Stavební inženýrství změnilo můj svět mnoha způsoby, od stavby vysokých mrakodrapů po stavbu mostů, které překračují celé řeky.
Jednoduchý trámový sloup je jednou z nejdůležitějších součástí mnoha těchto budov.
Na tuto část konstrukce působí současně osové zatížení i ohybové momenty způsobené bočními silami nebo excentricitou podélného zatížení.
Mnoho dnešních technických zázraků by nebylo možné bez trámových sloupů.
V tomto článku se podívám na sloupy trámů a promluvím o tom, co to je, jak fungují a proč jsou důležité.
Tento příspěvek je pro každého, ať už jste nový student inženýrství nebo ostřílený inženýr, který se chce naučit něco nového.
Pojďme tedy začít a zjistit, co jsou sloupy nosníku a co dělají.
Úvod
Formální definice:
Konstrukční prvek je současně vystaven osovému zatížení a ohybovým momentům způsobeným bočními silami nebo excentricitou podélného zatížení.
Sloup nosníku je důležitou součástí inženýrství, která se používá k podpoře budov, mostů a dalších konstrukcí.
V tomto článku se podíváme na různé způsoby použití nosníkových sloupů ve strojírenství a ve stavebních projektech.
Co je sloupový nosník?
Sloup nosníku je konstrukční prvek, který je vyroben tak, aby odolal zatížením na své dlouhé ose.
Může být nazýván kompresním členem, což znamená, že většina hmotnosti je kladena na něj, když je stlačen.
Sloup nosníku může unést váhu nosníků, stěn, desek a dalších konstrukcí.
Typy nosníkových sloupů
Ve strojírenství se používá mnoho různých druhů nosníkových sloupů.
Válcované ocelové nosníkové sloupy jsou běžným typem sloupů používaných v ocelových konstrukcích.
Vyrábí se válcováním ocelových plátů do tvaru, který dokáže udržet zatížení, když jsou stlačeny k sobě.
- Železobetonový trámový sloup: Tento typ trámového sloupu je vyroben z betonu a je vyztužen ocelovými tyčemi.
Používá se ke stavbě ze železobetonu a je to skvělý způsob, jak přemisťovat těžké věci.
- Dřevěný trámový sloup: Tento typ trámového sloupu je vyroben ze dřeva a často se používá v bytové výstavbě.
- Sloupek s kompozitním nosníkem: Tento typ sloupu nosníku je vyroben kombinací dvou nebo více materiálů, jako je ocel a beton, za účelem vytvoření pevnější a odolnější konstrukce.
Proč se spokojit s málem, když sloupec nosníku vám dává vše?
Stále těžké pochopit? Dovolím si trochu změnit úhel pohledu:
Už vás nebaví nudné rovné paprsky, které mohou dělat jen jednu věc najednou? Nedívejte se jinam než na sloup paprsku! Proč používat jednoduchý jednorozměrný paprsek, když můžete použít člen, který dělá vše?
Ano, nosníkový sloup je překonaným konstrukčním stavitelstvím, protože snadno zvládne jak osové zatížení, tak ohybové momenty.
Proč si tedy vybírat pouze jeden druh zátěže, když je můžete mít všechny? S všestranným nosníkovým sloupem můžete přijmout zvláštnosti podélného zatížení a přidat trochu boční síly k vašemu životu.
Dobře, to byl jen vtip, který vypadal jako televizní reklama.
Nyní se vraťme k vysvětlení.
Materiály používané v nosníkových sloupech
Trámové sloupy mohou být mimo jiné vyrobeny z kamene, dřeva, betonu nebo oceli.
V moderní konstrukci se však často používají ocelové sloupy ve tvaru H, protože jsou pevné a tuhé.
Delší strany příruby sloupu ve tvaru H jsou tlustší než střední pásová část, díky čemuž lépe odolává kompresním silám.
Moderní budovy jsou také často zadržovány nosníkovými a sloupovými systémy ze železobetonu.
Definice a rozdíly
Definice nosníku a sloupu
Trám je kus budovy, který je vyroben tak, aby odolával zatížení ohybem.
Obvykle je plochý a je zvednutý na koncích nebo podél jeho délky.
Většina podlah, střech a mostů je držena trámy.
Na druhé straně je sloup svislou částí budovy, která je vyrobena tak, aby odolala převážně tlakovému zatížení.
Obvykle se používá k držení budovy nebo jiné konstrukce a přesunutí závaží na základ.
Rozdíly mezi nosníkem a sloupem
Mezi nosníky a sloupy je několik hlavních rozdílů.
- Nosnost: Nosníky jsou většinou vyráběny pro přenášení břemen, která jsou ohnutá, zatímco sloupy jsou většinou vyrobeny pro nesení břemen, která jsou stlačena.
Z tohoto důvodu mají trámy tendenci být silnější, když jsou ohnuty a slabší, když jsou stlačené, zatímco sloupy mají tendenci být silnější, když jsou stlačené a slabší, když jsou ohnuty.
- Orientace: Trámy jsou obvykle na straně a sloupy jsou obvykle nahoře.
- Podmínky podepření: Nosníky jsou obvykle podepřeny na svých koncích nebo podél jejich délky, zatímco sloupy jsou obvykle podepřeny na své základně a na vrcholu.
- Tvar průřezu: Nosníky jsou obvykle čtvercové, kruhové nebo ve tvaru I, zatímco sloupy jsou obvykle čtvercové, kruhové nebo obdélníkové.
Klíčové pojmy a rozdíly
Trámový sloup je část budovy, která je vyrobena tak, aby zvládala axiální i ohybové zatížení.
Používá se, když je třeba přesunout těžká břemena z konstrukce do základů.
Sloup nosníku jde ze spodní stavby do horní stavby.
Je klíčovou součástí přesunu hmotnosti z horní části budovy do základů.
Rozdíly mezi sloupci nosníku, nosníky a sloupy
Zde jsou nejdůležitější rozdíly mezi nosníky, nosníky a sloupy:
- Nosnost: Nosný sloup je vyroben pro přenášení jak axiálního, tak ohybového zatížení, zatímco nosník je většinou vyroben pro přenášení ohybového zatížení a sloup je většinou vyroben pro přenášení axiálního zatížení.
Sloup je vertikální tlačený prvek, zatímco nosník je horizontální tlačený prvek.
Sloup nosníku spojuje základ s horní vrstvou, která může být horizontální nebo vertikální.
Pokud jde o tvar průřezu, nosník je obvykle čtvercový, kruhový nebo ve tvaru I, zatímco sloup je obvykle čtvercový, kruhový nebo obdélníkový.
Průřez sloupu nosníku může mít jakýkoli tvar, ale obvykle se jedná o směs čtvercových a kulatých tvarů.
- Použití: Nosníky se většinou používají k podpoře podlah, střech a mostů, zatímco sloupy se většinou používají k podpoře hmotnosti budovy nebo jiné konstrukce.
Nosníkové sloupy se používají v budovách, které potřebují přenést jak osové, tak ohybové zatížení do základu.
Spojení nosník-sloup
Spojení nosník-sloup drží nosníky a sloupy pohromadě v konstrukci.
V tomto článku se podíváme na různé typy spojení nosník-sloup a na to, jak pomáhají udržovat budovu bezpečnou a stabilní.
Typy spojení nosník-sloup
Podle toho, jak pevné je spojení, existují dva hlavní typy spojení nosník-sloup: flexibilní spojení a pevná spojení.
- Pružné spojení: U pružného spojení, které se také nazývá jednoduché spojení nebo čepové spojení, nedochází k přenosu momentu mezi díly, které jsou spojeny.
Pohybuje axiálními nebo smykovými silami, ale ne momenty.
Flexibilní spoje se často používají v konstrukcích, kde se spoje mezi nosníky a sloupy musí vypořádat s malými zákruty nebo zákruty.
- Pevný spoj: Pevný spoj, nazývaný také momentově odolný nebo pevný spoj, přenáší smyk i moment mezi díly, které jsou připojeny.
Pevné spoje se používají, když spoj mezi nosníkem a sloupem musí zvládnout velké kroucení nebo kroutící síly.
Speciální připojení
Pro křivé spoje, excentrické nosníky ke sloupům a napojení na stojiny sloupů lze použít jednoduché spoje.
Tato spojení jsou považována za speciální.
Zmenšením sekcí nosníku mohou mít jednoduché spoje větší odolnost vůči vzájemnému spojení.
To lze provést vyříznutím otvorů do stojiny nosníku nebo odříznutím části pásnic nosníku (redukovaný úsek stojiny).
Faktory ovlivňující návrh spojení nosník-sloup
Typ použitého spojení nosník-sloup závisí na řadě věcí, jako je množství hmotnosti, kterou konstrukce unese, požadavky na konstrukční návrh a vlastnosti materiálů.
Některé z věcí, které ovlivňují způsob vytváření spojení paprsku a sloupu, jsou:
- Nosnost: Spojení nosník-sloup musí mít dostatečnou nosnost, aby odolalo silám a momentům, které na něj pravděpodobně působí.
- Požadavky na konstrukční návrh: Návrh spojení nosník-sloup musí splňovat stavební předpisy a projektové specifikace pro konstrukční návrh.
- Vlastnosti materiálu: Návrh musí brát v úvahu pevnost a tuhost materiálů použitých ve spojení nosník-sloup.
Maximální moment a design
Při navrhování konstrukcí je schopnost konstrukce odolávat ohybovým momentům klíčovou součástí zajištění stability.
Maximální okamžik
Rovnice a vzorce ohybového momentu se používají k určení toho, jak moc se může nosník ohnout.
Maximální moment je nejvyšší moment, který může konstrukce mít při určitém zatěžovacím stavu.
Je důležité si uvědomit, že nejdůležitějším případem pro návrh nemusí být vždy maximální moment.
Vzhledem k tomu, jak se ohybové a osové nebo torzní síly vzájemně ovlivňují, může být jiný zatěžovací stav s nižší hodnotou momentu hlášen jako nejdůležitější případ pro návrh.
Design Moments
Designové momenty a maximální momenty nejsou totéž.
Návrhové momenty jsou určeny pohledem na požadavky kódu a bezpečnostní faktory, zatímco maximální momenty jsou určeny pohledem na výsledky analýzy.
Návrhové momenty berou v úvahu věci, jako jsou vlastnosti materiálu, bezpečnostní faktory a kombinace zatížení na základě toho, co říká kód.
Návrhové momenty jsou velmi důležité, aby se zajistilo, že konstrukce zvládne zatížení, které je na ni kladeno, a stále má dostatek prostoru pro bezpečnost.
Zvažte následující věci, abyste zjistili moment návrhu:
- Vlastnosti materiálu: Při výpočtu návrhového momentu se bere v úvahu mez kluzu a modul pružnosti nosníku.
- Kombinace zatížení: Návrhový moment se určí pomocí seznamu různých kombinací zatížení podle stavebního předpisu.
- Bezpečnostní faktory: Návrhový moment zahrnuje bezpečnostní faktory, aby se zajistilo, že konstrukce zvládne zatížení nad a nad maximální očekávané zatížení.
Navrhování nosníkových sloupů
Nosníky-sloupy jsou konstrukční prvky, které jsou stlačeny podél své délky a ohnuty přes svou šířku.
V budovách se používají k přesunu hmotnosti z nosníku výše do základů.
Chcete-li navrhnout nosník-sloup, musíte zjistit, jakou váhu má a jak velký je.
Můžete to udělat pomocí softwaru jako Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator nebo ručně pomocí vzorců z učebnic stavebního inženýrství nebo webových stránek jako CivilJungle.com nebo Civiconcepts.com.
Výpočet zatížení na trámový sloup
Prvním krokem při vytváření konstrukce nosník-sloup je zjistit, jak velká hmotnost je kladena na nosník a sloup.
Většinu času jsou sloupy zatěžovány na jejich koncích, což způsobuje axiální tlaková napětí.
Někdy mohou na sloup (např. Trámové sloupy) působit osové síly, příčné síly a ohybové momenty.
Vydělením skutečného rozložení zatížení délkou nosníku můžete zjistit rovnoměrně rozložené zatížení v kilonewtonech na metr.
Výpočet velikosti nosníku a sloupu
Poté, co zjistíte, jakou váhu má nosník-sloup, musíte zjistit, jak velký musí být nosník a sloup na základě toho, jak velká je hmotnost každého z nich.
Například objem betonu pro nosník 230 mm x 450 mm, bez tloušťky desky, by byl 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3 a vážil by 0,138 x 2400 = 333 kg.
Stejně tak lze celkovou hmotnost sloupu, jehož délka je obvykle trojnásobkem jeho nejmenší šířky průřezu, zjistit sečtením vah všech jeho částí.
Spojení paprsku a sloupu
Spojení nosník-sloup je místo, kde se nosník a sloup spojují v budově.
Skládá se ze spoje a částí nosníků, sloupů a desky, které jsou vedle spoje.
V závislosti na tom, jak je spojení tuhé, existují různé typy spojení nosník-sloup.
Pružný spoj, který se také nazývá jednoduchý nebo čepový spoj, přenáší smykovou nebo axiální sílu, ale ne momenty.
Pevný spoj, který se také nazývá momentově odolný nebo pevný spoj, přenáší smyk i moment mezi součástmi, které jsou spojeny.
Pro křivé spoje, excentrické nosníky ke sloupům a napojení na stojiny sloupů lze použít jednoduché spoje.
Maximální ohybový moment
Když na sloupek nosníku působí vnější síla, která způsobí, že se ohne a nakonec zlomí, je ohybový moment nejvyšší.
Když se k podepření spojitého nosníku používají kolíkové podpěry, dochází k otřesovým momentům na mezilehlých podpěrách a k prověšením na rozpětích.
Velmi blízko mezilehlých podpěr jsou body kontraflexury.
Je možné, že bod maximálního momentu bude tam, kde se uplatní větší primární moment.
Designové momenty a maximální momenty
Návrhové momenty jsou určeny pohledem na požadavky kódu a bezpečnostní faktory, zatímco maximální momenty jsou určeny pohledem na výsledky analýzy.
Při navrhování momentů se bere v úvahu mnoho věcí, jako jsou vlastnosti materiálu, součinitele bezpečnosti a kombinace zatížení.
Maximální momenty berou v úvahu pouze zatížení působící na konstrukci, nikoli požadavky na bezpečnost nebo normy.
Poměr štíhlosti
Ve stavebnictví je štíhlostní poměr poměr mezi délkou sloupu a jeho nejmenším bočním rozměrem.
Chcete-li to zjistit, vydělte efektivní délku sloupu jeho poloměrem otáčení.
Poměr štíhlosti se používá k určení toho, jakou váhu může sloup unést, než se ohne.
Pokud je štíhlostní poměr menší nebo roven 12, jsou sloupce považovány za krátké.
Pokud je více než 12, sloupce jsou považovány za dlouhé nebo tenké.
Krátké sloupce jsou řízeny jejich délkou a šířkou, zatímco dlouhé tenké sloupce jsou řízeny poměrem délky k šířce.
Spojení paprsku/sloupce
Tip: Pokud potřebujete, zapněte tlačítko titulků. Pokud nejste obeznámeni s mluveným jazykem, vyberte v tlačítku nastavení „automatický překlad“. Než bude váš oblíbený jazyk dostupný pro překlad, možná budete muset nejprve kliknout na jazyk videa.
Používá sloupec nosníku
Mosty:
Trámové sloupy se často používají ke stavbě mostů, protože dokážou zvládnout ohybové momenty způsobené hmotností vozidel i boční síly způsobené větrem a zemětřesením.
Mohou být také vyrobeny tak, aby vyhovovaly různým rozpětím a zatížením, což z nich dělá dobrou volbu pro mosty s krátkým i dlouhým rozpětím.
Velké, vysoké budovy:
Trámové sloupy se často používají ve vysokých budovách, protože mohou nést těžké váhy a odolávat silám větru a zemětřesení.
Jsou také skvělé pro vysoké budovy, protože mohou být vyrobeny s různými délkami a průměry.
To pomáhá rovnoměrněji rozložit váhu a dělá budovu jako celek stabilnější.
Průmyslové stavby:
Protože mohou držet těžké vybavení a stroje, jsou nosníkové sloupy často používány v průmyslových budovách, jako jsou továrny a sklady.
V těchto typech budov se nosníkové sloupy často používají k podpoře střešních vazníků a přenášení hmotnosti ze střechy na základy.
Obytné stavby:
Trámové sloupy se používají také v obytných budovách, zejména na stěny a základy suterénů.
Mohou být také použity jako nosné sloupy v otevřených půdorysech, aby pomohly udržet horní patra stabilní.
Infrastrukturní projekty:
Trámové sloupy se často používají v projektech infrastruktury, jako jsou tunely, přehrady a opěrné zdi.
V tunelech trámové sloupy drží střechu a stěny.
V přehradách pomáhají rozložit váhu vody rovnoměrně po celé konstrukci.
Nosníkové sloupy lze použít v opěrných zdech k zastavení bočních sil, které jsou způsobeny tlakem zeminy a vodou.
Závěr
Když zakončíme náš pohled na trámové sloupy, je jasné, že tyto stavební díly jsou ve světě strojírenství velmi důležité.
Od základů našich budov až po silnice, které spojují naše města, dávají trámové sloupy mnoha konstrukcím, které používáme každý den, potřebnou podporu a stabilitu.
Ale trámové sloupy jsou také zajímavé, protože nám poskytují jedinečný pohled na to, jak forma a funkce spolupracují.
Způsob, jakým je trámový sloup vyroben a umístěn, může mít velký vliv na to, jak budova vypadá a působí jako celek.
Z tohoto důvodu můžeme nosníkové sloupy považovat nejen za užitečné nástroje, ale také za důležitou součást inženýrství jako umění a vědy.
Takže až příště půjdete kolem mrakodrapu nebo přejdete most, věnujte chvíli ocenění jednoduchému sloupu paprsku, který to všechno umožňuje.
Odkazy a odkazy
Úvod do navrhování ocelových sloupů nebo kompresních prvků
Detail budovy s ocelí
Konstrukční použití betonu
Sdílet na…
