Tērauda stieņi: veidi, strukturālās funkcijas un dizaina apsvērumi

Ievads

Tērauda čaulas ir viens no svarīgākajiem sekundārajiem konstrukcijas elementiem mūsdienu tērauda ēkās. Uzstādīti starp primārajiem spārēm, tie nodrošina nepārtrauktu atbalstu jumta apšuvumam, vienlaikus droši pārnesot jumta slodzi uz galveno konstrukcijas rāmi. Lai gan tie neiztur ēkas primārās konstrukcijas slodzes, to konstrukcija tieši ietekmē jumta izturību, stingrību, izmantojamību un uzstādīšanas kvalitāti.

Mūsdienās auksti formētas tērauda čaulas tiek plaši izmantotas noliktavās, darbnīcās, lauksaimniecības ēkās, lidmašīnu angāros un komerciālās tērauda konstrukcijās. Salīdzinājumā ar tradicionālajām koka sloksnēm vai smagākām karsti velmētajām sekcijām tie piedāvā augstāku stiprības un svara attiecību, ātrāku uzstādīšanu un lielāku materiālu efektivitāti.

Šajā rakstā ir izskaidroti dažādi tērauda stieņu veidi, to strukturālās funkcijas, ražošanas process, dizaina apsvērumi, savienojuma metodes un izplatītākās inženiertehniskās problēmas, kas rodas tērauda ēku projektos.

1. Kas ir tērauda purlini?

Tērauda spāres ir sekundāras konstrukcijas detaļas, kas uzstādītas horizontāli starp blakus esošajiem jumta spārēm. To galvenais mērķis ir atbalstīt jumta materiālus un pārnest jumta slodzi uz primāro tērauda rāmi. Saliekamās tērauda ēkās čaulas veido stabilu karkasu, kas atbalsta metāla jumta loksnes, stāvšuvju jumta seguma sistēmas un izolētus sendvičpaneļus.

Atš Tie nodrošina arī nepārtrauktus jumta paneļu fiksācijas punktus un palīdz uzturēt jumta seguma sistēmas ģeometriju.

Lielākā daļa mūsdienu purlinu ir izgatavoti no cinkota auksti formēta tērauda. To vieglais svars, nemainīgie izmēri un augstā konstrukcijas efektivitāte padara tos piemērotus gan mazām industriālajām ēkām, gan lielām brīvlaiduma tērauda konstrukcijām.

Tērauda stieņu galvenās funkcijas

2. Tērauda purlinu strukturālās funkcijas

Lai gan purlini tiek klasificēti kā sekundārie konstrukcijas elementi, tie veic vairākas būtiskas konstrukcijas funkcijas, kas ietekmē visas jumta seguma sistēmas veiktspēju un izturību. Pareizi izstrādāts čaulas izkārtojums uzlabo slodzes sadalījumu, palielina jumta stingrību un nodrošina drošu atbalstu jumta apšuvumam visā ēkas ekspluatācijas laikā.

Atbalsta jumta apšuvums

Tērauda stieņu galvenā funkcija ir atbalstīt jumta apšuvuma sistēmas. Izstiepjoties starp blakus esošajiem spārēm, tie samazina jumta paneļu neatbalstīto attālumu un nodrošina drošus fiksācijas punktus gofrētām tērauda loksnēm, stāvu šuvju jumtiem un izolēti sendvičpaneļi.

Izolētām tērauda ēkām čaulas nodrošina arī pareizu jumta paneļu izlīdzināšanu un palīdz uzturēt jumta seguma sistēmas izturību pret laikapstākļiem un ilglaicīgu darbību.

Jumta kravu pārvietošana

Purlini darbojas kā starpposma konstrukcijas elementi jumta slodzes trajektorijā. Tā vietā, lai nestu slodzes tieši uz pamatiem, tie pārnes spēkus no jumta seguma uz primārajām spārēm, kas pēc tam nodod slodzes caur kolonnām uz ēkas pamatiem.

Tipiskas jumta slodzes ietver:

Dedslodze no jumta seguma materiāliem un izolācijas

Jumta apkopes laikā radušās dzīvās slodzes

Vēja pacēlums, kas iedarbojas uz jumta virsmu

Sniega slodzes aukstajos reģionos

Šo slogošanas apstākļu kombinācija nosaka nepieciešamo sekcijas izmēru, atstarpi un sliežu konstrukciju jaudu.

Jumta stabilitātes uzlabošana

Papildus jumta paneļu atbalstam tērauda loksnes veicina jumta karkasa sistēmas kopējo stingrību. Pareizi savienotie zari sadala lokālās slodzes, samazina jumta deformāciju un nodrošina jumta konstrukcijas sānu ierobežošanu.

Gara laiduma ēkām stieņi darbojas kopā ar sastinguma stieņiem un jumta stiprinājumu sistēmām, lai samazinātu sānu nobīdi un uzlabotu konstrukcijas stabilitāti vēja un ekspluatācijas slodzes apstākļos.

Materiālu patēriņa samazināšana

Efektīvs čaulas izkārtojums ļauj vienmērīgāk sadalīt jumta slodzi pa primāro rāmi. Tas uzlabo konstrukcijas efektivitāti un var samazināt ēkai nepieciešamo primāro konstrukcijas elementu izmēru vai daudzumu.

Optimizējot starpsienu atstatumu un sekciju izvēli, inženieri var panākt līdzsvaru starp konstrukcijas veiktspēju, materiālu patēriņu un būvniecības izmaksām.

3. Tērauda purlinu veidi

Spoles šķērsgriezuma forma tieši ietekmē tā konstrukcijas veiktspēju, materiālu efektivitāti un uzstādīšanas metodi. Mūsdienu tērauda ēkas galvenokārt izmantoauksti formētas tērauda sekcijas, kas tiek ražoti, nepārtraukti velmējot cinkota tērauda ruļļos noteiktos profilos.

Salīdzinājumā ar tradicionālajiem karsti velmētajiem kanāliem, auksti formētie čaulas nodrošina lielāku stiprības un svara attiecību, vienlaikus samazinot transportēšanas izmaksas un vienkāršojot uzstādīšanu. ŠodienC purlinsunZ purlinsir divi visplašāk izmantotie profili tērauda ēku konstrukcijās, savukārtSigma purlinsparasti ir rezervēti projektiem, kuriem nepieciešama lielāka strukturālā efektivitāte.

C Purlins

C zariem ir simetrisks šķērsgriezums, un abi atloki ir vērsti vienā virzienā. To vienkāršā ģeometrija ļauj tos viegli ražot, transportēt un uzstādīt, padarot tos par izplatītu izvēli mazām un vidēja laiduma ēkām.

Tā kā C zari nevar pārklāties atbalsta punktos, tie parasti tiek uzstādīti kā atsevišķi elementi. Tos bieži izmanto ēkās, kur jumtu laidumi ir salīdzinoši īsi un konstrukcijas nepārtrauktība nav galvenā prasība.

Tipiski lietojumi ietver:

• Mazas noliktavas
• Semināri
• Lauksaimniecības ēkas
• Noliktavas nojumes
• Jumta malu elementi

Priekšrocības

• Vienkārša šķērsgriezuma forma
• Vienkārša izgatavošana un uzstādīšana
• Zemākas ražošanas izmaksas
• Piemērots īsa laiduma jumtiem

Ierobežojumi

• Pie balstiem nevar aplocīt
• Zemāka konstrukcijas efektivitāte garos laidumos
• Lielāks tērauda patēriņš, ja to izmanto lielās ēkās

Z Purlins

Z stieņi ir visbiežāk izmantotais profils mūsdienu tērauda ēkās, jo tie piedāvā lielāku konstrukcijas efektivitāti nekā C sekcijas. To nobīdītā atloka dizains ļauj blakus esošajiem elementiem pārklāties atbalsta vietās, radot nepārtrauktu konstrukcijas sistēmu vairākos laidumos.

Šī nepārtrauktība samazina lieces momentus pie balstiem, vienmērīgāk sadala slodzes un uzlabo vispārējo konstrukcijas veiktspēju, būtiski nepalielinot tērauda patēriņu.

Šī iemesla dēļ Z spraugas tiek plaši izmantotasnoliktavas, rūpnīcas, loģistikas centri un lidmašīnu angāri, kur bieži sastopami garie jumtu laidumi.

Priekšrocības

Uzstādīšana, kas pārklājas, uzlabo nepārtrauktību

Labāka lieces veiktspēja vairākos laidumos

Mazāks materiālu patēriņš lielās ēkās

Ideāli piemērots liela laiduma jumtu sistēmām

Ierobežojumi

Nedaudz sarežģītāka uzstādīšana nekā C garenas

Nepieciešama precīza izlīdzināšana klēpja savienojumos

Kāpēc gariem jumtu laidumiem priekšroka tiek dota Z purliniem?

Viena no lielākajām Z purlinu priekšrocībām ir to formēšanas spējanepārtrauktas čaulas sistēmas.

Tā vietā, lai beigtos pie katras spāres, blakus esošās Z spāres pārklājas virs atbalsta, ļaujot sadalīt lieces spēkus starp vairākiem elementiem. Salīdzinot ar atsevišķi atbalstītām sekcijām, vienlaidus zariem parasti ir mazāki maksimālie lieces momenti un mazākas izlieces, kā rezultātā tērauds tiek izmantots efektīvāk.

Tāpēc lielās rūpnieciskās ēkās, izplatīšanas centros un lidmašīnu angāros reti tiek izmantotas atsevišķas C garenas visā jumtā. Tā vietā inženieri parasti nosaka pārsegtas Z garenas, lai panāktu labāku konstrukcijas veiktspēju, vienlaikus kontrolējot materiālu izmaksas.

Sigma Purlins

Sigma zariem ir sarežģītāka šķērsgriezuma ģeometrija ar vairākām salocītām malām, kas ievērojami palielina stingrību, būtiski nepalielinot svaru. To augstākais sekcijas modulis ļauj tiem izturēt lielāku lieces slodzi nekā parastajām C vai Z sekcijām ar līdzīgu dziļumu.

Lai gan Sigma purlini piedāvā izcilu strukturālo veiktspēju, to ražošana ir dārgāka, un tāpēc tos galvenokārt izmanto specializētos rūpnieciskos vai lieljaudas lietojumos.

Tipiski lietojumi ietver:

Smagās rūpniecības iekārtas

Lielas loģistikas ēkas

Ilgstošas ​​komercbūves

Augstas slodzes jumta sistēmas

Kopējo tērauda stieņu profilu salīdzinājums

4. Kā tiek ražoti tērauda purlini

Lielākā daļa mūsdienu tērauda ēkās izmantoto tērauda stieņu tiek ražoti nocinkotas auksti formētas tērauda spoles. Atšķirībā no karsti velmētajām strukturālajām sekcijām auksti formētas sloksnes tiek ražotas, pakāpeniski veidojot tērauda sloksnes, izmantojot virkni precīzu rullīšu, kas ļauj ražotājiem sasniegt precīzus izmērus, nemainīgu kvalitāti un efektīvu masveida ražošanu.

Aukstās formēšanas process ne tikai samazina materiālu atkritumus, bet arī ļauj izgatavot vieglas sekcijas ar izcilu strukturālo veiktspēju. Apvienojumā ar cinkotiem pārklājumiem aizsardzībai pret koroziju, auksti formētie purlini ir kļuvuši par standarta risinājumu noliktavām, darbnīcām, putnu novietnēm un citām saliekamām tērauda ēkām.

Izejvielu izvēle

Ražošana sākas ar cinkota tērauda ruļļiem ar noteiktu biezumu un tecēšanas robežu. Materiāla izvēle ir atkarīga no konstrukcijas prasībām, vides apstākļiem un projekta projektēšanas standartiem.

Kopējie parametri ietver:

Augstākas izturības tērauds ļauj plānākām sekcijām sasniegt nepieciešamo konstrukcijas jaudu, samazinot sekundārās karkasa sistēmas kopējo svaru.

Ruļļu formēšana

Ruļļu formēšanas laikā tērauda sloksne iziet cauri vairākiem formēšanas veltņu komplektiem. Katrs veltnis veic nelielu regulēšanu, līdz tiek iegūta galīgā šķērsgriezuma forma.

Atšķirībā no presēšanas lieces, velmēšana veido nepārtrauktas sekcijas ar nemainīgiem izmēriem un augstu ražošanas efektivitāti. Tas arī samazina deformāciju un palīdz saglabāt izmēru precizitāti ilgos ražošanas periodos.

Štancēšana un griešana

Pēc vēlamā profila izveidošanas automatizētā caurumošanas iekārta izveido skrūvju caurumus saskaņā ar inženiertehniskajiem rasējumiem. Pēc tam sekcijas tiek sagrieztas norādītajā garumā, izmantojot programmējamas griešanas sistēmas.

Precīza caurumu pozicionēšana ir būtiska, jo pat nelielas izmēru novirzes var ietekmēt izlīdzināšanu uzstādīšanas laikā un samazināt konstrukcijas efektivitāti.

Virsmas aizsardzība

Vairums auksti formētu čaulu tiek ražotas no iepriekš cinkota tērauda ruļļiem, nodrošinotaizsardzība pret korozijuuzreiz pēc formēšanas. Agresīvākā vidē atkarībā no projekta prasībām var tikt noteiktas papildu aizsardzības sistēmas.

Tipiskas pārklājuma iespējas ietver:

Atbilstošā pretkorozijas aizsardzības sistēma jāizvēlas atbilstoši ēkas videi, paredzamajam kalpošanas laikam un piemērojamajiem projektēšanas standartiem.

Kvalitātes pārbaude

Pirms nosūtīšanas gatavās čaulas tiek pārbaudītas, lai pārliecinātos, ka izmēri, caurumu atrašanās vietas, sekcijas ģeometrija un pārklājuma kvalitāte atbilst projekta specifikācijām.

Tipiski pārbaudes priekšmeti ietver:

• Sekcijas izmēri
• Garuma pielaide
• Attālums starp caurumiem
• Taisnīgums
• Cinkota pārklājuma stāvoklis
• Virsmas defekti

Konsekventa kvalitātes kontrole palīdz samazināt uzstādīšanas kļūdas uz vietas un nodrošina, ka sekundārā karkasa sistēma darbojas kā paredzēts visā ēkas kalpošanas laikā.

5. Tērauda stieņu konstrukcijas apsvērumi

Pareiza čaulas profila izvēle ir tikai viena daļa no projektēšanas procesa. Inženieriem arī jānosaka atbilstošais laidums, atstatums, konstrukcijas kapacitāte un stiprinājumu izvietojums, lai nodrošinātu jumta sistēmas drošu darbību visā tās kalpošanas laikā.

Šie faktori ir cieši saistīti. Viena konstrukcijas parametra maiņa bieži ietekmē citus, tāpēc spārnas vienmēr jāprojektē kā daļa no visas jumta sistēmas, nevis kā atsevišķi elementi.

Laipnes garums

Laiuma garums attiecas uz attālumu starp blakus esošajiem spārēm, kas atbalsta spāres. Palielinoties šim attālumam, palielinās arī lieces momenti un novirze, kas prasa vai nu lielākus čaulas sekcijas, vai arī tuvākas atstarpes.

Tā vietā, lai vienkārši izvēlētos dziļāko pieejamo sekciju, inženieri parasti līdzsvaro sekcijas izmēru, atstatumu un materiālu izmaksas, lai panāktu visekonomiskāko risinājumu.

Gara laiduma industriālajām ēkām bieži vien priekšroka tiek dota nepārtrauktām Z lokām, jo ​​savienojumi, kas pārklājas, uzlabo slodzes sadalījumu un samazina maksimālos lieces spriegumus.

Atstatums starp purliniem

Atstatumu starp zariem nosaka gan stieņu konstrukcijas kapacitāte, gan jumta seguma materiāla stiepes spēja.

Ja atstatums ir pārāk liels, jumta paneļiem var rasties pārmērīga deformācija, eļļas konservēšanas vai stiprināšanas problēmas. Ja attālums ir nevajadzīgi mazs, papildu tērauds palielina projekta izmaksas, nesniedzot proporcionālus strukturālus ieguvumus.

Tipiski atstatumi atšķiras atkarībā no jumta seguma sistēmas, projektēšanas slodzēm un projekta prasībām, tādēļ inženiertehniskie aprēķini ir būtiski svarīgi, nevis paļauties uz fiksētiem izmēriem.

Piezīme:Nav neviena universāla atstatuma, kas būtu piemērots katram projektam. Projektēšanas laikā vienmēr jāņem vērā vietējie būvnormatīvi, jumta paneļu specifikācijas un vides slodzes.

Jumta slodzes

Tērauda stieņi ir izstrādāti tā, lai visā ēkas kalpošanas laikā izturētu vairākus slodzes apstākļus.

Projektēšanas kodi nosaka, ka inženieriem ir jānovērtē dažādas slodzes kombinācijas, nevis jāapsver katra slodze atsevišķi. Daudzos reģionos vēja pacēlums var ietekmēt dizainu pat tad, ja sniega slodze ir salīdzinoši zema.

Izlieces kontrole

Strukturālā izturība vien negarantē labu jumta veiktspēju. Pat tad, ja stienis spēj izturēt vajadzīgās slodzes, pārmērīga izliece var radīt drenāžas problēmas, nelīdzenas jumta virsmas vai grūtības, uzstādot jumta paneļus.

Šī iemesla dēļ tērauda ēku projektēšanas standartos ir noteiktas pieļaujamās novirzes robežas, lai nodrošinātu jumta seguma sistēmas funkcionalitāti normālos ekspluatācijas apstākļos.

Izlieces kontrole palīdz arī saglabāt gatavā jumta izskatu un samazina nevajadzīgu slodzi uz jumta seguma stiprinājumiem un savienojumiem.

Sānu stabilitāte

Tā kā auksti formētajām zarām ir salīdzinoši plānas sienas, tās ir vairāk pakļautas sānu vērpes izliekumam nekā smagākas karsti velmētas sekcijas.

Lai uzlabotu stabilitāti, čaulas paļaujas uz jumta paneļu, savienojuma detaļu un papildu stiprinājumu elementiem. Šīs sastāvdaļas darbojas kopā, lai ierobežotu sānu kustību un palīdzētu spārniem saglabāt savu strukturālo jaudu zem slodzes.

Tāpēc pareiza uzstādīšana ir tikpat svarīga kā pareiza sekcijas izmēra izvēle.

Sag stieņi un tilti

Vidēja un liela laiduma jumtu sistēmās inženieri bieži uzstādasag stieņivaipārejas locekļistarp blakus esošajām žagarām. Lai gan šie komponenti iztur tikai nelielu jumta slodzes daļu, tie ievērojami uzlabo spārnu sistēmas darbību.

To primārās funkcijas ietver:

Uzstādīšanas laikā blakus esošo spārnu izlīdzināšanas uzturēšana

Sānu aiztures nodrošināšana, lai samazinātu izliekšanās risku

Slodzes sadales uzlabošana starp blakus esošajiem zariem

Jumta karkasa sistēmas kopējās stingrības palielināšana

Stieņus nedrīkst uzskatīt par primārajiem nesošajiem elementiem. Tā vietā tie kalpo kā stabilizējoši elementi, kas palīdz spārnu sistēmai darboties, kā paredzēts gan būvniecības, gan ekspluatācijas apstākļos.

Nepārtrauktas un vienkārši atbalstītas purlinu sistēmas

Viens no svarīgiem apsvērumiem mūsdienu tērauda ēku projektēšanā ir tas, vai čaulas ir uzstādītas kāvienkārši atbalstīja biedrusvai kānepārtraukti dalībnieki.

Vienkārši atbalstīta spārna stiepjas starp diviem spārēm un neatkarīgi nodod kravas. Turpretim nepārtrauktas Z stiebru loksnes pārklājas atbalsta vietās, ļaujot blakus esošajiem laidumiem darboties kopā kā nepārtrauktai konstrukcijas sistēmai.

Salīdzinot ar vienkārši atbalstītiem pasākumiem, nepārtrauktas sistēmas parasti nodrošina:

• Samaziniet maksimālos lieces momentus
• Samazināta novirze
• Vienmērīgāks slodzes sadalījums
• Labāka materiālu efektivitāte

Šī iemesla dēļ nepārtrauktas Z stieņu sistēmas ir kļuvušas par vēlamo risinājumu daudzām noliktavām, rūpnīcām un citām tērauda ēkām ar lielu laidumu.

6. Tērauda purlin savienojuma metodes

Pareizi savienojumi ir būtiski, lai nodrošinātu, ka tērauda loksnes darbojas kā paredzēts. Pat ja ir izvēlēts pareizais sekcijas izmērs, sliktas savienojuma detaļas vai neprecīza uzstādīšana var samazināt konstrukcijas efektivitāti un palielināt pārmērīgas deformācijas vai nestabilitātes risku.

Savienojuma metode jāizvēlas atbilstoši spārnu profilam, jumta izkārtojumam un konstrukcijas projektēšanas prasībām.

Izplatītas tērauda stieņu savienošanas metodes.

Skrūvju savienojumi

Skrūvju savienojumi ir standarta metode tērauda spārnu piestiprināšanai pie spārēm. Salīdzinot ar lauka metināšanu, pieskrūvētie mezgli nodrošina ātrāku uzstādīšanu, vieglāku nomaiņu un vienmērīgāku konstrukcijas kvalitāti.

Lielākajā daļā saliekamo tērauda ēku tiek izmantotas cinkotas augstas stiprības skrūves kopā ar savienojuma plāksnēm, lai vienkāršotu montāžu uz vietas.

Pārklātie savienojumi

Viena no Z spraudņu iezīmēm ir to spēja pārklājas atbalsta vietās. Tā vietā, lai beigtos pie katras spāres, blakus esošajām spārēm ir kopīgs balsts un tās ir savienotas ar skrūvēm, veidojot nepārtrauktu konstrukcijas sistēmu.

Pareizs loka garums un skrūvju izvietojums ir būtiski, lai sasniegtu konstrukcijas aprēķinos pieņemto strukturālo nepārtrauktību.

Klupu savienojumi

Kronšteini ir tērauda kronšteini, kas savieno zarus ar primāro konstrukcijas rāmi. To izmēri, biezums un bultskrūvju konfigurācija ir izstrādāta tā, lai tie atbilstu spārnu profilam un nesošajai spārei.

Labi izstrādāti skavas savienojumi vienkāršo uzstādīšanu, vienlaikus saglabājot precīzu izlīdzināšanu pāri jumtam.

Sag Rod savienojumi

Sag stieņi ir uzstādīti starp blakus esošajiem stieņiem, lai uzlabotu sānu stabilitāti un saglabātu izlīdzināšanu. Lai gan tie nav primārie nesošie elementi, to savienojuma detaļām jāatbilst konstrukcijas rasējumiem, lai nodrošinātu, ka tie nodrošina efektīvu aizturi ekspluatācijas apstākļos.

Nepareiza noliekšanās stieņa uzstādīšana var samazināt stieņu sistēmas stabilitāti, īpaši liela laiduma jumtos.

Secinājums

Tērauda čaulas ir būtiska mūsdienu tērauda jumtu sistēmu sastāvdaļa. Atbalstot jumta apšuvumu, pārnesot konstrukcijas slodzes un uzlabojot jumta stabilitāti, tie tieši veicina tērauda ēku izturību, izturību un konstrukcijas efektivitāti.

Jumta sistēmas veiktspējas nodrošināšanā svarīga loma ir piemērota čaulas profila izvēlei, piemērotu atstatumu noteikšanai un uzticamu savienojuma detaļu projektēšanai. Tādi faktori kā laiduma garums, slodzes apstākļi, stiprinājuma prasības un aizsardzība pret koroziju jāapsver kopā, lai panāktu drošu un ekonomisku dizainu.

Neatkarīgi no tā, vai tās tiek izmantotas noliktavās, darbnīcās, putnu novietnēs vai lidmašīnu angāros, pareizi izstrādātas tērauda loksnes palīdz radīt izturīgas jumta konstrukcijas, kas spēj nodrošināt ilgtermiņa konstrukcijas veiktspēju ar efektīvu materiālu izmantošanu.