Byggeteknikk har forandret min verden på mange måter, fra å bygge høye skyskrapere til å bygge broer som krysser hele elver.
Den enkle bjelkesøylen er en av de viktigste delene av mange av disse bygningene.
Denne delen av konstruksjonen er utsatt for både aksial belastning og bøyemomenter forårsaket av sidekrefter eller eksentrisiteten til den langsgående belastningen på samme tid.
Mange av dagens tekniske vidundere ville ikke vært mulig uten bjelkesøyler.
I denne artikkelen skal jeg se nærmere på bjelkespalter og snakke om hva de er, hvordan de fungerer og hvorfor de er viktige.
Dette innlegget er for alle, enten du er en ny ingeniørstudent eller en erfaren ingeniør som ønsker å lære noe nytt.
Så la oss komme i gang og finne ut hva bjelkesøyler er og hva de gjør.
Introduksjon
Formell definisjon:
Et konstruksjonselement utsettes samtidig for aksial belastning og bøyemomenter produsert av sidekrefter eller eksentrisiteten til den langsgående belastningen.
Bjelkesøylen er en viktig del av prosjektering som brukes til å støtte bygninger, broer og andre strukturer.
I denne artikkelen skal vi se på de forskjellige måtene bjelkesøyler brukes på i prosjektering og i byggeprosjekter.
Hva er en søylebjelke?
En bjelkesøyle er et konstruksjonselement som er laget for å holde mot belastninger på sin lange akse.
Det kan kalles et kompresjonselement, som betyr at det meste av vekten legges på det når det komprimeres.
En bjelkesøyle kan holde vekten av bjelker, vegger, plater og andre strukturer.
Typer bjelkesøyler
Det er mange forskjellige typer bjelkesøyler som brukes i prosjektering.
Valsede stålbjelkesøyler er en vanlig type søyle som brukes i stålkonstruksjon.
Den lages ved å rulle stålplater til en form som kan holde last når de presses sammen.
- Bjelkesøyle av armert betong: Denne typen bjelkesøyle er laget av betong og er forsterket med stålstenger.
Den brukes til å bygge med armert betong og er en fin måte å flytte tunge ting på.
- Trebjelkesøyle: Denne typen bjelkesøyle er laget av tre og brukes ofte i boligbygging.
- Sammensatt bjelkesøyle: Denne typen bjelkesøyle er laget ved å kombinere to eller flere materialer, som stål og betong, for å lage en sterkere og mer holdbar struktur.
Hvorfor nøye seg med mindre når bjelkesøylen gir deg alt?
Fortsatt vanskelig å forstå? La meg endre synspunktet litt:
Er du lei av kjedelige, rette bjelker som bare kan én ting om gangen? Ikke se andre steder enn bjelkesøylen! Hvorfor bruke en enkel endimensjonal bjelke når du kan bruke et element som gjør alt?
Ja, bjelkesøylen er konstruksjonsteknikkens overprester fordi den enkelt kan håndtere både aksiale belastninger og bøyemomenter.
Så hvorfor velge bare én type last når du kan ha dem alle? Med den allsidige bjelkesøylen kan du omfavne rariteten til den langsgående belastningen og legge til litt sidekraft til livet ditt.
Ok, det var bare en spøk laget for å se ut som en TV-reklame.
La oss nå gå tilbake til forklaringen.
Materialer som brukes i bjelke-søyler
Bjelkesøyler kan være laget av blant annet stein, tre, betong eller stål.
I moderne konstruksjon brukes imidlertid ofte H-formede stålsøyler fordi de er sterke og stive.
Den H-formede søylens lengre flenssider er tykkere enn det midterste stegstykket, noe som gjør den bedre i stand til å motstå kompresjonskrefter.
Moderne bygninger holdes også ofte oppe av bjelke-og-søylesystemer laget av armert betong.
Definisjon og forskjeller
Definisjon av bjelke og søyle
En bjelke er en del av en bygning som er laget for å motstå belastninger ved å bøye seg.
Vanligvis er den flat og holdes oppe i endene eller langs lengden.
De fleste gulv, tak og broer holdes oppe av bjelker.
På den annen side er en søyle en vertikal del av en bygning som er laget for å motstå stort sett trykkbelastninger.
Den brukes vanligvis til å holde opp en bygning eller annen struktur og flytte vekten til fundamentet.
Forskjeller mellom bjelke og kolonne
Det er noen få hovedforskjeller mellom bjelker og søyler.
- Bæreevne: Bjelker er for det meste laget for å bære laster som er bøyd, mens søyler for det meste er laget for å bære laster som er komprimert.
På grunn av dette har bjelker en tendens til å være sterkere når de bøyes og svakere når de komprimeres, mens søyler har en tendens til å være sterkere når de komprimeres og svakere når de bøyes.
- Orientering: Bjelker er vanligvis på siden, og søyler er vanligvis på toppen.
- Støtteforhold: Bjelker er vanligvis støttet i endene eller langs lengden, mens søyler vanligvis støttes ved bunnen og toppen.
- Tverrsnittsform: Bjelkene er vanligvis kvadratiske, sirkulære eller I-formede, mens søyler vanligvis er kvadratiske, sirkulære eller rektangulære.
Nøkkelbegreper og forskjeller
En bjelkesøyle er en del av en bygning som er laget for å håndtere både aksial- og bøyelaster.
Den brukes når tunge laster skal flyttes fra strukturen til fundamentet.
Bjelkesøylen går fra underbygg til overbygg.
Det er en sentral del av å flytte vekt fra toppen av bygningen til fundamentet.
Forskjeller mellom bjelkekolonner, bjelker og kolonner
Her er de viktigste forskjellene mellom bjelkesøyler, bjelker og kolonner:
- Bæreevne: En bjelkesøyle er laget for å bære både aksial- og bøyelast, mens en bjelke stort sett er laget for å bære bøyelaster og en søyle er for det meste laget for å bære aksiallaster.
En søyle er et vertikalt kompresjonselement, mens en bjelke er et horisontalt kompresjonselement.
En bjelkesøyle forbinder fundamentet med topplaget, som kan være horisontalt eller vertikalt.
Når det gjelder tverrsnittsform, er en bjelke vanligvis kvadratisk, sirkulær eller I-formet, mens en søyle vanligvis er kvadratisk, sirkulær eller rektangulær.
En bjelkesøyles tverrsnitt kan ha hvilken som helst form, men det er vanligvis en blanding av firkantede og runde former.
- Bruk: Bjelker brukes for det meste til å støtte gulv, tak og broer, mens søyler for det meste brukes til å bære vekten av en bygning eller annen struktur.
Bjelkesøyler brukes i bygninger som trenger å overføre både aksial- og bøyelaster til fundamentet.
Bjelke-søyleforbindelse
Bjelke-søyleforbindelser holder bjelker og søyler sammen i en struktur.
I denne artikkelen skal vi se på de forskjellige typene bjelke-søyleforbindelser og hvordan de bidrar til å holde en bygning trygg og stabil.
Typer bjelke-søyleforbindelser
Basert på hvor stiv forbindelsen er, er det to hovedtyper bjelke-søyleforbindelser: fleksible forbindelser og stive forbindelser.
- Fleksibel kobling: I en fleksibel kobling, som også kalles en enkel kobling eller en pinnekobling, er det ingen overføring av moment mellom delene som er koblet sammen.
Den beveger aksiale eller skjærkrefter, men ikke momenter.
Fleksible koblinger brukes ofte i konstruksjoner hvor koblingene mellom bjelker og søyler må håndtere små vridninger.
- Rigid Connection: En rigid forbindelse, også kalt en momentbestandig eller fast forbindelse, overfører både skjær og moment mellom delene som er koblet sammen.
Stive forbindelser brukes når forbindelsen mellom en bjelke og en søyle skal håndtere store vridninger eller vridningskrefter.
Spesielle tilkoblinger
For skjeve skjøter, eksentriske bjelker til søyler, og koblinger til søylebaner kan enkle koblinger benyttes.
Disse forbindelsene anses å være spesielle.
Ved å gjøre bjelkedelene mindre kan enkle koblinger ha større motstand mot å bindes sammen.
Dette kan gjøres ved å skjære hull i bjelkens bane eller ved å skjære bort en del av bjelkens flenser (redusert baneseksjon).
Faktorer som påvirker Beam-Column Connection Design
Hvilken type bjelke-søyleforbindelse som brukes, avhenger av en rekke ting, for eksempel hvor mye vekt strukturen kan holde, kravene til konstruksjonsdesign og materialenes egenskaper.
Noen av tingene som påvirker hvordan bjelke-søyleforbindelser lages er:
- Belastningskapasitet: Bjelke-søyleforbindelsen må ha nok belastningskapasitet til å holde mot kreftene og momentene som sannsynligvis vil virke på den.
- Krav til konstruksjonsmessig utforming: Utformingen av bjelke-søyleforbindelsen må oppfylle byggeforskriften og prosjektspesifikasjonene for konstruksjonsdesign.
- Materialegenskaper: Utformingen må ta hensyn til styrken og stivheten til materialene som brukes i bjelke-søyleforbindelsen.
Maksimalt moment og design
I konstruksjonsdesign er en strukturs evne til å motstå bøyemomenter en nøkkeldel for å sikre at den holder seg stabil.
Maksimalt øyeblikk
Bøyemomentligninger og formler brukes til å finne ut hvor mye en bjelke kan bøye seg.
Det maksimale momentet er det høyeste momentet en konstruksjon kan ha under et visst belastningstilfelle.
Det er viktig å huske at det viktigste tilfellet for design kanskje ikke alltid er det maksimale øyeblikket.
På grunn av hvordan bøye- og aksiale eller torsjonskrefter samhandler, kan et annet belastningstilfelle med lavere momentverdi ende opp med å bli rapportert som det viktigste tilfellet for design.
Designøyeblikk
Designøyeblikk og maksimale øyeblikk er ikke det samme.
Designmomenter finner man ut ved å se på kodekrav og sikkerhetsfaktorer, mens maksimale momenter finner ut ved å se på resultatene av en analyse.
Designmomentene tar hensyn til ting som materialets egenskaper, sikkerhetsfaktorer og kombinasjoner av laster basert på hva koden sier.
Designmomenter er svært viktige for å sikre at konstruksjonen tåler belastningene som påføres den og fortsatt har nok plass til sikkerhet.
Vurder følgende ting for å finne ut designøyeblikket:
- Materialegenskaper: Når man regner ut designmomentet, tas det hensyn til flytegrensen og elastisitetsmodulen til bjelken.
- Lastkombinasjoner: Designmomentet finner man ut ved å bruke byggeforskriftens liste over de ulike lastkombinasjonene.
- Sikkerhetsfaktorer: Designmomentet inkluderer sikkerhetsfaktorer for å sikre at strukturen kan håndtere belastninger over og utover de maksimale forventede belastningene.
Designe bjelkesøyler
Bjelkesøyler er konstruksjonselementer som både er komprimert langs lengden og bøyd over bredden.
I bygninger brukes de til å flytte vekt fra bjelken over til fundamentet.
For å designe en bjelke-søyle, må du finne ut hvor mye vekt den er og hvor stor den er.
Du kan gjøre dette med programvare som Autodesk Inventor's Beam/Column Calculator eller for hånd ved å bruke formler fra sivilingeniørlærebøker eller nettsteder som CivilJungle.com eller Civiconcepts.com.
Beregning av laster på en bjelke-søyle
Det første trinnet i å lage en bjelke-søylestruktur er å finne ut hvor mye vekt som legges på bjelken og søylen.
Mesteparten av tiden blir belastninger påført søyler i endene, noe som forårsaker aksiale trykkspenninger.
Noen ganger kan aksiale krefter, tverrkrefter og bøyemomenter alle virke på en søyle (f.eks. Bjelkesøyler).
Ved å dele den faktiske lastfordelingen på bjelkens lengde kan man finne den jevnt fordelte lasten i kilonewton per meter.
Beregning av størrelsen på bjelken og søylen
Etter at du har funnet ut hvor mye vekt som er på bjelke-søylen, må du finne ut hvor stor bjelken og kolonnen må være basert på hvor mye vekten er på hver.
For eksempel vil volumet av betong for en 230 mm x 450 mm bjelke, eksklusive tykkelsen på platen, være 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3, og den vil veie 0,138 x 2400 = 333 kg.
På samme måte kan totalvekten til en søyle hvis lengde vanligvis er tre ganger dens minste tverrsnittsbredde, finnes ved å legge sammen vektene til alle delene.
Bjelke-søyleforbindelse
En bjelke-søyleforbindelse er der en bjelke og en søyle kommer sammen i en bygning.
Den består av skjøten og delene av bjelkene, søylene og platen som er ved siden av skjøten.
Avhengig av hvor stiv forbindelsen er, finnes det forskjellige typer bjelke-søyleforbindelser.
En fleksibel forbindelse, som også kalles en enkel eller stiftet forbindelse, overfører skjærkraft eller aksialkraft, men ikke momenter.
En stiv forbindelse, som også kalles en momentbestandig forbindelse eller en fast forbindelse, flytter både skjær og moment mellom delene som er forbundet.
For skjeve skjøter, eksentriske bjelker til søyler, og koblinger til søylebaner kan enkle koblinger benyttes.
Maksimalt bøyemoment
Når en ytre kraft påføres en bjelke-søyle, som får den til å bøye seg og til slutt brytes, det vil si når bøyemomentet er på sitt høyeste.
Når festede støtter brukes til å holde opp en kontinuerlig bjelke, skjer det stivningsmomenter ved de mellomliggende støttene og hengende momenter ved spennene.
Svært nær de mellomliggende støttene er punktene for kontrafleksur.
Det er mulig for punktet for maksimalt moment å være der det større primærmomentet brukes.
Design Moments og Maximum Moments
Designmomenter finner man ut ved å se på kodekrav og sikkerhetsfaktorer, mens maksimale momenter finner ut ved å se på resultatene av en analyse.
Ved utforming av momenter tas det hensyn til mange ting, som materialets egenskaper, sikkerhetsfaktorer og lastkombinasjoner.
Maksimale momenter tar kun hensyn til belastningene som påføres en konstruksjon, ikke sikkerhets- eller kodekrav.
Slankhetsforhold
I anleggsteknikk er slankhetsforholdet forholdet mellom lengden på en søyle og dens minste sidedimensjon.
For å finne ut av det, del kolonnens effektive lengde med dens rotasjonsradius.
Slankhetsforholdet brukes til å finne ut hvor mye vekt en søyle kan holde før den bøyer seg.
Hvis slankhetsforholdet er mindre enn eller lik 12, anses kolonnene som korte.
Hvis det er mer enn 12, anses kolonnene som lange eller tynne.
Korte kolonner styres av lengden og bredden, mens lange, tynne kolonner styres av forholdet mellom lengde og bredde.
Bjelke/søylesammenføyninger
Tips: Slå på bildetekstknappen hvis du trenger det. Velg "automatisk oversettelse" i innstillingsknappen hvis du ikke er kjent med talespråket. Du må kanskje klikke på språket til videoen først før favorittspråket ditt blir tilgjengelig for oversettelse.
Bjelkesøyle bruker
Broer:
Bjelkesøyler brukes ofte til å bygge broer fordi de kan håndtere bøyemomentene forårsaket av vekten av kjøretøyer samt sidekreftene forårsaket av vind og jordskjelv.
De kan også lages for å passe til ulike spenn og laster, noe som gjør dem til et godt valg for både kort- og langspennede broer.
Store, høye bygninger:
Bjelkesøyler brukes ofte i høye bygninger fordi de kan holde tunge vekter og motstå kreftene fra vind og jordskjelv.
De er også flotte for høye bygninger fordi de kan lages med forskjellige lengder og diametre.
Dette bidrar til å fordele vekten jevnere og gjør bygget mer stabilt som helhet.
Industrielle strukturer:
Fordi de kan holde tungt utstyr og maskineri, brukes bjelkesøyler ofte i industribygg som fabrikker og varehus.
I slike bygninger brukes bjelkesøyler ofte for å støtte takstoler og flytte vekt fra taket til fundamentet.
Boligstrukturer:
Bjelkesøyler brukes også i boligbygg, spesielt for vegger og fundamenter i kjellere.
De kan også brukes som støttesøyler i åpne planløsninger for å holde de øvre etasjene stabile.
Infrastrukturprosjekter:
Bjelkesøyler brukes ofte i infrastrukturprosjekter som tunneler, demninger og støttemurer.
I tunneler holder bjelkesøyler opp tak og vegger.
I demninger hjelper de med å spre vekten av vannet jevnt over strukturen.
Bjelkesøyler kan brukes i støttemurer for å stoppe sidekreftene som skyldes jordtrykk og vann.
Konklusjon
Når vi avslutter vårt blikk på bjelkesøyler, er det tydelig at disse bygningsdelene er svært viktige i ingeniørverdenen.
Fra fundamentene til bygningene våre til veiene som forbinder byene våre, gir bjelkesøyler mange av strukturene vi bruker hver dag den støtten og stabiliteten de trenger.
Men bjelkesøyler er også interessante fordi de gir oss et unikt blikk på hvordan form og funksjon fungerer sammen.
Hvordan en bjelkesøyle lages og settes på plass kan ha stor betydning for hvordan en bygning ser ut og føles som helhet.
På grunn av dette kan vi tenke på bjelkesøyler ikke bare som nyttige verktøy, men også som en viktig del av ingeniørkunst som kunst og vitenskap.
Så neste gang du går forbi en skyskraper eller krysser en bro, ta deg tid til å sette pris på den enkle bjelkesøylen som er med på å gjøre det hele mulig.
Lenker og referanser
Introduksjon til design av stålsøyler eller kompresjonselementer
Detaljbygg med stål
Strukturell bruk av betong
Dele på…
