Čelični sandučasti stupovi, koji se nazivaju i zavareni kutijasti dijelovi ili zatvoreni{0}}izgrađeni dijelovi, proizvode se zavarivanjem četiri ploče u šuplju kvadratnu ili pravokutnu prizmu. Njihova zatvorena geometrija daje simetričnu krutost oko obje osi, visoku torzijsku otpornost i izvrsnu izvedbu pod velikim aksijalnim opterećenjima, što ih čini standardnim izborom za visoke-jezgre, dugo-mostove i industrijske okvire. Pitanje s kojim se rano susreće svaki projektni tim je: koja bi veličina stupca trebala biti? Odgovor dolazi iz konstrukcijskog dizajna, a ne iz kataloga, a ovaj vodič objašnjava čimbenike i provjere koji ga određuju.
Što je stup od čelične kutije?
Čelični kutijasti stup je zatvoreni, šuplji konstrukcijski element, koji se obično proizvodi zavarivanjem četiriju čeličnih ploča kako bi se formirao kvadratni ili pravokutni poprečni-presjek. U usporedbi s otvorenim presjecima kao što su I- ili H-grede, kutijasti presjek pruža:
Simetrična biaksijalna krutost:nema jake ili slabe osi, pa se stup odupire savijanju jednako u svim smjerovima.
Visoka torzijska otpornost:zatvorena ćelija odolijeva okretnom momentu mnogo učinkovitije nego otvoreni dijelovi.
Visoka učinkovitost kompresije:materijal se raspoređuje dalje od središta, dajući veliki radijus vrtnje za područje presjeka.
Izvrsna lokalna kontrola izvijanja:četiri pločaste stijenke mogu biti proporcionalne tako da zadovolje ograničenja kompaktnosti važećih pravila.
Kutijasti stupovi naširoko se koriste kao građevinski stupovi u-visokim okvirima, kao stupovi mostova i piloni te kao primarni elementi u industrijskim i javnim zgradama.
Čimbenici koji utječu na dimenzioniranje stupca okvira
Projektna opterećenja
Poprečni-presjek mora izdržati faktorizirano aksijalno opterećenje, momente savijanja uslijed gravitacije i bočnih opterećenja te smicanje, kombinirano prema važećem kodu. I granična stanja čvrstoće i uporabljivosti moraju biti zadovoljena.
Neučvršćena visina i efektivna duljina
Dulje neučvršćene duljine povećavaju vitkost stupa i smanjuju njegovu sposobnost kompresije. Efektivna duljina je umnožak stvarne duljine i K-faktora koji odražava krajnja ograničenja: fiksne, pričvršćene ili djelomično ograničene veze na vrhu i dnu elementa.
Krajnja ograničenja i granični uvjeti
Fiksne baze i moment{0}}povezani vrhovi smanjuju faktor efektivne duljine, dok ga pričvršćene baze i jednostavni spojevi povećavaju. Uvjeti potpore moraju se točno modelirati jer oni izravno upravljaju provjerom izvijanja.
Vrsta čelika
Viši-stupnjevi čvrstoće kao što su S355 (EN 10025-2), ASTM A572 Grade 50 ili Q355B (GB/T 1591) omogućuju kompaktniji presjek za isto opterećenje, po cijenu veće jedinične cijene i strožih zahtjeva za zavarivanje i izradu. Ocjenu treba odabrati imajući na umu snagu dizajna i mogućnost izrade.
Omjer-prema-debljini (lokalno izvijanje)
Pločasti zidovi kutijastog stupa moraju biti proporcionalni kako bi se spriječilo lokalno izvijanje prije nego što presjek postigne svoju punu čvrstoću. Kodovi definiraju granice zbijenosti u smislu omjera širine-i-debljine; na primjer, AISC 360 postavlja granični omjer širine-i-debljine za vitke elemente pod ravnomjernom kompresijom, a GB 50017 i EN 1993-1-1 daju ekvivalentne lokalne zahtjeve za izvijanje. Dizajn mora potvrditi da odabrana debljina ploče zadovoljava primjenjivo ograničenje.
Provjere dizajna za stupce okvira
Dimenzioniranje stupca okvira je iterativni proces preuzimanja odjeljka, njegove provjere i prilagođavanja. Glavne provjere koje se provode s važećim kodom (na primjer AISC 360, EN 1993-1-1 ili GB 50017) su:
Aksijalna čvrstoća:proračunska tlačna čvrstoća je nazivna čvrstoća umanjena za odgovarajući faktor otpora, pri čemu nazivna čvrstoća uzima u obzir izvijanje pri savijanju oko kritične osi i temelji se na efektivnoj vitkosti KL/r.
Kombinirano aksijalno i savijanje:članovi pod aksijalnim opterećenjem plus momenti provjeravaju se jednadžbama interakcije koda, koje kombiniraju omjere iskorištenja aksijalne sile i momenta.
Granice vitkosti:kompresijski članovi obično su ograničeni na maksimalni omjer vitkosti (na primjer KL/r ne veći od 200 za glavne kompresijske članove prema AISC 360; ekvivalentno ograničenje u GB 50017 primjenjuje se na glavne kompresijske članove).
Lokalno izvijanje:omjeri širine ploče-prema-debljini provjeravaju se u odnosu na ograničenja kompaktnosti koda tako da dio može razviti svoj plastični ili elastični kapacitet prema pretpostavci dizajna.
Mogućnost servisiranja:bočno pomicanje, aksijalno skraćivanje i vibracije provjeravaju se prema ograničenjima projekta.
Budući da je geometrija u interakciji s provjerama čvrstoće, konačnu veličinu najbolje potvrđuje kvalificirani građevinski inženjer koristeći priznati softver za projektiranje, s nacrtima pripremljenim u tvornici na temelju odobrenog proračuna.
Praktične smjernice za određivanje veličine prema primjeni
| Primjena | Klasa relativnog odjeljka | Predloženi primjeri ocjena | Ključni pokretači odabira |
|---|---|---|---|
| Stambeni i laki poslovni okviri | Kompaktni dijelovi, skromna debljina stijenke | Q235B (GB/T 1591) ili S235JR (EN 10025-2) | Prostorna učinkovitost, ekonomičnost, jednostavno spajanje |
| Industrijski pogoni i skladišta | Srednji dijelovi s odgovarajućom krutošću | Q355B (GB/T 1591) ili S355JR (EN 10025-2) | Opterećenje dizalice, udar i vibracije, kontrola zanošenja |
| Visoko-katnice i komercijalni tornjevi | Veliki dijelovi, deblji zidovi | Q355B, Q420 (GB/T 1591) ili ASTM A572 stupanj 50/60 | Visoki aksijalni kapacitet, stroga kontrola kompaktnosti, seizmički detalji |
| Mostovi i infrastruktura | Duboki presjeci, teške ploče, detalji zamora | S355K2 (EN 10025-2) ili ASTM A572 stupanj 50 | Dinamička opterećenja, zamor, dopuštenje za koroziju |
| Privremene potporne strukture | Umjereni dijelovi, vijčani spojevi | Q355B (GB/T 1591) ili S355 | Mogućnost ponovne upotrebe, transporta, brza montaža i demontaža |
Tablica je samo indikativna: mjerodavni slučaj opterećenja, efektivna duljina i zahtjevi koda uvijek imaju prednost, a točne dimenzije moraju proizaći iz proračuna konstrukcije.
Izrada i kontrola kvalitete
Zavareni kutijasti stupovi zahtijevaju discipliniranu izradu jer zatvoreni dio čini unutarnje zavare nedostupnima nakon sastavljanja:
Zavarivanje:četiri kutna šava obično se zavaruju zavarivanjem pod praškom (SAW) s kontroliranim sekvencama; postupci zavarivanja moraju biti kvalificirani prema AWS D1.1, EN 1090 ili primjenjivom kodu.
Unutarnje ukrućenje:poprečne dijafragme na točkama unosa opterećenja i, gdje je potrebno, uzdužna ukrućenja kontroliraju lokalno izvijanje i šire koncentrirane sile.
Ne{0}}destruktivno ispitivanje:kritični zavari se ispituju ultrazvučnim ispitivanjem (UT), s magnetskim česticama (MT) ili radiografskim ispitivanjem (RT) gdje to zahtijeva specifikacija.
Sljedivost materijala:potvrde o ispitivanju mlina u skladu s EN 10204 (tip 3.1) dokumentiraju kemijski sastav ploče i mehanička svojstva.
Zaštita od korozije:površine su očišćene pjeskarenjem do Sa 2,5 i premazane prema ISO 12944 za kategoriju izloženosti, ili vruće pocinčane potapanjem gdje je navedeno.
Probna montaža:složeni stupovi ili stupovi s visokom tolerancijom probno su-sastavljeni u radionici kako bi se provjerilo poravnanje rupa i geometrija prije otpreme.
Često postavljana pitanja
P: Koji su oblici okvirnog stupca dostupni?
Kvadratni i pravokutni šuplji profili su najčešći; konusni i stepenasti kutijasti stupovi proizvode se kada arhitektonski zahtjevi ili zahtjevi opterećenja zahtijevaju različite presjeke po visini.
P: Koju vrstu čelika trebam odabrati za okvirni stup?
Za umjerena opterećenja, Q235B (GB/T 1591) ili S235JR (EN 10025-2) su ekonomični. Za visoke zgrade, mostove i teške industrijske primjene tipični su Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) ili ASTM A572 Grade 50/60. Ocjena se bira zajedno s projektiranom čvrstoćom i zahtjevima izrade.
P: Kako se određuje debljina stijenke?
Debljina stijenke postavljena je provjerama aksijalne čvrstoće i čvrstoće na savijanje, lokalnim granicama izvijanja (širina-do-debljine) koda i bilo kojim dopuštenjem za koroziju koje je potrebno za okoliš. Deblje stijenke se koriste tamo gdje je mjerodavna vitkost ili lokalna provjera izvijanja.
P: Koji je dobar omjer širine-i-debljine za okvirni stupac?
Ne postoji jedna fiksna vrijednost. Omjer ograničenja -i-debljine definiran je važećim kodeksom (na primjer, ograničenja kompaktnosti u AISC 360, GB 50017 ili EN 1993-1-1) i ovise o granici tečenja čelika i razini naprezanja stijenke. Projekt mora provjeriti odjeljak u odnosu na primjenjivo ograničenje.
P: Mogu li se kutijasti stupovi spojiti na licu mjesta?
Da. Terenski spojevi izrađuju se s spojnim pločama pričvršćenim vijcima ili s punim-zavarenim utorima, detaljno navedenim i provjerenim u skladu s kodom. Kup-proizvedena priprema kraja i probno sastavljanje pomažu u jamčenju poravnanja na spoju.
P: Koja dokumentacija prati izrađene kutijaste stupove?
Tipična dokumentacija uključuje potvrde o ispitivanju mlina (EN 10204 tip 3.1), kvalifikacije postupka zavarivanja i evidenciju zavarivača, NDT izvješća, izvješća o pregledu dimenzija i odobrene tvornicke nacrte.