمله دما، رطوبت، بارندگی، آفتاب و غیره ضروری است و بر این اساس اقدامات حفاظتی هدفمندی اتخاذ می شود.
2. ارزیابی محیط صنعتی
اگر یک ساختمان ساختاری فولادی - در یک منطقه تولید صنعتی واقع شده باشد، فرسایش فولاد توسط گازهای زباله صنعتی، فاضلاب و پسماندها باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، در اطراف شرکت های شیمیایی، گازهای اسیدی مانند دی اکسید گوگرد و کلرید هیدروژن در گازهای زائد با فولاد در یک محیط مرطوب واکنش شیمیایی می دهند و خوردگی را تسریع می کنند. فاضلاب حاوی یون های فلزی سنگین - تولید شده توسط کارخانه های متالورژی نیز در صورت تماس با سازه فولادی باعث خوردگی می شود. در طول فرآیند طراحی، ارزیابی ترکیب، غلظت و الگوهای انتشار آلایندههای صنعتی و اجرای اقدامات حفاظتی مؤثر ضروری است.
II. انتخاب مواد و بهینه سازی عملکرد
1. انتخاب فولاد مقاوم در برابر خوردگی -
برای ساختمان هایی با دوام خاص، می توان فولاد هوازدگی را انتخاب کرد. فولاد در حال هوازدگی می تواند یک فیلم محافظ اکسید متراکم در محیط جوی ایجاد کند و از خوردگی بیشتر جلوگیری کند. مقاومت در برابر خوردگی - آن 2 - 8 برابر بیشتر از فولاد کربن معمولی است. به عنوان مثال، در برخی از پلهای هوایی باز و ساختمانهای کارخانههای صنعتی، استفاده از فولاد هوازدگی میتواند عمر مفید سازه را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. علاوه بر این، فولاد ضد زنگ نیز مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی - نشان میدهد و اغلب در ساختمانهایی با نیازهای بالا برای دوام و زیباییشناسی، مانند سازههای فولادی تزئینی ساختمانهای تجاری بزرگ استفاده میشود.
2. تطبیق خواص فولاد
لازم است اطمینان حاصل شود که استحکام، چقرمگی، جوش پذیری و غیره فولاد به خوبی - مطابقت دارند. اگرچه فولاد با استحکام - بالا می تواند ظرفیت باربری - ساختاری را افزایش دهد، ممکن است مقداری چقرمگی را قربانی کند. در مناطق زلزله خیز، فولاد با ترکیب مناسبی از استحکام و چقرمگی باید در اولویت قرار گیرد تا از ایمنی و دوام سازه در برابر زلزله اطمینان حاصل شود. در همین حال، جوش پذیری فولاد باید در نظر گرفته شود تا از تخریب خواص فولاد در طول فرآیند جوشکاری جلوگیری شود که می تواند بر دوام کلی سازه تأثیر بگذارد.
III. بهینه سازی طراحی سازه
1. طراحی برای جلوگیری از تجمع آب و گرد و غبار
تجمع آب می تواند فولاد را برای مدت طولانی در حالت مرطوب نگه دارد و خوردگی را تسریع کند. تجمع گرد و غبار می تواند رطوبت را جذب کند، محلول الکترولیت تشکیل دهد و باعث خوردگی الکتروشیمیایی شود. در طراحی سقف، یک شیب زهکشی مناسب باید تنظیم شود تا اطمینان حاصل شود که آب باران به سرعت تخلیه می شود. به طور کلی، شیب زهکشی نباید کمتر از 5٪ باشد. برای قطعات مستعد تجمع گرد و غبار، مانند گره های اتصال تیرها و ستون های فولادی، سطح باید تا حد امکان صاف باشد تا احتمال تجمع گرد و غبار به حداقل برسد. علاوه بر این، معابر و تأسیسات نظافتی منظم باید برای تسهیل پرسنل تعمیر و نگهداری در تمیز کردن گرد و غبار ایجاد شود.
2. کاهش تمرکز استرس
مناطق تمرکز تنش - مستعد شروع و انتشار ترک هستند و دوام سازه را کاهش میدهند. در طراحی سازه های فولادی، باید از تغییرات ناگهانی در مقاطع متقاطع اجزای - اجتناب شود، به عنوان مثال، با اتخاذ فرم انتقال تدریجی مقطع -. برای قطعات دارای سوراخ، بریدگی و ... باید اقدامات تقویتی مناسب مانند نصب حلقه ها یا صفحات تقویت کننده در اطراف سوراخ ها انجام شود. علاوه بر این، شکل و موقعیت جوش باید به گونه ای منطقی طراحی شود تا از تمرکز جوش جلوگیری شود، تنش پسماند جوشکاری کاهش یابد و تاثیر تمرکز تنش بر دوام سازه کاهش یابد.
IV. طراحی ضد خوردگی و آتش سوزی -
1. طراحی پوشش ضد خوردگی -
معمولاً یک سیستم پوشش ضد خوردگی چند لایه - استفاده میشود که عموماً از یک پرایمر، یک پوشش میانی و یک پوشش بالایی تشکیل شده است. پرایمر که در تماس مستقیم با سطح فولادی است برای جلوگیری از زنگ زدگی و افزایش چسبندگی عمل می کند. پرایمر غنی از روی اپوکسی - را می توان انتخاب کرد، زیرا میزان بالای روی آن باعث محافظت کاتدی از فولاد می شود. پوشش میانی عمدتاً برای پر کردن و افزایش ضخامت پوشش عمل می کند و عملکرد محافظ پوشش را بهبود می بخشد. پوشش میانی اکسید آهن اپوکسی میکائو انتخاب مناسبی است. این روکش برای محافظت از پرایمر و لایه میانی استفاده میشود و در عین حال مقاومت در برابر آب و هوا، مانند روکش پلیاورتان اکریلیک را نیز فراهم میکند. ضخامت کل پوشش با توجه به محیط استفاده تعیین می شود. به طور کلی، در محیط های داخلی نباید کمتر از 120 میکرومتر و در محیط های بیرونی یا خورنده کمتر از 150 میکرومتر باشد.
2. طراحی حفاظت از آتش -
بر اساس الزامات درجه حفاظتی ساختمان در برابر حریق، باید اقدامات حفاظتی مناسب در برابر حریق - انتخاب شود. برای ساختمانهای فولادی - با الزامات حفاظتی در برابر حریق بالا، میتوان از پوششهای مقاوم در برابر آتش ضخیم - روکش دار - استفاده کرد. ضخامت پوشش معمولاً از 8 - 50 میلیمتر متغیر است و حد مقاومت در برابر آتش - میتواند به 2 - 3 ساعت برسد. از تخته های ضد حریق مانند تخته های پشم سنگ و تخته های ورمیکولیت نیز می توان برای روکش استفاده کرد. این تخته ها نه تنها مقاومت خوبی در برابر حریق دارند، بلکه اثرات عایق حرارتی و عایق حرارتی - خاصی دارند. هنگام طراحی حفاظت در برابر حریق، اطمینان از سازگاری بین لایه ضد حریق - و لایه ضد خوردگی - برای جلوگیری از هرگونه فعل و انفعالات نامطلوب بسیار مهم است.
V. طراحی نگهداری و نظارت
1. تدوین برنامه نگهداری
در مرحله طراحی، یک برنامه تعمیر و نگهداری دقیق باید تدوین شود که چرخه تعمیر و نگهداری، محتوای نگهداری و روش های نگهداری را مشخص کند. به طور منظم یکپارچگی پوشش سطح سازه فولادی را بررسی کنید. در صورت مشاهده هرگونه آسیب، لایه برداری و غیره، سریعاً آن را تعمیر کنید. آزمایشهای غیرمخرب به طور منظم بر روی بخشهای کلیدی سازه، مانند آزمایش اولتراسونیک و آزمایش ذرات مغناطیسی، برای بررسی عیوب مانند ترک انجام دهید. به طور همزمان، تغییر شکل، جابجایی و غیره سازه را کنترل کنید تا خطرات ایمنی احتمالی را به موقع شناسایی کنید.
2. طراحی سیستم مانیتورینگ
برای ساختمانهای سازهدار بزرگ - یا فولادی مهم -، میتوان یک سیستم نظارت آنلاین طراحی کرد. با نصب حسگرها در قسمت های کلیدی سازه، پارامترهایی مانند تنش، کرنش، دما و رطوبت سازه را می توان در زمان واقعی - پایش کرد. داده های نظارتی از طریق فناوری اینترنت اشیا به پلتفرم مدیریت منتقل می شود. از طریق تجزیه و تحلیل دادهها و مدلهای هشدار اولیه -، موقعیتهای غیرعادی در سازه را میتوان به سرعت تشخیص داد و اقدامات تعمیر و نگهداری را از قبل برای اطمینان از دوام و ایمنی سازه انجام داد. به عنوان مثال، در سازه های فولادی پل در مقیاس بزرگ -، سیستم نظارت آنلاین می تواند وضعیت سازه را تحت تأثیر بارهای وسیله نقلیه و عوامل محیطی تحت تأثیر زمان واقعی - نظارت کند و یک مبنای علمی برای تصمیم گیری های تعمیر و نگهداری ارائه دهد.