In stalen gebouwen met meerdere- verdiepingen en hoge- gebouwen moeten kolommen vaak bestand zijn tegen vergelijkbare buigeisen in twee loodrechte richtingen, vooral op hoek- en kernlocaties of in composietframes van -gewapend- staalbeton (SRC). Een conventionele H-sectie heeft één sterke as en één zwakke as, dus een enkele oriëntatie kan oneconomisch worden of onder-benut worden. De stalen kruisvormige kolom, ook bekend als een kruis-vormige of plus-vormige kolom, is een gelast opgebouwd-deel dat dit probleem oplost door vrijwel identieke stijfheid en sterkte rond beide hoofdassen te bieden.
Wat is een stalen kruisvormige kolom?
Een kruisvormige kolom is een structuurelement waarvan de dwars-doorsnede de vorm heeft van een plusteken. Het wordt normaal gesproken vervaardigd door twee T--secties (longitudinaal gespleten van een H--balk) te lassen aan het lijf van een hoofd-H--profiel, zodat de ribben elkaar in het midden kruisen en de vier flenzen de vier armen van het kruis vormen. Het voltooide gedeelte gedraagt zich als een bi-symmetrisch element, wat betekent dat de draaistraal en buigstijfheid zeer dicht bij elkaar liggen in de twee orthogonale richtingen.
Hoofdcomponenten
Web:de elkaar snijdende langsplaten die de centrale kern van de sectie vormen en het grootste deel van de axiale belasting dragen.
Flenzen:de vier buitenste armen die vooral buigmomenten opvangen en het draagvlak vormen voor liggerverbindingen.
Dwarse en longitudinale verstijvers:platen die met tussenpozen worden toegevoegd om het plaatselijke knikken van de plaat te beheersen en om geconcentreerde krachten te verspreiden.
Interne membranen:platen geplaatst op ligger-naar-liggerverbindingszones om krachten soepel door de gesloten kern over te brengen.
Grondplaten en schoenbalken:zware bodemconstructies die de kolom aan de betonnen fundering verankeren.
Afschuifnoppen:gelaste bevestigingen die worden gebruikt wanneer de kolom is ingekapseld in beton, om een samengestelde werking tussen staal en beton te ontwikkelen.
Belangrijkste technische voordelen van kruisvormige kolommen
Gelijke biaxiale stijfheid
Omdat de doorsnede symmetrisch is rond beide hoofdassen, is er geen sprake van een uitgesproken zwakke as. Voor kolommen die wind- of seismische krachten vanuit elke richting moeten weerstaan, vereenvoudigt dit het ontwerp en vermijdt het de noodzaak om de sectie nauwkeurig te oriënteren.
Hoge torsieweerstand
Vergeleken met open profielen geeft de kruisende lijfconfiguratie de kruisvormige kolom een hogere torsiestijfheid, wat waardevol is bij hoekkolommen en bij verbindingen waar liggers vanuit vier richtingen inkaderen.
Goede seismische ductiliteit
De ductiele, compacte geometrie maakt een stabiele energiedissipatie mogelijk onder cyclische belasting. Wanneer beton-gevuld of omhuld is, combineert het composietgedeelte de opsluiting van het omringende beton met de sterkte van de stalen kern, die veel wordt gebruikt in gebieden met hoge-seismische-intensiteit.
Ruimte-efficiëntie
De compacte voetafdruk van een kruisvormige kolom kan gemakkelijker worden verborgen in scheidingswanden dan een breed-flensgedeelte, waardoor het bruikbare vloeroppervlak in kantoor- en woontorens wordt vergroot.
Voor projecten met strikte doorbuigings- of trillingslimieten moet het ontwerp altijd worden geverifieerd aan de hand van de geldende code, zoals GB 50017 voor projecten in China, AISC 360 voor Noord-Amerika of de relevante nationale code op de projectlocatie.
Stalen kruisvormige kolom versus H-Sectiekolom
| Vergelijkingsitem | H-Sectiekolom | Kruisvormige (kruis-vormige) kolom |
|---|---|---|
| Dwars-sectie | H-vorm, mono-symmetrisch rond één as | Plusvorm, bi-symmetrisch rond beide assen |
| Buiggedrag | Sterke as en zwakke as; lagere capaciteit rond de zwakke as | Bijna gelijke stijfheid en capaciteit in beide richtingen |
| Torsieweerstand | Relatief laag | Hoger vanwege de kruisende webkern |
| Fabricage | Standaard warm-gewalste profielen, of eenvoudig plaatlassen | Opgebouwd-: H--balksplitsing, T--sectiefitting en meer--passagelassen |
| Flexibiliteit van verbindingen | Balken framen meestal op het flensvlak | Zorgt ervoor dat balken vanuit vier richtingen kunnen worden ingekaderd met strakke details |
| Typische kostenpositie | Lagere productie-input per ton | Hogere fabricage-input, gerechtvaardigd waar biaxiale capaciteit nodig is |
| Typische toepassingen | Lage- en middelhoge-frames, industriële gebouwen, magazijnen | Hoge- kernen, SRC-composietframes, lange- openbare gebouwen, hoge- seismische zones |
De keuze tussen de twee profielen is een ontwerpbeslissing. H-profielen blijven de meest economische oplossing voor gewone frames met overwegend een- buiging in één richting. Kruisvormige kolommen worden geselecteerd wanneer uniforme sterkte in meerdere richtingen, hoge torsiestijfheid of compacte verberging vereist is.
Fabricageproces en kwaliteitscontrole
De typische winkelroute voor een kruis-vormige kolom is:
Materiaalvoorbereiding:plaatsnijden met CNC-vlam of plasma, gevolgd door voorbereiding van de afschuining van de randen voor volledige- penetratielassen.
H-sectiemontage:lijf- en flensplaten worden in een H--sectie gelast en rechtgetrokken om lasvervorming te verwijderen.
Longitudinale splitsing:de H--sectie wordt langs de middenlijn van het lijf gesneden om twee T--secties met bijpassende geometrie te produceren.
Kruisvormige montage en lassen:de twee T--secties worden op het lijf van de hoofd-H--sectie geplaatst en gelast, normaal gesproken met ondergedompeld booglassen (SAW) in gecontroleerde reeksen om vervorming te beperken.
Montage en inspectie:verstijvers, consoles en grondplaten worden gemonteerd, gevolgd door maatvoeringscontroles en niet-destructief onderzoek (NDT).
De kwalificaties van de lasprocedures moeten voldoen aan AWS D1.1, en de uitvoering van de fabricage aan EN 1090 waar het Europese raamwerk van toepassing is. Kritische lassen worden doorgaans onderzocht door middel van ultrasone (UT) of magnetische deeltjes (MT) testen, en de traceerbaarheid van het materiaal wordt gedocumenteerd via fabriekscertificaten die zijn uitgegeven in overeenstemming met EN 10204. Het wordt aanbevolen om complexe knooppunten vooraf- in de winkel te monteren om de uitlijning van de gaten vóór levering te bevestigen.
Corrosiebescherming moet voldoen aan ISO 12944: voor blootstelling aan buiten- of zeetoepassingen wordt gewoonlijk een zink-rijke primer met een epoxy tussenlaag en een polyurethaan toplaag, of thermisch- dompelverzinken gespecificeerd; het exacte systeem hangt af van de corrosiviteitscategorie van de projectlocatie.
Typische toepassingen van stalen kruisvormige kolommen
Hoge-hoge en super-hoge gebouwen:kern- en omtrekkolommen in stalen-betoncomposietframes, waarbij biaxiale sterkte en seismische prestaties van cruciaal belang zijn.
SRC-composietstructuren:kolommen van staal-versterkt- beton die een kruisvormige stalen kern combineren met een omhulsel van gewapend beton en schuifbouten.
Openbare gebouwen met grote- overspanningen:stadions, luchthaventerminals en tentoonstellingshallen waar kolommen zware ruimtelijke spanten en daksystemen ondersteunen.
Industriële installaties:primaire belasting-draagkolommen die onderhevig zijn aan dynamische of schokbelastingen.
Stalen platforms met meerdere- niveaus:onafhankelijke draagframes- voor procesapparatuur en tussenverdiepingen.
Het volledige assortiment gelaste kolommen en liggers kunt u bekijken in de productcategorie kolommen en liggers.
Veelgestelde vragen
Hoe wordt een stalen kruisvormige kolom vervaardigd?De conventionele route is om een H--sectie samen te stellen, deze in de lengterichting in twee T--secties te splitsen en de T--secties aan het lijf van een andere H--sectie te lassen om het kruis te vormen. Het proces is volwassen en zeer geschikt voor grote doorsneden-en hoge axiale belastingscapaciteiten.
Wanneer moet ik een kruisvormige kolom kiezen in plaats van een H--sectie?Kies een kruisvormige kolom als de kolom aanzienlijke buiging in twee richtingen moet kunnen weerstaan, als vier- liggerverbindingen nodig zijn, als torsiestijfheid belangrijk is, of als de voetafdruk van de kolom verborgen moet worden binnen muren. Voor eenvoudige enkel-directionele frames is een H--profiel doorgaans voordeliger.
Welke verbindingstypen worden vaak gebruikt voor kruisvormige kolommen?Basisplaatverbindingen, kolomverbindingen, ligger-naar-kolomverbindingen en schoorverbindingen zijn allemaal standaard. In ruimteframes of vakwerksystemen worden leden vaak verbonden met knoopplaten met zeer sterke bouten of lassen, gedetailleerd in overeenstemming met de geldende ontwerpcode.
Welke corrosiebescherming wordt aanbevolen?Voor droge binnenomgevingen is een alkyd-anti-corrosieve primer met een toplaag meestal voldoende. Voor blootgestelde of maritieme omgevingen moet thermisch verzinken of een meerlaags systeem van zinkrijke primer, epoxy-ijzeroxide-tussenlaag en polyurethaan toplaag worden gespecificeerd, waarbij het systeem moet worden geselecteerd volgens de ISO 12944-corrosiviteitscategorie.
Hoe wordt de laskwaliteit op kruisvormige kolommen gecontroleerd?Veld- en werkplaatslassen op de kruisende knooppunten zijn van cruciaal belang. Lassen moet worden uitgevoerd door gekwalificeerde lassers in overeenstemming met AWS D1.1 of de toepasselijke code, en kritische lassen worden doorgaans onderworpen aan 100% ultrasone tests (UT) met magnetische deeltjes (MT) follow-waar nodig.
Kunnen kruisvormige kolommen worden gebruikt in composiet (SRC) structuren?Ja. De stalen kruisvormige kern kan worden ingekapseld in gewapend beton met breekbouten die aan de flenzen en het lijf zijn gelast, waardoor een kolom van -gewapend- staal ontstaat die een hoge axiale capaciteit combineert met uitstekende seismische prestaties.