Table of Contents
המדע מאחורי המחמיר פלדה בבנייה של האצטדיון המודרני
פלדה מקדימה מייצגת את אחד החידושים ההנדסיים המשמעותיים ביותר בבניית מקומות בקנה מידה גדול.בגרעין שלה, טכנולוגיה זו משתמשת נוטה פלדה גבוהה סטריאנטים המתחים ליישם כוח דחוס כדי בטון, ביעילות לנטרל את הלחץ של עשרות הפוריים אשר יגרום אחרת סדק וכישלון מבני. גישה זו מאפשרת מהנדסים לעצב זירות וזירות עם פניות דרמטיות, אלמנטים מבניים, ומדידות גדולות יותר מאי פעם יכול להשיג עמידות מסורתית.
העיקרון הבסיסי הוא פשוט: בטון מצטיין תחת דחיסה אבל מבצע גרוע תחת מתח. על ידי הצגת טרום-דיכוי באמצעות נוטה פלדה מתוחים, הבטון ממוקם למצב של דחיסה מתמשכת כי נגד כוחות העשש שנוצרו על ידי עומסים מתים, עומסי חיים ואירועים דינמיים כגון תנועת קהל או רוח. התוצאה היא מבנה שלא רק תומך יותר עומסים אלא גם שומר על שלמותו של עשרות שנים של שימוש אינטנסיבי.
הבנה מוקדמת של מערכות נגד Post-Tensioning
שתי שיטות עיקריות שולטות ביישום של הפרה של פלדה בבנייה של האצטדיון: לפני העלייה ופוסט-הלחץ.כל אחת מציעה יתרונות ברורים בהתאם לדרישות הספציפיות של הפרויקט.
(FLT:0) pre-tensioningFLT 1 כרוך מתחים של נוטה פלדה לפני הבטון הוא יצק.ה נוטה מעוגן נגד קצבאות חיצוניות, הבטון מוזג סביבם, וברגע שה בטון משיג מספיק כוח, הטיונים משוחררים.זה מעביר את הכוח הדחוס לתוך הבטון באמצעות לחץ.
(בהשוואה:0) לאחר העלייה לרגל (FLT:1), לעומת זאת, כרוך במתחים של הטיטים לאחר שהבטון ריפא.הטיונים ממוקמים בתוך מישורים או היתחיל לפני הליכוד, וברגע שה בטון מגיע לכוח הנדרש, ג'ק הידראולי מתח את הטימוסים נגד הבטון הקשה.
מהנדסים משלבים לעיתים קרובות את שתי השיטות בתוך מקום אחד, באמצעות אלמנטים precasted מראש עבור רכיבים חוזרים כמו קערות ישיבה ואלמנטים לאחר-מדבקות בסגנון ייחודי, גדול-ספם תכונות כגון truses גג ו Cantilevered canopies.
יתרונות מבניים של Prestressing Steel בסביבה של האצטדיון
איצטדיוןים וזירות מציגים קבוצה ייחודית של אתגרים מבניים שהופכים את הפלדה לחשיבות במיוחד. מקומות אלה חייבים להכיל עשרות אלפי צופים, לתמוך בלוחות וידאו מסיביים ומערכות קול, להתנגד לרוח ולכוחות סיסמית, ולספק קווי ראייה לא מאוימים - כל עוד נותר כלכלי לבנות ולשמור.
אפשרויות לספאן
היתרון הגלוי ביותר של פלדה טרום מתח הוא היכולת שלה ליצור חללים פנימיים עצומים, עמודה חינם. מבנה בטון טיפוסי לאחר חתומה יכול לארוך מרחקים מעל 300 רגל, הרבה מעבר לגבולות המעשיים של בטון חזק קונבנציונלי.יכולות אלה מבטלות את הצורך בעמודות תמיכה פנימית כי יפריעו נופים והגדרות ישיבה. איצטדיון מרצדס-Benz באטלנטה, לדוגמה, משתמש בטון לאחר לחץ על גגות וקוטרנטית שמונה מטרים.
אלה אורך ארוך טווח מושג כי פלדה מתחוננת מאפשרת למהנדסים להשתמש בעומקים מבניים רדודים תוך שמירה או מעל עוצמתם של חלקים קונבנציונליים הרבה יותר עמוק.גובה זה חיסכון מתורגם ישירות לעלויות החומר מופחתות, עומסים מתים נמוכים יותר, וחופש אדריכלי גדול יותר.
בקרת קראק גבוהה ויציבות
קריקר הוא האויב העיקרי של מבנים קונקרטיים, במיוחד בסביבות שנחשפו למזג אוויר, מלחים דהוי, ואת העומס המחזורי של אלפי צופים.התחבירה פלדה באופן פעיל מדכאת את הסדקים על ידי שמירה על הבטון במצב של דחיסה.אפילו תחת עומסי שירות משמעותיים, הלחץ העפיל על פני השטח הבטון נשאר מתחת לעוצמה הפצחיקה שלו.
היתרון העמידות חשוב במיוחד עבור איצטדיוןים בחוץ בצפון האקלים.Prestressed חפיסות ישיבה בטון, רמפות, ו concourses במקומות כגון Lambeau שדה במפרץ ירוק ושדה החייל בשיקגו הוכיחו התנגדות יוצאת דופן להקפאה נזק וקורוזיון בהשוואה לחלופה התחזקות קונבנציונלית בעלי מניות.
המונחים: Dynamic
איצטדיוןים חווים עומס דינמי מתנועות ההמונים סינכרוניות, רוח, אירועים סיסמיים, ורטטים מכניים ממערכות HVAC וציוד אודיו. מבנים מחוננים מפגינים ביצועים מעולים בתנאים אלה בשל יחס נוקשה גבוה יותר למשקל בהשוואה ל בטון חזק יותר.כוח ההפריה מגביר ביעילות את התדר הטבעי של אלמנטים מבניים, צמצום הסיכון של רטט שיכול לגרום לאי נוחות או במקרים מבניים קיצוניים.
מחקרים הנדסיים הראו כי סיפון ישיבה בטון לאחר לחץ יכול להפחית האצות אנכיות במהלך אירועי קהל עד 40 אחוזים בהשוואה לחבילות בטון חזקות של פרק זמן דומה.שיפור ביצועים זה מתורגם ישירות לנוחות צפייה משופרת והפחתה של אחריות עבור מפעילי מקומות.
יעילות חומרית והטבות כלכליות
פלדה מוקדמת מאפשרת הפחתה משמעותית בכמויות החומריות תוך שמירה או שיפור ביצועים מבניים.אם בטון טיפוסי לאחר חתומה דורש כ -60 עד 70 אחוזים של הבטון ו -30-40% מהפלדה המחודשת בהשוואה לאבן חזק באופן קונבנציונלי של אורכו וקיבולת.
דרישות הקרן מופחתות
המשקל העצמי התחתון של אלמנטים מבניים מנוסים מפחית את העומסים המועברים לקרנות, אשר מועיל במיוחד באתרים עם תנאי קרקע ירודה או טבלאות מים גבוהות. מבני אור דורשים הולכי רגל קטנים יותר, פחות ערימות, ופחות עמוק בחפירות, יצירת חיסכון משמעותי עלות בהכנה ובבניה.עבור איצטדיון שנבנה על אתרי פיה עירוניים או על שדות חום, חיסכון אלה יכול לייצג מיליוני דולרים ללא תשלום.
לוחות בנייה
בנייה בטון מוקדמת מתקדמת לעתים קרובות מהר יותר מאשר שיטות קונבנציונליות. אלמנטים precast pre-tensioned יכול להיות מיוצר מחוץ לאתר בעוד העבודה הקרן ממשיכה, ולאחר מכן מועבר ונבנה במהירות.פוסט-מדבקות בניין, תוך הדורש ריצוף זהיר של פעולות מתח, מבטל את הצורך עבור שיפוצים נרחבים וכיובש כי אחרת יצרכו שבועות או של זמן בנייה.
בעלי ההון הננו נהנים מדורי ההכנסות הקודמים והפחיתו את עלויות המימון.עבור פרויקטים שבהם יום הפתיחה נקבע על ידי לוחות הזמנים של הליגה או אירועים גדולים, בכל שבוע שניצל בבנייה יש ערך כלכלי ישיר.
מחקרים: Prestressing Steel in World-Class Venues
אצטדיון הלאומי של בייג'ינג (Bird's Nest)
האצטדיון הלאומי של בייג'ינג, שהושלם עבור המשחקים האולימפיים 2008, מייצג את אחד היישומים השאפתניים ביותר של בטון מודבק בהיסטוריה של האצטדיון.החיצוניות הכאוס כביכול כאוטית פלדה עומדת על מערכת מבנית מאוד מנדסת שמסתמך על אלמנטים קונקרטיים בעלי משקל גבוה ליציבות.מבנה הקערולינג של האצטדיון משתמש בבלוטות בטון מתוחכמות וסדקים כדי לתמוך ב- 91,000 צופים על פני מספר רב של מספר רב, בעוד שהמערכת משלבת את המקררים עם טבעות מתכת ייחודיות.
הפרויקט דרש מעל 42,000 טון פלדה, הרבה ממנו ממריץ את הסטרופה, ודרש פעולות מתח דיוק מתאמות בחזיתות בנייה מרובות.התוצאה היא מבנה שיש לו עם תנאי האקלים הקיצוניים של בייג'ינג וממשיך לשמש ציון דרך לאירועים בינלאומיים.
אצטדיון מרצדס-בנץ, אטלנטה
אצטדיון מרצדס-בנץ, ביתם של פלקון אטלנטה של NFL, כולל את מערכת הגג הראשונה בעולם המבוססת על טבעת דחיסה בטון לאחר לחץ על הקרקע. הגג משתרע על 600 מטרים וכולל שמונה לוחות קטנטנים עצמאיים שנפתחים וקרובים כמו חדר מצלמה. טבעת הדחיסה, שנבנתה מביצועים מדויקים לאחר לחץ גבוה, תומכת במנגנון הגג כולו ובכוחות אל מעבר לאצטדיון.
מהנדסים בחרו לאחר אימוני טבעת הדחיסה בגלל יכולתו להתמודד עם דפוסי הטעינה המורכבים והמשתנים שנוצרו על ידי לוחות הגג הנעים.חיזוק האמנה היה דורש הרבה יותר חלקים גדולים וקרנות עמוקות יותר, מה שהופך את הפרויקט מבחינה כלכלית בלתי אפשרית.הפתרון שלאחר התגברות הציל כ -20% בנפח קונקרטי וצמצם את זמן הבנייה בכ-3 חודשים.
אצטדיון SoFi, Inglewood, קליפורניה
אצטדיון SoFi, ביתו של לוס אנג'לס ראמס ומטענים של NFL, משלב פלדה מתעתקת באופן נרחב בקערה הזמנית שלה ומבנים concourse.The האצטדיון של 3.1- מיליון רגל מרובע כולל לוחות בטון לאחר לחץ על פני 80 מטרים בין עמודות תמיכה ברמות הקונוס, ביטול הצורך עבור עמודים ביניים כי יהיה חסום ונוף הדם.
הגג העצום של האצטדיון, נתמך על ידי מערכת כבל-נט מעוגן טבעת חד-מחץ לאחר-ממד, מכסה 3 מיליון רגל רבוע והוא המבנה הגדול ביותר של גג חד-טווח בעולם. הטבעת שלאחר-החתומה, לוהקה ב-24 פלחים עם מעל 1,200 קילומטרים של סטרוינג, מספק את ההתנגדות הנדרשת כדי לייצב את הרשת תחת עומסי הרוח המתים.
אסטאטופול דה ברסליליה
אסטלאו דה ברסליליה, מונדיאל 2014 FIFA World Cup בלונדון, כולל מבנה גג בטון בעל השפעה גבוהה המשתרע על פני 290 מטרים ומכסה 72,000 מושבים. הגג משלב מערכת ייחודית, הנתמכת על ידי מורדים בטון לאחר לחץ על ידי מעל פסגות בטון כי עלייה של 90 מטרים מעל שדה המשחק.מהנדסים השתמשו פלדה גבוהה-מחץ אסתטי עם חוזק של 1,860 יחידות כמעט כדי להשיג מגבלות חבר - כמעט קבועות של ארבע פעמים - תוך שמירה על פני השטח הגדלים - תוך שמירה על פני השטח הגדלים של ארבעה מושבים קונבנציונליים - כמעט קונבנציונאליים - תוך שמירה על פני השטח הגדלים של פחות מחוזק של פחות מחוזק של פחות מגובה של ארבעה מושבים.
הפרויקט ניצב בפני אתגרים משמעותיים הקשורים לאקלים הטרופי של ברזיל והצורך להגנת קורוזיה.הטיונים הותקנו בדוכסים מלאים עם קורוזיה משלימה עם שילובים של שילובים, ואזורי העוגן היו חתמו עם ציפויים epoxy כדי למנוע לחות בתוקפנות. ניטור קבוע באמצעות חיישנים מאפשר למפעילים לעקוב אחר כוחות נוטה לזהות כל אובדן של זמן.
אתגרים הנדסיים ודרישות בקרת איכות
היישום המוצלח של פלדה מתחוננת דורש שליטה איכותית קפדנית לאורך עיצוב, ייצור ובניה.בניגוד חיזוק קונבנציונלי, המספק שולי של בטיחות באמצעות תשואות דוקטריות, נוטה מתחים לפעול בלחץ גבוה מאוד - בדרך כלל 70 עד 80% מהחוזק האולטימטיבי שלהם ברי מזל.כל פגם ב נוטה, עוגן, או בטון יכול להיות השלכות מיידיות ורציניות.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «
פעולות ניתוק חייבות להשיג את הכוח המדויק ואת הארכה המפורטת בעיצוב. jackic jacks מצוידת מדדי לחץ ותאים עומס מודדים כוח יישומי, בעוד שמרחקי מרחק של extensometers בדרך כלל.היחסים בין כוח ו elongation מספקים בדיקה איכותית: אם הדהוט ארוך טווח משווי הצפוי על ידי יותר מ 5 אחוזים, הניתוח חייב להיפסק ולשחקר את הסיבה.
עבור מבנים של אצטדיון עם מאות או אלפי נטים, המאמץ בקרת איכות הוא משמעותי.פרויקט אצטדיון מרצדס-בנץ, למשל, נדרש תיעוד של מעל 3,500 פעולות מתח פרטניות, כל אחת עם כוח מאומת ורשומות ארוכות טווח. תיעוד זה הופך לחלק מהתיעוד הקבוע של המבנה ומודיע על תוכניות בדיקה ותחזוקה עתידיות.
הגנה על קורוזיה והמשך ארוך
קורוזיה של פלדה מתחננת היא דאגה קריטית, במיוחד באצטדיוןים החיצוניים שנחשפו לחות, chlorides, ומזהמים אטמוספריים. פלדה גבוהה סטרית רגישים לחיסול מימן, צורה של סדקים קורטוזיים מתח שיכול לגרום לסביבות פתאומיות, מתפתלות עם אזהרות מינימליות.
תוכניות ניטור לטווח ארוך עבור אצטדיוןים מנוסים בדרך כלל כוללים בדיקות חזותיות תקופתיות של אזורי העוגן חשופים, בדיקות לא הרסניות לזהות רִיק ב ducts מבוקשים, וכאשר, שבו נקבע, חקירות פולשניות הכוללות חיתוך לתוך דוקים כדי לבדוק מצב נוטה. חלק מקומות, כולל אצטדיון לאומי בבייג'ינג ו-SoFi אצטדיון, יש להתקין מערכות חיישן קבוע כי כוחות לפקח באופן קבוע, פעולות קונקרטיות, ומאפשרות, ותנאי תחזוקה מוקדמים, כדי לספק בעיות אבטחה.
החלפת Tendon והתאמה מבנית
אמנם נדיר, היו מקרים שבהם טרמפינג נוטה במבנים אצטדיון נדרש תחליף בשל נזק קורוזיה או פגמים בבנייה.תהליך ההחלפה מורכב ומסוכן, הדורש ריצוף זהיר כדי להימנע מעומס יתר על פני נוטה סמוכים או גרימת כוחות לא מאוזנים במבנה. מסיבה זו, עיצובי האצטדיון המודרניים משלבים יותר ויותר הוראות להחלפת בטיחות עתידית, כולל דוקטרים גדולים, נגישים, מעוגן והופכים לאזורים כה מדומים יכולים להפחתת בטיחותיים.
הוראות עיצוב אלה מוסיפים עלות ראשונית אך מספקות ביטוח יקר מול צרכי תיקון עתידיים.עבור איצטדיון עם חיי שירות צפויים של 50 עד 100 שנים, היכולת להחליף נוטה מרחיבה את החיים השימושיים של המבנה וממקסימה את ההחזר של הבעלים על ההשקעה.
חידושים עתידיים ב Prestressing Steel for Stadiums
האבולוציה של טכנולוגיית פלדה מתחננת ממשיכה לדחוף את הגבולות של מה אפשרי בעיצוב האצטדיון. מגמות מתעוררות כמה צפוי לעצב את הדור הבא של מקומות.
אולטרה-גבוהה-Performance Concrete with Prestressing
השילוב של בטון אולטרה ביצועים גבוה (UHPC) עם פלדה מתחוננת מאפשר מבנים של דקות ואורך חסר תקדים. UHPC, עם כוחות דחוסים מעל 150 MPa ו רטינוזיות Tenile Tenctility, מפחית את הכיסוי הבטון הנדרש להגנה על קורוזיה ומאפשר אפילו מעמקים מבניים רדודים יותר.
Tendons with Embedded Sensing
המחקר מתקדם לפתח נטים מתחזים עם חיישנים סיבים אופטיים משולבים המדדודים את הזנים, הטמפרטורה, ואת הפוטנציאל קורוזי לאורך כל אורך של הטיוטה.הנטינים החכמים האלה יספקו נתונים רצופים, בזמן אמת על בריאות מבנית, חיסול הצורך בבדיקות ידניות תקופתיות ומאפשר למהנדסים לזהות בעיות בשלבים המוקדמים שלהם. כמה מתקני טייסים במבנים הגשר הראו את יכולתה של טכנולוגיה זו, ובנייה בתוך העשור הקרוב.
מערכות תמיכה
לחצים של קיימות מניעים חדשנות בחומרים ושיטות. Recycled פלדה סיבים, חומרים מלטיים פחמן נמוך, ו נוטה המיוצרים באמצעות תהליכים של קשת חשמלי עם תוכן ממוחזר גבוה נכנסים לשוק. כמה יצרנים מפתחים חומרים דו-כידידים בעלי ערך נמוך המפחיתים את טביעת הרגל הסביבתית של ההתקנה נוטה.
השורה התחתונה עבור הבעלים והמעצבים
פלדה מוקדמת שינתה באופן יסודי את הכלכלה והאסתטיקה של בניית האצטדיון.לבעלי, הטכנולוגיה מספקת מרחב נגיש יותר לדולר מושקע, עלויות תחזוקה נמוכות יותר, ומבנים שיכולים להתאים לשינויים בדרישות האירוע לאורך עשרות שנים של שירות.עבור מעצבים, המחוונים מספקים את החופש ליצור צורות אייקוניות שיהיו בלתי אפשריות עם שיטות בנייה קונבנציונליות.
הפרויקטים המודגשים במאמר זה מראים כי יישום מוצלח של פלדה מתחל דורש שיתוף פעולה הדוק בין בעלי, אדריכלים, מהנדסים מבניים וקבלנים מיוחדים. שילוב מוקדם של הטמעת מושגים עיצוב בתהליך התכנון האדריכלי מניב את היתרונות הגדולים ביותר מבחינת עלות, לוח הזמנים, וביצועים.בעלים שוקלים בנייה חדשה או שיפוץ גדול צריך לעסוק יועצים עם ניסיון ספציפי במבנים מנוסים כדי להעריך את ההזדמנויות והסיכון הספציפי שלהם עבור כלי ספורטיביים ביותר, עם תכנון יעיל ביותר, עם עיצוב אחד, עם כלי רכב גדול ביותר, עם עיצוב, עם כלי ספורטיביים ביותר.