SteelConstruction.info
On december 27, 2021 by adminDenne artikel omhandler momentmodstandsdygtige forbindelser, som anvendes ved konstruktion af bygninger i én og flere etager, hvor der anvendes gennemgående rammer.
Artiklen behandler de typer af momentmodstandsdygtige forbindelser, der er de mest almindeligt anvendte. Brugen af standardforbindelser til bjælke-til-søjle- og bjælke-til-bjælke-forbindelser behandles, og der gives en oversigt over designprocedurerne, baseret på Eurocode 3. Både boltede og svejsede forbindelser tages i betragtning. Søjlespænd og søjlefødder præsenteres også.
Typer af momentmodstandsdygtige forbindelser
Momentmodstandsdygtige forbindelser anvendes i uforankrede bygninger i flere etager og i portalskeletbygninger i én etage. Forbindelser i fleretagersrammer er oftest boltede, endepladeforbindelser i fuld dybde eller udvidede endepladeforbindelser. Hvis der er behov for en dybere forbindelse for at give boltene en større løftestangsarm, kan der anvendes en udhulet forbindelse. Da der vil være ekstra fabrikationsomkostninger forbundet hermed, bør denne situation dog så vidt muligt undgås.
For portalrammekonstruktioner anvendes der næsten altid skråstykkeformede momentmodstandsdygtige forbindelser ved tagskægget og spidsen af en ramme, da skråstykkeforbindelsen ud over at give øget forbindelsesmodstand øger spærets modstandskraft.
De mest almindeligt anvendte momentmodstandsdygtige forbindelser er boltede endepladeforbindelser mellem bjælke og søjle; disse er vist i nedenstående figur.
-
Fuld dybde endeplade
-
Udvidet endeplade
-
Stivet forlænget endeplade
-
Spændt bjælke
I stedet for bjælke med bolte-til søjle-forbindelser, kan der anvendes svejsede forbindelser. Disse forbindelser kan give fuld momentkontinuitet, men er dyre at fremstille, især på stedet. Svejste bjælke-til-søjle-forbindelser kan forberedes på fabrikationsværkstedet med en boltet splejsforbindelse inden for bjælkespammet, i en position med et lavere bøjningsmoment. Svejste forbindelser anvendes også til opførelse af bygninger i seismiske områder.
Andre typer momentmodstandsdygtige forbindelser omfatter:
- Splejsninger i søjler og bjælker, herunder spidsforbindelser i portalrammer, og
- Søjlebaser.
Et aspekt, der ikke er behandlet i denne artikel, er svejsede samlinger mellem hule profiler. Der findes dog vejledning om design af svejste samlinger for Celsius®355- og Hybox®355-hulprofiler hos Tata Steel.
Klassificering af samlinger
Design af samlinger i stålkonstruktioner i Storbritannien er omfattet af BS EN 1993-1-8 og dens nationale bilag.
BS EN 1993-1-8 kræver, at samlinger klassificeres efter stivhed (som stive, halvstive eller nominelt fastgjorte) eller efter styrke (som fuld styrke, delvis styrke eller nominelt fastgjorte). Stivhedsklassificeringen er relevant for elastisk analyse af rammer, mens styrkeklassificeringen er relevant for rammer, der analyseres plastisk. Standarden definerer ledmodeller som enkle, halvkontinuerlige eller kontinuerlige, afhængigt af stivhed og styrke. Momentmodstandsdygtige samlinger vil normalt være stive og enten fuldt ud eller delvist stærke, og samlingerne er derfor enten kontinuerlige eller halvkontinuerlige.
I de fleste situationer vil det være hensigten med konstruktionen, at momentmodstandsdygtige samlinger er stive og modelleres som sådan i rammeanalysen. Hvis leddene faktisk er halvstive, skal der tages hensyn til leddets adfærd i rammeanalysen, men UK NA fraråder denne fremgangsmåde, indtil der er indhøstet erfaringer med den numeriske metode til beregning af rotationsstivhed.
Klausul 5.2.2.2.1(2) i BS EN 1993-1-8 bemærker, at en samling kan klassificeres på grundlag af eksperimentelle beviser, erfaring med tidligere tilfredsstillende ydeevne i lignende tilfælde eller ved beregninger baseret på prøvningsbeviser.
Det britiske nationale bilag giver yderligere præcisering, og i NA.2.6 bemærker, at forbindelser, der er konstrueret i overensstemmelse med SCI P207. (BS 5950-versionen af Green Book om momentforbindelser) kan klassificeres i overensstemmelse med anbefalingerne i denne publikation.
SCI P207 er blevet opdateret for at tage hensyn til BS EN 1993-1-8 og er blevet genudgivet som SCI P398 .
Klassificering af stive samlinger
Velproportionerede forbindelser, der følger anbefalingerne for standardisering i SCI P398 og kun er konstrueret for styrke, kan generelt antages at være stive for samlinger i portalrammer i etagebygninger. For uforankrede rammer i flere etager er rotationsstivhed af afgørende betydning for fastlæggelsen af rammens stabilitet. Konstruktøren skal derfor enten vurdere forbindelsernes stivhed (i overensstemmelse med BS EN 1993-1-8) og tage højde for dette i rammekonstruktionen og vurderingen af rammens stabilitet eller, hvis der er antaget stive samlinger i rammeanalysen, sikre, at forbindelsernes konstruktion svarer til denne antagelse. For en endepladeforbindelse kan det antages, at forbindelsen er stiv, hvis begge følgende krav er opfyldt:
- Der anvendes relativt tykke endeplader og eventuelt en stivgjort søjleflange
- Søjlevævspanelets forskydningskraft overstiger ikke 80 % af den konstruktionsmæssige forskydningsmodstand. Hvis dette ikke er muligt, bør der anvendes en stærkere søjle, eller der bør tilvejebringes en passende forstærkning.
Hvis der ikke kan antages en stiv samling, bør samlingen antages at være “halvstiv”, og der bør tages hensyn til samlingernes fleksibilitet ved vurderingen af rammens stabilitet.
Omkostninger
Momentmodstandsdygtige samlinger er altid dyrere at fremstille end simple (kun forskydnings) forbindelser . Selv om materialeomkostningerne for komponenterne i forbindelsen (pladerne, boltene osv.) måske ikke er væsentlige, kræver momentmodstandsdygtige samlinger generelt mere svejsning end andre forbindelser. Svejsning er en dyr operation og indebærer også inspektion efter færdiggørelse af svejsningerne.
Lokal forstærkning medfører yderligere udgifter: Forøgelse af hovedelementernes modstandskraft bør altid overvejes som et omkostningseffektivt alternativ. Lokal forstærkning gør ofte forbindelserne til den mindre akse vanskeligere at opnå, hvilket tilføjer yderligere omkostninger.
Hæfter involverer en stor mængde svejsning og er derfor dyre. Når de anvendes til at øge elementets modstandsdygtighed, f.eks. i et spær i en portalramme, er det berettiget at anvende dem, men spær kan være et dyrt alternativ, hvis de kun anvendes for at gøre en boltforbindelse mulig.
Standardforbindelser
Og selv om der ikke findes nogen standard momentmodstandsdygtige forbindelser, er principperne om standardisering fortsat vigtige for strukturel effektivitet, omkostningseffektiv konstruktion og sikkerhed. Følgende vejledning anbefales generelt, i det mindste til indledende konstruktionsformål:
- M20 eller M24 egenskabsklasse 8.8 bolte, fuldt gevind
- Bolte med 90 eller 100 mm tværcenter (“gauge”)
- Bolte med 90 mm lodret center (“pitch”)
- S275- eller S355-fittings (endeplader, splejseplader og stivgørere)
- 20 mm endeplader med M20-bolte; 25 mm endeplader med M24-bolte.
Boltede samlinger mellem bjælke og søjle
Boltede endepladeforbindelser mellem bjælker og søjler med I-profil eller H-profil som vist i nedenstående figur er konstrueret ved hjælp af den fremgangsmåde, der er beskrevet i BS EN 1993-1-8. Boltede endepladesamlinger og spidsforbindelser, som anvender lignende designprocedurer, er behandlet i afsnittet om samlinger.
Designgrundlag
Modstanden i en boltet endepladeforbindelse leveres af en kombination af spændingskræfter i boltene ved siden af den ene flange og kompressionskræfter i lejer ved den anden flange. Medmindre der er en aksial kraft i bjælken, er de samlede træk- og kompressionskræfter lige store og modsatrettede. Lodret forskydning modvirkes af bolte i leje og forskydning; det antages normalt, at kraften hovedsagelig modvirkes af bolte ved siden af trykflangen. Disse kræfter er illustreret diagrammatisk i figuren til højre.
I den ultimative grænsetilstand er rotationscentret ved eller nær kompressionsflangen, og for at forenkle konstruktionen kan det antages, at kompressionsmodstanden er koncentreret på højde med flangens centrum.
Boltrækken længst væk fra kompressionsflangen vil have tendens til at tiltrække den største trækkraft, og designpraksis har tidligere været at antage en “trekantet” fordeling af kræfterne i forhold til afstanden fra bundflangen. Hvis enten søjleflangen eller endepladen er tilstrækkelig fleksibel (som defineret i NA.2.7 i UK NA) til, at der opnås duktil adfærd, kan de nederste rækkers fulde modstand anvendes (dette kaldes undertiden en “plastisk fordeling af boltrækkernes kræfter”).
- Kraftfordeling i boltene
-
Triangulær fordeling
-
“Plastisk” fordeling
Konstruktionsmetode
Den komplette konstruktionsmetode for en endepladeforbindelse er nødvendigvis en iterativ procedure: En konfiguration af bolte og om nødvendigt stivgørere vælges; denne konfigurations modstandsevne vurderes; konfigurationen ændres derefter for at opnå større modstandsevne eller større økonomi, alt efter hvad der er relevant; den reviderede konfiguration revurderes, indtil der opnås en tilfredsstillende løsning.
TREDJE 1 | Beregne de effektive trækmodstande for boltrækkerne. Dette indebærer beregning af modstanden for boltene, endepladen, søjleflangen, bjælkevæggen og søjlevæggen. Den effektive modstand for en række kan være den for rækken isoleret set eller som en del af en gruppe af rækker, eller den kan være begrænset af en “trekantet” fordeling fra kompressionsflange-niveau.
Konklusionen på dette trin er et sæt spændingsmodstande, en værdi for hver boltrække, og summen af alle boltrækker for at give den samlede modstand i spændingszonen. |
STEG 2 | Beregn modstanden i søjlevævets trykzone under hensyntagen til forskydningskraften i søjlevævet og bjælkeflangen. |
STEG 3 | Beregne forskydningsmodstanden i søjlevæggen. |
STEG 4 | Hvis den samlede trækmodstand overstiger trykmodstanden (trin 2) eller søjlevæggens forskydningsmodstand (trin 3), beregnes reducerede effektive trækmodstande for boltrækkerne, hvor det er nødvendigt for at sikre ligevægt.
Beregne momentmodstanden. Dette er summen af produkterne af boltrækkens kraft multipliceret med dens respektive løftestang, beregnet fra kompressionscentret. |
TREDJE 5 | Beregne boltrækkernes forskydningsmodstand. Modstanden tages som summen af den fulde forskydningsmodstand for den nederste række (eller rækker) af bolte (som ikke antages at modstå træk) og 28% af forskydningsmodstanden for boltene i trækzonen (idet det konservativt antages, at de udnyttes fuldt ud i træk). |
STEG 6 | Kontroller, om eventuelle stivgørere i konfigurationen er tilstrækkelige. |
STEG 7 | Kontroller, om svejsningerne i forbindelsen er tilstrækkelige. (Bemærk, at svejsestørrelser ikke er kritiske i de foregående trin).
Komponenter i kompression i direkte leje behøver kun en nominel svejsning, medmindre der skal tages hensyn til momentomvending. |
Vejledningen af modstanden for en svejset endepladeforbindelse under hensyntagen til hver af de komponenter, der udgør forbindelsen, er illustreret i figuren til højre og den tilhørende tabel nedenfor.
Zone | Ref | Komponent | Procedure |
---|---|---|---|
Spænding | a | Boltspænding | Stræk 1a |
b | Endplade bøjning | Stræk 1a | |
c | Søjleflange bøjning | Stræk 1a | |
d | Spænding af bjælkevæv | Stræk 1b | |
e | Spænding af søjlevæv | Stræk 1b | Stræk 1b |
f | Svejsning af flange til endeplade | Stræk 7 | |
g | Svejsning af bane til endeplade | Stræk 7 | |
Horisontal skæring | h | Søjlevævsplade skæring | Strin 3 |
Kompression | j | Bjælkeflange kompression | Strin 2 |
k | Svejsning af bjælkeflange | Strin 7 | |
I | Søjlevæv | Strin 2 | |
Vertikal forskydning | m | Stav til endeplade svejsning | Stræk 7 |
n | Boltskæring | Stræk 5 | |
p | Boltleje (plade eller flange) | Strin 5 |
De beregninger, der svarer til de ovennævnte konstruktionstrin, er beskrevet udførligt i SCI P398, afsnit 2.5.
Metoder til forstærkning
En omhyggelig udvælgelse af elementerne under projekteringen vil ofte gøre det muligt at undgå behovet for forstærkning af samlingen og vil føre til en mere omkostningseffektiv konstruktion. Nogle gange er der dog ikke noget alternativ til at forstærke en eller flere af forbindelseszonerne. De forskellige stivgørere, der kan anvendes, er vist i nedenstående figurer.
Arten af forstærkning skal vælges således, at den ikke kolliderer med andre komponenter ved forbindelsen. Dette er ofte et problem med konventionelle stivere, når sekundære bjælker forbindes med søjlevævet.
Der er normalt flere måder at forstærke hver zone på, og mange af dem kan bidrage til at afhjælpe en mangel på mere end ét område, som det fremgår af nedenstående tabel.
Type af søjleforstærkning | Mangelfuldhed | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Væv i træk | Flange i leje | Væv i tryk | Væv i forskydning | |||||
|
– | – | – | – | ||||
– | – | – | – | |||||
Supplementære webplader | – | – | – | – | ||||
Diagonale stivgørere (N & K) | – | – | – | |||||
Morris-stivgørere | – | – | – | – | – | |||
Flange bagplader | – |
Svejste bjælke-til søjleforbindelser
Hensigten med værkstedssvejset konstruktion er at sikre, at hovedforbindelserne mellem bjælke og søjle er udført i et fabriksmiljø og kan være stive samlinger med fuld styrke. For at opnå dette, samtidig med at stykkestørrelserne holdes små nok til transport, svejses korte stumper af bjælkeprofilen til søjlerne. Forbindelsen mellem stumpen og resten af bjælken sker normalt ved hjælp af en boltet dækpladeforbindelse. Bemærk, at der til de boltede samlinger bør anvendes forspændte boltsamlinger.
En typisk opstilling for en fleretagers bygning er vist i nedenstående figur.
Værkstedssvejste forbindelser
En typisk fabrikssvejset forbindelse, som vist på figuren til højre, består af en bjælkestump med kort sektion, der er fabriksvejset på søjleflangerne, og en tilspidset stump, der er svejset ind i søjlens inderprofil på den anden akse. Stubsektionerne er forberedt til boltning eller svejsning med dækplader, som regel på et sted, hvor bøjningsmomentet er reduceret.
Fordelene ved denne fremgangsmåde er:
- Effektive momentforbindelser med fuld styrke – al svejsning til søjlen udføres under kontrollerede forhold
- Arbejdstykket kan drejes for at undgå eller minimere positionssvejsning.
Ulemperne er:
- Mere forbindelser og dermed højere fremstillingsomkostninger
- Søjletræstubbene gør komponenten vanskelig at håndtere og transportere
- Bjælkesammenføjningerne skal boltes eller svejses i luften i en vis afstand fra søjlen
- Flangesammenføjningspladerne og boltene kan forstyrre nogle typer gulvbelægning, f.eks. præfabrikerede enheder eller metalbelægninger.
Praktiske overvejelser
Kontinuerlig filet svejsning er det sædvanlige valg for de fleste små og mellemstore bjælker med flanger op til 17 mm tykkelse. Mange stålværksentreprenører foretrækker dog at gå over til stumpsvejsning med delvis indtrængning med overlejrede fileter eller stumpsvejsning med fuld indtrængning i stedet for at bruge filetsvejsning større end 12 mm.
For at hjælpe med at give god adgang til svejsning under fremstillingen kan søjleskakterne monteres i specielle manipulatorer og drejes for at lette svejsning i en nedadvendt position til hver stump.
Konstruktionsmetode
I statisk bestemte rammer er en delvist stærk forbindelse, der er tilstrækkelig til at modstå konstruktionsmomentet, tilfredsstillende.Hvis rammen er statisk ubestemt, skal forbindelserne have tilstrækkelig duktilitet til at opveje enhver unøjagtighed i konstruktionsmomentet, der f.eks. skyldes ufuldkommenheder i rammen eller sætninger i understøtningerne. For at opnå dette skal svejsningerne i forbindelsen være udført med fuld styrke.
TREDSKAB 1 | Beregn designkræfterne i bjælkens træk- og trykflanger. Ved bestemmelse af disse kræfter kan der ikke tages hensyn til tilstedeværelsen af spændet. | |
STEG 2 | Beregne modstanden i trækzonen og kontrollere, om den er tilstrækkelig. Hvis modstanden for en ustivet søjle er utilstrækkelig, bestemmes modstanden for en stivet søjle, og det kontrolleres, om den er tilstrækkelig. Der vil normalt være behov for søjleflangeforstærkninger. | |
STEG 3 | Beregne modstanden i kompressionszonen og kontrollere, om den er tilstrækkelig. Hvis modstanden for en uforstærket søjle er utilstrækkelig, bestemmes modstanden for en stivet søjle, og det kontrolleres, om den er tilstrækkelig. | |
STRUP 4 | Kontroller, om søjlevævspanelet er tilstrækkeligt i forskydning. Hvis det ustivede panel er utilstrækkeligt, kan det stives som ved en endepladeforbindelse. | |
TREDJE 5 | Kontrollér, om svejsningerne til flangerne og spantet er tilstrækkelige. |
Verifikation af modstandsdygtigheden af en svejset forbindelse mellem bjælke og søjle under hensyntagen til hver af de komponenter, der udgør forbindelsen, er illustreret i figuren til højre og opført i den medfølgende tabel nedenfor.
Zone | Ref | Komponent | Procedure |
---|---|---|---|
Spænding | a | Bjælkeflange | Stræk 2 |
b | Søjlevæv | Stræk 2 | |
Kompression | c | Bjælkeflange | Strin 3 |
d | Søjlestang | Strin 3 | |
Søjlestang | Strin 3 | ||
Horisontal forskydning | e | Søjlevæv panelforskydning | Stræk 4 |
Skilte | f, g | Svejsning af flanger | Strin 5 |
h | Svævsvejsning | Strin 5 |
De beregninger, der svarer til ovenstående konstruktionstrin, er beskrevet udførligt i SCI P398, afsnit 3.4.
Sammenføjninger
Designet af bjælke- og søjlesammenføjninger mellem H- eller I-profiler, der er udsat for bøjningsmoment, aksialkraft og tværgående forskydningskraft, omfatter følgende typer af samlinger:
- Boltede dækpladesammenføjninger
- Boltede endepladesammenføjninger
- Svejste sammenføjninger.
Designet af boltede søjlesamlinger, der er udsat for fremherskende trykkræfter, er behandlet i artiklen om simple forbindelser og mere detaljeret i SCI P358 .
Skolede dækpladespalte
Forbindelsesdetaljer
Typiske boltede dækpladespaltearrangementer er vist i figuren.
I en bjælkespalte er der et lille mellemrum mellem de to bjælkeender. For små bjælkeprofiler kan det være tilstrækkeligt med enkelte dækplader for flangerne og bjælkelaget. For symmetriske tværsnit anvendes normalt en symmetrisk anordning af dækplader, uanset de relative størrelser af de konstruktionsmæssige kræfter i flangerne.
Søjlesammenføjninger kan enten være af bærende eller ikke-bærende type. Konstruktionsvejledning for søjlesammenføjninger af bærende type findes i SCI P358. Ikke-bærende søjlesammenføjninger kan anbringes og konstrueres som for bjælkesammenføjninger.
Konstruktionsgrundlag
En bjælkesammenføjning (eller en ikke-bærende søjlesammenføjning) modstår det sameksisterende konstruktionsmoment, den aksiale kraft og forskydning i bjælken ved en kombination af træk- og kompressionskræfter i flangeafdækningspladerne og forskydnings-, bøjnings- og aksialkraft i baneafdækningspladerne.
For at opnå en stiv samlingsklassifikation skal forbindelserne konstrueres som skridsikre forbindelser. Det er normalt kun nødvendigt at tilvejebringe skridsikkerhed ved SLS (kategori B i henhold til BS EN 1993-1-8, 3.4.1), selv om der, hvis der kræves en stiv forbindelse ved ULS, skal der tilvejebringes skridsikkerhed ved ULS (kategori C-forbindelse).
I elastisk analyserede konstruktioner kræves det ikke, at boltede dækpladesamlinger giver bjælkesektionen fuld styrke, men kun tilstrækkelig modstand mod de dimensionerende momenter og kræfter på samlingsstedet. Bemærk dog, at der skal tages hensyn til et konstruktionsbøjningsmoment omkring sektionens lille akse, som repræsenterer andenordensvirkninger, når samlinger er placeret i et element væk fra en position med sidebegrænsning.
Stivhed og kontinuitet
Samlinger skal have tilstrækkelig kontinuitet omkring begge akser. Flangepladerne bør derfor mindst have samme bredde og tykkelse som bjælkeflangerne og bør strække sig over en afstand, der mindst svarer til flangebredden eller 225 mm, på begge sider af sammenføjningen. Minimumskrav til styrke er angivet i BS EN 1993-1-8, punkt 6.2.7.1 (13) og (14). Konstruktører bør også se SCI Advisory Desk note AD393.
Konstruktionsmetode
Designprocessen for en bjælkeskifte omfatter valget af størrelsen af dækplader og den konfiguration af bolte, der vil give tilstrækkelig konstruktionsmodstandsdygtighed for samlingen. Processen har en række forskellige trin, som er skitseret nedenfor.
Trin 1 | Beregn designspændings- og kompressionskræfterne i de to flanger som følge af bøjningsmomentet og den aksiale kraft (hvis der er nogen) på splejsningens placering. Disse kræfter kan bestemmes på grundlag af en elastisk spændingsfordeling i bjælkeprofilet eller, konservativt set, ved at se bort fra banens bidrag.
Beregne forskydningskræfterne, de aksiale kræfter og bøjningsmomentet i banens dækplader. Bøjningsmomentet i dækpladerne er den del af momentet på hele sektionen, som bæres af bjælkevævet (uanset en eventuel konservativ omfordeling til flangerne – se BS EN 1993-1-8, 6.2.7.1(16)) plus det moment, der skyldes excentriciteten af den boltgruppe, der modstår forskydning fra samlingens midterlinje. |
STEG 2 | Bestem boltmodstandene og verificere deres tilstrækkelighed i flangerne og i spændet. |
STEG 3 | Verificere, at spændingsflangen ved splejsningen og dækpladerne er tilstrækkelige. |
STEG 4 | Kontrollér, at trykflangen er tilstrækkelig ved splejsningen og dækpladerne. |
STEG 5 | Sørg for, at der er en minimumsmodstand for kontinuitet af bjælken. |
Ovenstående trin indebærer bestemmelse af modstandsværdierne for 11 forskellige komponenter i en boltet splejsning, som illustreret i figuren til højre og opført i den medfølgende tabel nedenfor.
Zone | Ref | Komponent | Stræk | |
---|---|---|---|---|
Spænding | a | Flangeafdækningsplade(r) | 3 | |
b | Bolt skære | 2 | ||
c | Boltleje | 2 | ||
d | Flange | 3 | ||
Kompression | e | Flange | 4 | |
f | Dækplade(r) | 4 | ||
g | Boltskæring | 2 | ||
h | Boltleje | 2 | ||
Skær | j | Boltdækselplade(r) | 1 | |
k | Boltskæring | 1 | ||
l | Boltleje | 1 |
De beregninger, der svarer til ovenstående konstruktionstrin, er beskrevet i detaljer i SCI P398, afsnit 4.2.
Boltede endepladespalte
Forbindelsesdetaljer
Boltede endepladeforbindelser, som splejsninger eller som spidsforbindelser i portalrammer, er i praksis bjælkesiden af bjælke-til-stolpe-forbindelserne, spejlvendt for at danne et par. Denne form for forbindelse har den fordel i forhold til dækpladetypen, at forspændte bolte (og den deraf følgende nødvendige forberedelse af kontaktfladerne) ikke er påkrævet. De er dog mindre stive end dækpladeforbindelser.
Den såkaldte “portal apex haunch”-forbindelse anvendes regelmæssigt i portalrammer i én etage og antages almindeligvis at være “stiv” med henblik på elastisk global analyse.
Konstruktionsmetode
Designmetoden er i det væsentlige den samme som den, der er beskrevet for bjælke-til-stolpe-forbindelser, idet man udelader vurderingen af søjlemodstandene. De relevante trin og de tilsvarende beregninger er beskrevet i SCI P398, afsnit 4.3.
Momentforbindelser mellem bjælker og bjælker
Forbindelsesdetaljer
Bjælker-forbindelser mellem bjælker og bjælker udføres normalt ved hjælp af endepladeforbindelser med ikke-forspændte bolte; typiske detaljer er vist i figuren nedenfor. Der kan anvendes ikke-forspændte bolte, når der kun er endeplader, men når der også anvendes en dækplade, bør der anvendes forspændte bolte for at forhindre slip ved ULS.
- Typiske splejsninger af bjælke gennem bjælke
-
-
-
Konstruktionsmetode
Hvor der ikke er en dækplade, kan konstruktionsmetoden for endepladesamlinger anvendes. Hvor der anvendes en dækplade, skal den konstrueres som for en dækpladesplejsning; det kan forsigtigt antages, at endepladeboltene kun bærer vertikal forskydning.
Forbindelsen mellem dækpladen og den bærende bjælke er normalt kun nominel, da det moment, der overføres ved torsion til den bærende bjælke, normalt er meget beskedent.
De relevante trin og de tilsvarende beregninger er beskrevet i SCI P398, afsnit 4.4.
Svejste samlinger
Forbindelsesdetaljer
Svejste værkstedssamlinger anvendes ofte til at samle kortere længder, der leveres fra værkerne eller lagerforhandlere. Under disse omstændigheder udføres svejsningerne altid med “fuld styrke” ved stumpsvejsning af flangerne og bommen. Der kan være udformet små huller i spændet for at lette svejsningen af flangen.
Hvis de sammenføjede sektioner ikke er fra den samme “valsning” og derfor varierer lidt i størrelse på grund af valsetolerancer, er det almindeligt, at der er en delingsplade mellem de to sektioner. Ved sammenføjning af komponenter af forskellig seriestørrelse ved hjælp af denne metode er der behov for en banestivhed i den større sektion (justeret i forhold til flangen på den mindre sektion), eller der kan anbringes en spids, der passer til dybden af den større størrelse.
Et stedfæste kan udføres med filet-svejste dækplader som et alternativ til en stumpsvejst detalje. Der kan være bolte i dækpladerne til midlertidig forbindelse under monteringen.
Konstruktionsgrundlag
For svejsede splejsninger er det generelle konstruktionsgrundlag:
- For statisk ubestemte rammer, uanset om de er plastisk eller elastisk konstrueret, bør der være svejsninger med fuld styrke i flangerne og i spændet
- I statisk bestemte rammer kan splejsninger konstrueres til at modstå et konstruktionsmoment, der er mindre end elementets momentmodstand, i hvilket tilfælde:
- Flangesvejsningerne skal konstrueres til at modstå en kraft, der er lig med konstruktionsmomentet divideret med afstanden mellem flangecentroiderne.
- Svævningerne i stigen skal være konstrueret til at modstå den konstruktionsmæssige forskydning.
- Hvis der er en aksial kraft, skal den deles mellem flangerne, og svejsningerne skal være konstrueret til denne kraft ud over den kraft, der skyldes konstruktionsmomentet.
Det fulde styrkekrav for ubestemt er nødvendigt for at sikre, at en samling er stærk nok til at opveje enhver unøjagtighed i konstruktionsmomentet, der f.eks. skyldes rammefejl, modelberegninger eller nedsætning af understøtninger.
Søjlebaser
Et eksempel på en søjlebund, der kan overføre moment og aksialkraft mellem stålelementer og betonunderkonstruktioner ved søjlernes basis, er vist i figuren til venstre. Eksemplet viser en søjlefod med en uforstærket bundplade. Andre muligheder er stivede bundpladeforbindelser og søjlebaser støbt i lommer. Stive basisforbindelser er dog ikke almindeligt anvendt på grund af de dermed forbundne fundamentomkostninger.
Konstruktionsgrundlag
Designmæssigt er en søjlebasisforbindelse i det væsentlige en boltet endepladeforbindelse med visse særlige egenskaber:
- Aksialkræfter er vigtigere, end det generelt er tilfældet i endepladeforbindelser.
- I kompression fordeles designkraften over et område med kontakt mellem stål og beton, som bestemmes af betonens styrke og pakningsmørtlen eller injektionsmørtlen.
- I træk overføres kraften ved hjælp af fastholdelsesbolte, der er forankret i betonunderkonstruktionen.
Som følge heraf har en ustivet bundplade tendens til at være meget tyk sammenlignet med endeplader i bjælke-til-stolpe-forbindelser.
Sædvanligvis kan momentet virke i begge retninger, og der vælges symmetriske detaljer. Der kan dog være omstændigheder, f.eks. visse portalrammer, hvor asymmetriske detaljer kan være hensigtsmæssige.
Forbindelsen vil normalt skulle overføre horisontal forskydning, enten ved friktion eller via boltene. Det er ikke rimeligt, at horisontal forskydning fordeles jævnt på alle bolte, der passerer gennem frigangshuller i bundpladen, medmindre der er svejset skiveplader over boltene i den endelige position. Hvis den horisontale forskydning er stor, kan det være mere hensigtsmæssigt at svejse en forskydningsstump på grundpladens underside. I alle tilfælde er injektering af basen en kritisk operation og kræver særlig opmærksomhed.
Konstruktionsmetode
Designprocessen kræver en iterativ fremgangsmåde, hvor en prøvebasepladestørrelse og boltkonfiguration vælges, hvorefter modstanden over for området med kombineret aksialkraft og moment evalueres.De relevante trin og de tilsvarende beregninger er beskrevet i SCI P398 afsnit 5.5.
Klassificering af søjlebasisforbindelser
Stivheden af basisforbindelsen har generelt større betydning for rammens ydeevne end andre forbindelser i konstruktionen. De fleste ustivede bundplader er væsentligt stivere end en typisk endepladedetalje. Grundpladens tykkelse og forkompressionen fra søjlen bidrager hertil, men ingen grundforbindelse er stivere end fundamentet og dermed den jord, som momentet overføres til.Meget kan afhænge af disse andre komponenters egenskaber, herunder tilbøjelighed til at krybe under vedvarende belastning.Grundforbindelsen kan ikke betragtes som “stiv”, medmindre den betonbund, den er forbundet med, selv er relativt stiv. Ofte vil dette være tydeligt ved inspektion.
Yderligere læsning
- Steel Designers’ Manual 7th Edition. Editors B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, kapitel 28
- Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M udgivet af Spon, 2004
Ressourcer
- SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
- SCI P398 Samlinger i stålkonstruktioner – Momentmodstandsdygtige samlinger i henhold til Eurocode 3, 2013
- National Structural Steelwork Specification (6. udgave), publikation nr. 57/17, BCSA 2017
- Stålbygninger i Europa. Stålbygninger i én etage; Del 11: Momentforbindelser.
- Design af svejsede samlinger – Celsius®355 og Hybox®355, 2013, Tata Steel
Se også
- Multi-etagers kontorbygninger
- Kontinuerlige rammer
- Modellering og analyse
- Simple forbindelser
- Portalrammer
- Fabrikation
- Svejsning
- Konstruktion
- Forspændte bolteforbindelser
Skriv et svar