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In dieser Version von Industry Insights, wir haben interviewt Gordon W.. Bartlett, Strukturell, Petroleum Engineer und CEO von G.W.Bartlett and Associates LLC. Gordon hat eine umfangreiche Erfolgsbilanz mit Materialien, so kann sprechen ganz gut auf die Idee von "Leichtgewicht Technology" (LWT) als es bezieht sich zu Bauteilen und Design. Dieses Q.&A wird seine Erfahrungen präsentieren und sich mit dem Was und Warum der Leichtbautechnologie befassen.
Gordon Bartlett
CEO von G.W.Bartlett and Associates
Gordon ist ein Beispiel für das Engagement für Bildung: Er hat einen B.Sc in Chemieingenieurwesen und einen Ph.D.. in Petroleum Engineering mit Schwerpunkt Strukturdynamik der Rohölproduktion. Er ist ein pensionierter Professor für Chemieingenieurwesen und Erdöltechnik und hat über 40 internationale Veröffentlichungen zu diesem Thema. Beruflich, Gordon war ein ehemaliger Ingenieur für Rohölproduktion, ein Forschungsberater, sowie ein Chief Energy Consultant der Regierung von Trinidad und Tobago.
Sein Fokus lag auf der Entwicklung von LWT für den Lager- und Fertigungsbau. Dies hat es ihm ermöglicht, bezahlbaren Wohnraum für Familien mit niedrigem Einkommen in der Karibik zu entwerfen und bereitzustellen.
Grundlagen der Leichtbautechnologie
Q.: Was bedeutet Leichtgewichtstechnologie??
Ein: Unsere Bedeutung von "Leichtgewichtstechnologie" ist eine Technologie oder Branche innerhalb des Hochbaus, die nutzt Jedes Stahlprofil oder -system, das die gleiche strukturelle Festigkeit wie herkömmliche Stahlfestigkeiten erreichen kann Stahlprofile mit einem entsprechenden Gewichtsabnahme von mehr als 50 Prozent. Es muss angemerkt werden, dass derzeit, jeder Abschnittstyp traditioneller Stahlsysteme (z.B. H.,I,L- und T-Abschnitte) ist mehr als 500% schwerer als jedes Mitglied des LWT-Abschnitts für eine bestimmte Oberfläche, wodurch eine deutlich verbesserte Handhabungslogistik während des Feldbetriebs ermöglicht wird.
Zum Beispiel durch Verwendung einer Kombination von zwei C-Pfettenabschnitten mit einem Gewicht von jeweils 3.93 lbs / linear ft, es ist möglich ein Abschnittssystem mit der gleichen Biegefestigkeit wie ein herkömmlicher I-Abschnitt mit einem Gewicht von zu konstruieren 25.4 lbs / linear ft..
Q.: Wie nutzt die Branche derzeit LWT??
Ein: Eine Überprüfung der Literatur zu technischen Materialien zeigt, dass diese LW-Materialien in der Bauindustrie als strukturelle Trägermaterialien verwendet werden, zur Wandverstrebung (Bolzen), Dachträger (Sparren) zusammen mit der begrenzten Verwendung zwischen herkömmlichen schweren Stahlprofilen und / oder Stahlbeton in bereits vorhandenen Strukturen für Reparaturen, die eine geringe oder keine strukturelle Integrität erfordern.
Am häufigsten, LW-Abschnitte wurden nur als Einzelelemente zur Unterstützung von Abschnitten mit hoher struktureller Kapazität verwendet und wurden nicht strukturell kombiniert oder für bestimmte Bautätigkeiten hergestellt, die eine höhere strukturelle Integrität erfordern als die, für die sie entworfen wurden.
Es ist daher wichtig zu beachten, dass LW-Elemente nicht verwendet wurden, um breite Flanschabschnitte oder S-Träger zu ersetzen, sondern eher als sekundäre Elemente, die Lasten tragen und / oder auf die strukturell dominanteren primären tragenden Elemente verteilen.
Baumhausbau auf einem Berggipfel mit vollständigem LWT. Das Design des Dachträgers / der Säule / des Zwickels ist rechts dargestellt
Gedanken zum aktuellen und zukünftigen Stand der Branche
Q.: Wo sehen Sie diese einzigartige Branche in der nächsten? 5 Jahre?
Ein: In den nächsten fünf Jahren wird die Branche vom Markt für kostengünstigere Wohnimmobilien angetrieben, Gewerbe- und Industriebau. Entsprechend, wo C-Pfetten (Der Hauptabschnitt, der für die Herstellung von Säulen mit I- und H-Querschnitt vor Ort verwendet wird, Pfähle und Balken) liegt jetzt zwischen 1.2 und 1,5 mm dick, Die Industrie wird sich bemühen, die Dicke auf möglicherweise 2,5 mm und mehr zu erhöhen. Neben C und Z.- Pfetten, Pfettenhersteller werden ihrer Linie mehr geometrische Formen hinzufügen, um die Flächenträgheitseigenschaften zu verbessern.
Da diese Verbesserungen stattfinden, Die strukturelle Tragfähigkeit dieser Elemente sollte erhöht werden, Dadurch kann die Industrie teurere traditionelle Profile durch kostengünstigere LW-Profile ersetzen. Der Gesamteffekt dürfte die Baukosten senken und dazu führen, dass Bauvorhaben, die bisher als unwirtschaftlich galten, als wirtschaftlich vertretbar gewagt werden.
Ein Träger: Ein ich glänze Vor Ort ohne Schweißen unter Verwendung von C-Pfetten aus 2,5 mm dickem Stahl hergestellt, hat das zweite Trägheitsmoment dann das gleiche wie das eines vergleichbaren schweren Stahlprofils und hat ein Gewichtseinsparung von fast 200%.
Die Wirkung dieser Bemühungen wird hoffentlich in den nächsten fünf Jahren zu einer Expansion der Branche führen.
Q.: Welche Techniken verwenden Ingenieure, um diese LWT-Profile zu entwerfen??
Ein: Sofort, die Forschungskapazitäten von SkyCiv rücken in den Fokus, Dabei kann der Ingenieur die Geometrie und Achsenausrichtung einer einzelnen Pfette in Bezug auf eine andere manövrieren und die daraus resultierenden Auswirkungen dieser Änderungen untersuchen. So, beim Entwerfen eines einzelnen I-Abschnitts aus der Kombination von 2 ähnliche oder unähnliche C-Pfetten, oder ein Fachwerkabschnitt aus der Kombination einer Anzahl von C-Pfetten, Der Ingenieur kann die Auswirkungen einer Änderung der LW-Abschnittsspezifikationen und der Umgebungsbedingungen untersuchen (Wind, Regen, Schnee, Erdbeben usw.) im Moment der Fläche, Belastbarkeit, Durchbiegung und Biegemoment.
Die aus diesen Analysen generierten SkyCiv-Plattformberichte leiten schließlich die Fertigung vor Ort, um die Mitglieder der LW-Sektion anzupassen. Der letzte Schritt dieser Reihe von Berechnungen von der SkyCiv-Plattform besteht darin, das Gewicht gegenüber der strukturellen Integrität jedes Abschnittselements zu optimieren, Dadurch werden die Baukosten durch die Reduzierung von $ / lb minimiert. aus Stahl im Bauprozess verwendet.
Q.: Sind die LW-Komponenten aus speziellen Materialien hergestellt?? Sind diese Materialien leicht verfügbar??
Ein: Die gute Nachricht ist, dass diese LW-Komponenten nicht aus speziellen Materialien hergestellt werden. Standard feuerverzinkte kohlenstoffarme Stahlbleche mit unterschiedlicher Dicke 1.2 bis 1,5 mm werden in den meisten Fällen im Kaltumformverfahren zu LW-Bauteilen geformt . Diese Umformprozesse sind gut etabliert und Codes für standardisierte Bolzen- und Schraubverbindungen sind in der strukturtechnischen Literatur gut dokumentiert.
Kohlenstoffarmer Stahl ist derzeit in allen Ländern erhältlich, die selbst bei den weltweit größten Stahllieferanten einkaufen (US-amerikanische, Brasilien, Indien und China).
Zweistöckige Luxus-Strandpromenade im Bau mit 100% LWT; Die rechts gezeigten einzigartigen Pfahl- / Säulen- / Bodenbalkenverbindungen
Was sind die Vor- und Nachteile von LWT??
Q.: Andere als Gewichtsreduzierung, Was sind einige der positiven Aspekte der LWT-Innovation??
Die meisten positiven Aspekte dieser Innovation sind im Hauptthema der Leichtbautechnologie enthalten. Jedoch, Einige wichtige indirekte Vorteile sind::
- Die Transport- und Handhabungslogistik dieser Baumaterialien ist stark reduziert und kann durch Handarbeit anstelle von schweren Maschinen gehandhabt werden.
- Die erhöhten Kosteneinsparungen, die sich aus der Nutzung dieser Innovation ergeben, haben dazu geführt, dass zuvor unwirtschaftliche Bauprojekte als wirtschaftlich tragfähige Beschäftigungsgeneratoren neu gestartet wurden, insbesondere bei niedrigen bis ungelernten Arbeitskräften.
- Ein bemerkenswerter Nebeneffekt davon ist, dass das Potenzial für die Beschäftigung von Arbeitskräften insbesondere in depressiven Volkswirtschaften erhöht wird, in denen ein großes Angebot an Arbeitskräften mit geringen bis ungelernten Arbeitskräften besteht. Dies kann erhebliche Auswirkungen auf die Lockerung der steigenden Arbeitslosenstatistik in der Bauindustrie in einem Post haben- COVID-Ära, in der der IWF in seinem jüngsten Bericht über Lateinamerika und die Karibik erklärt hat, dass das Realeinkommen und die Beschäftigung in diesen Regionen der Welt bis dahin sinken werden 2025, mehr als jede andere Region. Post 2025, Die Beschäftigung wird geringfügig zunehmen, sofern die Staats- und Regierungschefs der Welt keine energischen Anstrengungen unternehmen, um dies zu verhindern. Der Hochbau mittels LWT leistet daher einen offensichtlichen Beitrag.
- Diese LWT-Innovation hat bereits begonnen, eine Zunahme von Heimwerkerprojekten für Heim und Landwirtschaft zu bewirken. Ergänzungen, Ersatz und Reparaturen nehmen mit einer entsprechend steigenden Nachfrage nach leichten Bauteilen zu.
- Wo Sicherheit auf jeder Baustelle immer im Vordergrund steht, Unfälle mit Zeitverlust, Verletzungen und sogar Todesfälle werden abnehmen, wenn leichtere Konstruktionsmaterialien verwendet werden. In der Tat, OSHA-Statistiken zeigen, dass 20% aller Todesfälle von Arbeitern sind in der Bauindustrie und dieser Zahl 28% wurde ausgelöst durch: ich) von schwerem Stahl getroffen oder unter ihm eingeklemmt werden und ii) von oder zwischen schwerem Stahl gequetscht werden. LWT kann dazu beitragen, diese Zahlen zu reduzieren.
Q.: Gibt es Nachteile bei diesen leichten Abschnitten??
- Die erste Einschränkung ist die derzeitige Fähigkeit, groß angelegte Konstruktionen mit großen Nutz- und Eigenlasten durchzuführen. Zum Beispiel Hochhäuser mit mehr als 5 Stockwerken, Industrieschiffbau und weitgespannte Brücken sind offensichtliche Einschränkungen.
- Derzeit sind Codes für die Verwendung von LWT in der breiteren Literatur zum Hochbau entweder begrenzt oder nicht verfügbar, da seine Verwendung nicht gut oder nicht vollständig etabliert ist. Mit der Zeit und der fortgesetzten Nutzung wird die Industrie solche entwickeln.
- Softwarepakete für seine Verwendung wurden noch nicht entwickelt, da die Technologie durch kundenspezifische Designs für bestimmte Projekte angetrieben wird. Die Analyse der strukturellen Integrität von Balkenelementen für benutzerdefinierte Geometrien erfordert die Entwicklung erster Prinzipien, die jetzt durch die sehr langwierigen mathematischen Modelle für jedes Abschnittselement erreicht werden, die normalerweise nicht dem Standard entsprechen. Computerpakete zur Unterstützung des Designs bleiben daher hinter dem Einsatz der Technologie zurück.
Hang Cottage mit LWT; Giebeldachfachwerk Design auf der linken Seite
Was würden Sie sagen, ist die Gesamtwirkung von LWT auf die Hochbauindustrie?
Diese Technologie verwendet im Wesentlichen leichte Stahlprofile, um eine Tragfähigkeit zu erreichen, die weit über der liegt, für die sie ausgelegt sind. Dies hat es der Industrie ermöglicht, die Verwendung dieser Abschnitte von ihrer ursprünglichen Rolle als Träger für Stahlbeton und traditionelle Abschnitte auf die Schaffung leichter Kombinationsabschnitte auszudehnen, die in der Lage sind, eigenständige Strukturen zu erheblich reduzierten Kosten bereitzustellen. Dies hat die Branche stark beeinflusst.
Durch kritische Untersuchung des intrinsischen Parameters der Oberfläche pro Gewichtseinheit von Stahlprofilen, Die SE-Industrie kann die Verwendung von Designparametern wie Ixx erweitern, Iyy und Izz erreichen LW-Kombinationsprofile mit der statischen Belastbarkeit für deutlich höhere Belastungen mit entsprechend höherer statischer Stabilität.
Die Pfettenhersteller erweitern daher ihr Werkzeugangebot, um dem Markt für Bautechnik Pfetten mit erhöhter Dicke und unterschiedlichen Geometrien anzubieten, um den für kundenspezifische Profilkonstruktionen erforderlichen Fertigungsaufwand vor Ort zu verringern.