Metalbjælker til bygning og modulær stålbrokonstruktionsvejledning

Typer af metalbjælker, der bruges i byggeprojekter

Bygningsrammer kombinerer flere valsede og fabrikerede former, som hver passer til et specifikt spænd, belastningsvej eller forbindelsesdetalje. Valg af den forkerte profil er en af ​​de mest almindelige årsager til ændringsordrer under stålmontage.

Opbyggede pladedragere, svejset af flange- og vævsplader i stedet for valset i en mølle, dominerer arbejde med lang spændvidde, hvor standard katalogdybder løber ud. Dette er den profil, der oftest er specificeret for modulære stålbrohoveddragere, da fabrikanter kan justere flangetykkelsen sektion for sektion for at matche bøjningsmomentdiagrammet i stedet for at bruge et konstant tværsnit for hele spændvidden.

Beregninger af bæreevne og spændvidde

Tilladt spændvidde for en given bjælke afhænger af tre input: stålets flydespænding, profilens sektionsmodul og den påførte lastkombination (dødlast plus levende last, med vind eller seismisk tilføjet, hvor det er relevant). Som en arbejdsregel dimensionerer ingeniører gulvbjælker til en dybde på ca. spændvidde divideret med 20 for typiske kontorbelastninger på 50 pund pr. kvadratfod, og kontroller derefter, at afbøjningen forbliver under spændvidden divideret med 360 for finish, der er følsomme over for bevægelse.

Nedenstående skema illustrerer forholdet for en almindelig W-form serie under ensartet gulvbelastning, og viser, hvordan tilladt spændvidde vokser med bjælkedybde ved en fast belastning på 50 psf.

Disse tal antager A992 Grade 50 stål med standard afstivningsintervaller og er illustrative snarere end en erstatning for en stemplet strukturel beregning. Dybere sektioner skaleres ikke lineært med vægten : flytning fra W10 til W30 tredobler omtrent det tilladte spænd, mens vægten pr. fod kun fordobles, hvilket er grunden til, at lange spændvidde tage og brodæk foretrækker dybere, lettere sektioner i forhold til spændvidde frem for stabling af flere lavvandede bjælker.

Stålkvaliteter og materialevalg til bjælker

Karaktervalg påvirker både omkostninger og sektionsstørrelse. Fire kvaliteter dækker det store flertal af bygge- og modulopbyggede stålbroer.

• A36 kulstofstål: 36.000 psi udbytte, den mest almindelige kvalitet for vinkler, plader og sekundære elementer, hvor vægtbesparelser betyder mindre end omkostningerne.
• A992 Grade 50: 50.000 psi udbytte, standardkvaliteten for rullede W-former i USA siden begyndelsen af ​​2000'erne, hvilket giver omkring 39 procent mere styrke end A36 til en lignende enhedspris.
• A572 Grade 50/60/65: højstyrke lavlegeret stål brugt til pladedragere og tungt belastede broelementer, tilgængelig op til 65.000 psi udbytte.
• Forvitringsstål (A588-type): danner et stabilt oxidlag, der eliminerer gentagne malingscyklusser, bredt specificeret til udsatte modulære stålbrodragere i landlige omgivelser og på motorveje.

Vægtbesparelser fra karaktervalgsblanding på tværs af et projekt. På en 30.000 kvadratfod lagerramme trimmer skift af primære bjælker fra A36 til Grade 50 typisk den samlede ståltonnage med 12 til 18 procent, hvilket sænker både materiale- og krantidsomkostninger, selvom prisen pr. ton på Grade 50 løber lidt højere.

Korrosionsbeskyttelse og belægningssystemer

Ubelagt konstruktionsstål mister omkring 0,001 til 0,005 tommer snittykkelse om året i et typisk udendørs industrimiljø, hvorfor valg af belægning behandles som en designbeslutning snarere end en eftertanke, især på synlige bjælker og modulære stålbrodragere, der sidder i nærheden af vandkrydsninger.

Varmgalvanisering er standardvalget for bjælker under 40 fod, der passer til en dyktank, mens feltanvendte epoxy/polyurethansystemer dækker længere pladedragere og sammensatte modulære stålbrosektioner, der overstiger tankdimensioner.

Fremstillings-, svejse- og forbindelsesmetoder

Butiksfremstilling af en metalbjælke følger en fast rækkefølge, og rækkefølgen har betydning, fordi boring eller svejsning uden for rækkefølge introducerer forvrængning, som er dyrt at korrigere i efterhånden.

1. Skæring af flange og vævsplader i længden ved hjælp af CNC-plasma- eller oxyfuel-skæring, med snittolerancer, der typisk holdes til plus eller minus 1/16 tomme.
2. Fit-up og hæftesvejsning af bane til flanger, kontrolleres for firkantet før fuld svejsning begynder.
3. Fuldsvejsning, normalt dykket lysbuesvejsning til lange lige løb på pladedragere, som afsætter svejsemetal hurtigere og med færre fejl end manuel afskærmet metalbuesvejsning.
4. Boring eller udstansning af boltehuller til feltsplejseplader og tilslutningsvinkler, placeret fra en butiksskabelon for at garantere felttilpasning.
5. Camber-bekræftelse og opretning, da lange dragere er forbuede opad for at modvirke dødlastafbøjning efter belastning.
6. Forberedelse af overfladen og påføring af belægning før forsendelse.

Feltforbindelser på bygningsrammer bruger typisk højstyrkebolte (A325 eller A490 kvalitet) frem for feltsvejsning, da boltede forbindelser er hurtigere at installere, nemmere at inspicere for korrekt drejningsmoment og yder forudsigeligt i både bygningsrammer og modulære stålbrosplejsningssamlinger.

Omkostningssammenligning: Stålbjælker vs Beton og Træ

Materialeomkostninger pr. ton fortæller kun en del af historien; installeret pris pr. kvadratfod af indrammet areal er det antal, der faktisk driver strålevalg på de fleste projekter.

Stål vinder mest afgørende på projekter med lange frie spænd, stramme tidsplaner eller behov for senere renoveringsfleksibilitet, da fjernelse af en bærende væg eller tilføjelse af en åbning er ligetil med boltet stålramme og langt mere forstyrrende med støbt beton.

Retningslinjer for vedligeholdelse og inspektion

Et dokumenteret inspektionsinterval forlænger bjælkens levetid langt ud over dets oprindelige designantagelser, især for synlige bjælker og modulære stålbrokonstruktioner, der er udsat for trafikbelastning og vejrcykling.

Prioriterede punkter under enhver inspektion omfatter boltemoment ved splejsningsforbindelser, belægningsfilmtykkelse ved bjælkeenderne, hvor vand har tendens til at samle sig, og ethvert synligt sektionstab ved lejepunkter, hvor bjælken kommer i kontakt med et fundament eller anlæg.

Ofte stillede spørgsmål