Strukturālā inženierija ir mainījusi manu pasauli daudzos veidos, sākot no augstu debesskrāpju būvniecības līdz tiltu celtniecībai, kas šķērso veselas upes.
Vienkāršā siju kolonna ir viena no svarīgākajām daudzu šo ēku daļām.
Šī konstrukcijas daļa vienlaikus ir pakļauta gan aksiālajai slodzei, gan lieces momentiem, ko rada sānu spēki vai garenslodzes ekscentriskums.
Daudzi mūsdienu inženiertehniskie brīnumi nebūtu iespējami bez siju kolonnām.
Šajā rakstā es apskatīšu siju kolonnas un pastāstīšu par to, kas tās ir, kā tās darbojas un kāpēc tās ir svarīgas.
Šis ieraksts ir paredzēts ikvienam neatkarīgi no tā, vai esat jauns inženierzinātņu students vai pieredzējis inženieris, kurš vēlas iemācīties kaut ko jaunu.
Sāksim un uzzināsim, kas ir siju kolonnas un ko tās dara.
Ievads
Formālā definīcija:
Konstrukcijas elements vienlaikus tiek pakļauts aksiālai slodzei un lieces momentiem, ko rada sānu spēki vai gareniskās slodzes ekscentricitāte.
Siju kolonna ir svarīga inženierijas sastāvdaļa, ko izmanto ēku, tiltu un citu konstrukciju atbalstam.
Šajā rakstā mēs aplūkosim dažādus veidus, kā siju kolonnas tiek izmantotas inženierzinātnēs un ēku projektos.
Kas ir kolonnas sija?
Siju kolonna ir konstrukcijas elements, kas ir izgatavots, lai izturētu slodzi uz tās garo asi.
To var saukt par kompresijas elementu, kas nozīmē, ka lielākā daļa svara tiek uzlikta tam, kad tas tiek saspiests.
Siju kolonna var izturēt siju, sienu, plātņu un citu konstrukciju svaru.
Siju kolonnu veidi
Inženierzinātnēs izmanto daudz dažādu veidu siju kolonnas.
Tērauda velmētas siju kolonnas ir izplatīts kolonnu veids, ko izmanto tērauda konstrukcijās.
Tas ir izgatavots, velmējot tērauda plāksnes tādā formā, kas var noturēt slodzi, kad tās tiek saspiestas kopā.
- Dzelzsbetona siju kolonna: Šāda veida siju kolonna ir izgatavota no betona un ir nostiprināta ar tērauda stieņiem.
To izmanto, lai celtu ar dzelzsbetona palīdzību, un tas ir lielisks veids, kā pārvietot smagas lietas.
- Koka siju kolonna: šāda veida siju kolonnas ir izgatavotas no koka un bieži tiek izmantotas dzīvojamo māju celtniecībā.
- Kompozītmateriālu siju kolonna: šāda veida siju kolonnas tiek izgatavotas, apvienojot divus vai vairākus materiālus, piemēram, tēraudu un betonu, lai izveidotu stiprāku un izturīgāku struktūru.
Kāpēc samierināties ar mazāk, ja staru kolonna sniedz visu?
Joprojām grūti saprast? Ļaujiet man nedaudz mainīt viedokli:
Vai esat noguris no garlaicīgiem, taisniem stariem, kas vienlaikus spēj paveikt tikai vienu lietu? Neskatieties nekur citur, kā tikai staru kolonnā! Kāpēc izmantot vienkāršu, viendimensijas staru, ja var izmantot elementu, kas dara visu?
Jā, sijas kolonna ir konstruktīvākā konstrukcija, jo tā var viegli izturēt gan aksiālās slodzes, gan lieces momentus.
Tātad, kāpēc izvēlēties tikai vienu kravas veidu, ja varat tos visus? Izmantojot daudzpusīgo siju kolonnu, jūs varat aptvert gareniskās slodzes dīvainības un pievienot savai dzīvei kādu sānu spēku.
Labi, tas bija tikai joks, lai izskatītos pēc TV reklāmas.
Tagad atgriezīsimies pie skaidrojuma.
Siju kolonnās izmantotie materiāli
Siju kolonnas cita starpā var izgatavot no akmens, koka, betona vai tērauda.
Tomēr mūsdienu konstrukcijās bieži tiek izmantotas H formas tērauda kolonnas, jo tās ir izturīgas un stingras.
H formas kolonnas garākās atloka malas ir biezākas nekā vidējais sliedes gabals, kas ļauj labāk izturēt saspiešanas spēkus.
Mūsdienu ēkas bieži notur arī siju un kolonnu sistēmas, kas izgatavotas no dzelzsbetona.
Definīcija un atšķirības
Sijas un kolonnas definīcija
Sija ir ēkas gabals, kas izgatavots tā, lai tas izturētu slodzes, liecoties.
Parasti tas ir plakans un tiek turēts augšā galos vai visā garumā.
Lielāko daļu grīdu, jumtu un tiltu notur sijas.
No otras puses, kolonna ir vertikāla ēkas daļa, kas ir izgatavota tā, lai tā izturētu galvenokārt spiedes slodzi.
To parasti izmanto, lai noturētu ēku vai citu konstrukciju un pārvietotu svaru uz pamatu.
Atšķirības starp siju un kolonnu
Starp sijām un kolonnām ir dažas galvenās atšķirības.
- Kravas nestspēja: sijas galvenokārt ir izgatavotas, lai pārvadātu saliektas kravas, savukārt kolonnas galvenokārt ir izgatavotas, lai pārvadātu saspiestas kravas.
Šī iemesla dēļ sijas mēdz būt stiprākas, kad ir saliektas, un vājākas, kad tās ir saspiestas, savukārt kolonnas mēdz būt stiprākas, kad tās ir saspiestas, un vājākas, kad tās ir saliektas.
- Orientācija: sijas parasti atrodas sānos, un kolonnas parasti atrodas augšpusē.
- Atbalsta nosacījumi: sijas parasti tiek atbalstītas to galos vai visā garumā, savukārt kolonnas parasti tiek atbalstītas to pamatnē un augšpusē.
- Šķērsgriezuma forma: sijas parasti ir kvadrātveida, apļveida vai I formas, savukārt kolonnas parasti ir kvadrātveida, apļveida vai taisnstūrveida.
Galvenie jēdzieni un atšķirības
Siju kolonna ir ēkas gabals, kas ir izgatavots, lai izturētu gan aksiālās, gan lieces slodzi.
To izmanto, ja lielas slodzes ir jāpārvieto no konstrukcijas uz pamatu.
Sijas kolonna iet no apakšbūves uz virsbūvi.
Tā ir galvenā svara pārvietošanas sastāvdaļa no ēkas augšdaļas uz pamatu.
Atšķirības starp siju kolonnām, sijām un kolonnām
Šeit ir norādītas svarīgākās atšķirības starp siju kolonnām, sijām un kolonnām:
- Slodzes nestspēja: sijas kolonna ir izgatavota gan aksiālas, gan lieces slodzes pārvadāšanai, savukārt sija galvenokārt ir paredzēta lieces slodzes pārvadāšanai, un kolonna galvenokārt ir paredzēta aksiālas slodzes pārvadāšanai.
Kolonna ir vertikāls saspiešanas elements, bet sija ir horizontāls saspiešanas elements.
Siju kolonna savieno pamatu ar augšējo slāni, kas var būt horizontāls vai vertikāls.
Šķērsgriezuma formas ziņā sija parasti ir kvadrātveida, apļveida vai I formas, bet kolonna parasti ir kvadrātveida, apļveida vai taisnstūrveida.
Siju kolonnas šķērsgriezums var būt jebkuras formas, bet parasti tas ir kvadrātveida un apaļu formu sajaukums.
- Izmantošana: sijas galvenokārt izmanto grīdu, jumtu un tiltu atbalstam, savukārt kolonnas galvenokārt izmanto ēkas vai citas konstrukcijas svara atbalstam.
Siju kolonnas izmanto ēkās, kurām nepieciešams pārnest uz pamatu gan aksiālās, gan lieces slodzes.
Siju-kolonnu savienojums
Siju un kolonnu savienojumi satur sijas un kolonnas kopā konstrukcijā.
Šajā rakstā mēs apskatīsim dažādus siju un kolonnu savienojumu veidus un to, kā tie palīdz uzturēt ēku drošu un stabilu.
Siju-kolonnu savienojumu veidi
Atkarībā no savienojuma stingrības ir divi galvenie siju un kolonnu savienojumu veidi: elastīgie savienojumi un stingrie savienojumi.
- Elastīgs savienojums: elastīgā savienojumā, ko sauc arī par vienkāršu savienojumu vai piestiprinātu savienojumu, momenta pārnešana starp savienotajām daļām nenotiek.
Tas pārvieto aksiālos vai bīdes spēkus, bet ne momentus.
Elastīgos savienojumus bieži izmanto konstrukcijās, kur savienojumiem starp sijām un kolonnām ir jātiek galā ar nelieliem pagriezieniem.
- Stingrs savienojums: stingrs savienojums, ko sauc arī par momentu izturīgu vai fiksētu savienojumu, pārnes gan bīdes, gan momentu starp savienotajām daļām.
Stingrus savienojumus izmanto, ja savienojumam starp siju un kolonnu ir jāiztur lieli pagriezieni vai vērpšanas spēki.
Īpaši savienojumi
Greizām šuvēm, ekscentriskām sijām pie kolonnām un savienojumiem ar kolonnu sloksnēm var izmantot vienkāršus savienojumus.
Šie savienojumi tiek uzskatīti par īpašiem.
Padarot siju daļas mazākas, vienkāršiem savienojumiem var būt lielāka izturība pret sasaistīšanu kopā.
To var izdarīt, izgriežot caurumus sijas tīklā vai nogriežot daļu no sijas atlokiem (samazināta tīkla daļa).
Faktori, kas ietekmē staru un kolonnu savienojuma dizainu
Izmantotā sijas un kolonnas savienojuma veids ir atkarīgs no vairākām lietām, piemēram, konstrukcijas svara, konstrukcijas konstrukcijas prasībām un materiālu īpašībām.
Dažas lietas, kas ietekmē staru un kolonnu savienojumu izveidi, ir šādas:
- Slodzes ietilpība: sijas un kolonnas savienojumam jābūt ar pietiekamu kravnesību, lai tas izturētu spēkus un momentus, kas uz to varētu iedarboties.
- Prasības konstrukcijas projektēšanai: Siju un kolonnu savienojuma projektam jāatbilst būvnormatīviem un konstrukcijas projekta specifikācijām.
- Materiāla īpašības: Izstrādājot, jāņem vērā sijas un kolonnas savienojumā izmantoto materiālu stiprība un stingrība.
Maksimālais moments un dizains
Konstrukciju projektēšanā konstrukcijas spēja izturēt lieces momentus ir galvenā sastāvdaļa, lai nodrošinātu, ka tā paliek stabila.
Maksimālais moments
Lieces momenta vienādojumi un formulas tiek izmantoti, lai noskaidrotu, cik daudz staru kūlis var saliekties.
Maksimālais moments ir lielākais moments, kāds var būt konstrukcijai noteiktā slodzes gadījumā.
Ir svarīgi atcerēties, ka vissvarīgākais dizains ne vienmēr var būt maksimālais brīdis.
Sakarā ar to, kā lieces un aksiālie vai vērpes spēki mijiedarbojas, cits slodzes gadījums ar mazāku momenta vērtību var tikt ziņots kā vissvarīgākais projektēšanas gadījums.
Dizaina mirkļi
Dizaina momenti un maksimālie momenti nav viens un tas pats.
Projektēšanas momenti tiek izdomāti, aplūkojot koda prasības un drošības faktorus, savukārt maksimālie momenti tiek izdomāti, aplūkojot analīzes rezultātus.
Projektēšanas momentos ir ņemtas vērā tādas lietas kā materiāla īpašības, drošības faktori un slodžu kombinācijas, pamatojoties uz koda teikto.
Dizaina momenti ir ļoti svarīgi, lai pārliecinātos, ka konstrukcija spēj izturēt uzliktās slodzes un tajā joprojām ir pietiekami daudz vietas drošībai.
Apsveriet šādas lietas, lai noskaidrotu dizaina momentu:
- Materiāla īpašības: Nosakot projektēšanas momentu, tiek ņemta vērā sijas tecēšanas robeža un elastības modulis.
- Slodzes kombinācijas: projektēšanas moments tiek noteikts, izmantojot būvnormatīvu sarakstu ar dažādām slodzes kombinācijām.
- Drošības faktori: projektēšanas moments ietver drošības faktorus, lai pārliecinātos, ka konstrukcija spēj izturēt slodzi, kas pārsniedz un pārsniedz maksimālo paredzamo slodzi.
Siju kolonnu projektēšana
Siju kolonnas ir konstrukcijas elementi, kas ir gan saspiesti visā garumā, gan saliekti visā platumā.
Ēkās tos izmanto, lai pārvietotu svaru no augšas sijas uz pamatu.
Lai izveidotu sijas kolonnu, jums ir jāizdomā, cik liels svars ir uz tā un cik liels tas ir.
To var izdarīt ar programmatūru, piemēram, Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator, vai ar roku, izmantojot formulas no inženiertehniskajām mācību grāmatām vai vietnēm, piemēram, CivilJungle.com vai Civiconcepts.com.
Slodzes aprēķināšana uz sijas kolonnas
Pirmais solis, lai izveidotu sijas-kolonnas struktūru, ir noskaidrot, cik liels svars tiek likts uz sijas un kolonnas.
Lielāko daļu laika kolonnām to galos tiek uzlikta slodze, kas rada aksiālus spiedes spriegumus.
Dažreiz aksiālie spēki, šķērsspēki un lieces momenti var iedarboties uz kolonnu (piemēram, staru kolonnām).
Dalot faktisko slodzes sadalījumu ar sijas garumu, var atrast vienmērīgi sadalīto slodzi kiloņūtonos uz metru.
Sijas un kolonnas izmēra aprēķināšana
Pēc tam, kad esat noskaidrojis, cik liels svars ir uz sijas kolonnas, jums ir jāizdomā, cik lielam ir jābūt sijai un kolonnai, pamatojoties uz to, cik liels svars ir katram.
Piemēram, betona tilpums 230 mm x 450 mm sijai, neskaitot plātnes biezumu, būtu 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, un tā svars būtu 0,138 x 2400 = 333 kg.
Tādā pašā veidā kopējo svaru kolonnai, kuras garums parasti trīs reizes pārsniedz tās mazāko šķērsgriezuma platumu, var noteikt, saskaitot visu tās daļu svarus.
Siju-kolonnu savienojums
Siju un kolonnu savienojums ir vieta, kur ēkā savienojas sija un kolonna.
To veido savienojums un siju, kolonnu un plātņu daļas, kas atrodas blakus savienojumam.
Atkarībā no savienojuma stingrības ir dažādi siju un kolonnu savienojumu veidi.
Elastīgs savienojums, ko sauc arī par vienkāršu vai piestiprinātu savienojumu, pārnes bīdes vai aksiālo spēku, bet ne momentus.
Stingrs savienojums, ko sauc arī par momentizturīgu savienojumu vai fiksētu savienojumu, pārvieto gan bīdes, gan momentu starp savienotajām daļām.
Greizām šuvēm, ekscentriskām sijām pie kolonnām un savienojumiem ar kolonnu sloksnēm var izmantot vienkāršus savienojumus.
Maksimālais lieces moments
Kad sijas kolonnai tiek pielikts ārējs spēks, izraisot tā saliekšanos un galu galā salūzšanu, tad lieces moments ir vislielākais.
Ja nepārtraukta stara noturēšanai tiek izmantoti piesprausti balsti, starpbalstos rodas saspiešanas momenti, bet laidumos - nokarāšanās momenti.
Ļoti tuvu starpbalstiem atrodas kontrafleksijas punkti.
Ir iespējams, ka maksimālā momenta punkts ir vieta, kur tiek piemērots lielākais primārais moments.
Dizaina mirkļi un maksimālie mirkļi
Projektēšanas momenti tiek izdomāti, aplūkojot koda prasības un drošības faktorus, savukārt maksimālie momenti tiek izdomāti, aplūkojot analīzes rezultātus.
Projektējot momentus, tiek ņemtas vērā daudzas lietas, piemēram, materiāla īpašības, drošības faktori, slodžu kombinācijas.
Maksimālie momenti ņem vērā tikai slodzes, kas tiek uzliktas konstrukcijai, nevis drošības vai koda prasības.
Slaiduma koeficients
Inženierbūvē slaiduma koeficients ir attiecība starp kolonnas garumu un tās mazāko sānu izmēru.
Lai to noskaidrotu, sadaliet kolonnas efektīvo garumu ar tās griešanās rādiusu.
Slaiduma koeficientu izmanto, lai noskaidrotu, cik lielu svaru kolonna var izturēt, pirms tā saliecas.
Ja slaiduma koeficients ir mazāks vai vienāds ar 12, kolonnas tiek uzskatītas par īsām.
Ja tas ir vairāk nekā 12, kolonnas tiek uzskatītas par garām vai vājām.
Īsās kolonnas kontrolē to garums un platums, savukārt garās, plānās kolonnas kontrolē to garuma un platuma attiecība.
Siju/kolonnu savienojumi
Padoms. Ja nepieciešams, ieslēdziet parakstu pogu. Iestatījumu pogā izvēlieties “automātiskā tulkošana”, ja neesat pazīstams ar runāto valodu. Iespējams, vispirms būs jānoklikšķina uz videoklipa valodas, pirms jūsu iecienītākā valoda kļūst pieejama tulkošanai.
Siju kolonnu lietojumi
Tilti:
Siju kolonnas bieži izmanto tiltu celtniecībai, jo tās spēj izturēt lieces momentus, ko rada transportlīdzekļu svars, kā arī vēja un zemestrīču radītos sānu spēkus.
Tos var arī izgatavot, lai tie atbilstu dažādiem laidumiem un slodzēm, kas padara tos par labu izvēli gan īsa laiduma, gan gara laiduma tiltiem.
Lielas, augstas ēkas:
Siju kolonnas bieži izmanto augstās ēkās, jo tās var izturēt lielus svarus un izturēt vēja un zemestrīču spēkus.
Tie ir lieliski piemēroti arī augstām ēkām, jo tos var izgatavot ar dažādu garumu un diametru.
Tas palīdz vienmērīgāk sadalīt svaru un padara ēku kopumā stabilāku.
Rūpnieciskās konstrukcijas:
Tā kā siju kolonnas var turēt smago aprīkojumu un iekārtas, tās bieži izmanto rūpnieciskās ēkās, piemēram, rūpnīcās un noliktavās.
Šāda veida ēkās siju kolonnas bieži izmanto, lai atbalstītu jumta kopnes un pārvietotu svaru no jumta uz pamatu.
Dzīvojamās ēkas:
Siju kolonnas tiek izmantotas arī dzīvojamās ēkās, īpaši pagrabu sienām un pamatiem.
Tos var izmantot arī kā atbalsta kolonnas atklātos stāvu plānos, lai palīdzētu saglabāt augšējos stāvus stabilus.
Infrastruktūras projekti:
Siju kolonnas bieži izmanto infrastruktūras projektos, piemēram, tuneļos, dambjos un atbalsta sienās.
Tuneļos siju kolonnas notur jumtu un sienas.
Aizsprostos tie palīdz vienmērīgi sadalīt ūdens svaru visā konstrukcijā.
Siju kolonnas var izmantot atbalsta sienās, lai apturētu sānu spēkus, ko rada augsnes spiediens un ūdens.
Secinājums
Kad mēs apskatām siju kolonnas, ir skaidrs, ka šīs ēkas daļas ir ļoti svarīgas inženierzinātņu pasaulē.
No mūsu ēku pamatiem līdz ceļiem, kas savieno mūsu pilsētas, siju kolonnas daudzām ikdienā lietojamām konstrukcijām sniedz nepieciešamo atbalstu un stabilitāti.
Bet sijas kolonnas ir arī interesantas, jo tās sniedz mums unikālu skatījumu uz to, kā forma un funkcija darbojas kopā.
Siju kolonnas izgatavošanai un uzstādīšanai var būt liela ietekme uz ēkas izskatu un sajūtu kopumā.
Šī iemesla dēļ mēs varam uzskatīt siju kolonnas ne tikai kā noderīgus instrumentus, bet arī par svarīgu inženierzinātņu kā mākslas un zinātnes sastāvdaļu.
Tāpēc nākamreiz, kad ejat gar debesskrāpi vai šķērsojat tiltu, veltiet laiku, lai novērtētu vienkāršo staru kolonnu, kas palīdz to visu padarīt iespējamu.
Saites un atsauces
Ievads tērauda kolonnu vai kompresijas elementu konstrukcijā
Detaļu ēka ar tēraudu
Betona strukturālā izmantošana
Kopīgot…
