Ogljikova vlakna v modularni in montažni gradnji

Ogljikova vlakna v modularni in montažni gradnji: aplikacije in inženirske koristi

Ogljikovo vlakno se je iz letalskega hangarja preselilo v tovarniška tla gradbene industrije. Z rastjo modularne in montažne konstrukcije projektne ekipe potrebujejo konstrukcijske materiale, ki so dovolj lahki za dviganje in prevoz, dovolj togi za razpon in dovolj stabilni, da ohranijo tovarniške tolerance vse do gradbišča. Polimer, ojačan z ogljikovimi vlakni (CFRP) hkrati odgovarja na vse tri zahteve, zato se zdaj pojavlja v nosilnih ploščah, povezovalnih okvirjih, fasadnih elementih in ojačitvenih sistemih v montažnih gradbenih projektih. Ta članek pregleduje resnične aplikacije ogljikovih vlaken v modularni in montažni gradnji ter inženirske težave, ki jih rešuje.

1. Zakaj montažna izdelava spreminja materialne zahteve

Tradicionalna gradbena gradnja prenaša težke materiale, ker je konstrukcija sestavljena na mestu, en kos naenkrat. Modularna gradnja deluje drugače: vsak modul je zgrajen v nadzorovani tovarni, nato dvignjen, zložen, transportiran in združen na kraju samem. To zaporedje kaznuje težo in nagrajuje dimenzijsko natančnost.

Modul, ki je 20 odstotkov lažji, potrebuje manjše žerjave, nižje stroške prevoza in enostavnejše dvižne okvirje. Modul, katerega struktura se med tovarno in lokacijo ne razširi ali se ne izogiba, ohranja nedotaknjeno poravnavo fasadnih spojev, okenskih okvirov in storitev. To niso manjše prednosti; odločajo se, ali montažni projekt ostane v skladu s proračunom.

2. Glavne aplikacije ogljikovih vlaken v modularni gradnji

CFRP ni en sam proizvod, ampak družina oblik. Vsak obrazec naravno kartira na različen del montažnega gradbenega sistema.

2.1 Nosilne plošče in talne kasete

Plošče iz ogljikovih vlaken in sendvič plošče tvorijo tanke, visoko toge talne in stenske kasete. Sendvič plošča s CFRP lahko nadomesti veliko debelejši jekleni ali betonski element, medtem ko nosi primerljive upogibne obremenitve, osvobodi uporabno talno površino in zmanjša mrtvo obremenitev, ki jo mora podpirati temelj. Pri volumetričnih modularnih enotah to pomeni več enot na transportno obremenitev in manj žerjav na kraju samem.

2.2 Strukturni okviri in povezovalna vozlišča

Povezava med moduli je najbolj obremenjen in najbolj tolerančen del montažne konstrukcije. Profili iz ogljikovih vlaken, pultrudirani deli in obdelane plošče proizvajajo toge, brez korozije priključne nosilce in momentne okvire, ki se ponavljajo skupaj. Ker stroji CFRP čisti, je mogoče kompleksno geometrijo vozlišča izdelati do risanja brez varjenja - trajna težava s kakovostjo v jeklenih modularnih okvirjih.

2.3 Fasadne obloge in arhitekturni profili

Fasadne plošče in okenski okvirji iz prepreg iz ogljikovih vlaken združujejo tanke elegantne dele z visoko togostjo, kar omogoča velike zastekline odprtine brez obsežnih mullionov. Material se upre tudi toplotnemu ciklusu, ki povzroča razširitev kovinskih okvirjev in odpoved tesnilnih spojev, kar ohranja vremensko neprepustnost skozi celotno življenjsko dobo ovoja stavbe.

2.4 Okrepitev in naknadna oprema obstoječih konstrukcij

Ko je stavba razširjena, pretvorjena ali obremenjena preko prvotne zasnove, tkanina iz ogljikovih vlaken in laminatni trakovi, vezani na beton ali zid, dodajajo upogibno in strižno zmogljivost z delčkom dodane mase lepljenja jeklenih plošč. To je skupno dopolnilo modularnim projektom, kjer se morajo nove enote povezati z obstoječim okvirjem.

3. Inženirski primer za ogljikova vlakna

Prednosti CFRP v gradbeništvu izhajajo neposredno iz izmerjenih lastnosti materiala in ne iz tržnega jezika.

3.1 Visoka specifična trdnost in togost

Kompositi ogljikovih vlaken imajo gostoto okoli 1,6 g/cm³, pri jeklu pa približno 7,8 g/cm³. Z nateznim modulom, ki je veliko nad jeklom glede na težo glede na težo, se lahko člen CFRP ujema s togostjo jekla, ki je ekvivalentna pri delu mase.

3.2 Odpornost proti koroziji

Za razliko od jekla polimerna matrica ne rjavi. Pri obalnih razvojih, parkiriščih, napravah za čiščenje vode in vsakem vlažnem okolju ojačitev ogljikovih vlaken preprečuje vzdrževanje zaščitnih premazov, ki jih zahteva jeklo, in znižuje stroške celotne življenjske dobe.

3.3 Nizka toplotna širitev

CFRP kaže nizke koeficiente toplotne ekspanzije, zlasti vzdolž smeri vlaken. Fasadni in konstrukcijski elementi se zato med zimo in poletjem premikajo zelo malo, kar ščiti tesnila, zasteklitve in natančne spoje v montažnem ovoju.

3.4 Utrujenost in trajnost

Sestavljene konstrukcije dobro prenašajo ponavljajoče se ciklične obremenitve, kar je prednost za talne kasete, mostične krove in kateri koli element, ki je izpostavljen prometu ali vibracijam. Utrujenost je pogost način okvare v kovinskih konstrukcijah in šibka točka, ki se ji CFRP v veliki meri izogiba.

4. Praktične opombe o izvajanju

Ogljikovo vlakno izpolnjuje svojo obljubo le, če je pravilno določeno. To so točke, ki jih izpostavljamo pri gradbenih strankah pri izbiri materiala.

4.1 Zgodnje obravnavanje požarne uspešnosti

Organske polimerne matrice zahtevajo zaščitne ukrepe za izpolnjevanje požarnih pravil stavb. Za doseganje zahtevane požarne stopnje se uporabljajo sestavni premazi, mineralni smolni sistemi in negorljive plasti, predoksidirana vlakna in aramidna klobučevina pa so učinkoviti negorljivi pregradni materiali v požarnih sklopih. Požarno strategijo je treba določiti pred dokončanjem konstrukcijskih odsekov, ne po tem.

4.2 Preprečevanje galvanske korozije na kovinskih vmesnikih

Kadar ogljikova vlakna stikajo z aluminijastimi ali jeklenimi pritrdilnimi elementi, izolacijske podložke, puše ali tanka izolacijska plast preprečujejo galvansko korozijo v vlažnih pogojih. Ta majhna podrobnost ima velik učinek na trajnost.

4.3 Razmislite o togosti, ne le o moči

Pri gradbenih elementih upogiba običajno ureja konstrukcijo in ne končno trdnost. Ker je togost CFRP usmerjena, mora biti položaj usmerjen na dejansko pot obremenitve; Del z napačno usmerjenostjo vlaken je lahko težji in bolj prilagodljiv, kot je potrebno.

4.4 Oblikovanje duktilnosti v povezave

CFRP je močan in trd, vendar krhek v primerjavi z jeklom. Podrobnosti povezave, ki porazdelijo obremenitev skozi lepljene rokave, vložke ali hibridne jekleno-kompozitne spoje, preprečujejo točkovno obremenitev, ki lahko povzroči nenadno okvaro.

5. Kjer se ogljikova vlakna prilegajo v paleto izdelkov

V naslednji preglednici so opisani skupni montažni gradbeni elementi v obliki izdelkov iz ogljikovih vlaken, ki se običajno uporabljajo.

6. Kratek primer uporabe

Razvijalec, ki je izdelal zložene volumetrične module za nizko stanovanjski projekt, je zamenjal jekleno talno kaseto vsake enote s sendvič ploščo s CFRP oblogo enakovredne togosti. Zmanjšana samoteža je zmanjšala razred žerjava, potreben za montažo, in omogočila dva dodatna modula na dostavo tovornjaka. Ker so bile plošče tovarniško izrezane na risanje, so fasadni spoji med zloženimi enotami poravnani brez nastavitve na kraju samem, kar je skrajšalo obdobje sušenja in zmanjšalo predelavo tesnilne mase.

7. Dopolnilni materiali iz istega vira

Montažni gradbeni projekti redko uporabljajo samo ogljikova vlakna, nabava celotnega tekstilnega paketa pri enem dobavitelju pa poenostavi nabavo naročil.

• Aramidne tkanine in preja Za fasadne obloge, odporne proti udarcem, in zaščitne plasti na območjih z velikim prometom.

• Klobučevina in tkanina iz predoksidiranih vlaken Za požarne pregrade in visokotemperaturno izolacijo v servisnih jedrih.

• Tkanine iz ogljikovih vlaken za popravilo mokrega položaja, lokalno ojačitev in proizvodnjo prototipov plošč.

8. Zakaj delati z Tanchain

Shanghai Tanchain New Material Technology dobavlja tkanine iz ogljikovih vlaken, prepreg, plošče, cevi in končne izdelke skupaj z aramidnimi in predoksidiranimi materiali iz vlaken, kar omogoča modularnim in montažnim gradbenim strankam en sam vir strukturne in protipožarne zaščitne tekstilne vsebine. Izdelki se izdelujejo po nadzorovanem sistemu vodenja kakovosti, dimenzije pa so dogovorjene glede na projektne risbe pred proizvodnjo in ne odkrite po dostavi.

Pravilno določena ogljikova vlakna pretvorijo težo in tolerančne tlake montaže v konkurenčno prednost: lažje module, nižje stroške prevoza in dviganja ter ovojnico, ki ohranja usklajenost za življenjsko dobo stavbe.

Načrtovanje modularnega ali montažnega projekta in primerjava materialov? Prebrskajte našo ponudbo izdelkov iz ogljikovih vlaken aliKontaktirajte našo ekipo Za razpravo o ploščah, profilih in ojačitvah za vaš stavbni sistem.