Overzicht
In deze versie van Industry Insights, we hebben geïnterviewd Gordon W.. Bartlett, Structureel, Petroleum Engineer en CEO van G.W. Bartlett and Associates LLC. Gordon heeft een uitgebreid trackrecord met materialen, zo kan spreken heel goed op het idee van "Lichtgewicht technology" (LWT) zoals heeft betrekking aan structurele leden en ontwerp. Deze Q&A laat zijn ervaring zien en duikt in het wat en waarom van lichtgewichttechnologie.
Gordon Bartlett
CEO van G.W. Bartlett and Associates
Gordon is een voorbeeld van toewijding aan onderwijs: hij heeft een B.Sc in Chemical Engineering en Ph.D. in Petroleum Engineering gericht op structurele dynamiek van de productie van ruwe olie. Hij is een gepensioneerde hoogleraar chemische en petroleumtechniek en heeft meer dan 40 internationale publicaties over het onderwerp. Professioneel, Gordon was een voormalig Ingenieur productie van ruwe olie, een Research Consultant, evenals een Chief Energy Consultant bij de regering van Trinidad en Tobago.
Zijn focus lag op het ontwikkelen van LWT voor magazijn- en productieconstructies. Hierdoor kon hij betaalbare woningen ontwerpen en leveren voor gezinnen met een laag inkomen in het Caribisch gebied.
Basisprincipes van lichtgewichttechnologie
Q: Wat betekent lichtgewichttechnologie?
A: Onze betekenis van "Lichtgewicht technologie" is een technologie of tak binnen Structural Engineering die gebruikt elke stalen sectie of systeem dat dezelfde structurele sterkte kan bereiken als die van traditioneel stalen profielen met een bijbehorend afname van het gewicht van meer dan 50 procent. Opgemerkt moet worden dat momenteel, elk sectietype van traditionele staalsystemen (bijv. H.,I,L- en T-secties) is meer dan 500% zwaarder dan elk lid van de LWT-sectie voor een bepaald specifiek oppervlak, waardoor een aanzienlijk verbeterde handlinglogistiek tijdens veldoperaties mogelijk is.
Bijvoorbeeld door gebruik te maken van een combinatie van twee C-Purlin secties met elk een gewicht van 3.93 lbs / lineaire ft, het is mogelijk om een sectiesysteem te construeren met dezelfde buigsterkte als die van een traditionele I-sectie van gewicht van 25.4 lbs / lineaire ft..
Q: Hoe gebruikt de industrie momenteel LWT?
A: Een overzicht van de literatuur over technische materialen geeft aan dat deze LW-materialen in de bouw worden gebruikt als structurele ondersteunende materialen, voor muurversteviging (hengsten), daksteunen (spanten) samen met een beperkt gebruik tussen traditionele zware stalen profielen en / of gewapend beton in reeds bestaande constructies voor reparaties die een lage of geen structurele integriteit vereisen.
Meestal, LW-secties zijn alleen gebruikt als enkele leden voor ondersteuning van secties met een hoge structurele capaciteit en zijn niet structureel gecombineerd of gefabriceerd voor specifieke bouwactiviteiten die een hogere structurele integriteit vereisen dan waarvoor ze zijn ontworpen.
Het is daarom belangrijk om op te merken, dat LW-elementen niet zijn gebruikt om brede flenssecties of S-balken te vervangen, maar meer als secundaire elementen die belastingen ondersteunen en / of verdelen over de meer structureel dominante primaire dragende elementen.
Boomhutconstructie op een bergtop met volledig LWT. Ontwerp van dakbalk / kolom / hoekplaat rechts weergegeven
Gedachten over de huidige en toekomstige toestand van de branche
Q: Waar zie je deze unieke industrie heen gaan in de komende tijd? 5 jaar?
A: De komende vijf jaar zal de industrie worden gedreven door de markt voor goedkopere woningen, commerciële en industriële constructie. Overeenkomstig, waar C-gordingen (de primaire sectie die wordt gebruikt voor de fabricage op locatie van kolommen met I- en H-secties, palen en balken) varieert nu tussen 1.2 en 1,5 mm dik, de industrie zal bewegen om de dikte te vergroten tot mogelijk 2,5 mm en groter. Naast C en Z- gordingen, gordingfabrikanten zullen meer geometrische vormen aan hun lijn toevoegen om de traagheidseigenschappen te verbeteren.
Aangezien deze verbeteringen plaatsvinden, het structurele draagvermogen van deze staven zou moeten toenemen, waardoor de industrie duurdere traditionele secties kan vervangen door goedkopere LW-secties. Het algehele effect zou de bouwkosten moeten drukken en ervoor zorgen dat bouwprojecten die voorheen als oneconomisch werden beschouwd, als economisch levensvatbaar worden beschouwd..
Bijvoorbeeld: Een Straal ik ter plaatse vervaardigd zonder lassen met behulp van 2,5 mm dikke stalen C-gordingen, zullen dan een tweede traagheidsmoment hebben dat gelijk is aan dat van een vergelijkbaar zwaar stalen profiel en een gewichtsbesparing van bijna 200%.
Het effect hiervan inspanningen zal hopelijk leiden tot uitbreiding van de industrie in de komende vijf jaar.
Q: Welke technieken gebruiken ingenieurs om deze LWT-secties te ontwerpen?
A: Direct, de onderzoeksmogelijkheden van SkyCiv komen in beeld, waarbij de ingenieur de geometrie en asoriëntatie van een enkele gording ten opzichte van een andere kan manoeuvreren en de resulterende effecten van deze veranderingen kan onderzoeken. Dus, bij het ontwerpen van een enkele I-sectie uit de combinatie van 2 gelijkaardige of ongelijke C-gordingen, of een truss-sectie uit de combinatie van een aantal C-gordingen, de ingenieur kan de effecten van veranderende LW-sectiespecificaties en omgevingsomstandigheden bestuderen (wind, regen, sneeuw, aardbeving etc.) op het moment van het gebied, dragende, doorbuiging en buigend moment.
De SkyCiv-platformrapporten die op basis van deze analyses worden gegenereerd, zullen uiteindelijk leiden tot fabricage ter plaatse voor het aanpassen van de LW-sectieleden. De laatste stap van deze reeks berekeningen van het SkyCiv-platform is om het gewicht te optimaliseren ten opzichte van de structurele integriteit van elk profielelement., waardoor de constructiekosten worden geminimaliseerd door de vermindering van $ / lb. van staal dat in het bouwproces wordt gebruikt.
Q: Zijn de LW-componenten gemaakt met speciale materialen?? Zijn deze materialen direct beschikbaar?
A: Het goede nieuws is dat deze LW-componenten niet met speciale materialen zijn gemaakt. Standaard thermisch verzinkte koolstofarme stalen platen variërend in dikte tussen 1.2 tot 1,5 mm worden gevormd tot LW-componenten die in de meeste gevallen het koudvervormingsproces gebruiken . Deze vormingsprocessen zijn goed ingeburgerd en codes voor gestandaardiseerde bout- en schroefverbindingen zijn goed gedocumenteerd in de structurele technische literatuur.
Koolstofarm staal is momenteel gemakkelijk verkrijgbaar in alle landen die zelf inkopen bij 's werelds grootste staalleveranciers (Amerikaanse, Brazilië, India en China).
Twee verdiepingen tellende luxe oceaan in aanbouw met behulp van 100% LWT; Unieke paal / kolom / vloerbalkverbindingen rechts weergegeven
Wat zijn de voor- en nadelen van LWT?
Q: Anders dan vermindering van het gewicht, wat zijn enkele van de positieve punten van de LWT-innovatie?
De meeste positieve punten van deze innovatie zijn verpakt in het hoofdthema van Light Weight Technology. Echter, enkele belangrijke indirecte voordelen zijn onder meer:
- De transport- en handlinglogistiek van deze constructiematerialen wordt aanzienlijk verminderd en kan worden afgehandeld met handarbeid in plaats van met zware machines.
- De hogere kostenbesparingen als gevolg van het gebruik van deze innovatie hebben ertoe geleid dat voorheen oneconomische bouwprojecten opnieuw werden opgestart als economisch levensvatbare werkgelegenheidsgeneratoren, vooral op het niveau van laag- tot ongeschoolde arbeidskrachten.
- Een opmerkelijke uitvloeisel hiervan is dat het potentieel voor werkgelegenheid voor arbeid wordt vergroot, vooral in achtergebleven economieën waar een groot aanbod van laag- tot ongeschoolde arbeidskrachten is. Dit kan een formidabele impact hebben op het verlichten van de stijgende werkloosheidsstatistieken in de bouwsector in een post- COVID-tijdperk waarin het IMF in zijn laatste rapport over Latijns-Amerika en het Caribisch gebied heeft verklaard dat voor deze regio's van de wereld het reële inkomen en de werkgelegenheid zullen afnemen tot 2025, meer dan enige andere regio. Post 2025, de werkgelegenheid zal marginaal toenemen, tenzij de wereldleiders krachtige inspanningen leveren om dit te voorkomen. Structural Engineering via LWT levert dan ook een duidelijke bijdrage.
- Deze LWT-innovatie zorgt al voor een toename van doe-het-zelfprojecten in huis en landbouw. Toevoegingen, vervangingen en reparaties nemen toe met een overeenkomstige toename van de vraag naar de lichtgewicht constructie-elementen.
- Waar veiligheid altijd de belangrijkste zorg is op elke bouwplaats, ongevallen met verzuim, gewonden en zelfs doden zullen afnemen naarmate het gebruik van lichtere constructiematerialen toeneemt. In feite, OSHA-statistieken geven dat aan 20% van alle sterfgevallen onder werknemers zijn in de bouwsector en van dat cijfer 28% wordt veroorzaakt door: ik) geslagen of vastgepind onder zwaar staal en ii) geperst worden door of tussen zwaar staal. LWT kan een rol spelen bij het verlagen van deze cijfers.
Q: Zijn er nadelen aan deze lichtgewicht secties?
- De eerste beperking is de huidige mogelijkheid om grootschalige constructie te ondergaan met grote levende en dode belastingen. Bijvoorbeeld hoogbouw van meer dan 5 verdiepingen, De constructie van industriële vaartuigen en bruggen met grote overspanningen zijn duidelijke beperkingen.
- Momenteel zijn codes voor het gebruik van LWT ofwel beperkt ofwel niet beschikbaar in de bredere literatuur over bouwtechniek, aangezien het gebruik ervan niet goed of niet volledig is vastgesteld. Met de tijd en het voortdurende gebruik zal de industrie dit ontwikkelen.
- Softwarepakketten voor het gebruik ervan zijn nog niet ontwikkeld, aangezien de technologie wordt aangedreven door aangepaste ontwerpen voor specifieke projecten. De analyse van de structurele integriteit van liggerelementen voor aangepaste geometrieën vereist eerste technische principes die nu worden bereikt door de zeer vervelende wiskundige modellen voor elk profielelement, wat meestal niet-standaard is. Computerpakketten die helpen bij het ontwerp, blijven daarom achter bij het gebruik van de technologie.
Hillside Cottage met LWT; Gable Roof Truss Design aan de linkerkant
Wat zou u zeggen is de algehele impact van LWT op de bouwtechnische industrie?
Deze technologie maakt in wezen gebruik van lichtgewicht stalen profielen om het draagvermogen te bereiken dat veel groter is dan waarvoor ze zijn ontworpen. Hierdoor heeft de industrie het gebruik van deze secties kunnen uitbreiden van de oorspronkelijke rol van ondersteuning van gewapend beton en traditionele secties tot het creëren van lichtgewicht combinatiesecties die in staat zijn om stand-alone constructies te leveren tegen aanzienlijk lagere kosten.. Dit heeft een grote impact gehad op de industrie.
Door de intrinsieke parameter van het oppervlak per gewichtseenheid van stalen profielen kritisch te onderzoeken, de SE-industrie kan het gebruik van ontwerpparameters zoals Ixx uitbreiden, Iyy en Izz om LW-combinatiesecties te realiseren met het structurele vermogen om veel grotere belastingen te weerstaan met een overeenkomstig grotere structurele stabiliteit.
Gordingfabrikanten breiden daarom hun gereedschap uit om de structurele engineeringmarkt te voorzien van gordingen met grotere dikte en variërende geometrieën om de hoeveelheid on-site fabricage die nodig is voor aangepaste sectieontwerpen te verminderen.
