अखंड प्रबलित कंक्रीट के साथ निर्मित आवासीय भवनों में भंडारों की संख्या पर व्यावहारिक सीमा क्या है?

मैंने हाल ही में 25 मंजिला इमारत में एक फ्लैट खरीदा है। मुझे आश्चर्य है कि अखंड प्रबलित कंक्रीट से निर्मित बड़े पैमाने पर निर्मित आवासीय भवनों में मंजिलों की संख्या के लिए व्यावहारिक सीमा क्या है?

क्या हम आने वाले वर्षों में इस प्रकार की विशिष्ट इमारतों में भंडारों की संख्या बढ़ने की उम्मीद कर सकते हैं या यह तकनीक की उचित सीमा है? सभी संदर्भों में मैंने देखा कि यह दावा किया गया था कि इस तकनीक की इमारतों की ऊंचाई पर कोई सीमा नहीं है । लेकिन मुझे इस पर संदेह है क्योंकि मुझे पता है कि सभी गगनचुंबी इमारतों को स्टील से बनाया गया था।

यदि अखंड प्रबलित कंक्रीट की कोई सीमा नहीं है, तो इस तकनीक के साथ बहुत ऊंची इमारतें क्यों नहीं बनाई गई हैं?

civil-engineering structures concrete

— Anixx
स्रोत

जहां भी यह सीमा होती है, यह स्टील फ्रेम के लिए आर्थिक ब्रेक-सम स्तर से बहुत आगे है। मुझे लगता है कि एक 50-मंजिला प्रबलित कंक्रीट इमारत का निर्माण करना संभव होगा, लेकिन स्टील फ्रेम के साथ एक ही आकार के निर्माण में आधा खर्च होगा। इसलिए यहां व्यावहारिक सीमा आर्थिक प्रकृति की है: स्टील फ्रेम को उच्च स्टार्टअप लागत की आवश्यकता होती है, इसलिए यह कम इमारतों में अव्यावहारिक है, लेकिन इसकी लागत ऊंचाई के साथ बहुत बेहतर है।

— एसएफ।

उनके पास है। वास्तव में दुनिया की सबसे ऊंची इमारत, बुर्ज खलीफा , बस इतना ही कंक्रीट से बना है। तो वहीं है।

— श्री पी

जवाबों:

किसी भी सीमा को निर्धारित करने के लिए कठिन होने जा रहा है। बुनियादी सामग्री प्रकार का चयन करते समय बहुत सारे कारक होते हैं जिन्हें तौला जाना चाहिए।

संक्षिप्त उत्तर यह है कि प्रत्येक भवन के लिए सीमा पहले ही चुनी जा चुकी है। यह भवन पर काम करने वाले आर्किटेक्ट और इंजीनियरों द्वारा डिजाइन के दौरान किया गया था। इनमें से कुछ निर्णय उस तकनीक पर निर्भर थे जो उस समय उपलब्ध थी, जिसे भवन डिजाइन किया गया था।

कुछ कारकों को ध्यान में रखा जाएगा:

स्टील बनाम कंक्रीट की लागत - सामग्री का सापेक्ष मूल्य पूरे इतिहास में बदल गया है।
उपलब्ध कंक्रीट की ताकत - यह ऐसा मामला हुआ करता था कि कंक्रीट लगभग 4,000 साई (27.6 एमपीए) संपीड़ित ताकत तक सीमित था। आधुनिक उच्च शक्ति कंक्रीट 10,000 साई (69 एमपीए) से अधिक हो सकती है।
उपलब्ध स्टील की ताकत - स्टील की ताकत 36 ksi (248 MPa) से बढ़कर 50 ksi (345 Mpa) और यहां तक कि 100 ksi (689 MPa) हो गई है।
ऊपरी मंजिलों का समर्थन करने के लिए आवश्यक दीवार और स्तंभ स्थान का क्षेत्र - इमारतें भारी हैं। जैसे-जैसे इमारत ऊंची होती जाती है, नीचे की मंजिलों पर भार अधिक होता है। इस बढ़े हुए बल को सामग्री के अधिक क्षेत्र की आवश्यकता होती है। कुछ बिंदु पर, नीचे की मंजिलों पर उपयोग करने योग्य स्थान स्वीकार्य से अधिक कम हो जाता है। क्षेत्र की प्रति इकाई, स्टील कंक्रीट की तुलना में अधिक मजबूत है, इसलिए समान लोड का समर्थन करने के लिए कम क्षेत्र लगेगा।
इमारत की कठोरता - बहुत ऊंची इमारतें हवा के रूप में बहती हैं। वे कितना आगे बढ़ते हैं यह इमारत के वजन और कठोरता द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
इमारत का भविष्य रेंगना (छोटा) - स्टील और कंक्रीट रेंगना दोनों। यदि वे समय के साथ संपीडित होते हैं यदि एक स्थिर बल लगाया जाता है। रेंगने की मात्रा उम्र, शक्ति या सामग्री से प्रभावित होती है और सामग्री पर अभिनय करती है। बहुत ऊंची इमारतों में, डिजाइन में इस कमी को ध्यान में रखा जाना चाहिए। कम रेंगने के लिए एक हल्की इमारत की आवश्यकता होगी।
भूकंपीय (भूकंप) डिजाइन - स्टील एक तन्य सामग्री है। कंक्रीट एक भंगुर पदार्थ है। उन स्थानों पर जहां उच्च भूकंपीय बलों की उम्मीद है, स्टील की आवश्यकता हो सकती है। इसमें पूर्ण विफलता के बिना चरम विक्षेप से गुजरने की क्षमता है।
गुणवत्ता नियंत्रण - कंक्रीट को ऑनसाइट डाला जाएगा, और स्टील को आमतौर पर नियंत्रित स्थितियों के तहत ऑफसाइट बनाया जाता है। गुणवत्ता उत्पाद सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक अंतिम उत्पाद या ओवरसाइट की अनुमानित गुणवत्ता दोनों एक लागत पर विचार कर रहे हैं।

बहुत सारे कारक हैं जो गगनचुंबी इमारतों के डिजाइन में जाते हैं। ऊपर प्रत्येक आइटम के साथ एक लागत जुड़ी है। अंतिम परिणाम अनुमानित मूल्य से कम से कम आंशिक रूप से नियंत्रित होता है।

आधुनिक गगनचुंबी इमारतों में कभी-कभी एक ठोस कोर शामिल होता है जो शीर्ष पर जाने के लिए सभी या अधिकांश तरीके से जाता है। इससे पता चलता है कि जब तक आप कम प्रयोग करने योग्य आयतन के साथ ठीक होते हैं, तब तक कंक्रीट निर्माण की ऊंचाई की सीमा नहीं होती है।

— हाज़ी
स्रोत

सभी संदर्भों में मैंने देखा कि यह दावा किया गया था कि इस तकनीक की इमारतों की ऊंचाई पर कोई सीमा नहीं है।

यह कथन कमोबेश सत्य है।

हौज़ी के उत्तर ने पहले ही इमारत की ऊँचाई की वास्तविक सीमाओं को संक्षेप में प्रस्तुत करने का एक अच्छा काम किया है - अर्थात, ऐसे कारक जो किसी भी वास्तविक अनुप्रयोग में, इमारत बनाने के लिए कितने मंजिलों के निर्णय को नियंत्रित करते हैं। हालांकि, अभी भी यह सवाल है कि संरचना कितनी ऊंची हो सकती है , यह मानते हुए कि हम इन सभी अन्य कारकों की अनदेखी कर सकते हैं।

यदि हम एक सरलीकृत (और बहुत भोला) बनाते हैं, तो यह मानते हैं कि संरचना की ऊंचाई की एकमात्र सीमा कंक्रीट की स्वयं की संपीड़ित शक्ति है, और यह भी कि कंक्रीट द्वारा किए जा रहे एकमात्र भार के भार के परिणामस्वरूप भार है ऊपर ऊर्ध्वाधर अखंड कंक्रीट स्तंभ (कोई लाइव लोड, या लोड ट्रांसफर नहीं हैं; इमारत अनिवार्य रूप से प्रबलित कंक्रीट का एक बड़ा ब्लॉक है), गणना काफी सीधी है।

कंक्रीट का यूनिट वजन: $γ_{सी} = 150 \frac{lbf}{{फुट}^{3}}$ $\gamma_c=150\frac{\text{lbf}}{\text{ft}^3}$
कंक्रीट की उच्च क्षमता (उच्च प्रदर्शन कंक्रीट): $च_{सी}^{'} = 20, 000 \frac{lbf}{{में}^{2}}$ $f'_c=20,000\frac{\text{lbf}}{{\text{in}}^2}$
तल पर कंक्रीट द्वारा किया गया तनाव: $च = {एच}_{सी} γ_{सी}$ $f=H_{c}\gamma_c$
सेट $f=f'_c$ और अधिकतम ऊँचाई के लिए हल करें: ${एच}_{म ए एक्स} = \frac{च'_{सी}}{γ_{सी}} = \frac{20, 000 साई}{150 पीसीएफ} = 19, 200 फुट$ $H_{max}=\frac{f`_c}{\gamma_c}=\frac{20,000\text{psi}}{150\text{pcf}}=19,200\text{ft}$

यह इतना अधिक (3.64 मील, या 5.85 किमी) है कि गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण संरचना के शीर्ष पर बिल्कुल अलग होगा; शीर्ष पर कंक्रीट का यूनिट वजन लगभग 99.82% होगा जो कि सबसे नीचे है - यानी लगभग 149.73 pcf।

इसके अतिरिक्त, कंक्रीट पर लगाए गए अविश्वसनीय तनाव के परिणामस्वरूप प्रशंसनीय उपभेदों का परिणाम होगा। उच्च शक्ति कंक्रीट (एसीआई से) की लोच के मापांक के लिए एक समीकरण है:

$E_c=40,000\sqrt{f'_c}+1\times 10^6 \text{psi}=6,657\text{ksi}=45.9\text{GPa}$

हुक के नियम के अनुसार, संरचना के तल पर अधिकतम तनाव लगभग 0.3% होगा:

$\varepsilon_{max}=\frac{f'_c}{E_c}=0.3\%$

संपूर्ण संरचना की ऊँचाई के तनाव को खोजने के लिए, हम बस एकीकृत करते हैं:

\int_{0}^{{एच}_{सी}} \frac{च (z)}{इ_{सी}} घ z = 28.8 फुट

$\int_{0}^{H_c}\frac{f(z)}{E_c}\text{d}z=28.8\text{ft}$ जहाँ (गुरुत्व, ऊँचाई का एक कार्य है )।

f (z) = γ_{c} z \cdot g (z)

$f(z)=\gamma_cz\cdot g(z)$

g

$g$

z

$z$

इसका मतलब है कि कंक्रीट के तनाव को ध्यान में रखने के बाद संरचना की कम ऊंचाई लगभग 19170 फीट (3.63 मील, या 5.84 किमी) होगी।

कांटेस्ट वीक ऑनलाइन के इस लेख के अनुसार , 92 मंजिला (423 मीटर या 1388 फीट) पर ट्रम्प इंटरनेशनल होटल और टॉवर वर्तमान में दुनिया की सबसे ऊंची कंक्रीट की इमारत है (उनकी परिभाषा के अनुसार), और यह दुनिया की 9 वीं सबसे ऊंची इमारत है। यह ऊंचाई का लगभग 7% संभव है (जैसा कि ऊपर सरलीकृत विश्लेषण द्वारा परिभाषित किया गया है)। यद्यपि सरलीकृत विश्लेषण सभी प्रकार के व्यावहारिक विचारों की उपेक्षा करता है और इसमें कोई सुरक्षा कारक शामिल नहीं हैं, यह कम से कम कुछ हद तक शिक्षाप्रद है कि उच्च प्रदर्शन प्रबलित कंक्रीट का उपयोग करके क्या संभव हो सकता है।

— रिक मोनिका का समर्थन करता है
स्रोत

मैं कहूंगा कि यह ऊंचाई के लिए एक ऊपरी सीमा की गणना कर रहा है: हम यह उम्मीद नहीं करते हैं कि यह उस उच्च का निर्माण संभव है (इसलिए यह "उच्चतम संभव" नहीं है) - लेकिन "उस से अधिक नहीं" का निर्माण करने में सक्षम होना चाहिए। जो इस तरह की समस्या को समझने के लिए एक बहुत ही उपयोगी जानकारी है। (+1)

— वोल्कर सेगल

यह मानता है कि एक निरंतर खंड जो एक तर्क हो सकता है बनाने के लिए एक बहुत सीमित विकल्प है। शीर्ष पर की तुलना में आधार पर संरचना को व्यापक बनाने की अनुमति दें और जब तक आप कुछ और व्यावहारिक चिंताओं का परिचय नहीं देते हैं, तब तक आप अनंत से संपर्क करेंगे। हम सबसे निश्चित रूप से अंतरिक्ष तक पहुंच सकते हैं, लेकिन असली सवाल किस कीमत पर है? ;)

— श्री पी

@ श्री हालांकि यह वास्तव में अनंत होगा? एक शंकु या पिरामिड आकार के तल पर तनाव की तरह लगता है अंततः कंक्रीट को कुचल देगा। लेकिन आप सही हैं कि यह इससे बहुत अधिक हो सकता है- मुझे उस विचार का उपयोग करके अपने उत्तर को अपडेट करना चाहिए।

— रिक

@ रसिक टेची: अच्छा, मैं समझती हूं कि जब भी हम कंप्रेसिव लिमिट के करीब आते हैं तो हम बेस को थोड़ा और भड़का सकते हैं और इस तरह फोर्स को और भी बड़े क्षेत्र में फैला सकते हैं और हम फिर से जाने के लिए अच्छे हैं। हालांकि अगर हम वास्तविकता के सबसे छोटे बिट को भी पेश करते हैं, तो मुख्य समस्या वास्तव में तन्यता बलों की होगी, जो एक बार जब हम भू-स्थिर परत को पार करते हैं, तो कोणीय गति को पूरी तरह से अंतरिक्ष में फेंकने की कोशिश करने का विरोध करना होगा। लेकिन इससे पहले कि हम शायद अन्य समस्याओं में दौड़ पड़ते, जैसे हमारे सीमेंट का उत्पादन करने वाले सीओ 2 पर पूरी मानवता का दम घुटता है :)

— श्री पी

इसके अलावा दुनिया की सबसे ऊंची कंक्रीट की इमारत बुर्ज खलीफा है , यह 2007 के बाद से सबसे लंबा मानव निर्मित ढांचा रहा है (जब यह पूरा होने के करीब भी नहीं था)।

— श्री पी