Bouwtechniek heeft mijn wereld op veel manieren veranderd, van het bouwen van hoge wolkenkrabbers tot het bouwen van bruggen die hele rivieren oversteken.
De eenvoudige balkkolom is een van de belangrijkste onderdelen van veel van deze gebouwen.
Dit deel van de constructie is onderhevig aan zowel axiale belasting als buigmomenten veroorzaakt door zijdelingse krachten of de excentriciteit van de langsbelasting.
Veel van de technische wonderen van vandaag zouden niet mogelijk zijn zonder balkkolommen.
In dit artikel zal ik kijken naar balkkolommen en praten over wat ze zijn, hoe ze werken en waarom ze belangrijk zijn.
Dit bericht is voor iedereen, of je nu een nieuwe technische student bent of een doorgewinterde ingenieur die iets nieuws wil leren.
Dus laten we aan de slag gaan en ontdekken wat balkkolommen zijn en wat ze doen.
Invoering
Formele definitie:
Een constructie-element wordt tegelijkertijd onderworpen aan axiale belasting en buigmomenten veroorzaakt door laterale krachten of de excentriciteit van de longitudinale belasting.
De balkkolom is een belangrijk onderdeel van engineering dat wordt gebruikt om gebouwen, bruggen en andere constructies te ondersteunen.
In dit artikel bekijken we de verschillende manieren waarop balkkolommen worden gebruikt in engineering en bouwprojecten.
Wat is een kolombalk?
Een balkkolom is een structureel onderdeel dat is gemaakt om weerstand te bieden tegen belastingen op zijn lange as.
Het kan een compressielid worden genoemd, wat betekent dat het grootste deel van het gewicht erop wordt geplaatst wanneer het wordt samengedrukt.
Een balkkolom kan het gewicht van balken, muren, platen en andere constructies dragen.
Soorten balkkolommen
Er zijn veel verschillende soorten balkkolommen die in de techniek worden gebruikt.
Gerolde stalen balkkolommen zijn een veelgebruikt type kolom dat wordt gebruikt in staalconstructies.
Het wordt gemaakt door stalen platen in een vorm te rollen die ladingen kan houden wanneer ze tegen elkaar worden gedrukt.
- Gewapend betonnen balkkolom: Dit type balkkolom is gemaakt van beton en is verstevigd met stalen staven.
Het wordt gebruikt om te bouwen met gewapend beton en is een geweldige manier om zware dingen te verplaatsen.
- Houten balkkolom: Dit type balkkolom is gemaakt van hout en wordt veel gebruikt in de woningbouw.
- Samengestelde balkkolom: Dit type balkkolom wordt gemaakt door twee of meer materialen, zoals staal en beton, te combineren om een ​​sterkere en duurzamere constructie te maken.
Waarom genoegen nemen met minder als de balkkolom u alles geeft?
Nog steeds moeilijk te begrijpen? Laat me het standpunt een beetje veranderen:
Ben je saaie, rechte balken beu die maar Ă©Ă©n ding tegelijk kunnen? Kijk nergens anders dan in de balkkolom! Waarom zou u een eenvoudige, eendimensionale balk gebruiken als u een staaf kunt gebruiken die alles doet?
Ja, de balkkolom is de overwinnaar van constructietechniek omdat deze zowel axiale belastingen als buigmomenten gemakkelijk aankan.
Dus waarom kiezen voor slechts Ă©Ă©n type lading als u ze allemaal kunt hebben? Met de veelzijdige balkkolom kunt u de eigenaardigheid van de longitudinale belasting omarmen en wat zijdelingse kracht aan uw leven toevoegen.
Oké, dat was maar een grap gemaakt om eruit te zien als een tv-reclame.
Laten we nu teruggaan naar de uitleg.
Materialen die worden gebruikt in balkkolommen
Balkkolommen kunnen onder andere worden gemaakt van steen, hout, beton of staal.
In moderne constructies worden echter vaak H-vormige stalen kolommen gebruikt omdat ze sterk en stijf zijn.
De langere flenszijden van de H-vormige kolom zijn dikker dan het middelste lijfstuk, waardoor het beter bestand is tegen drukkrachten.
Moderne gebouwen worden ook vaak ondersteund door balk- en kolomsystemen van gewapend beton.
Definitie en verschillen
Definitie van balk en kolom
Een balk is een stuk van een gebouw dat is gemaakt om belastingen te weerstaan ​​door te buigen.
Meestal is het plat en wordt het aan de uiteinden of langs de lengte omhoog gehouden.
De meeste vloeren, daken en bruggen worden ondersteund door balken.
Aan de andere kant is een kolom een ​​verticaal deel van een gebouw dat is gemaakt om voornamelijk drukbelastingen te weerstaan.
Het wordt meestal gebruikt om een ​​gebouw of andere constructie omhoog te houden en het gewicht naar de fundering te verplaatsen.
Verschillen tussen balk en kolom
Er zijn een paar belangrijke verschillen tussen balken en kolommen.
- Draagvermogen: balken zijn meestal gemaakt om lasten te dragen die gebogen zijn, terwijl kolommen meestal zijn gemaakt om lasten te dragen die zijn samengedrukt.
Hierdoor zijn balken vaak sterker wanneer ze worden gebogen en zwakker wanneer ze worden samengedrukt, terwijl kolommen vaak sterker zijn wanneer ze worden samengedrukt en zwakker wanneer ze worden gebogen.
- Oriëntatie: Balken bevinden zich meestal aan de zijkant en kolommen bevinden zich meestal aan de bovenkant.
- Ondersteuningsvoorwaarden: balken worden meestal aan hun uiteinden of in de lengte ondersteund, terwijl kolommen meestal aan hun basis en bovenkant worden ondersteund.
- Vorm van dwarsdoorsnede: balken zijn meestal vierkant, rond of I-vormig, terwijl kolommen meestal vierkant, rond of rechthoekig zijn.
Belangrijkste concepten en verschillen
Een balkkolom is een onderdeel van een gebouw dat is gemaakt om zowel axiale als buigbelastingen aan te kunnen.
Het wordt gebruikt wanneer zware lasten van de structuur naar de fundering moeten worden verplaatst.
De balkkolom gaat van de onderbouw naar de bovenbouw.
Het is een belangrijk onderdeel van het verplaatsen van gewicht van de bovenkant van het gebouw naar de fundering.
Verschillen tussen balkkolommen, balken en kolommen
Dit zijn de belangrijkste verschillen tussen liggerkolommen, liggers en kolommen:
- Draagvermogen: een balkkolom is gemaakt om zowel axiale als buigbelastingen te dragen, terwijl een balk meestal is gemaakt om buigbelastingen te dragen en een kolom meestal is gemaakt om axiale belastingen te dragen.
Een kolom is een verticaal drukelement, terwijl een balk een horizontaal drukelement is.
Een balkkolom verbindt de fundering met de toplaag, die horizontaal of verticaal kan zijn.
In termen van dwarsdoorsnedevorm is een balk meestal vierkant, rond of I-vormig, terwijl een kolom meestal vierkant, rond of rechthoekig is.
De doorsnede van een balkkolom kan elke vorm hebben, maar is meestal een mix van vierkante en ronde vormen.
- Gebruik: Balken worden meestal gebruikt om vloeren, daken en bruggen te ondersteunen, terwijl kolommen meestal worden gebruikt om het gewicht van een gebouw of andere structuur te dragen.
Balkkolommen worden gebruikt in gebouwen die zowel axiale als buigbelastingen moeten overbrengen op de fundering.
Balk-kolom verbinding
Balk-kolomverbindingen houden balken en kolommen bij elkaar in een constructie.
In dit artikel bekijken we de verschillende soorten balk-kolomverbindingen en hoe ze helpen om een ​​gebouw veilig en stabiel te houden.
Soorten balk-kolomverbindingen
Op basis van hoe stijf de verbinding is, zijn er twee hoofdtypen ligger-kolomverbindingen: flexibele verbindingen en starre verbindingen.
- Flexibele verbinding: Bij een flexibele verbinding, ook wel een eenvoudige verbinding of een penverbinding genoemd, is er geen overdracht van moment tussen de delen die verbonden zijn.
Het verplaatst axiale of schuifkrachten, maar geen momenten.
Flexibele verbindingen worden vaak gebruikt in constructies waar de verbindingen tussen liggers en kolommen te maken hebben met kleine draaiingen.
- Stijve verbinding: Een starre verbinding, ook wel een momentvaste of vaste verbinding genoemd, brengt zowel afschuiving als moment over tussen de delen die verbonden zijn.
Starre verbindingen worden gebruikt wanneer de verbinding tussen een balk en een kolom grote torsies of torsiekrachten moet verwerken.
Speciale verbindingen
Voor scheve verbindingen, excentrische liggers aan kolommen en verbindingen aan kolomlijven kunnen eenvoudige verbindingen worden gebruikt.
Deze verbindingen worden als bijzonder beschouwd.
Door de balksecties kleiner te maken, kunnen eenvoudige verbindingen meer weerstand hebben tegen samenbinden.
Dit kan door gaten in het lijf van de balk te maken of door een deel van de flenzen van de balk weg te snijden (verkleinde lijfsectie).
Factoren die van invloed zijn op het ontwerp van de balk-kolomverbinding
Het type balk-kolomverbinding dat wordt gebruikt, is afhankelijk van een aantal zaken, zoals de hoeveelheid gewicht die de constructie kan dragen, de structurele ontwerpvereisten en de eigenschappen van de materialen.
Enkele dingen die van invloed zijn op de manier waarop balk-kolomverbindingen worden gemaakt, zijn:
- Draagvermogen: De balk-kolomverbinding moet voldoende draagvermogen hebben om bestand te zijn tegen de krachten en momenten die erop kunnen inwerken.
- Vereisten voor constructief ontwerp: Het ontwerp van de balk-kolomverbinding moet voldoen aan de bouwvoorschriften en projectspecificaties voor constructief ontwerp.
- Materiaaleigenschappen: Bij het ontwerp moet rekening worden gehouden met de sterkte en stijfheid van de gebruikte materialen in de ligger-kolomverbinding.
Maximaal moment en design
Bij structureel ontwerp is het vermogen van een constructie om buigmomenten te weerstaan ​​een belangrijk onderdeel om ervoor te zorgen dat deze stabiel blijft.
Maximaal moment
Buigmomentvergelijkingen en formules worden gebruikt om erachter te komen hoeveel een balk kan buigen.
Het maximale moment is het hoogste moment dat een constructie kan hebben onder een bepaald belastingsgeval.
Het is belangrijk om te onthouden dat het belangrijkste argument voor ontwerp niet altijd het maximale moment is.
Vanwege de wisselwerking tussen buig- en axiale of torsiekrachten kan een ander belastinggeval met een lagere momentwaarde worden gerapporteerd als het belangrijkste geval voor het ontwerp.
Ontwerpmomenten
Ontwerpmomenten en maximale momenten zijn niet hetzelfde.
Ontwerpmomenten worden bepaald door te kijken naar codevereisten en veiligheidsfactoren, terwijl maximale momenten worden bepaald door te kijken naar de resultaten van een analyse.
De ontwerpmomenten houden rekening met zaken als de eigenschappen van het materiaal, veiligheidsfactoren en combinaties van belastingen op basis van wat de code zegt.
Ontwerpmomenten zijn erg belangrijk om ervoor te zorgen dat de constructie de belastingen aankan die erop worden uitgeoefend en toch voldoende ruimte heeft voor veiligheid.
Overweeg de volgende dingen om het ontwerpmoment te achterhalen:
- Materiaaleigenschappen: Bij het bepalen van het ontwerpmoment wordt rekening gehouden met de vloeigrens en elasticiteitsmodulus van de balk.
- Belastingcombinaties: Het ontwerpmoment wordt bepaald aan de hand van de lijst met verschillende belastingcombinaties in de bouwcode.
- Veiligheidsfactoren: Het ontwerpmoment omvat veiligheidsfactoren om ervoor te zorgen dat de constructie belastingen aankan die groter zijn dan de maximaal verwachte belastingen.
Balkkolommen ontwerpen
Balkkolommen zijn structurele elementen die zowel over hun lengte zijn samengedrukt als over hun breedte zijn gebogen.
In gebouwen worden ze gebruikt om gewicht van de balk erboven naar de fundering te verplaatsen.
Om een ​​balkkolom te ontwerpen, moet je uitzoeken hoeveel gewicht erop staat en hoe groot hij is.
U kunt dit doen met software zoals Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator of met de hand met behulp van formules uit civieltechnische leerboeken of websites zoals CivilJungle.com of Civiconcepts.com.
Berekenen van belastingen op een balkkolom
De eerste stap bij het maken van een balk-kolomstructuur is uitzoeken hoeveel gewicht er op de balk en kolom wordt geplaatst.
Meestal worden de kolommen aan hun uiteinden belast, wat axiale drukspanningen veroorzaakt.
Soms kunnen axiale krachten, dwarskrachten en buigmomenten allemaal op een kolom werken (bijvoorbeeld balk-kolommen).
Door de werkelijke belastingsverdeling te delen door de lengte van de balk, vindt u de gelijkmatig verdeelde belasting in kilonewton per meter.
Berekening van de grootte van de balk en kolom
Nadat je hebt uitgezocht hoeveel gewicht er op de balkkolom staat, moet je uitzoeken hoe groot de balk en kolom moeten zijn op basis van het gewicht op elk.
Het volume beton voor een balk van 230 mm x 450 mm, exclusief de dikte van de plaat, zou bijvoorbeeld 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3 zijn, en het zou 0,138 x 2400 = 333 kg wegen.
Op dezelfde manier kan het totale gewicht van een kolom waarvan de lengte gewoonlijk driemaal de kleinste dwarsdoorsnedebreedte is, worden gevonden door de gewichten van alle onderdelen bij elkaar op te tellen.
Balk-kolomverbinding
Bij een balk-kolomverbinding komen een balk en een kolom samen in een gebouw.
Het bestaat uit de voeg en de delen van de liggers, kolommen en plaat die zich naast de voeg bevinden.
Afhankelijk van hoe stijf de verbinding is, zijn er verschillende soorten ligger-kolomverbindingen.
Een flexibele verbinding, ook wel een eenvoudige of penverbinding genoemd, brengt schuif- of axiale kracht over, maar geen momenten.
Een starre verbinding, ook wel een momentvaste verbinding of een vaste verbinding genoemd, beweegt zowel afschuiving als moment tussen de delen die verbonden zijn.
Voor scheve verbindingen, excentrische liggers aan kolommen en verbindingen aan kolomlijven kunnen eenvoudige verbindingen worden gebruikt.
Maximaal buigend moment
Wanneer een kracht van buitenaf op een balkkolom wordt uitgeoefend, waardoor deze buigt en uiteindelijk breekt, is het buigmoment het hoogst.
Wanneer pensteunen worden gebruikt om een ​​doorlopende balk omhoog te houden, treden er spanmomenten op bij de tussenliggende steunen en doorbuigmomenten bij de overspanningen.
Zeer dicht bij de tussensteunen bevinden zich de punten van contraflexie.
Het is mogelijk dat het punt van het maximale moment daar is waar het grotere primaire moment wordt toegepast.
Ontwerpmomenten en maximale momenten
Ontwerpmomenten worden bepaald door te kijken naar codevereisten en veiligheidsfactoren, terwijl maximale momenten worden bepaald door te kijken naar de resultaten van een analyse.
Bij het ontwerpen van momenten wordt met veel zaken rekening gehouden, zoals materiaaleigenschappen, veiligheidsfactoren en belastingscombinaties.
Maximale momenten houden alleen rekening met de belastingen die op een constructie worden uitgeoefend, niet met veiligheids- of codevereisten.
Slankheid verhouding
In de weg- en waterbouw is de slankheidsverhouding de verhouding tussen de lengte van een kolom en de kleinste zijmaat.
Om dit uit te zoeken, deelt u de effectieve lengte van de kolom door de gyratiestraal.
De slankheidsverhouding wordt gebruikt om erachter te komen hoeveel gewicht een kolom kan dragen voordat deze buigt.
Als de slankheidsverhouding kleiner is dan of gelijk is aan 12, worden de kolommen als kort beschouwd.
Als het meer dan 12 is, worden de kolommen als lang of mager beschouwd.
Korte kolommen worden bepaald door hun lengte en breedte, terwijl lange, dunne kolommen worden bepaald door hun verhoudingen tussen lengte en breedte.
Ligger-/kolomverbindingen
Tip: Schakel de ondertitelingsknop in als je die nodig hebt. Kies "automatische vertaling" in de instellingenknop, als u de gesproken taal niet kent. Mogelijk moet u eerst op de taal van de video klikken voordat uw favoriete taal beschikbaar komt voor vertaling.
Beam kolom gebruikt
Bruggen:
Balkkolommen worden vaak gebruikt om bruggen te bouwen omdat ze de buigmomenten kunnen opvangen die worden veroorzaakt door het gewicht van voertuigen, evenals de zijdelingse krachten veroorzaakt door wind en aardbevingen.
Ze kunnen ook worden gemaakt om te passen bij verschillende overspanningen en belastingen, waardoor ze een goede keuze zijn voor bruggen met zowel korte als lange overspanningen.
Grote, hoge gebouwen:
Balkkolommen worden vaak gebruikt in hoge gebouwen omdat ze zware gewichten kunnen dragen en bestand zijn tegen de krachten van wind en aardbevingen.
Ze zijn ook zeer geschikt voor hoge gebouwen omdat ze in verschillende lengtes en diameters kunnen worden gemaakt.
Dit helpt om het gewicht gelijkmatiger te verdelen en maakt het gebouw als geheel stabieler.
Industriële constructies:
Omdat ze zwaar materieel en machines kunnen bevatten, worden balkkolommen vaak gebruikt in industriële gebouwen zoals fabrieken en magazijnen.
In dit soort gebouwen worden vaak balkkolommen gebruikt om dakspanten te ondersteunen en gewicht van het dak naar de fundering te verplaatsen.
Woonstructuren:
Balkkolommen worden ook gebruikt in woongebouwen, met name voor de muren en funderingen van kelders.
Ze kunnen ook worden gebruikt als steunkolommen in open plattegronden om de bovenverdiepingen stabiel te houden.
Infrastructurele projecten:
Balkkolommen worden veel gebruikt in infrastructurele projecten zoals tunnels, dammen en keerwanden.
In tunnels houden balkkolommen het dak en de wanden omhoog.
In dammen helpen ze het gewicht van het water gelijkmatig over de constructie te verdelen.
In keerwanden kunnen balkkolommen worden toegepast om de zijdelingse krachten die ontstaan ​​door gronddruk en water tegen te gaan.
Conclusie
Als we onze blik op balkkolommen afronden, is het duidelijk dat deze bouwdelen erg belangrijk zijn in de wereld van engineering.
Van de funderingen van onze gebouwen tot de wegen die onze steden met elkaar verbinden, balkkolommen geven veel van de constructies die we dagelijks gebruiken de ondersteuning en stabiliteit die ze nodig hebben.
Maar balkkolommen zijn ook interessant omdat ze ons een unieke kijk geven op hoe vorm en functie samenwerken.
Hoe een balkkolom wordt gemaakt en geplaatst, kan een groot effect hebben op hoe een gebouw er als geheel uitziet en aanvoelt.
Hierdoor kunnen we balkkolommen niet alleen beschouwen als nuttige hulpmiddelen, maar ook als een belangrijk onderdeel van techniek als kunst en wetenschap.
Dus de volgende keer dat u langs een wolkenkrabber loopt of een brug oversteekt, sta dan even stil bij de eenvoudige balkkolom die dit allemaal mogelijk maakt.
Links en referenties
Inleiding tot het ontwerp van stalen kolommen of compressieleden
Detail Bouwen met Staal
Structureel gebruik van beton
Delen op…
