Plieninės garbanos: tipai, konstrukcinės funkcijos ir dizaino svarstymai

Įvadas

Plieninės garbanos yra vienas svarbiausių antrinių konstrukcinių elementų šiuolaikiniuose plieniniuose pastatuose. Įrengtos tarp pirminių gegnių, jos užtikrina nuolatinę stogo dangos atramą ir saugiai perduoda stogo apkrovas pagrindiniam konstrukciniam karkasui. Nors jie neatlaiko pirminių pastato konstrukcinių apkrovų, jų konstrukcija tiesiogiai veikia stogo stiprumą, standumą, tinkamumą eksploatuoti ir montavimo kokybę.

Šiandien šalto formavimo plieninės tvoros plačiai naudojamos sandėliuose, dirbtuvėse, žemės ūkio pastatuose, orlaivių angaruose ir komercinėse plieno konstrukcijose. Palyginti su tradicinėmis medinėmis tvoromis ar sunkesnėmis karšto valcavimo sekcijomis, jos pasižymi didesniu stiprumo ir svorio santykiu, greitesniu montavimu ir didesniu medžiagų efektyvumu.

Šiame straipsnyje paaiškinami įvairūs plieninių tvarsčių tipai, jų konstrukcinės funkcijos, gamybos procesas, projektavimo svarstymai, sujungimo būdai ir bendrosios inžinerinės problemos, su kuriomis susiduriama plieninių pastatų projektuose.

1. Kas yra plieninės garbanos?

Plieninės garbanos yra antrinės konstrukcijos dalys, sumontuotos horizontaliai tarp gretimų stogo gegnių. Pagrindinis jų tikslas yra išlaikyti stogo dangos medžiagas ir perkelti stogo apkrovas į pirminį plieninį rėmą. Surenkamuose plieniniuose pastatuose garbanos sukuria stabilų karkasą, kuris palaiko metalinius stogo lakštus, stovinčias stogų sistemas ir izoliuotas daugiasluoksnes plokštes.

Skirtingai nuo kolonų ir gegnių, kurie sudaro pagrindinę laikančiąją konstrukciją, stulpeliai daugiausia atsparūs lenkimo apkrovoms, kurias sukelia stogo apkrovos, priežiūros apkrovos, vėjo pakėlimas ir sniego apkrovos. Jie taip pat suteikia nuolatinius stogo plokščių tvirtinimo taškus ir padeda išlaikyti stogo dangos sistemos geometriją.

Dauguma šiuolaikinių garbanų gaminamos iš cinkuoto šaltai formuoto plieno. Dėl lengvo svorio, vienodų matmenų ir didelio konstrukcinio efektyvumo jie tinka tiek mažiems pramoniniams pastatams, tiek didelėms plieninėms konstrukcijoms.

Pagrindinės plieninių galiukų funkcijos

2. Plieninių galiukų konstrukcinės funkcijos

Nors garbanos priskiriamos prie antrinių konstrukcinių elementų, jos atlieka keletą esminių konstrukcinių funkcijų, kurios turi įtakos visos stogo dangos sistemos veikimui ir ilgaamžiškumui. Tinkamai suprojektuotas garbanų išdėstymas pagerina apkrovos paskirstymą, padidina stogo standumą ir užtikrina patikimą stogo dangos atramą per visą pastato eksploatavimo laiką.

Atraminė stogo danga

Pagrindinė plieninių tvorų funkcija yra palaikyti stogo dangų sistemas. Tarpusavyje tarp gretimų gegnių jie sumažina atstumą tarp stogo plokščių ir užtikrina patikimus tvirtinimo taškus gofruoto plieno lakštams, stovintiems stogams ir stogams. izoliuotos daugiasluoksnės plokštės.

Izoliuotiems plieniniams pastatams garbanos taip pat užtikrina tinkamą stogo plokščių išlygiavimą ir padeda išlaikyti stogo dangų sistemos atsparumą atmosferos poveikiui bei ilgalaikį veikimą.

Stogo krovinių perkėlimas

Garbanos veikia kaip tarpinės konstrukcinės dalys stogo apkrovos trajektorijoje. Užuot nešusios apkrovas tiesiai į pamatą, jos perkelia jėgas nuo stogo dangos į pirmines gegnes, kurios vėliau per kolonas apkrovas perduoda pastato pamatams.

Įprastos stogo apkrovos apima:

Stogo dangos medžiagų ir izoliacijos apkrovos

Stogo priežiūros metu susidarančios gyvosios apkrovos

Vėjo pakėlimas, veikiantis stogo paviršių

Sniego apkrovos šaltuose regionuose

Šių apkrovos sąlygų derinys lemia reikiamą sekcijų dydį, atstumą ir konstrukcinę galią.

Stogo stabilumo gerinimas

Be laikančių stogo plokštes, plieninės garbanos prisideda prie bendro stogo karkaso sistemos standumo. Tinkamai sujungtos garbanos paskirsto vietines apkrovas, sumažina stogo deformaciją ir užtikrina stogo konstrukcijos šoninį suvaržymą.

Ilgo tarpatramio pastatuose garbanos veikia kartu su strypais ir stogo tvirtinimo sistemomis, kad sumažintų šoninį poslinkį ir pagerintų konstrukcijos stabilumą esant vėjui ir eksploatacinėms apkrovoms.

Medžiagų suvartojimo mažinimas

Efektyvus garbanų išdėstymas leidžia tolygiau paskirstyti stogo apkrovas pagrindiniame rėme. Tai pagerina konstrukcijos efektyvumą ir gali sumažinti pirminių konstrukcinių elementų, reikalingų pastatui, dydį arba kiekį.

Optimizuodami atstumą tarp kojelių ir sekcijų pasirinkimą, inžinieriai gali pasiekti pusiausvyrą tarp konstrukcijos eksploatacinių savybių, medžiagų suvartojimo ir statybos sąnaudų.

3. Plieninių galiukų tipai

Pjuveno skerspjūvio forma tiesiogiai įtakoja jos konstrukcines savybes, medžiagų efektyvumą ir montavimo būdą. Šiuolaikiniai plieniniai pastatai pirmiausia naudojamišalto formavimo plieno profiliai, kurie gaminami nuolat ritininiu būdu formuojant cinkuoto plieno ritinius į specifinius profilius.

Palyginti su tradiciniais karšto valcavimo kanalais, šaltai formuotos sijos užtikrina didesnį stiprumo ir svorio santykį, tuo pačiu sumažindamos transportavimo išlaidas ir supaprastindamos montavimą. ŠiandienC garbanosirZ kojelėsyra du plieninių pastatų konstrukcijose plačiausiai naudojami profiliai, tuo tarpuSigma kojelėspaprastai skiriami projektams, kuriems reikalingas didesnis struktūrinis efektyvumas.

C Purlins

C garbanos turi simetrišką skerspjūvį su abiem flanšais, nukreiptais ta pačia kryptimi. Dėl paprastos geometrijos juos lengva gaminti, transportuoti ir montuoti, todėl jie yra dažnas pasirinkimas mažiems ir vidutinio ilgio pastatams.

Kadangi C galiukai negali persidengti atramos taškuose, jie paprastai montuojami kaip atskiri elementai. Jie dažnai naudojami pastatuose, kuriuose stogo tarpatramiai yra palyginti trumpi, o konstrukcijos tęstinumas nėra pagrindinis reikalavimas.

Įprastos programos apima:

• Maži sandėliukai
• Seminarai
• Žemės ūkio pastatai
• Sandėliavimo sandėliukai
• Stogo briaunos elementai

Privalumai

• Paprasta skerspjūvio forma
• Lengvas gamyba ir montavimas
• Mažesnės gamybos sąnaudos
• Tinka trumpo tarpatramio stogams

Apribojimai

• Prie atramų negalima uždengti
• Mažesnis konstrukcijos efektyvumas per ilgus tarpatramius
• Didesnės plieno sąnaudos, kai naudojamas dideliuose pastatuose

Z Purlins

Šiuolaikiniuose plieniniuose pastatuose Z yra dažniausiai naudojamas profilis, nes jie pasižymi didesniu konstrukciniu efektyvumu nei C profiliai. Jų poslinkio flanšo konstrukcija leidžia gretimoms dalims persidengti atramos vietose, sukuriant ištisinę konstrukcinę sistemą keliais tarpatramiais.

Šis tęstinumas sumažina lenkimo momentus šalia atramų, tolygiau paskirsto apkrovas ir pagerina bendrą konstrukcijos veikimą, ženkliai nedidinant plieno sąnaudų.

Dėl šios priežasties Z garbanos yra plačiai naudojamossandėliai, gamyklos, logistikos centrai ir orlaivių angarai, kur įprastas ilgų stogų tarpatramis.

Privalumai

Sutampantis įrengimas pagerina tęstinumą

Geresnis lenkimo našumas per kelis tarpatramius

Mažesnis medžiagų suvartojimas dideliuose pastatuose

Idealiai tinka ilgo tarpatramio stogo sistemoms

Apribojimai

Šiek tiek sudėtingesnis montavimas nei C garbanos

Reikia tiksliai išlyginti juosmens jungtis

Kodėl ilgiems stogų tarpatramiams pirmenybė teikiama Z garbanoms?

Vienas didžiausių Z galiukų privalumų yra jų formavimasisištisinės galinių sistemos.

Užuot besibaigiančios ties kiekviena gegne, gretimos Z garbanos persidengia virš atramos, todėl lenkimo jėgas galima pasidalyti tarp kelių elementų. Palyginti su atskirais laikomomis sekcijomis, ištisinių lenkimo momentų maksimalus lenkimo momentas ir deformacija yra mažesnė, todėl plienas naudojamas efektyviau.

Štai kodėl dideliuose pramoniniuose pastatuose, paskirstymo centruose ir orlaivių angaruose retai naudojamos atskiros C garbanos visame stoge. Vietoj to, inžinieriai paprastai nurodo sutvirtintas Z galines, kad būtų pasiektas geresnis konstrukcinis veikimas ir būtų kontroliuojamos medžiagų sąnaudos.

Sigma Purlins

Sigma garbanos pasižymi sudėtingesne skerspjūvio geometrija su daugybe užlenktų kraštų, kurie žymiai padidina standumą, nepadidindami svorio. Jų didesnis sekcijų modulis leidžia jiems atlaikyti didesnes lenkimo apkrovas nei įprastos panašaus gylio C arba Z sekcijos.

Nors Sigma garbanos pasižymi puikiomis konstrukcinėmis savybėmis, jų gamyba yra brangesnė, todėl dažniausiai naudojamos specializuotose pramoninėse arba didelės apkrovos srityse.

Įprastos programos apima:

Sunkiosios pramonės objektai

Dideli logistikos pastatai

Ilgalaikės komercinės konstrukcijos

Didelės apkrovos stogo sistemos

Įprastų plieninių galiukų profilių palyginimas

4. Kaip gaminamos plieninės garbanos

Dauguma šiuolaikiniuose plieniniuose pastatuose naudojamų plieninių įtvarų yra gaminami išcinkuotos šalto formavimo plieno ritės. Skirtingai nuo karšto valcavimo konstrukcinių dalių, šalto formavimo įvorės gaminamos laipsniškai formuojant plieninę juostą per tikslius volelius, todėl gamintojai gali pasiekti tikslius matmenis, pastovią kokybę ir efektyvią masinę gamybą.

Šaltojo formavimo procesas ne tik sumažina medžiagų švaistymą, bet ir leidžia gaminti lengvas, puikias struktūrines savybes. Kartu su cinkuotomis dangomis, apsaugančiomis nuo korozijos, šalto formavimo tvoros tapo standartiniu sprendimu sandėliuose, dirbtuvėse, paukštidėse ir kituose surenkamuose plieniniuose pastatuose.

Žaliavos pasirinkimas

Gamyba pradedama nuo nurodyto storio ir takumo ribos cinkuoto plieno ritinių. Medžiagos pasirinkimas priklauso nuo konstrukcinių reikalavimų, aplinkos sąlygų ir projekto projektavimo standartų.

Įprasti parametrai apima:

Didesnio stiprumo plienas leidžia plonesnėms sekcijoms pasiekti reikiamą konstrukcinį pajėgumą, todėl sumažėja bendras antrinio rėmo sistemos svoris.

Rulonų formavimas

Ruloninio formavimo metu plieninė juosta praeina per kelis formavimo volų rinkinius. Kiekvienas volelis šiek tiek pakoreguoja, kol bus suformuota galutinė skerspjūvio forma.

Skirtingai nuo presavimo lenkimo, ritininis formavimas sukuria ištisines dalis, kurių matmenys yra vienodi ir gamybos efektyvumas yra aukštas. Tai taip pat sumažina deformaciją ir padeda išlaikyti matmenų tikslumą ilgų gamybos etapų metu.

Perforavimas ir pjovimas

Suformavus norimą profilį, automatizuota perforavimo įranga sukuria varžtų skyles pagal inžinerinius brėžinius. Tada sekcijos nupjaunamos iki nurodyto ilgio, naudojant programuojamas pjovimo sistemas.

Labai svarbu tiksliai nustatyti skylių padėtį, nes net nedideli matmenų nuokrypiai gali turėti įtakos išlygiavimui montavimo metu ir sumažinti konstrukcijos efektyvumą.

Paviršiaus apsauga

Dauguma šalto formavimo galiukų yra gaminami iš iš anksto cinkuoto plieno ritinių, suteikiantapsauga nuo korozijosiš karto po formavimo. Agresyvesnėje aplinkoje, atsižvelgiant į projekto reikalavimus, gali būti nurodytos papildomos apsaugos sistemos.

Įprastos dangos parinktys:

Tinkama apsaugos nuo korozijos sistema turėtų būti parinkta atsižvelgiant į pastato aplinką, numatomą tarnavimo laiką ir taikomus projektavimo standartus.

Kokybės patikra

Prieš išsiuntimą, gatavos garbanos yra patikrinamos, siekiant įsitikinti, kad matmenys, skylių vietos, sekcijų geometrija ir dangos kokybė atitinka projekto specifikacijas.

Įprasti tikrinimo elementai apima:

• Sekcijos matmenys
• Ilgio tolerancija
• Tarpai tarp skylių
• Tiesumas
• Cinkuotos dangos būklė
• Paviršiaus defektai

Nuosekli kokybės kontrolė padeda sumažinti montavimo vietoje klaidų ir užtikrina, kad antrinė karkaso sistema veiktų taip, kaip numatyta visą pastato eksploatavimo laiką.

5. Plieninių galiukų projektavimo svarstymai

Tinkamo garbanos profilio pasirinkimas yra tik viena projektavimo proceso dalis. Inžinieriai taip pat turi nustatyti tinkamą tarpatramį, tarpą, konstrukcinį pajėgumą ir tvirtinimo išdėstymą, kad užtikrintų, jog stogo sistema veiktų saugiai per visą eksploatavimo laiką.

Šie veiksniai yra glaudžiai susiję. Vieno konstrukcijos parametro pakeitimas dažnai paveikia kitus, todėl garbanos visada turėtų būti projektuojamos kaip visos stogo sistemos dalis, o ne kaip atskiri elementai.

Tarpo ilgis

Tarpatramio ilgis reiškia atstumą tarp gretimų gegnių, laikančių kotelius. Didėjant šiam atstumui, taip pat didėja lenkimo momentai ir deformacija, todėl reikia didesnių karpinių dalių arba mažesnių tarpų.

Užuot tiesiog pasirinkę giliausią galimą sekciją, inžinieriai paprastai subalansuoja sekcijų dydį, tarpus ir medžiagų sąnaudas, kad pasiektų ekonomiškiausią sprendimą.

Ilgo tarpatramio pramoninių pastatų atveju dažnai pirmenybė teikiama ištisinėms Z įtvaroms, nes persidengiančios jungtys pagerina apkrovos pasiskirstymą ir sumažina didžiausius lenkimo įtempius.

Tarpas tarp galiukų

Atstumas tarp galiukų priklauso ir nuo konstrukcijų galių, ir nuo stogo dangos medžiagos persidengimo.

Jei atstumas yra per didelis, stogo plokštės gali per daug deformuotis, atsirasti alyvos išsiliejimo ar tvirtinimo problemų. Jei tarpai yra be reikalo maži, papildomas plienas padidina projekto sąnaudas, nesuteikdamas proporcingos struktūrinės naudos.

Įprasti atstumai skiriasi priklausomai nuo stogo dangos sistemos, projektinių apkrovų ir projekto reikalavimų, todėl inžineriniai skaičiavimai yra būtini, o ne fiksuoti matmenys.

Pastaba:Nėra universalaus atstumo tarp galiukų, tinkamų kiekvienam projektui. Projektuojant visada reikia atsižvelgti į vietinius statybos kodeksus, stogo plokščių specifikacijas ir aplinkos apkrovas.

Stogo apkrovos

Plieninės garbanos sukurtos taip, kad per visą pastato eksploatavimo laiką atlaikytų kelias apkrovos sąlygas.

Projektavimo kodeksai reikalauja, kad inžinieriai įvertintų skirtingus apkrovų derinius, o ne kiekvieną apkrovą svarstytų atskirai. Daugelyje regionų vėjo pakilimas gali lemti dizainą, net kai sniego apkrova yra palyginti maža.

Nukrypimo valdymas

Vien konstrukcijos tvirtumas negarantuoja gerų stogo savybių. Net ir tada, kai stiebas gali atlaikyti reikiamas apkrovas, dėl per didelio įlinkio gali kilti vandens nutekėjimo problemų, nelygūs stogo paviršiai arba sunku montuojant stogo plokštes.

Dėl šios priežasties plieninių pastatų projektavimo standartuose nurodytos leistinos deformacijos ribos, užtikrinančios stogo dangos sistemos funkcionavimą normaliomis eksploatavimo sąlygomis.

Deformacijos valdymas taip pat padeda išlaikyti užbaigto stogo išvaizdą ir sumažina nereikalingą stogo dangos tvirtinimo detalių ir jungčių įtempimą.

Šoninis stabilumas

Kadangi šalto formavimo įvorės turi gana plonas sieneles, jos yra labiau linkusios į šoninį sukimąsi nei sunkesnės karšto valcavimo dalys.

Siekiant pagerinti stabilumą, garbanos priklauso nuo stogo plokščių, sujungimo detalių ir papildomų tvirtinimo elementų. Šie komponentai veikia kartu, kad apribotų šoninį judėjimą ir padėtų garbanoms išlaikyti konstrukcinį pajėgumą esant apkrovai.

Todėl tinkamas montavimas yra toks pat svarbus kaip ir tinkamo dydžio sekcijos pasirinkimas.

Strypai ir tilteliai

Vidutinio ir ilgo tarpatramio stogo sistemose inžinieriai dažnai montuojanusmukę strypaiarbatilto nariaitarp gretimų galiūnų. Nors šie komponentai atlaiko tik nedidelę stogo apkrovos dalį, jie žymiai pagerina garbanų sistemos veikimą.

Pagrindinės jų funkcijos apima:

Montavimo metu išlaikomas gretimų garbanų išlyginimas

Šoninis suvaržymas, siekiant sumažinti sulinkimo riziką

Geresnis apkrovos pasidalijimas tarp gretimų galiukų

Padidinti bendrą stogo karkaso sistemos standumą

Įstrigo strypai neturėtų būti laikomi pagrindiniais laikančiaisiais elementais. Vietoj to, jie tarnauja kaip stabilizuojantys elementai, padedantys lenkimo sistemai veikti taip, kaip suprojektuota tiek konstrukcijos, tiek eksploatavimo sąlygomis.

Nepertraukiamos ir paprastai palaikomos „Pulin“ sistemos

Vienas iš svarbių šiuolaikinių plieninių pastatų projektavimo aspektų yra tai, ar garbanos yra sumontuotos kaiptiesiog palaikė nariusarba kaipnuolatiniai nariai.

Paprasčiausiai atremta tvarsliava yra tarp dviejų gegnių ir savarankiškai perkelia apkrovas. Priešingai, ištisinės Z galios sutampa atramos vietose, todėl gretimi tarpatramiai gali veikti kartu kaip ištisinė konstrukcinė sistema.

Palyginti su paprastai palaikomomis priemonėmis, nuolatinės sistemos paprastai suteikia:

• Mažesni didžiausi lenkimo momentai
• Sumažintas įlinkis
• Tolygesnis apkrovos paskirstymas
• Geresnis medžiagų efektyvumas

Dėl šios priežasties ištisinės Z galiukų sistemos tapo pageidaujamu sprendimu daugeliui sandėlių, gamyklų ir kitų ilgo tarpatramio plieninių pastatų.

6. Plieninių galiukų sujungimo būdai

Tinkamos jungtys yra būtinos, norint užtikrinti, kad plieninės garbanos veiktų taip, kaip numatyta. Net ir pasirinkus tinkamą sekcijos dydį, prastos jungties detalės arba netikslus montavimas gali sumažinti konstrukcijos efektyvumą ir padidinti per didelio deformacijos ar nestabilumo riziką.

Sujungimo būdas turi būti parinktas atsižvelgiant į griovelio profilį, stogo išdėstymą ir konstrukcijos projektavimo reikalavimus.

Įprasti plieninių kotelių sujungimo būdai.

Varžtinės jungtys

Varžtinės jungtys yra standartinis plieninių kotelių tvirtinimo prie gegnių būdas. Palyginti su lauko suvirinimu, varžtiniai mazgai užtikrina greitesnį montavimą, lengvesnį pakeitimą ir nuoseklesnę konstrukcijos kokybę.

Daugumoje surenkamų plieninių pastatų naudojami cinkuoti didelio stiprumo varžtai kartu su sujungimo plokštėmis, kad būtų supaprastintas surinkimas vietoje.

Sujungtos jungtys

Viena iš pagrindinių Z galiukų savybių yra jų gebėjimas persidengti atramos vietose. Vietoj kiekvienos gegnės, gretimos sijos turi bendrą atramą ir yra sujungtos varžtais, kad sudarytų ištisinę konstrukcinę sistemą.

Tinkamas juostos ilgis ir varžtų išdėstymas yra būtini norint pasiekti konstrukcijos tęstinumą, kaip numatyta projektiniuose skaičiavimuose.

Cleat jungtys

Apkabos yra plieniniai laikikliai, jungiantys kotelius su pirminiu konstrukciniu rėmu. Jų matmenys, storis ir varžtų konfigūracija yra suprojektuoti taip, kad atitiktų garbanos profilį ir atraminę gegnę.

Gerai suprojektuotos klijavimo jungtys supaprastina montavimą ir išlaiko tikslią išlygiavimą per visą stogą.

Įstrigo strypų jungtys

Kad būtų pagerintas šoninis stabilumas ir išlaikytas išlygiavimas, tarp gretimų galiukų įtaisyti strypai. Nors jie nėra pagrindiniai laikantys elementai, jų sujungimo detalės turi atitikti konstrukcinius brėžinius, kad būtų užtikrintas veiksmingas suvaržymas eksploatavimo sąlygomis.

Neteisingas strypo montavimas gali sumažinti garbanų sistemos stabilumą, ypač ilgo tarpatramio stoguose.

Išvada

Plieninės garbanos yra esminė šiuolaikinių plieninių stogų sistemų sudedamoji dalis. Palaikydami stogo dangą, perkeldami konstrukcines apkrovas ir gerindami stogo stabilumą, jie tiesiogiai prisideda prie plieninių pastatų tvirtumo, ilgaamžiškumo ir konstrukcijos efektyvumo.

Tinkamo garbanos profilio parinkimas, tinkamo atstumo nustatymas ir patikimų sujungimo detalių sukūrimas vaidina svarbų vaidmenį stogo sistemos veikimui. Norint pasiekti saugų ir ekonomišką dizainą, reikia atsižvelgti į tokius veiksnius kaip tarpatramio ilgis, apkrovos sąlygos, tvirtinimo reikalavimai ir apsauga nuo korozijos.

Nesvarbu, ar jie naudojami sandėliuose, dirbtuvėse, paukštidėse ar orlaivių angaruose, tinkamai suprojektuotos plieninės garbanos padeda sukurti patvarias stogo konstrukcijas, galinčias užtikrinti ilgalaikį konstrukcinį veikimą efektyviai naudojant medžiagas.