Yapısal Çelik Kompozisyonu ve İnşaat Kullanımları Rehberi

Hiç yüksek gökdelenlere baktınız mı ya da geniş nehirleri geçen görkemli köprülere hayran kaldınız mı?İnşaatın "Demir Adamı" gibi.Bu olağanüstü malzeme, olağanüstü dayanıklılığı ve dayanıklılığı sayesinde modern yaşamı destekler.Ve nerede çok önemli roller oynar?Bu hayati yapı malzemesini detaylıca inceleyelim.

Basitçe söylemek gerekirse, yapısal çelik, temel olarak inşaat projelerinde kullanılan karbon bazlı bir metaldir.ASTM International tarafından belirlenen özel endüstri standartlarını karşılayan bir çelik ürün yelpazesi anlamına gelir.Sadece ASTM standartlarına uygun çelik yapısal çelik olarak nitelik kazanır.

Yapısal ve yapı dışı çelikler arasındaki temel fark bileşimindedir.

Çelik, nadiren saf formlarda var olan iki bilinen element olan demir ve karbonun bir alaşımıdır.Yapısal çelik, karbon içeriğinin hassas kontrolü ve diğer alaşım elemanlarının eklenmesiyle üstün özelliklerine ulaşır.

Çelik üretimi iki temel yöntemle gerçekleşir: hammaddelerin işlenmesi (demir cevheri) veya hurda çeliklerin geri dönüşümü.

1. Demir cevheri çıkarma:İlk adım cevherden demir çıkarmayı içerir. ABD'de Minnesota madenleri bol miktarda demir cevher kaynağı içerir, genellikle mayınlama ve manyetik ayrım işlemleri gerektiren manyetik formda.
2. Yüksek fırın erimi:Çıkarılan cevher, karbonla birleştirilinceye kadar kırılgan kalır.Demir oksitlerinden oksijenle karbon bağları oluşan kimyasal reaksiyonlara neden olur., karbon monoksit ve demir üretir – bir işlem azaltma denir.
3. Karbon içeriğinin kontrolü:Sonuçta elde edilen malzeme, yapısal çelik standartları için fazla karbon içerir.%25'lik yapısal çeliklerin tanımlayıcı özelliği, mükemmel esneklik ve işleme kabiliyetini korurken en iyi dayanıklılığı sağlar..

Hammaddeler işlenmesinin ötesinde, yapısal çelik, çevre dostu ve uygun maliyetli bir alternatif olan hurda çelik geri dönüşümü yoluyla da üretilebilir.

• Elektrikli Yay Fırını Çelik İşlemleri:Atık çelik, elektrot üretilen yüksek sıcaklıklarda elektrikli ark fırınlarında erir. Çelik eriştirme sırasında çeşitli çelik sınıfları üretmek için alaşım elemanları eklenebilir.

Yapısal çelik, otomotiv imalatı ve enerji altyapısı da dahil olmak üzere inşaatın ötesinde çeşitli uygulamalara hizmet eder.ve gıda/içecek ambalajıBununla birlikte, mimari uygulamalarına odaklanacağız.

Yapısal çelik genellikle şunları yapar:

• Yüksek binalar
• Konut yapıları
• Endüstriyel tesisler/depolar
• Köprüler
• Park yapıları

Yapısal çelik, benzersiz dayanıklılığı nedeniyle mühendisler, mimarlar ve müteahhitler için tercih edilen seçim olmaya devam ediyor.Düktillik gösterir., ve çeşitli inşaat projeleri için ideal hale getiren maliyet etkinlik niteliklerini korur.

Bir diğer önemli özellik işlenebilirliktir. Yapısal çelik kolayca kesilebilir ve çeşitli formlara şekillenebilir.

Şekiller özelleştirilebilirken, geleneksel şekiller dört kategoriye ayrılır: kirişler, açılar, kanallar veya plakalar.

• Çubuklar:
  • I ışınları:İkonik I şekilli kesit, neredeyse tüm büyük yapılarda görülür. Çeşitli uygulamalar arasında betonun gömülmesi, bağımsız kullanım veya sürekli kirişlere kaynaklama vardır.
  • U kirişleri:U şekilli kirişler, I kirişlerinden daha az kapasiteye sahip olsa da dikey yükleri ve bazı yatay yükleri destekler.
  • Yuvarlak/Kadralı kirişler:Katı kirişler, inşaat çerçevelerinden daha fazla endüstriyel ekipmanlarda yaygındır.
• Açılar:
  • Köşeli kirişler:90° bağlantıları olan L şeklindeki kirişler zemin sistemlerini temellere bağlar ve köşe eklemleri oluşturur.
  • Çürük yapısal bölümler (HSS):Dairesel boş çubuklar, çok yönlü yükleri taşıyan kaynaklı çerçevelerde üstünlük gösterir ve olağanüstü yan-torsiyonel bükme direnci sunar.
• Tablolar:
  • Düz Çubuklar:Konut / ticari çerçevelerde bağlantı bileşenleri olarak hizmet veren dikdörtgen plakalar.
• Kanallar:
  • C kanalları:Sıcak valye C şeklindeki birimler, I kirişlerinden daha geniş flans ağ bağlantıları ile ana yük taşıyan kirişleri destekler.

Başka bir önemli uygulama, dayanıklılığı artırmak için betona gömülü iplik ısı gerilmesi altında beton çatlayacaktır.Yapısal çeliklerin germe dayanıklılığı betonun basınç dayanıklılığını mükemmel bir şekilde tamamlar.

Rebar şu bölümde yer alıyor:

• Köprüler
• Binalar
• Gökdelenler
• Evler
• Depolar
• Vakıflar

Demir cevheri, yapısal çeliklerin temelini oluşturur. ABD cevheri Minnesota ve Michigan'ın Superior Gölü bölgesinden gelir, Utah'da ek kaynaklar bulunur.Amerikan çelik madenleri yıllık 9 milyon tondan fazla üretim yapıyor. Bu rakam 2017'deki iç tüketimi 3 milyon tondan fazla..5 milyon ton.

Bununla birlikte, prefabrik yapısal çelik ithalatı 2010'dan bu yana yükselip 2018 yılında Çin, Meksika,ve Kanada'da, ev içi istihdam ve kaynak bağımlılığı ile ilgili tartışmalı bir konu.

Tüm malzemeler gibi, yapısal çelik hem avantajları hem de sınırlamaları vardır.

• Dayanıklılık:Yüksek dayanıklılık ağırlık oranı ve germe dayanıklılığı (eğim kuvvetlerine direnç) uzun ömürlü olmayı arttırır.
• Yapımcılık:Çeşitli şekillere kolay üretim, tasarım esnekliğini sağlar. Yerel vidalama / kaynaklama, sertleştirme süreleri gerektiren beton gibi malzemelerle karşılaştırıldığında inşaatı hızlandırır.
• Maliyet etkinliği:Çelik çerçeve genellikle daha ekonomik olarak kanıtlanır:
  • Temel masrafların azaltılması (daha hafif yapılar)
  • Daha hızlı inşaat işgücü masraflarını düşürüyor
  • Geçmişte işlenerek gelir elde eden yerler
  • Daha basit/daha ucuz tadilatlar
• Güvenlik:Çeşitli düzenleyici kurumlar imalatı denetlemektedir. Koruyucu kaplamalar korozyon / yangın hasarını önler. Çelik küf karşıtıdır (ahşaptan farklı olarak) ve geri dönüştürülebilirlik sunar.

• Korozyon:Tüm demir alaşımları hava / nem maruziyetinden bozulur, ancak kaplamalar bunu hafifletir.
• Ateş direnci:Çelik 2500 ° F civarında erirken (tipik bina yangınlarına karşı 2000 ° F'ye ulaşır), yüksek sıcaklıklarda yapısal bütünlüğünü kaybeder ve yangın geçirmezliği gerektirir.
• Enerji verimliliği:Termal köprü (çelikleriyle ısı aktarımı) ahşap çerçevelere kıyasla yalıtımı azaltır.

Yapısal çelik kimyasal bileşime ve mekanik özelliklere göre değişir.

• A36:Mükemmel verim gücü ve uygun fiyatlı sütunlar, kirişler ve döşeme için popüler.
• A572:Daha yüksek güç ağırlık oranı köprüler, iletken kuleler ve roller coasterlar için idealdir.
• A588:Yüksek atmosferik korozyon direnci, açık hava projelerine uygundur.
• A514:Yüksek yük kapasitesi (100.000 psi çıkış gücü) vinçler ve ağır makineler için.

Uygun şekilde bakım yapılan yapısal çelik 50-100+ yıl dayanır, küf, nem, termit, rüzgar ve sismik kuvvetlere dayanır.Mühendisler korozyona karşı galvanizasyon yaparlar, hazırlama, toz kaplama veya mavileme, gibi çevresel faktörleri göz önünde bulundurarak:

• pH seviyeleri
• Oksijen maruziyeti
• Nem içeriği
• Tuzlu su ile temas
• Sıcaklık/nem
• Yağış
• Havadaki kirleticiler

Yapı mühendisleri binaları canlı yüklere, karlara, rüzgarlara ve depremlere dayanıklı hale getirir.Temel sorunları önlemek ve malzeme verimliliği için çeliklerin ağırlık-güç oranını kullanmak için toprak bileşimini analiz ediyorlar.

Yapısal ayrıntılar, uzun vadeli istikrarı sağlamak için özellikler (resimler veya yazılı planlar) oluşturmayı içerir.Temellere güç aktaran uygun yük yollarını doğrulamak için taslakları analiz etmekBu konularda şunlar dikkate alınmalıdır:

• Titreşim sınırları
• Yorgunluk (stres kaynaklı kırıklar)
• Torsiyon

Yapısal çelik boyama estetik ve koruyucu amaçlara hizmet eder.

1. Depresyonlu yıkama, kalıntıları/kalkaları kaldırmak için (boyanmış boya)
2. Boya yapışkanlığı için kazım ve hazırlama
3. Yüksek kaliteli dış boya (bazen dayanıklılık için akrilik) uygulamak

Çelik tipik yangınlarda (2000 ° F karşı 2500 ° F erime noktası) erimesine rağmen, yüksek sıcaklıklar yapısal bütünlüğü tehlikeye soktuğu için bina kodları en az 2 saatlik yangın direnci derecelendirmelerini zorunlu kılar.

Çiğ yapısal çelik maliyetleri piyasa koşullarına göre dalgalanır.

• Çubuklar için kilo başına 0,90-1,55 dolar
• Toplu satın almalar için ton başına 90 dolar
• Mühendislik, izinler, malzemeler ve işgücü de dahil olmak üzere ortalama kiriş kurulumu için 1.100-4.300 dolar (veya 90-400 dolar)