Стоманени кутиини колони, наричани още заварени кутиини секции или затворени изградени -секции, се произвеждат чрез заваряване на четири плочи в куха квадратна или правоъгълна призма. Тяхната затворена геометрия осигурява симетрична твърдост по отношение на двете оси, висока устойчивост на усукване и отлична производителност при големи аксиални натоварвания, което ги прави стандартен избор за високи -ядра, мостове с дълъг-размах и индустриални рамки. Въпросът, пред който всеки проектен екип се изправя рано, е: какъв размер трябва да бъде колоната? Отговорът идва от структурния дизайн, а не от каталог, и това ръководство обяснява факторите и проверките, които го определят.
Какво е колона от стоманена кутия?
Колоната от стоманена кутия е затворен, кух конструктивен елемент, обикновено произведен чрез заваряване на четири стоманени плочи заедно, за да образуват квадратно или правоъгълно напречно-сечение. В сравнение с отворени профили като I- или H-греди, кутията осигурява:
Симетрична двуосна коравина:няма силна или слаба ос, така че колоната се съпротивлява на огъване еднакво във всички посоки.
Висока устойчивост на усукване:затворената клетка се съпротивлява на въртящия момент много по-ефективно от отворените секции.
Висока ефективност на компресия:материалът се разпределя далеч от центроида, давайки голям радиус на въртене за областта на сечението.
Отличен локален контрол на изкълчване:четирите пластинови стени могат да бъдат пропорционални, за да отговарят на ограниченията за компактност на управляващия код.
Кутия колоните се използват широко като строителни колони във високи -рамки, като стълбове и пилони на мостове и като основни елементи в индустриални и обществени сгради.
Фактори, които определят размера на колоната на кутията
Проектни натоварвания
Напречното-сечение трябва да издържа на факторизираното аксиално натоварване, моментите на огъване от гравитацията и страничните натоварвания и срязването, комбинирани според управляващия кодекс. Трябва да бъдат изпълнени както граничните състояния на якост, така и на работоспособност.
Височина без скоби и ефективна дължина
По-дългите дължини без скоби увеличават тънкостта на колоната и намаляват нейния капацитет на компресия. Ефективната дължина е произведението на действителната дължина и фактора K-, който отразява крайните ограничения: фиксирани, фиксирани или частично ограничени връзки в горната и долната част на елемента.
Крайни ограничения и гранични условия
Фиксираните основи и момент{0}}свързаните върхове намаляват коефициента на ефективна дължина, докато закрепените основи и простите връзки го увеличават. Условията на поддържане трябва да бъдат точно моделирани, тъй като те пряко управляват проверката за изкълчване.
Клас стомана
По-високите -класове на якост като S355 (EN 10025-2), ASTM A572 степен 50 или Q355B (GB/T 1591) позволяват по-компактна секция за същото натоварване, на цената на по-висока единична цена и по-строги изисквания за заваряване и производство. Степента трябва да бъде избрана с оглед на проектната здравина и възможностите за производство.
Съотношение на-широчина към-дебелина (локално изкривяване)
Плочите на стените на кутията трябва да бъдат пропорционални, за да се предотврати локално изкълчване, преди секцията да достигне пълната си здравина. Кодовете определят границите на компактност по отношение на съотношението ширина-към-дебелина; например AISC 360 задава съотношение на ограничаване на ширината-към-дебелината за тънки елементи при равномерно натиск, а GB 50017 и EN 1993-1-1 предоставят еквивалентни местни изисквания за изкълчване. Проектът трябва да потвърди, че избраната дебелина на плочата отговаря на приложимото ограничение.
Проверки на дизайна за колони на кутии
Оразмеряването на колона с кутия е итеративен процес на приемане на секция, проверката й и коригирането. Основните проверки, извършвани с управляващия код (например AISC 360, EN 1993-1-1 или GB 50017), са:
Аксиална якост:проектната якост на натиск е номиналната якост, намалена с подходящия фактор на съпротивление, където номиналната якост отчита изкълчването при огъване около критичната ос и се основава на ефективната тънкост KL/r.
Комбиниран аксиален и огъващ:членовете под аксиално натоварване плюс моменти се проверяват с уравненията на взаимодействието на кода, които комбинират коефициентите на използване на аксиална сила и момент.
Граници на стройност:компресионните елементи обикновено са ограничени до максимално съотношение на тънкост (например KL/r не по-голямо от 200 за основните компресионни елементи съгласно AISC 360; еквивалентното ограничение в GB 50017 се прилага за основните компресионни елементи).
Местно изкълчване:съотношенията на ширината-към-дебелината на плочата се проверяват спрямо ограниченията за компактност на кода, така че секцията да може да развие своя пластичен или еластичен капацитет, както се предполага в дизайна.
Обслужваемост:страничното отклонение, аксиалното скъсяване и вибрациите се проверяват спрямо ограниченията на проекта.
Тъй като геометрията взаимодейства с проверките на якост, крайният размер се потвърждава най-добре от квалифициран строителен инженер, използващ признат софтуер за проектиране, с работни чертежи, изготвени от одобреното изчисление.
Практически насоки за оразмеряване по приложение
| Приложение | Клас на относителна секция | Предложени примери за оценка | Ключови драйвери за избор |
|---|---|---|---|
| Жилищни и леки търговски рамки | Компактни секции, умерена дебелина на стената | Q235B (GB/T 1591) или S235JR (EN 10025-2) | Ефективност на пространството, икономичност, лесни връзки |
| Промишлени предприятия и складове | Средни секции с достатъчна твърдост | Q355B (GB/T 1591) или S355JR (EN 10025-2) | Натоварвания на крана, удар и вибрации, контрол на дрейфа |
| Високи-и търговски кули | Големи секции, по-дебели стени | Q355B, Q420 (GB/T 1591) или ASTM A572 клас 50/60 | Висок аксиален капацитет, строг контрол на компактността, сеизмични детайли |
| Мостове и инфраструктура | Дълбоки разрези, тежки плочи, детайли от умора | S355K2 (EN 10025-2) или ASTM A572 клас 50 | Динамични натоварвания, умора, допуск за корозия |
| Временни опорни конструкции | Умерени секции, болтови връзки | Q355B (GB/T 1591) или S355 | Повторна употреба, транспортируемост, бърз монтаж и демонтаж |
Таблицата е само ориентировъчна: приложимият случай на натоварване, ефективната дължина и изискванията за код винаги имат предимство, а точните размери трябва да произтичат от структурно изчисление.
Производство и контрол на качеството
Заварените кутийни колони изискват дисциплинирана изработка, тъй като затворената секция прави вътрешните заварки недостъпни след монтажа:
Заваряване:четирите ъглови шевове обикновено се заваряват чрез заваряване под флюс (SAW) с контролирани последователности; заваръчните процедури трябва да бъдат квалифицирани според AWS D1.1, EN 1090 или приложимия код.
Вътрешна твърдост:напречните диафрагми в точките на въвеждане на натоварване и, където е необходимо, надлъжните усилващи елементи контролират локалното изкълчване и разпределят концентрираните сили.
Не{0}}разрушителен тест:критичните заварки се изследват чрез ултразвуково изпитване (UT), с магнитни частици (MT) или радиографско изпитване (RT), когато спецификацията го изисква.
Проследимост на материала:Сертификатите за изпитване на мелница в съответствие с EN 10204 (тип 3.1) документират химията на плочата и механичните свойства.
Защита от корозия:повърхностите се почистват с бластиране до Sa 2,5 и се покриват по ISO 12944 за категорията на експозиция или горещо поцинковани, където е посочено.
Пробен монтаж:сложните колони или колоните с висока толерантност се сглобяват пробно-в магазина, за да се провери подравняването на отворите и геометрията преди изпращане.
Често задавани въпроси
Въпрос: Какви форми на кутийна колона са налични?
Квадратните и правоъгълните кухи профили са най-често срещаните; заострени и стъпаловидни кутийни колони се произвеждат, когато архитектурните изисквания или изискванията за натоварване изискват различна секция по височина.
Въпрос: Коя марка стомана трябва да избера за кутия?
За умерени натоварвания, Q235B (GB/T 1591) или S235JR (EN 10025-2) е икономичен. За високи сгради, мостове и тежки индустриални приложения са типични Q355B/Q420 (GB/T 1591), S355 (EN 10025-2) или ASTM A572 клас 50/60. Степента се избира заедно с проектната якост и изискванията за изработка.
Въпрос: Как се определя дебелината на стената?
Дебелината на стената се задава от проверките за аксиална якост и якост на огъване, локалните граници на изкълчване (широчина-до-дебелина) на кода и всякаква допустима корозия, необходима за околната среда. По-дебели стени се използват там, където определя тънкостта или проверката на локалното изкълчване.
Въпрос: Какво е добро съотношение-към-дебелина за кутия колона?
Няма една фиксирана стойност. Ограничаващото съотношение на ширина-към-дебелина се определя от управляващия код (например границите на компактност в AISC 360, GB 50017 или EN 1993-1-1) и зависи от границата на провлачане на стоманата и нивото на напрежение на стената. Проектът трябва да провери секцията спрямо приложимото ограничение.
В: Могат ли кутийните колони да се снаждат на място?
да Полевите снаждания се правят със закрепени с болтове снаждащи плочи или със заварки с пълен-проникващ жлеб, детайлизирани и проверени според кода. Произведената в магазина подготовка на краищата и пробното сглобяване помагат да се гарантира подравняване при снаждането.
Въпрос: Каква документация придружава изработените кутийни колони?
Типичната документация включва сертификати за изпитване на мелница (EN 10204 тип 3.1), квалификация на заваръчната процедура и записи на заварчици, NDT доклади, доклади за проверка на размерите и одобрени производствени чертежи.