Ingineria structurală mi-a schimbat lumea în multe feluri, de la construirea de zgârie-nori înalți până la construirea de poduri care traversează râuri întregi.
Coloana de grinzi simplă este una dintre cele mai importante părți ale multora dintre aceste clădiri.
Această parte a structurii este supusă atât sarcinii axiale, cât și momentelor de încovoiere cauzate de forțele laterale sau de excentricitatea sarcinii longitudinale în același timp.
Multe dintre minunile inginerești de astăzi nu ar fi posibile fără stâlpi de grinzi.
În acest articol, voi analiza stâlpii de grinzi și voi vorbi despre ce sunt, cum funcționează și de ce sunt importanți.
Această postare este pentru oricine, indiferent dacă ești un student nou la inginerie sau un inginer experimentat, care vrea să învețe ceva nou.
Deci haideți să începem și să aflăm ce sunt stâlpii de grinzi și ce fac aceștia.
Introducere
Definiție formală:
Un element structural este supus simultan sarcinii axiale și momentelor încovoietoare produse de forțele laterale sau de excentricitatea sarcinii longitudinale.
Stâlpul grinzii este o parte importantă a ingineriei care este utilizată pentru a susține clădiri, poduri și alte structuri.
În acest articol, vom analiza diferitele moduri în care stâlpii grinzilor sunt utilizați în inginerie și în proiecte de construcții.
Ce este o grindă de coloană?
Un stâlp de grinzi este un element structural care este făcut pentru a rezista la sarcini pe axa sa lungă.
Poate fi numit membru de compresie, ceea ce înseamnă că cea mai mare parte a greutății este pusă pe el atunci când este comprimat.
Un stâlp de grinzi poate susține greutatea grinzilor, pereților, plăcilor și a altor structuri.
Tipuri de stâlpi de grinzi
Există multe tipuri diferite de stâlpi de grinzi utilizate în inginerie.
Stâlpii de grinzi de oțel laminate sunt un tip comun de stâlp utilizat în construcțiile din oțel.
Este realizat prin rularea plăcilor de oțel într-o formă care poate susține sarcini atunci când sunt presate împreună.
- Stâlp grinzi din beton armat: Acest tip de stâlp grinzi este realizat din beton și este întărit cu bare de oțel.
Este folosit pentru a construi cu beton armat și este o modalitate excelentă de a muta lucruri grele.
- Stâlp de grinzi din lemn: Acest tip de stâlp de grinzi este realizat din lemn și este adesea folosit în construcțiile rezidențiale.
- Stâlp de grinzi compozite: Acest tip de stâlp de grinzi este realizat prin combinarea a două sau mai multe materiale, cum ar fi oțelul și betonul, pentru a face o structură mai puternică și mai durabilă.
De ce să te mulțumești cu mai puțin atunci când coloana de grinzi îți oferă totul?
Inca greu de inteles? Hai sa schimb putin punctul de vedere:
Te-ai săturat de grinzi plictisitoare, drepte, care pot face doar un singur lucru la un moment dat? Nu te uita nicăieri în afară de coloana grinzii! De ce să folosiți un fascicul simplu, unidimensional, când puteți folosi un membru care face totul?
Da, stâlpul grinzii este performanța ingineriei structurale, deoarece poate gestiona cu ușurință atât sarcinile axiale, cât și momentele de încovoiere.
Deci, de ce să alegeți un singur tip de încărcătură când le puteți avea pe toate? Cu coloana de grinzi versatilă, puteți îmbrățișa ciudatenia sarcinii longitudinale și puteți adăuga o forță laterală vieții dvs.
Bine, a fost doar o glumă făcută să arate ca o reclamă TV.
Acum să revenim la explicație.
Materiale utilizate în grinzi-stâlpi
Stâlpii de grinzi pot fi realizate din piatră, lemn, beton sau oțel, printre altele.
În construcția modernă, totuși, coloanele de oțel în formă de H sunt adesea folosite deoarece sunt puternice și rigide.
Laturile mai lungi ale flanșei coloanei în formă de H sunt mai groase decât piesa din mijloc, ceea ce o face mai capabilă să reziste forțelor de compresie.
Clădirile moderne sunt adesea susținute de sisteme de grinzi și stâlpi din beton armat.
Definiție și diferențe
Definiția Beam and Column
O grindă este o bucată dintr-o clădire care este făcută să reziste la sarcini prin îndoire.
De obicei, este plat și este susținut la capete sau pe lungimea sa.
Majoritatea podelelor, acoperișurilor și podurilor sunt susținute de grinzi.
Pe de altă parte, o coloană este o parte verticală a unei clădiri care este făcută să reziste în mare parte la sarcini de compresiune.
De obicei, este folosit pentru a susține o clădire sau altă structură și pentru a muta greutatea la fundație.
Diferențele dintre grindă și coloană
Există câteva diferențe principale între grinzi și stâlpi.
- Capacitate de încărcare: Grinzile sunt fabricate în mare parte pentru a transporta sarcini care sunt îndoite, în timp ce stâlpii sunt fabricate în mare parte pentru a transporta sarcini care sunt comprimate.
Din acest motiv, grinzile tind să fie mai puternice când sunt îndoite și mai slabe când sunt comprimate, în timp ce stâlpii tind să fie mai puternice când sunt comprimate și mai slabe când sunt îndoite.
- Orientare: Grinzile sunt de obicei laterale, iar coloanele sunt de obicei în partea de sus.
- Condiții de susținere: Grinzile sunt de obicei susținute la capete sau de-a lungul lungimii lor, în timp ce stâlpii sunt de obicei susținuți la baza și vârful lor.
- Forma în secțiune transversală: grinzile sunt de obicei pătrate, circulare sau în formă de I, în timp ce stâlpii sunt de obicei pătrați, circulari sau dreptunghiulari.
Concepte cheie și diferențe
Un stâlp de grinzi este o piesă dintr-o clădire care este făcută pentru a suporta atât sarcinile axiale, cât și cele de încovoiere.
Este utilizat atunci când sarcinile grele trebuie mutate de la structură la fundație.
Stâlpul grinzii merge de la substructură la suprastructură.
Este o parte esențială a deplasării greutății din partea de sus a clădirii la fundație.
Diferențele dintre stâlpi, grinzi și stâlpi
Iată cele mai importante diferențe dintre stâlpii grinzilor, grinzilor și stâlpilor:
- Capacitate de încărcare: O coloană de grindă este făcută pentru a suporta atât sarcini axiale, cât și de încovoiere, în timp ce o grindă este făcută în mare parte pentru a suporta sarcini de încovoiere, iar o coloană este realizată în mare parte pentru a suporta sarcini axiale.
Un stâlp este un element de compresie vertical, în timp ce o grindă este un element de compresie orizontal.
O coloană de grinzi conectează fundația de stratul superior, care poate fi orizontal sau vertical.
În ceea ce privește forma secțiunii transversale, o grindă este de obicei pătrată, circulară sau în formă de I, în timp ce un stâlp este de obicei pătrat, circular sau dreptunghiular.
Secțiunea transversală a unui stâlp de grinzi poate avea orice formă, dar este de obicei un amestec de forme pătrate și rotunde.
- Utilizare: Grinzile sunt folosite mai ales pentru a susține podele, acoperișuri și poduri, în timp ce stâlpii sunt folosiți mai ales pentru a susține greutatea unei clădiri sau a unei alte structuri.
Stâlpii grinzilor sunt utilizați în clădirile care trebuie să transfere atât sarcinile axiale, cât și cele de încovoiere către fundație.
Conexiune grindă-coloană
Conexiunile grindă-stâlp țin grinzile și stâlpii împreună într-o structură.
În acest articol, vom analiza diferitele tipuri de conexiuni grindă-stâlp și modul în care acestea ajută la menținerea unei clădiri sigure și stabile.
Tipuri de conexiuni grindă-stâlp
Pe baza cât de rigidă este conexiunea, există două tipuri principale de conexiuni grindă-stâlp: conexiuni flexibile și conexiuni rigide.
- Conexiune flexibilă: Într-o conexiune flexibilă, care se mai numește și o conexiune simplă sau o conexiune prin pin, nu există nici un transfer de moment între părțile care sunt conectate.
Mișcă forțele axiale sau tăietoare, dar nu momente.
Conexiunile flexibile sunt adesea folosite în structurile în care conexiunile dintre grinzi și stâlpi trebuie să facă față unor mici răsuciri sau răsuciri.
- Conexiune rigidă: o conexiune rigidă, numită și conexiune rezistentă la moment sau fixă, transferă atât forfecarea, cât și momentul între piesele care sunt conectate.
Conexiunile rigide sunt utilizate atunci când conexiunea dintre o grindă și un stâlp trebuie să suporte răsuciri mari sau forțe de răsucire.
Conexiuni speciale
Pentru îmbinări strâmbe, grinzi excentrice la stâlpi și conexiuni la inele stâlpilor, pot fi utilizate conexiuni simple.
Aceste conexiuni sunt considerate a fi speciale.
Făcând secțiunile grinzilor mai mici, conexiunile simple pot avea mai multă rezistență la legarea între ele.
Acest lucru se poate face prin tăierea găurilor în banda grinzii sau prin tăierea unei părți din flanșele grinzii (secțiune redusă a nervurii).
Factori care influențează proiectarea conexiunii grindă-coloană
Tipul de conexiune grindă-stâlp utilizat depinde de o serie de lucruri, cum ar fi greutatea pe care o poate suporta structura, cerințele de proiectare structurală și proprietățile materialelor.
Unele dintre lucrurile care afectează modul în care sunt realizate conexiunile grindă-stâlp sunt:
- Capacitate de sarcină: conexiunea grindă-coloană trebuie să aibă suficientă capacitate de încărcare pentru a rezista forțelor și momentelor care sunt susceptibile de a acționa asupra acesteia.
- Cerințe pentru proiectarea structurală: Proiectarea conexiunii grinda-stâlp trebuie să îndeplinească codul de construcție și specificațiile proiectului pentru proiectarea structurală.
- Proprietățile materialului: Proiectarea trebuie să țină cont de rezistența și rigiditatea materialelor utilizate în legătura grindă-stâlp.
Moment maxim și design
În proiectarea structurală, capacitatea unei structuri de a rezista momentelor de încovoiere este o parte esențială pentru a vă asigura că rămâne stabilă.
Moment maxim
Ecuațiile și formulele momentului încovoietor sunt folosite pentru a afla cât de mult se poate îndoi o grindă.
Momentul maxim este cel mai mare moment pe care îl poate avea o structură sub un anumit caz de sarcină.
Este important să ne amintim că cel mai important caz pentru proiectare poate să nu fie întotdeauna momentul maxim.
Datorită modului în care forțele de îndoire și forțele axiale sau de torsiune interacționează, un caz de sarcină diferit cu o valoare mai mică a momentului poate ajunge să fie raportat ca cel mai important caz pentru proiectare.
Momente de design
Momentele de design și momentele maxime nu sunt același lucru.
Momentele de proiectare sunt stabilite analizând cerințele codului și factorii de siguranță, în timp ce momentele maxime sunt stabilite analizând rezultatele unei analize.
Momentele de proiectare iau în considerare lucruri precum proprietățile materialului, factorii de siguranță și combinațiile de sarcini pe baza a ceea ce spune codul.
Momentele de proiectare sunt foarte importante pentru a ne asigura că structura poate face față sarcinilor care sunt puse pe ea și are încă suficient spațiu pentru siguranță.
Luați în considerare următoarele lucruri pentru a afla momentul de proiectare:
- Proprietățile materialului: La determinarea momentului de proiectare, se ia în considerare limita de curgere și modulul de elasticitate al grinzii.
- Combinații de încărcare: Momentul de proiectare este stabilit folosind lista codului de construcție a diferitelor combinații de încărcare.
- Factori de siguranță: Momentul de proiectare include factori de siguranță pentru a se asigura că structura poate suporta sarcini peste și peste sarcinile maxime așteptate.
Proiectarea stâlpilor de grinzi
Stâlpii grinzilor sunt elemente structurale care sunt atât comprimate pe lungimea lor, cât și îndoite pe lățimea lor.
În clădiri, acestea sunt folosite pentru a muta greutatea de la grinda de deasupra la fundație.
Pentru a proiecta o coloană-grindă, trebuie să vă dați seama cât de multă greutate are pe ea și cât de mare este.
Puteți face acest lucru cu ajutorul unui software precum Calculatorul de grinzi/coloane de la Autodesk Inventor sau manual folosind formule din manuale de inginerie civilă sau site-uri web precum CivilJungle.com sau Civiconcepts.com.
Calcularea sarcinilor pe o grindă-stâlp
Primul pas în realizarea unei structuri grindă-stâlp este să vă dați seama câtă greutate este pusă pe grindă și pe stâlp.
De cele mai multe ori, sarcinile sunt puse pe stâlpi la capetele acestora, ceea ce determină solicitări de compresiune axiale.
Uneori, forțele axiale, forțele transversale și momentele încovoietoare pot acționa toate asupra unui stâlp (de exemplu, grinzi-stâlpi).
Împărțind distribuția reală a sarcinii la lungimea fasciculului, puteți găsi sarcina distribuită uniform în kilonewtoni pe metru.
Calcularea dimensiunii grinzii și stâlpului
După ce vă dați seama cât de multă greutate are grinda-coloană, trebuie să vă dați seama cât de mari trebuie să fie grinda și coloana pe baza câtă greutate are fiecare.
De exemplu, volumul de beton pentru o grindă de 230 mm x 450 mm, excluzând grosimea plăcii, ar fi 0,23 x 0,60 x 1 = 0,138 m3 și ar cântări 0,138 x 2400 = 333 kg.
În același mod, greutatea totală a unei coloane a cărei lungime este de obicei de trei ori cea mai mică lățime a secțiunii transversale poate fi găsită prin adunarea greutăților tuturor părților sale.
Conexiune grindă-coloană
O conexiune grindă-stâlp este locul în care o grindă și o coloană se reunesc într-o clădire.
Este alcătuit din îmbinare și părțile grinzilor, stâlpilor și plăcii care se află lângă rost.
În funcție de cât de rigidă este conexiunea, există diferite tipuri de conexiuni grindă-stâlp.
O conexiune flexibilă, care se mai numește și o conexiune simplă sau prin pini, transferă forța de forfecare sau axială, dar nu momente.
O conexiune rigidă, care se mai numește și o conexiune rezistentă la moment sau o conexiune fixă, deplasează atât forfecarea, cât și momentul între piesele care sunt conectate.
Pentru îmbinări strâmbe, grinzi excentrice la stâlpi și conexiuni la inele stâlpilor, pot fi utilizate conexiuni simple.
Moment maxim de încovoiere
Când o forță exterioară este aplicată unei grinzi-coloană, determinând-o să se îndoaie și în cele din urmă să se rupă, atunci momentul încovoietor este cel mai mare.
Atunci când suporturile fixate sunt folosite pentru a susține o grindă continuă, momentele de agățare au loc la suporturile intermediare și momentele de afundare au loc la travee.
Foarte aproape de suporturile intermediare sunt punctele de contraflexura.
Este posibil ca punctul de moment maxim să fie acolo unde se aplică momentul primar mai mare.
Momente de proiectare și momente maxime
Momentele de proiectare sunt stabilite analizând cerințele codului și factorii de siguranță, în timp ce momentele maxime sunt stabilite analizând rezultatele unei analize.
La proiectarea momentelor, se iau în considerare multe lucruri, cum ar fi proprietățile materialului, factorii de siguranță și combinațiile de încărcare.
Momentele maxime iau în considerare doar sarcinile care sunt puse pe o structură, nu cerințele de siguranță sau cod.
Raportul de zveltețe
În inginerie civilă, raportul de zveltețe este raportul dintre lungimea unui stâlp și cea mai mică dimensiune laterală a acesteia.
Pentru a vă da seama, împărțiți lungimea efectivă a coloanei la raza de rotație.
Raportul de zveltețe este folosit pentru a afla cât de multă greutate poate suporta o coloană înainte de a se îndoi.
Dacă raportul de zveltețe este mai mic sau egal cu 12, coloanele sunt considerate scurte.
Dacă este mai mare de 12, coloanele sunt considerate lungi sau slabe.
Coloanele scurte sunt controlate de lungimea și lățimea lor, în timp ce coloanele lungi și subțiri sunt controlate de raporturile dintre lungime și lățime.
Îmbinări grindă/coloană
Sfat: activați butonul de subtitrare dacă aveți nevoie de el. Alegeți „traducere automată” în butonul de setări, dacă nu sunteți familiarizat cu limba vorbită. Poate fi necesar să faceți mai întâi clic pe limba videoclipului înainte ca limba preferată să devină disponibilă pentru traducere.
Utilizări stâlp de grinzi
Poduri:
Stâlpii de grinzi sunt adesea folosiți pentru a construi poduri, deoarece pot face față momentelor încovoietoare cauzate de greutatea vehiculelor, precum și forțelor laterale cauzate de vânt și cutremure.
Ele pot fi, de asemenea, făcute pentru a se potrivi diferitelor trave și sarcini, ceea ce le face o alegere bună atât pentru poduri cu deschidere scurtă, cât și pentru poduri lungi.
Clădiri mari și înalte:
Stâlpii de grinzi sunt adesea folosiți în clădirile înalte, deoarece pot susține greutăți mari și pot rezista forțelor vântului și cutremurelor.
Sunt grozave și pentru clădiri înalte, deoarece pot fi realizate cu lungimi și diametre diferite.
Acest lucru ajută la distribuirea mai uniformă a greutății și face clădirea mai stabilă în ansamblu.
Structuri industriale:
Deoarece pot susține echipamente și mașini grele, stâlpii de grinzi sunt adesea folosiți în clădiri industriale, cum ar fi fabrici și depozite.
În aceste tipuri de clădiri, stâlpii cu grinzi sunt adesea folosiți pentru a susține fermele de acoperiș și pentru a muta greutatea de la acoperiș la fundație.
Structuri de locuit:
Stâlpii cu grinzi sunt utilizați și în clădirile rezidențiale, în special pentru pereții și fundațiile subsolurilor.
Ele pot fi, de asemenea, folosite ca coloane de sprijin în planurile de etaj deschise pentru a ajuta la menținerea stabilă a etajelor superioare.
Proiecte de infrastructură:
Stâlpii cu grinzi sunt frecvent utilizați în proiecte de infrastructură, cum ar fi tuneluri, baraje și ziduri de sprijin.
În tuneluri, coloanele de grinzi susțin acoperișul și pereții.
În baraje, ele ajută la distribuirea uniformă a greutății apei pe structură.
Stâlpii grinzilor pot fi utilizați în pereții de sprijin pentru a opri forțele laterale cauzate de presiunea solului și de apă.
Concluzie
Pe măsură ce ne încheiem privirea asupra stâlpilor de grinzi, este clar că aceste părți ale clădirii sunt foarte importante în lumea ingineriei.
De la fundațiile clădirilor noastre până la drumurile care leagă orașele noastre, stâlpii cu grinzi oferă multor structuri pe care le folosim zilnic sprijinul și stabilitatea de care au nevoie.
Dar stâlpii grinzilor sunt, de asemenea, interesante pentru că ne oferă o privire unică asupra modului în care forma și funcția funcționează împreună.
Modul în care este realizat și instalat un stâlp de grinzi poate avea un efect mare asupra modului în care arată și se simte o clădire în ansamblu.
Din acest motiv, ne putem gândi la stâlpii de grinzi nu numai ca instrumente utile, ci și ca o parte importantă a ingineriei ca artă și știință.
Așa că data viitoare când treceți pe lângă un zgârie-nori sau treceți un pod, acordați-vă un moment pentru a aprecia coloana simplă a fasciculului care face totul posibil.
Link-uri și referințe
Introducere în proiectarea stâlpilor de oțel sau a elementelor de compresie
Detaliu clădire cu oțel
Utilizarea structurală a betonului
Distribuie pe…
