Hệ thống giảm chấn bằng thép có thể giúp các tòa nhà cao tầng trở nên an toàn hơn khi có động đất và giảm-chuyển động do gió gây ra-mà không tốn diện tích sàn có giá trị.
Khi các thành phố mở rộng và giá bất động sản toàn cầu tiếp tục tăng, các nhà phát triển ngày càng xây dựng những công trình cao hơn, mỏng hơn và nhẹ hơn. Tại các thị trường-chi phí cao như Luân Đôn, Hồng Kông, New York, Toronto, Wellington và Manila, nhu cầu sống và làm việc tại các khu thương mại trung tâm vẫn mạnh-thúc đẩy xu hướng xây dựng-cao tầng.
Các phương pháp xây dựng hiện đại cho phép các tòa nhà chọc trời mọc lên trên diện tích ngày càng hẹp, tạo ra các mặt cắt kiến trúc đẹp mắt. Mặc dù những tòa tháp mảnh khảnh này đáp ứng nhu cầu về chỗ ở nhưng chúng cũng dễ bị ảnh hưởng-chuyển động do gió hơn.
Michael Montgomery, CTO và Giám đốc điều hành tại Kinetica Dynamics giải thích: “Sự ảnh hưởng này dễ nhận thấy hơn ở các tầng cao hơn”. "Mặc dù không phải là mối nguy hiểm về an toàn nhưng nó có thể khiến người ngồi trong xe bị say tàu xe. Đó là lý do tại sao các nhà phát triển ngày càng kêu gọi các kỹ sư phát triển bộ giảm chấn để giảm chuyển động này."
Thử thách với bộ giảm chấn truyền thống
Hiện nay, hai loại van điều tiết phổ biến được lắp đặt trên các đỉnh tòa nhà: bộ giảm chấn khối lượng đã điều chỉnh (hệ thống cơ học hấp thụ rung động) và bộ giảm chấn-bình chứa nước (sử dụng khối lượng tăng thêm để chống lại sự lắc lư).
Both solutions are bulky-often exceeding two full floors (>100 mét vuông). Tại các thị trường đô thị có giá trị cao,-có giới hạn về đất đai-, chi phí không gian này là rất lớn.
Giải pháp tích hợp-Thép: Bộ giảm chấn khớp nối Viscoelastic (VCD)
Để giải quyết những hạn chế này, Kinetica Dynamics có trụ sở tại-Toronto đã hợp tác với nhà sản xuất vật liệu 3M và nhà sản xuất thép Nippon Steel & Sumitomo Metal Engineering để phát triển một bộ giảm chấn giúp ngăn chặn sự lắc lư do gió-gây ra và chấn động địa chấn mà không chiếm diện tích sàn cao cấp.
Bộ giảm chấn khớp nối Viscoelastic (VCD) mới được phát triển tận dụng công nghệ polyme nhớt đàn hồi của 3M-sử dụng khả năng chống cắt, chống biến dạng và các đặc tính bộ nhớ đàn hồi-được kẹp giữa các lớp thép kết cấu cường độ-cao (tương đương SM490A / Q345).
Nippon Steel & Sumitomo Metal Engineering đã thiết kế mô-đun VCD bằng cách dát nhiều lớp nhớt đàn hồi giữa các tấm thép cacbon kết cấu, tạo ra bộ giảm chấn nhỏ gọn,{0}}hiệu suất cao.
Lắp đặt hợp lý với các thành phần thép tiêu chuẩn
Các mô-đun này được vận chuyển đến công trường và đúc trực tiếp vào kết cấu bê tông cốt thép của tòa nhà chọc trời cùng với các phần kết cấu thép tiêu chuẩn (Q235/Q345). "Các phần chôn" được các nhà sản xuất thép địa phương chế tạo bằng cách sử dụng ván khuôn đơn giản làm bộ phận bảo vệ dung sai, sau đó được cố định bằng bu lông thép cường độ cao- (tương đương A490 / 50CrVA) trong quá trình lắp ráp cuối cùng.
Montgomery giải thích: “Điều này có nghĩa là các nhà thầu chung có thể lắp đặt VCD mà không cần đội ngũ chuyên gia”. "Việc sử dụng các phần thép kết cấu tiêu chuẩn được chế tạo tại địa phương làm phần nhúng giúp quá trình này trở nên đơn giản và có thể mở rộng."
Qua tám năm phát triển và thử nghiệm tại Đại học Toronto, Kinetica Dynamics, 3M và Nippon Steel đã có công nghệ VCD tiên tiến dành cho-các ứng dụng bê tông cốt thép cao tầng-và việc áp dụng hiện đang tăng tốc trên toàn cầu.
Kiểm tra nghiêm ngặt xác nhận hiệu suất
Các giao thức thử nghiệm VCD bao gồm các thử nghiệm giảm chấn-quy mô đầy đủ để xác thực cả hiệu suất của nền thép và polyme đàn hồi nhớt, xác nhận tính hiệu quả giảm chấn và độ bền-lâu dài. Kết quả cho thấy hiệu suất giảm chấn được cải thiện đáng kể so với các hệ thống kết cấu thông thường-cho dù đối với các sự kiện gió/địa chấn thông thường hay các tình huống cực đoan như bão và động đất lớn.
Montgomery lưu ý: “Chúng tôi đã dành nhiều năm nghiên cứu và thử nghiệm toàn diện các VCD này. "Mô-đun VCD được sản xuất bằng thép kết cấu SM490A tiêu chuẩn của Nhật Bản với polyme nhớt đàn hồi 3M-một sự kết hợp có độ bền cao."
"Trong quá trình thử nghiệm, chúng tôi nhận thấy van điều tiết hoạt động tốt hơn mà không cần thêm lớp dính giữa thép và polymer. Bu lông cố định là bu lông kết cấu thép lục giác A490 tiêu chuẩn của Nhật Bản, mang lại lực kẹp đặc biệt."
Vị trí chiến lược để bảo vệ tối đa
Việc phân bổ và định vị van điều tiết xung quanh tháp phụ thuộc vào thiết kế kỹ thuật kết cấu và địa chấn. Ở những vùng có-địa chấn cao, VCD không chỉ giảm cường độ rung mà còn giảm thiểu yêu cầu sửa chữa sau-sự kiện.
Montgomery cho biết thêm: "Khi công suất VCD được thiết kế cho ngưỡng tải xác định trước, các phần tử kết nối đóng vai trò là 'cầu chì cấu trúc'-bảo vệ các thành phần cấu trúc liền kề khỏi hư hỏng". "Sau một sự kiện địa chấn lớn, chỉ những cầu chì này mới cần được kiểm tra và thay thế-để đơn giản hóa quá trình phục hồi."
Triển khai thực tế-trên thế giới
Kinetica Dynamics, 3M và Nippon Steel đã triển khai công nghệ VCD tại các khu phát triển quan trọng nằm ở các vùng có-gió cao và{2}}địa chấn cao:
- Tháp Central Park, Manila: Hai tòa tháp (267m và 217m) nằm trong khu vực- dễ bị bão, nằm cách các đường đứt gãy lớn hàng km. Mỗi tháp kết hợp 32 VCD-có tác dụng giảm tải trọng gió và động đất một cách hiệu quả trên toàn bộ cấu trúc.
- Chung cư Y+C, Toronto: Tòa nhà cao 62 tầng có 42 VCD thay thế các dầm ghép thép thông thường ở lõi trung tâm của tòa nhà.
Tại sao thép lại cần thiết cho hiệu suất của VCD
Sự thành công của công nghệ VCD phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu chính xác:
| Thành phần | Đặc điểm kỹ thuật vật liệu | Chức năng |
| Vỏ mô-đun | Thép cacbon kết cấu SM490A/Q345 | Cung cấp tính toàn vẹn cấu trúc, khả năng hàn và khả năng chống mỏi |
| Bu lông kết nối | Thép hợp kim A490/50CrVA | Cung cấp lực kẹp cao và khả năng chịu tải theo chu kỳ |
| Phần nhúng | Phần kết cấu thép Q235/Q345 | Cho phép tích hợp liền mạch với công trình bê tông địa phương |
| Bảo vệ chống ăn mòn | Lớp phủ giàu kẽm-hoặc phần cứng không gỉ 304/316L | Đảm bảo độ bền-lâu dài trong môi trường ẩm ướt hoặc ven biển |
>Thông tin chi tiết về lựa chọn vật liệu: Dành cho các ứng dụng giảm chấn địa chấn và-kết cấu cao tầng yêu cầu khả năng chống mỏi, khả năng hàn và độ bền trong vòng đời:
- Thép cacbon kết cấu (Q235/Q345/Q355 / SM490A / ASTM A572): Lý tưởng cho vỏ van điều tiết, vật nhúng và khung
- Bu lông thép hợp kim (A490/50CrVA/42CrMo): Cần thiết cho các kết nối lực-kẹp-cao trong tải động
- Thép không gỉ (304/316L): Được khuyên dùng cho phần cứng ở môi trường ven biển hoặc môi trường có độ ẩm-cao
- Tất cả các loại đều hỗ trợ chứng nhận nhà máy EN 10204 3.1, cắt tùy chỉnh và đóng gói sẵn-xuất khẩu cho các dự án toàn cầu.
Khi các tòa nhà chọc trời ngày càng trở thành giải pháp ưa thích cho cuộc sống và làm việc ở đô thị, công nghệ giảm chấn tích hợp-bằng thép như VCD mang đến sự kết hợp mạnh mẽ: nâng cao độ an toàn, cải thiện sự thoải mái cho người ở và tối đa hóa diện tích cho thuê. Tiềm năng tăng trưởng là đáng kể.
Bạn cần thép cacbon kết cấu, bu lông thép hợp kim hoặc thép không gỉ -chống ăn mòn để giảm chấn, xây dựng-cao tầng hoặc ứng dụng công nghiệp?
>Jiangsu Cunrui cung cấp thép carbon (Q235/Q345/Q355/SM490A), thép hợp kim (50CrVA/30Mn2/42CrMo/A490) và thép không gỉ (304/316L/310S/2205) ở dạng tấm, thanh, cuộn và các dạng cắt-tùy chỉnh{14}}có chứng nhận nhà máy đầy đủ (EN 10204 3.1), độ chính xác hỗ trợ chế biến và hậu cần xuất khẩu.