Miks ehitusinsenerid valivad õõnsad sektsioonid?

Jalutage peaaegu igale kaasaegsele terasest{0}}karkassiga ehitusplatsile ja näete õõnsaid sektsioone, mis teevad tööd, mida sellised profiilid nagu I-talad ja kanalid lihtsalt ei suuda nii tõhusalt teha: nad seisavad sihvakate paljastunud sammastena klaasist aatriumis, moodustavad seismilises raamis diagonaaltoe või kannavad väändekoormust. Eelistus ei ole esteetiline. See taandub käputäiele ehitusinseneri põhimõtetele, mida enamik hankemeeskondi kunagi ei käsitle, kuid mis määravad vaikselt kindlaks, miks spetsifikatsioon nõuab SHS-i, RHS-i või CHS-i.

Selles artiklis vaadeldakse tegelikke tehnilisi põhjuseid, et õõnsad sektsioonid ületavad avatud profiilid teatud koormusjuhtudel - ja, mis on sama oluline, kui I-tala või kanal on endiselt tõhusam ja ökonoomsem valik. Selle võrdluse mõlema poole mõistmine eristab tõeliselt teadliku spetsifikatsiooni vaikeharjumusest.

Õõnesosa suurim struktuurne eelis taandub ühele numbrile: pöörlemisraadiusele.

Lahtisel lõigul, nagu laial-ääriku I-talal, on kaks väga erinevat pöörlemisraadiust - üks ümber tugeva telje ja teine ​​nõrga telje ümber, mis sageli erinevad kahe või enama teguri võrra. See tähendab, et I-sektsiooni sammas on ainult nii tugev, kui tugev on selle nõrgim paindumise suund, ja kui element puutub kokku koormuse või tuule survega mitmest suunast, peab insener projekteerima nõrgema telje ümber, olenemata sellest, kui palju tugevam teine ​​telg võib olla.

Seevastu ruudukujulisel või ringikujulisel õõneslõikel on võrdne (või sellele väga lähedane) pöörlemisraadius igas suunas. Puudub "nõrk telg". Samba puhul, mis peab taluma paindumist ettearvamatutest või mitmesuunalistest allikatest lähtuva survekoormuse korral -, mis kirjeldab suurt osa tõelistest hoone sammastest, eriti avatud põrandaplaanide puhul, mis ei toeta seinu, et määratleda domineeriv koormuse suund -, muudab see geomeetriline omadus üksi sageli õõneslõike kergemaks kui samaväärne avatud sektsioon, kuna see ei anna tugevust samaväärselt{5}} suund, mida struktuur nii palju ei vaja.

See on ka põhjus, miks õõnesprofiilid domineerivad surveelementidena ruumiraamides ja võresõrestikus: 3D-sõrestike süsteemi iga diagonaal- ja vertikaalne osa kogeb erineva suunaga koormust ja kõigis suundades ühtlase takistusega sektsioon on konstruktsiooniliselt tõhus nii, et I-sektsioon ei saa põhimõtteliselt sobida ilma lisatud materjalita.

Näita pilti

Kui keerdumise raadius on peen eelis, siis väändejäikus on dramaatiline - ja see on vaieldamatult kõige alahinnatud põhjus, miks teatud osade jaoks määratakse õõneslõiked.

Lahtised sektsioonid peavad väände vastu eelkõige kõveruse ja suhteliselt nõrga St. Venanti väändekonstandi tõttu, kuna avatud õhukeseseinalisel-kujul ei ole lihtsalt pidevat koormusteed ümber perimeetri, et nihkevoolu tõhusalt kanda. Suletud sektsioon - mis tahes õõnessektsioon - on vastupidav nihkevoolule, mis jookseb pidevalt ümber suletud perimeetri, mis on oluliselt jäigem mehhanism. Praktikas võib suletud õõnessektsiooni väändekonstant olla suurusjärgu võrra suurem kui võrreldava suuruse ja kaaluga avatud sektsioonil.

See on oluline elementide puhul, mis näevad olulist väändekoormust: kumerad sillatalad, ekstsentrilise rattakoormusega kraana raja talad, ekstsentrilist põrandakoormust piki hoone perimeetrit toetavad spandeltalad ja konstruktsiooni mis tahes osa, kus koormust ei rakendata puhtalt läbi nihkekeskme. Avatud sektsiooni määramine tõeliselt väände-kriitilise rakenduse jaoks tähendab tavaliselt jäigastajate, membraanide või elemendi ülemõõtmist, et kompenseerida - täiendavaid tootmis- ja materjalikulusid, mida õõnessektsioon ainuüksi geomeetria tõttu sageli väldib.

 

PUURIMISE PROTSESS

ÕÕNNE LÕIGU TÖÖTLEMINE

Ümmarguse terastoru töötlemine

Ükski neist ei tähenda, et õõnsad sektsioonid oleksid tingimusteta paremad ja siin tuleb esile nüansirikkam, harvemini käsitletav punkt: kohalik paindumiskäitumine.

Disainikoodid - EN 1993-1-1 Euroopas, AISC 360 USA-s - klassifitseerivad konstruktsiooni sektsioonid (nii avatud kui ka suletud) nende üksikute plaadi- või seinaelementide laiuse-kuni -paksuse või läbimõõdu ja paksuse suhte järgi (plastikust mahutavusest kuni tihendamismahuni, laiusklassidesse). plastilise konstruktsiooni jaoks pöörlemise säilitamine) läbi "sihvaka" (kus lokaalne paindumine toimub enne, kui sektsioon saavutab tootlikkuse ja projekteerimisvõimsust tuleb vastavalt vähendada).

Õõnesprofiilide puhul on see klassifikatsioon otseselt seotud lamedate pindade laiuse - ja- paksuse suhtega (SHS/RHS puhul) või läbimõõdu - ja- paksuse suhtega (CHS puhul). Õhukese -seinaga, suure läbimõõduga -CHS või lai, õhukese seinaga-RHS võib langeda peenikesse klassifikatsiooni sama kergesti kui õhuke-äärikuga avatud sektsioon -, suletud profiil ei vabasta sektsiooni automaatselt lokaalsest paindumise kontrollist. Insenerid, kes määravad arhitektuursete või pikkade rakenduste jaoks suuremaid, õhemaid{11}}seinaga õõnesprofiile, peavad kontrollima selgesõnaliselt sektsiooni klassifikatsiooni, mitte eeldama, et "õõnes" tähendab "kompaktset". See on esialgse suuruse määramisel üks levinumaid möödalaskmisi, mis tabatakse alles siis, kui üksikasjalik kontroll on lõpuks läbi viidud.

Üks õõnesprofiilide tõeliselt alaarutatud eelis ilmneb tuletõrjetehnikas, mitte gravitatsiooni või külgkoormuse disainis.

Konstruktsioonide tulekaitsenõuded sõltuvad suuresti sektsiooni sektsioonitegurist - köetava perimeetri ja ristlõikepinna suhe- (sageli kirjutatud Hp/A). Madalama Hp/A suhtega sektsioon soojeneb tulekahju ajal aeglasemalt, kuna seal on proportsionaalselt vähem avatud pinda, mis juhib soojust antud terasemassi. Avatud sektsioonid, nagu I-talad, paljastavad pinna mõlemal küljel ja mõlemal äärikul, mis kõik on eraldi kuumutatud. Võrreldava kandevõimega õõneslõikel on sageli madalam Hp/A suhe lihtsalt seetõttu, et selle geomeetria koondab sama terasmassi kompaktsema, pideva katmata pinna taha.

Praktiline tagajärg on see, et õõnessektsioonide osad võivad mõnikord saavutada nõutava tulepüsivuse reitingu õhema paisuva katte või vähema tulekaitsematerjaliga kui avatud sektsioon, millel on sama konstruktsioonikoormus - tegelik kulude ja kaalu kokkuhoid, mida üldises turundusmaterjalis harva esineb, kuna selle demonstreerimiseks on vaja sektsiooni-spetsiifilist arvutust, mitte üldist väidet, mis kehtib ühetaoliselt iga suuruse ja rakenduse puhul.

See on punkt, kus õõnesprofiilid kaotavad osa eelistest, mida nad mujal saavad, ja see väärib spetsifikatsiooniotsuste tegemisel rohkem tähelepanu kui tavaliselt.

Avatud sektsioonid pakuvad tasaseid, ligipääsetavaid ääriku- ja võrkpindu, mis muudavad poltühendused lihtsaks - ühendusplaadi saab poltidega kinnitada otse ääriku külge standardsete vahekauguste ja standardsete detailidega. Õõnesprofiilid ei paku oma suletud olemuse tõttu sama ligipääsetavat pinda tavalise poltühenduse jaoks ilma täiendava riistvarata: läbi-poltide jaoks on vaja juurdepääsu toru sisemusse (sageli pole see pärast konstruktsiooni kokkupanemist võimalik) ja pinnale kinnitatud poltühendused vajavad tavaliselt äärikuplaate, korgiplaate või pimedate sektsioonide{4}}poldisüsteemide jaoks spetsiaalselt loodud.

Keevisühendustel on oma keerukus. Kui õõnessektsioonide elemendid kohtuvad sõrestiku sõlmes - K-, T-, Y- või X-liigendis võretala konstruktsioonis -, ei ole ühendus ainult kahe toru kokku keevitamise küsimus. Ühenduskoha koorepinda tuleb kontrollida stantsimisnihke ja lokaalse plastifikatsiooni suhtes sissetulevast tugielemendist lähtuva kontsentreeritud koormuse all, järgides konstruktsiooni sätteid, nagu näiteks EN 1993-1-8 7. jaotises või CIDECTi projekteerimisjuhendis, mis on spetsiaalselt välja töötatud toruliidete projekteerimiseks. Need kontrollid on tõesti rohkem kaasatud kui tavaline avatud sektsiooniga ühenduste projekt ja selle keerukuse alahindamine projekteerimisetapis on üks levinumaid torukujuliste sõrestikuprojektide hilises etapis ümberkujundamise allikaid.

See ei muuda õõnesprofiilide ühendusi ebapraktiliseks - torusõrestike ehitamine on edukas kogu maailmas -, kuid see tähendab, et tootmis- ja ühenduse projekteerimiskulusid tuleb võrrelda sektsiooni enda materjalitõhususega, selle asemel, et eeldada, et õõnesprofiil on igal juhul otsene kuluvõit.

Arvestades kõike ülaltoodut, tasub olla otsekohene selle kohta, kus I-tala või kanal on parem valik: esmased painutuselemendid, kus koormus on valdavalt ümber ühe telje ning kus see telg on teada ja fikseeritud konstruktsiooni geomeetria järgi - tüüpiline plaati toetav põrandatala, näiteks paindub umbes ühe telje ümber {langes'2}, neutraalteljest, on puhtal üheteljelisel painutamisel tõhusam kui õõnesprofiili materjal, mis on jaotatud ümber suletud perimeetri.

Lahtiste sektsioonide ühendamine on samuti üldiselt odavam, nagu eespool kirjeldatud, ja need on laiemalt saadaval laiemas standardsuuruses valtsitud suurustes väga suurte ja sügavate osade jaoks, kui tavaliselt on õõnesprofiilid. Lihtsa põrandatala puhul jääb I-sektsioon tavaliselt ökonoomsemaks spetsifikatsiooniks; mitmesuunalise koormuse, kokkusurutud ja võimaliku väände all oleva tugielemendi või ruumiraamis oleva sõrestikuga samba puhul on õõneslõik tavaliselt nii materjalitõhususe kui ka paljudel juhtudel tulekindluse seisukohalt võit.

 

 

 

 

Valik õõnsate ja avatud sektsioonide vahel ei seisne selles, et ollakse kategooriliselt parem -, vaid sektsiooni geomeetria vastavusseviimine liikme tegeliku koormusjuhtumiga. Seda otsust kaaluv ehitusinsener küsib tõesti: kas see liige näeb koormust ühest prognoositavast suunast või mitmest suunast ja võib-olla ka väändest? Kas kohalik paindumise klassifikatsioon reguleerib kujundust vaadeldava seinapaksusega? Kui palju ühenduskonstruktsioon tegelikult maksab, kui arvesse võtta äärikuplaadid, korgiplaadid või toruliigeste kontrollid, mitte ainult terase enda tonnihind-?

Selle õige saavutamine spetsifikatsioonistaadiumis - selle asemel, et vaikimisi järgida harjumust või mis tahes sektsioonitüüpi, mida eelmine projekt juhtus kasutama -, on konstruktsiooniterase projekti tegelik materjali- ja kulude kokkuhoid ning see on otsus, mis tasub iga uue konstruktsiooni puhul uuesti läbi vaadata, selle asemel, et eeldada, et eelmise projekti jaotise valik ikka kehtib.

Võtke kohe ühendust