Строителното инженерство промени света ми по много начини, от изграждането на високи небостъргачи до изграждането на мостове, които пресичат цели реки.
Простата гредова колона е една от най-важните части на много от тези сгради.
Тази част от конструкцията е обект както на аксиално натоварване, така и на моменти на огъване, причинени от странични сили или ексцентрицитет на надлъжното натоварване едновременно.
Много от съвременните инженерни чудеса не биха били възможни без греди колони.
В тази статия ще разгледам гредовите колони и ще говоря какво представляват, как работят и защо са важни.
Тази публикация е за всеки, независимо дали сте нов студент по инженерство или опитен инженер, който иска да научи нещо ново.
И така, нека да започнем и да разберем какво представляват гредовите колони и какво правят.
Въведение
Официална дефиниция:
Конструктивен елемент е едновременно подложен на аксиално натоварване и моменти на огъване, произведени от странични сили или ексцентрицитет на надлъжно натоварване.
Гредовата колона е важна част от инженерството, която се използва за поддържане на сгради, мостове и други конструкции.
В тази статия ще разгледаме различните начини, по които гредовите колони се използват в инженерните и строителни проекти.
Какво е колонна греда?
Колонната греда е конструктивен елемент, който е направен да издържа на натоварвания по дългата си ос.
Може да се нарече компресионен елемент, което означава, че по-голямата част от тежестта се поставя върху него, когато се компресира.
Колона от греди може да издържи тежестта на греди, стени, плочи и други конструкции.
Видове греди колони
Има много различни видове греди колони, използвани в инженерството.
Колоните от валцовани стоманени греди са често срещан тип колони, използвани в стоманената конструкция.
Изработен е чрез валцоване на стоманени плочи във форма, която може да издържи товари, когато се притиснат една към друга.
- Стоманобетонна гредова колона: Този тип гредова колона е направена от бетон и е подсилена със стоманени пръти.
Използва се за изграждане със стоманобетон и е чудесен начин за преместване на тежки неща.
- Колона от дървени греди: Този тип колони от греди са направени от дърво и често се използват в жилищното строителство.
- Композитна гредова колона: Този тип гредова колона е направена чрез комбиниране на два или повече материала, като стомана и бетон, за да се направи по-здрава и по-издръжлива конструкция.
Защо да се задоволявате с по-малко, когато гредовата колона ви дава всичко?
Все още трудно за разбиране? Да променя малко гледната точка:
Писна ли ви от скучни, прави греди, които могат да правят само едно нещо наведнъж? Не гледайте никъде другаде, освен колоната с греди! Защо да използвате обикновен, едноизмерен лъч, когато можете да използвате член, който прави всичко?
Да, гредовата колона е най-добрият в структурното инженерство, защото може лесно да се справи както с аксиални натоварвания, така и с моменти на огъване.
Така че защо да изберете само един вид товар, когато можете да ги имате всички? С гъвкавата гредова колона можете да прегърнете странността на надлъжното натоварване и да добавите малко странична сила към живота си.
Добре, това беше просто шега, направена да изглежда като телевизионна реклама.
Сега да се върнем към обяснението.
Материали, използвани в греди-колони
Греди-колони могат да бъдат направени от камък, дърво, бетон или стомана, наред с други неща.
В съвременното строителство обаче често се използват H-образни стоманени колони, тъй като са здрави и твърди.
По-дългите страни на фланеца на Н-образната колона са по-дебели от средната ребрена част, което я прави по-способна да устои на силите на натиск.
Съвременните сгради също често се поддържат от системи от греди и колони, изработени от стоманобетон.
Определение и разлики
Дефиниция на греда и колона
Гредата е част от сграда, която е направена да издържа на натоварвания чрез огъване.
Обикновено тя е плоска и се държи в краищата или по дължината си.
Повечето подове, покриви и мостове се поддържат от греди.
От друга страна, колоната е вертикална част от сграда, която е направена да издържа предимно на натиск.
Обикновено се използва за задържане на сграда или друга конструкция и преместване на тежестта към основата.
Разлики между греда и колона
Има няколко основни разлики между гредите и колоните.
- Товароносимост: Гредите са направени най-вече да носят товари, които са огънати, докато колоните са направени предимно да носят товари, които са компресирани.
Поради това гредите обикновено са по-здрави, когато са огънати, и по-слаби, когато са компресирани, докато колоните са склонни да бъдат по-здрави, когато са компресирани, и по-слаби, когато са огънати.
- Ориентация: Обикновено гредите са отстрани, а колоните обикновено са отгоре.
- Условия за поддържане: Гредите обикновено се поддържат в техните краища или по дължината им, докато колоните обикновено се поддържат в основата и върха си.
- Форма на напречното сечение: гредите обикновено са квадратни, кръгли или I-образни, докато колоните обикновено са квадратни, кръгли или правоъгълни.
Ключови понятия и разлики
Колонната греда е част от сграда, която е направена да поема както аксиални, така и огъващи натоварвания.
Използва се, когато трябва да се преместят тежки товари от конструкцията към основата.
Гредовата колона преминава от долната конструкция към връхната конструкция.
Това е ключова част от преместването на тежестта от върха на сградата към основата.
Разлики между греди колони, греди и колони
Ето най-важните разлики между гредовите колони, гредите и колоните:
- Капацитет на товароподемност: колоната от греда е направена да понася както аксиални, така и огъващи натоварвания, докато греда е направена предимно да понася натоварвания на огъване, а колоната е направена предимно да понася аксиални натоварвания.
Колоната е вертикален компресионен елемент, докато гредата е хоризонтален компресионен елемент.
Гредова колона свързва основата с горния слой, който може да бъде хоризонтален или вертикален.
По отношение на формата на напречното сечение, гредата обикновено е квадратна, кръгла или I-образна, докато колоната обикновено е квадратна, кръгла или правоъгълна.
Напречното сечение на гредова колона може да бъде с всякаква форма, но обикновено е комбинация от квадратни и кръгли форми.
- Употреба: Гредите се използват най-вече за поддържане на подове, покриви и мостове, докато колоните се използват най-вече за поддържане на тежестта на сграда или друга конструкция.
Гредовите колони се използват в сгради, които трябва да прехвърлят както аксиални, така и огъващи натоварвания към основата.
Връзка греда-колона
Връзките греда-колона държат гредите и колоните заедно в една конструкция.
В тази статия ще разгледаме различните видове връзки между греди и колони и как те помагат за поддържането на една сграда безопасна и стабилна.
Видове връзки греда-колона
Въз основа на това колко твърда е връзката, има два основни типа връзки греда-колона: гъвкави връзки и твърди връзки.
- Гъвкава връзка: При гъвкава връзка, която също се нарича проста връзка или закрепена връзка, няма прехвърляне на момент между частите, които са свързани.
Той движи аксиални или срязващи сили, но не и моменти.
Гъвкавите връзки често се използват в конструкции, където връзките между греди и колони трябва да се справят с малки усуквания или завои.
- Твърда връзка: Твърда връзка, наричана също моментно съпротивляваща се или неподвижна връзка, прехвърля както срязване, така и момент между свързаните части.
Твърдите връзки се използват, когато връзката между греда и колона трябва да понесе големи усуквания или усукващи сили.
Специални връзки
За криви съединения, ексцентрични греди към колони и връзки към стени на колони могат да се използват прости връзки.
Тези връзки се считат за специални.
Като направят секциите на гредата по-малки, простите връзки могат да имат по-голяма устойчивост при свързване.
Това може да стане чрез изрязване на дупки в реброто на гредата или чрез отрязване на част от фланците на гредата (намалена част на реброто).
Фактори, влияещи върху дизайна на връзката греда-колона
Типът на използваната връзка греда-колона зависи от редица неща, като количеството тегло, което конструкцията може да издържи, изискванията за конструктивно проектиране и свойствата на материалите.
Някои от нещата, които влияят на това как се правят връзките греда-колона, са:
- Товароносимост: Връзката греда-колона трябва да има достатъчна товароносимост, за да издържи на силите и моментите, които е вероятно да действат върху нея.
- Изисквания за конструктивно проектиране: Проектът на връзката греда-колона трябва да отговаря на строителния кодекс и спецификациите на проекта за конструктивно проектиране.
- Свойства на материала: Проектът трябва да вземе предвид здравината и твърдостта на материалите, използвани във връзката греда-колона.
Максимален момент и дизайн
В структурния дизайн способността на конструкцията да устои на моменти на огъване е ключова част от гарантирането, че тя остава стабилна.
Максимален момент
Уравненията и формулите за момента на огъване се използват, за да се определи колко може да се огъне една греда.
Максималният момент е най-големият момент, който конструкцията може да има при определен случай на натоварване.
Важно е да запомните, че най-важният случай за проектиране не винаги може да бъде максималният момент.
Поради начина, по който си взаимодействат огъващите и аксиалните или усукващи сили, различен случай на натоварване с по-ниска стойност на момента може в крайна сметка да бъде отчетен като най-важния случай за проектиране.
Дизайнерски моменти
Проектните моменти и максималните моменти не са едно и също нещо.
Проектните моменти се определят чрез разглеждане на изискванията на кода и факторите за безопасност, докато максималните моменти се определят чрез разглеждане на резултатите от анализ.
Проектните моменти вземат предвид неща като свойствата на материала, факторите на безопасност и комбинациите от товари въз основа на това, което казва кодът.
Проектните моменти са много важни, за да се гарантира, че конструкцията може да издържи натоварванията, които са поставени върху нея, и все още има достатъчно място за безопасност.
Помислете за следните неща, за да разберете момента на проектиране:
- Свойства на материала: При определяне на проектния момент се вземат предвид границата на провлачване и модулът на еластичност на гредата.
- Комбинации от натоварване: Проектният момент се определя чрез използване на списъка на кода на сградата с различните комбинации от натоварване.
- Фактори за безопасност: Моментът на проектиране включва фактори за безопасност, за да се гарантира, че конструкцията може да издържи натоварвания над и извън максималните очаквани натоварвания.
Проектиране на греди колони
Гредовите колони са конструктивни елементи, които са едновременно компресирани по дължина и огънати по ширина.
В сградите те се използват за преместване на тежестта от горната греда към основата.
За да проектирате греда-колона, трябва да разберете колко тегло има върху нея и колко е голяма.
Можете да направите това със софтуер като Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator или на ръка, като използвате формули от учебници по гражданско инженерство или уебсайтове като CivilJungle.com или Civiconcepts.com.
Изчисляване на натоварването върху греда-колона
Първата стъпка в създаването на конструкция от греда-колона е да разберете колко тегло се поставя върху гредата и колоната.
През повечето време натоварванията се прилагат върху колоните в техните краища, което причинява аксиални напрежения на натиск.
Понякога аксиалните сили, напречните сили и огъващите моменти могат да действат върху колона (напр. Греди-колони).
Като разделите действителното разпределение на натоварването на дължината на гредата, можете да намерите равномерно разпределеното натоварване в килонютони на метър.
Изчисляване на размера на гредата и колоната
След като разберете какво тегло има върху гредата-колона, трябва да разберете колко големи трябва да бъдат гредата и колоната въз основа на това колко тегло има върху всяка от тях.
Например обемът на бетона за греда с размери 230 mm x 450 mm, без дебелината на плочата, ще бъде 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3 и ще тежи 0,138 x 2400 = 333 kg.
По същия начин общото тегло на колона, чиято дължина обикновено е три пъти най-малката й ширина на напречното сечение, може да се намери чрез сумиране на теглата на всички нейни части.
Връзка греда-колона
Връзка греда-колона е мястото, където греда и колона се събират в една сграда.
Състои се от фугата и частите от гредите, колоните и плочата, които са до фугата.
В зависимост от това колко твърда е връзката, има различни видове връзки греда-колона.
Гъвкавата връзка, която също се нарича проста или щифтова връзка, предава сила на срязване или аксиална сила, но не и моменти.
Твърдата връзка, която също се нарича съпротивителна на момента връзка или неподвижна връзка, премества както срязване, така и момент между свързаните части.
За криви съединения, ексцентрични греди към колони и връзки към стени на колони могат да се използват прости връзки.
Максимален огъващ момент
Когато външна сила е приложена към греда-колона, което я кара да се огъне и в крайна сметка да се счупи, тогава моментът на огъване е най-висок.
Когато се използват закрепени опори за поддържане на непрекъсната греда, моментите на увисване възникват при междинните опори, а моментите на провисване се случват при участъците.
Много близо до междинните опори са точките на контрафлексура.
Възможно е точката на максимален момент да бъде там, където се прилага по-големият първичен момент.
Проектни моменти и максимални моменти
Проектните моменти се определят чрез разглеждане на изискванията на кода и факторите за безопасност, докато максималните моменти се определят чрез разглеждане на резултатите от анализ.
При проектирането на моменти се вземат предвид много неща, като свойствата на материала, коефициентите на безопасност и комбинациите от товари.
Максималните моменти отчитат само натоварванията, които се прилагат върху конструкцията, а не изискванията за безопасност или кода.
Коефициент на стройност
В гражданското инженерство коефициентът на тънкост е съотношението между дължината на колоната и нейния най-малък страничен размер.
За да го разберете, разделете ефективната дължина на колоната на нейния радиус на въртене.
Коефициентът на тънкост се използва, за да се определи колко тегло може да издържи една колона, преди да се огъне.
Ако коефициентът на тънкост е по-малък или равен на 12, колоните се считат за къси.
Ако е повече от 12, колоните се считат за дълги или слаби.
Късите колони се контролират от тяхната дължина и ширина, докато дългите, тънки колони се контролират от техните съотношения на дължина към ширина.
Съединения на греди/колони
Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с говоримия език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.
Beam колона използва
Мостове:
Гредовите колони често се използват за изграждане на мостове, защото могат да се справят с огъващите моменти, причинени от теглото на превозните средства, както и със страничните сили, причинени от вятър и земетресения.
Те също така могат да бъдат изработени, за да отговарят на различни разстояния и натоварвания, което ги прави добър избор както за мостове с къси, така и за дълги разстояния.
Големи, високи сгради:
Гредовите колони често се използват във високи сгради, защото могат да държат големи тежести и да издържат на силите на вятъра и земетресенията.
Страхотни са и за високи сгради, защото могат да бъдат направени с различни дължини и диаметри.
Това спомага за по-равномерно разпределяне на тежестта и прави сградата по-стабилна като цяло.
Индустриални структури:
Тъй като те могат да държат тежко оборудване и машини, гредовите колони често се използват в промишлени сгради като фабрики и складове.
В тези видове сгради гредовите колони често се използват за поддържане на покривни ферми и преместване на тежестта от покрива към основата.
Жилищни конструкции:
Гредовите колони се използват и в жилищни сгради, особено за стени и основи на мазета.
Те могат да се използват и като опорни колони в отворени етажни планове, за да помогнат за поддържане на горните етажи стабилни.
Инфраструктурни проекти:
Гредовите колони често се използват в инфраструктурни проекти като тунели, язовири и подпорни стени.
В тунелите гредовите колони държат покрива и стените.
В язовирите те спомагат за равномерното разпределяне на тежестта на водата по структурата.
Гредовите колони могат да се използват в подпорни стени за спиране на страничните сили, причинени от натиска на почвата и водата.
Заключение
Докато приключваме нашия поглед към гредовите колони, става ясно, че тези строителни части са много важни в света на инженерството.
От основите на нашите сгради до пътищата, които свързват градовете ни, гредовите колони дават на много от конструкциите, които използваме всеки ден, необходимата опора и стабилност.
Но колоните с греди също са интересни, защото ни дават уникален поглед върху това как формата и функцията работят заедно.
Начинът, по който една гредова колона е направена и поставена на място, може да има голям ефект върху това как една сграда изглежда и се чувства като цяло.
Поради това можем да мислим за гредовите колони не само като полезни инструменти, но и като важна част от инженерството като изкуство и наука.
Така че следващия път, когато минавате покрай небостъргач или пресичате мост, отделете малко време, за да оцените простата колона с греди, която помага да направите всичко възможно.
Връзки и препратки
Въведение в проектирането на стоманени колони или компресионни елементи
Детайлна сграда със стомана
Конструктивно използване на бетон
Сподели на…
