Кіріспе

Тік болат бағаналардың қаңқалық жүйесін пайдаланатын құрылыс техникасы. Болаттан жасалған қаңқа – ғимараттың еденін, шатырын және қабырғаларын тік бұрышты тормен орналастырылған тік болат бағаналар мен көлденең I-арқалықтардың "қаңқасы" арқылы қолдайтын құрылыс әдісі. Осы техниканың дамуы көктейктер салуға мүмкіндік берді. Болаттан жасалған қаңқа XX ғасырдың басында темір қаңқаны ығыстырды.

Тұжырымдама

Болат бағаналардың "профилі" немесе көлденең қимасы "" әріпінің пішінін алады. Бағанның екі кең фланцы арқалықтағы фланцтарға қарағанда қалың және кең, бұл құрылымдағы қысымға төтеп беруге жақсы мүмкіндік береді. Сонымен қатар, көбінесе бетонмен толтырылған шаршы және дөңгелек түтік тәрізді бөлімдер де қолданылады. Болат арқалықтар бағаналарға бұрандалар мен резьбалы бекіткіштермен, ал бұрын қалыпты түрде қадалармен жалғастырылатын. Болат I-арқалықтың орталық "қабырғасы" көбінесе арқалықтарда туындайтын жоғары иілу моменттерін қабылдау үшін баған қабырғасынан кеңірек болады. Болат дек кең жапырақтары жоғарғы қабатты "қалып" немесе толқынды қалып ретінде жабу үшін қолданылуы мүмкін, бетон мен болат арматурасының қалың қабатының астында. Тағы бір танымал нұсқа – бетоннан жасалған жиналмалы еден элементтерінен тұратын еден және бетонмен жабын. Көбінесе кеңселерде соңғы еден беті көтерілген еден жүйесімен қамтамасыз етіледі, ал жүру беті мен құрылымдық еден арасындағы кеңістік кабельдер мен ауа таратқыш құбырлары үшін пайдаланылады. Қаңқа өрттен қорғалуы керек, себебі болат жоғары температурада жұмсарады, бұл ғимараттың ішінара құлауына әкелуі мүмкін. Бағаналар үшін бұл әдетте оларды қабырға, бетон немесе гипстің сияқты өртке төзімді құрылыммен қаптау арқылы жасалады. Арқалықтар бетонмен, гипстің немесе өрттен қорғайтын жабынмен қапталуы мүмкін немесе өртке төзімді төбе конструкциясымен қорғалуы мүмкін. Асбест 1970 жылдардың басына дейін, асбест талшықтарының денсаулыққа зиянды екені толыққанды түсінілмегенге дейін, болат конструкцияларды өртке қарсы материал ретінде қолдануға кең таралған. Ғимараттың сыртқы "қабығы" әртүрлі құрылыс техникаларын қолдана отырып және әртүрлі сәулеттік стильдерді сақтай отырып, қаңқаға бекітіледі. Кірпіш, тас, темір бетон, сәулеттік шыны, металл жапырақтары және тіпті бояу болатты ауа райынан қорғау үшін қаңқаны жабу үшін қолданылған.

Суық күйінде жасалған болат қаңқалар

Салқын қалыптастырылған болат қаңқалар жеңіл болат қаңқалар (LSF) деп те аталады. Гальвандалған болаттан жасалған жұқа табақтар тұрғын, коммерциялық және өнеркәсіптік құрылыс жобаларында сыртқы және ішкі қабырғалар үшін құрылымдық немесе құрылымдық емес құрылыс материалы ретінде пайдаланылатын болат тіректерге суық қалыптастырылуы мүмкін (суретте көрсетілген). Бөлменің көлемі еденге және төбеге бекітілген көлденең профильдермен анықталады, олар әр бөлменің шекарасын белгілейді. Тік тіректер профильдердің ішінде орналасады, әдетте бір-бірінен белгілі бір арақашықтықта, және жоғарғы және төменгі жағынан бекітіледі. Тұрғын үй құрылысында C пішіндес тірек және U пішіндес профиль, сондай-ақ басқа да түрлі профильдер қолданылады. Қаңқа элементтері әдетте 12-ден 25 калибрге дейін қалыңдықпен өндіріледі. 12 және 14 калибрлі ауыр калибрлер, мысалы, жүк көтергіш конструкциялардағы сияқты, осьтік жүктемелер (элемент ұзындығына параллель) жоғары болған кезде жиі қолданылады. 16 және 18 калибрлі орташа ауыр калибрлер, көбінесе осьтік жүктемелер болмаған кезде, бірақ сыртқы қабырға тіректерге тән, жағалау аймақтарындағы дауылдық жел жүктемелеріне төтеп беру қажет болғанда қолданылады. 25 калибрлі сияқты жеңіл калибрлер, көбінесе осьтік жүктемелер жоқ және ішкі құрылыста, мысалы, бөлмелер арасындағы бөлу қабырғалары үшін кадр ретінде қызмет ететін өте жеңіл көлденең жүктемелерде қолданылады. Қабырға жабыны тіректің екі флангалық жағына бекітіледі, қалыңдығы өзгеріп отырады, ал тордың ені де өзгеріп отырады. Электр сымдарын өткізу үшін тордан тіктөртбұрышты бөліктер алынып тасталады. Болат зауыттары цинктелген болат табақтарын шығарады, ол суық қалыптастырылған болат профильдерін өндіру үшін негізгі материал болып табылады. Болат табақтары содан кейін қаңқа үшін қолданылатын түпкілікті профильдерге иіліп жасалады. Табақтар тотығу мен коррозиядан қорғау үшін мырышпен қапталады (гальвандалданады). Болат қаңқа болаттың жоғары салмақ/күш қатынасының арқасында жобалауда үлкен икемділікті қамтамасыз етеді, бұл оған ұзақ аралықтарды көтеруге және жел мен жер сілкінісі жүктемелеріне төтеп беруге мүмкіндік береді. Болат қаңқалы қабырғалар тамаша жылу және дыбыс өткізбеу қасиеттерін қамтамасыз ететіндей етіп жобалануы мүмкін. Суық қалыптастырылған болатты пайдаланғанда ескеру қажеттің бірі – сыртқы орта мен ішкі жылытылған кеңістік арасында қабырға жүйесі арқылы жылу көпірлерінің пайда болуы. Жылу көпірлеріне қарсы қорғану үшін, әдетте "жылу үзілісі" деп аталатын, болат қаңқаның бойына сырттан бекітілген жылу оқшаулағыш қабаты орнатылуы керек. Тіректер арасындағы арақашықтық үйдің сыртқы және ішкі қабырғалары үшін, әдетте, 16 дюймді құрайды, бұл жобаланған жүктеме талаптарына байланысты. Офистік жайларда лифт және баспалдақ шахталарынан басқа барлық қабырғалар үшін арақашықтық орталықтан 24 дюймді құрайды.

Ыстықтай пішінді болат қаңқалар

Ыстықтан қалыптастырылған каркастар, сондай-ақ ыстықтан істелген болат каркастар деп те аталады, ыстық прокаттау деп аталатын күрделі өндіріс процесінен өткен болаттан жасалады. Бұл процесте болат бөлшектері болаттың қайта кристалдану температурасынан (1700˚F) жоғары температураға дейін қыздырылады. Бұл процесс болаттың құрылымдық дәндерін жақсартуға және оның кристалдық торларын реттеуге мүмкіндік береді. Содан кейін олар қажетті каркас пішіндерін алу үшін жоғары дәлдікті дөңгелектерден өтеді. Ыстықтан қалыптастырылған каркастардың ерекшелігі – олардың қалың арқалықтары мен үлкен габариттері, бұл оларды суық прокатталған аналогтарынан берік етеді. Осы туа біткен күші оларды ірі құрылымдарда қолдануға өте ыңғайлы етеді, себебі олар айтарлықтай жүктемелерге ұшырағанда минималды деформацияға ұшырайды. Ыстықтан істелген болат бөлшектерінің бір компонентінің бастапқы құны суық прокатталған болатқа қарағанда жоғары болғанымен, олардың экономикалық тиімділігі ірі құрылымдар салу кезінде анық байқалады. Бұл ыстықтан істелген болат каркастарға бірдей қашықтықты жабу үшін аз компоненттер қажеттігіне байланысты, бұл ірі жобаларда экономикалық артықшылықтарға әкеледі.

Тарих

Құрылыс мақсаттарында темірдің орнына болатты пайдалану бастапқыда баяу болды. Алғашқы темір қаңқалы ғимарат, Дитерингтон зығыр фабрикасы 1797 жылы салынған, бірақ 1855 жылы Бессемер процесінің дамуына дейін болат өндірісі болатты кеңінен қолданылатын материал ретінде тиімді етуге жеткізілмеді. Шамамен 1870 жылдан бастап, жоғары созылу және қысымға төзімділігі, сондай-ақ жақсы серпімділігі бар арзан болаттар қолжетімді болды, бірақ соған қарамастан, темірге негізделген құрылыс өнімдеріне деген сұраныстың көп бөлігін, негізінен сілтілі кендерден болат өндірудегі қиындықтарға байланысты, қайырылған және құйылған темір қанағаттандыра берді. Бұл мәселелердің басты себебі фосфордың болуы еді, және оны 1879 жылы Сидни Гилкрист Томас шешті. 1880 жылға дейін ғана сенімді жұмсақ болат негізінде құрылыс эпохасы басталды. Осы кезде өндірілетін болаттардың сапасы жеткілікті деңгейде тұрақты болды. 1885 жылы аяқталған Home Insurance Building ғимараты алғаш рет қаңқалы құрылымды пайдаланды, бұл оның қабырғалық қаптамасының жүк көтеру функциясын толығымен жойды. Бұл жағдайда темір бағаналар тек қабырғаларға орнатылған, ал олардың жүк көтеру қабілеті, әсіресе жел жүктемелеріне қатысты, қабырғаның жүк көтеру қабілетіне қарағанда екінші деңгейде болып көрінеді. АҚШ-та алғашқы болат қаңқалы ғимарат 1890 жылы Чикагода салынған Рэнд МакНалли ғимараты болды. Ливерпульдегі Royal Insurance Building ғимараты, Джеймс Фрэнсис Дойлдің 1895 жылғы жобасы бойынша (1896–1903 жылдары салынған), Ұлыбританияда болат қаңқаны алғаш рет пайдаланған ғимарат болды.