Oceľové skriňové stĺpy, nazývané aj zvárané skriňové profily alebo uzavreté{0}}konštrukcie, sa vyrábajú zváraním štyroch dosiek do dutého štvorcového alebo obdĺžnikového hranola. Ich uzavretá geometria poskytuje symetrickú tuhosť okolo oboch osí, vysokú torznú odolnosť a vynikajúci výkon pri veľkom axiálnom zaťažení, čo z nich robí štandardnú voľbu pre výškové-jadrá, mosty s dlhým{3}}rozpätím a priemyselné rámy. Otázka, ktorej čelí každý projektový tím, je: akú veľkosť by mal mať stĺpec? Odpoveď pochádza z konštrukčného návrhu, nie z katalógu, a táto príručka vysvetľuje faktory a kontroly, ktoré ju určujú.
Čo je oceľový boxový stĺp?
Oceľový skriňový stĺp je uzavretý dutý konštrukčný prvok, ktorý sa bežne vyrába zvarením štyroch oceľových plátov dohromady tak, aby vytvorili štvorcový alebo obdĺžnikový prierez-. V porovnaní s otvorenými sekciami, ako sú I- alebo H-nosníky, krabicová sekcia poskytuje:
Symetrická biaxiálna tuhosť:neexistuje žiadna silná alebo slabá os, takže stĺpik odoláva ohybu rovnako vo všetkých smeroch.
Vysoká torzná odolnosť:uzavretá bunka odoláva krútiacemu momentu oveľa účinnejšie ako otvorené sekcie.
Vysoká kompresná účinnosť:materiál je distribuovaný smerom od ťažiska, čo dáva veľký polomer otáčania pre oblasť prierezu.
Vynikajúce lokálne ovládanie vybočenia:štyri doskové steny môžu byť dimenzované tak, aby spĺňali limity kompaktnosti podľa riadiaceho zákona.
Skriňové stĺpy sa široko používajú ako stavebné stĺpy vo-výškových rámoch, ako mostné piliere a pylóny a ako hlavné prvky v priemyselných a verejných budovách.
Faktory, ktoré riadia veľkosť stĺpca boxu
Návrhové zaťaženia
Prierez -musí odolávať súčinenému axiálnemu zaťaženiu, ohybovým momentom od gravitácie a priečneho zaťaženia a šmyku v kombinácii podľa riadiaceho kódu. Musia byť splnené medzné stavy pevnosti aj použiteľnosti.
Nespevnená výška a efektívna dĺžka
Dlhšie nevystužené dĺžky zvyšujú štíhlosť stĺpika a znižujú jeho kompresnú kapacitu. Efektívna dĺžka je súčinom skutočnej dĺžky a K-faktora, ktorý odráža koncové obmedzenia: pevné, kolíkové alebo čiastočne uchytené spojenia v hornej a dolnej časti prvku.
Koncové obmedzenia a okrajové podmienky
Pevné základne a moment{0}}prepojené vrchné časti znižujú efektívnu dĺžku, zatiaľ čo kolíkové základne a jednoduché spojenia ju zvyšujú. Podmienky podpory musia byť modelované presne, pretože priamo riadia kontrolu vzperu.
Oceľ triedy
Vyššie-triedy pevnosti, ako napríklad S355 (EN 10025-2), ASTM A572 Grade 50 alebo Q355B (GB/T 1591), umožňujú kompaktnejšiu sekciu pri rovnakom zaťažení za cenu vyššej jednotkovej ceny a prísnejších požiadaviek na zváranie a výrobu. Typ by sa mal vyberať s ohľadom na konštrukčnú pevnosť a výrobnú kapacitu.
Pomer šírky-k{1}}hrúbke (miestne vybočenie)
Doskové steny skriňového stĺpa musia mať také rozmery, aby sa predišlo lokálnemu vybočeniu predtým, ako profil dosiahne svoju plnú pevnosť. Kódy definujú limity kompaktnosti z hľadiska pomeru šírky-k-hrúbke; napríklad AISC 360 stanovuje limitný pomer šírky-k{5}}hrúbke pre štíhle prvky pri rovnomernej kompresii a normy GB 50017 a EN 1993-1-1 poskytujú ekvivalentné miestne požiadavky na vybočenie. Návrh musí overiť, či zvolená hrúbka plechu spĺňa príslušný limit.
Návrhové kontroly pre krabicové stĺpy
Veľkosť stĺpca rámčeka je iteratívny proces prevzatia sekcie, jej kontroly a úpravy. Hlavné kontroly, vykonávané s riadiacim kódom (napríklad AISC 360, EN 1993-1-1 alebo GB 50017), sú:
Axiálna pevnosť:návrhová pevnosť v tlaku je menovitá pevnosť znížená o príslušný súčiniteľ odporu, kde menovitá pevnosť zodpovedá vybočeniu v ohybe okolo kritickej osi a je založená na efektívnej štíhlosti KL/r.
Kombinované axiálne a ohybové:prvky pod osovým zaťažením plus momenty sú overené interakčnými rovnicami normy, ktoré kombinujú pomery využitia osovej sily a momentu.
Hranice štíhlosti:kompresné členy sú normálne obmedzené na maximálny pomer štíhlosti (napríklad KL/r nie väčší ako 200 pre hlavné kompresné členy podľa AISC 360; ekvivalentné obmedzenie v GB 50017 sa vzťahuje na hlavné kompresné členy).
Miestne vybočenie:pomery šírky dosky-k{1}}hrúbke sa kontrolujú podľa limitov kompaktnosti kódu, aby sekcia mohla vyvinúť svoju plastickú alebo elastickú kapacitu, ako sa predpokladá v návrhu.
Obslužnosť:priečny posun, axiálne skrátenie a vibrácie sa kontrolujú podľa projektových limitov.
Pretože geometria spolupracuje s pevnostnými kontrolami, konečnú veľkosť najlepšie potvrdí kvalifikovaný statik pomocou uznávaného návrhového softvéru s dielenskými výkresmi pripravenými zo schváleného výpočtu.
Praktický návod na určenie veľkosti podľa aplikácie
| Aplikácia | Trieda príbuzných sekcií | Príklady odporúčaných tried | Ovládače na výber kľúčov |
|---|---|---|---|
| Obytné a ľahké komerčné rámy | Kompaktné profily, malá hrúbka steny | Q235B (GB/T 1591) alebo S235JR (EN 10025-2) | Priestorová efektívnosť, hospodárnosť, jednoduché pripojenia |
| Priemyselné závody a sklady | Stredné úseky s primeranou tuhosťou | Q355B (GB/T 1591) alebo S355JR (EN 10025-2) | Zaťaženie žeriavu, náraz a vibrácie, kontrola driftu |
| Výškové-výškové a komerčné veže | Veľké časti, hrubšie steny | Q355B, Q420 (GB/T 1591) alebo ASTM A572 Grade 50/60 | Vysoká axiálna kapacita, prísna kontrola kompaktnosti, seizmické detaily |
| Mosty a infraštruktúra | Hlboké úseky, ťažké platne, detaily únavy | S355K2 (EN 10025-2) alebo ASTM A572 Grade 50 | Dynamické zaťaženie, únava, prídavok na koróziu |
| Dočasné podporné štruktúry | Stredné časti, skrutkové spoje | Q355B (GB/T 1591) alebo S355 | Opätovná použiteľnosť, prenosnosť, rýchla montáž a demontáž |
Tabuľka je len orientačná: rozhodujúci stav zaťaženia, efektívna dĺžka a požiadavky normy majú vždy prednosť a presné rozmery musia pochádzať zo statického výpočtu.
Výroba a kontrola kvality
Zvárané skriňové stĺpy vyžadujú disciplinovanú výrobu, pretože uzavretá časť robí vnútorné zvary po montáži neprístupné:
zváranie:štyri rohové švy sú zvyčajne zvárané zváraním pod tavivom (SAW) s riadenými postupmi; postupy zvárania musia byť kvalifikované podľa AWS D1.1, EN 1090 alebo príslušného kódu.
Vnútorné vystuženie:priečne diafragmy v bodoch zavedenia zaťaženia a tam, kde je to potrebné, pozdĺžne výstuhy riadia lokálne vybočenie a rozkladajú sústredené sily.
Ne{0}}deštruktívne testovanie:kritické zvary sa skúmajú ultrazvukovým testovaním (UT), magnetickými časticami (MT) alebo rádiografickým testovaním (RT), ak to špecifikácia vyžaduje.
Vysledovateľnosť materiálu:osvedčenia o skúške mlynov podľa EN 10204 (typ 3.1) dokumentujú chémiu a mechanické vlastnosti dosky.
Ochrana proti korózii:povrchy sú otryskané na Sa 2,5 a povrchovo upravené podľa ISO 12944 pre kategóriu expozície alebo žiarovo pozinkované, ak je to špecifikované.
Skúšobná montáž:zložité alebo vysoko tolerované stĺpy sa skúšobne{0}}montujú v dielni, aby sa overilo zarovnanie otvorov a geometria pred odoslaním.
Často kladené otázky
Otázka: Aké tvary boxového stĺpca sú k dispozícii?
Štvorcové a obdĺžnikové duté profily sú najbežnejšie; skosené a stupňovité skriňové stĺpy sa vyrábajú vtedy, keď si architektonické požiadavky alebo požiadavky na zaťaženie vyžadujú rôzny prierez pozdĺž výšky.
Otázka: Akú triedu ocele by som si mal vybrať pre boxový stĺp?
Pri miernom zaťažení je ekonomický Q235B (GB/T 1591) alebo S235JR (EN 10025-2). Pre výškové budovy, mosty a ťažké priemyselné aplikácie sú typické Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) alebo ASTM A572 Grade 50/60. Trieda sa vyberá spolu s konštrukčnou pevnosťou a požiadavkami na výrobu.
Otázka: Ako sa určuje hrúbka steny?
Hrúbka steny je nastavená kontrolou osovej pevnosti a pevnosti v ohybe, miestnymi limitmi vybočenia (šírka-po{1}}hrúbku) podľa normy a akýmkoľvek prídavkom na koróziu, ktorý sa vyžaduje pre prostredie. Hrubšie steny sa používajú tam, kde rozhoduje kontrola štíhlosti alebo lokálneho vzperu.
Otázka: Aký je dobrý pomer šírky-k{1}}hrúbke pre rámový stĺpec?
Neexistuje jediná pevná hodnota. Limitný pomer šírky-k-hrúbke je definovaný riadiacim kódom (napríklad limity kompaktnosti v AISC 360, GB 50017 alebo EN 1993-1-1) a závisí od medze klzu ocele a úrovne napätia steny. Návrh musí overiť prierez vzhľadom na príslušný limit.
Otázka: Môžu byť boxové stĺpy spojené na mieste?
áno. Spoje v teréne sa vyrábajú pomocou priskrutkovaných spojovacích dosiek alebo zvarov s plnými-drážkovými zvarmi, podrobne a skontrolované podľa kódu. Pripravená-koncová príprava a skúšobná montáž pomáhajú zaručiť zarovnanie v mieste spoja.
Otázka: Aká dokumentácia sprevádza vyrobené krabicové stĺpiky?
Typická dokumentácia zahŕňa osvedčenia o skúške frézy (EN 10204 typ 3.1), kvalifikáciu postupu zvárania a záznamy zvárača, protokoly o NDT, protokoly o rozmerových kontrolách a schválené dielenské výkresy.