Průvodce kovovými nosníky pro stavbu a modulární ocelové mosty

Typy kovových nosníků používaných ve stavebních projektech

Rámy budov kombinují několik válcovaných a vyrobených tvarů, z nichž každý je vhodný pro určité rozpětí, dráhu zatížení nebo detail připojení. Výběr špatného profilu je jednou z nejčastějších příčin změnových zakázek při montáži oceli.

Vestavěné plechové nosníky, svařené z přírubových a stojinových plechů spíše než válcované ve válcovně, dominují pracím s dlouhým rozpětím, kde dochází ke standardní katalogové hloubce. Toto je profil nejčastěji specifikovaný pro hlavní nosníky modulárních ocelových mostů, protože výrobci mohou tloušťku příruby ladit po částech tak, aby odpovídala diagramu ohybového momentu, namísto použití konstantního průřezu pro celé rozpětí.

Výpočty nosnosti a rozpětí

Přípustné rozpětí pro daný nosník závisí na třech vstupech: meze kluzu oceli, modulu průřezu profilu a použité kombinaci zatížení (vlastní zatížení plus skutečné zatížení, případně s přidaným větrem nebo seismickou zátěží). Pracovním pravidlem je, že inženýři dimenzují podlahové nosníky na hloubku zhruba rozpětí děleno 20 pro typické kancelářské živé zatížení 50 liber na čtvereční stopu a poté ověřují, zda průhyb zůstává pod rozpětím děleno 360 pro povrchové úpravy citlivé na pohyb.

Níže uvedená tabulka ilustruje vztah pro běžnou řadu ve tvaru W při rovnoměrném zatížení podlahy a ukazuje, jak přípustné rozpětí roste s hloubkou nosníku při pevném zatížení 50 psf.

Tyto údaje předpokládají ocel A992 třídy 50 se standardními intervaly ztužení a jsou spíše ilustrativní než náhradou za vyražený strukturální výpočet. Hlubší sekce se nerozkládají lineárně s hmotností : přechod z W10 na W30 zhruba ztrojnásobuje přípustné rozpětí a zároveň pouze zdvojnásobuje hmotnost na stopu, což je důvod, proč střechy s dlouhým rozpětím a mostovky upřednostňují hlubší a lehčí části v poměru k rozpětí před stohováním více mělkých nosníků.

Třídy oceli a výběr materiálu pro nosníky

Výběr třídy ovlivňuje jak cenu, tak velikost sekce. Čtyři třídy pokrývají velkou většinu stavebních a modulárních ocelových mostů.

• Uhlíková ocel A36: výtěžnost 36 000 psi, nejběžnější třída pro úhelníky, plechy a sekundární prvky, kde úspory hmotnosti jsou menší než náklady.
• A992 Grade 50: Výtěžnost 50 000 psi, výchozí třída pro válcované tvary W ve Spojených státech od počátku 21. století, poskytující zhruba o 39 procent větší pevnost než A36 za podobnou jednotkovou cenu.
• A572 Třída 50/60/65: vysokopevnostní nízkolegovaná ocel používaná pro deskové nosníky a vysoce zatížené mostní prvky, dostupná až do výtěžnosti 65 000 psi.
• Ocel odolná proti povětrnostním vlivům (typ A588): vytváří stabilní oxidovou vrstvu, která eliminuje opakované cykly lakování, široce specifikované pro exponované modulární ocelové mostní nosníky ve venkovském prostředí a na dálnicích.

Úspora hmotnosti díky směsi pro výběr jakosti v rámci projektu. Na rámu skladu o rozloze 30 000 čtverečních stop změna primárních nosníků z A36 na Grade 50 obvykle snižuje celkovou tonáž oceli o 12 až 18 procent, což snižuje jak náklady na materiál, tak i náklady na jeřáb, i když cena za tunu třídy 50 je o něco vyšší.

Systémy ochrany proti korozi a nátěrů

Konstrukční ocel bez povlaku ztrácí v typickém venkovním průmyslovém prostředí ročně zhruba 0,001 až 0,005 palce tloušťky průřezu, což je důvod, proč je výběr povlaku považován spíše za návrhové rozhodnutí než jako dodatečný nápad, zejména u obnažených nosníků a modulárních ocelových mostních nosníků, které jsou umístěny v blízkosti vodních přechodů.

Žárové zinkování je výchozí volbou pro nosníky pod 40 stop, které se hodí pro ponornou nádrž, zatímco epoxidové/polyuretanové systémy aplikované v terénu pokrývají delší deskové nosníky a sestavené modulární ocelové mostní sekce, které přesahují rozměry nádrže.

Způsoby výroby, svařování a spojování

Výroba kovového nosníku v dílně se řídí pevnou sekvencí a na pořadí záleží, protože vrtání nebo svařování mimo sekvenci přináší zkreslení, jehož náprava je poté nákladná.

1. Řezání přírub a pásových desek na délku pomocí CNC plazmového nebo kyslíko-palivového řezání, s tolerancemi řezu obvykle do plus nebo mínus 1/16 palce.
2. Připevnění a přivaření pásu k přírubám, před zahájením úplného svařování zkontrolováno, zda je čtvercový.
3. Plné svařování, obvykle svařování pod tavidlem pro dlouhé rovné trasy na plechových nosnících, které ukládá svarový kov rychleji as menším počtem vad než ruční obloukové svařování v ochranné atmosféře.
4. Vrtání nebo děrování otvorů pro šrouby pro polní spojovací desky a spojovací úhelníky, umístěné podle dílenské šablony, aby byla zaručena montáž na místě.
5. Ověření převýšení a narovnání, protože dlouhé nosníky jsou předem vyklenuté směrem nahoru, aby se zabránilo průhybu při zatížení při zatížení.
6. Příprava povrchu a aplikace nátěru před expedicí.

Polní spoje na rámech budov obvykle používají vysokopevnostní šrouby (třída A325 nebo A490) spíše než polní svařování, protože šroubové spoje se instalují rychleji, snáze se kontroluje správný krouticí moment a fungují předvídatelně jak v rámech budov, tak ve spojích spojů modulárních ocelových mostů.

Porovnání nákladů: ocelové nosníky vs beton a dřevo

Materiálové náklady na tunu vypráví pouze část příběhu; instalované náklady na čtvereční stopu zarámované plochy je číslo, které ve skutečnosti řídí výběr nosníku u většiny projektů.

Ocel vítězí nejrozhodněji u projektů s dlouhými čistými rozpětími, napjatými harmonogramy nebo potřebou pozdější flexibility při renovaci, protože odstranění nosné zdi nebo přidání otvoru je jednoduché se šroubovaným ocelovým rámem a mnohem rušivější u litého betonu.

Pokyny pro údržbu a kontrolu

Zdokumentovaný interval prohlídek prodlužuje životnost nosníku nad rámec původních návrhových předpokladů, zejména u vystavených nosníků a modulárních ocelových mostních konstrukcí vystavených dopravnímu zatížení a cyklickým povětrnostním vlivům.

Mezi prioritní položky při jakékoli kontrole patří krouticí moment šroubů na spojích, tloušťka nátěrového filmu na koncích nosníku, kde má tendenci se hromadit voda, a jakékoli viditelné úbytky průřezu v bodech ložisek, kde se nosník dotýká základu nebo opěry.

Často kladené otázky