Metallbjelker for bygning og modulær stålbrokonstruksjon

Typer metallbjelker som brukes i byggeprosjekter

Byggerammer kombinerer flere valsede og fabrikkerte former, som hver passer til et spesifikt spenn, lastbane eller tilkoblingsdetalj. Valg av feil profil er en av de vanligste årsakene til endringsordre under stålmontering.

Oppbygde platedragere, sveiset av flens- og vevplater i stedet for valset i en mølle, dominerer arbeid med lang spenn der standard katalogdybder er tom. Dette er profilen som oftest er spesifisert for modulære stålbrohoveddragere, siden produsenter kan justere flenstykkelsen seksjon for seksjon for å matche bøyemomentdiagrammet i stedet for å bruke et konstant tverrsnitt for hele spennet.

Beregninger av bæreevne og spennvidde

Tillatt spennvidde for en gitt bjelke avhenger av tre innganger: stålets flytegrense, profilens seksjonsmodul og den påførte lastkombinasjonen (egenlast pluss levende last, med vind eller seismikk lagt til der det er relevant). Som en arbeidsregel dimensjonerer ingeniører gulvbjelker til en dybde på omtrent spennvidde delt på 20 for typiske kontorbelastninger på 50 pund per kvadratfot, og verifiser deretter nedbøyningen forblir under spennvidden delt på 360 for overflater som er følsomme for bevegelse.

Diagrammet nedenfor illustrerer forholdet for en vanlig W-formserie under jevn gulvbelastning, og viser hvordan tillatt spenn vokser med bjelkedybde ved en fast belastning på 50 psf.

Disse tallene forutsetter A992 Grade 50 stål med standard avstivningsintervaller og er illustrative snarere enn en erstatning for en stemplet strukturell beregning. Dypere seksjoner skaleres ikke lineært med vekt : Flytting fra W10 til W30 tredobler omtrent det tillatte spennet, mens vekten per fot bare dobles, og det er grunnen til at tak med lang spenn og brodekk favoriserer dypere, lettere seksjoner i forhold til spennvidden fremfor stabling av flere grunne bjelker.

Stålkvaliteter og materialvalg for bjelker

Karaktervalg påvirker både kostnad og seksjonsstørrelse. Fire kvaliteter dekker det store flertallet av konstruksjonsarbeid og modulære stålbroer.

• A36 karbonstål: 36 000 psi yield, den vanligste karakteren for vinkler, plater og sekundære elementer der vektbesparelser betyr mindre enn kostnadene.
• A992 Grade 50: 50 000 psi yield, standardkarakteren for rullede W-former i USA siden begynnelsen av 2000-tallet, og gir omtrent 39 prosent mer styrke enn A36 til en lignende enhetspris.
• A572 Grade 50/60/65: høyfast lavlegert stål brukt til platedragere og tungt belastede broelementer, tilgjengelig opptil 65 000 psi yield.
• Forvitringsstål (A588-type): danner et stabilt oksidlag som eliminerer gjentatte malingssykluser, bredt spesifisert for eksponerte modulære stålbrobjelker i landlige omgivelser og motorveier.

Vektbesparelser fra karaktervalgblanding på tvers av et prosjekt. På en 30 000 kvadratfot lagerramme vil bytte av primærbjelker fra A36 til Grade 50 typisk trimme total ståltonnasje med 12 til 18 prosent, noe som reduserer både material- og krantidskostnadene, selv om prisen per tonn på Grade 50 er litt høyere.

Korrosjonsbeskyttelse og beleggsystemer

Ubelagt konstruksjonsstål mister omtrent 0,001 til 0,005 tommer seksjonstykkelse per år i et typisk utendørs industrimiljø, og det er grunnen til at valg av belegg behandles som en designbeslutning snarere enn en ettertanke, spesielt på synlige bjelker og modulære stålbrobjelker som sitter nær vannkryssinger.

Varmforsinking er standardvalget for bjelker under 40 fot som passer til en dyppetank, mens feltpåførte epoksy/polyuretansystemer dekker lengre platedragere og sammensatte modulære stålbroseksjoner som overstiger tankdimensjonene.

Fremstillings-, sveise- og tilkoblingsmetoder

Butikkfabrikasjon av en metallbjelke følger en fast sekvens, og rekkefølgen er viktig fordi boring eller sveising som ikke er i rekkefølge introduserer forvrengning som er kostbar å korrigere i ettertid.

1. Skjæring av flens- og vevplater til lengde ved hjelp av CNC-plasma- eller oxy-fuel-skjæring, med kuttetoleranser som vanligvis holdes til pluss eller minus 1/16 tomme.
2. Tilpasning og klebesveising av bane til flenser, kontrollert for firkant før full sveising starter.
3. Helsveising, vanligvis neddykket lysbuesveising for lange rette løp på platedragere, som avsetter sveisemetall raskere og med færre feil enn manuell skjermet metallbuesveising.
4. Boring eller stansing av boltehull for feltskjøteplater og koblingsvinkler, plassert fra en butikkmal for å garantere felttilpasning.
5. Camber-verifisering og retting, siden lange dragere er forhåndsbuet oppover for å motvirke egenlastavbøyning når de først er lastet.
6. Overflateforberedelse og påføring av belegg før forsendelse.

Feltforbindelser på bygningsrammer bruker vanligvis høyfaste bolter (A325 eller A490 klasse) i stedet for feltsveising, siden boltede forbindelser er raskere å installere, lettere å inspisere for riktig dreiemoment og fungerer forutsigbart i både bygningsrammer og modulære stålbroskjøter.

Kostnadssammenligning: Stålbjelker vs Betong og tømmer

Materialkostnad per tonn forteller bare en del av historien; installert kostnad per kvadratfot innrammet areal er tallet som faktisk driver strålevalg på de fleste prosjekter.

Stål vinner mest avgjørende på prosjekter med lange spennvidder, stramme tidsplaner eller behov for senere renoveringsfleksibilitet, siden fjerning av en bærende vegg eller legge til en åpning er enkelt med boltet stålramme og langt mer forstyrrende med støpt betong.

Retningslinjer for vedlikehold og inspeksjon

Et dokumentert inspeksjonsintervall forlenger bjelkens levetid langt forbi de opprinnelige designforutsetningene, spesielt for synlige bjelker og modulære stålbrokonstruksjoner utsatt for trafikkbelastning og værsykling.

Prioriterte elementer under enhver inspeksjon inkluderer boltemoment ved skjøteforbindelser, beleggfilmtykkelse ved bjelkeendene der vann har en tendens til å samle seg, og ethvert synlig seksjonstap ved lagerpunkter der bjelken kommer i kontakt med et fundament eller distanse.

Ofte stilte spørsmål