Mengapa Jurutera Struktur Memilih Bahagian Berongga?

Berjalan ke hampir mana-mana tapak pembinaan berbingkai keluli moden-dan anda akan melihat bahagian berongga melakukan kerja yang membuka profil seperti saya-rasuk dan saluran tidak dapat melakukannya dengan cekap: berdiri sebagai tiang terdedah langsing dalam atrium kaca, membentuk pendakap pepenjuru dalam rangka seismik atau membawa beban kaki kilasan dalam jambatan lengkung. Keutamaan bukan estetik. Ia datang kepada segelintir prinsip kejuruteraan struktur yang kebanyakan pasukan perolehan tidak pernah melihat dibincangkan, tetapi itu secara senyap-senyap menentukan sebab spesifikasi memerlukan SHS, RHS atau CHS di tempat pertama.

Artikel ini melihat sebab kejuruteraan sebenar bahagian berongga mengatasi profil terbuka dalam kes beban tertentu - dan, sama pentingnya, apabila rasuk atau saluran I-masih menjadi pilihan yang lebih cekap dan menjimatkan. Memahami kedua-dua belah perbandingan itu adalah perkara yang memisahkan spesifikasi yang dimaklumkan dengan tulen daripada tabiat lalai.

Kelebihan struktur tunggal terbesar bagi bahagian berongga adalah kepada satu nombor: jejari kilasan.

Bahagian terbuka seperti rasuk-bebibir I-lebar mempunyai dua jejari kilasan yang sangat berbeza - satu mengenai paksi kuatnya, satu mengenai paksi lemahnya, selalunya berbeza dengan faktor dua atau lebih. Ini bermakna lajur bahagian I-hanya sekuat arah lengkoknya yang paling lemah dan jika ahli terdedah kepada beban atau tekanan angin dari pelbagai arah, jurutera perlu mereka bentuk di sekeliling paksi yang lebih lemah tanpa mengira seberapa kuat paksi yang satu lagi itu.

Bahagian berongga segi empat sama atau bulat, sebaliknya, mempunyai jejari lilitan yang sama (atau sangat hampir dengan sama) dalam setiap arah. Tiada "paksi lemah." Untuk lajur yang perlu menahan lengkok di bawah beban mampatan yang digunakan daripada sumber-berbilang arah - yang tidak dapat diramalkan atau berbilang arah yang menerangkan sebahagian besar tiang bangunan sebenar, terutamanya dalam pelan lantai terbuka tanpa dinding penguat untuk menentukan arah beban yang dominan - sifat geometri ini sahaja sering menjadikan bahagian berongga lebih ringan daripada yang setara dengan "kekuatan bahan terbuka" {{5} dalam arah yang struktur tidak memerlukan banyak.

Inilah sebabnya mengapa bahagian berongga mendominasi sebagai ahli mampatan dalam bingkai ruang dan kekuda kekisi: setiap anggota pepenjuru dan menegak dalam sistem kekuda 3D mengalami beban dari orientasi yang berbeza dan bahagian dengan rintangan seragam dalam semua arah adalah cekap dari segi struktur dengan cara bahagian I-pada dasarnya tidak dapat dipadankan tanpa bahan tambahan.

Tunjukkan Imej

Jika jejari kilasan adalah kelebihan halus, kekakuan kilasan ialah yang dramatik - dan boleh dikatakan sebab yang paling tidak dihargai bahagian berongga ditentukan untuk ahli tertentu.

Bahagian terbuka menahan kilasan terutamanya melalui ledingan dan pemalar kilasan St. Venant yang agak lemah, kerana bentuk berdinding nipis terbuka-tidak mempunyai laluan beban berterusan di sekeliling perimeternya untuk membawa aliran ricih dengan cekap. Bahagian tertutup - mana-mana bahagian berongga - menentang kilasan melalui aliran ricih yang berjalan secara berterusan di sekeliling perimeter tertutup, yang merupakan mekanisme yang lebih keras secara mendadak. Dari segi praktikal, bahagian berongga tertutup boleh mempunyai pemalar kilasan tertib magnitud lebih tinggi daripada bahagian terbuka dengan saiz dan berat yang setanding.

Ini penting secara langsung pada anggota yang melihat beban kilasan yang bermakna: galang jambatan melengkung, rasuk landasan kren tertakluk kepada beban roda sipi, rasuk spandrel yang menyokong beban lantai sipi di sepanjang perimeter bangunan dan mana-mana anggota dalam struktur yang bebannya tidak digunakan dengan bersih melalui pusat ricih. Menentukan bahagian terbuka untuk aplikasi kritikal -kilasan sebenar biasanya bermakna menambah pengeras, diafragma atau saiz yang terlalu besar pada ahli untuk mengimbangi - kos fabrikasi dan bahan tambahan yang sering dielakkan oleh bahagian berongga dengan geometri sahaja.

 

PROSES LUBANG MENGGERUBI

PEMPROSESAN BAHAGIAN BERLONGGA

Pemprosesan paip keluli bulat

Tiada satu pun daripada ini bermakna bahagian berongga adalah unggul tanpa syarat, dan di sinilah titik yang lebih bernuansa dan kurang dibincangkan: tingkah laku lekuk tempatan.

Kod reka bentuk - EN 1993-1-1 di Eropah, AISC 360 di AS - mengklasifikasikan bahagian struktur (terbuka dan tertutup sama) mengikut lebar-hingga-ketebalan atau diameter-kepada-ketebalan nisbah plat individu atau julat-saat dindingnya, secara kasar mencapai kelas daripada kapasiti julat atau unsur-unsur dinding yang boleh dikelaskan secara keseluruhan (daripada kapasiti plastik atau unsur-unsur dinding yang sama) ke dalam kelas yang boleh dicapai secara kasar (daripada kapasiti julat plastik atau elemen dinding) mengikut kelas dan mengekalkan putaran untuk reka bentuk plastik) melalui "slender" (di mana lengkokan tempatan berlaku sebelum bahagian mencapai hasil, dan kapasiti reka bentuk perlu dikurangkan dengan sewajarnya).

Untuk bahagian berongga, pengelasan ini terikat secara langsung dengan nisbah lebar-ke-ketebalan muka rata (untuk SHS/RHS) atau diameter-kepada-nisbah ketebalan (untuk CHS). CHS-berdinding, besar-diameter atau RHS berdinding-lebar dan nipis boleh jatuh ke dalam klasifikasi langsing sama seperti bahagian terbuka-berbebibir nipis boleh - profil tertutup tidak mengecualikan bahagian secara automatik daripada pemeriksaan lengkok tempatan. Jurutera yang menyatakan bahagian berongga berdinding yang lebih besar,{11}}nipis untuk aplikasi seni bina atau{12}}panjang perlu mengesahkan klasifikasi bahagian itu secara eksplisit dan bukannya menganggap bahawa "kosong" membayangkan "kompak." Ini adalah salah satu kesilapan yang lebih biasa dalam saiz awal, hanya ditangkap apabila pemeriksaan terperinci akhirnya dijalankan.

Satu kelebihan bahagian berongga yang benar-benar kurang dibincangkan muncul dalam kejuruteraan kebakaran, bukan graviti atau reka bentuk beban sisi.

Keperluan perlindungan kebakaran struktur didorong dengan ketara oleh "faktor bahagian" - nisbah perimeter yang dipanaskan kepada-luas keratan merentas (sering ditulis Hp/A). Bahagian dengan nisbah Hp/A yang lebih rendah dipanaskan dengan lebih perlahan semasa kebakaran, kerana kawasan permukaan yang terdedah secara proporsional menyebabkan haba ke dalam jisim keluli tertentu. Bahagian terbuka seperti I-rasuk mendedahkan kawasan permukaan pada kedua-dua belah web dan kedua-dua bebibir, semuanya dipanaskan secara berasingan. Bahagian berongga dengan kapasiti beban setanding selalunya mempunyai nisbah Hp/A yang lebih rendah hanya kerana geometrinya menumpukan jisim keluli yang sama di belakang permukaan terdedah yang lebih padat dan berterusan.

Akibat praktikal ialah ahli bahagian berongga kadangkala boleh mencapai penarafan rintangan api yang diperlukan dengan salutan intumescent yang lebih nipis atau bahan perlindungan kebakaran yang kurang daripada bahagian terbuka yang membawa beban reka bentuk yang sama - penjimatan kos dan berat sebenar yang jarang muncul dalam bahan pemasaran umum kerana ia memerlukan bahagian-pengiraan khusus untuk ditunjukkan, bukan tuntutan umum yang digunakan secara seragam merentas setiap saiz dan aplikasi.

Ini adalah titik di mana bahagian berongga kehilangan beberapa kelebihan yang mereka perolehi di tempat lain, dan ia patut mendapat perhatian yang lebih dalam keputusan spesifikasi daripada biasanya.

Bahagian terbuka menawarkan bebibir yang rata, boleh diakses dan permukaan web yang menjadikan sambungan berbolted dengan mudah - plat sambungan boleh dibolt terus ke bebibir dengan kelegaan standard dan perincian standard. Bahagian berongga, dengan sifat tertutupnya, tidak menawarkan permukaan boleh diakses yang sama untuk sambungan bolt konvensional tanpa perkakasan tambahan: melalui-bolting memerlukan akses kepada bahagian dalam tiub (selalunya mustahil sebaik sahaja struktur dipasang) dan sambungan bolt yang dipasang di permukaan-biasanya memerlukan plat bebibir, plat penutup atau sistem bolt tertutup-yang direka khusus.

Sambungan yang dikimpal membawa kerumitan mereka sendiri. Apabila ahli bahagian berongga bertemu di nod kekuda - sambungan K, T, Y atau X dalam pembinaan galang kekisi - sambungannya bukan sekadar mengimpal dua tiub bersama. Muka kord pada sambungan perlu diperiksa untuk ricih tebukan dan pengplastikan setempat di bawah beban tertumpu daripada ahli pendakap masuk, mengikut peruntukan reka bentuk seperti yang terdapat dalam EN 1993-1-8 Bahagian 7 atau panduan reka bentuk CIDECT yang dibangunkan khusus untuk reka bentuk sambungan tiub. Pemeriksaan ini benar-benar lebih terlibat daripada reka bentuk sambungan bahagian terbuka standard, dan memandang rendah kerumitan ini pada peringkat reka bentuk adalah salah satu sumber reka bentuk semula peringkat akhir yang lebih biasa pada projek kekuda tiub.

Tiada satu pun daripada ini menjadikan sambungan bahagian berongga tidak praktikal - kekuda tiub berjaya dibina di seluruh dunia - tetapi ini bermakna kos reka bentuk fabrikasi dan sambungan perlu ditimbang dengan kecekapan bahan yang diperoleh daripada bahagian itu sendiri, dan bukannya menganggap bahagian berongga adalah kemenangan kos yang mudah dalam setiap kes.

Memandangkan segala-galanya di atas, adalah berbaloi untuk menyatakan secara langsung tentang tempat I-rasuk atau saluran kekal sebagai pilihan yang lebih baik: anggota lentur utama yang beban digunakan terutamanya kira-kira satu paksi dan tempat paksi itu diketahui dan ditetapkan oleh geometri struktur - rasuk lantai biasa yang menyokong papak, contohnya, membengkokkan kira-kira satu paksi{2}} daripada bahan yang jauh, dan larutan I{2}} paksi neutral, adalah lebih cekap dalam lenturan uniaksial tulen daripada bahan bahagian berongga yang diedarkan di sekeliling perimeter tertutup.

Bahagian terbuka juga secara amnya lebih murah untuk disambungkan, seperti yang dibincangkan di atas, dan lebih banyak tersedia dalam julat saiz gulung standard yang lebih luas untuk anggota yang sangat besar dan dalam berbanding bahagian berongga yang biasanya. Untuk rasuk lantai yang lurus, bahagian I-biasanya kekal sebagai spesifikasi yang lebih menjimatkan; untuk lajur yang terdedah kepada-beban berbilang arah, anggota pendakap di bawah mampatan dan kemungkinan kilasan, atau kord kekuda dalam rangka ruang, bahagian berongga biasanya menang pada kedua-dua kecekapan bahan dan, dalam kebanyakan kes, prestasi kebakaran.

 

 

 

 

Pilihan antara bahagian berongga dan terbuka bukan soal seseorang itu unggul secara kategori -, ia adalah soal memadankan geometri bahagian dengan kes beban sebenar yang dialami ahli. Seorang jurutera struktur yang menimbang keputusan ini benar-benar bertanya: adakah ahli ini melihat beban dari satu arah yang boleh diramal, atau dari pelbagai arah dan mungkin kilasan? Adakah klasifikasi lengkokan tempatan akan mengawal reka bentuk pada ketebalan dinding yang sedang dipertimbangkan? Apakah kos reka bentuk sambungan sebenarnya apabila plat bebibir, plat penutup atau pemeriksaan sambungan tiub difaktorkan, dan bukannya harga setiap-tan keluli itu sendiri?

Mendapatkan perkara ini dengan betul pada peringkat spesifikasi - dan bukannya lalai kepada tabiat atau apa sahaja jenis bahagian yang pernah digunakan oleh projek masa lalu - ialah di mana penjimatan bahan sebenar dan kos diperoleh daripada projek keluli struktur, dan ini merupakan keputusan yang patut ditinjau semula pada setiap struktur baharu dan bukannya menganggap pilihan bahagian projek sebelumnya masih terpakai.

Hubungi sekarang