Pam mae Peirianwyr Strwythurol yn Dewis Adrannau gwag?

Cerddwch ar bron unrhyw safle adeiladu ffrâm ddur modern a byddwch yn gweld adrannau gwag yn gwneud gwaith na all agor proffiliau fel trawstiau a sianeli ei wneud mor effeithlon: yn sefyll fel colofnau main agored mewn atriwm gwydr, yn ffurfio'r bracing croeslin mewn ffrâm seismig, neu'n cario'r llwythi dirdro mewn pont droed grwm. Nid yw'r dewis yn esthetig. Daw i lawr i lond llaw o egwyddorion peirianneg strwythurol nad yw’r rhan fwyaf o dimau caffael byth yn eu gweld yn cael eu trafod, ond sy’n penderfynu’n dawel pam mae manyleb yn galw am SHS, RHS, neu CHS yn y lle cyntaf.

Mae'r erthygl hon yn edrych ar y rhesymau peirianneg gwirioneddol mae adrannau gwag yn perfformio'n well na phroffiliau agored mewn achosion llwyth penodol - ac, yr un mor bwysig, lle mai trawst I neu sianel yw'r dewis mwyaf effeithlon a darbodus o hyd. Deall dwy ochr y gymhariaeth honno yw'r hyn sy'n gwahanu manyleb wirioneddol wybodus oddi wrth arfer diofyn.

Mae mantais strwythurol unigol fwyaf adran wag yn dod i lawr i un rhif: radiws gyration.

Mae gan adran agored fel trawst fflans I- lydan ddau radiws gyration tra gwahanol - un am ei hechelin gref, un am ei hechelin wan, yn aml yn wahanol gan ffactor o ddau neu fwy. Mae hynny'n golygu bod colofn adran I- ond mor gryf â'i chyfeiriad gwannaf o byclo, ac os yw aelod yn agored i bwysau llwyth neu wynt o gyfeiriadau lluosog, mae'n rhaid i'r peiriannydd ddylunio o amgylch yr echelin wannach waeth pa mor gryfach y gallai'r echelin arall fod.

Mewn cyferbyniad, mae gan adran wag sgwâr neu gylchol radiws cylchdro cyfartal (neu'n agos iawn at gyfartal) i bob cyfeiriad. Nid oes " echel wan." Ar gyfer colofn sydd angen gwrthsefyll bwclo o dan lwyth cywasgol a gymhwysir o ffynonellau cyfeiriadol anrhagweladwy neu aml - sy'n disgrifio cyfran fawr o golofnau adeiladu go iawn, yn enwedig mewn cynlluniau llawr agored heb osod waliau i ddiffinio cyfeiriad llwyth dominyddol - mae'r priodwedd geometrig hwn ar ei ben ei hun yn aml yn gwneud adran wag yn ysgafnach na'r hyn sy'n cyfateb- oherwydd nid yw capasiti'r strwythur deunydd yn darparu cryfder agored, nid yw'n darparu strwythur cryfder yn yr adran agored. angen cymaint.

Dyma hefyd pam mae adrannau gwag yn dominyddu fel yr aelodau cywasgu mewn fframiau gofod a chyplau dellt: mae pob aelod croeslin a fertigol mewn system truss 3D yn profi llwyth o gyfeiriadedd gwahanol, ac mae adran â gwrthiant unffurf i bob cyfeiriad yn strwythurol effeithlon mewn ffordd na all adran I gyfateb yn sylfaenol heb ddeunydd ychwanegol.

Dangos Delwedd

Os mai radiws gyration yw'r fantais gynnil, anystwythder torsiynol yw'r un dramatig - a gellir dadlau mai dyma'r rheswm mwyaf tan-werthfawr y mae adrannau gwag yn cael eu nodi ar gyfer rhai aelodau.

Mae rhannau agored yn gwrthsefyll dirdant yn bennaf trwy ysbïo a chysonyn torsiynol St. Venant cymharol wan, oherwydd yn syml, nid oes gan siâp wal tenau agored lwybr llwyth parhaus o amgylch ei berimedr i gario llif cneifio yn effeithlon. Mae adran gaeedig - unrhyw adran wag - yn gwrthsefyll dirdro trwy lif cneifio sy'n rhedeg yn barhaus o amgylch y perimedr caeedig, sy'n fecanwaith llymach iawn. Yn ymarferol, gall adran wag gaeedig fod â chysonyn torsiynol, trefn maint sy'n uwch na rhan agored o faint a phwysau tebyg.

Mae hyn yn bwysig yn uniongyrchol i aelodau sy'n gweld llwyth troellog ystyrlon: trawstiau pont grwm, trawstiau rhedfa craen yn destun llwythi olwyn ecsentrig, trawstiau spandrel yn cynnal llwythi llawr ecsentrig ar hyd perimedr adeilad, ac unrhyw aelod mewn strwythur lle nad yw llwyth yn cael ei gymhwyso'n lân trwy'r ganolfan gneifio. Mae pennu adran agored ar gyfer cymhwysiad gwirioneddol dirdro-critigol fel arfer yn golygu ychwanegu stiffeners, diafframau, neu orbwysleisio'r aelod i ddigolledu - cost gwneuthuriad a materol ychwanegol y mae adran wag yn aml yn ei hosgoi trwy geometreg yn unig.

 

PROSES DRILLING HOLE

PROSESU ADRAN HOLI

Prosesu pibellau dur crwn

Nid yw hyn yn golygu bod adrannau gwag yn well yn ddiamod, a dyma lle daw pwynt mwy cynnil, a drafodir yn llai cyffredin: ymddygiad bycloth lleol.

Mae codau dylunio - EN 1993-1-1 yn Ewrop, AISC 360 yn yr Unol Daleithiau - yn dosbarthu adrannau strwythurol (agored a chaeedig fel ei gilydd) yn ôl lled -i-drwch neu gymhareb diamedr-i-drwch eu plât neu elfennau wal unigol, yn ddosbarthiadau sy'n amrywio'n fras" i ddyluniad cynaladwy ("com) i'r gallu i'w gyrraedd. "slender" (lle mae byclo lleol yn digwydd cyn i'r toriad gyrraedd cnwd, a rhaid lleihau cynhwysedd y dyluniad yn unol â hynny).

Ar gyfer adrannau gwag, mae'r dosbarthiad hwn wedi'i gysylltu'n uniongyrchol â'r gymhareb lled-i-drwch yr wynebau gwastad (ar gyfer SHS/RHS) neu'r gymhareb diamedr i-drwch (ar gyfer CHS). Gall CHS â waliau tenau, mawr- neu RHS llydan, tenau â waliau ddod i mewn i ddosbarthiad main yr un mor hawdd ag y gall adran agored â fflangellog denau - nid yw'r proffil caeedig yn eithrio adran yn awtomatig rhag gwiriadau byclo lleol. Mae angen i beirianwyr sy'n nodi adrannau gwag mwy, teneuach ar gyfer rhaglenni pensaernïol neu rychwant hir wirio dosbarthiad yr adran yn benodol yn hytrach na chymryd yn ganiataol bod "gwag" yn awgrymu "cryno." Dyma un o'r amryfusedd mwyaf cyffredin o ran maint rhagarweiniol, a gaiff ei ddal dim ond pan fydd gwiriad manwl yn cael ei redeg o'r diwedd.

Mae un fantais o adrannau gwag sy'n cael ei than-drafod yn wirioneddol mewn peirianneg tân, nid disgyrchiant neu ddyluniad llwyth ochrol.

Mae gofynion amddiffyn rhag tân strwythurol yn cael eu gyrru'n sylweddol gan "ffactor adran" - adran, sef y gymhareb o berimedr wedi'i gynhesu i arwynebedd traws-adrannol (Hp/A yn aml). Mae rhan sydd â chymhareb Hp/A is yn cynhesu'n arafach yn ystod tân, oherwydd mae llai o arwynebedd arwyneb agored ar gyfartaledd yn gyrru gwres i mewn i fàs penodol o ddur. Mae adrannau agored fel trawstiau I-yn datgelu arwynebedd arwyneb ar ddwy ochr y we a'r ddwy fflans, i gyd wedi'u gwresogi ar wahân. Yn aml mae gan ran wag o gapasiti llwyth tebyg gymhareb Hp/A is yn syml oherwydd bod ei geometreg yn crynhoi'r un màs dur y tu ôl i arwyneb mwy cryno, di-dor agored.

Y canlyniad ymarferol yw y gall aelodau adrannau gwag weithiau gyflawni sgôr gwrthsefyll tân gofynnol gyda gorchudd chwyddedig teneuach neu lai o ddeunydd amddiffyn rhag tân nag adran agored sy'n cario'r un llwyth dylunio - arbediad cost a phwysau gwirioneddol nad yw'n ymddangos yn aml mewn deunydd marchnata cyffredinol oherwydd mae angen cyfrifiad adrannol penodol i'w ddangos, nid honiad cyffredinol sy'n berthnasol yn unffurf ar draws pob maint a chymhwysiad.

Dyma’r pwynt lle mae adrannau gwag yn colli rhywfaint o’r fantais a gânt mewn mannau eraill, ac mae’n haeddu mwy o sylw mewn penderfyniadau manyleb nag y mae’n ei gael fel arfer.

Mae adrannau agored yn cynnig fflans fflat, hygyrch ac arwynebau gwe sy'n gwneud cysylltiadau wedi'u bolltio yn syml - gellir bolltio plât cysylltiad yn uniongyrchol i fflans gyda chliriadau safonol a manylion safonol. Nid yw adrannau gwag, oherwydd eu natur gaeedig, yn cynnig yr un arwyneb hygyrch ar gyfer cysylltiad bollt confensiynol heb galedwedd ychwanegol: trwy-mae bolltio yn gofyn am fynediad i du mewn y tiwb (yn aml yn amhosibl unwaith y bydd y strwythur wedi'i gydosod), ac fel arfer mae angen platiau fflans, platiau cap neu systemau bollt dall wedi'u dylunio'n benodol ar gyfer adrannau caeedig ar gysylltiadau â bolltau arwyneb.

Mae gan gysylltiadau wedi'u weldio eu cymhlethdod eu hunain. Lle mae aelodau adran wag yn cyfarfod wrth nôd truss - a K, T, Y, neu X uniad mewn adeiladwaith trawst dellt - nid mater o weldio dau diwb gyda'i gilydd yn unig yw'r cysylltiad. Rhaid gwirio wyneb cord yr uniad am gneifio dyrnu a phlastigiad lleol o dan y llwyth crynodedig o'r aelod brace sy'n dod i mewn, gan ddilyn darpariaethau dylunio megis y rhai yn EN 1993-1-8 Adran 7 neu'r canllawiau dylunio CIDECT a ddatblygwyd yn benodol ar gyfer dylunio cymalau tiwbaidd. Mae'r gwiriadau hyn yn fwy perthnasol na dyluniad cyswllt rhan agored safonol, ac mae tanamcangyfrif y cymhlethdod hwn yn y cam dylunio yn un o'r ffynonellau mwyaf cyffredin o ailgynllunio cam hwyr ar brosiectau cyplau tiwbaidd.

Nid yw hyn yn gwneud cysylltiadau adrannau gwag yn anymarferol - cyplau tiwbaidd yn cael eu hadeiladu'n llwyddiannus ledled y byd - ond mae'n golygu bod yn rhaid pwyso a mesur y gost gwneuthuriad a dylunio cysylltiad yn erbyn yr effeithlonrwydd materol a enillwyd o'r adran ei hun, yn hytrach na thybio bod adran wag yn ennill cost syml ym mhob achos.

O ystyried popeth uchod, mae'n werth bod yn uniongyrchol ynghylch ble mae trawst neu sianel I yn parhau i fod y dewis gorau: aelodau plygu cynradd lle mae llwyth yn cael ei gymhwyso'n bennaf tua un echelin, a lle mae'r echel honno'n hysbys ac wedi'i gosod gan geometreg yr adeiledd - trawst llawr nodweddiadol sy'n cynnal slab, er enghraifft, yn troadau tua un echelin yn unig, ac echelin ddwysfwydol, mae'r echelin ddwys yn niwtral. yn fwy effeithlon mewn plygu unixial pur na deunydd adran wag wedi'i ddosbarthu o amgylch perimedr caeedig.

Yn gyffredinol, mae adrannau agored hefyd yn rhatach i'w cysylltu, fel y trafodwyd uchod, ac maent ar gael yn ehangach mewn ystod ehangach o feintiau rholio safonol ar gyfer aelodau dwfn, mawr iawn nag y mae adrannau gwag fel arfer. Ar gyfer trawst llawr syml, adran I-fel arfer yw'r fanyleb fwy darbodus; ar gyfer colofn sy'n agored i lwyth cyfeiriadol aml, aelod bracing dan gywasgiad a dirdro posibl, neu gord traws mewn ffrâm ofod, mae adran wag fel arfer yn ennill ar effeithlonrwydd deunydd ac, mewn llawer o achosion, perfformiad tân.

 

 

 

 

Nid yw'r dewis rhwng adrannau gwag ac agored yn fater o un sy'n bendant yn rhagori - mae'n fater o baru geometreg adran â'r cas llwyth gwirioneddol y mae'r aelod yn ei brofi. Mae peiriannydd strwythurol sy'n pwyso a mesur y penderfyniad hwn yn gofyn mewn gwirionedd: a yw'r aelod hwn yn gweld llwyth o un cyfeiriad rhagweladwy, neu o gyfeiriadau lluosog ac o bosibl dirdro? A yw dosbarthiad bwclo lleol yn mynd i reoli'r dyluniad ar drwch y waliau dan ystyriaeth? Beth mae dyluniad y cysylltiad yn ei gostio mewn gwirionedd unwaith y bydd platiau fflans, platiau cap, neu wiriadau tiwbaidd ar y cyd yn cael eu hystyried, yn hytrach na phris fesul tunnell y dur ei hun yn unig?

Cael hyn yn iawn ar y cam manyleb - yn hytrach na pheidio ag arfer neu i ba bynnag fath o adran y digwyddodd prosiect yn y gorffennol ei ddefnyddio - yw lle daw arbedion gwirioneddol o ran deunydd a chost ar brosiect dur strwythurol, ac mae'n benderfyniad gwerth ailedrych arno ar bob strwythur newydd yn hytrach na thybio bod dewis adran y prosiect blaenorol yn berthnasol o hyd.

Cysylltwch nawr