Građevinarstvo je promijenilo moj svijet na puno načina, od izgradnje visokih nebodera do izgradnje mostova koji prelaze cijele rijeke.
Jednostavni gredni stup jedan je od najvažnijih dijelova mnogih od ovih zgrada.
Ovaj dio konstrukcije istovremeno je izložen i aksijalnom opterećenju i momentima savijanja uzrokovanim bočnim silama ili ekscentričnosti uzdužnog opterećenja.
Mnoga današnja inženjerska čuda ne bi bila moguća bez grednih stupova.
U ovom ću članku pogledati gredne stupove i govoriti o tome što su, kako rade i zašto su važni.
Ovaj post je za svakoga, bilo da ste novi student strojarstva ili iskusni inženjer koji želi naučiti nešto novo.
Pa počnimo i saznajmo što su gredni stupovi i čemu služe.
Uvod
Formalna definicija:
Konstrukcijski element je istovremeno izložen aksijalnom opterećenju i momentima savijanja koje proizvode bočne sile ili ekscentricitet uzdužnog opterećenja.
Stup grede važan je dio inženjeringa koji se koristi za podupiranje zgrada, mostova i drugih struktura.
U ovom ćemo članku pogledati različite načine na koje se gredni stupovi koriste u inženjerstvu i građevinskim projektima.
Što je stupna greda?
Stup grede je konstrukcijski element koji je napravljen da izdrži opterećenja na svojoj dužoj osi.
Može se nazvati kompresijskim članom, što znači da se najveći dio težine stavlja na njega kada se stisne.
Gredni stup može izdržati težinu greda, zidova, ploča i drugih konstrukcija.
Vrste grednih stupova
Postoji mnogo različitih vrsta grednih stupova koji se koriste u inženjerstvu.
Stupovi od valjanih čeličnih greda uobičajeni su tip stupova koji se koriste u čeličnim konstrukcijama.
Izrađuje se valjanjem čeličnih ploča u oblik koji može izdržati opterećenja kada se pritisnu jedna uz drugu.
- Armiranobetonski gredni stup: Ovaj tip grednog stupa izrađen je od betona i ojačan je čeličnim šipkama.
Koristi se za gradnju od armiranog betona i odličan je način za premještanje teških stvari.
- Drveni gredni stup: Ova vrsta grednog stupa izrađena je od drva i često se koristi u stambenoj gradnji.
- Kompozitni gredni stup: Ova vrsta grednog stupa izrađena je kombinacijom dva ili više materijala, poput čelika i betona, kako bi se dobila jača i izdržljivija konstrukcija.
Zašto pristajati na manje kada vam gredni stup daje sve?
Još uvijek je teško razumjeti? Da malo promijenim gledište:
Muka vam je od dosadnih ravnih greda koje mogu raditi samo jednu stvar u isto vrijeme? Ne gledajte nigdje drugdje osim u gredni stup! Zašto koristiti jednostavnu, jednodimenzionalnu gredu kada možete koristiti član koji radi sve?
Da, gredni stup je najbolji u građevinskom inženjerstvu jer može lako podnijeti i aksijalna opterećenja i momente savijanja.
Pa zašto odabrati samo jednu vrstu tereta kada ih možete imati sve? Sa svestranim grednim stupom, možete prihvatiti neobičnost uzdužnog opterećenja i dodati nešto bočne sile u svoj život.
U redu, to je bila samo šala napravljena da izgleda kao TV reklama.
Sada se vratimo na objašnjenje.
Materijali koji se koriste u grednim stupovima
Grede-stupovi mogu biti između ostalog izrađeni od kamena, drveta, betona ili čelika.
Međutim, u modernoj gradnji često se koriste čelični stupovi u obliku slova H jer su jaki i kruti.
Dulje rubne stranice stupa u obliku slova H deblje su od srednjeg rebra, što ga čini sposobnijim odoljeti silama kompresije.
Moderne zgrade također se često drže sustavima greda i stupova od armiranog betona.
Definicija i razlike
Definicija grede i stupa
Greda je dio građevine koji je izrađen da izdrži opterećenja savijanjem.
Obično je ravna i drži se na krajevima ili po dužini.
Većina podova, krovova i mostova drže se gredama.
S druge strane, stup je okomiti dio zgrade koji je napravljen tako da podnosi uglavnom tlačna opterećenja.
Obično se koristi za držanje zgrade ili druge strukture i premještanje težine na temelj.
Razlike između grede i stupa
Postoji nekoliko glavnih razlika između greda i stupova.
- Nosivost: Grede se uglavnom izrađuju za nošenje tereta koji su savijeni, dok se stupovi uglavnom izrađuju za nošenje tereta koji su sabijeni.
Zbog toga su grede obično jače kada su savijene, a slabije kada su stisnute, dok su stupovi obično jači kada su stisnuti, a slabiji kada su savijeni.
- Orijentacija: Grede su obično sa strane, a stupovi su obično na vrhu.
- Uvjeti oslonca: Grede se obično podupiru na svojim krajevima ili po svojoj dužini, dok se stupovi obično podupiru na svojoj bazi i vrhu.
- Oblik poprečnog presjeka: grede su obično kvadratne, kružne ili u obliku slova I, dok su stupovi obično kvadratni, kružni ili pravokutni.
Ključni pojmovi i razlike
Gredni stup je dio zgrade koji je napravljen da podnosi aksijalna opterećenja i opterećenja savijanja.
Koristi se kada je potrebno premjestiti teške terete s konstrukcije na temelj.
Gredni stup ide od donje konstrukcije do gornje konstrukcije.
To je ključni dio premještanja težine s vrha zgrade na temelj.
Razlike između grednih stupova, greda i stupova
Evo najvažnijih razlika između grednih stupova, greda i stupova:
- Nosivost: gredni stup je napravljen da nosi i aksijalna opterećenja i opterećenja savijanja, dok je greda uglavnom napravljena da nosi opterećenja savijanja, a stup je uglavnom napravljen da nosi aksijalna opterećenja.
Stup je vertikalni tlačni element, dok je greda horizontalni tlačni element.
Stup od grede povezuje temelj s gornjim slojem, koji može biti vodoravan ili okomit.
Što se tiče oblika poprečnog presjeka, greda je obično kvadratnog, kružnog ili I-oblika, dok je stup obično kvadratnog, kružnog ili pravokutnog oblika.
Presjek grednog stupa može biti bilo kojeg oblika, ali obično je kombinacija kvadratnog i okruglog oblika.
- Upotreba: grede se uglavnom koriste za podupiranje podova, krovova i mostova, dok se stupovi uglavnom koriste za podupiranje težine zgrade ili druge strukture.
Gredni stupovi koriste se u zgradama koje trebaju prenijeti i aksijalno opterećenje i opterećenje savijanja na temelj.
Veza greda-stup
Veze greda-stup drže grede i stupove zajedno u strukturi.
U ovom ćemo članku pogledati različite vrste spojeva greda-stup i kako one pomažu u održavanju zgrade sigurnom i stabilnom.
Vrste veza greda-stup
Ovisno o tome koliko je veza kruta, postoje dvije glavne vrste veza grede i stupa: fleksibilne veze i krute veze.
- Fleksibilna veza: U fleksibilnoj vezi, koja se također naziva jednostavnom vezom ili ubodnom vezom, nema prijenosa momenta između dijelova koji su povezani.
Pomiče aksijalne ili posmične sile, ali ne i momente.
Fleksibilne veze često se koriste u strukturama gdje se veze između greda i stupova moraju nositi s malim zavojima ili zaokretima.
- Kruta veza: Kruta veza, koja se naziva i veza otporna na momente ili fiksna veza, prenosi i smicanje i moment između spojenih dijelova.
Krute veze se koriste kada veza između grede i stupa mora podnijeti velika zakretanja ili sile uvijanja.
Posebne veze
Za krive spojeve, ekscentrične grede na stupove i veze s mrežama stupova mogu se koristiti jednostavni spojevi.
Ove se veze smatraju posebnima.
Smanjujući dijelove grede, jednostavne veze mogu imati veću otpornost na spajanje.
To se može učiniti izrezivanjem rupa u rebru grede ili rezanjem dijela prirubnica grede (smanjeni dio rebra).
Čimbenici koji utječu na projektiranje veze grede i stupa
Vrsta spoja grede i stupa koja se koristi ovisi o nizu stvari, kao što je količina težine koju konstrukcija može izdržati, zahtjevi konstrukcijskog dizajna i svojstva materijala.
Neke od stvari koje utječu na način spajanja grede i stupa su:
- Nosivost: Veza greda-stup mora imati dovoljnu nosivost da izdrži sile i momente koji će na nju vjerojatno djelovati.
- Zahtjevi za projektiranje konstrukcije: Projekt spoja grede i stupa mora zadovoljiti građevinske norme i specifikacije projekta za projektiranje konstrukcije.
- Svojstva materijala: Projekt mora uzeti u obzir čvrstoću i krutost materijala korištenih u spoju greda-stup.
Maksimalni moment i dizajn
U konstrukcijskom dizajnu, sposobnost konstrukcije da se odupre momentima savijanja ključni je dio osiguravanja stabilnosti.
Maksimalni trenutak
Jednadžbe i formule momenta savijanja koriste se za određivanje koliko se greda može saviti.
Maksimalni moment je najveći moment koji konstrukcija može imati pri određenom slučaju opterećenja.
Važno je zapamtiti da najvažniji slučaj za dizajn ne mora uvijek biti maksimalni trenutak.
Zbog načina na koji savijanje i aksijalne ili torzijske sile međusobno djeluju, drugačiji slučaj opterećenja s nižom vrijednošću momenta može na kraju biti prijavljen kao najvažniji slučaj za projektiranje.
Trenuci dizajna
Trenuci dizajna i maksimalni momenti nisu isto.
Trenuci dizajna se utvrđuju gledanjem zahtjeva koda i sigurnosnih faktora, dok se maksimalni momenti utvrđuju gledanjem rezultata analize.
Projektni trenuci uzimaju u obzir stvari kao što su svojstva materijala, sigurnosni čimbenici i kombinacije opterećenja na temelju onoga što kodeks kaže.
Projektni trenuci su vrlo važni kako bi se osiguralo da konstrukcija može podnijeti opterećenja koja se na nju stavljaju i da još uvijek ima dovoljno prostora za sigurnost.
Razmotrite sljedeće stvari kako biste shvatili trenutak dizajna:
- Svojstva materijala: Prilikom određivanja projektnog momenta uzimaju se u obzir granica razvlačenja i modul elastičnosti grede.
- Kombinacije opterećenja: Projektni trenutak se utvrđuje korištenjem popisa različitih kombinacija opterećenja u građevinskom kodu.
- Sigurnosni faktori: Projektni trenutak uključuje sigurnosne faktore kako bi se osiguralo da konstrukcija može podnijeti opterećenja iznad i iznad maksimalnih očekivanih opterećenja.
Projektiranje grednih stupova
Gredni stupovi su konstrukcijski elementi koji su stisnuti po svojoj duljini i savijeni po širini.
U zgradama se koriste za premještanje težine s gornje grede na temelj.
Da biste dizajnirali gredni stup, morate shvatiti koliko je težine na njemu i koliko je velik.
To možete učiniti pomoću softvera kao što je Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator ili ručno pomoću formula iz udžbenika građevinarstva ili web stranica kao što su CivilJungle.com ili Civiconcepts.com.
Proračun opterećenja na gredu-stup
Prvi korak u izradi konstrukcije greda-stup je utvrditi kolika je težina stavljena na gredu i stup.
Većinu vremena stupovi se opterećuju na njihovim krajevima, što uzrokuje aksijalna tlačna naprezanja.
Ponekad aksijalne sile, poprečne sile i momenti savijanja mogu djelovati na stup (npr. Grede-stupovi).
Dijeljenjem stvarne raspodjele opterećenja s duljinom grede, možete pronaći ravnomjerno raspoređeno opterećenje u kilonewtonima po metru.
Izračunavanje veličine grede i stupa
Nakon što odredite kolika je težina na gredi-stupu, morate odrediti koliko velika greda i stup trebaju biti na temelju težine na svakoj.
Na primjer, volumen betona za gredu 230 mm x 450 mm, isključujući debljinu ploče, bio bi 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, a težio bi 0,138 x 2400 = 333 kg.
Na isti način, ukupna težina stupa čija je duljina obično tri puta njegova najmanja širina poprečnog presjeka može se pronaći zbrajanjem težine svih njegovih dijelova.
Veza greda-stup
Spoj grede i stupa je mjesto spajanja grede i stupa u zgradi.
Sastoji se od spojnice i dijelova greda, stupova i ploča koji se nalaze uz spojnicu.
Ovisno o tome koliko je spoj krut, postoje različite vrste spojeva greda-stup.
Fleksibilna veza, koja se također naziva jednostavna ili zatična veza, prenosi posmične ili aksijalne sile, ali ne i momente.
Kruta veza, koja se također naziva veza otporna na momente ili fiksna veza, pomiče i smicanje i moment između spojenih dijelova.
Za krive spojeve, ekscentrične grede na stupove i veze s mrežama stupova mogu se koristiti jednostavni spojevi.
Maksimalni moment savijanja
Kada se vanjska sila primijeni na gredu-stup, uzrokujući njegovo savijanje i eventualno lomljenje, tada je moment savijanja najveći.
Kada se učvršćeni oslonci koriste za držanje kontinuirane grede, trenuci trzanja se događaju na srednjim osloncima, a momenti progiba nastaju na rasponima.
Vrlo blizu srednjih oslonaca nalaze se točke kontrafleksure.
Moguće je da točka najvećeg momenta bude tamo gdje se primjenjuje veći primarni moment.
Trenuci dizajna i maksimalni trenuci
Trenuci dizajna se utvrđuju gledanjem zahtjeva koda i sigurnosnih faktora, dok se maksimalni momenti utvrđuju gledanjem rezultata analize.
Pri projektiranju momenata uzimaju se u obzir mnoge stvari, kao što su svojstva materijala, faktori sigurnosti i kombinacije opterećenja.
Maksimalni momenti uzimaju u obzir samo opterećenja koja se stavljaju na konstrukciju, a ne sigurnosne zahtjeve ili zahtjeve kodeksa.
Omjer vitkosti
U građevinarstvu, omjer vitkosti je omjer između duljine stupa i njegove najmanje bočne dimenzije.
Da biste to shvatili, podijelite efektivnu duljinu stupa s njegovim radijusom vrtnje.
Omjer vitkosti koristi se za određivanje težine stupca prije nego što se savije.
Ako je omjer vitkosti manji ili jednak 12, stupci se smatraju kratkima.
Ako je više od 12, stupci se smatraju dugim ili mršavim.
Kratki stupci kontroliraju se svojom duljinom i širinom, dok se dugi, tanki stupci kontroliraju njihovim omjerima duljine i širine.
Spojevi greda/stup
Savjet: Uključite tipku titlova ako vam je potrebna. Odaberite "automatski prijevod" u gumbu postavki, ako niste upoznati s govornim jezikom. Možda ćete prvo morati kliknuti na jezik videozapisa prije nego što vaš omiljeni jezik postane dostupan za prijevod.
Gredni stup koristi
Mostovi:
Gredni stupovi često se koriste za izgradnju mostova jer mogu podnijeti momente savijanja uzrokovane težinom vozila, kao i bočne sile uzrokovane vjetrom i potresima.
Također se mogu izraditi da odgovaraju različitim rasponima i opterećenjima, što ih čini dobrim izborom za mostove i za kratke i za velike raspone.
Velike, visoke zgrade:
Gredni stupovi često se koriste u visokim zgradama jer mogu držati velike težine i izdržati sile vjetra i potresa.
Izvrsni su i za visoke zgrade jer se mogu izraditi različitih duljina i promjera.
To pomaže u ravnomjernijem rasporedu težine i čini zgradu stabilnijom u cjelini.
Industrijske strukture:
Budući da mogu držati tešku opremu i strojeve, gredni stupovi često se koriste u industrijskim zgradama poput tvornica i skladišta.
U ovakvim zgradama, gredni stupovi često se koriste za podupiranje krovnih nosača i premještanje težine s krova na temelj.
Stambeni objekti:
Gredni stupovi se također koriste u stambenim zgradama, posebno za zidove i temelje podruma.
Također se mogu koristiti kao potporni stupovi u otvorenim tlocrtima kako bi gornji katovi ostali stabilni.
Infrastrukturni projekti:
Gredni stupovi često se koriste u infrastrukturnim projektima kao što su tuneli, brane i potporni zidovi.
U tunelima, gredni stupovi drže krov i zidove.
U branama pomažu ravnomjerno rasporediti težinu vode po strukturi.
Gredni stupovi mogu se koristiti u potpornim zidovima za zaustavljanje bočnih sila uzrokovanih pritiskom tla i vodom.
Zaključak
Dok završavamo naš pogled na gredne stupove, jasno je da su ti građevinski dijelovi vrlo važni u svijetu inženjerstva.
Od temelja naših zgrada do cesta koje povezuju naše gradove, gredni stupovi daju mnogim strukturama koje svakodnevno koristimo potrebnu potporu i stabilnost.
Ali stupovi od greda također su zanimljivi jer nam daju jedinstven pogled na to kako oblik i funkcija funkcioniraju zajedno.
Način na koji je gredni stup napravljen i postavljen može imati veliki utjecaj na izgled i dojam zgrade kao cjeline.
Zbog toga stupove s gredama možemo smatrati ne samo korisnim alatima, već i važnim dijelom inženjerstva kao umjetnosti i znanosti.
Dakle, sljedeći put kada prođete pored nebodera ili prijeđete most, odvojite trenutak da cijenite jednostavan gredni stup koji vam pomaže da sve to učinite mogućim.
Linkovi i reference
Uvod u projektiranje čeličnih stupova ili tlačnih elemenata
Izrada detalja od čelika
Konstrukcijska uporaba betona
Dijeli…
