Gradbeni inženiring je spremenil moj svet na veliko načinov, od gradnje visokih nebotičnikov do gradnje mostov, ki prečkajo cele reke.
Preprost steber s tramovi je eden najpomembnejših delov mnogih teh zgradb.
Ta del konstrukcije je hkrati podvržen osnim obremenitvam in upogibnim momentom, ki jih povzročajo stranske sile ali ekscentričnost vzdolžne obremenitve.
Številnih inženirskih čudes današnjega časa ne bi bilo mogoče izvesti brez nosilnih stebrov.
V tem članku si bom ogledal nosilne stebre in govoril o tem, kaj so, kako delujejo in zakaj so pomembni.
Ta objava je za vsakogar, ne glede na to, ali ste nov študent strojništva ali izkušen inženir, ki se želi naučiti nekaj novega.
Pa začnimo in ugotovimo, kaj so nosilni stebri in čemu služijo.
Uvod
Formalna opredelitev:
Konstrukcijski element je istočasno izpostavljen osni obremenitvi in upogibnim momentom, ki jih povzročajo bočne sile ali ekscentričnost vzdolžne obremenitve.
Nosilni steber je pomemben del inženiringa, ki se uporablja za podporo zgradb, mostov in drugih struktur.
V tem članku si bomo ogledali različne načine uporabe nosilnih stebrov v inženirstvu in gradbenih projektih.
Kaj je stolpični žarek?
Nosilni steber je strukturni element, ki je narejen tako, da vzdrži obremenitve na svoji dolgi osi.
Lahko ga imenujemo kompresijski člen, kar pomeni, da večina teže prenese nanj, ko je stisnjen.
Nosilni steber lahko prenese težo nosilcev, sten, plošč in drugih struktur.
Vrste grednih stebrov
V inženiringu se uporablja veliko različnih vrst stebrov s tramovi.
Stebri z valjanimi jeklenimi nosilci so običajna vrsta stebrov, ki se uporabljajo v jeklenih konstrukcijah.
Izdelan je z valjanjem jeklenih plošč v obliko, ki lahko prenese obremenitve, ko jih stisnemo skupaj.
- Armiranobetonski gredni steber: ta tip grednega stebra je izdelan iz betona in je ojačan z jeklenimi palicami.
Uporablja se za gradnjo z armiranim betonom in je odličen način za premikanje težkih stvari.
- Stebri z lesenimi nosilci: Ta vrsta stebrov z nosilci je izdelana iz lesa in se pogosto uporablja v stanovanjski gradnji.
- Kompozitni steber s tramovi: Ta vrsta stebrov s tramovi je izdelana s kombiniranjem dveh ali več materialov, kot sta jeklo in beton, za izdelavo močnejše in trajnejše strukture.
Zakaj bi se zadovoljili z manj, ko pa vam gredni steber nudi vse?
Še vedno težko razumeti? Naj malo spremenim pogled:
Ste siti dolgočasnih, ravnih žarkov, ki zmorejo samo eno stvar naenkrat? Ne iščite nikamor drugam kot v steber s tramovi! Zakaj bi uporabljali preprost, enodimenzionalni žarek, če lahko uporabite člen, ki naredi vse?
Da, gredni steber je presežek gradbenega inženirstva, saj z lahkoto prenaša tako osne obremenitve kot upogibne momente.
Zakaj bi torej izbrali samo eno vrsto tovora, ko pa jih lahko imate vse? Z vsestranskim nosilnim stebrom lahko sprejmete nenavadno vzdolžno obremenitev in svojemu življenju dodate nekaj bočne sile.
V redu, to je bila samo šala, ki je izgledala kot TV oglas.
Zdaj pa se vrnimo k razlagi.
Materiali, uporabljeni v nosilnih stebrih
Nosilni stebri so med drugim lahko izdelani iz kamna, lesa, betona ali jekla.
V sodobni gradnji pa se pogosto uporabljajo jekleni stebri v obliki črke H, ker so močni in togi.
Daljše stranice prirobnice stebra v obliki črke H so debelejše od srednjega dela stebra, zaradi česar se bolje upira silam stiskanja.
Sodobne zgradbe pogosto držijo tudi sistemi nosilcev in stebrov iz armiranega betona.
Opredelitev in razlike
Opredelitev nosilca in stebra
Tram je kos zgradbe, ki je izdelan tako, da z upogibom prenaša obremenitve.
Običajno je ploščat in se drži na koncih ali vzdolž dolžine.
Večino tal, streh in mostov držijo tramovi.
Po drugi strani pa je steber navpični del zgradbe, ki je narejen tako, da prenese večinoma tlačne obremenitve.
Običajno se uporablja za zadrževanje zgradbe ali druge strukture in premikanje teže na temelj.
Razlike med tramom in stebrom
Med tramovi in stebri je nekaj glavnih razlik.
- Nosilnost: nosilci so večinoma narejeni za prenašanje upognjenih bremen, medtem ko so stebri večinoma izdelani za prenašanje stisnjenih bremen.
Zaradi tega so tramovi ponavadi močnejši, ko so upognjeni, in šibkejši, ko so stisnjeni, medtem ko so stebri ponavadi močnejši, ko so stisnjeni, in šibkejši, ko so upognjeni.
- Orientacija: tramovi so običajno ob strani, stebri pa običajno zgoraj.
- Pogoji podpore: Nosilci so običajno podprti na svojih koncih ali po dolžini, medtem ko so stebri običajno podprti na dnu in na vrhu.
- Oblika prečnega prereza: Nosilci so običajno kvadratni, krožni ali v obliki črke I, stebri pa so običajno kvadratni, krožni ali pravokotni.
Ključni pojmi in razlike
Nosilni steber je kos zgradbe, ki je izdelan za prenašanje osnih in upogibnih obremenitev.
Uporablja se, ko je treba težka bremena prenesti s konstrukcije na temelj.
Nosilni steber poteka od spodnje konstrukcije do zgornje konstrukcije.
Je ključni del premikanja teže z vrha stavbe na temelje.
Razlike med grednimi stebri, tramovi in stebri
Tu so najpomembnejše razlike med stebri žarkov, tramovi in stebri:
- Nosilnost: Nosilni steber je narejen tako, da prenaša osne in upogibne obremenitve, medtem ko je nosilec večinoma narejen za prenašanje upogibnih obremenitev, steber pa je večinoma izdelan za prenašanje osnih obremenitev.
Steber je navpični kompresijski člen, medtem ko je nosilec vodoravni kompresijski element.
Nosilni steber povezuje temelj z zgornjo plastjo, ki je lahko vodoravna ali navpična.
Glede na obliko preseka je nosilec običajno kvadraten, krožen ali v obliki črke I, medtem ko je steber običajno kvadraten, krožen ali pravokoten.
Prečni prerez grednega stebra je lahko poljubne oblike, običajno pa je mešanica kvadratnih in okroglih oblik.
- Uporaba: tramovi se večinoma uporabljajo za podporo tal, streh in mostov, medtem ko se stebri večinoma uporabljajo za podporo teže stavbe ali druge strukture.
Nosilni stebri se uporabljajo v zgradbah, ki morajo prenašati osne in upogibne obremenitve na temelj.
Povezava žarek-steber
Povezave nosilec-steber držijo nosilce in stebre skupaj v konstrukciji.
V tem članku si bomo ogledali različne vrste povezav tramov in stebrov ter kako pomagajo ohranjati varno in stabilno zgradbo.
Vrste povezav med nosilci in stebri
Glede na to, kako trdna je povezava, obstajata dve glavni vrsti povezav med nosilci in stebri: prožne povezave in toge povezave.
- Prožna povezava: Pri prožni povezavi, ki ji pravimo tudi preprosta povezava ali zatična povezava, ni prenosa momenta med povezanimi deli.
Premika osne ali strižne sile, ne pa tudi momentov.
Fleksibilne povezave se pogosto uporabljajo v strukturah, kjer se morajo povezave med tramovi in stebri ukvarjati z majhnimi zasuki ali zavoji.
- Toga povezava: Toga povezava, imenovana tudi na trenutek odporna ali fiksna povezava, prenaša strižne sile in moment med povezanimi deli.
Toge povezave se uporabljajo, kadar mora povezava med nosilcem in stebrom vzdržati velike zasuke ali sile zvijanja.
Posebne povezave
Za ukrivljene spoje, ekscentrične tramove na stebre in povezave s stebrnimi mrežami je mogoče uporabiti preproste povezave.
Te povezave veljajo za posebne.
Z manjšimi odseki nosilcev so lahko preproste povezave bolj odporne proti povezovanju.
To lahko storite tako, da izrežete luknje v traku nosilca ali tako, da odrežete del prirobnic nosilca (zmanjšan del mreže).
Dejavniki, ki vplivajo na konstrukcijo povezave med nosilci in stebri
Vrsta uporabljene povezave med nosilci in stebri je odvisna od številnih stvari, kot so količina teže, ki jo lahko prenese konstrukcija, konstrukcijske zahteve in lastnosti materialov.
Nekatere stvari, ki vplivajo na to, kako se izvedejo povezave med nosilci in stebri, so:
- Nosilnost: Povezava nosilca in stebra mora imeti dovolj nosilnosti, da zdrži sile in momente, ki bodo verjetno delovali nanjo.
- Zahteve za konstrukcijsko načrtovanje: Projekt povezave med nosilci in stebri mora ustrezati gradbenim predpisom in projektnim specifikacijam za strukturni načrt.
- Lastnosti materiala: Projekt mora upoštevati trdnost in togost materialov, uporabljenih v povezavi nosilec-steber.
Največji moment in dizajn
Pri konstrukcijskem načrtovanju je sposobnost strukture, da se upre upogibnim momentom, ključni del zagotavljanja stabilnosti.
Največji trenutek
Enačbe in formule za upogibni moment se uporabljajo za ugotavljanje, koliko se lahko upogne žarek.
Največji moment je največji moment, ki ga lahko ima konstrukcija pri določenem primeru obremenitve.
Pomembno si je zapomniti, da najpomembnejši primer za oblikovanje morda ni vedno največji trenutek.
Zaradi medsebojnega delovanja upogibnih in aksialnih ali torzijskih sil se lahko drugačen primer obremenitve z nižjo vrednostjo momenta na koncu prijavi kot najpomembnejši primer za projektiranje.
Oblikovalski trenutki
Trenutki oblikovanja in maksimalni trenutki niso isto.
Načrtovalne trenutke ugotovimo tako, da pogledamo zahteve kode in varnostne faktorje, medtem ko največje trenutke ugotovimo tako, da pogledamo rezultate analize.
Projektni momenti upoštevajo stvari, kot so lastnosti materiala, varnostni faktorji in kombinacije obremenitev, ki temeljijo na tem, kar pravi koda.
Oblikovalski trenutki so zelo pomembni, da zagotovimo, da konstrukcija prenese obremenitve, ki so nanjo, in da ima še vedno dovolj prostora za varnost.
Upoštevajte naslednje stvari, da ugotovite trenutek oblikovanja:
- Lastnosti materiala: Pri določanju projektnega momenta se upoštevata meja tečenja in modul elastičnosti žarka.
- Kombinacije obremenitev: Projektni trenutek se ugotovi z uporabo seznama različnih kombinacij obremenitev v gradbeni kodi.
- Varnostni dejavniki: Projektni trenutek vključuje varnostne dejavnike, da se zagotovi, da lahko konstrukcija prenese obremenitve, ki presegajo največje pričakovane obremenitve.
Oblikovanje grednih stebrov
Nosilni stebri so strukturni členi, ki so stisnjeni po dolžini in upognjeni po širini.
V zgradbah se uporabljajo za premikanje teže z zgornjega nosilca na temelj.
Če želite oblikovati steber s tramom, morate ugotoviti, koliko teže je na njem in kako velik je.
To lahko storite s programsko opremo, kot je Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator, ali ročno z uporabo formul iz učbenikov gradbeništva ali spletnih mest, kot sta CivilJungle.com ali Civiconcepts.com.
Izračun obremenitev na nosilni steber
Prvi korak pri izdelavi konstrukcije tram-steber je ugotoviti, kolikšna teža je obremenjena s tramom in stebrom.
Največkrat se stebri obremenjujejo na koncih, kar povzroča osne tlačne napetosti.
Včasih lahko aksialne sile, prečne sile in upogibni momenti delujejo na steber (npr. Gredni stebri).
Če dejansko porazdelitev obremenitve delite z dolžino nosilca, lahko najdete enakomerno porazdeljeno obremenitev v kilonewtonih na meter.
Izračun velikosti žarka in stebra
Ko ugotovite, kolikšna teža je na nosilcu-stebru, morate ugotoviti, kako velika morata biti nosilec in steber glede na težo vsakega.
Na primer, prostornina betona za nosilec 230 mm x 450 mm, brez debeline plošče, bi bila 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, teža pa bi bila 0,138 x 2400 = 333 kg.
Na enak način lahko skupno težo stebra, katerega dolžina je običajno trikratna najmanjša širina prečnega prereza, ugotovimo tako, da seštejemo teže vseh njegovih delov.
Povezava žarek-steber
Povezava med nosilci in stebri je kraj, kjer se v stavbi združita nosilec in steber.
Sestavljen je iz spoja in delov nosilcev, stebrov in plošč, ki so ob spoju.
Glede na to, kako trdna je povezava, obstajajo različne vrste povezav med nosilci in stebri.
Prožna povezava, ki ji pravimo tudi enostavna ali zatična povezava, prenaša strižno ali aksialno silo, ne pa tudi momentov.
Toga povezava, ki ji pravimo tudi vezava, odporna na trenutek, ali fiksna povezava, premika strižne sile in moment med povezanimi deli.
Za ukrivljene spoje, ekscentrične tramove na stebre in povezave s stebrnimi mrežami je mogoče uporabiti preproste povezave.
Največji upogibni moment
Ko na nosilni steber deluje zunanja sila, ki povzroči, da se upogne in sčasoma zlomi, je takrat upogibni moment največji.
Ko se za zadrževanje neprekinjenega nosilca uporabljajo pritrjeni nosilci, se na vmesnih nosilcih pojavijo momenti zvijanja, na razponih pa se pojavijo momenti povešanja.
Zelo blizu vmesnih nosilcev so točke kontrafleksure.
Možno je, da je točka največjega momenta tam, kjer se uporabi večji primarni moment.
Oblikovalski trenutki in maksimalni trenutki
Načrtovalne trenutke ugotovimo tako, da pogledamo zahteve kode in varnostne faktorje, medtem ko največje trenutke ugotovimo tako, da pogledamo rezultate analize.
Pri načrtovanju momentov se upošteva marsikaj, kot so lastnosti materiala, varnostni faktorji, kombinacije obremenitev.
Največji momenti upoštevajo samo obremenitve, ki so izpostavljene konstrukciji, ne pa varnostnih zahtev ali zahtev kodeksa.
Razmerje vitkosti
V gradbeništvu je razmerje vitkosti razmerje med dolžino stebra in njegovo najmanjšo stransko dimenzijo.
Če želite to ugotoviti, delite efektivno dolžino stebra z njegovim polmerom vrtenja.
Razmerje vitkosti se uporablja za ugotavljanje, koliko teže lahko steber prenese, preden se upogne.
Če je razmerje vitkosti manjše ali enako 12, se stolpci štejejo za kratke.
Če je več kot 12, se stolpci štejejo za dolge ali ozke.
Kratki stolpci so nadzorovani z njihovo dolžino in širino, medtem ko so dolgi, tanki stolpci nadzorovani z njihovim razmerjem med dolžino in širino.
Spoji gred/steber
Nasvet: Vklopite gumb za napise, če ga potrebujete. V gumbu z nastavitvami izberite »samodejno prevajanje«, če govorjenega jezika niste seznanjeni. Morda boste morali najprej klikniti jezik videoposnetka, preden postane vaš najljubši jezik na voljo za prevod.
Beam stolpec uporablja
Mostovi:
Nosilni stebri se pogosto uporabljajo za gradnjo mostov, ker lahko prenesejo upogibne momente, ki jih povzroča teža vozil, ter stranske sile, ki jih povzročajo veter in potresi.
Izdelati jih je mogoče tudi tako, da ustrezajo različnim razponom in obremenitvam, zaradi česar so dobra izbira za mostove s kratkim in dolgim razponom.
Velike, visoke zgradbe:
Nosilni stebri se pogosto uporabljajo v visokih zgradbah, ker lahko prenesejo velike uteži in prenesejo sile vetra in potresov.
Odlične so tudi za visoke zgradbe, saj jih je mogoče izdelati različnih dolžin in premerov.
To pripomore k enakomernejši porazdelitvi teže in naredi zgradbo kot celoto stabilnejšo.
Industrijske strukture:
Ker lahko držijo težko opremo in stroje, se nosilni stebri pogosto uporabljajo v industrijskih zgradbah, kot so tovarne in skladišča.
V tovrstnih zgradbah se stebri z nosilci pogosto uporabljajo za podporo strešnih nosilcev in prenašajo težo s strehe na temelj.
Stanovanjske strukture:
Nosilni stebri se uporabljajo tudi v stanovanjskih zgradbah, predvsem za stene in temelje kleti.
Uporabljajo se lahko tudi kot podporni stebri v odprtih tlorisih, da pomagajo ohraniti zgornja nadstropja stabilna.
Infrastrukturni projekti:
Nosilni stebri se pogosto uporabljajo v infrastrukturnih projektih, kot so predori, jezovi in podporni zidovi.
V predorih nosilni stebri držijo streho in stene.
Pri jezovih pomagajo enakomerno porazdeliti težo vode po strukturi.
Nosilne stebre je mogoče uporabiti v podpornih stenah za zaustavitev stranskih sil, ki jih povzročata pritisk tal in voda.
Zaključek
Ko zaključimo naš pogled na nosilne stebre, je jasno, da so ti gradbeni deli zelo pomembni v svetu inženiringa.
Od temeljev naših stavb do cest, ki povezujejo naša mesta, nosilni stebri mnogim strukturam, ki jih uporabljamo vsak dan, zagotavljajo podporo in stabilnost, ki jo potrebujejo.
Stebri s tramovi pa so zanimivi tudi zato, ker nam dajejo edinstven pogled na to, kako oblika in funkcija delujeta skupaj.
Izdelava in namestitev nosilnega stebra ima lahko velik vpliv na videz in občutek zgradbe kot celote.
Zaradi tega si ne moremo predstavljati tramnih stebrov le kot uporabnega orodja, ampak tudi kot pomembnega dela inženiringa kot umetnosti in znanosti.
Torej, ko boste naslednjič hodili mimo nebotičnika ali prečkali most, si vzemite trenutek in cenite preprost steber s tramovi, ki pomaga narediti vse to.
Povezave in reference
Uvod v načrtovanje jeklenih stebrov ali kompresijskih elementov
Podrobna gradnja z jeklom
Strukturna uporaba betona
Delite na...
