Los edificios de Estructura de acero se han convertido en una opción importante para los edificios modernos resistentes sísmicos debido a su peso ligero, alta resistencia y buena ductilidad. Sin embargo, el rendimiento sísmico de las estructuras de acero no está determinado únicamente por los materiales mismos, sino que depende de la optimización colaborativa de múltiples dimensiones, como el diseño estructural, la construcción de nodos, el rendimiento del material y la calidad de la construcción. Este artículo elabora sistemáticamente sobre las estrategias centrales para mejorar el rendimiento sísmico de los edificios de estructura de acero desde cinco aspectos: filosofía de diseño, tecnología de construcción, selección de materiales, tecnología de construcción y gestión de mantenimiento.

1 、 Diseño estructural: con "disipación de energía dúctil" como concepto central

1. Elija razonablemente el sistema estructural

La resistencia sísmica de las estructuras de acero primero depende de la racionalidad del sistema estructural. Los sistemas estructurales resistentes sísmicos comunes incluyen:

Estructura del marco: disipa la energía sísmica a través de la deformación plástica de los nodos de la columna del haz, adecuado para edificios de altura media a baja;

Estructura de soporte de marco: agregar soportes centrales o excéntricos (como los paneles de pandeo BRB) para mejorar significativamente la rigidez lateral;

Estructura del tubo: utilizando una combinación de marco de acero y tubo de núcleo de concreto, adecuado para edificios súper altos.

La investigación ha demostrado que los edificios que utilizan un sistema de fuerza lateral dual (como un sistema de soporte de cuadros) mejoran su rendimiento sísmico en más del 40% en comparación con un solo sistema.

2. Optimizar la distribución de rigidez y la configuración de calidad

Uniformización de la rigidez: para evitar cambios repentinos en la rigidez del piso (como el fenómeno de la "capa débil" en los pisos superiores de los edificios residenciales), se debe adoptar el soporte vertical continuo o el diseño de la capa de transferencia reforzada;

Control de excentricidad de calidad: simular la distribución de calidad a través de modelos BIM para reducir los efectos torsionales y garantizar la deformación coordinada de la estructura durante los terremotos.

3. Diseño del mecanismo de consumo de energía

El principio de columnas fuertes y vigas débiles: al ajustar las dimensiones de la sección transversal y el refuerzo de vigas y columnas, asegúrese de que el extremo del haz forma una bisagra de plástico antes del extremo de la columna para evitar el colapso general;

Integración de componentes de disipación de energía: los amortiguadores metálicos, los soportes del péndulo de fricción y otros dispositivos de disipación de energía se agregan a las piezas de soporte de carga, lo que puede absorber el 30% -50% de la energía sísmica.

2 、 Construcción del nodo: de "conexiones rígidas" a "nodos inteligentes"

1. Diseño de ductilidad del nodo

La falla de los nodos de la estructura de acero a menudo conduce al colapso de la estructura general. Las medidas clave incluyen:

Fortalecimiento de los refuerzos: establecer refuerzos en el área de conexión entre vigas y columnas para evitar el pandeo local;

Debilitamiento del hueso del perro (RBS): corte en forma de arco en la brida del extremo del haz para guiar la bisagra de plástico para moverse hacia afuera y proteger la costura de soldadura del nodo;

Conexión híbrida de soldadura por perno: combinando la conexión de tipo de fricción de perno de alta resistencia con la confiabilidad de la costura de soldadura para mejorar la ductilidad del nodo.

2. Aplicación de la nueva tecnología de nodos

Nodo de restablecimiento de autocontrol: usando hilos de acero pretensado o aleaciones de memoria de forma (SMA) para restaurar el nodo a su estado original después de un terremoto;

Componentes de consumo de energía extraíble: las placas de acero de consumo de energía extraíble se instalan en los nodos para un reemplazo rápido después de los terremotos, reduciendo los costos de reparación.

3 、 Propiedades del material: avances en acero de alta resistencia y materiales inteligentes

1. Aplicación de acero de alta resistencia

Mediante el uso de acero de alta resistencia, como Q460 y Q690, el tamaño transversal de los componentes se puede reducir en un 20% -30%, el peso propio de la estructura puede reducirse y, por lo tanto, la fuerza inercial sísmica se puede reducir;

El acero de bajo rendimiento (LYP100, resistencia al rendimiento de 100MPa) se usa para componentes de disipación de energía, y su alta ductilidad (alargamiento ≥ 40%) puede mejorar significativamente la capacidad de disipación de energía.

2. Innovación en materiales inteligentes

Acero de meteorización: al agregar elementos como el cobre y el cromo, la resistencia a la corrosión se mejora 5-8 veces, extendiendo la vida estructural;

Polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP): utilizado para el refuerzo local, con una resistencia a la tracción de hasta 10 veces la del acero y un peso de solo 1/5.

4 、 Tecnología de construcción: control de precisión y garantía de calidad

1. Prefabricación de fábrica y construcción de la asamblea

Los componentes son procesados ​​por CNC en la fábrica, con errores dimensionales controlados dentro de ± 2 mm para reducir la deformación de soldadura en el sitio;

Uso de la tecnología BIM para el ensamblaje previo para resolver conflictos de espacio de nodos complejos y garantizar la precisión de la instalación.

2. Actualización de tecnología de soldadura y prueba

Soldadura por robot: la soldadura automatizada se utiliza para soldaduras clave (como soldaduras de partición de columna de caja), con una tasa de aprobación única de más del 99%;

Pruebas no destructivas: uso integral de pruebas ultrasónicas (UT) y radiográficas (RT) para garantizar que la costura de soldadura esté libre de defectos como grietas y fusión incompleta.

3. Tratamiento anti corrosión y prevención del fuego

Espesor de la capa galvanizada de inmersión caliente ≥ 85 μ m, asegurando un ciclo anticorrosión de 50 años;

El recubrimiento de Fireproof de tipo expansión forma una capa de aislamiento de 30-50 mm cuando se expone al fuego, cumpliendo con un límite de resistencia al fuego de 2 horas.

5 、 Gestión de mantenimiento: monitoreo completo del rendimiento del ciclo de vida

1. Sistema de monitoreo de la salud

Instalar sensores de rejilla de fibra Bragg en áreas clave para monitorear la tensión, la deformación y la frecuencia de vibración en tiempo real;

Al combinar los algoritmos de IA, la precisión del daño estructural de advertencia (como el aflojamiento de pernos y el agrietamiento de soldadura) puede alcanzar más del 90%.

2. Pruebas y refuerzo regulares

Realizar una inspección integral cada 5 años, con un enfoque en áreas de nodos y condiciones de corrosión;

El refuerzo de acero externo o el envoltorio de tela de fibra de carbono se usan para restaurar la capacidad de carga de los componentes dañados.

6 、 Inspiración del estudio de caso: basándose en la experiencia japonesa

Como país con terremotos frecuentes, vale la pena referir la tecnología sísmica de la estructura de acero de Japón:

Las regulaciones obligatorias requieren que todos los edificios de estructura de acero se sometan a "cálculo final de la capacidad de carga" y "análisis del historial de tiempo";

Innovación tecnológica: promover el uso de aparatos ortopédicos restringidos (BRB) y cojinetes de aislamiento sísmico para reducir las fuerzas sísmicas en un 60% -70%;

Educación pública: realice regularmente simulacros de terremotos para mejorar las capacidades de respuesta de emergencia de los usuarios de construcción.

conclusión

Mejorar el rendimiento sísmico de los edificios de estructura de acero es un proyecto sistemático que necesita correr a través de todos los aspectos del diseño, la construcción y la operación y el mantenimiento. En el futuro, con la popularización de materiales inteligentes, tecnología gemela digital y construcción de robots, la resistencia sísmica de las estructuras de acero se moverá hacia una nueva etapa de "perceptible, ajustable y autocuración". A través de la innovación tecnológica y la mejora estandarizada, se espera que las estructuras de acero se conviertan en una de las formas de construcción más confiables para responder a los desastres de terremotos.

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