چگونه اندازه ستون های جعبه فولادی مناسب را انتخاب کنیم

ستون‌های جعبه فولادی، که به آن‌ها بخش‌های جعبه جوشی یا بخش‌های ساخته شده بسته نیز گفته می‌شود، با جوش دادن چهار صفحه در یک منشور مربع یا مستطیل توخالی ساخته می‌شوند. هندسه بسته آنها سفتی متقارن در مورد هر دو محور، مقاومت پیچشی بالا و عملکرد عالی تحت بارهای محوری سنگین می‌دهد، که آنها را به یک انتخاب استاندارد برای هسته‌های-بالا، پل‌های دهانه بلند{{3} و قاب‌های صنعتی تبدیل می‌کند. سوالی که هر تیم پروژه زود با آن روبرو می شود این است: اندازه ستون باید چقدر باشد؟ پاسخ از طراحی سازه می آید، نه از یک کاتالوگ، و این راهنما عوامل و بررسی هایی را که آن را تعیین می کنند، توضیح می دهد.

ستون جعبه فولادی چیست؟

ستون جعبه فولادی یک عضو ساختاری بسته و توخالی است که معمولاً از جوش دادن چهار صفحه فولادی به یکدیگر برای تشکیل یک مقطع مربع یا مستطیل شکل می‌گیرد. در مقایسه با بخش‌های باز مانند I- یا H-پرتوها، بخش جعبه ارائه می‌دهد:

سختی دو محوری متقارن:هیچ محور قوی یا ضعیفی وجود ندارد، بنابراین ستون در برابر خمش در همه جهات مقاومت می کند.

مقاومت پیچشی بالا:سلول بسته بسیار موثرتر از بخش های باز در برابر گشتاور مقاومت می کند.

راندمان فشاری بالا:مواد به دور از مرکز توزیع می شوند و شعاع چرخش زیادی برای ناحیه مقطع ایجاد می کنند.

کنترل کمانش محلی عالی:چهار دیوار صفحه را می توان متناسب کرد تا محدودیت های فشردگی آیین نامه حاکم را برآورده کند.

ستون‌های جعبه‌ای به‌طور گسترده به‌عنوان ستون‌های ساختمانی در قاب‌های{0} بلند، به‌عنوان پایه‌ها و دکل‌های پل، و به‌عنوان اعضای اصلی در ساختمان‌های صنعتی و عمومی استفاده می‌شوند.

عواملی که باعث ایجاد اندازه ستون جعبه می شود

بارهای طراحی

مقطع باید در برابر بار محوری عامل، لنگرهای خمشی ناشی از گرانش و بارهای جانبی، و برش، ترکیب شده بر اساس کد حاکم، مقاومت کند. هر دو حالت حد استحکام و قابلیت سرویس باید برآورده شوند.

ارتفاع بدون مهار و طول موثر

طول های بدون مهار بیشتر باعث افزایش باریکی ستون و کاهش ظرفیت تراکم آن می شود. طول موثر حاصلضرب طول واقعی و ضریب K- است که مهارهای انتهایی را منعکس می‌کند: اتصالات ثابت، پین شده یا تا حدی مهار شده در بالا و پایین عضو.

محدودیت های پایانی و شرایط مرزی

پایه‌های ثابت و رویه‌های لحظه‌ای{0}متصل ضریب طول موثر را کاهش می‌دهند، در حالی که پایه‌های پین‌شده و اتصالات ساده آن را افزایش می‌دهند. شرایط تکیه گاهی باید دقیقاً مدل‌سازی شوند زیرا مستقیماً بر بررسی کمانش حاکم هستند.

درجه فولاد

درجات مقاومت بالاتر مانند S355 (EN 10025-2)، ASTM A572 Grade 50 یا Q355B (GB/T 1591) به قیمت واحد بالاتر و الزامات جوشکاری و ساخت سخت‌تر، بخش فشرده‌تری را برای همان بار امکان‌پذیر می‌سازد. درجه باید با در نظر گرفتن قدرت طراحی و قابلیت ساخت انتخاب شود.

نسبت عرض-به-ضخامت (کمش محلی)

دیواره های صفحه ستون جعبه باید متناسب باشند تا قبل از اینکه بخش به استحکام کامل خود برسد از کمانش موضعی جلوگیری شود. کدها محدودیت‌های فشردگی را بر حسب نسبت عرض-به-ضخامت تعریف می‌کنند. به عنوان مثال، AISC 360 یک نسبت عرض محدود به ضخامت را برای عناصر باریک تحت فشرده سازی یکنواخت تعیین می کند، و GB 50017 و EN 1993-1-1 الزامات کمانش محلی معادل را ارائه می کنند. طراحی باید تأیید کند که ضخامت صفحه انتخاب شده با محدودیت قابل اجرا مطابقت دارد.

بررسی طراحی برای ستون های جعبه

اندازه ستون جعبه یک فرآیند تکراری برای فرض یک بخش، بررسی آن و تنظیم است. بررسی‌های اصلی که با کد حاکم انجام می‌شوند (به عنوان مثال AISC 360، EN 1993-1-1 یا GB 50017)، عبارتند از:

قدرت محوری:مقاومت فشاری طراحی، مقاومت اسمی کاهش یافته توسط ضریب مقاومت مناسب است، که در آن استحکام اسمی کمانش خمشی حول محور بحرانی را به حساب می‌آورد و بر اساس باریکی مؤثر KL/r است.

ترکیبی محوری و خمشی:اعضای تحت بار محوری به اضافه گشتاورها با معادلات برهمکنش کد، که نسبت های استفاده از نیروی محوری و گشتاور را ترکیب می کنند، تأیید می شوند.

محدودیت های لاغری:اعضای فشرده معمولاً به حداکثر نسبت باریکی محدود می شوند (به عنوان مثال KL/r نه بیشتر از 200 برای اعضای اصلی فشرده سازی تحت AISC 360؛ محدودیت معادل در GB 50017 برای اعضای فشرده سازی اصلی اعمال می شود).

کمانش موضعی:نسبت‌های عرض صفحه به

قابلیت سرویس دهی:رانش جانبی، کوتاه شدن محوری و ارتعاش در برابر محدودیت های پروژه بررسی می شود.

از آنجا که هندسه با بررسی های مقاومت در تعامل است، اندازه نهایی به بهترین وجه توسط یک مهندس سازه واجد شرایط با استفاده از نرم افزار طراحی شناخته شده، با نقشه های کارگاهی تهیه شده از محاسبات تایید شده تایید می شود.

راهنمای عملی اندازه گیری بر اساس برنامه

جدول فقط نشانگر است: مورد بار حاکم، طول موثر و الزامات کد همیشه اولویت دارند و ابعاد دقیق باید از محاسبات ساختاری بدست آید.

ساخت و کنترل کیفیت

ستون های جعبه جوش داده شده نیاز به ساخت منظم دارند زیرا بخش بسته باعث می شود جوش های داخلی پس از مونتاژ غیر قابل دسترس باشند:

جوشکاری:درزهای چهار گوشه معمولاً با جوشکاری قوس زیر آبی (SAW) با توالی های کنترل شده جوش داده می شوند. روش های جوشکاری باید مطابق با AWS D1.1، EN 1090 یا کد مربوطه باشد.

سفت شدن داخلی:دیافراگم های عرضی در نقاط ورود بار و در صورت نیاز، سفت کننده های طولی کمانش موضعی را کنترل کرده و نیروهای متمرکز را پخش می کنند.

آزمایش غیر مخرب-:جوش های بحرانی با تست اولتراسونیک (UT)، با ذرات مغناطیسی (MT) یا تست رادیوگرافی (RT) در جایی که مشخصات آن را ایجاب می کند، بررسی می شوند.

قابلیت ردیابی مواد:گواهی های آزمایش آسیاب مطابق با EN 10204 (نوع 3.1) شیمی صفحه و خواص مکانیکی را مستند می کند.

حفاظت در برابر خوردگی:سطوح تا 2.5 Sa 2.5 با انفجار تمیز می شوند و برای رده نوردهی با ISO 12944 پوشش داده می شوند، یا در صورت مشخص شده{2}}گالوانیزه گرم{2}}.

مونتاژ آزمایشی:ستون‌های پیچیده یا با تحمل بالا به‌طور آزمایشی-در فروشگاه مونتاژ می‌شوند تا تراز و هندسه سوراخ‌ها را قبل از ارسال تأیید کنند.

سوالات متداول

س: چه اشکالی از ستون جعبه موجود است؟
بخش های توخالی مربع و مستطیل رایج ترین هستند. ستون‌های باکس مخروطی و پلکانی زمانی تولید می‌شوند که الزامات معماری یا بار نیاز به بخش متفاوتی در طول ارتفاع داشته باشد.

س: کدام درجه فولاد را برای ستون جعبه انتخاب کنم؟
برای بارهای متوسط، Q235B (GB/T 1591) یا S235JR (EN 10025-2) مقرون به صرفه است. برای کاربردهای صنعتی بلند، پل و سنگین، Q355B/Q420 (GB/T 1591)، S355 (EN 10025-2) یا ASTM A572 درجه 50/60 معمولی هستند. درجه همراه با استحکام طراحی و الزامات ساخت انتخاب می شود.

س: چگونه ضخامت دیوار تعیین می شود؟
ضخامت دیوار توسط بررسی‌های مقاومت محوری و خمشی، محدودیت‌های کمانش محلی (عرض-به-ضخامت) کد، و هرگونه حد مجاز خوردگی مورد نیاز برای محیط تنظیم می‌شود. دیوارهای ضخیم‌تر در جایی استفاده می‌شوند که باریکی یا کنترل کمانش موضعی حاکم باشد.

س: نسبت خوب عرض-به-برای ستون جعبه چیست؟
هیچ مقدار ثابت واحدی وجود ندارد. نسبت عرض محدود به ضخامت با کد حاکم تعریف می‌شود (برای مثال محدودیت‌های فشردگی در AISC 360، GB 50017 یا EN 1-1-1993) و به مقاومت تسلیم فولاد و سطح تنش دیوار بستگی دارد. طرح باید بخش را در برابر محدودیت های قابل اجرا تأیید کند.

س: آیا می توان ستون های جعبه را در سایت به هم متصل کرد؟
بله. اتصالات میدانی با صفحات اتصال پیچ و مهره‌ای یا با{1}}جوش‌های شیار نفوذی کامل ساخته می‌شوند که طبق کد دقیق و بررسی می‌شوند. آماده سازی انتهای ساخته شده و مونتاژ آزمایشی خرید-به تضمین تراز در اتصال کمک می کند.

س: چه مستنداتی با ستون های جعبه ساخته شده همراه است؟
اسناد معمولی شامل گواهی‌های تست آسیاب (EN 10204 نوع 3.1)، صلاحیت روش جوشکاری و سوابق جوشکار، گزارش‌های NDT، گزارش‌های بازرسی ابعادی و نقشه‌های کارگاه تایید شده است.