Stalen bouwmaterialen verwijst naar de algemene term voor verschillende materialen die voornamelijk uit staal bestaan en worden verwerkt en gevormd door smelten, walsen, lassen, koudbuigen en andere processen, en worden gebruikt in de hoofdstructuur of het omsluitingssysteem van gebouwen en constructies. Ze hebben de traditionele baksteen-, hout- en steenmaterialen overtroffen en zijn de kernpijler van de moderne bouwsector geworden.
Kernleden zijn onder meer:
Constructiestaal: zoals warmgewalst H-vormig staal, I-vormig staal (I-vormig staal), hoekstaal, kanaalstaal, vierkante/rechthoekige buis (doosvormig staal), ronde stalen buis, stalen plaat, enz., die het skelet van het gebouw vormen (balken, kolommen, spanten).
Wapening: Staal met schroefdraad, gewone ronde stalen staven, enz., worden ingebed in beton om gewapend beton te vormen, waardoor de treksterkte aanzienlijk wordt verbeterd.
Koudgebogen dunwandig staal: Dunne stalen platen worden koud gebogen in C-vormige, U-vormige, Z-vormige en andere dwarsdoorsneden, gebruikt voor lichte staalconstructies (zoals laagbouw woongebouwen, tussenverdiepingen) en secundaire constructies.
Stalen platen/metaalplaten: Gebruikt voor vloerbedekkingen (gegolfde staalplaten), wand-/dakbehuizingssystemen (gekleurde stalen platen, sandwichpanelen).
Connectoren: Zeer sterke bouten, lasmaterialen, verbindingsplaten, enz., om de integriteit en stabiliteit van de constructie te garanderen.
Kernfuncties:
Uitstekende sterkte en licht gewicht: De extreem hoge sterkte-gewichtsverhouding maakt de constructie van gebouwen met grote overspanningen en grote spelingen mogelijk, waardoor de funderingsbelasting wordt verminderd.
Homogeniteit en betrouwbaarheid: het materiaal is uniform, de mechanische eigenschappen zijn stabiel, de kwaliteitscontrole van het productieproces is streng en de resultaten van de ontwerpberekening zijn betrouwbaar.
Uitstekende plastic taaiheid: het kan enorme energie absorberen (zoals aardbevingen en windbelastingen) en is niet gevoelig voor plotselinge brosse breuken.
Fabrieksprefabricage en efficiënte montage: De componenten worden nauwkeurig geprefabriceerd in de fabriek en de boutverbinding of het lassen gebeurt snel ter plaatse, wat de bouwtijd aanzienlijk verkort.
Groen en duurzaam: zeer recyclebaar (het recyclingpercentage kan oplopen tot meer dan 95%) en de bouwvervuiling is laag (voornamelijk droge werking).
Flexibel ontwerp en vrije modellering: sterke plasticiteit, eenvoudig te realiseren complexe en nieuwe architectonische vormen en grote ruimtevereisten.
1. Waarom kiezen voor stalen bouwmaterialen?
In de concurrentie van veel bouwmaterialen vallen stalen materialen op en hun voordelen zijn onvervangbaar:
Uitstekende economische voordelen:
Korte bouwperiode = snel kapitaalherstel: De snelheid van de prefabricage- en montageconstructie is veel groter dan die van traditionele betonconstructies, waardoor veel tijd en arbeidskosten worden bespaard, en het project wordt eerder in gebruik genomen om voordelen te genereren.
Verlaging van de totale kosten: Een lager structureel eigen gewicht bespaart funderingskosten; fabrieksproductie vermindert afval ter plaatse; latere onderhoudskosten zijn relatief laag; hoog ruimtegebruik (groot kolomraster, kleine ligger en kolomsectie).
Langetermijnwaarde: Sterke duurzaamheid vermindert de frequentie van renovatie, heeft een lange levensduur en goede restwaarde (recyclebaar).
Voordelen van topprestaties:
Veilig en betrouwbaar: Hoge sterkte en hoge ductiliteit zorgen voor uitstekende aardbevings- en windbestendigheid, wat een ideale keuze is voor gebieden die gevoelig zijn voor aardbevingen en tyfoongebieden.
Stabiele en controleerbare kwaliteit: de productieomgeving in de fabriek is streng, de kwaliteitsinspectienormen zijn hoog en de nauwkeurigheid van componenten is gegarandeerd.
Grote overspanning en grote ruimte: Realiseer eenvoudig constructies met grote overspanningen met geen of weinig kolommen (zoals gymzalen, fabrieken, tentoonstellingshallen).
Gemakkelijk te transformeren en uit te breiden: Het structuursysteem is overzichtelijk, wat handig is voor latere versteviging, het toevoegen van vloeren of het opnieuw indelen van ruimte.
Een groene keuze voor duurzame ontwikkeling:
Een model van circulaire economie: Staal is momenteel een van de materialen met het hoogste recyclingpercentage. Het kan vrijwel oneindig worden gerecycled zonder de prestaties te verminderen, waardoor het bouwafval en het verbruik van hulpbronnen aanzienlijk worden verminderd (volgens gegevens van de World Steel Association).
Lage CO2-voetafdruk: Hoewel het energieverbruik bij de productie hoog is, verminderen de lange levensduur, de recycleerbaarheid en de prefabricageconstructie het energieverbruik en de uitstoot ter plaatse, waardoor de CO2-uitstoot gedurende de hele levenscyclus concurrerend wordt. Het korte proces van het gebruik van schrootstaal uit vlamboogovens kan de CO2-uitstoot verder verminderen.
Verminder de vervuiling ter plaatse: Droge werking is de belangrijkste methode, waardoor de vervuiling van het milieu door lawaai, stof en nat gebruik aanzienlijk wordt verminderd.
Compatibel met groene technologie: Stalen frame is een ideaal platform voor de integratie van energiebesparende technologieën zoals fotovoltaïsche zonnepanelen en groene daken.
Ontwerp- en constructieflexibiliteit:
Vormvrijheid: Realiseer de ongebreidelde creativiteit van de architect en creëer vele iconische gebouwen (zoals het Bird's Nest Stadium en de Eiffeltoren).
Prefabricage en montage: een sterk geïndustrialiseerde bouwmethode die minder wordt beïnvloed door het weer, met betere kwaliteit en controle van de bouwperiode, wat in lijn is met de ontwikkelingsrichting van de industrialisatie van de bouw.
Hoge precisie: Fabrieksproductie garandeert nauwkeurige componentafmetingen en kleine montagefouten op de bouwplaats.
2. Belangrijkste toepassingsgebieden van stalen bouwmaterialen
Het sterke aanpassingsvermogen van staalmaterialen zorgt ervoor dat het in allerlei bouwprojecten voorkomt:
Industriële gebouwen:
Fabriek/werkplaats: De geprefereerde structurele vorm voor fabrieken met één verdieping of meerdere verdiepingen. Grote overspanningen en grote ruimtes passen bij de indeling van productieapparatuur en assemblagelijnen.
Magazijn/logistiek centrum: De staalconstructie is de perfecte oplossing voor grote vrije hoogte en kolomafstand om vrachtopslag en efficiënte circulatie te vergemakkelijken.
Zware industriële faciliteiten: zoals frames, apparatuurplatforms en pijpsteunen van energiecentrales, raffinaderijen en chemische fabrieken.
Commerciële en openbare gebouwen:
Grote winkelcentra/winkelcentra: Er zijn ruime en flexibele binnenruimtes nodig om klanten aan te trekken.
Kantoorgebouwen / hoogbouw: de gecombineerde structuur van het stalen frame met kernbuis is de reguliere vorm van moderne superhoge gebouwen (zoals de Shanghai Tower).
Stadions/Conventie- en Tentoonstellingscentra: Realiseer supergrote overspanningen en onbelemmerde stands om een schokkende ruimtelijke ervaring te bieden (zoals het Vogelnest en grote luchthaventerminals).
Scholen/ziekenhuizen/luchthavens/transportknooppunten: vereisen een snelle constructie, weinig interferentie en een flexibele ruimtelijke indeling.
Infrastructuur:
Bruggen: De belangrijkste kabels, masten en brugdekken van bruggen met grote overspanningen (hangbruggen en tuibruggen) zijn belangrijke componenten; Stalen bruggen met kleine en middellange overspanningen worden steeds vaker gebruikt.
Torenmastconstructies: krachttorens, communicatietorens, windturbinetorens, enz.
Offshore-platforms: de hoofdstructuur van offshore-olieboorplatforms.
Opkomende velden en velden met meerdere verdiepingen:
Gebouwen met meerdere verdiepingen: De toepassing van lichte stalen kielsystemen in kantoorgebouwen, appartementsgebouwen en hotels (vooral modulaire gebouwen) groeit snel.
Laagbouw en woongebouwen:
Lichtstalen villa's/woningen: Koudgebogen dunwandige lichtstalen kielsystemen, snelle constructie, goede thermische isolatie en energiebesparende prestaties, en uitstekende aardbevingsbestendigheid.
Woongebouwen met stalen constructies met meerdere verdiepingen: promoot ze geleidelijk om het "tekort aan arbeidskrachten" op te lossen en de kwaliteit van gebouwen en het industrialisatieniveau te verbeteren.
Speciale constructies: zendmasten, sculpturen, tijdelijke gebouwen (mobiele huizen, podia), enz.
3. Veelgestelde vragen (V&A)
Vraag: Zijn gebouwen met staalconstructies duurder dan gebouwen van gewapend beton?
A: Het kan niet worden gegeneraliseerd. De initiële materiaalkosten kunnen iets hoger zijn, maar gezien de totale kosten (financiële en beheerskosten die worden bespaard door een kortere bouwperiode, lagere basiskosten, voordelen die voortvloeien uit een hoog ruimtegebruik, lage onderhoudskosten op de lange termijn, terugverdienbare waarde, enz.), hebben staalconstructies doorgaans aanzienlijke economische voordelen, vooral bij grootschalige industriële, commerciële en bouwperiodegevoelige projecten.
Vraag: Wat moet ik doen als staal gevoelig is voor roest en corrosie?
A: Dit is te voorkomen en controleerbaar. Moderne staalconstructies nemen meerdere beschermende maatregelen:
Oppervlaktevoorbehandeling: Zandstralen om roest tot het gespecificeerde niveau te verwijderen.
Langdurige anticorrosiecoating: spuitprimer, tussenverf, toplaag (zoals epoxy-zinkrijke primer, epoxy-glimmer tussenverf, polyurethaan toplaag), ontwerp het coatingsysteem en de dikte volgens het corrosieniveau van de omgeving.
Thermisch verzinken: Zeer effectief voor kleine componenten of onderdelen in zware omstandigheden.
Weervast staal: Onder bepaalde atmosferische omstandigheden zal zich een stabiele en dichte roestlaag vormen om de ondergrond te beschermen, waardoor verven en onderhoud overbodig wordt (vaak gebruikt voor blootgestelde constructies).
Kathodische bescherming: Gebruikt voor onderwater- of ondergrondse constructies (zoals offshore platformpaalfunderingen). Standaardontwerp, zorgvuldige constructie en regelmatige inspectie en onderhoud kunnen de lange termijn service van staalconstructies garanderen.
Vraag: Staal is niet brandwerend, wat moet ik doen als er brand ontstaat?
A: Hoewel staal niet brandbaar is, zal de sterkte ervan sterk afnemen bij hoge temperaturen (boven ongeveer 550°C). Daarom is brandbeveiliging een verplichte vereiste voor het ontwerp van staalconstructies. Veel voorkomende methoden zijn onder meer:
Brandvertragende coating: Opschuimende (zet uit bij brand en vormt een isolerende koolstoflaag) of niet-opschuimende (dikke isolatie) brandvertragende coating.
Vuurvaste plaatverpakking: zoals gipsplaat, calciumsilicaatplaat, steenwolplaat, enz.
Beton-/mortelverpakking: Vormt een beschermende laag.
Structuur gevuld met water (watermantel).
Door wetenschappelijk ontwerp en constructie kan de brandweerstandslimiet van staalconstructies volledig voldoen aan de eisen van de brandbeveiligingsvoorschriften voor gebouwen.
Vraag: Is het geluidsisolatie- en warmte-isolerende effect van gebouwen met staalconstructies goed?
A: Staal zelf is een goede warmtegeleider (snelle warmtegeleiding), maar de thermische isolatie- en geluidsisolatieprestaties van gebouwen met staalconstructies hangen voornamelijk af van het behuizingssysteem en de vulmaterialen (zoals muur-/dakisolatiewol, sandwichpanelen, decoratieve binnen- en buitenmuurpanelen, vloergeluidsisolatiestructuur). Moderne staalconstructiesystemen kunnen volledig voldoen aan de comforteisen van traditionele gebouwen of deze zelfs overtreffen door middel van een redelijk ontwerp van isolatielagen, het gebruik van gebroken brugtechnologie (blokkeren van koudebruggen), vulling met hoogwaardige geluidsisolatiematerialen en andere maatregelen. Lichte stalen kielwand gevuld met glaswol of steenwol is een uitstekende thermische isolatie- en geluidsisolerende structuur.
Vraag: Is de staalconstructie geschikt voor residentieel gebruik?
A: Zeer geschikt en een van de toekomstige ontwikkelingsrichtingen.
Licht stalen kielsysteem wordt veel gebruikt in laagbouwvilla's, landhuizen, appartementen, modulaire huizen, wederopbouw na een ramp, enz., met de voordelen van goede aardbevingsbestendigheid, snelle constructie, energiebesparing en milieubescherming, en flexibele ruimte.
De technologie van stalen woongebouwen met meerdere verdiepingen is volwassen en wordt veel gebruikt in het buitenland, en wordt ook actief gepromoot in China. De voordelen zijn een hoge bouwsnelheid (ongeveer 1/3 korter dan traditionele), hoge kwaliteit van in de fabriek geproduceerde componenten, hoge woningprijzen, superieure seismische prestaties en eenvoudiger realisatie van groene gebouwen en geïndustrialiseerde constructie (geprefabriceerde gebouwen).
Stalen bouwmaterialen hebben het aanzien van de moderne architectuur diepgaand veranderd met hun ongeëvenaarde sterkte, taaiheid, constructiesnelheid, ontwerpflexibiliteit en duurzaamheid. Van prachtige monumentale gebouwen tot efficiënte en praktische industriële installaties, van bruggen over natuurlijke grachten tot warme en comfortabele huizen: staalconstructies bouwen in stilte veiligere, efficiëntere en groenere ruimtes voor mensen. Met de voortdurende vooruitgang van de materiaalwetenschap, productietechnologie en ontwerpconcepten zal staal, als het kernskelet van gebouwen, een steeds crucialere rol spelen bij het vormgeven van een duurzame toekomstige leefomgeving. Kiezen voor staal betekent kiezen voor een sterke, efficiënte en groene toekomst van de architectuur.
