Jekleni škatlasti stebri, imenovani tudi varjeni škatlasti odseki ali zaprti zgrajeni -odseki, so izdelani z varjenjem štirih plošč v votlo kvadratno ali pravokotno prizmo. Njihova zaprta geometrija zagotavlja simetrično togost okoli obeh osi, visoko torzijsko odpornost in odlično zmogljivost pri velikih aksialnih obremenitvah, zaradi česar so standardna izbira za visoka-jedra,-mostove z dolgim-razponom in industrijske okvirje. Vprašanje, s katerim se zgodaj sooči vsaka projektna ekipa, je: kakšna naj bo velikost stolpca? Odgovor prihaja iz strukturnega načrtovanja, ne iz kataloga, in ta vodnik pojasnjuje dejavnike in preverjanja, ki to določajo.
Kaj je steber iz jeklene škatle?
Steber iz jeklene škatle je zaprt, votel strukturni element, običajno izdelan z varjenjem štirih jeklenih plošč skupaj, da tvorijo kvadratni ali pravokotni prerez-. V primerjavi z odprtimi prerezi, kot so I- ali H-nosilci, škatlasti prerez zagotavlja:
Simetrična dvoosna togost:ni močne ali šibke osi, zato se steber upira upogibanju enako v vse smeri.
Visoka torzijska odpornost:zaprta celica se veliko bolj učinkovito upira navoru kot odprti deli.
Visoka kompresijska učinkovitost:material se razporedi stran od središča, kar daje velik radij vrtenja za območje odseka.
Odličen lokalni nadzor upogiba:štiri ploščate stene je mogoče sorazmerno prilagoditi omejitvam kompaktnosti veljavne kode.
Škatlasti stebri se pogosto uporabljajo kot stebri v -ogrodjih visokih stolpnic, kot stebri in stebri mostov ter kot primarni elementi v industrijskih in javnih stavbah.
Dejavniki, ki vplivajo na velikost stolpca škatle
Oblikovalske obremenitve
Prečni-prerez mora biti odporen na faktorizirano osno obremenitev, upogibne momente zaradi težnosti in bočne obremenitve ter strig, združene v skladu z veljavno kodo. Izpolnjena morata biti tako mejna stanja trdnosti kot uporabnosti.
Višina brez opornikov in efektivna dolžina
Daljše neoporečne dolžine povečajo vitkost stebra in zmanjšajo njegovo kompresijsko zmogljivost. Dejanska dolžina je produkt dejanske dolžine in faktorja K-, ki odraža končne omejitve: fiksne, pritrjene ali delno omejene povezave na vrhu in dnu elementa.
Končne omejitve in robni pogoji
Fiksne podlage in na moment-povezani vrhovi zmanjšajo faktor efektivne dolžine, medtem ko ga pritrjene podlage in preproste povezave povečajo. Podporne pogoje je treba natančno modelirati, ker neposredno določajo preverjanje ukrivljenosti.
Razred jekla
Višji -trdnostni razredi, kot so S355 (EN 10025-2), ASTM A572 razred 50 ali Q355B (GB/T 1591), omogočajo bolj kompakten odsek za enako obremenitev, na račun višje cene na enoto ter strožjih zahtev glede varjenja in izdelave. Razred je treba izbrati ob upoštevanju konstrukcijske trdnosti in zmogljivosti izdelave.
Razmerje med-širino in-debelino (lokalno upogibanje)
Ploščate stene škatlastega stebra morajo biti sorazmerne, da se prepreči lokalno upogibanje, preden odsek doseže svojo polno trdnost. Kode določajo meje kompaktnosti glede na razmerje med širino-in-debelino; na primer AISC 360 določa mejno razmerje med -in-debelino za vitke elemente pod enakomerno stiskanjem, GB 50017 in EN 1993-1-1 pa zagotavljata enakovredne lokalne zahteve glede uklona. Projekt mora preveriti, ali izbrana debelina plošče ustreza veljavni omejitvi.
Preverjanje zasnove za okvirne stolpce
Dimenzioniranje okvirnega stolpca je ponavljajoč se postopek predpostavke odseka, njegovega preverjanja in prilagajanja. Glavna preverjanja, opravljena z veljavno kodo (na primer AISC 360, EN 1993-1-1 ali GB 50017), so:
Aksialna trdnost:načrtovana tlačna trdnost je nazivna trdnost, zmanjšana za ustrezen faktor upora, pri čemer nazivna trdnost upošteva upogibno upogibanje okoli kritične osi in temelji na efektivni vitkosti KL/r.
Kombinirano aksialno in upogibno:členi pod aksialno obremenitvijo in momenti so preverjeni z interakcijskimi enačbami kode, ki združujejo razmerja izkoriščenosti aksialne sile in momenta.
Meje vitkosti:kompresijski členi so običajno omejeni na največje razmerje vitkosti (na primer KL/r ni večji od 200 za glavne kompresijske člene po AISC 360; enakovredna omejitev v GB 50017 se uporablja za glavne kompresijske člene).
Lokalno upogibanje:razmerje med širino-in-debelino plošče se preveri glede na omejitve kompaktnosti kode, tako da lahko odsek razvije svojo plastično ali elastično zmogljivost, kot je predvideno v načrtu.
Servisnost:stranski zamik, aksialno skrajšanje in vibracije se preverijo glede na projektne omejitve.
Ker je geometrija povezana s preverjanjem trdnosti, končno velikost najbolje potrdi kvalificirani gradbeni inženir z uporabo priznane programske opreme za načrtovanje, s risbami v delavnici, pripravljenimi iz odobrenega izračuna.
Praktična navodila za določanje velikosti glede na aplikacijo
| Aplikacija | Razred relativnega odseka | Predlagani primeri ocen | Gonilniki izbire ključev |
|---|---|---|---|
| Stanovanjski in lahki poslovni okvirji | Kompaktni profili, skromna debelina sten | Q235B (GB/T 1591) ali S235JR (EN 10025-2) | Prostorska učinkovitost, varčnost, enostavni priključki |
| Industrijski obrati in skladišča | Srednji deli z ustrezno togostjo | Q355B (GB/T 1591) ali S355JR (EN 10025-2) | Obremenitve žerjava, udarci in vibracije, nadzor odnašanja |
| Stolpnice- in poslovne stolpnice | Veliki deli, debelejše stene | Q355B, Q420 (GB/T 1591) ali ASTM A572 stopnje 50/60 | Visoka aksialna zmogljivost, stroga kontrola kompaktnosti, seizmični detajli |
| Mostovi in infrastruktura | Globoki rezi, težke plošče, detajli utrujenosti | S355K2 (EN 10025-2) ali ASTM A572 razred 50 | Dinamične obremenitve, utrujenost, korozijski dodatek |
| Začasne podporne strukture | Zmerni deli, vijačne povezave | Q355B (GB/T 1591) ali S355 | Ponovna uporabnost, transportnost, hitra montaža in demontaža |
Tabela je samo okvirna: veljavni primer obremenitve, efektivna dolžina in zahteve kode imajo vedno prednost, točne mere pa morajo izhajati iz konstrukcijskega izračuna.
Izdelava in nadzor kakovosti
Varjeni škatlasti stebri zahtevajo disciplinirano izdelavo, ker zaradi zaprtega dela notranji zvari po montaži niso dostopni:
Varjenje:štirje vogalni šivi so običajno varjeni z obločnim varjenjem pod praškom (SAW) z nadzorovanimi zaporedji; varilni postopki morajo biti kvalificirani v skladu z AWS D1.1, EN 1090 ali veljavno kodo.
Notranja ojačitev:prečne diafragme na točkah vnosa obremenitve in, kjer je to potrebno, vzdolžne ojačitve nadzorujejo lokalno upogibanje in širijo koncentrirane sile.
Ne{0}}destruktivno testiranje:kritične zvare pregledamo z ultrazvočnim testiranjem (UT), z magnetnimi delci (MT) ali radiografskim testiranjem (RT), kjer to zahteva specifikacija.
Sledljivost materiala:certifikati o mlinskem preskusu v skladu z EN 10204 (tip 3.1) dokumentirajo kemijo plošče in mehanske lastnosti.
Zaščita pred korozijo:površine so peskane do Sa 2,5 in prevlečene v skladu z ISO 12944 za kategorijo izpostavljenosti ali vroče{2}}cinkane, kjer je navedeno.
Poskusna montaža:zapleteni stebri ali stebri z visoko toleranco so poskusno-sestavljeni v delavnici, da preverijo poravnavo lukenj in geometrijo pred pošiljanjem.
Pogosto zastavljena vprašanja
V: Kakšne oblike škatlastega stolpca so na voljo?
Najpogostejši so kvadratni in pravokotni votli profili; stožčasti in stopničasti škatlasti stebri se proizvajajo, kadar arhitekturne zahteve ali zahteve glede obremenitve zahtevajo različen odsek vzdolž višine.
V: Kateri razred jekla naj izberem za škatlasti steber?
Za zmerne obremenitve sta varčna Q235B (GB/T 1591) ali S235JR (EN 10025-2). Za uporabo v visokih stavbah, mostovih in težki industriji so tipični Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) ali ASTM A572 stopnje 50/60. Stopnja je izbrana skupaj z konstrukcijsko trdnostjo in zahtevami glede izdelave.
V: Kako se določi debelina stene?
Debelina stene je nastavljena s preverjanjem aksialne in upogibne trdnosti, mejami lokalnega uklona (širina-do-debeline) kode in kakršnim koli dovoljenjem za korozijo, ki je potrebno za okolje. Debelejše stene se uporabljajo tam, kjer velja vitkost ali lokalna kontrola uklona.
V: Kakšno je dobro razmerje med širino-in-debelino za okvirni stolpec?
Enotne fiksne vrednosti ni. Razmerje mejne širine-in-debeline je opredeljeno z veljavno kodo (na primer meje kompaktnosti v AISC 360, GB 50017 ali EN 1993-1-1) in je odvisno od meje tečenja jekla in stopnje napetosti stene. Projekt mora preveriti odsek glede na veljavno mejo.
V: Ali je mogoče škatlaste stebre spojiti na mestu?
ja Terenski spoji so narejeni s privijačenimi spojnimi ploščami ali z varjenimi-polnimi utori, podrobno opisani in preverjeni v skladu s kodo. Priprava konce-izdelane v trgovini in poskusna montaža pomagata zagotoviti poravnavo na spoju.
V: Katera dokumentacija spremlja izdelane škatlaste stebre?
Tipična dokumentacija vključuje potrdila o preskusu mlina (EN 10204 tip 3.1), kvalifikacije varilnega postopka in zapise varilcev, poročila NDT, poročila o pregledu dimenzij in odobrene delovne risbe.