Čelični kutijasti stubovi, koji se nazivaju i zavareni kutijasti profili ili zatvoreni ugrađeni{0}}odjeljci, proizvode se zavarivanjem četiri ploče u šuplju kvadratnu ili pravokutnu prizmu. Njihova zatvorena geometrija daje simetričnu krutost oko obje ose, visoku otpornost na torziju i odlične performanse pod velikim aksijalnim opterećenjima, što ih čini standardnim izborom za jezgre visokog{2}}uspona, mostove velikog raspona-i industrijske okvire. Pitanje sa kojim se svaki projektni tim suočava rano je: koja bi veličina kolone trebala biti? Odgovor dolazi iz strukturalnog dizajna, a ne iz kataloga, a ovaj vodič objašnjava faktore i provjere koji ga određuju.
Šta je čelična kutija stuba?
Stub od čelične kutije je zatvoreni, šuplji strukturni element, koji se obično proizvodi zavarivanjem četiri čelične ploče zajedno da formiraju kvadratni ili pravougaoni poprečni-presjek. U poređenju sa otvorenim sekcijama kao što su I- ili H-grede, kutijasta sekcija pruža:
Simetrična biaksijalna krutost:ne postoji jaka ili slaba osa, tako da se stub odupire savijanju podjednako u svim smjerovima.
Visoka otpornost na torziju:zatvorena ćelija odoleva obrtnom momentu mnogo efikasnije od otvorenih delova.
Visoka efikasnost kompresije:materijal je raspoređen dalje od težišta, što daje veliki radijus rotacije za područje preseka.
Odlična lokalna kontrola izvijanja:četiri zidne ploče mogu biti proporcionalne tako da zadovolje granice kompaktnosti važećeg kodeksa.
Stubovi sa kutijama se široko koriste kao građevinski stubovi u visokim{0}}ramovima, kao stubovi mostova i piloni, te kao primarni elementi u industrijskim i javnim zgradama.
Faktori koji utiču na određivanje veličine kolone kutije
Projektna opterećenja
Poprečni-presjek mora izdržati faktorizirano aksijalno opterećenje, momente savijanja od gravitacijskih i bočnih opterećenja i smicanje, kombinovano u skladu sa važećim kodeksom. Moraju biti zadovoljena i granična stanja čvrstoće i upotrebljivosti.
Visina i efektivna dužina bez učvršćenja
Duže dužine bez podupirača povećavaju vitkost stuba i smanjuju njegov kapacitet kompresije. Efektivna dužina je proizvod stvarne dužine i faktora K- koji odražava krajnja ograničenja: fiksne, zakačene ili djelimično ograničene veze na vrhu i dnu elementa.
Kraj ograničenja i granični uvjeti
Fiksne baze i moment{0}}povezani vrhovi smanjuju faktor efektivne dužine, dok ga zašiljene baze i jednostavne veze povećavaju. Uslovi potpore moraju biti precizno modelirani jer oni direktno upravljaju provjerom izvijanja.
Steel Grade
Viši{0}} razredi čvrstoće kao što su S355 (EN 10025-2), ASTM A572 Grade 50 ili Q355B (GB/T 1591) omogućavaju kompaktniji dio za isto opterećenje, po cijenu veće jedinične cijene i strožih zahtjeva za zavarivanje i proizvodnju. Ocjenu treba odabrati imajući na umu snagu dizajna i mogućnost izrade.
Odnos širine-prema-odnosa (lokalno izvijanje)
Pločasti zidovi stuba kutije moraju biti proporcionalni kako bi se spriječilo lokalno izvijanje prije nego što profil dostigne svoju punu čvrstoću. Kodovi definiraju granice kompaktnosti u smislu omjera širine-prema-debljine; na primjer, AISC 360 postavlja granični omjer širine-prema-omjeru debljine za vitke elemente pod ravnomjernom kompresijom, a GB 50017 i EN 1993-1-1 daju ekvivalentne lokalne zahtjeve za izvijanje. Dizajn mora potvrditi da odabrana debljina ploče zadovoljava primjenjivo ograničenje.
Provjere dizajna za stupce kutije
Dimenzioniranje stupca okvira je iterativni proces preuzimanja odjeljka, njegove provjere i prilagođavanja. Glavne provjere, obavljene u skladu s važećim kodom (na primjer AISC 360, EN 1993-1-1 ili GB 50017), su:
Aksijalna čvrstoća:projektna tlačna čvrstoća je nazivna čvrstoća smanjena za odgovarajući faktor otpora, pri čemu nazivna čvrstoća uzima u obzir izvijanje pri savijanju oko kritične osi i temelji se na efektivnoj vitkosti KL/r.
Kombinacija aksijalnog i savijanja:članovi pod aksijalnim opterećenjem plus momenti se verificiraju jednadžbama interakcije koda, koje kombiniraju omjere iskorištenja aksijalne sile i momenta.
Granice vitkosti:kompresioni elementi su obično ograničeni na maksimalni omjer vitkosti (na primjer KL/r ne veći od 200 za glavne kompresione članove prema AISC 360; ekvivalentno ograničenje u GB 50017 primjenjuje se na glavne kompresione članove).
Lokalno izvijanje:omjer širine ploče-prema-debljini se provjerava u odnosu na granice kompaktnosti koda tako da sekcija može razviti svoj plastični ili elastični kapacitet kao što je pretpostavljeno u dizajnu.
Upotrebljivost:bočni pomak, aksijalno skraćivanje i vibracije se provjeravaju u odnosu na granice projekta.
Budući da je geometrija u interakciji s provjerama čvrstoće, konačnu veličinu najbolje potvrđuje kvalificirani građevinski inženjer korištenjem priznatog softvera za projektovanje, s nacrtima iz radionice pripremljenim iz odobrenog proračuna.
Praktično uputstvo za dimenzionisanje prema primeni
| Aplikacija | Relativna klasa presjeka | Predloženi primjeri ocjena | Pokretači odabira ključeva |
|---|---|---|---|
| Stambeni i laki poslovni okviri | Kompaktni profili, skromna debljina zida | Q235B (GB/T 1591) ili S235JR (EN 10025-2) | Efikasnost prostora, ekonomičnost, jednostavne veze |
| Industrijska postrojenja i skladišta | Srednji dijelovi sa odgovarajućom krutošću | Q355B (GB/T 1591) ili S355JR (EN 10025-2) | Opterećenja dizalice, udari i vibracije, kontrola zanošenja |
| Visoke{0}}kule i komercijalne kule | Veliki delovi, deblji zidovi | Q355B, Q420 (GB/T 1591) ili ASTM A572 Grade 50/60 | Visok aksijalni kapacitet, stroga kontrola kompaktnosti, seizmički detalji |
| Mostovi i infrastruktura | Duboki profili, teške ploče, detalji o zamoru | S355K2 (EN 10025-2) ili ASTM A572 Grade 50 | Dinamička opterećenja, zamor, dopuštenje korozije |
| Privremene potporne strukture | Umjereni presjeci, vijčani spojevi | Q355B (GB/T 1591) ili S355 | Ponovna upotreba, prenosivost, brza montaža i demontaža |
Tabela je samo indikativna: mjerodavni slučaj opterećenja, efektivna dužina i zahtjevi koda uvijek imaju prednost, a tačne dimenzije moraju proizaći iz proračuna konstrukcije.
Izrada i kontrola kvaliteta
Zavareni kutijasti stubovi zahtevaju disciplinovanu izradu jer zatvoreni deo čini unutrašnjim zavarenim šavovima nedostupnim nakon montaže:
zavarivanje:četiri kutna šava se obično zavaruju zavarivanjem pod vodom (SAW) s kontroliranim redoslijedom; Postupci zavarivanja moraju biti kvalifikovani prema AWS D1.1, EN 1090 ili važećem kodu.
Unutrašnje ukrućenje:poprečne dijafragme na tačkama uvođenja opterećenja i, gdje je potrebno, uzdužna ukrućenja kontroliraju lokalno izvijanje i širenje koncentrisanih sila.
Ne-testiranje bez razaranja:Kritični zavari se ispituju ultrazvučnim ispitivanjem (UT), sa magnetnim česticama (MT) ili radiografskim ispitivanjem (RT) gde to zahteva specifikacija.
Sljedivost materijala:Certifikati o ispitivanju u mlinu u skladu sa EN 10204 (tip 3.1) dokumentuju hemiju ploča i mehanička svojstva.
Zaštita od korozije:Površine su očišćene pjeskarenjem do Sa 2,5 i premazane prema ISO 12944 za kategoriju izloženosti, ili vruće{2}}pocinčane gdje je navedeno.
Probno sastavljanje:složene ili visoko tolerantne kolone se probno-sastavljaju u radnji kako bi se provjerilo poravnanje rupa i geometrija prije isporuke.
Često postavljana pitanja
P: Koji oblici stupca kutije su dostupni?
Najčešći su kvadratni i pravougaoni šuplji profili; Konusni i stepenasti stubovi se proizvode kada arhitektonski zahtjevi ili zahtjevi opterećenja zahtijevaju promjenjiv presjek po visini.
P: Koju vrstu čelika trebam odabrati za kutijastu kolonu?
Za umjerena opterećenja, Q235B (GB/T 1591) ili S235JR (EN 10025-2) je ekonomičan. Za visokogradnju, mostove i teške industrijske aplikacije, tipični su Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) ili ASTM A572 Grade 50/60. Vrsta se bira zajedno sa čvrstoćom dizajna i zahtjevima proizvodnje.
P: Kako se određuje debljina zida?
Debljina stijenke je određena provjerom aksijalne čvrstoće i čvrstoće na savijanje, lokalnim ograničenjima izvijanja (širina-do-debljine) koda i svim dopuštenim količinama korozije koje su potrebne za okoliš. Deblji zidovi se koriste tamo gdje prevladavaju vitkost ili lokalno izvijanje.
P: Koji je dobar omjer širine-i-debljine za kolonu okvira?
Ne postoji jedinstvena fiksna vrijednost. Granični omjer širine-i-debljine definiran je važećim kodom (na primjer, granice kompaktnosti u AISC 360, GB 50017 ili EN 1993-1-1) i ovisi o granici tečenja čelika i nivou naprezanja zida. Projekt mora provjeriti sekciju u odnosu na primjenjivo ograničenje.
P: Mogu li se stubovi kutija spojiti na licu mjesta?
Da. Terenski spojevi se izrađuju pomoću ploča za spajanje vijcima ili sa zavarenim žljebovima s punim-prodiranjem, detaljnije i provjerene u skladu sa kodom. Radni-proizvedena priprema kraja i probna montaža garantuju poravnanje na spoju.
P: Koja dokumentacija prati izrađene kutijaste stupove?
Tipična dokumentacija uključuje potvrde o ispitivanju mlinova (EN 10204 tip 3.1), kvalifikaciju postupka zavarivanja i evidenciju zavarivača, NDT izvještaje, izvještaje o kontroli dimenzija i odobrene crteže iz radionice.