A szerkezeti tervezés sok szempontból megváltoztatta a világomat, a magas felhőkarcolók építésétől egészen a folyókon átívelő hidakig.
Az egyszerű gerendaoszlop sok ilyen épület egyik legfontosabb része.
Ez a szerkezetrész egyidejűleg ki van téve az oldalirányú erők vagy a hosszirányú terhelés excentricitása által okozott tengelyirányú terhelésnek és hajlítónyomatékoknak.
A mai mérnöki csodák közül sok nem lenne lehetséges gerendaoszlopok nélkül.
Ebben a cikkben megvizsgálom a gerendaoszlopokat, és beszélek arról, hogy mik ezek, hogyan működnek, és miért fontosak.
Ez a bejegyzés bárkinek szól, akár új mérnökhallgató, akár tapasztalt mérnök, aki szeretne valami újat tanulni.
Tehát kezdjük el, és nézzük meg, mik azok a gerendaoszlopok, és mit csinálnak.
Bevezetés
Formális meghatározás:
Egy szerkezeti elem egyidejűleg van kitéve axiális terhelésnek és az oldalirányú erők vagy a hosszirányú terhelés excentricitása által keltett hajlítónyomatékoknak.
A gerendaoszlop a mérnöki munka fontos része, amelyet épületek, hidak és egyéb szerkezetek megtámasztására használnak.
Ebben a cikkben megvizsgáljuk a gerendaoszlopok mérnöki és építési projektekben való felhasználásának különböző módjait.
Mi az oszlopgerenda?
A gerendaoszlop olyan szerkezeti elem, amely a hosszanti tengelyére ható terhelések számára készült.
Nevezhetjük kompressziós tagnak, ami azt jelenti, hogy összenyomásakor ránehezedik a súly nagy része.
A gerendaoszlop elbírja a gerendák, falak, födémek és egyéb szerkezetek súlyát.
A gerendaoszlopok típusai
A mérnöki munkában sokféle gerendaoszlopot használnak.
A hengerelt acélgerendás oszlopok az acélszerkezetekben használt általános oszloptípusok.
Acéllemezek olyan formára hengerelésével készül, amely egymáshoz nyomott terheket képes megtartani.
- Vasbeton gerendaoszlop: Ez a fajta gerendaoszlop betonból készül és acélrudakkal van megerősítve.
Vasbeton építésére használják, és nagyszerű módja a nehéz dolgok mozgatásának.
- Fagerendás oszlop: Ez a fajta gerendaoszlop fából készül, és gyakran használják lakóépületekben.
- Kompozit gerendaoszlop: Az ilyen típusú gerendaoszlopok két vagy több anyag, például acél és beton kombinálásával készülnek, hogy erősebb és tartósabb szerkezetet kapjanak.
Miért elégedne meg kevesebbel, ha a gerendaoszlop mindent megad?
Még mindig nehéz megérteni? Hadd változtassak egy kicsit a nézőponton:
Eleged van az unalmas, egyenes gerendákból, amelyek egyszerre csak egy dolgot tudnak csinálni? Ne keress mást, csak a gerendaoszlopot! Miért használjunk egyszerű, egydimenziós gerendát, ha olyan elemet használhatunk, amely mindent megtesz?
Igen, a gerendaoszlop a szerkezettervezés túlteljesítője, mert könnyen kezeli mind a tengelyirányú terheléseket, mind a hajlítónyomatékokat.
Miért válasszon tehát csak egyfajta terhelést, ha mindegyiket megkaphatja? A sokoldalú gerendaoszlop segítségével át tudja fogadni a hosszirányú terhelés furcsaságát, és oldalirányú erőt ad az életéhez.
Oké, ez csak egy vicc volt, hogy úgy nézzen ki, mint egy tévéreklám.
Most térjünk vissza a magyarázathoz.
Gerendaoszlopokban használt anyagok
A gerendaoszlopok készülhetnek többek között kőből, fából, betonból vagy acélból.
A modern konstrukciókban azonban gyakran használnak H alakú acéloszlopokat, mert erősek és merevek.
A H alakú oszlop hosszabb peremoldalai vastagabbak, mint a középső hevederdarab, így jobban ellenáll a nyomóerőknek.
A modern épületeket gyakran vasbeton gerenda-oszlop rendszerek is tartják.
Definíció és különbségek
A gerenda és az oszlop definíciója
A gerenda az épület olyan darabja, amely hajlítással ellenáll a terhelésnek.
Általában lapos, és a végein vagy hossza mentén fel van tartva.
A legtöbb padlót, tetőt és hidat gerendák tartják fel.
Másrészt az oszlop az épület függőleges része, amely leginkább nyomó terhelésnek ellenáll.
Általában egy épület vagy más szerkezet feltartására és a súlynak az alapra mozgatására használják.
A gerenda és az oszlop közötti különbségek
Van néhány fő különbség a gerendák és oszlopok között.
- Teherbíró képesség: A gerendák többnyire hajlított, míg az oszlopok többnyire összenyomott terhek szállítására készültek.
Emiatt a gerendák hajlításkor erősebbek, összenyomva gyengébbek, míg az oszlopok összenyomva erősebbek, hajlítva pedig gyengébbek.
- Tájolás: A gerendák általában oldalt, az oszlopok pedig általában felül vannak.
- Tartási feltételek: A gerendákat általában a végükön vagy hosszuk mentén, míg az oszlopokat általában az alapjukon és a tetejükön támasztják alá.
- Keresztmetszeti forma: A gerendák általában négyzet, kör vagy I-alakúak, míg az oszlopok általában négyzet, kör vagy téglalap alakúak.
Kulcsfogalmak és különbségek
A gerendaoszlop az épület egy olyan darabja, amely tengelyirányú és hajlító terhelések kezelésére készült.
Akkor használják, ha nehéz terheket kell áthelyezni a szerkezetről az alapra.
A gerendaoszlop az alépítménytől a felépítmény felé halad.
Kulcsfontosságú része a súlynak az épület tetejéről az alapra történő mozgatásának.
A gerendaoszlopok, gerendák és oszlopok közötti különbségek
Íme a legfontosabb különbségek a gerenda oszlopok, gerendák és oszlopok között:
- Teherbíró képesség: A gerendaoszlop tengelyirányú és hajlító terhelést egyaránt hordoz, míg a gerenda többnyire hajlítási terhelést, az oszlop pedig többnyire axiális terhelést.
Az oszlop függőleges összenyomó tag, míg a gerenda vízszintes összenyomó tag.
Egy gerendaoszlop köti össze az alapot a felső réteggel, amely lehet vízszintes vagy függőleges.
A keresztmetszeti formát tekintve a gerenda általában négyzet, kör vagy I-alakú, míg az oszlop általában négyzet, kör vagy téglalap alakú.
A gerendaoszlop keresztmetszete bármilyen alakú lehet, de általában négyzet és kerek formák keveréke.
- Használat: A gerendákat többnyire padlók, tetők és hidak alátámasztására, míg az oszlopokat többnyire épület vagy más szerkezet súlyának megtámasztására használják.
A gerendaoszlopokat olyan épületekben használják, amelyeknek tengelyirányú és hajlítási terhelést kell átvinniük az alapra.
Gerenda-oszlop csatlakozás
A gerenda-oszlop kapcsolatok tartják össze a gerendákat és az oszlopokat egy szerkezetben.
Ebben a cikkben megvizsgáljuk a gerenda-oszlop csatlakozások különböző típusait, és azt, hogy ezek hogyan segítenek megőrizni az épület biztonságát és stabilitását.
A gerenda-oszlop kapcsolatok típusai
A csatlakozás merevsége alapján a gerenda-oszlop csatlakozásoknak két fő típusa van: rugalmas és merev csatlakozások.
- Rugalmas kapcsolat: A rugalmas csatlakozásnál, amelyet egyszerű csatlakozásnak vagy csapos csatlakozásnak is neveznek, nincs nyomatékátvitel a csatlakoztatott részek között.
Axiális vagy nyíróerőt mozgat, de nem pillanatokat.
A rugalmas csatlakozásokat gyakran alkalmazzák olyan szerkezetekben, ahol a gerendák és oszlopok közötti kapcsolatoknak kis csavarodásokkal vagy fordulatokkal kell megküzdeniük.
- Merev csatlakozás: A merev kötés, más néven nyomatékálló vagy rögzített kapcsolat, átviszi a nyíróerőt és a nyomatékot a csatlakoztatott részek között.
A merev csatlakozásokat akkor használják, ha a gerenda és az oszlop közötti kapcsolatnak nagy csavarodást vagy csavaró erőt kell kezelnie.
Különleges kapcsolatok
Görbe illesztésekhez, oszlopokhoz excentrikus gerendákhoz és oszlopbordákhoz való csatlakozásokhoz egyszerű csatlakozások használhatók.
Ezeket a kapcsolatokat különlegesnek tekintik.
A gerenda szakaszok kicsinyítésével az egyszerű csatlakozások jobban ellenállnak az egymáshoz kötéssel szemben.
Ezt úgy lehet megtenni, hogy lyukakat vágunk a gerenda szövedékébe, vagy a gerenda karimáinak egy részét levágjuk (csökkentett szalagszakasz).
A gerenda-oszlop kapcsolat kialakítását befolyásoló tényezők
Az alkalmazott gerenda-oszlop kapcsolat típusa számos dologtól függ, például a szerkezet elbírható súlyától, a szerkezeti tervezési követelményektől és az anyagok tulajdonságaitól.
Néhány dolog, amely befolyásolja a gerenda-oszlop kapcsolatok létrehozását, a következők:
- Terhelhetőség: A gerenda-oszlop csatlakozásnak elegendő teherbírással kell rendelkeznie ahhoz, hogy ellenálljon a rá ható erőknek és nyomatékoknak.
- A szerkezeti tervezéssel szemben támasztott követelmények: A gerenda-oszlop kapcsolat kialakításának meg kell felelnie a szerkezeti tervezésre vonatkozó építési szabályzatnak és a projekt előírásainak.
- Anyagtulajdonságok: A tervezésnél figyelembe kell venni a gerenda-oszlop csatlakozásnál használt anyagok szilárdságát és merevségét.
Maximális nyomaték és dizájn
A szerkezeti tervezésben a szerkezetnek a hajlítónyomatékoknak ellenálló képessége kulcsfontosságú a stabilitás biztosításában.
Maximális pillanat
Hajlítónyomaték-egyenleteket és képleteket használnak annak meghatározására, hogy egy gerenda mennyit tud meghajolni.
A maximális nyomaték az a legnagyobb nyomaték, amely egy szerkezetnek adott terhelési eset mellett rendelkezhet.
Fontos megjegyezni, hogy a tervezés szempontjából nem mindig a maximális pillanat a legfontosabb.
A hajlítási és axiális vagy torziós erők kölcsönhatása miatt előfordulhat, hogy egy másik, alacsonyabb nyomatékértékű terhelési eset a tervezés legfontosabb esete.
Tervezési pillanatok
A tervezési pillanatok és a maximális pillanatok nem ugyanazok.
A tervezési mozzanatokat a kódkövetelmények és a biztonsági tényezők figyelembevételével, míg a maximális mozzanatokat egy elemzés eredményei alapján lehet kitalálni.
A tervezési mozzanatok figyelembe veszik például az anyag tulajdonságait, a biztonsági tényezőket és a terhelések kombinációit a kódban leírtak alapján.
A tervezési mozzanatok nagyon fontosak annak érdekében, hogy a szerkezet elbírja a rá nehezedő terheléseket, és legyen még elegendő hely a biztonsághoz.
A tervezés pillanatának meghatározásához vegye figyelembe a következőket:
- Anyagtulajdonságok: A tervezési nyomaték meghatározásakor figyelembe veszik a gerenda folyáshatárát és rugalmassági modulusát.
- Terheléskombinációk: A tervezési pillanatot az építési szabályzatban szereplő különböző terhelési kombinációk listája alapján határozzuk meg.
- Biztonsági tényezők: A tervezési mozzanat biztonsági tényezőket is tartalmaz annak biztosítására, hogy a szerkezet képes legyen kezelni a maximálisan várható terhelést meghaladó és meghaladó terheléseket.
Gerendaoszlopok tervezése
A gerendaoszlopok olyan szerkezeti elemek, amelyek hosszuk mentén össze vannak nyomva, és szélességükben meg vannak hajlítva.
Az épületekben a súly mozgatására szolgálnak a fenti gerendáról az alapra.
Egy gerendaoszlop megtervezéséhez ki kell találni, hogy mekkora súly nehezedik rá és mekkora.
Ezt megteheti olyan szoftverekkel, mint az Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator, vagy kézzel, építőmérnöki tankönyvekből vagy webhelyekről, például CivilJungle.com vagy Civiconcepts.com képletekből.
Terhelések számítása gerendaoszlopon
A gerenda-oszlop szerkezet elkészítésének első lépése annak meghatározása, hogy mekkora súly nehezedik a gerendára és az oszlopra.
Legtöbbször a végükön lévő oszlopokra terhelés nehezedik, ami axiális nyomófeszültséget okoz.
Néha axiális erők, keresztirányú erők és hajlítónyomatékok egyaránt hatnak egy oszlopra (pl. Gerendaoszlopokra).
A tényleges terheléseloszlást elosztva a gerenda hosszával, megkaphatja az egyenletesen eloszló terhelést kilonewton per méterben.
A gerenda és az oszlop méretének kiszámítása
Miután kitalálta, hogy mekkora súly nehezedik a gerendaoszlopra, ki kell találnia, hogy mekkora legyen a gerenda és az oszlop, attól függően, hogy mekkora súly van mindegyiken.
Például egy 230 mm x 450 mm-es gerenda beton térfogata, a födém vastagsága nélkül, 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, tömege pedig 0,138 x 2400 = 333 kg.
Ugyanígy egy olyan oszlop össztömege, amelynek hossza általában a legkisebb keresztmetszeti szélességének háromszorosa, úgy határozható meg, hogy az összes alkatrész súlyát összeadjuk.
Gerenda-oszlop kapcsolat
A gerenda-oszlop kapcsolat az, amikor egy gerenda és egy oszlop összeér egy épületben.
A hézagból és a gerendák, oszlopok és födém kötés melletti részeiből áll.
A csatlakozás merevségétől függően különböző típusú gerenda-oszlop csatlakozások léteznek.
A rugalmas csatlakozás, amelyet egyszerű vagy csapos csatlakozásnak is neveznek, nyíró- vagy axiális erőt ad át, nyomatékokat nem.
A merev kötés, amelyet nyomaték-ellenálló vagy rögzített kapcsolatnak is neveznek, nyíró- és nyomatékot egyaránt mozgat a csatlakoztatott részek között.
Görbe illesztésekhez, oszlopokhoz excentrikus gerendákhoz és oszlopbordákhoz való csatlakozásokhoz egyszerű csatlakozások használhatók.
Maximális hajlítási pillanat
Amikor külső erő hat egy gerendaoszlopra, ami meggörbíti és végül eltöri, akkor a hajlítónyomaték a legmagasabb.
Amikor rögzített támasztékokat használnak egy folytonos gerenda feltartására, akkor a közbenső támaszoknál akadozó nyomatékok, a fesztávoknál pedig megereszkedett nyomatékok.
A közbenső támaszokhoz nagyon közel vannak a kontraflexiós pontok.
Lehetséges, hogy a maximális nyomaték pont ott legyen, ahol a nagyobb elsődleges nyomatékot alkalmazzák.
Tervezési pillanatok és Maximális pillanatok
A tervezési mozzanatokat a kódkövetelmények és a biztonsági tényezők figyelembevételével, míg a maximális mozzanatokat egy elemzés eredményei alapján lehet kitalálni.
A momentumok tervezésénél sok mindent figyelembe vesznek, például az anyag tulajdonságait, biztonsági tényezőket, terhelési kombinációkat.
A maximális nyomatékok csak a szerkezetre nehezedő terheléseket veszik figyelembe, a biztonsági vagy kódkövetelményeket nem.
Karcsúsági arány
A mélyépítésben a karcsúsági arány az oszlop hosszának és legkisebb oldalméretének aránya.
Ennek kiderítéséhez ossza el az oszlop tényleges hosszát a forgási sugarával.
A karcsúsági arány arra szolgál, hogy kitaláljuk, mekkora súlyt bír el egy oszlop, mielőtt elhajolna.
Ha a karcsúsági arány kisebb vagy egyenlő, mint 12, az oszlopokat rövidnek tekintjük.
Ha több mint 12, az oszlopok hosszúnak vagy vékonynak minősülnek.
A rövid oszlopokat hosszuk és szélességük, míg a hosszú, vékony oszlopokat a hosszúság és a szélesség aránya szabályozza.
Gerenda/oszlop csatlakozások
Tipp: Kapcsolja be a felirat gombot, ha szüksége van rá. Ha nem ismeri a beszélt nyelvet, válassza az „automatikus fordítás” lehetőséget a beállítások gombban. Előfordulhat, hogy először a videó nyelvére kell kattintania, mielőtt kedvenc nyelve elérhetővé válik a fordításhoz.
Gerenda oszlop felhasználások
Hidak:
A gerendaoszlopokat gyakran használják hidak építésére, mert képesek kezelni a járművek súlya okozta hajlítási nyomatékokat, valamint a szél és a földrengések okozta oldalerőket.
Különböző fesztávokra és terhelésekre is kialakíthatók, így rövid és nagy fesztávú hidakhoz egyaránt jó választás.
Nagy, magas épületek:
A gerendaoszlopokat gyakran használják magas épületekben, mert képesek elbírni a nagy súlyokat, és ellenállnak a szél és a földrengések erőinek.
Magas épületekhez is kiválóak, mert különböző hosszúságú és átmérőjűek készíthetők.
Ez elősegíti a súly egyenletesebb eloszlását, és stabilabbá teszi az épület egészét.
Ipari szerkezetek:
Mivel nehéz berendezések és gépek elférnek bennük, a gerendaoszlopokat gyakran használják ipari épületekben, például gyárakban és raktárakban.
Az ilyen típusú épületekben gyakran használnak gerendaoszlopokat a tetőtartók alátámasztására és a súly mozgatására a tetőről az alapra.
Lakóépítmények:
A gerendaoszlopokat lakóépületekben is használják, különösen a pincék falaihoz és alapjaihoz.
Használhatók tartóoszlopként is nyitott alaprajzokban, hogy segítsék a felső emeletek stabilitását.
Infrastrukturális projektek:
A gerendaoszlopokat gyakran használják olyan infrastrukturális projektekben, mint alagutak, gátak és támfalak.
Alagutakban gerendaoszlopok tartják fel a tetőt és a falakat.
A gátakban elősegítik a víz súlyának egyenletes eloszlását a szerkezetben.
A gerendaoszlopok támfalakban használhatók a talajnyomás és a víz által okozott oldalerők megállítására.
Következtetés
Ahogy a gerendaoszlopokra tekintünk, egyértelmű, hogy ezek az épületrészek nagyon fontosak a mérnöki világban.
Épületeink alapjaitól a városainkat összekötő utakig a gerendaoszlopok sok olyan szerkezetet biztosítanak, amelyet minden nap használunk, a szükséges támaszt és stabilitást.
De a gerendaoszlopok azért is érdekesek, mert egyedi pillantást adnak a forma és a funkció együttműködésére.
A gerendaoszlop elkészítésének és elhelyezésének módja nagy hatással lehet az épület egészének kinézetére és érzésére.
Emiatt a gerendaoszlopokra nem csak mint hasznos eszközökre gondolhatunk, hanem a mérnöki tudomány, mint művészet és tudomány fontos részeként is.
Tehát amikor legközelebb egy felhőkarcoló mellett sétál vagy átkel egy hídon, szánjon egy percet arra, hogy értékelje az egyszerű gerendaoszlopot, amely mindezt lehetővé teszi.
Linkek és hivatkozások
Bevezetés az acéloszlopok vagy tömörítőelemek tervezésébe
Részletes épület acélból
A beton szerkezeti felhasználása
Oszd meg…
