У багато-поверхових і висотних-будинках із сталі часто потрібно, щоб колони витримували порівняльні вимоги до вигину в двох перпендикулярних напрямках, особливо в кутах і всередині або всередині сталевих-залізобетонних-композитних каркасів (SRC). Звичайний H-проріз має одну сильну та одну слабку вісь, тому одна орієнтація може стати неекономічною або недостатньо-використовуваною. Сталева хрестоподібна колона, також відома як хрестоподібна-або плюс-формована колона, — це зварна{10}}збудована секція, яка вирішує цю проблему, забезпечуючи майже однакову жорсткість і міцність навколо обох головних осей.
Що таке сталева хрестоподібна колона?
Хрестоподібна колона – це елемент конструкції, поперечний-переріз якого має форму знака плюс. Зазвичай він виготовляється шляхом зварювання двох Т--секції (відрізаних поздовжньо від H--балки) до перетинки основної Н--секції, так що перетинки перетинаються в центрі, а чотири фланці утворюють чотири плеча хреста. Готовий переріз поводиться як бі-симетричний елемент, що означає, що його радіус обертання та жорсткість при згині дуже близькі в двох ортогональних напрямках.
Основні компоненти
Павутина:пересічні поздовжні пластини, які утворюють центральне ядро секції та несуть більшу частину осьового навантаження.
Фланці:чотири зовнішні плечі, які головним чином протистоять згинальним моментам і забезпечують опорну поверхню для з’єднань балок.
Поперечні і поздовжні ребра жорсткості:пластини, додані через проміжки, щоб контролювати місцеве вигин пластини та розподіляти зосереджені сили.
Внутрішні діафрагми:пластини, розміщені в зонах з’єднання-з-колонами для плавної передачі сил через закриту серцевину.
Опорні плити та башмаки:важкі нижні вузли, які кріплять колону до бетонної основи.
Зрізні шпильки:зварні кріплення, що використовуються, коли колона закріплена в бетоні, для створення композиційної дії між сталлю та бетоном.
Основні інженерні переваги хрестоподібних колон
Рівна двовісна жорсткість
Оскільки розріз симетричний відносно обох головних осей, вираженої слабкої осі немає. Для колон, які повинні протистояти вітру або сейсмічним силам з будь-якого напрямку, це спрощує проектування та дозволяє уникнути необхідності точно орієнтувати секцію.
Висока стійкість до кручення
Порівняно з відкритими секціями, пересічна конфігурація перетинів надає хрестоподібній колоні вищу жорсткість на скручування, що є цінним для кутових колон і з’єднань, де балки обрамляються з чотирьох напрямків.
Хороша сейсмічна пластичність
Пластична, компактна геометрія забезпечує стабільне розсіювання енергії під час циклічного навантаження. Коли бетон-заповнений або закритий, композитна секція поєднує обмеження навколишнього бетону з міцністю сталевого сердечника, який широко використовується в регіонах із -сейсмічної-інтенсивністю.
Ефективність простору
Компактну площу хрестоподібної колони можна легше приховати всередині перегородок, ніж широку-фланцеву секцію, що збільшує корисну площу підлоги в офісних і житлових вежах.
Для проектів зі строгими обмеженнями на прогин або вібрацію проект завжди слід перевіряти на відповідність керівному коду, наприклад GB 50017 для проектів у Китаї, AISC 360 для Північної Америки або відповідному національному коду на місці проекту.
Сталева хрестоподібна колона в порівнянні з H-прорізною колоною
| Елемент порівняння | H-Стовпець розділу | Хрестоподібна (-у формі) колона |
|---|---|---|
| Поперечний-розріз | Форма Н, моно-симетрична відносно однієї осі | Плюсова форма, бі-симетрична відносно обох осей |
| Поведінка при згині | Сильна вісь і слабка вісь; менша ємність щодо слабкої осі | Майже однакова жорсткість і місткість в обох напрямках |
| Стійкість до кручення | Відносно низький | Вище, завдяки перетину ядра павутини |
| Виготовлення | Стандартні гарячекатані профілі або просте зварювання пластин | Збудований-: розділення H-променів, підгонка T-секції та багато-зварювання |
| Гнучкість підключення | Балки зазвичай обрамляють до грані фланця | Дозволяє променям кадрувати з чотирьох напрямків із чіткими деталями |
| Типова позиція витрат | Нижче виробництво на тонну | Вищі витрати на виготовлення, виправдані там, де потрібна двовісна ємність |
| Типові застосування | Мало{0}} та середньо-каркаси, промислові будівлі, склади | Висотні-ядра, SRC композитні каркаси, велико-прольотні громадські будівлі, ви-сейсмічні зони |
Вибір між двома профілями є дизайнерським рішенням. Н-секції залишаються найекономічнішим рішенням для звичайних рам із переважно одно-направленим вигином. Хрестоподібні колони вибирають, коли потрібна рівномірна різноспрямована міцність, висока жорсткість на кручення або компактне приховування.
Процес виготовлення та контроль якості
Типовий маршрут магазину для колони у формі хреста-:
Підготовка матеріалу:різання пластини полум’ям або плазмою з ЧПК із подальшою підготовкою кромки для повного-зварювання.
З-збірка секції:перетинки та фланцеві пластини зварюються в H-секції та випрямляються, щоб усунути деформацію під час зварювання.
Поздовжнє розщеплення:H-секція розрізається вздовж центральної лінії полотна, щоб отримати дві T-секції з однаковою геометрією.
Хрестоподібна збірка і зварювання:дві T-секції розташовані на перетинці основної H-секції та зварені, як правило, за допомогою дугового зварювання під флюсом (SAW) у контрольованій послідовності для обмеження викривлення.
Монтаж і перевірка:встановлюються ребра жорсткості, кронштейни та опорні плити з подальшою перевіркою розмірів і не-руйнівним випробуванням (NDT).
Атестація зварювальної процедури має відповідати AWS D1.1, а виконання виготовлення – EN 1090, де застосовуються європейські стандарти. Критичні зварні шви зазвичай перевіряються ультразвуковим (UT) або магнітно-порошковим (MT) тестуванням, а відстежуваність матеріалу підтверджується сертифікатами стану, виданими відповідно до EN 10204. Рекомендується попереднє складання складних вузлів у цеху, щоб підтвердити вирівнювання отворів перед доставкою.
Захист від корозії має відповідати стандарту ISO 12944: для зовнішнього чи морського впливу зазвичай рекомендується ґрунтовка-збагачена цинком із проміжним епоксидним покриттям і поліуретановим верхнім покриттям або гаряче{2}}цинкування; точна система залежить від корозійної категорії на місці проекту.
Типове застосування сталевих хрестоподібних колон
Висотні-і над-високі будівлі:опорні та периметральні колони в сталевих-бетонних композитних каркасах, де двовісна міцність і сейсмічні властивості є критичними.
SRC композитні конструкції:сталеві-залізобетонні-колони, які поєднують хрестоподібну сталеву серцевину із залізобетонною оболонкою та зрізними шпильками.
Довгопролітні громадські будівлі:-стадіони, термінали аеропортів та виставкові зали, де колони підтримують важкі просторові ферми та дахові системи.
Промислові підприємства:основні{0}}несучі колони, що піддаються динамічним або ударним навантаженням.
Багато{0}}ярусні сталеві платформи:незалежні несучі-рами для технологічного обладнання та міжповерхових конструкцій.
Ознайомитися з повним асортиментом зварних колон і балок можна в товарній категорії колони і балки.
Часті запитання
Як виготовляється сталева хрестоподібна колона?Традиційний шлях полягає в тому, щоб зібрати H-секції, розділити її поздовжньо на дві T-секції та приварити T-секції до перетинки іншої H-секції, щоб утворити хрест. Процес зрілий і добре підходить для великих поперечних-перерізів і високих осьових навантажень.
Коли слід вибрати хрестоподібну колону замість H-розрізу?Вибирайте хрестоподібну колону, коли колона має витримувати значний вигин у двох напрямках, коли потрібні чотири-з’єднання балок, коли важлива жорсткість на кручення або коли опору колони потрібно приховати всередині стін. Для простих одно-спрямованих кадрів H-розріз зазвичай є більш економічним.
Які типи з'єднань зазвичай використовуються для хрестоподібних колон?З’єднання опорної плити, з’єднання колон, з’єднання-до-колон і з’єднання розкосів є стандартними. У просторових рамах або системах ферм елементи часто з’єднуються з косинками за допомогою-високоміцних болтів або зварювання, деталізованих відповідно до керівного коду проектування.
Який захист від корозії рекомендується?Для внутрішнього сухого середовища зазвичай достатньо алкідної антикорозійної ґрунтовки з верхнім покриттям. Для відкритих або морських середовищ слід зазначити гаряче-оцинкування або багатошарову систему цинк-ґрунтовки, епоксидного слюдяного проміжного покриття з оксиду заліза та поліуретанового верхнього покриття, причому система вибирається відповідно до категорії корозійності ISO 12944.
Як перевіряється якість зварювання хрестоподібних колон?Польові та заводські зварні шви на вузлах, що перетинаються, є критичними. Зварювання мають виконувати кваліфіковані зварювальники відповідно до AWS D1.1 або відповідного кодексу, а критичні зварні шви зазвичай підлягають 100% ультразвуковому тесту (UT) із подальшим -магнітно-порошковим (MT), якщо це необхідно.
Чи можна використовувати хрестоподібні колони в композитних (SRC) конструкціях?так Сталевий хрестоподібний сердечник може бути закріплений у залізобетоні зі зрізними шпильками, привареними до фланців і перегородки, утворюючи сталеву-залізобетонну-колону, яка поєднує високу осьову ємність із відмінною сейсмозахисною дією.