Въглеродни влакна в модулно и сглобено строителство

Въглеродни влакна в модулното и сглобеното строителство: приложения и инженерни ползи

Въглеродните влакна са се преместили от аерокосмическия хангар в фабричния етаж на строителната индустрия. Тъй като модулното и сфабрикуваното строителство расте, екипите по проекта се нуждаят от конструктивни материали, които са достатъчно леки за повдигане и транспортиране, достатъчно твърди, за да се обхванат, и достатъчно стабилни, за да поддържат фабричните толеранти през целия път до обекта. Полимерът, укрепен с въглеродни влакна (CFRP), отговаря на всички три изисквания наведнъж, затова сега се появява в носещи панели, свързващи рамки, фасадни елементи и арматурни системи в сглобени строителни проекти. Тази статия разглежда реалните приложения на въглеродните влакна в модулното и сглобеното строителство и инженерните проблеми, които решава.

1. Защо сглобяването променя материалното изискване

Традиционното строителство на място толерира тежки материали, защото структурата е сглобена на място, по едно парче наведнъж. Модулното строителство работи по различен начин: всеки модул се изгражда в контролирана фабрика, след което се вдига, подрежда, транспортира и съединява на място. Тази последователност наказва теглото и възнаграждава прецизността на измеренията.

Модул, който е с 20% по-лек, се нуждае от по-малки кранове, по-ниски транспортни разходи и по-прости повдигащи рамки. Модул, чиято структура не се разширява или изкривява между фабриката и обекта, поддържа непокътнатите си фасадни стави, прозоречни рамки и подравняване на услугите. Това не са незначителни предимства; те решават дали сглобеният проект остава в бюджета.

2. Основни приложения на въглеродните влакна в модулното строителство

CFRP не е един продукт, а семейство от форми. Всяка форма се съчетава естествено с различна част от сглобена сградна система.

2.1 Носещи панели и подови касети

Платите от въглеродни влакна и сандвич панелите образуват тънки, високотвърди подови и стенни касети. Сандвич панел с лице на ХФРП може да замени много по-дебел стоманен или бетонен елемент, като същевременно носи сравними огъващи натоварвания, освобождавайки използвана площ на пода и намалявайки мъртвото натоварване, което фондацията трябва да поддържа. За обемните модулни единици това означава повече единици на транспортен товар и по-малко краняж на място.

2.2 Структурни рамки и свързващи възли

Свързването между модулите е най-напрегната и най-чувствителна към толерантността част от сглобена конструкция. Профилите от въглеродни влакна, пултрудните секции и обработените плочи произвеждат твърди, безкорозионни скоби за свързване и рамки за момент, които се завързват многократно. Тъй като машините от ХФРП са чисти, сложната геометрия на възлите може да бъде произведена за чертеж без изкривяване на заваряването - постоянен проблем с качеството в стоманените модулни рамки.

2.3 Фасадни облицовки и архитектурни профили

Фасадните панели и прозоречните рамки, изработени от прегрег от въглеродни влакна, съчетават тънки елегантни секции с висока твърдост, което позволява големи стъклени отвори без обемни мули. Материалът също така устоява на топлинния цикъл, който кара металните рамки да се разширяват и уплътнителните съединения да се провалят, поддържайки устойчивостта към атмосферни условия през целия живот на сградата.

2.4 Засилване и модернизация на съществуващите конструкции

Когато сградата е удължена, преобразувана или натоварена извън оригиналния си дизайн, въглеродните влакна и ламинатните ленти, свързани с бетон или зидария, добавят капацитет за огъване и срязване с част от добавеното тегло на сливането на стоманените плочи. Това е общо допълнение към модулните проекти, при които новите единици трябва да бъдат свързани с съществуваща рамка.

3. Инженерният случай за въглеродни влакна

Ползите от ХФРП в строителството следват директно от измерените свойства на материала, а не от маркетинговия език.

3.1 Висока специфична сила и твърдост

Композитите от въглеродни влакна имат плътност около 1,6 g/cm³, срещу около 7,8 g/cm³ за стоманата. С модул на опън далеч над стоманата на основа тегло за тегло, член от ХФРП може да съответства на твърдостта на еквивалент на стомана при част от масата.

3.2 Корозионна устойчивост

За разлика от стоманата, полимерната матрица не ръждее. В крайбрежните разработки, паркингите, пречиствателните съоръжения за вода и всяка влажна среда, армирането с въглеродни влакна избягва поддръжката на защитното покритие, която изисква стоманата, намалявайки разходите за целия живот.

3.3 Ниско топлинно разширение

CFRP показва ниски коефициенти на топлинно разширение, особено по посоката на влакната. Ето защо фасадните и конструктивните елементи се движат много малко между зимата и лятото, което защитава уплътненията, стъкленията и прецизните съединения в сглобен плик.

3.4 Умора и издръжливост

Композитните конструкции добре понасят повтарящи се циклични натоварвания, което е предимство за подовите касети, мостовите палуби и всеки елемент, подложен на трафик или вибрации. Умората е често срещан начин на повреда в металните конструкции и слаба точка, която ХФРП до голяма степен избягва.

4. Практични бележки за изпълнение

Въглеродните влакна изпълняват обещанието си само когато са посочени правилно. Това са точките, които повдигаме при избора на материали при строителните клиенти.

4.1 Ранно адресиране на пожарната ефективност

Органичните полимерни матрици изискват защитни мерки, за да отговарят на пожарните кодекси на сградите. За постигане на необходимия огнен рейтинг се използват интумесцентни покрития, системи от смола, пълни с минерали, и непогорими покрития, а предварително окислените влакна и арамидният филц са ефективни непогорими бариерни материали в огнени сглобявания. Стратегията за пожар трябва да бъде фиксирана преди финализирането на конструктивните секции, а не след това.

4.2 Предотвратяване на галванична корозия на метални интерфейси

Когато въглеродните влакна контактират с алуминиеви или стоманени фиксиращи устройства, изолиращите шайки, корпусите или тънкият изолационен слой предотвратяват галваничната корозия при влажни условия. Този малък детайл има голям ефект върху издръжливостта.

4.3 Помислете за твърдостта, а не само за силата

В строителните елементи, отклонението обикновено управлява дизайна, а не крайната сила. Тъй като твърдостта на CFRP е насочена, разположението трябва да бъде ориентирано към действителния път на натоварване; секция с грешна ориентация на влакната може да бъде едновременно по-тежка и по-гъвкава от необходимата.

4.4 Проектиране на гъвкавост във връзките

CFRP е силен и твърд, но крехък в сравнение със стоманата. Детализирането на връзката, което разпределя товара чрез свързани ръкави, вмъквания или хибридни стоманено-композитни съединения, предотвратява точковото натоварване, което може да причини внезапна повреда.

5. Където въглеродните влакна се вписват в продуктовата гама

Следващата таблица картографира общите сглобени конструктивни елементи към обикновено използваната форма на продукта от въглеродни влакна.

6. Кратки примери за приложение

Един разработчик, изграждащ подредени обемни модули за жилищен проект с ниско издигане, замени стоманената подова касета на всеки блок с сандвич панел с еквивалентна твърдост. Намаленото самотегло намалява класа кран, необходим за монтаж, и позволява два допълнителни модула за доставка на камион. Тъй като панелите са били фабрично нарязани за чертеж, фасадните съединения между подредените единици са подравнени без регулиране на място, съкратявайки периода на сушене и намалявайки преработката на уплътнителя.

7. Допълнителни материали от един и същ източник

Предварително изработените строителни проекти рядко използват само въглеродни влакна, а придобиването на пълния текстилен пакет от един доставчик опростява поръчките.

• Арамидна тъкан и прежда за устойчиви на удар фасадни облицовки и защитни слоеве в зони с високо движение.

• Предокислени влакна филц и тъкан за пожарни бариери и високотемпературна изолация в сервизните ядра.

• Ткан от въглеродни влакна за ремонт на мокро разположение, локално армиране и производство на прототипни панели.

8. Защо да работите с Tanchain

Shanghai Tanchain New Material Technology доставя въглеродни влакна, препрег, плочи, тръби и готови продукти заедно с арамидни и предварително окислени материали от влакна, давайки на модулните и сфабрикуваните строителни клиенти един източник за структурно и пожарозащитно текстилно съдържание. Продуктите се произвеждат под контролирана система за управление на качеството, а размерите се съгласуват с чертежите на проекта преди производството, а не след доставката.

Правилно специфицирани, въглеродните влакна превръщат теглото и толерантното налягане на предварителната фабрика в конкурентно предимство: по-леки модули, по-ниски разходи за транспорт и повдигане и плик, който поддържа подравняването си за целия живот на сградата.

Планиране на модулен или сглобен проект и сравняване на материали? Разгледайте нашата гама от продукти от въглеродни влакна илисвържете се с нашия екип да обсъдим панели, профили и арматура за вашата сградна система.