วิธีการเลือกขนาดคอลัมน์กล่องเหล็กที่เหมาะสม

เสากล่องเหล็กหรือที่เรียกว่าส่วนกล่องแบบเชื่อมหรือส่วนที่สร้างขึ้นแบบปิด- ประดิษฐ์ขึ้นโดยการเชื่อมแผ่นสี่แผ่นเข้ากับปริซึมสี่เหลี่ยมกลวงหรือสี่เหลี่ยมกลวง รูปทรงแบบปิดให้ความแข็งแบบสมมาตรรอบแกนทั้งสอง ความต้านทานแรงบิดสูง และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมภายใต้ภาระในแนวแกนที่หนัก ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับ-แกนแนวตั้งสูง -สะพานช่วงยาว และเฟรมทางอุตสาหกรรม คำถามที่ทีมงานโครงการทุกคนต้องเผชิญตั้งแต่เนิ่นๆ คือ คอลัมน์ควรมีขนาดเท่าใด คำตอบมาจากการออกแบบโครงสร้าง ไม่ใช่จากแค็ตตาล็อก และคู่มือนี้จะอธิบายปัจจัยและการตรวจสอบที่กำหนด

คอลัมน์กล่องเหล็กคืออะไร?

เสากล่องเหล็กคือส่วนประกอบโครงสร้างกลวงแบบปิด โดยปกติแล้วจะผลิตโดยการเชื่อมแผ่นเหล็กสี่แผ่นเข้าด้วยกันเพื่อสร้างเป็นหน้าตัดสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า- เมื่อเปรียบเทียบกับส่วนที่เปิด เช่น ลำแสง I- หรือ H- ส่วนของกล่องจะให้:

ความแข็งแกนสมมาตร:ไม่มีแกนแข็งหรืออ่อน เสาจึงต้านทานการโค้งงอเท่ากันทุกทิศทาง

ความต้านทานแรงบิดสูง:เซลล์ปิดต้านทานแรงบิดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าส่วนเปิด

ประสิทธิภาพการรับแรงอัดสูง:วัสดุถูกกระจายออกจากจุดศูนย์กลาง ทำให้มีรัศมีการหมุนที่มากสำหรับพื้นที่หน้าตัด

การควบคุมการโก่งงอเฉพาะจุดที่ดีเยี่ยม:ผนังทั้งสี่แผ่นสามารถจัดสัดส่วนเพื่อให้เป็นไปตามขีดจำกัดความกะทัดรัดของรหัสควบคุม

คอลัมน์แบบกล่องถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเสาในอาคารสูง- เป็นเสาและเสาสะพาน และใช้เป็นส่วนประกอบหลักในอาคารอุตสาหกรรมและสาธารณะ

ปัจจัยที่ปรับขนาดคอลัมน์ของกล่องไดรฟ์

โหลดการออกแบบ

หน้าตัด-จะต้องต้านทานโหลดตามแนวแกนที่แยกตัวประกอบ โมเมนต์การโก่งตัวจากแรงโน้มถ่วงและโหลดด้านข้าง และแรงเฉือนรวมกันตามรหัสควบคุม ต้องเป็นไปตามสถานะขีดจำกัดด้านความแข็งแกร่งและความสามารถในการให้บริการ

ความสูงที่ไม่มีค้ำยันและความยาวที่มีประสิทธิภาพ

ความยาวที่ไม่มีค้ำยันที่ยาวขึ้นจะเพิ่มความเรียวของเสาและลดความสามารถในการบีบอัด ความยาวที่มีประสิทธิภาพคือผลคูณของความยาวจริงและปัจจัย K- ที่สะท้อนถึงอุปกรณ์ยึดปลาย: การเชื่อมต่อแบบตายตัว ปักหมุด หรือยึดบางส่วนที่ด้านบนและด้านล่างของชิ้นส่วน

สิ้นสุดข้อจำกัดและเงื่อนไขขอบเขต

ฐานคงที่และโมเมนต์-ที่เชื่อมต่อกันจะช่วยลดปัจจัยความยาวที่มีประสิทธิภาพ ในขณะที่ฐานที่ปักหมุดและการเชื่อมต่อแบบธรรมดาจะเพิ่มขึ้น เงื่อนไขการสนับสนุนจะต้องได้รับการสร้างแบบจำลองอย่างถูกต้อง เนื่องจากจะควบคุมการตรวจสอบการโก่งงอโดยตรง

เกรดเหล็ก

เกรดที่มีความแข็งแรงสูง- เช่น S355 (EN 10025-2), ASTM A572 เกรด 50 หรือ Q355B (GB/T 1591) ช่วยให้ได้ส่วนที่มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้นสำหรับการรับน้ำหนักเท่ากัน โดยมีต้นทุนต่อราคาต่อหน่วยที่สูงขึ้น รวมถึงข้อกำหนดในการเชื่อมและการผลิตที่เข้มงวดมากขึ้น ควรเลือกเกรดโดยคำนึงถึงความแข็งแกร่งของการออกแบบและความสามารถในการผลิต

อัตราส่วนความกว้าง-ถึง-ความหนา (การโก่งเฉพาะจุด)

ผนังแผ่นของเสากล่องต้องได้สัดส่วนเพื่อป้องกันการโก่งงอก่อนที่ส่วนจะเต็มกำลังเต็มที่ รหัสจะกำหนดขีดจำกัดความกะทัดรัดในแง่ของอัตราส่วนความกว้าง-ถึง-ความหนา ตัวอย่างเช่น AISC 360 ตั้งค่าอัตราส่วนความกว้างที่จำกัด-ถึง-สำหรับองค์ประกอบที่บางภายใต้การบีบอัดที่สม่ำเสมอ และ GB 50017 และ EN 1993-1-1 มีข้อกำหนดการโก่งงอในท้องถิ่นที่เทียบเท่ากัน การออกแบบต้องตรวจสอบว่าความหนาของแผ่นที่เลือกตรงตามขีดจำกัดที่เกี่ยวข้อง

ตรวจสอบการออกแบบสำหรับคอลัมน์กล่อง

การกำหนดขนาดคอลัมน์ของกล่องเป็นกระบวนการที่ต้องทำซ้ำๆ ในการกำหนดส่วน ตรวจสอบ และปรับเปลี่ยน การตรวจสอบหลักดำเนินการตามรหัสควบคุม (เช่น AISC 360, EN 1993-1-1 หรือ GB 50017) ได้แก่:

ความแข็งแรงของแกน:กำลังรับแรงอัดที่ออกแบบคือกำลังรับแรงระบุที่ลดลงด้วยแฟคเตอร์ความต้านทานที่เหมาะสม โดยที่ค่าแรงระบุจะพิจารณาถึงการโก่งงอรอบแกนวิกฤต และขึ้นอยู่กับความเรียวที่มีประสิทธิผล KL/r

รวมแนวแกนและการดัด:องค์ประกอบภายใต้แรงตามแนวแกนบวกโมเมนต์จะได้รับการตรวจสอบด้วยสมการอันตรกิริยาของรหัส ซึ่งรวมอัตราส่วนการใช้งานของแรงในแนวแกนและโมเมนต์

ขีดจำกัดความเรียว:โดยทั่วไปสมาชิกการบีบอัดจะถูกจำกัดไว้ที่อัตราส่วนความเรียวสูงสุด (เช่น KL/r ไม่เกิน 200 สำหรับสมาชิกการบีบอัดหลักภายใต้ AISC 360; ข้อจำกัดที่เทียบเท่าใน GB 50017 จะนำไปใช้กับสมาชิกการบีบอัดหลัก)

การโก่งงอในท้องถิ่น:อัตราส่วนความกว้างของแผ่น-ถึง-จะถูกตรวจสอบโดยเทียบกับขีดจำกัดความกะทัดรัดของรหัส เพื่อให้ส่วนต่างๆ สามารถพัฒนาความจุพลาสติกหรือความยืดหยุ่นตามที่สันนิษฐานไว้ในการออกแบบ

ความสามารถในการให้บริการ:การเคลื่อนตัวด้านข้าง การทำให้แกนสั้นลง และการสั่นสะเทือนได้รับการตรวจสอบโดยเทียบกับขีดจำกัดของโครงการ

เนื่องจากรูปทรงเรขาคณิตโต้ตอบกับการตรวจสอบความแข็งแรง ขนาดสุดท้ายจึงได้รับการยืนยันได้ดีที่สุดโดยวิศวกรโครงสร้างที่มีคุณสมบัติเหมาะสมโดยใช้ซอฟต์แวร์การออกแบบที่ได้รับการยอมรับ พร้อมด้วยแบบร่างของร้านค้าที่จัดทำขึ้นจากการคำนวณที่ได้รับอนุมัติ

คำแนะนำด้านขนาดที่ใช้งานได้จริงตามการใช้งาน

ตารางนี้เป็นเพียงการบ่งชี้เท่านั้น: ข้อกำหนดกรณีโหลดที่ใช้บังคับ ความยาวที่มีประสิทธิภาพและข้อกำหนดรหัสจะมีความสำคัญเหนือกว่าเสมอ และขนาดที่แน่นอนต้องมาจากการคำนวณเชิงโครงสร้าง

การผลิตและการควบคุมคุณภาพ

คอลัมน์กล่องแบบเชื่อมจำเป็นต้องมีการประดิษฐ์ที่มีระเบียบวินัย เนื่องจากส่วนที่ปิดทำให้ไม่สามารถเข้าถึงรอยเชื่อมภายในได้หลังการประกอบ:

การเชื่อม:ตะเข็บทั้งสี่มุมมักจะเชื่อมโดยการเชื่อมอาร์กแบบจมอยู่ใต้น้ำ (SAW) ด้วยลำดับการควบคุม ขั้นตอนการเชื่อมต้องมีคุณสมบัติตาม AWS D1.1, EN 1090 หรือรหัสที่เกี่ยวข้อง

การแข็งตัวภายใน:ไดอะแฟรมแนวขวางที่จุดแนะนำน้ำหนักบรรทุก และหากจำเป็น ตัวทำให้แข็งตามยาวจะควบคุมการโก่งงอเฉพาะจุดและกระจายแรงที่มีความเข้มข้น

การทดสอบแบบไม่ทำลาย-:รอยเชื่อมวิกฤตได้รับการตรวจสอบโดยการทดสอบอัลตราโซนิก (UT) ด้วยอนุภาคแม่เหล็ก (MT) หรือการทดสอบด้วยภาพรังสี (RT) ในกรณีที่ข้อกำหนดต้องการ

การตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุ:ใบรับรองการทดสอบโรงงานตามมาตรฐาน EN 10204 (ประเภท 3.1) จัดทำเอกสารเคมีของเพลตและคุณสมบัติทางกล

ป้องกันการกัดกร่อน:พื้นผิวได้รับการทำความสะอาดด้วยแรงระเบิดถึง Sa 2.5 และเคลือบตาม ISO 12944 สำหรับประเภทการสัมผัส หรือ-ชุบสังกะสีแบบจุ่มร้อนตามที่ระบุไว้

การทดลองประกอบ:คอลัมน์ที่ซับซ้อนหรือมีความคลาดเคลื่อนสูงเป็นการทดลอง-ประกอบในร้านค้าเพื่อตรวจสอบการจัดตำแหน่งรูและรูปทรงก่อนจัดส่ง

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: คอลัมน์กล่องมีรูปร่างอะไรบ้าง?
ส่วนกลวงแบบสี่เหลี่ยมจัตุรัสและสี่เหลี่ยมเป็นส่วนที่พบบ่อยที่สุด คอลัมน์แบบกล่องเรียวและแบบขั้นบันไดจะถูกสร้างขึ้นเมื่อความต้องการทางสถาปัตยกรรมหรือน้ำหนักบรรทุกเรียกร้องให้มีส่วนที่แตกต่างกันตามความสูง

ถาม: ฉันควรเลือกเกรดเหล็กใดสำหรับเสากล่อง
สำหรับการบรรทุกปานกลาง Q235B (GB/T 1591) หรือ S235JR (EN 10025-2) ถือว่าประหยัด สำหรับการใช้งานในอาคารสูง สะพาน และอุตสาหกรรมหนัก Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) หรือ ASTM A572 เกรด 50/60 เป็นผลิตภัณฑ์ทั่วไป เกรดจะถูกเลือกพร้อมกับความแข็งแรงของการออกแบบและข้อกำหนดในการประดิษฐ์

ถาม: ความหนาของผนังถูกกำหนดอย่างไร?
ความหนาของผนังถูกกำหนดโดยการตรวจสอบความแข็งแรงตามแนวแกนและแรงดัดงอ ขีดจำกัดการโก่งงอ (ความกว้าง-ถึง-ความหนา) ของรหัส และค่าเผื่อการกัดกร่อนใดๆ ที่จำเป็นสำหรับสภาพแวดล้อม ผนังที่หนาขึ้นจะใช้ในบริเวณที่ความเรียวหรือการตรวจสอบการโก่งงอเฉพาะที่ควบคุม

ถาม: อัตราส่วนความกว้าง-ถึง-ที่ดีสำหรับคอลัมน์กล่องคืออะไร
ไม่มีค่าคงที่เพียงค่าเดียว อัตราส่วนความกว้างที่จำกัด-ถึง-ถูกกำหนดโดยรหัสควบคุม (เช่น ขีดจำกัดความกะทัดรัดใน AISC 360, GB 50017 หรือ EN 1993-1-1) และขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของผลผลิตของเหล็กและระดับความเค้นของผนัง การออกแบบจะต้องตรวจสอบส่วนกับขีดจำกัดที่เกี่ยวข้อง

ถาม: สามารถต่อคอลัมน์กล่องบนไซต์ได้หรือไม่
ใช่. การต่อสนามจะทำโดยใช้แผ่นต่อประกบแบบสลักเกลียวหรือด้วยรอยเชื่อมร่องเจาะเต็ม- โดยมีรายละเอียดและตรวจสอบตามรหัส ร้านค้า-การเตรียมส่วนปลายแบบประดิษฐ์และการทดลองประกอบช่วยรับประกันการวางแนวที่รอยต่อ

ถาม: เอกสารอะไรบ้างที่มาพร้อมกับคอลัมน์กล่องประดิษฐ์
เอกสารทั่วไปประกอบด้วยใบรับรองการทดสอบโรงงาน (EN 10204 ประเภท 3.1) คุณสมบัติขั้นตอนการเชื่อมและบันทึกของช่างเชื่อม รายงาน NDT รายงานการตรวจสอบขนาด และแบบร่างของร้านค้าที่ได้รับอนุมัติ