مقارنة وتحليل المساكن السكنية ذات الهيكل الصلب الخفيف الوزن

مقارنة وتحليل المساكن السكنية ذات الهيكل الصلب الخفيف الوزن

الخلاصة - يتميز المبنى السكني ذو الهيكل الفولاذي الخفيف بخصائص المساحات الخضراء وتوفير الطاقة وحماية البيئة وما إلى ذلك. في العقود القليلة الماضية ، كان هناك اهتمام متزايد باستخدام الهياكل الفولاذية المشكلة على البارد في جميع جوانب تشييد المباني ، وفي العديد من البلدان المتقدمة ، كانت هناك تطورات مهمة حول البناء الهيكلي البارد. ومع ذلك ، في بعض البلدان النامية ، بدأت المباني السكنية ذات الهيكل الفولاذي الخفيف الوزن للتو. في هذا البحث ، نقدم بعض خصائص المباني السكنية ذات الهيكل الفولاذي الخفيف والوضع البحثي الحالي. على أساسها ، نقوم بتحليل ودراسة المباني السكنية ذات الهياكل الفولاذية خفيفة الوزن في أمريكا الشمالية واليابان وأوروبا بالتفصيل ، وإعطاء بعض ميزاتها. ثم وفقًا لظروف الصين الخاصة ، يتم تقديم حالة التطوير والممتلكات حول المباني السكنية ذات الهيكل الفولاذي الخفيف الوزن ، بما في ذلك بعض مفهوم الإسكان التقليدي ، والمباني السكنية الفولاذية المكثفة. بناءً على التحقيقات المذكورة أعلاه ، تم تقديم بعض الاقتراحات والتدابير المضادة. من المعتقد أنه مهم ومفيد لتعزيز تصنيع الإسكان في الصين.

الكلمات الرئيسية - هيكل فولاذي خفيف الوزن ؛ مكون؛ مبنى سكني ؛ هيكل على البارد متعدد الطبقات منخفض

I. مقدمة

مع تطور صناعة البناء والتشييد ، أصبحت التغييرات في أنظمة البناء ومواد البناء هي الاتجاه الحالي في تطوير المباني السكنية. في السنوات الأخيرة ، نظرًا للتحسين المستمر لمستويات معيشة الناس ، فإن لديهم متطلبات أعلى للإسكان والاستقرار وما إلى ذلك ، خاصة بالنسبة للمباني السكنية منخفضة الارتفاع ، هناك حاجة ملحة للبحث والتطوير والترويج للتصميم الجميل والممتاز الأداء الهيكلي ، واستخدام الراحة وسرعة البناء والاقتصاد ونظام المباني السكنية المعقولة ليحل محل العمارة الحالية.

يعتمد هيكل الهيكل الفولاذي الخفيف على أعضاء فولاذية اقتصادية مثل الهيكل العظمي الحامل ، باستخدام لوحة الضغط أو مادة الألواح كغلاف جدار خفيف الوزن ، وستكون البراغي عالية القوة والموصلات الأخرى ومواد الختم من المكونات الحاملة ومكونات مغلف المبنى مثل فئة المباني السكنية الجاهزة المُجمَّعة في الموقع [1]. يمكن ملاحظة أن مادة البناء الرئيسية لإسكان الهيكل الفولاذي الخفيف هي العارضة الفولاذية خفيفة الوزن المجلفنة كمكونات هيكلية رئيسية ، والميزة الأكثر أهمية باستخدام هذه المواد هي أنه يمكنك ضمان خصائص سكنية جيدة ، ولكن يمكنك أيضًا ضمان أن يتم تشييدها. منزل مع الوزن الخفيف الوزن الميت ، ودرجة عالية من التصنيع المسبق ، وسرعة البناء ، وكثافة العمالة الصغيرة من المزايا [2،3]. تتميز المساكن السكنية ذات الهيكل الفولاذي الخفيف مقارنة بالتقاليد السابقة بالمزايا التالية: هيكل مستقر ؛ منخفض الكلفة؛ تمتد مساحة منزل فيلا هيكل فولاذي خفيف من مساحة المباني الخرسانية ؛ يمكن أن تكون مقاومة التآكل الفولاذية المجلفنة لاستخدامها ممتازة ودائمة ، وعمر الاستخدام طويل. ومع ذلك ، لا يزال الإسكان الفولاذي الخفيف في الصين في مرحلة التطوير. لا تزال هناك بعض المشاكل الخطيرة في عملية التصميم السكني التي تحتاج إلى مزيد من الدراسة. تحقيقا لهذه الغاية ، يحلل هذا البحث ويقارن بين المباني السكنية المصنوعة من الصلب الخفيف ، ويقدم خصائص السكن الصلب الخفيف الأجنبي والمحلي. ونقدم بعض الاقتراحات المعقولة.

ويتم تنظيم هذه الورقة على النحو التالي. يصف القسم 2 خصائص المساكن المصنوعة من الصلب الخفيف في الخارج. يصف القسم 3 التطور الحالي لخصائص الإسكان السكنية المصنوعة من الصلب الخفيف والصلب في الصين. الاستنتاج معطى في القسم الأخير.

II. إسكان من الصلب الخفيف في الخارج

ج. الإسكان الفولاذي الخفيف لأمريكا الشمالية إن الإسكان الفولاذي الخفيف في أمريكا الشمالية هو من هيكل خشبي بخصائص هيكل خشبي خفيف الوزن. في سوق العقارات السكنية في أمريكا الشمالية ، يمثلون 20٪ من الحصة [4]. الهيكل العظمي للإسكان عبارة عن نظام عارضة فولاذية على شكل حرف C على شكل حرف C وعادة ما تكون عبارة عن فيلا مكونة من طابق إلى طابقين مبنية في حالات وقوع الزلازل المرتفعة في كاليفورنيا ومناطق أخرى. ويرد في الشكل 1 بعض العلب المصنوعة من الصلب الخفيف في أمريكا الشمالية.

في الواقع ، كان هذا النظام الفولاذي خفيف الوزن ناضجًا جدًا في أمريكا الشمالية. الآن ، يمكنهم بناء مبنى سكني متعدد الطوابق باستخدام هذه التقنية من خمس طبقات إلى ست طبقات. ومن الجدير بالذكر أن الجزء الأكثر نشاطًا من البحث في الولايات المتحدة هو الهياكل الفولاذية المشكلة على البارد. أسباب ذلك هي التوسع في الصناعة الداعمة ، خاصة في مجال مساكن الأسرة الفردية وارتفاع تكلفة الخشب. وهكذا ، أصبحت المنازل ذات الإطارات الفولاذية أكثر اقتصادا [5]. يذكر Pekoz [6] أنه في الولايات المتحدة ، تم بناء حوالي 500 منزل من الفولاذ الخفيف في عام 1992. وارتفع هذا العدد إلى 15000 في عام 1993 و 75000 في عام 1994. ومن المتوقع زيادة خمسة أضعاف بحلول عام 2002. الإطار الأساسي عناصر هذا الشكل من البناء هي مسامير جدار فولاذية مشكلة على البارد وروافد أرضية. كما تستخدم دعامات أو عوارض خشبية ذات قياس خفيف. في الوقت الحاضر ، أنتجت الولايات المتحدة مثل هذا النظام لمئات الشركات. من بينها ، الشركة الشهيرة شركة Dietrich ، وهي شركة تابعة لشركة Worthington Industrial Company. لقد طوروا نظام DBS لبناء مساكن فولاذية خفيفة متعددة الطوابق [4]. باستخدام نظام تقنية DBS ، يمكن بناء هيكل فولاذي خفيف سكني متعدد الطوابق. يستخدم جدارها لوح جبس بقناة C على كلا الجانبين والأرضية تستخدم عارضة فولاذية خفيفة من النوع C تضع لوح أسمنت ليفي بسمك 20 مم ، وهي مملوءة بفاصل عازل من الصوف الزجاجي ، والذي يلعب تأثير الصوت. في الولايات المتحدة ، تُستخدم المقاطع C المشكلة على البارد بشكل شائع كأعضاء في الجمالون للسقف [7]. في الواقع ، كانت أشكال المدادة المبكرة عبارة عن قنوات شفاه بسيطة وأقسام Zed. تطورت القناة البسيطة إلى علامات Multibeam I و II و III ، والأخيرة لها شفة مركبة. يمكن رؤية اتجاه مماثل في تطور Zed إلى أشكال Zeta و Ultrazed ، كما هو موضح في الشكل 2 [6]. يمكن إنتاج الأعضاء المشكَّلة على البارد في مجموعة متنوعة من المقاطع الجانبية. المكونات الأكثر استخدامًا هي القنوات C والأقسام Z الموضحة في الشكل 3 [10]. يوجد هذا الفولاذ الخفيف الوزن في أمريكا الشمالية في منزل مستقل أو مستقل بسبب عزل الصوت السيئ. لمقاومة أحمال الرياح الجانبية والعمل الزلزالي ، فإن النظام السكني متعدد الهياكل الفولاذية في الولايات المتحدة لديه نوعان من الطرق: استخدام جدران القص الفولاذية الخفيفة أو هيكل دعم الإطار الفولاذي المتقاطع. يتم ترتيب جدران القص الفولاذية الخفيفة بشكل عام في المنزل ، باستخدام صفائح فولاذية مجلفنة 0.5 مم منغوليا في ألواح الجبس ، ثم يتم تثبيتها على مسامير الجدار الفولاذية الخفيفة ، على غرار تشكيل إجهاد القص في بنية الجلد بين كل طبقة يوجد مكون خاص لجدار القص لربط الطوابق العلوية والسفلية لنقل القص الأفقي والتوتر بشكل فعال بسبب القوة الأفقية التي تعمل على ترصيع الحائط المنتجة. في منطقة الزلازل ، من أجل ضمان السلامة الهيكلية ، يتم استخدام دعامة الرأس ذات التقاطع كقوة جانبية مقاومة لهيكل الإطار الفولاذي لتشكيل نظام معماري هجين ، حيث يتحمل الفولاذ الخفيف الأحمال الرأسية والفولاذ العادي يقاوم الأحمال الأفقية . لضمان تأثير عزل الجدار ، إلى جانب دعامات الحائط المليئة بالألياف الزجاجية ، يتم لصق طبقة عازلة على مادة الجدار الخارجي. يؤدي استخدام هذه الطريقة إلى قطع الجسر الحراري بشكل فعال من ترصيع الحائط إلى ألواح الجدران.

B. البناء السكني للصفائح الفولاذية في اليابان

نظرًا لأن اليابان منطقة معرضة للزلازل ويتمتع الفولاذ الخفيف بخصائص جيدة للتأثيرات الزلزالية ، فإن الفولاذ الخفيف الوزن شائع محليًا. وفقًا لخصائصها الفريدة ، تبني اليابان مساكن من الصلب الخفيف ، وهي غلاف من الألواح الفولاذية ، كما هو موضح في الشكل 4 أدناه [8،9]. يستخدم هذا الهيكل عملية بناء جديدة ، أي يستخدم تركيبة فولاذية مجلفنة غير ملحومة على البارد ، تُعرف أيضًا باسم الصلب 2 × 4 ، وهي مركبة سكنية ذات هيكل ضلع من الألواح. الهيكل هو شكل معماري من أمريكا الشمالية السابقة. ألواح الجدران والأرضيات مبنية باستخدام الخشب القائم على الصندوق. ومع ذلك ، في غلاف الصفيحة الفولاذية ، يتم استبدال مادة الألواح بالفولاذ ، بسمك 1.0 مم أو نحو ذلك. على الجانبين ، يتم لصق ألواح الجبس خفيفة الوزن. بهذه الطريقة ، يتم تحقيق الأداء العام للهيكل مثل الثبات والمتانة والعزل الحراري وخصائص عزل الصوت وما إلى ذلك.

في الواقع ، هذا المبنى ذو هيكل من الألواح الفولاذية عبارة عن بناء يجمع بين نقاط القوة والمزايا لعملية الصلب وأضلاع الألواح. أثبتت تجارب كيانات البناء أن لها خصائص أداء ممتازة مثل المقاومة الزلزالية وأداء حمل الرياح وأداء حمل الثلج. في عام 2003 ، تم تغيير مواد البناء اليابانية من الخشب إلى عارضة الصلب الرقيقة. تهدف إلى السمات المعمارية ، ورموز البناء في اليابان ، والتعليمات الخاصة عند البناء ، حيث يتم ضبط نظام إطفاء الحريق التلقائي ونظام العادم التلقائي ، والديكور الداخلي يقلل من انتقال الحرارة المنزلية بين الجدران.

C. مبنى سكني موفر للطاقة في أوروبا

بدأت ألمانيا في تطبيق مواصفات الطاقة الجديدة للمباني من عام 2002 [9]. جوهرها هو القياس الكمي لاستهلاك الطاقة. استهلاك الطاقة لكل منزل مطلوب لتوفير حسابات طاقة المبنى للسلطات المختصة حسب الضرورة لتوثيق المنازل. لها تأثير كبير على التنمية السكنية وسوق مواد البناء في البلاد. في المباني السكنية الموفرة للطاقة ، تستخدم السويد الطاقة المتجددة قدر الإمكان ، بما في ذلك طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية ومصادر الطاقة الأخرى ، وتدمج هذه التقنيات. باختصار ، تركز الدول الأوروبية بشكل أكبر على دراسة كفاءة الطاقة والمباني الخضراء. الآن ، يمكن تجميع المكونات الفولاذية المشكلة على البارد بسرعة وبدقة في وحدات هيكلية كاملة لتسليمها إلى الموقع. في المملكة المتحدة ، يتم الآن بناء معظم الفنادق والموتيلات خارج المدينة بهذه الطريقة. تستخدم صناعة البناء في المملكة المتحدة حاليًا أكثر من 300000 طن من منتجات الصلب المشكل على البارد سنويًا ، ومعدل الاستهلاك هذا ينمو باطراد [10].

ثالثا. إسكان من الصلب الخفيف في الصين

أ. حالة التطوير للإسكان المعدني الخفيف

لفترة طويلة ، سيطرت الخرسانة في الصين على بناء المساكن. لم يعد مناسبًا لموضوع المباني الخضراء اليوم لأنه يحتاج إلى مواد كبيرة وفترة بناء طويلة. نظرًا لأن الصين كانت أكبر منتج للصلب في العالم منذ عام 1996 ، كما هو موضح في الشكل 5 ، فقد بدأت حكومة الولاية في تشجيع استخدام الفولاذ في صناعة الهندسة المدنية. مع نمو صناعة معالجة الصلب الإنشائي يومًا بعد يوم ، دخل بناء الهياكل الفولاذية في الصين في فترة تطوير عالية السرعة [11]. من الهيكل الخرساني إلى المباني الفولاذية العادية ومن المباني الفولاذية العادية إلى الهياكل الفولاذية الخفيفة. لا يسعى تطوير المباني السكنية الفولاذية إلى استخدام التكنولوجيا المتقدمة والأدوات الخاصة ويجب أن يركز على تكنولوجيا الإسكان الناضجة والمتكاملة والعملية مثل الدول الأوروبية. في عملية التكامل ، المفتاح هو الهيكل التفصيلي والتقارب المتبادل.

نظرًا لأن المكونات الفولاذية الخفيفة يتم إنتاجها بسهولة بواسطة المصنع بدرجة عالية من الميكنة ودرجة عالية من التسويق وسرعة البناء في الموقع. ولا يؤثر ذلك على السكان القريبين ، كما أن بناء الحضارة مرتفع جدًا. يعتبر الفولاذ الخفيف منتجًا صديقًا للبيئة ومستدامًا للتنمية ومؤشراته الاقتصادية الشاملة ليست أعلى من هيكل الخرسانة المسلحة. لذلك ، يجب أن يصبح الوزن الخفيف والأداء الزلزالي الجيد للمباني الفولاذية الخفيفة هو السائد في صناعة البناء. الآن ، المبنى يشهد عملية التحويل

ب. خصائص السكن الصلب الخفيف

الفولاذ الخفيف مفهوم جديد في البداية. مع تحسين مستويات معيشة الناس ، فإنه يذهب تدريجيًا إلى حياة الناس. في بعض المدن الصينية الكبرى مثل بكين وشنغهاي وأماكن أخرى ، تم إنشاء المباني السكنية ذات الهياكل الفولاذية الخفيفة من خلال إدخال التكنولوجيا من أمريكا الشمالية واليابان إلى الصين. في الوقت الحاضر ، تنتمي معظم المساكن الفولاذية الخفيفة في الصين إلى بناء المساكن الموفرة للطاقة الخفيفة والتي تستخدم هيكل الإطار الفولاذي ، والجدار الخفيف ، والأرضية الخفيفة ، ونظام بناء السقف الخفيف. باستخدام فولاذ اللحام العادي على شكل H ، مقطع صغير من شعاع H المدلفن على الساخن أو فولاذ المقطع المستقيم والجمع بين عامل القوة الجانبي المضاد للجدار ، يمكن بناء هيكل متعدد الطبقات. وهو متوافق مع نظام المواصفات الحالي لدينا ويلبي المتطلبات الزلزالية [9]. في عام 2011 ، أصدرت الصين وطبقت "اللوائح الفنية لبناء المباني الفولاذية ذات المستوى المنخفض على البارد" ، والتي تجمع بين نظام عارضة الصلب المشكل على البارد في أمريكا الشمالية وتعزيز نظام العارضة هذا. في عملية التصميم باستخدام الفولاذ المشكل على البارد على شكل قناة C والفولاذ على شكل حرف U ، تتكون الجدران الحاملة من عمود ، وعارضة توجيهية أعلى وأسفل ، ودعامة ، ودعامات ، وألواح جدارية ومكونات هيكلية أخرى [12] ، كما هو موضح في الشكل 6 أدناه. على الرغم من أحكام المواصفات ذات الصلة ، إلا أن هذا الهيكل لا يزال غير شائع. على الرغم من أن للهيكل الفولاذي الخفيف بعض المزايا ، على سبيل المثال ، الوزن الخفيف ، والأداء الزلزالي الممتاز ، وفترة البناء القصيرة ، والاستقرار الهيكلي ، وخصائص أخرى ، إلا أنه يحتوي أيضًا على بعض المشاكل التي يجب معالجتها بشكل أكبر ، مثل الضوضاء الكبيرة وسوء المقاومة للحرارة. لم يتم التعرف على فترة البناء القصيرة للمبنى الآن من قبل الناس ولم يتم التحقق من سلامتها وموثوقيتها.

لكن هذا المبنى الفولاذي الخفيف هو اتجاه تطوير العمارة الصينية ويحتاج إلى المزيد من الباحثين لدراسة سلامته وموثوقيته ومتانته. باختصار ، الصين في بداية المباني السكنية خفيفة الوزن من الهياكل الفولاذية ولديها طريق طويل لنقطعه. بالمقارنة مع الدول المتقدمة ، هناك الكثير من الأسئلة ولا تزال الصين تفتقر إلى الكثير. يحتاج إلى تحسين وإتقان بشكل مستمر [13].

ج- التوصيات والاستراتيجيات

نظرًا لأن المساكن السكنية ذات الهيكل الفولاذي الخفيف تتميز بالأداء الجيد ، والوزن الخفيف ، ودرجة عالية من المصنع ، وسرعة البناء ، وكثافة العمالة المنخفضة ، وما إلى ذلك ، فقد تطورت تدريجياً في الولايات المتحدة وأوروبا في العقود الثلاثة الماضية وأنشأت مجموعة من تكنولوجيا ناضجة. الآن ، ترغب العديد من الشركات المحلية والأجنبية دائمًا في نقل التكنولوجيا السكنية ذات الهياكل الفولاذية الخفيفة إلى الصين ، لكنها لا معنى لها. الأسباب هي كما يلي:

1) لا توجد مواصفات منتظمة للصلب الخفيف الوزن.

على الرغم من إصدار "اللوائح الفنية للهيكل الفولاذي المشكل على البارد" في عام 2011 ، إلا أنه من الصعب التفكير في صنع مكونات حاملة رئيسية بسماكة فولاذية 2 مم أو أقل. بالنسبة لنظام طلاء الإطار المعدني بالزنك مع الاستخدام المكثف لسمك الجدار 0.8 - 1.6 مم في الخارج ، لا يوجد تحليل نظري ولا بيانات تجريبية ذات صلة للهيكل ، مما يجعل التصميم الهيكلي الفولاذي الخفيف صعبًا للغاية في الصين.

2) المجتمع ككل يتطلب عملية لقبول هذا النظام السكني الجديد.

لا يزال الناس غريباً للغاية بالنسبة لمثل هذا الهيكل وما زالوا لا يفهمون جيدًا أمنه واستقراره وراحته وما إلى ذلك.

3) تكلفة المشروع عالية.

نظرًا لأن التكنولوجيا لا تزال في مهدها ، فإن نقص العمال المهرة والحاجة إلى مكونات الفولاذ الخفيف التي يتم إدخالها من الخارج يؤدي إلى ارتفاع أسعار المساكن. لحل المشكلات المذكورة أعلاه التوصيات والاستراتيجيات التالية:

1) لتحسين مواصفات الفولاذ الخفيف الوزن ، فإن إنشاء عدد من المشاريع التجريبية يجعل هذا الجانب من الفجوات التكنولوجية. يجب دعم الشركات الكبيرة التي تقوم بهذا البحث في هذا المجال.

2) فيما يتعلق بأساسيات بناء المشاريع التجريبية والخبرة المكتسبة ، يجب على المرء أن يغتنم الفرصة لإعداد المعايير والقواعد الفنية المقابلة للهيكل الفولاذي الخفيف.

3) بمجرد إصدار المعيار التقني ، يجب دمج نظام التكنولوجيا في المدارس المهنية كمحتوى تعليمي.

4) استيعاب بعض التجارب الناجحة للدول الأجنبية. تهدف إلى حالة محددة ، يتم إجراء البحث العلمي. يجب على الدول أن تضع بعض السياسات لدعم البحث في هذه التقنية بحيث يتم تعميم الهيكل الفولاذي الخفيف خطوة بخطوة. من خلال هذه الطريقة ، تأمل أن يتعرف المزيد من الناس على هذه البنية.

رابعا. استنتاج

باختصار ، يتمتع المبنى السكني متعدد الطوابق الفولاذي الخفيف الخفيف في الصين بآفاق جيدة للتطوير بمواد أقل ، وتلوث صغير ، وفترة بناء قصيرة ، وبما يتماشى مع اتجاه تطوير العمارة المحلية. سيصبح الوضع الجديد للمباني السكنية في الصين. مع إصدار الإرشادات والمواصفات الفنية للمباني السكنية الفولاذية ، يجب أيضًا تطوير المباني السكنية متعددة الطوابق المصنوعة من الفولاذ الخفيف الخفيف. من خلال استيعاب وتحسين تكنولوجيا نظام الهيكل الفولاذي الخفيف في الخارج ، وزيادة القدرة الإنتاجية وتنمية القدرات لتكنولوجيا الصلب ، أعتقد أن الهيكل الفولاذي الخفيف سيتم استخدامه وتطويره على نطاق واسع في الصين.