Konstruktionsteknik har ændret min verden på mange måder, fra at bygge høje skyskrabere til at bygge broer, der krydser hele floder.
Den enkle bjælkesøjle er en af de vigtigste dele af mange af disse bygninger.
Denne del af strukturen er udsat for både aksial belastning og bøjningsmomenter forårsaget af sidekræfter eller excentriciteten af den langsgående belastning på samme tid.
Mange af nutidens tekniske vidundere ville ikke være mulige uden bjælkesøjler.
I denne artikel vil jeg se nærmere på strålekolonner og tale om, hvad de er, hvordan de fungerer, og hvorfor de er vigtige.
Dette indlæg er for alle, uanset om du er ny ingeniørstuderende eller en erfaren ingeniør, der gerne vil lære noget nyt.
Så lad os komme i gang og finde ud af, hvad bjælkesøjler er, og hvad de gør.
Introduktion
Formel definition:
Et konstruktionselement udsættes samtidigt for aksial belastning og bøjningsmomenter frembragt af sidekræfter eller excentriciteten af den langsgående belastning.
Bjælkesøjlen er en vigtig del af teknik, der bruges til at understøtte bygninger, broer og andre strukturer.
I denne artikel vil vi se på de forskellige måder, hvorpå bjælkesøjler bruges i teknik og i byggeprojekter.
Hvad er en søjlebjælke?
En bjælkesøjle er et konstruktionselement, der er lavet til at holde op mod belastninger på sin lange akse.
Det kan kaldes et kompressionselement, hvilket betyder, at det meste af vægten lægges på det, når det komprimeres.
En bjælkesøjle kan holde vægten af bjælker, vægge, plader og andre strukturer.
Typer af bjælkesøjler
Der er mange forskellige slags bjælkesøjler, der bruges i teknik.
Valsede stålbjælkesøjler er en almindelig type søjle, der bruges i stålkonstruktion.
Den laves ved at rulle stålplader til en form, der kan holde til belastninger, når de presses sammen.
- Armeret beton bjælkesøjle: Denne type bjælkesøjle er lavet af beton og er forstærket med stålstænger.
Det bruges til at bygge med armeret beton og er en fantastisk måde at flytte tunge ting på.
- Træbjælkesøjle: Denne type bjælkesøjle er lavet af træ og bruges ofte i boligbyggeri.
- Sammensat bjælkesøjle: Denne type bjælkesøjle er lavet ved at kombinere to eller flere materialer, såsom stål og beton, for at skabe en stærkere og mere holdbar struktur.
Hvorfor nøjes med mindre, når bjælkesøjlen giver dig alt?
Stadig svært at forstå? Lad mig ændre synspunktet lidt:
Er du træt af kedelige, lige bjælker, der kun kan én ting ad gangen? Se ikke andre steder end bjælkesøjlen! Hvorfor bruge en enkel, endimensionel bjælke, når du kan bruge et element, der gør alt?
Ja, bjælkesøjlen er konstruktionsingeniørens overpræsenter, fordi den nemt kan håndtere både aksiale belastninger og bøjningsmomenter.
Så hvorfor vælge kun én slags belastning, når du kan få dem alle? Med den alsidige bjælkesøjle kan du omfavne det mærkelige af den langsgående belastning og tilføje en sidekraft til dit liv.
Okay, det var bare en joke lavet til at ligne en tv-reklame.
Lad os nu gå tilbage til forklaringen.
Materialer, der anvendes i bjælkesøjler
Bjælkesøjler kan blandt andet være lavet af sten, træ, beton eller stål.
I moderne byggeri bliver der dog ofte brugt H-formede stålsøjler, fordi de er stærke og stive.
Den H-formede søjles længere flangesider er tykkere end det midterste vævsstykke, hvilket gør den bedre i stand til at modstå kompressionskræfter.
Moderne bygninger holdes også ofte op af bjælke-og-søjlesystemer lavet af armeret beton.
Definition og forskelle
Definition af bjælke og søjle
En bjælke er et stykke af en bygning, der er lavet til at modstå belastninger ved at bøje.
Normalt er den flad og holdes op i enderne eller langs dens længde.
De fleste gulve, tage og broer holdes oppe af bjælker.
På den anden side er en søjle en lodret del af en bygning, der er lavet til at modstå for det meste trykbelastninger.
Det bruges normalt til at holde en bygning eller anden struktur op og flytte vægten til fundamentet.
Forskelle mellem bjælke og søjle
Der er nogle få hovedforskelle mellem bjælker og søjler.
- Bæreevne: Bjælker er for det meste lavet til at bære belastninger, der er bøjet, mens søjler for det meste er lavet til at bære belastninger, der er komprimeret.
På grund af dette har bjælker en tendens til at være stærkere, når de bøjes og svagere, når de komprimeres, mens søjler har en tendens til at være stærkere, når de komprimeres og svagere, når de bøjes.
- Orientering: Bjælker er normalt på siden, og søjler er normalt på toppen.
- Støtteforhold: Bjælker er normalt understøttet i deres ender eller langs deres længde, mens søjler normalt understøttes ved deres base og deres top.
- Tværsnitsform: Bjælker er normalt kvadratiske, cirkulære eller I-formede, mens søjler normalt er kvadratiske, cirkulære eller rektangulære.
Nøglebegreber og forskelle
En bjælkesøjle er et stykke af en bygning, der er lavet til at håndtere både aksiale og bøjningsbelastninger.
Det bruges, når tunge belastninger skal flyttes fra strukturen til fundamentet.
Bjælkesøjlen går fra underbygning til overbygning.
Det er en vigtig del af at flytte vægt fra toppen af bygningen til fundamentet.
Forskelle mellem bjælkekolonner, bjælker og kolonner
Her er de vigtigste forskelle mellem bjælkesøjler, bjælker og søjler:
- Bæreevne: En bjælkesøjle er lavet til at bære både aksiale og bøjningsbelastninger, mens en bjælke for det meste er lavet til at bære bøjningsbelastninger, og en søjle er for det meste lavet til at bære aksiale belastninger.
En søjle er et lodret kompressionselement, mens en bjælke er et vandret kompressionselement.
En bjælkesøjle forbinder fundamentet med det øverste lag, som kan være vandret eller lodret.
Med hensyn til tværsnitsform er en bjælke normalt kvadratisk, cirkulær eller I-formet, mens en søjle normalt er kvadratisk, cirkulær eller rektangulær.
En bjælkesøjles tværsnit kan have enhver form, men det er normalt en blanding af firkantede og runde former.
- Anvendelse: Bjælker bruges mest til at understøtte gulve, tage og broer, mens søjler for det meste bruges til at understøtte vægten af en bygning eller anden struktur.
Bjælkesøjler bruges i bygninger, der skal overføre både aksiale og bøjningsbelastninger til fundamentet.
Bjælke-søjle forbindelse
Bjælke-søjleforbindelser holder bjælker og søjler sammen i en struktur.
I denne artikel vil vi se på de forskellige typer bjælke-søjleforbindelser, og hvordan de hjælper med at holde en bygning sikker og stabil.
Typer af bjælke-søjleforbindelser
Baseret på hvor stiv forbindelsen er, er der to hovedtyper af bjælke-søjleforbindelser: fleksible forbindelser og stive forbindelser.
- Fleksibel forbindelse: I en fleksibel forbindelse, som også kaldes en simpel forbindelse eller en stiftforbindelse, sker der ingen momentoverførsel mellem de dele, der er forbundet.
Det bevæger aksiale eller forskydningskræfter, men ikke momenter.
Fleksible forbindelser anvendes ofte i konstruktioner, hvor forbindelserne mellem bjælker og søjler skal håndtere små drejninger.
- Stiv forbindelse: En stiv forbindelse, også kaldet en moment-modstandsdygtig eller fast forbindelse, overfører både forskydning og moment mellem de dele, der er forbundet.
Stive forbindelser bruges, når forbindelsen mellem en bjælke og en søjle skal klare store vrid eller vridningskræfter.
Særlige forbindelser
Ved skæve samlinger, excentriske bjælker til søjler og tilslutninger til søjlebaner kan enkle forbindelser anvendes.
Disse forbindelser anses for at være specielle.
Ved at gøre bjælkeafsnittene mindre, kan simple forbindelser have mere modstand mod at blive bundet sammen.
Dette kan gøres ved at skære huller i bjælkens væv eller ved at skære en del af bjælkens flanger væk (reduceret vævssnit).
Faktorer, der påvirker stråle-søjleforbindelsesdesign
Den anvendte type bjælke-søjleforbindelse afhænger af en række ting, såsom mængden af vægt strukturen kan holde, de strukturelle designkrav og materialernes egenskaber.
Nogle af de ting, der påvirker, hvordan bjælke-søjleforbindelser laves, er:
- Belastningskapacitet: Bjælke-søjleforbindelsen skal have tilstrækkelig belastningskapacitet til at holde imod de kræfter og momenter, der sandsynligvis vil virke på den.
- Krav til konstruktionsdesign: Udformningen af bjælke-søjleforbindelsen skal opfylde bygningsreglementet og projektspecifikationerne for konstruktionsdesign.
- Materialeegenskaber: Designet skal tage højde for styrken og stivheden af de materialer, der anvendes i bjælke-søjleforbindelsen.
Maksimalt moment og design
I strukturelt design er en strukturs evne til at modstå bøjningsmomenter en vigtig del af at sikre, at den forbliver stabil.
Maksimal Moment
Bøjningsmomentligninger og formler bruges til at finde ud af, hvor meget en bjælke kan bøje.
Det maksimale moment er det højeste moment, som en konstruktion kan have under et bestemt belastningstilfælde.
Det er vigtigt at huske, at den vigtigste sag for design måske ikke altid er det maksimale øjeblik.
På grund af hvordan bøjning og aksiale eller torsionskræfter interagerer, kan et andet belastningstilfælde med en lavere momentværdi ende med at blive rapporteret som det vigtigste tilfælde for design.
Design øjeblikke
Designmomenter og maksimummomenter er ikke det samme.
Designmomenter udregnes ved at se på kodekrav og sikkerhedsfaktorer, mens maksimale momenter udregnes ved at se på resultaterne af en analyse.
Designmomenterne tager højde for ting som materialets egenskaber, sikkerhedsfaktorer og kombinationer af belastninger baseret på hvad koden siger.
Designmomenter er meget vigtige for at sikre, at strukturen kan klare de belastninger, der påføres den og stadig har plads nok til sikkerhed.
Overvej følgende ting for at finde ud af designøjeblikket:
- Materialeegenskaber: Når designmomentet beregnes, tages der hensyn til bjælkens flydespænding og elasticitetsmodul.
- Belastningskombinationer: Designmomentet udregnes ved at bruge bygningsreglementets liste over de forskellige belastningskombinationer.
- Sikkerhedsfaktorer: Designmomentet inkluderer sikkerhedsfaktorer for at sikre, at strukturen kan håndtere belastninger ud over de maksimale forventede belastninger.
Design af bjælkesøjler
Bjælkesøjler er strukturelle elementer, der både er komprimeret langs deres længde og bøjet på tværs af deres bredde.
I bygninger bruges de til at flytte vægt fra bjælken over til fundamentet.
For at designe en bjælkesøjle skal du finde ud af, hvor meget vægten er på den, og hvor stor den er.
Du kan gøre dette med software som Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator eller i hånden ved hjælp af formler fra civilingeniør lærebøger eller websteder som CivilJungle.com eller Civiconcepts.com.
Beregning af belastninger på en bjælkesøjle
Det første trin i at lave en bjælke-søjlestruktur er at finde ud af, hvor meget vægt der lægges på bjælken og søjlen.
Det meste af tiden lægges belastninger på søjler i deres ender, hvilket forårsager aksiale trykspændinger.
Nogle gange kan aksiale kræfter, tværgående kræfter og bøjningsmomenter alle virke på en søjle (f.eks. Bjælke-søjler).
Ved at dividere den faktiske lastfordeling med bjælkens længde kan man finde den ensartet fordelte last i kilonewton pr. Meter.
Beregning af størrelsen af bjælken og søjlen
Når du har fundet ud af, hvor meget vægten er på bjælke-søjlen, skal du finde ud af, hvor stor bjælken og kolonnen skal være baseret på, hvor meget vægten er på hver.
For eksempel vil volumen af beton for en 230 mm x 450 mm bjælke, eksklusive tykkelsen af pladen, være 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, og den ville veje 0,138 x 2400 = 333 kg.
På samme måde kan den samlede vægt af en søjle, hvis længde normalt er tre gange dens mindste tværsnitsbredde, findes ved at lægge vægten af alle dens dele sammen.
Bjælke-søjleforbindelse
En bjælke-søjleforbindelse er, hvor en bjælke og en søjle mødes i en bygning.
Den består af fugen og de dele af bjælker, søjler og plade, der er ved siden af fugen.
Afhængigt af hvor stiv forbindelsen er, findes der forskellige typer bjælke-søjleforbindelser.
En fleksibel forbindelse, som også kaldes en simpel eller pinned forbindelse, overfører forskydningskraft eller aksial kraft, men ikke momenter.
En stiv forbindelse, som også kaldes en momentbestandig forbindelse eller en fast forbindelse, flytter både forskydning og moment mellem de dele, der er forbundet.
Ved skæve samlinger, excentriske bjælker til søjler og tilslutninger til søjlebaner kan enkle forbindelser anvendes.
Maksimalt bøjningsmoment
Når en ydre kraft påføres en bjælke-søjle, der får den til at bøje og til sidst knække, det er når bøjningsmomentet er på sit højeste.
Når fastgjorte understøtninger bruges til at holde en kontinuerlig stråle oppe, sker der svævende momenter ved de mellemliggende understøtninger, og faldende momenter sker ved spændvidderne.
Meget tæt på de mellemliggende understøtninger er punkterne for kontrafleksion.
Det er muligt for punktet med maksimalt moment at være der, hvor det større primære moment anvendes.
Design Moments og Maximum Moments
Designmomenter udregnes ved at se på kodekrav og sikkerhedsfaktorer, mens maksimale momenter udregnes ved at se på resultaterne af en analyse.
Ved design af momenter tages der mange ting i betragtning, såsom materialets egenskaber, sikkerhedsfaktorer og belastningskombinationer.
Maksimale momenter tager kun hensyn til de belastninger, der påføres en konstruktion, ikke sikkerheds- eller kodekrav.
Slankhedsforhold
I anlægsteknik er slankhedsforholdet forholdet mellem længden af en søjle og dens mindste sidedimension.
For at finde ud af det skal du dividere søjlens effektive længde med dens rotationsradius.
Slankhedsforholdet bruges til at finde ud af, hvor meget vægt en søjle kan holde, før den bøjer.
Hvis slankhedsforholdet er mindre end eller lig med 12, anses søjlerne for at være korte.
Hvis det er mere end 12, betragtes søjlerne som lange eller tynde.
Korte søjler styres af deres længde og bredde, mens lange, tynde søjler styres af deres forhold mellem længde og bredde.
Bjælke/søjleforbindelser
Tip: Slå billedtekstknappen til, hvis du har brug for det. Vælg "automatisk oversættelse" i indstillingsknappen, hvis du ikke er fortrolig med det talte sprog. Du skal muligvis først klikke på sproget for videoen, før dit yndlingssprog bliver tilgængeligt til oversættelse.
Bjælkesøjle bruger
Broer:
Bjælkesøjler bruges ofte til at bygge broer, fordi de kan håndtere bøjningsmomenter forårsaget af vægten af køretøjer samt sidekræfter forårsaget af vind og jordskælv.
De kan også laves til at passe til forskellige spænd og belastninger, hvilket gør dem til et godt valg til både kort- og langspændte broer.
Store, høje bygninger:
Bjælkesøjler bruges ofte i høje bygninger, fordi de kan holde tunge vægte og modstå kræfterne fra vind og jordskælv.
De er også gode til høje bygninger, fordi de kan laves med forskellige længder og diametre.
Dette er med til at fordele vægten mere jævnt og gør bygningen mere stabil som helhed.
Industrielle strukturer:
Fordi de kan rumme tungt udstyr og maskiner, bruges bjælkesøjler ofte i industrielle bygninger som fabrikker og varehuse.
I denne slags bygninger bruges bjælkesøjler ofte til at understøtte tagspær og flytte vægt fra taget til fundamentet.
Boligstrukturer:
Bjælkesøjler bruges også i beboelsesejendomme, især til vægge og fundamenter i kældre.
De kan også bruges som støttesøjler i åbne grundplaner for at hjælpe med at holde de øverste etager stabile.
Infrastrukturprojekter:
Bjælkesøjler bruges ofte i infrastrukturprojekter som tunneler, dæmninger og støttemure.
I tunneler holder bjælkesøjler tag og vægge op.
I dæmninger hjælper de med at sprede vægten af vandet jævnt over strukturen.
Bjælkesøjler kan bruges i støttemure for at stoppe de sidekræfter, der forårsages af jordtryk og vand.
Konklusion
Når vi afslutter vores kig på bjælkesøjler, er det klart, at disse bygningsdele er meget vigtige i ingeniørverdenen.
Fra fundamentet af vores bygninger til vejene, der forbinder vores byer, giver bjælkesøjler mange af de strukturer, vi bruger hver dag, den støtte og stabilitet, de har brug for.
Men bjælkesøjler er også interessante, fordi de giver os et unikt blik på, hvordan form og funktion fungerer sammen.
Hvordan en bjælkesøjle laves og sættes på plads, kan have stor betydning for, hvordan en bygning ser ud og føles som helhed.
På grund af dette kan vi tænke på bjælkesøjler ikke kun som nyttige værktøjer, men også som en vigtig del af teknik som kunst og videnskab.
Så næste gang du går forbi en skyskraber eller krydser en bro, så brug et øjeblik på at sætte pris på den enkle bjælkesøjle, der hjælper med at gøre det hele muligt.
Links og referencer
Introduktion til design af stålsøjler eller kompressionselementer
Detaljebygning med stål
Strukturel anvendelse af beton
Del på…
