Материалы, обычно используемые в строительстве
Структурное проектирование зависит от знания строительных материалов и их соответствующих свойств, чтобы мы могли лучше прогнозировать поведение различных материалов при их применении в конструкции.. В общем-то, три (3) наиболее часто используемые материалы в строительстве - сталь, бетон и дерево / древесина. Знание преимуществ и недостатков каждого материала важно для обеспечения безопасного и экономически эффективного подхода к проектированию конструкций.. наиболее часто используемые материалы в строительстве - сталь!
Конструкционная сталь
Сталь - это сплав, состоящий в основном из железа и углерода. Другие элементы также смешиваются в сплаве, чтобы получить другие свойства. Одним из примеров является добавление хрома и никеля для создания нержавеющей стали. Увеличение содержания углерода в стали имеет целью увеличение прочности материала на растяжение.. Увеличение содержания углерода делает сталь более хрупкой, что нежелательно для конструкционной стали.
Преимущества конструкционной стали
- Сталь имеет высокое соотношение прочности и веса. таким образом, мертвый груз стальные конструкции относительно небольшой. Это свойство делает сталь очень привлекательным конструкционным материалом для высотных зданий., длиннопролетные мосты, сооружения, расположенные на земле с низким содержанием грунта и в зонах с высокой сейсмической активностью.
- тягучесть. Сталь может подвергаться большой пластической деформации до разрушения, тем самым обеспечивая большой запас прочности.
- Предсказуемые свойства материала. Свойства стали можно прогнозировать с высокой степенью достоверности. Сталь фактически демонстрирует упругое поведение до относительно высокого и обычно четко определенного уровня напряжения. В отличие от железобетона, свойства стали существенно не меняются со временем.
- Скорость эрекции. Стальные элементы просто устанавливаются на конструкцию, делая за очень короткое время строительства. Это обычно приводит к более быстрой экономической отдаче в таких областях, как затраты на рабочую силу.
- Легкость ремонта. Металлоконструкции в целом можно отремонтировать быстро и легко.
- Адаптация сборных конструкций. Сталь отлично подходит для изготовления и массового производства.
- Повторное использование. Сталь может быть повторно использована после разборки конструкции.
- Расширение существующих структур. Стальные здания можно легко расширить, добавив новые бухты или крылья. Стальные мосты могут быть расширены.
- Предел выносливости. Стальные конструкции имеют относительно хорошую усталостную прочность.
Недостатки конструкционной стали
- Общая стоимость. Сталь очень энергоемкая и, естественно, более дорогая в производстве. Стальные конструкции могут быть более дорогостоящими, чем другие типы конструкций..
- Огнезащитные. Прочность стали существенно снижается при нагревании при температурах, обычно наблюдаемых при пожарах в зданиях.. Сталь также проводит и передает тепло от горящей части здания довольно быстро. следовательно, стальные каркасы в зданиях должны иметь соответствующую противопожарную защиту.
- Обслуживание. Сталь, подверженная воздействию окружающей среды, может повредить материал и даже загрязнить конструкцию в результате коррозии.. Стальные конструкции, подверженные воздействию воздуха и воды, такие как мосты и башни, регулярно красятся. Применение атмосферостойких и коррозионно-стойких сталей может устранить эту проблему.
- Восприимчивость к выпучиванию. Благодаря высокому соотношению прочности и веса, стальные компрессионные элементы, В основном, более стройный и, следовательно, более подвержен деформации, чем, сказать, железобетонные компрессионные элементы. В следствии, необходимо больше конструктивных соображений, чтобы улучшить сопротивление изгибу тонких стальных сжимающих элементов.
фигура 1. Обзор металлоконструкций
Железобетон
Бетон - это смесь воды, цемент и заполнители. Соотношение трех основных компонентов важно для создания бетонной смеси желаемой прочности на сжатие. Когда арматурные стержни добавляются в бетон, два материала работают вместе с бетоном, обеспечивая прочность на сжатие, и сталь, обеспечивающую прочность на растяжение.
Преимущества железобетона
- Прочность на сжатие. Железобетон обладает высокой прочностью на сжатие по сравнению с другими строительными материалами.
- Предел прочности. Благодаря предоставленной арматуре, железобетон также может выдерживать достаточное напряжение растяжения.
- Огнестойкость. Бетон обладает хорошей способностью защищать арматурные стальные стержни от пожара в течение длительных периодов времени.. Это выигрывает время для арматурных стержней, пока не погаснет пожар.
- Материалы из местных источников. Большинство материалов, необходимых для производства бетона, легко добываются на месте, что делает бетон популярным и экономически выгодным выбором.
- долговечность. Железобетонная строительная система более долговечна, чем любая другая строительная система.
- Формуемость. Железобетон, как текучий материал в начале, может быть экономически отлито в практически неограниченный диапазон форм.
- Низкие эксплуатационные расходы. Железобетон рассчитан на прочность, с использованием недорогих материалов, таких как песок и вода, которые не требуют обширного ухода. Бетон предназначен для того, чтобы полностью покрыть арматуру таким образом, чтобы арматура не нарушалась. Это делает стоимость обслуживания железобетонных конструкций очень низкой.
- По строению вроде фундаментов, плотины, пирсы и т. д.. железобетон - самый экономичный строительный материал.
- жесткость. Он действует как жесткий элемент с минимальным прогибом. Минимальный прогиб хорош для исправности зданий.
- Удобство для пользователя. По сравнению с использованием стали в структуре, менее квалифицированная рабочая сила может использоваться при строительстве железобетонных конструкций.
Недостатки железобетона
- Долгосрочное хранение. Бетон нельзя хранить после его смешивания, так как цемент реагирует с водой и смесь затвердевает. Его основные ингредиенты должны храниться отдельно.
- Время отверждения. Бетон имеет 30-дневный период отверждения. Этот фактор сильно влияет на график строительства здания. Это замедляет скорость монтажа монолитного бетона по сравнению со сталью, тем не мение, это может быть значительно улучшено с использованием сборного железобетона.
- Стоимость форм. Стоимость форм, используемых для литья RC, относительно выше.
- Большое поперечное сечение. Для многоэтажного здания секция железобетонной колонны (RCC) больше, чем стальной профиль, так как прочность на сжатие ниже в случае RCC.
- усадка. Усадка вызывает развитие трещины и потерю прочности.
фигура 2. Типичный пример железобетона
лесоматериалы
Дерево органическое, гигроскопичный и анизотропный материал. Его тепловой, акустическое, электрический, механический, эстетический, работает, и т.д. свойства очень подходящие для использования можно построить удобный дом, используя только деревянные изделия. С другими материалами, это почти невозможно. Дерево, очевидно, является одновременно распространенным и историческим выбором в качестве конструкционного инженерного материала.. тем не мение, в последние несколько десятилетий, был сделан переход от дерева в пользу инженерных изделий или металлов, таких как алюминий.
Преимущества пиломатериалов
- Предел прочности. Для того, чтобы быть относительно легким строительным материалом, древесина превосходит даже сталь, когда дело доходит до разрывной длины (или длина самоподдержки). Проще говоря, он может лучше выдерживать свой вес, что позволяет увеличить пространство и уменьшить количество необходимых опор в некоторых конструкциях зданий.
- Электрическая и тепловая стойкость. Обладает естественной устойчивостью к электрической проводимости при сушке до стандартной влажности (MC) уровни, обычно между 7%-12% для большинства пород древесины. Его прочность и размеры также не сильно зависят от тепла., обеспечение устойчивости готового здания и даже последствия для безопасности при определенных ситуациях пожара.
- Звукопоглощение. Его акустические свойства делают его идеальным для минимизации эха в жилых или офисных помещениях.. Дерево поглощает звук, а не отражать или усиливать его, и может помочь значительно снизить уровень шума для дополнительного комфорта.
- Местный источник. Древесина является строительным материалом, который можно выращивать и выращивать в результате естественных процессов, а также в рамках программ по пересадке и управлению лесным хозяйством.. Выберите сбор урожая и другие методы, позволяющие продолжить рост, в то время как собирают более крупные деревья.
- Экологически чистый. Одна из самых больших проблем многих строительных материалов, в том числе бетон, металл, и пластмассы, это то, что когда они отбрасываются, они занимают невероятно много времени для разложения. При воздействии естественных климатических условий, древесина будет разрушаться намного быстрее и фактически пополнять почву в процессе.
Недостатки бруса
Усадка и набухание древесины - один из ее главных недостатков..
Древесина является гигроскопичным материалом. Это означает, что он будет поглощать окружающие конденсируемые пары и теряет влагу для воздуха ниже точки насыщения волокна. Еще одним недостатком является его ухудшение. Агенты, вызывающие разрушение и разрушение древесины, делятся на две категории: биотический (биологический) и абиотический (небиологический). Биотические агенты включают грибки гниения и плесени, бактерии и насекомые. Абиотические агенты включают солнце, ветер, вода, определенные химические вещества и огонь.
фигура 3. Деревянный / деревянный каркас
Резюме
Чтобы лучше описать сталь, бетон и дерево. Давайте суммируем их основные характеристики, которые будут выделять каждый материал.
Стали очень сильны как на растяжение, так и на сжатие и, следовательно, имеют высокую прочность на сжатие и растяжение. Сталь имеет предел прочности около 400 в 500 МПа (58 - 72.5 KSI). Это также пластичный материал, который дает или отклоняется до отказа. Сталь выделяется своей скоростью и эффективностью в строительстве. Его относительный легкий вес и простота конструкции позволяют рабочей силе 10 в 20% меньше по сравнению с аналогичной конструкцией на основе бетона. Стальные конструкции также имеют отличную прочность.
бетон очень сильное сжатие и, следовательно, имеет высокую прочность на сжатие, около 17 МПа до 28 МПа. С более высокой силой до или превышающей 70 МПа. Бетон позволяет проектировать очень прочные и долговечные здания, и использование его тепловой массы, сохраняя его внутри оболочки здания, может помочь регулировать внутреннюю температуру. В строительной промышленности все шире используется сборный железобетон., который предлагает преимущества с точки зрения воздействия на окружающую среду, стоимость и скорость строительства.
Дерево устойчив к электрическим токам, что делает его оптимальным материалом для электроизоляции. Прочность на растяжение также является одной из основных причин выбора древесины в качестве строительного материала.; его удивительно сильные качества делают его идеальным выбором для тяжелых строительных материалов, таких как конструкционные балки. Дерево намного легче по объему, чем бетон и сталь, с ним легко работать и он легко адаптируется. Это прочный, приводит к меньшему тепловому мосту, чем его аналоги и легко включает в себя сборные элементы. Его конструктивные характеристики очень высоки, а прочность на сжатие аналогична прочности бетона. Несмотря на все это, древесина используется более широко для жилых и малоэтажных сооружений. Он редко используется в качестве основного материала для высотных сооружений..
Это наиболее распространенные строительные материалы, используемые для строительства. Каждый материал имеет свой уникальный набор преимуществ и недостатков.. В конечном итоге они могут быть заменены материалами, которые практически не имеют ограничений по сравнению с технологическими достижениями в будущем.. Несмотря на, наши нынешние строительные материалы останутся актуальными на долгие десятилетия.
