Teräskotelopilarit, joita kutsutaan myös hitsatuiksi laatikkoprofiileiksi tai suljetuiksi rakennetuiksi{0}}osiksi, valmistetaan hitsaamalla neljä levyä ontoksi neliön tai suorakaiteen muotoiseksi prismaksi. Niiden suljettu geometria antaa symmetrisen jäykkyyden molemmille akseleille, korkean vääntövastuksen ja erinomaisen suorituskyvyn suurissa aksiaalikuormissa, mikä tekee niistä vakiovalinnan korkealle-nouseville ytimille, pitkille-jänteisille silloille ja teollisuusrungoille. Kysymys, jonka jokainen projektitiimi kohtaa varhain, on: minkä kokoisen kolonnin tulisi olla? Vastaus tulee rakennesuunnittelusta, ei luettelosta, ja tämä opas selittää sen määräävät tekijät ja tarkistukset.
Mikä on teräslaatikkopylväs?
Teräskotelopilari on suljettu, ontto rakenneosa, joka valmistetaan tavallisesti hitsaamalla neljä teräslevyä yhteen muodostamaan neliön tai suorakaiteen muotoinen poikkileikkaus{0}}. Verrattuna avoimiin osiin, kuten I-- tai H-palkkiin, laatikkoosio tarjoaa:
Symmetrinen biaksiaalinen jäykkyys:ei ole vahvaa tai heikkoa akselia, joten pilari vastustaa taipumista tasaisesti kaikkiin suuntiin.
Korkea vääntövastus:suljettu kenno kestää vääntömomenttia paljon tehokkaammin kuin avoimet osat.
Korkea puristustehokkuus:materiaali jakautuu poispäin painopisteestä, mikä antaa suuren pyörimissäteen leikkausalueelle.
Erinomainen paikallinen nurjahduksen hallinta:neljä levyseinämää voidaan mitoittaa siten, että ne täyttävät hallitsevan koodin tiiviysrajat.
Laatikkopylväitä käytetään laajalti rakennuspylväinä korkeissa-korkeuksissa, sillan pylväinä ja pylväinä sekä pääosina teollisuus- ja julkisissa rakennuksissa.
Tekijät, jotka ohjaavat laatikon sarakkeen kokoa
Suunnittelukuormat
Poikkileikkauksen on kestettävä tekijällinen aksiaalikuorma, painovoiman taivutusmomentit ja sivuttaiskuormitukset sekä leikkaus, yhdistettynä hallitsevan koodin mukaan. Sekä lujuus- että käyttörajatilan tulee täyttyä.
Tukematon korkeus ja tehokas pituus
Pidemmät jäykistämättömät pituudet lisäävät pilarin hoikkautta ja vähentävät sen puristuskykyä. Tehollinen pituus on todellisen pituuden ja K--tekijän tulo, joka heijastaa päätyrajoituksia: kiinteät, kiinnitetyt tai osittain kiinnitetyt liitokset osan ylä- ja alaosassa.
Rajoitukset ja rajaehdot
Kiinteät jalustat ja momentti{0}}liitetyt yläosat vähentävät tehollista pituuskerrointa, kun taas kiinnitetyt jalustat ja yksinkertaiset liitokset lisäävät sitä. Tukiolosuhteet on mallinnettava tarkasti, koska ne ohjaavat suoraan nurjahdustarkistusta.
Teräsluokka
Korkeammalla-lujuudella, kuten S355 (EN 10025-2), ASTM A572 Grade 50:llä tai Q355B:llä (GB/T 1591), saadaan kompaktimpi osa samalle kuormitukselle korkeamman yksikköhinnan ja tiukempien hitsaus- ja valmistusvaatimusten kustannuksella. Laji tulee valita suunnittelulujuus ja valmistuskyky huomioon ottaen.
Leveyden-/-paksuuden suhde (paikallinen nurjahdus)
Laatikkopylvään levyseinät on mitoitettava paikallisen lommahduksen estämiseksi ennen kuin osa saavuttaa täyden lujuutensa. Koodit määrittelevät tiiviysrajat leveyden-/-paksuuden suhteen; esimerkiksi AISC 360 asettaa rajoittavan leveys---paksuussuhteen ohuille elementeille tasaisessa puristuksessa, ja GB 50017 ja EN 1993-1-1 tarjoavat vastaavat paikalliset nurjahdusvaatimukset. Suunnittelussa on varmistettava, että valittu levypaksuus täyttää sovellettavan rajan.
Suunnittele laatikkosarakkeiden tarkistukset
Laatikkosarakkeen koon määrittäminen on iteratiivinen prosessi, jossa oletetaan osio, se tarkistetaan ja säädetään. Tärkeimmät tarkistukset, jotka suoritetaan hallitsevalla koodilla (esimerkiksi AISC 360, EN 1993-1-1 tai GB 50017), ovat:
Aksiaalinen lujuus:mitoituspuristuslujuus on sopivalla vastuskertoimella vähennetty nimellislujuus, jossa nimellislujuus ottaa huomioon taivutuslommahduksen kriittisen akselin ympäri ja perustuu teholliseen hoikuuteen KL/r.
Yhdistetty aksiaalinen ja taivutus:aksiaalisen kuormituksen ja momenttien alaiset jäsenet varmistetaan koodin vuorovaikutusyhtälöillä, jotka yhdistävät aksiaalivoiman ja momentin käyttösuhteet.
Hoikka rajat:puristusosat on yleensä rajoitettu maksimaaliseen hoikkuussuhteeseen (esimerkiksi KL/r ei ole suurempi kuin 200 pääpuristusosissa AISC 360:n mukaisesti; GB 50017:n vastaavaa rajoitusta sovelletaan pääpuristusosiin).
Paikallinen nurjahdus:levyn leveys---paksuussuhteet tarkistetaan koodin tiiviysrajoja vastaan, jotta osa voi kehittää muovi- tai elastisuuskapasiteettiaan suunnittelussa oletetun mukaisesti.
Huollettavuus:sivusuuntainen ajautuminen, aksiaalinen lyhennys ja tärinä tarkistetaan projektin rajoissa.
Koska geometria on vuorovaikutuksessa lujuustarkastusten kanssa, lopullisen koon vahvistaa parhaiten pätevä rakennesuunnittelija käyttämällä tunnustettua suunnitteluohjelmistoa ja hyväksytystä laskelmasta valmistetut myymäläpiirustukset.
Käytännön mitoitusohjeet sovelluksen mukaan
| Sovellus | Suhteellinen osaluokka | Ehdotetut arvosanaesimerkit | Avaimen valinta ohjaimet |
|---|---|---|---|
| Asuin- ja kevyiden liiketilojen kehykset | Kompaktit osat, vaatimaton seinämän paksuus | Q235B (GB/T 1591) tai S235JR (EN 10025-2) | Tilatehokkuus, taloudellisuus, yksinkertaiset liitännät |
| Teollisuuslaitokset ja varastot | Keskikokoiset osat, joissa on riittävä jäykkyys | Q355B (GB/T 1591) tai S355JR (EN 10025-2) | Nosturien kuormat, isku ja tärinä, ajautumisen hallinta |
| Korkeat{0}}tornit ja kaupalliset tornit | Suuret osat, paksummat seinät | Q355B, Q420 (GB/T 1591) tai ASTM A572 Grade 50/60 | Suuri aksiaalinen kapasiteetti, tiukka tiiviyden hallinta, seismiset yksityiskohdat |
| Sillat ja infrastruktuuri | Syvät osat, raskaat levyt, väsymysyksityiskohdat | S355K2 (EN 10025-2) tai ASTM A572 Grade 50 | Dynaamiset kuormat, väsymys, korroosionvarat |
| Väliaikaiset tukirakenteet | Kohtalaiset osat, pulttiliitokset | Q355B (GB/T 1591) tai S355 | Uudelleenkäytettävyys, kuljetettavuus, nopea pystytys ja purkaminen |
Taulukko on vain suuntaa-antava: hallitseva kuormitustapa, tehollinen pituus ja koodivaatimukset ovat aina etusijalla, ja tarkat mitat tulee saada rakennelaskelmasta.
Valmistus ja laadunvalvonta
Hitsatut laatikkopilarit vaativat kurinalaista valmistusta, koska suljettu osa tekee sisähitsauksista mahdottomia asennuksen jälkeen:
Hitsaus:neljä kulmasaumaa hitsataan yleensä uppokaarihitsauksella (SAW) ohjatuilla sarjoilla; hitsausmenetelmien on oltava AWS D1.1:n, EN 1090:n tai sovellettavan koodin mukaisia.
Sisäinen jäykistys:Poikittaiskalvot kuorman syöttökohdissa ja tarvittaessa pitkittäiset jäykisteet ohjaavat paikallista nurjahdusta ja levittävät keskittyneitä voimia.
-Tuhoamaton testaus:kriittiset hitsit tutkitaan ultraäänitestauksella (UT), magneettisella hiukkasella (MT) tai radiografisella testillä (RT), missä spesifikaatio sitä vaatii.
Materiaalin jäljitettävyys:EN 10204 (tyyppi 3.1) mukaiset myllytestitodistukset dokumentoivat levyn kemian ja mekaaniset ominaisuudet.
Korroosiosuojaus:pinnat suihkupuhdistetaan Sa 2,5:een ja pinnoitetaan ISO 12944 -standardin mukaisesti altistumisluokan mukaisesti tai kuumasinkitty, kun se on määritelty.
Kokeilukokoonpano:monimutkaiset tai erittäin toleranssit pylväät kootaan{0}}liikkeessä reikien kohdistuksen ja geometrian tarkistamiseksi ennen toimitusta.
Usein kysytyt kysymykset
K: Millaisia laatikkopylväsmuotoja on saatavana?
Neliön ja suorakaiteen muotoiset ontot osat ovat yleisimpiä; kartiomaisia ja porrastettuja laatikkopylväitä valmistetaan, kun arkkitehtoniset tai kuormitusvaatimukset edellyttävät vaihtelevaa poikkileikkausta korkeudelta.
K: Mikä teräslaatu minun pitäisi valita laatikkopylvääseen?
Kohtuulliseen kuormitukseen Q235B (GB/T 1591) tai S235JR (EN 10025-2) on taloudellinen. Korkean rakennuksen, silta- ja raskaan teollisuuden sovelluksissa Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) tai ASTM A572 Grade 50/60 ovat tyypillisiä. Laji valitaan yhdessä suunnittelulujuuden ja valmistusvaatimusten kanssa.
K: Miten seinämän paksuus määritetään?
Seinän paksuus määritetään aksiaalisten ja taivutuslujuustarkistusten, koodin paikallisten nurjahdusrajojen (leveys---paksuus) sekä ympäristön edellyttämän korroosionvaran perusteella. Paksumpia seiniä käytetään siellä, missä hoikka tai paikallinen lommahdusrajoitus hallitsee.
K: Mikä on hyvä leveys{0}}paksuussuhde-laatikkosarakkeelle?
Ei ole olemassa yhtä kiinteää arvoa. Rajoittava leveys---paksuussuhde määräytyy hallitsevan koodin mukaan (esimerkiksi AISC 360:n, GB 50017:n tai EN 1993-1-1:n tiiviysrajat) ja riippuu teräksen myötörajasta ja seinän jännitystasosta. Suunnittelun tulee verrata osuutta sovellettavaan rajaan.
K: Voidaanko laatikkopylväitä jakaa paikan päällä?
Kyllä. Kenttäjatkoset tehdään pultatuilla jatkolevyillä tai täys-läpivientiurahitsauksilla, yksityiskohtaisesti ja koodin mukaan tarkastettuina. Kauppa-valmistettu päiden valmistelu ja koekokoonpano auttavat takaamaan kohdistuksen jatkossa.
K: Mitä asiakirjoja valmistettujen laatikkopylväiden mukana?
Tyypillisiä dokumentaatioita ovat tehtaan testaustodistukset (EN 10204 tyyppi 3.1), hitsausprosessin pätevyys ja hitsauspöytäkirjat, NDT-raportit, mittatarkastusraportit ja hyväksytyt liikkeen piirustukset.