Çelik Kutu Kolon Nedir?
Çelik kutu kolon, kare veya dikdörtgen içi boş profile sahip kapalı-kesitli dikey bir elemandır ve genellikle dört çelik plakanın uzunlamasına kenarları boyunca kaynaklanmasıyla üretilir. Kapalı, çift simetrik şekil, kolona her iki ana eksen etrafında neredeyse eşit bükülme sertliği verir; bu, yüksek-bir çerçevede çeşitli yönlerden yük alan elemanlar için belirleyici bir avantajdır.
Kutu kolonlar eksenel yerçekimi yüklerine, yanal rüzgar ve sismik kuvvetlere ve kirişlerden ve çaprazlardan aktarılan eğilme momentlerine karşı dayanıklıdır. Bina çekirdeklerinde, çevre moment çerçevelerinde, transfer yapılarında ve uzun-açıklıklı çatı desteklerinde görülürler. İçi boş çekirdek boş kalabilir veya çeliğin çekme mukavemetini betonun basınç kütlesi ve sertliği ile birleştiren beton-dolgulu bir çelik boru (CFST) sütunu oluşturmak için yapısal betonla doldurulabilir.
Neden Kutu Sütunlar Yüksek-Çerçevelerde İyi Performans Gösteriyor?
H-kolonları gibi açık bölümlerle karşılaştırıldığında kapalı kutu bölümü, elemanın yapısal davranışını yüksek binalarla doğrudan alakalı olacak şekilde değiştirir.
Kapalı-bölüm burulma sertliği
Dört plaka kapalı bir tüp oluşturduğundan, bir kutu sütun burulmaya benzer ağırlıktaki açık bir I- veya H-bölümünden çok daha etkili bir şekilde direnç gösterir. Bu, simetrik olmayan cephe yüklerinin, vinç hareketlerinin veya sismik burulma momentlerinin çerçeve üzerinde etkili olduğu her durumda önemlidir. Avantaj, kapalı geometrinin kendisinden gelir ve çelik kalitesine bakılmaksızın uygulanır.
Dengeli çift eksenli sertlik ve bükülme davranışı
Her iki asal eksen etrafında neredeyse eşit atalet momentleri bulunan kutu kolonun belirgin bir zayıf ekseni yoktur. Eğilme ve burkulma direnci bu nedenle herhangi bir yönden gelen yükler altında stabildir; bu da bağlantı tasarımını basitleştirir ve sismik olaylar sırasında zayıf-eksen arızası riskini azaltır. Kapalı bölümlere yönelik tasarım kuralları, GB 50017, AISC 360 ve EN 1993-1-1 gibi diğer çelik elemanlarla aynı ulusal hükümleri takip eder.
Beton-doldurulmuş seçenek (CFST)
Çekirdeğin yapısal betonla doldurulması eksenel kapasiteyi ve bükülme sertliğini artırır ve yangın performansını artırır çünkü çelik kabuk çekirdeği sınırlarken beton kütlesi ısıyı emer. CFST üyelerinin kompozit davranışı GB 50017, EN 1994-1-1 ve AISC 360 Bölüm I kapsamındadır ve bu seçenek, ağır yüklü alt kat kolonları için sıklıkla tercih edilir.
Kutu Kolon - H-Bölümlü Kolon - Betonarme Kolon
| Mülk | Çelik Kutu Sütun | H-Bölüm Sütunu | Betonarme Kolon |
|---|---|---|---|
| Kesit- | Kapalı kare veya dikdörtgen içi boş | I-şeklini aç | Katı döküm bölümü |
| Çift eksenli sertlik | Her iki eksende neredeyse eşit | Güçlü eksen baskın, zayıf eksen sınırlı | Neredeyse eşit |
| Burulma direnci | Yüksek, kapalı tüp hareketi | Düşük | Ilıman |
| Güç-/ağırlık oranı- | Yüksek | Yüksek | Düşük |
| Beton doldurma | Mümkün, CFST seçeneği | Tipik değil | Uygulanamaz |
| Ereksiyon hızı | Hızlı, prefabrik | Hızlı, prefabrik | Yavaş, kalıp ve kürleme |
| Yangına dayanıklılık | Koruma gerektirir | Koruma gerektirir | Doğuştan daha iyi |
Tasarım ve İmalat Hususları
Malzeme seçimi
Plaka malzemesi, geçerli tasarım koduna ve proje spesifikasyonuna uyacak şekilde seçilir. Yaygın kaynaklı-yapı kaliteleri arasında ASTM A572 Derece 50 veya Derece 60, EN 10025-2 S355JR/J0/J2 ve GB/T 1591 Q355B/C/D/E; Daha düşük mukavemetin kabul edilebilir olduğu durumlarda ASTM A36 veya EN 10025-2 S235JR kullanılabilir. Bağlantılarda ağır kısıtlama bulunan elemanlar için, katmanlı yırtılmaya karşı koruma sağlayacak kalınlık özellikleri belirtilebilir.
Kaynak ve imalat
Kutu kolonlar normalde otomatik tozaltı ark kaynağı (SAW) ile yapılan tam-penetrasyonlu uzunlamasına kaynaklara sahip dört plakadan yapılır. Dahili diyaframlar ve takviyeler panel bölgelerine, eklemelere ve yük-giriş noktalarına takılır ve genellikle elektroslag kaynağı (ESW) veya akı-özlü işlemlerle kaynaklanır. Uygulama, kalifiye kaynakçılar ve onaylı kaynak prosedürü spesifikasyonlarıyla AWS D1.1 veya EN 1090-2'ye uygundur.
Kalite kontrol
Kritik kaynaklar ultrasonik test (UT) ve manyetik parçacık testi (MT) ile incelenir. ISO 12944'e göre belirtilen kaplama sistemleri uygulanmadan önce yüzey hazırlığı ISO 8501-1'e göre yapılır, genellikle Sa 2,5'e kadar veya korozyon korumasının gerekli olduğu yerlerde ISO 1461'e göre sıcak-daldırma galvanizleme uygulanır. Boyutsal inceleme, enine-kesit boyutunu, düzlüğü, kareliği ve ekleme ucu hazırlığını kapsar.
Mevcut kolon tiplerine genel bir bakış için kolon ve kirişlerdeki yapısal çelik kolon serimize bakın.
Yüksek-Katlı İnşaatlarda Tipik Uygulamalar
Çelik ve kompozit moment çerçevelerindeki çekirdek ve çevre kolonları
Büyük açık-planlı alt katları ve podyum yapılarını destekleyen sütunları aktarın
Yüksek yerel burkulma direncinin gerekli olduğu çekirdek-duvar sınırlarındaki köşe sütunları
Temiz, aynı hizada yüzeylerin tasarım amacının bir parçası olduğu açıkta kalan mimari sütunlar
Kendi ağırlığının azaltılmasının temel tasarımına fayda sağladığı-uzun-açıklıklı çatı ve podyum destekleri-
Sıkça Sorulan Sorular
S: Bir kutu sütunu yalnızca fazladan plakaları olan bir H-sütunundan mı ibarettir?
Hayır. H-kolonu belirgin bir zayıf eksene sahip açık bir bölümdür; kutu sütun ise dengeli çift eksenli sertliğe ve çok daha yüksek burulma direncine sahip kapalı bir bölümdür. İkisi, diyafram yerleşimi ve kaynak erişimi de dahil olmak üzere farklı şekilde tasarlanmış ve detaylandırılmıştır.
S: Kutu kolonların yangından korunmaya ihtiyacı var mı?
Evet. Tüm yapısal çelikler gibi kutu kolonlar da geçerli kuralların gerektirdiği durumlarda, normal olarak şişen kaplama, kaplama veya beton dolgu yoluyla yangından korunma gerektirir. CFST seçeneği, yangın stratejisinin bir parçası olarak beton çekirdeğin kendisini kullanır.
S: Kutu kolona herhangi bir plaka kalınlığı kaynak yapılabilir mi?
Pratik sınırlar, konseptin kendisinden ziyade kaynak erişimi, bağlantı tasarımı, distorsiyon kontrolü ve NDT yeteneği tarafından belirlenir. Kalın levhalar eğim hazırlığı, kontrollü ısı girişi ve uygun kaynak prosedürleri gerektirir; bu nedenle imalat normalde kalifiye yapısal çelik atölyeleri tarafından yürütülür.
S: Bir kutu sütunu her zaman bir H-sütunundan daha mı pahalıdır?
Mutlaka değil. Plaka hazırlığı ve dört uzunlamasına kaynak nedeniyle birim imalat maliyeti daha yüksektir, ancak malzeme verimliliği ve azaltılmış yapısal ağırlık, ağır yüklü veya ince elemanlarda bunu dengeleyebilir. Karşılaştırma temeller, bağlantılar ve yangından korunma da dahil olmak üzere toplam kurulu maliyet üzerinden yapılmalıdır.
S: Kutu kolonlar sismik tasarıma uygun mudur?
Evet. Her iki eksende dengeli rijitliğe sahip kutu kolonlar sismik çerçevelerde yaygın olarak kullanılır ve diğer çelik elemanlarla aynı hükümler altında tasarlanır; örneğin GB 50017 ve AISC 341 veya EN 1998-1 sismik detaylandırma kuralları.
S: Kutu sütunlar sahada birleştirilebilir mi?
Evet. Tasarıma bağlı olarak ek yerleri kapak plakaları ile cıvatalanabilir veya kaynaklanabilir. NDT tarafından kontrol edilen tam-atölye kaynakları ve dikkatlice hazırlanmış ekleme uçları, yüksek-inşaat için standart uygulamadır.