Сталеві коробчасті колони, які також називаються зварними коробчатими секціями або закритими{0}}збудованими секціями, виготовляються шляхом зварювання чотирьох пластин у порожнисту квадратну або прямокутну призму. Їхня замкнута геометрія забезпечує симетричну жорсткість щодо обох осей, високий опір крученню та відмінну продуктивність за великих осьових навантажень, що робить їх стандартним вибором для висотних-сердців, довго-пролітних мостів і промислових каркасів. Питання, з яким рано стикається кожна проектна команда: якого розміру має бути колонка? Відповідь приходить із структурного проектування, а не з каталогу, і цей посібник пояснює фактори та перевірки, які визначають це.
Що таке сталева коробчаста колона?
Сталева коробчаста колона – це замкнутий порожнистий конструктивний елемент, який зазвичай виготовляється шляхом зварювання чотирьох сталевих пластин, щоб утворити квадратний або прямокутний переріз-. Порівняно з відкритими перерізами, такими як двотаврові- або H-балки, коробчатий перетин забезпечує:
Симетрична двовісна жорсткість:немає сильної або слабкої осі, тому стовп протистоїть вигину однаково в усіх напрямках.
Висока стійкість до кручення:закрита комірка протистоїть крутному моменту набагато ефективніше, ніж відкриті секції.
Висока ефективність стиснення:матеріал розподіляється від центроїда, що дає великий радіус обертання для площі розрізу.
Чудовий локальний контроль вигину:пропорції чотирьох пластинчастих стін можуть відповідати обмеженням компактності керівного коду.
Коробчаті колони широко використовуються як будівельні колони у -каркасах висотних будівель, як опори та пілони мостів, а також як основні елементи промислових і громадських будівель.
Фактори, які впливають на розмір стовпця коробки
Розрахункові навантаження
Поперечний-переріз має протистояти факторному осьовому навантаженню, згинальним моментам від сили тяжіння та бічних навантажень, а також зсуву, поєднаних відповідно до керівних норм. Обидва граничні стани міцності та працездатності повинні бути задоволені.
Висота без скоб і ефективна довжина
Більша довжина без розкосів збільшує стрункість колони та зменшує її здатність до стиснення. Ефективна довжина є добутком фактичної довжини та коефіцієнта K-, який відображає кінцеві обмеження: фіксовані, шпилькові або частково обмежені з’єднання вгорі та внизу елемента.
Кінцеві обмеження та граничні умови
Фіксовані основи та момент{0}}з’єднані вершини зменшують коефіцієнт ефективної довжини, тоді як закріплені основи та прості з’єднання збільшують його. Умови опори повинні бути точно змодельовані, оскільки вони безпосередньо визначають перевірку вигину.
Марка сталі
Вищі -класи міцності, такі як S355 (EN 10025-2), ASTM A572 Grade 50 або Q355B (GB/T 1591), дозволяють створювати компактніші секції для того самого навантаження за рахунок вищої ціни за одиницю та суворіших вимог до зварювання та виготовлення. Марку слід вибирати з огляду на розрахункову міцність і можливості виготовлення.
Співвідношення ширини-до-товщини (місцевий вигин)
Стіни плит коробчатої колони повинні мати пропорції, щоб запобігти місцевому вигину до того, як секція досягне своєї повної міцності. Коди визначають межі компактності за співвідношенням ширини-до-товщини; наприклад, AISC 360 встановлює граничне співвідношення ширини-до-товщини для струнких елементів під рівномірним стисненням, а GB 50017 і EN 1993-1-1 забезпечують еквівалентні місцеві вимоги до вигину. Проект повинен підтверджувати, що вибрана товщина плити відповідає застосовним обмеженням.
Перевірка дизайну для стовпців коробки
Визначення розміру стовпця рамки — це ітеративний процес припущення секції, її перевірки та коригування. Основні перевірки, які виконуються за керівним кодом (наприклад, AISC 360, EN 1993-1-1 або GB 50017), такі:
Осьова міцність:розрахункова міцність на стиск — це номінальна міцність, зменшена на відповідний коефіцієнт опору, де номінальна міцність враховує вигин при вигину навколо критичної осі та базується на ефективній стрункості KL/r.
Комбінований осьовий і згинальний:елементи під осьовим навантаженням плюс моменти перевіряються рівняннями взаємодії коду, які поєднують коефіцієнти використання осьової сили та моменту.
Межі стрункості:Компресійні елементи зазвичай обмежуються максимальним коефіцієнтом стрункості (наприклад, KL/r не більше 200 для основних компресійних елементів відповідно до AISC 360; еквівалентне обмеження в GB 50017 застосовується до основних компресійних елементів).
Місцеве викривлення:Співвідношення ширини-до-товщини пластини перевіряються відповідно до обмежень компактності коду, щоб секція могла розвинути свою пластичну або пружну здатність, як передбачається в проекті.
Ремонтопридатність:бічний дрейф, осьове вкорочення та вібрація перевіряються відповідно до проектних обмежень.
Оскільки геометрія взаємодіє з перевірками на міцність, остаточний розмір найкраще підтверджувати кваліфікований інженер-конструктор за допомогою визнаного програмного забезпечення для проектування, з робочими кресленнями, підготовленими на основі затвердженого розрахунку.
Практичні вказівки щодо визначення розмірів для різних застосувань
| застосування | Клас відносного розділу | Пропоновані приклади оцінок | Ключові драйвери вибору |
|---|---|---|---|
| Житлові та легкі комерційні каркаси | Компактні перетини, невелика товщина стінок | Q235B (GB/T 1591) або S235JR (EN 10025-2) | Ефективність простору, економія, прості підключення |
| Промислові підприємства та склади | Середні секції з достатньою жорсткістю | Q355B (GB/T 1591) або S355JR (EN 10025-2) | Навантаження на кран, удар і вібрація, контроль зносу |
| Висотні-поверхові та комерційні вежі | Великі секції, товщі стінки | Q355B, Q420 (GB/T 1591) або ASTM A572 клас 50/60 | Висока осьова ємність, суворий контроль компактності, сейсмічна деталізація |
| Мости та інфраструктура | Глибокі розрізи, важкі плити, втомні деталі | S355K2 (EN 10025-2) або ASTM A572 клас 50 | Динамічні навантаження, втома, допуск на корозію |
| Тимчасові опорні споруди | Помірні перерізи, болтові з'єднання | Q355B (GB/T 1591) або S355 | Можливість багаторазового використання, транспортабельність, швидкий монтаж і демонтаж |
Таблиця є лише орієнтовною: основний варіант навантаження, ефективна довжина та вимоги коду завжди мають перевагу, а точні розміри повинні виходити з розрахунку конструкції.
Виготовлення та контроль якості
Зварні коробчасті колони вимагають ретельного виготовлення, оскільки закрита секція робить внутрішні зварні шви недоступними після складання:
Зварювання:чотири кутові шви зазвичай зварюються дуговим зварюванням під флюсом (SAW) з контрольованою послідовністю; процедури зварювання повинні бути кваліфіковані відповідно до AWS D1.1, EN 1090 або відповідного коду.
Внутрішня жорсткість:поперечні діафрагми в точках введення навантаження та, де потрібно, поздовжні ребра жорсткості контролюють локальне вигинання та розподіл зосереджених сил.
Не{0}}руйнівний контроль:критичні зварні шви перевіряються за допомогою ультразвукового випробування (UT), магнітопорошкового (MT) або радіографічного випробування (RT), якщо цього вимагає специфікація.
Відстеження матеріалу:Сертифікати випробувань на стані відповідно до EN 10204 (тип 3.1) документують хімічний склад пластини та механічні властивості.
Захист від корозії:Поверхні піддаються піскоструминній обробці до Sa 2,5 і покриваються відповідно до ISO 12944 для категорії впливу, або гаряче{2}}оцинковані, де зазначено.
Пробне складання:складні колони або колони з високим допуском пробно-монтуються в цеху, щоб перевірити вирівнювання отворів і геометрію перед відправленням.
Часті запитання
Питання: які форми коробчастої колонки доступні?
Квадратні і прямокутні порожнисті профілі найбільш поширені; Конічні та ступінчасті коробчасті колони виготовляються, коли архітектурні вимоги або вимоги до навантаження вимагають різного перерізу по висоті.
З: Яку марку сталі вибрати для коробчатої колони?
Для помірних навантажень економні Q235B (GB/T 1591) або S235JR (EN 10025-2). Для висотних будівель, мостів і важкої промисловості типовими є Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) або ASTM A572 Grade 50/60. Сорт вибирається разом з проектною міцністю та вимогами до виготовлення.
Q: Як визначається товщина стінки?
Товщина стінки встановлюється перевірками на міцність на осі та на вигин, обмеженнями місцевого вигину (від-до-товщини) коду та будь-яким допуском на корозію, необхідним для навколишнього середовища. Більш товсті стінки використовуються там, де регулюється стрункість або локальна перевірка вигину.
З: Яке співвідношення ширини-до-товщини для прямокутної колони?
Єдиного фіксованого значення немає. Граничне співвідношення ширини-до-товщини визначається керівним кодом (наприклад, обмеження компактності в AISC 360, GB 50017 або EN 1993-1-1) і залежить від межі текучості сталі та рівня напруги стінки. Проект повинен перевіряти секцію на відповідність застосовним обмеженням.
Питання: чи можна зрощувати коробчаті колони на місці?
так Польові з’єднання виготовляються за допомогою болтових з’єднувальних пластин або зварних швів із повною-канавкою, деталізуються та перевіряються відповідно до коду. Підготовка кінців-заводу та пробне складання гарантують вирівнювання в місці з’єднання.
З: Яка документація супроводжує виготовлені коробчаті колони?
Типова документація включає сертифікати випробувань на стані (EN 10204 тип 3.1), кваліфікаційну процедуру зварювання та записи зварювальників, звіти про НК, звіти про перевірку розмірів та затверджені цехові креслення.