Kodėl konstrukcijų inžinieriai renkasi tuščiavidurius profilius?

Eikite į beveik bet kurią modernią plieninio{0}}karkaso statybvietę ir pamatysite tuščiavidurius pjūvius, atliekančius darbus, kurių atviri profiliai, pvz., I-sijos ir kanalai, tiesiog negali atlikti taip efektyviai: stovi kaip plonos atviros kolonos stikliniame atriumoje, sudaro įstrižą atramą seisminiame rėme arba nešioja sukimo tilto apkrovas. Pirmenybė nėra estetinė. Tai priklauso nuo kelių konstrukcijų inžinerijos principų, kurių dauguma pirkimų komandų niekada nemato aptartų, tačiau kurie tyliai nulemia, kodėl specifikacijoje pirmiausia reikia SHS, RHS arba CHS.

Šiame straipsnyje nagrinėjamos tikrosios inžinerinės priežastys, dėl kurių tuščiavidurės sekcijos pranoksta atvirų profilių našumą tam tikrais apkrovos atvejais - ir, kas lygiai taip pat svarbu, kur I-sijas ar kanalas vis dar yra efektyvesnis ir ekonomiškesnis pasirinkimas. Abiejų šio palyginimo pusių supratimas yra tai, kas atskiria tikrai informuotą specifikaciją nuo numatyto įpročio.

Vienintelis didžiausias tuščiavidurės sekcijos struktūrinis pranašumas yra vienas skaičius: sukimosi spindulys.

Atvira atkarpa, tokia kaip platus -jungės I-spindulys, turi du labai skirtingus sukimosi spindulius - vieną apie stipriąją ašį, kitą apie silpnąją ašį, dažnai besiskiriančius du ar daugiau kartų. Tai reiškia, kad I-sekcijų stulpelis yra tiek stiprus, kiek yra silpniausia jos lenkimo kryptis, ir jei elementą veikia apkrova arba vėjo slėgis iš kelių krypčių, inžinierius turi projektuoti aplink silpnesnę ašį, nepaisant to, kiek stipresnė gali būti kita ašis.

Kvadratinė arba apskrita tuščiavidurė dalis, priešingai, turi vienodą (arba labai artimą) sukimosi spindulį visomis kryptimis. Nėra „silpnos ašies“. Kolonoje, kuri turi atsispirti gniuždymo apkrovai, veikiančiai iš nenuspėjamų ar kelių krypčių šaltinių -, kuri apibūdina didelę dalį realių pastato kolonų, ypač atviruose grindų planuose be tvirtinimų sienų, kad būtų nustatyta dominuojanti apkrovos kryptis - vien dėl šios geometrinės savybės tuščiavidurė pjūvis dažnai būna lengvesnis nei lygiavertė atviros pjūvio medžiagos stiprumas, kryptis, kurios struktūrai nereikia tiek daug.

Dėl šios priežasties tuščiavidurės sekcijos dominuoja kaip suspaudimo elementai erdviniuose rėmuose ir grotelių santvarose: kiekviena įstrižinė ir vertikalioji 3D santvaros sistemos dalis patiria apkrovą iš skirtingos orientacijos, o sekcija, kurios atsparumas visomis kryptimis yra vienodas, yra struktūriškai efektyvus taip, kad I-pjūvis iš esmės negali derėti be papildomos medžiagos.

Rodyti paveikslėlį

Jei sukimo spindulys yra subtilus pranašumas, sukimo standumas yra dramatiškas -, ir tai, ko gero, yra labiausiai neįvertinta priežastis, kodėl tam tikriems nariams nurodomos tuščiavidurės sekcijos.

Atviros sekcijos pirmiausia atsparios sukimuisi dėl deformacijos ir santykinai silpnos St. Venant sukimo konstantos, nes atviros plonos{1}}sienos formos tiesiog nėra ištisinio apkrovos kelio aplink savo perimetrą, kad būtų efektyvus šlyties srautas. Uždara sekcija - bet kokia tuščiavidurė sekcija - yra atspari sukimui per šlyties srautą, nuolat einantį aplink uždarą perimetrą, o tai yra žymiai standesnis mechanizmas. Praktiškai uždaros tuščiavidurės sekcijos sukimo konstanta gali būti eilės tvarka didesnė nei panašaus dydžio ir svorio atviros pjūvio.

Tai tiesiogiai svarbu elementams, kurie mato reikšmingą sukimo apkrovą: išlenktos tilto sijos, krano kilimo ir tūpimo tako sijos, kurias veikia ekscentrinės ratų apkrovos, sijos, laikančios ekscentrines grindų apkrovas išilgai pastato perimetro, ir bet kuris elementas konstrukcijoje, kurioje apkrova nėra veikiama švariai per šlyties centrą. Atviros dalies nurodymas tikrai torsion{1}}svarbiam naudojimui paprastai reiškia, kad pridedami standikliai, diafragmos arba per didelis elemento dydis, siekiant kompensuoti - papildomas gamybos ir medžiagų sąnaudas, kurių tuščiavidurė dalis dažnai išvengia vien dėl geometrijos.

 

GRĖŽIMO PROCESAS

TUŠČIŲJŲ SEKCIJŲ APDOROJIMAS

Apvalių plieninių vamzdžių apdirbimas

Nė vienas iš šių dalykų nereiškia, kad tuščiavidurės sekcijos yra besąlygiškai pranašesnės, todėl čia atsiranda niuansyvesnis, rečiau aptariamas dalykas: vietinis lenkimo elgesys.

Projektavimo kodai - EN 1993-1-1 Europoje, AISC 360 JAV - klasifikuoja konstrukcines sekcijas (atviras ir uždaras) pagal jų atskirų plokščių ar sienų elementų pločio -iki-storį arba skersmens ir storio santykį (nuo plastinės talpos iki vientisos talpos iki tankumo). išlaikyti sukimąsi plastinės konstrukcijos atveju) per "lieknumą" (kai vietinis sulinkimas atsiranda, kol sekcija nepasiekia našumo, todėl projektinis pajėgumas turi būti atitinkamai sumažintas).

Tuščiavidurių pjūvių klasifikacija tiesiogiai susieta su plokščių paviršių pločio -su -storio santykiu (SHS/RHS) arba skersmens -ir -storio santykiu (CHS). Plonasienis, didelio-skersmens CHS arba platus, plonasienis-RHS gali būti įtrauktas į ploną klasifikaciją taip pat lengvai, kaip ir plonas-briaunės atviras skyrius gali - uždaras profilis automatiškai neatleidžia sekcijos nuo vietinio sulenkimo patikrinimo. Inžinieriai, nurodantys didesnes, plonesnes{11}}sienines tuščiavidures pjūvius architektūrinėms ar ilgoms{12}}tarpatramoms, turi aiškiai patikrinti sekcijos klasifikaciją, o ne daryti prielaidą, kad „tuščiaviduris“ reiškia „kompaktiškas“. Tai vienas iš dažniausiai pasitaikančių preliminaraus dydžio klaidų, užfiksuojamas tik tada, kai pagaliau atliekama išsami patikra.

Vienas iš tikrųjų nepakankamai aptartas tuščiavidurių sekcijų pranašumas pasireiškia gaisro inžinerijoje, o ne gravitacijos ar šoninės apkrovos projekte.

Konstrukcijų priešgaisrinės apsaugos reikalavimus iš esmės lemia atkarpos „pjūvio koeficientas“ - šildomo perimetro ir skersinio-pjūvio ploto santykis (dažnai rašoma Hp/A). Pjūvis, kurio Hp/A santykis yra mažesnis, gaisro metu įkaista lėčiau, nes proporcingai mažesnis atviras paviršiaus plotas, nukreipiantis šilumą į tam tikrą plieno masę. Atviros sekcijos, pvz., I-sijos, atskleidžia paviršiaus plotą abiejose juostos pusėse ir abiejuose flanšuose, visi atskirai šildomi. Panašios keliamosios galios tuščiaviduris pjūvis dažnai turi mažesnį Hp/A santykį vien todėl, kad jo geometrijoje ta pati plieno masė sukoncentruota už kompaktiškesnio, ištisesnio atviro paviršiaus.

Praktinė pasekmė yra ta, kad tuščiavidurių sekcijų elementai kartais gali pasiekti reikiamą atsparumo ugniai laipsnį naudojant plonesnę besiplečiančią dangą arba mažesnę priešgaisrinės apsaugos medžiagą nei atvira sekcija, kuri turi tokią pačią konstrukcinę apkrovą - realios sąnaudos ir svorio taupymas, o tai retai pasitaiko bendrojoje rinkodaros medžiagoje, nes norint parodyti, reikia atlikti konkretų sekcijos-skaičiavimą, o ne bendras teiginys, vienodai taikomas kiekvienam dydžiui ir pritaikymui.

Tai yra taškas, kai tuščiavidurės sekcijos praranda dalį pranašumų, kuriuos įgyja kitur, ir tai nusipelno daugiau dėmesio priimant sprendimus dėl specifikacijų nei paprastai.

Atvirose sekcijose yra lygūs, prieinami flanšai ir juostos paviršiai, dėl kurių sujungimas varžtais tampa nesudėtingas - jungties plokštę galima varžtais pritvirtinti tiesiai prie flanšo su standartiniais tarpais ir standartinėmis detalėmis. Tuščiaviduriai skyriai dėl savo uždaro pobūdžio nepasiūlo to paties pasiekiamo paviršiaus įprastoms varžtinėms jungtims be papildomos aparatūros: per-varžtus reikia pasiekti vamzdžio vidų (dažnai neįmanoma, kai konstrukcija surenkama), o paviršiuje tvirtinamoms varžtinėms jungtims paprastai reikia flanšinių plokščių, gaubtelių plokščių arba aklinų{4}}varžtų sistemoms, specialiai sukurtoms uždarų sekcijų varžtų sistemoms.

Suvirintos jungtys turi savo sudėtingumą. Kur tuščiavidurių sekcijų elementai susikerta santvaros mazge - K, T, Y arba X sandūroje grotelių sijos konstrukcijoje -, jungtis nėra tik dviejų vamzdžių suvirinimas. Turi būti patikrintas stygos paviršius ties jungtimi, ar neatsirado štampavimo šlyties ir vietinės plastifikacijos, veikiant koncentruotai apkrovai, gaunamai iš įeinančios atramos elemento, vadovaujantis tokiomis projektavimo nuostatomis, kaip EN 1993-1-8 7 skyriuje arba CIDECT projektavimo vadovuose, sukurtuose specialiai vamzdinių jungčių projektavimui. Šie patikrinimai iš tikrųjų yra labiau susiję nei standartinis atviros pjūvio jungties projektas, o šio sudėtingumo nepakankamas įvertinimas projektavimo etape yra vienas dažniausių vėlyvojo vamzdinių santvarų projektų perprojektavimo šaltinių.

Dėl to tuščiavidurių profilių jungtys nėra nepraktiškos - vamzdinės santvaros sėkmingai statomos visame pasaulyje -, tačiau tai reiškia, kad gamybos ir jungties projektavimo sąnaudas reikia palyginti su medžiagos efektyvumu, gaunamu naudojant pačią sekciją, o ne manyti, kad tuščiavidurė sekcija yra tiesioginis išlaidų pelnas kiekvienu atveju.

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, verta tiksliai nustatyti, kur I-sija ar kanalas išlieka geresnis pasirinkimas: pirminiai lenkimo elementai, kuriuose apkrova daugiausia veikiama apie vieną ašį, o kai ši ašis yra žinoma ir fiksuojama pagal konstrukcijos geometriją - tipinė grindų sija, laikanti plokštę, pavyzdžiui, lenkiama apie vieną ašį {langas's}, ir} nuo neutralios ašies, yra efektyvesnis gryno vienaašio lenkimo atveju nei tuščiavidurės sekcijos medžiaga, paskirstyta aplink uždarą perimetrą.

Atviras sekcijas taip pat paprastai yra pigiau sujungti, kaip aptarta aukščiau, ir yra plačiau prieinama įvairesnių standartinių valcuotų dydžių, skirtų labai dideliems, giliems elementams, nei įprastai yra tuščiavidurės sekcijos. Paprastų grindų sijos atveju I-sekcija paprastai išlieka ekonomiškesnė specifikacija; Jei kolonoje veikia daugiakryptė apkrova, suspaudžiamas ir galimas sukimasis sutvirtinantis elementas arba santvaros styga erdvės rėme, tuščiavidurė sekcija paprastai laimi ir medžiagų efektyvumą, ir daugeliu atvejų atsparumą ugniai.

 

 

 

 

Pasirinkimas tarp tuščiavidurių ir atvirų sekcijų nėra kategoriško pranašumo - reikalas, o pjūvio geometrijos suderinimas su faktine nario apkrova. Šį sprendimą svarstantis statybos inžinierius tikrai klausia: ar šis elementas mato apkrovą iš vienos nuspėjamos krypties, ar iš kelių krypčių ir galbūt sukimo? Ar pagal svarstomą sienelės storį projektuojant bus taikoma vietinė lenkimo klasifikacija? Kiek iš tikrųjų kainuoja jungties konstrukcija, kai atsižvelgiama į flanšų plokštes, dangtelio plokštes ar vamzdinių jungčių patikras, o ne tik į paties plieno kainą už toną?

Jei tai padarysite teisingai specifikacijos etape -, o ne taikydami numatytąjį įprotį ar bet kokio tipo skyrių, kurį naudojo ankstesnis projektas -, iš tikrųjų sutaupoma medžiagų ir sutaupoma sąnaudų, susijusių su konstrukciniu plieno projektu, todėl verta persvarstyti kiekvieną naują konstrukciją, o ne daryti prielaidą, kad vis dar galioja ankstesnio projekto skyriaus pasirinkimas.

Susisiekite dabar