Sprievodca stavbou kovových nosníkov na stavbu a modulárnych oceľových mostov

Typy kovových nosníkov používaných v stavebných projektoch

Rámy budov kombinujú niekoľko valcovaných a vyrobených tvarov, z ktorých každý je vhodný pre určité rozpätie, dráhu zaťaženia alebo detaily pripojenia. Výber nesprávneho profilu je jednou z najčastejších príčin zmien pri montáži ocele.

Vybudované doskové nosníky, zvarené z prírubových a stojinových plechov, a nie valcované vo valcovni, dominujú pri práci s dlhými rozpätiami, kde sa vyčerpajú štandardné katalógové hĺbky. Toto je profil najčastejšie špecifikovaný pre hlavné nosníky modulárneho oceľového mosta, pretože výrobcovia môžu ladiť hrúbku príruby po častiach, aby zodpovedali diagramu ohybového momentu namiesto použitia konštantného prierezu pre celé rozpätie.

Výpočty nosnosti a rozpätia

Prípustné rozpätie pre daný nosník závisí od troch vstupov: medza klzu ocele, modul prierezu profilu a aplikovaná kombinácia zaťaženia (vlastné zaťaženie plus živé zaťaženie, prípadne s pridaným vetrom alebo seizmickým účinkom). Ako pracovné pravidlo, inžinieri dimenzujú podlahové trámy na hĺbku zhruba rozpätia vydelené 20 pre typické kancelárske živé zaťaženie 50 libier na štvorcový meter, potom overia, či vychýlenie zostane pod rozpätím vydelené 360 pre povrchové úpravy citlivé na pohyb.

Tabuľka nižšie ilustruje vzťah pre bežnú sériu v tvare W pri rovnomernom zaťažení podlahy, pričom ukazuje, ako prípustné rozpätie rastie s hĺbkou nosníka pri pevnom zaťažení 50 psf.

Tieto údaje predpokladajú oceľ A992 triedy 50 so štandardnými intervalmi vystuženia a sú skôr ilustratívne ako náhrada za vyrazený konštrukčný výpočet. Hlbšie časti sa nerozširujú lineárne s hmotnosťou : prechod z W10 na W30 zhruba strojnásobí prípustné rozpätie, zatiaľ čo hmotnosť na stopu sa len zdvojnásobí, čo je dôvod, prečo strechy s dlhým rozpätím a mostovky uprednostňujú hlbšie, v pomere k rozpätiu ľahšie časti pred skladaním viacerých plytkých trámov.

Druhy ocele a výber materiálu pre nosníky

Výber triedy ovplyvňuje náklady aj veľkosť sekcie. Štyri triedy pokrývajú veľkú väčšinu stavebných a modulárnych oceľových mostov.

• Uhlíková oceľ A36: výťažnosť 36 000 psi, najbežnejšia trieda pre uholníky, plechy a sekundárne prvky, kde je úspora hmotnosti nižšia ako cena.
• A992 Grade 50: Výťažnosť 50 000 psi, predvolená trieda pre valcované tvary W v Spojených štátoch od začiatku 21. storočia, poskytujúca približne o 39 percent väčšiu pevnosť ako A36 za podobnú jednotkovú cenu.
• A572 Grade 50/60/65: vysokopevná nízkolegovaná oceľ používaná na doskové nosníky a silne zaťažené mostné prvky, dostupná až do výťažnosti 65 000 psi.
• Oceľ odolná voči poveternostným vplyvom (typ A588): vytvára stabilnú oxidovú vrstvu, ktorá eliminuje opakované cykly lakovania, široko špecifikované pre exponované modulárne oceľové mostné nosníky vo vidieckych a diaľničných prostrediach.

Úspora hmotnosti vďaka zmesi na výber triedy v rámci projektu. Na ráme skladu s rozlohou 30 000 štvorcových stôp sa prepnutím primárnych nosníkov z triedy A36 na triedu 50 zvyčajne zníži celková tonáž ocele o 12 až 18 percent, čím sa znížia náklady na materiál aj čas žeriavu, aj keď cena za tonu triedy 50 je o niečo vyššia.

Systémy ochrany proti korózii a náterov

Konštrukčná oceľ bez povrchovej úpravy stráca v typickom vonkajšom priemyselnom prostredí približne 0,001 až 0,005 palca hrúbky prierezu za rok, a preto sa výber povlaku považuje skôr za návrhové rozhodnutie než dodatočný nápad, najmä na odhalených nosníkoch a modulárnych oceľových mostných nosníkoch, ktoré sú umiestnené v blízkosti vodných križovatiek.

Žiarové zinkovanie je predvolenou voľbou pre nosníky pod 40 stôp, ktoré sa hodia do ponornej nádrže, zatiaľ čo epoxidové/polyuretánové systémy aplikované v teréne pokrývajú dlhšie doskové nosníky a zmontované modulárne oceľové mostové časti, ktoré presahujú rozmery nádrže.

Spôsoby výroby, zvárania a spájania

Výroba kovového nosníka v dielni sa riadi pevne stanoveným poradím a na poradí záleží, pretože vŕtanie alebo zváranie mimo poradia spôsobuje skreslenie, ktorého náprava je potom nákladná.

1. Rezanie prírub a pásových dosiek na dĺžku pomocou CNC plazmového alebo kyslíko-palivového rezania, s toleranciami rezu, ktoré sa zvyčajne udržiavajú na plus alebo mínus 1/16 palca.
2. Upevnenie a prichytenie pásu k prírubám, pred začatím úplného zvárania sa skontroluje, či je štvorcový.
3. Plné zváranie, zvyčajne zváranie pod tavivom pre dlhé rovné trasy na doskových nosníkoch, ktoré nanáša zvarový kov rýchlejšie as menším počtom defektov ako ručné oblúkové zváranie v tienidle.
4. Vŕtanie alebo dierovanie otvorov pre skrutky pre spojovacie dosky v teréne a spojovacie uholníky, umiestnené z dielenskej šablóny, aby sa zaručilo upevnenie na mieste.
5. Overenie prevýšenia a narovnanie, pretože dlhé nosníky sú vopred vyklenuté smerom nahor, aby pôsobili proti priehybu pri vlastnom zaťažení po zaťažení.
6. Príprava povrchu a aplikácia náteru pred odoslaním.

Poľné spoje na rámoch budov zvyčajne používajú vysokopevnostné skrutky (trieda A325 alebo A490) namiesto zvárania v teréne, pretože skrutkové spoje sa inštalujú rýchlejšie, ľahšie sa kontrolujú na správny krútiaci moment a fungujú predvídateľne v rámoch budov aj v spojoch modulárnych oceľových mostových spojov.

Porovnanie nákladov: oceľové nosníky vs betón a drevo

Materiálové náklady na tonu rozprávajú len časť príbehu; inštalované náklady na štvorcovú stopu zarámovanej plochy sú číslom, ktoré v skutočnosti riadi výber lúčov na väčšine projektov.

Oceľ vyhráva najrozhodnejšie pri projektoch s dlhými jasnými rozpätiami, tesným harmonogramom alebo potrebou neskoršej flexibility pri renovácii, pretože odstránenie nosnej steny alebo pridanie otvoru je jednoduché pri skrutkovanej oceľovej konštrukcii a oveľa rušivejšie pri liatom betóne.

Pokyny pre údržbu a kontrolu

Zdokumentovaný interval prehliadok predlžuje životnosť nosníka nad rámec pôvodných konštrukčných predpokladov, najmä v prípade odhalených nosníkov a modulárnych oceľových mostných konštrukcií, ktoré sú vystavené zaťaženiu dopravou a poveternostným vplyvom.

Medzi prioritné položky pri akejkoľvek kontrole patrí krútiaci moment skrutiek na spojoch, hrúbka náterového filmu na koncoch nosníka, kde má voda tendenciu hromadiť sa, a akékoľvek viditeľné úbytky prierezu v bodoch ložísk, kde sa nosník dotýka základu alebo podpery.

Často kladené otázky