Kāpēc būvinženieri izvēlas dobās sekcijas?

Ejiet uz gandrīz jebkuru modernu tērauda{0}}karkasa būvlaukumu, un jūs redzēsiet, ka dobās sekcijas veic darbu, ko nevar tik efektīvi atvērt profilus, piemēram, I-sijas un kanālus: stāvot kā slaidas atklātas kolonnas stikla ātrijā, veidojot diagonālo stiprinājumu seismiskā rāmī vai nesot vērpes tilta slodzes. Priekšroka nav estētiska. Tas ir saistīts ar dažiem konstrukciju inženierijas principiem, kurus lielākā daļa iepirkuma komandu nekad neredz apspriest, taču tie klusi nosaka, kāpēc specifikācijā vispirms ir nepieciešama SHS, RHS vai CHS.

Šajā rakstā aplūkoti faktiskie inženiertehniskie iemesli, kādēļ dobās sekcijas pārspēj atvērtos profilus konkrētos slodzes gadījumos - un, kas ir tikpat svarīgi, kur I-siju vai kanālu joprojām ir efektīvāka un ekonomiskāka izvēle. Abu šī salīdzinājuma pušu izpratne ir tas, kas atšķir patiesi informētu specifikāciju no noklusējuma ieraduma.

Dobu sekcijas lielākā strukturālā priekšrocība ir viena skaitļa: griešanās rādiuss.

Atvērtai sekcijai, piemēram, platam-atloka I-stairam, ir divi ļoti atšķirīgi griešanās rādiusi - viens ap stipro asi, otrs ap tās vājo asi, kas bieži atšķiras ar koeficientu divi vai vairāk. Tas nozīmē, ka I-sekciju kolonna ir tik stipra, cik stipra ir tās vājākais izliekuma virziens, un, ja elements ir pakļauts slodzei vai vēja spiedienam no vairākiem virzieniem, inženierim ir jāprojektē ap vājāko asi neatkarīgi no tā, cik stiprāka varētu būt otra ass.

Turpretī kvadrātveida vai apļveida dobai sekcijai ir vienāds (vai ļoti tuvu vienādam) griešanās rādiuss visos virzienos. Nav "vājas ass". Kolonnai, kurai ir jāiztur izliekšanās zem spiedes slodzes, kas tiek pielietota no neparedzamiem vai daudzvirzienu avotiem -, kas apraksta lielu daļu īstu ēkas kolonnu, īpaši atklātos stāvu plānos bez nostiprināšanas sienām, lai noteiktu dominējošo slodzes virzienu - šī ģeometriskā īpašība vien bieži vien padara dobu sekciju vieglāku nekā līdzvērtīgs materiāls, jo "nepietiekama" atvērta sekcijas stiprība. virziens struktūrai nav vajadzīgs tik daudz.

Tāpēc dobās sekcijas dominē kā saspiešanas elementi telpu rāmjos un režģu kopnēs: katrs diagonālais un vertikālais elements 3D kopņu sistēmā tiek pakļauts slodzei no atšķirīgas orientācijas, un sekcija ar vienādu pretestību visos virzienos ir strukturāli efektīva tādā veidā, ka I{1}}daļa būtībā nevar saskaņot bez pievienota materiāla.

Rādīt attēlu

Ja griešanās rādiuss ir smalka priekšrocība, vērpes stīvums ir dramatiskā -, un tas, iespējams, ir visvairāk nenovērtēts iemesls, kāpēc noteiktiem elementiem tiek norādītas dobas daļas.

Atvērtās sekcijas pretojas vērpei galvenokārt deformācijas un relatīvi vājas St. Venant vērpes konstantes dēļ, jo atvērtai plānai -sienu formai vienkārši nav nepārtrauktas slodzes trajektorijas pa perimetru, lai efektīvi pārnestu bīdes plūsmu. Slēgts posms - jebkura doba sekcija - iztur vērpi caur bīdes plūsmu, kas nepārtraukti iet pa slēgto perimetru, kas ir ievērojami stingrāks mehānisms. Praktiskā izteiksmē slēgtai dobai sekcijai vērpes konstante var būt par lielumu augstāka nekā līdzīga izmēra un svara atvērtai sekcijai.

Tas ir tieši svarīgi elementiem, kuri redz nozīmīgu vērpes slodzi: izliektas tilta sijas, celtņa skrejceļa sijas, kas pakļautas ekscentriskām riteņu slodzēm, spārnu sijas, kas atbalsta ekscentriskas grīdas slodzes pa ēkas perimetru, un jebkurš elements konstrukcijā, kurā slodze netiek tīri pielikta caur bīdes centru. Atvērtas sekcijas noteikšana patiesi vērpes{1}}kritiskam pielietojumam parasti nozīmē stingrības, diafragmas vai elementa pārmērīga izmēra palielināšanu, lai kompensētu - papildu ražošanas un materiālu izmaksas, ko doba sekcija bieži vien novērš tikai ģeometrijas dēļ.

 

URBŠANAS PROCESS

DOBU SADAĻAS APSTRĀDE

Apaļo tērauda cauruļu apstrāde

Nekas no tā nenozīmē, ka dobās daļas ir beznosacījumu pārākas, un šeit parādās niansētāks, retāk apspriestais punkts: vietējā izliekšanās uzvedība.

Dizaina kodi - EN 1993-1-1 Eiropā, AISC 360 ASV - klasificē konstrukcijas sekcijas (gan atvērtas, gan slēgtas) pēc to atsevišķo plākšņu vai sienu elementu platuma-līdz-biezuma vai diametra un biezuma attiecības (no plastmasas ietilpības līdz rupji sasniedzamiem elementiem). noturēt rotāciju plastmasas konstrukcijai) ar "slaidu" (kad lokāla izliekšanās notiek, pirms sekcija sasniedz ražu, un attiecīgi jāsamazina projektētā jauda).

Dobām sekcijām šī klasifikācija ir tieši saistīta ar plakano virsmu platuma -pret-biezuma attiecību (SHS/RHS) vai diametra -pret-biezuma attiecību (CHS). Plānas -sienu, liela-diametra CHS vai platas, plānas -sienu RHS var tikt iekļautas slaidā klasifikācijā tikpat viegli kā plānas -atloku atvērtas sekcija - slēgtais profils automātiski neatbrīvo sekciju no vietējās izliekuma pārbaudes. Inženieriem, kuri arhitektoniskiem vai gariem{12}}izmēriem norāda lielākas, plānākas sienas dobas sekcijas, ir skaidri jāpārbauda sadaļas klasifikācija, nevis jāpieņem, ka "doba" nozīmē "kompakts". Šī ir viena no biežākajām nepilnībām sākotnējā izmēra noteikšanā, kas tiek konstatēta tikai tad, kad beidzot tiek veikta detalizēta pārbaude.

Viena patiesi nepietiekami apspriesta dobu sekciju priekšrocība parādās ugunsdrošības tehnikā, nevis gravitācijas vai sānu slodzes konstrukcijā.

Strukturālās ugunsdrošības prasības galvenokārt nosaka sekcijas “šķēruma koeficients” - apsildāmā perimetra attiecība pret šķērsgriezuma laukumu- (bieži rakstīts Hp/A). Sekcija ar zemāku Hp/A attiecību ugunsgrēka laikā uzsilst lēnāk, jo tajā ir proporcionāli mazāks virsmas laukums, kas rada siltumu noteiktā tērauda masā. Atvērtās sekcijas, piemēram, I-sijas, atklāj virsmas laukumu abās tīkla pusēs un abos atlokos, kas visi tiek apsildīti atsevišķi. Dobām sekcijām ar salīdzināmu kravnesību bieži ir zemāka Hp/A attiecība vienkārši tāpēc, ka tās ģeometrija koncentrē to pašu tērauda masu aiz kompaktākas, nepārtrauktas atklātas virsmas.

Praktiskās sekas ir tādas, ka dobu sekcijas elementi dažkārt var sasniegt nepieciešamo ugunsizturības pakāpi ar plānāku uzbriestošu pārklājumu vai mazāku ugunsdrošības materiālu nekā atvērtai sekcijai ar tādu pašu paredzēto slodzi - reāls izmaksu un svara ietaupījums, kas reti sastopams vispārējā mārketinga materiālos, jo to demonstrēšanai ir nepieciešams -specifisks sadaļas aprēķins, nevis vispārīgs apgalvojums, kas vienādi attiecas uz visiem izmēriem un lietojumiem.

Šajā brīdī dobās sekcijas zaudē daļu no priekšrocībām, ko tās iegūst citur, un specifikācijas lēmumos tam ir jāpievērš lielāka uzmanība, nekā parasti.

Atvērtajās sekcijās ir plakanas, pieejamas atloka un plaknes virsmas, kas padara skrūvju savienojumus vienkāršus - savienojuma plāksni var pieskrūvēt tieši pie atloka ar standarta atstarpēm un standarta detaļām. Dobās sekcijas to slēgtā rakstura dēļ nepiedāvā tādu pašu pieejamu virsmu parastam skrūvējamam savienojumam bez papildu aparatūras: izmantojot-skrūves, ir nepieciešama piekļuve caurules iekšpusei (bieži vien neiespējama, kad konstrukcija ir samontēta), un uz virsmas piestiprinātiem skrūvju savienojumiem parasti ir nepieciešamas atloku plāksnes, vāciņu plāksnes vai aklo{4}}skrūvju sistēmām.

Metinātajiem savienojumiem ir sava sarežģītība. Vietā, kur dobās sekciju daļas savienojas kopņu mezglā - K, T, Y vai X savienojumā režģa sijas konstrukcijā -, savienojums nav tikai divu cauruļu metināšana kopā. Akordas virsma savienojuma vietā ir jāpārbauda, ​​lai konstatētu štancēšanas bīdes un lokālās plastifikācijas ietekmi uz ienākošā stiprinājuma elementa koncentrētu slodzi, ievērojot konstrukcijas noteikumus, piemēram, EN 1993-1-8 7. sadaļa vai CIDECT projektēšanas rokasgrāmatas, kas izstrādātas īpaši cauruļveida savienojumu projektēšanai. Šīs pārbaudes patiešām ir vairāk iesaistītas nekā standarta atvērtā sekcijas savienojuma projekts, un šīs sarežģītības nepietiekama novērtēšana projektēšanas stadijā ir viens no biežākajiem vēlīnās stadijas pārprojektēšanas avotiem cauruļveida kopņu projektos.

Tas nepadara dobo profilu savienojumus nepraktiskus - cauruļveida kopnes tiek veiksmīgi būvētas visā pasaulē -, taču tas nozīmē, ka ražošanas un savienojuma projektēšanas izmaksas ir jāsalīdzina ar materiāla efektivitāti, kas iegūta no pašas sekcijas, nevis jāpieņem, ka doba sekcija katrā gadījumā ir vienkārša izmaksu priekšrocība.

Ņemot vērā visu iepriekš minēto, ir vērts precīzi noteikt, kur I-sijas vai kanāls joprojām ir labāka izvēle: primārie lieces elementi, kur slodze galvenokārt tiek pielikta ap vienu asi, un kur šī ass ir zināma un fiksēta pēc konstrukcijas ģeometrijas - tipiska grīdas sija, kas balsta plāksni, piemēram, liecas ap vienu I {ass tikai materiāls}, no neitrālās ass, ir efektīvāks tīrā vienpusējā liekšanā nekā doba sekcijas materiāls, kas sadalīts pa slēgtu perimetru.

Atvērtās sekcijas parasti ir arī lētākas savienot, kā minēts iepriekš, un tās ir plašāk pieejamas plašākā standarta velmēto izmēru diapazonā ļoti lieliem, dziļiem elementiem, nekā parasti ir dobās sekcijas. Vienkāršai grīdas sijai I-sekcija parasti ir ekonomiskāka specifikācija; kolonnai, kas pakļauta daudzvirzienu slodzei, stiprinājuma elementam, kas pakļauts saspiešanai un iespējamai vērpei, vai kopņu akordam telpas rāmī, doba sekcija parasti gūst panākumus gan materiāla efektivitātes, gan daudzos gadījumos ugunsizturības ziņā.

 

 

 

 

Izvēle starp dobām un atvērtām sekcijām nav atkarīga no tā, vai kāds ir kategoriski pārāks -, tas ir jautājums par sekcijas ģeometrijas atbilstību faktiskajai slodzes gadījumam, ko piedzīvo dalībnieks. Būvinženieris, kurš sver šo lēmumu, patiešām jautā: vai šis elements redz slodzi no viena paredzama virziena vai no vairākiem virzieniem un, iespējams, vērpes? Vai vietējā izliekuma klasifikācija noteiks konstrukciju pie izskatāmā sienu biezuma? Cik patiesībā maksā savienojuma konstrukcija, ja tiek ņemtas vērā atloku plāksnes, vāciņu plāksnes vai cauruļveida savienojumu pārbaudes, nevis tikai paša tērauda cena par tonnu?

Pareizi izpildot specifikācijas posmā -, nevis pēc noklusējuma ievērot ieradumu vai jebkura veida sadaļas, ko izmantoja pagātnes projekts -, konstrukciju tērauda projekts nodrošina reālu materiālu un izmaksu ietaupījumu, un ir vērts pārskatīt katru jaunu struktūru, nevis pieņemt, ka joprojām ir spēkā iepriekšējā projekta sadaļas izvēle.

Sazinieties tagad