Нежелезный каркас небоскреба

Признаюсь, у меня есть реальная проблема с железом — оно быстро ржавеет. На самом деле, программа « Жизнь после людей » на Историческом канале постоянно утверждает, что если оставить железо, из которого состоит каркас небоскреба, оно прослужит 100–150 лет, прежде чем ржавчина разорвет скелет на куски.

Давным-давно я задал вопрос о конструкции металлического оружия вообще без использования железа. При выборе ответов было предложено много кандидатов, а именно:

  1. алюминид титана
  2. Никелевый суперсплав
  3. алюминид никеля
  4. стеллит
  5. Карбид вольфрама
  6. карбид циркония
  7. Сплав титана и вольфрама

Что делает этот список актуальным для вопроса, так это то, что сталь или любой другой вид сплава использовались для изготовления оружия до его использования в строительстве, поэтому принцип будет идентичным.

В альтернативном кибер- или стим-панковом Нью-Йорке, Чикаго, Далласе или любом из крупнейших городов Соединенных Штатов перечисленные металлы и сплавы рассматривались для строительства мегабашен (что-то вроде этого или этого или, если вы хотите углубиться в историческое прошлое, произведения Хью Ферриса .) Используя науку, какой из перечисленных металлов будет самым прочным в отношении растяжения, сжатия и сопротивления коррозии?

О, и прежде чем кто-либо спросит, этот вопрос подчеркивает качество, а не количество.

Многие из сплавов в вашем списке используются для изготовления инструментов: они устойчивы к сжатию и коррозии, но являются хрупкими. Небоскреб немного прогибается от ветра (и возможных землетрясений), треснет вольфрамовый каркас. Поскольку вам нужна устойчивость к коррозии и структурная стабильность, рассмотрите морские сплавы, например: metalsupermarkets.com/marine-grade-metals
Кроме того, вы должны рассмотреть экономику. Коррозионностойкие сплавы стоят дорого. Людям, которые строят небоскребы, все равно, что с ними будет, если их «предоставить самим себе». Они планируют, чтобы их здания были заняты арендаторами, платящими арендную плату, с климат-контролем и техническим обслуживанием. Если здание потеряет жильцов, его снесут, чтобы освободить место для чего-то другого; Единственная причина строить высокие дома (по крайней мере, в США) — это то, что земля дорогая, т. е. многие хотят иметь там офис или квартиру.
Они считают, что мы используем сталь не потому, что она лучше всего подходит для растяжения (хорошо), сжатия (хорошо) и коррозии (довольно плохо), потому что алюминий так же хорош или лучше во всех этих трех аспектах. Это даже не только из-за стоимости, потому что алюминий там почти так же хорош, как сталь. Скорее потому, что мы строим здания не только из стали , а из бетона и стали . И так получилось, что сталь невероятно хорошо взаимодействует с бетоном, потому что их коэффициенты теплового расширения/сжатия очень похожи, а это означает, что сталь не дает фатальных трещин в бетоне.
Вот большой монумент, покрытый титаном, и он блестит спустя 30 лет в загрязненном городе: en.wikipedia.org/wiki/Monument_to_the_Conquerors_of_Space Но не могу найти из чего сделана рама.
То, что хорошо для оружия, не обязательно хорошо для строительства, вот почему сталь, используемая для оружия, отличается от стали, используемой для зданий (существуют сотни различных видов «стали»). Если стоимость не имеет значения, то я предполагаю, что вам, вероятно, нужен какой-то бета-титановый сплав, настроенный так, чтобы соответствовать тепловому расширению бетона. Это может легко иметь значительно большую прочность, чем сталь, но весить меньше половины. Конечно, это, вероятно, было бы довольно дорого также.
Несколько дней назад был вопрос об использовании слоновой кости для строительства небоскребов. Просто намек на то, что некоторые экзотические материалы тоже подойдут.
Некоторые соединения углерода могут быть пригодны для строительства небоскребов. Не очень стим-панк, но вполне подходит для кибер-панка :) Были реальные эксперименты по использованию углеродных нанотрубок для армирования бетона. Его пока нет, но углерод может стать заменой стали в некоторых приложениях.
Металлы, почему всегда металлы? На самом деле вы должны рассмотреть старые добрые деревянные здания. Древесина и древесина возвращаются в качестве строительного материала для высотных зданий. Если бы это было далее развито и улучшено, это могло бы включать небоскребы.
@a4android Может ли дерево выдержать высоту двух миль?
Две мили могут быть большой проблемой. Честно говоря, я не знаю. В этом URL -адресе seattletimes.com/sponsored/… упоминается небоскреб высотой 997 футов в Лондоне и другие высокие деревянные здания. Технологии деревянного строительства совершенствуются. Обычные небоскребы кажутся в пределах его досягаемости. В сочетании с фуллеренами и углеродными нанотрубками они намного выше.
Самое большое деревянное здание в мире будет 18-этажным и строится в Норвегии . Ожидается, что оно будет готово в 2019 году. В настоящее время самое высокое деревянное здание в Норвегии составляет 49 метров, 14 этажей,
Сходные коэффициенты теплового расширения стали и бетона @RBarryYoung делают их отличной парой для таких вещей, как дороги и мосты, где бетон подвергается воздействию погодных условий. Но в небоскребах не так много открытого бетона.
@ РонДжон Неправильно. Многие небоскребы имеют обнаженный бетон .
@RonJohn также не имеет значения, тепловое расширение и сжатие происходят независимо от того, подвергается ли оно воздействию. Это происходит медленнее, если оно не подвергается воздействию, но все же происходит.
@RonJohn Есть еще одна причина, по которой сталь предпочтительнее алюминия, начиная примерно с 400F. Алюминий начинает терять свою прочность и деформироваться намного быстрее, чем сталь. Это означает, что даже умеренный пожар в алюминиевом здании может привести к потере структурной целостности. Сталь сохраняет свою прочность до 1000-2000F.

Ответы (3)

Если проблема в ржавчине, почему бы не заменить железо на нержавеющую сталь?

Беглый взгляд на коэффициенты теплового расширения показывает, что вы можете получить нержавеющую сталь с таким же коэффициентом, как у бетона, и, поскольку она очень похожа на железо, вам не придется сильно менять методы строительства, если вообще придется.

Потому что в нержавейке еще есть железо.
как бы вы справились с проблемой компаундирования веса? edit: NM Я почему-то думал, что он строит в космос, лол

Исследователи из Массачусетского технологического института использовали графен для разработки легкого материала, который в 10 раз прочнее стали и потенциально может использоваться для производства транспортных средств и устройств, а также в строительстве зданий.

Группа исследователей из Департамента гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института (CEE) разработала трехмерный материал — один из самых легких и прочных из когда-либо созданных — путем сжатия и сплавления чешуек графена, двумерной формы углерода. По их словам, в результате получается губчатая конфигурация с плотностью всего 5%, которая невероятно прочна.

Графен в 2D-форме считается одним из самых прочных известных материалов, но его прочность в 2D-мире трудно передать в 3D-материале. Графен обладает исключительной прочностью, но из-за своей необычайной тонкости он не очень полезен для изготовления объемных трехмерных материалов, которые можно было бы использовать в транспортных средствах, зданиях или устройствах без предварительного преобразования графена в трехмерные структуры.

Геометрическая конфигурация является доминирующим фактором в их характеристиках и успехе использования графена для их проектирования.

Исследователи разработали материал путем сжатия небольших чешуек графена с использованием комбинации тепла и давления. В результате этого процесса образовалась прочная, стабильная структура, форма которой напоминала некоторые кораллы и микроскопические существа, называемые диатомовыми водорослями.

~ кредит: "designnews.com" и "MIT.com/CEE" соответственно

Кроме того, углерод плотностью 5% СУПЕР легко получить оптом. Делая это материалом выбора.

Зачем вообще металлы? Конструкция из бетона и композитной арматуры (пластик, армированный углеродным волокном, стеклопластик, арамид FRP) теперь используется в таких конструкциях, как мосты, именно потому, что они не ржавеют и легкие. Такая технология может быть применена к бетонным небоскребам .

Эта же технология применима и к стропильным конструкциям . Сегодня существует четкий путь к замене конструкционной стали композитами.

Небоскребам нужна способность раскачиваться при сильном ветре. Бетон плохо справляется с этим.
@RonJohn А композиты даже лучше, чем металлы, при раскачивании (циклических нагрузках), потому что они не устают. Это огромная причина, по которой они строят из него самолеты.
Ваш ответ касается бетона с использованием композитной арматуры, а не зданий из композитов. И никому не хочется оказаться в здании, которое качается так же сильно, как гнется крыло Боинга 787.
@RonJohn Ваш комментарий о бетоне фактически неверен . Многочисленные небоскребы, до 100 этажей, бетонные . Пожалуйста, не будьте подлыми и педантичными. Конечно, небоскреб не будет построен так же, как крыло самолета. Композиты являются явной заменой конструкционной стали и других металлов. Вы сомневаетесь в этом?
Композитная арматура является хорошим выбором, но вы должны упомянуть ее ограничения, она не может быть соединена сваркой и должна быть соединена с помощью соединителей, что означает, что вы должны придерживаться простых форм (например, никаких крутящихся кривых. и они разрушаются под термическими нагрузками). до 200 градусов, поэтому ваши здания будут более подвержены разрушению в случае пожара.
@John Я думаю, что парящие формы - это нормально, вам просто нужно сделать это на этапе укладки / формования при изготовлении композита, а не сгибать металлическую арматуру на месте (см. Велосипеды из углеродного волокна). Проблема с этим сегодня, конечно, в том, насколько трудоемкими являются проектирование и изготовление.
@RonJohn: я думаю, у тебя это наоборот. Нет принципиальной необходимости в том, чтобы конструкция раскачивалась при сильном ветре. Скорее (и упрощенно) здания, в которых используется конструкция со стальным каркасом, качаются, потому что сталь гибкая, поэтому здание должно быть спроектировано так, чтобы выдерживать это. На противоположном конце шкалы находятся бетонные плотины высотой до 1000 футов/300 м, и я сомневаюсь, что они сильно раскачиваются.
@jamesqf сказать, что небоскребы не должны качаться на ветру, потому что плотины этого не делают, это ... оскорбительно.
Также оскорбительно делать такие комментарии, будучи вооруженным таким плохим пониманием композитов, особенно того, как работает железобетон.
Нежелезный каркас небоскреба
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v