Uvođenje podupiranja koljena u zgradi od čelika.

Praktičan pogled na to kada i zašto je pametno podupirati koljeno

Zgrada od čelika ima zasluženu reputaciju jer se prostire na velikim prostorima uz minimalno prekid. Ali uđite u područje s ozbiljnim vjetrovim opterećenjima ili seizmičkom aktivnošću, i razgovor o bočnoj stabilnosti počinje dominirati procesom dizajna. Jedno rješenje koje se stalno pojavljuje na radionicama i sastancima projekta je podupiranje koljena. Nije najplamantniji strukturni element, ali često onaj koji štedi projekt od skupih momentnih veza ili obimnih zidova.

Osnovna ideja je jednostavna. Kratka dijagonalna podložna sila koljeno povezuje gred s stupcem blizu njihovog presjeka, stvarajući čvrsti spoj bez zavarivanja punog momenta. Ova konfiguracija prenosi bočne sile pomoću osne akcije u nosilacu, a ne kroz savijanje u spoju greda-slogana. Ono što čini podupiranje koljena posebno privlačnim je to što se nalazi u dobrom položaju između cijene i performansi. Spojnice punog momenta zahtijevaju teže dijelove, više zavarivanja i strožiju kontrolu kvalitete u radionici. Koncentrični okviri koji se podignu na podu troše prostor s dijagonalnim dijelovima koji ometaju vrata, transportne prikolice ili raspored opreme. Podupiranje koljena zauzima srednji prostor gdje je dijagonala visoko, izvan puta, ali ipak pruža značajan bočni otpor.

Gdje podupiranje koljena zapravo sjaji u stvarnim projektima

Projekti koji najviše imaju koristi od podupiranja koljena imaju nekoliko zajedničkih osobina. Jednospratne industrijske zgrade s visinama ispod 12 metara. Skladišta gdje je razmak između stupova od 30 do 60 stopa. U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, za proizvodnju električnih vozila za zračne prijevoze u skladu s člankom 3. točkom (a) ovog članka, proizvođač mora imati: A možda najvažnije, projekti u seizmičkim zonama gdje dizajnerski tim želi element nalik osiguraču koji može raspršiti energiju bez prisiljavanja cijelog okvira u neelastični raspon.

Projekt od prije nekoliko godina vodi ovu kuću. Jedna tvornica za preradu hrane na sjeverozapadu Pacifika trebala je proširiti svoju površinu za suho skladištenje za 120.000 kvadratnih metara. Mjesto je bilo na mekom tlu s označenjem mjesta klase D, a lokalna nadležnost zahtijevala je seizmički dizajn prema ASCE 7 s parametrom ubrzanja spektarnog odgovora koji je potisnuo dizajn u umjerenu seizmičku kategoriju. Inženjerski tim je pregledao uobičajene opcije. Obični okviri momenta zahtijevali su W24 stupce i stvrdnjače s dvostrukom mrežom na svakom spoju, što je bilo skupo i u materijalu i u vremenu proizvodnje. Koncentrični okviri bi probili dijagonale kroz prozore koje su potrebni za prirodno svjetlo u skladištu.

Otvoreno je bilo da se podupire koljeno. Dizajn je koristio konfiguraciju koljenog nosila s dijagonalom koja ide od točke oko 5 stopa niz stub do točke oko 4 stope na gredi. To je držalo opremu potpuno iznad razgraničene visine potrebne za rad viličara, a istovremeno pružilo dovoljno bočne krutosti kako bi se ispunila ograničenja pomicanja. Nacrti su se vratili s znatno manje detalja zavarivanja od alternativne opcije za momentni okvir, a ekipa za montažu je imala ojačanje u otprilike polovici vremena koje bi im bilo potrebno za složenije veze.

Tehnički mehanizam pristupa

Da bismo razumeli zašto podupiranje koljena funkcionira, potrebno je brzo pogledati kako bočna opterećenja prolaze kroz čelični okvir. U neoslanjenom okviru vjetar ili seizmičke sile guraju vrh stuba bočno, stvarajući trenutak na dnu i drugi na spoju greda-stolpa. Okvir se odupire tome sagometajući se, što znači da stup i dijelovi greda moraju biti dovoljno duboki i težak da se nose s tim trenucima bez pretjeranog opterećenja.

Dodajte protezu za koljeno, i put tereta se mijenja. U skladu s tim, u skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, poduzeća koja se bave proizvodnjom električne energije u skladu s člankom 3. točkom (a) ovog članka mogu imati: Ova osna sila se razdvaja na horizontalne i vertikalne komponente na spojevima. Horizontalna komponenta izravno odupire bočnom opterećenju, dok vertikalna komponenta stavlja dodatni osni opterećenje u stup. Net efekat je da spoj greda-kolone vidi mnogo manje trenutaka savijanja, što znači da lakši dijelovi mogu raditi posao.

U Priručniku za konstrukciju od čelika AISC-a navedene su posebne odredbe o dizajnu ramova za koljena, a oni se tretiraju kao vrsta ramova za pomak s posebnim zahtjevima za detalje. Sam koljena element se dizajnira kao žrtvovanje komponente u visoko-seizmičke aplikacije to proizvodi i raspršuje energiju tijekom velikog događaja, a štiti glavne članove okvira od oštećenja. Ovaj koncept jednokratne podupire koljena potvrđen je kroz testiranje u cijelom obimu i priznat je u AISC 341 za kategorije seizmičkih konstrukcija gdje je fleksibilnost važna.

Što brojevi govore o uspješnosti

Razlika u učinkovitosti između strategija za podupiranje se jasno vidi kada uporedite pomicanje, težinu materijala i složenost proizvodnje. U studiji iz 2023. godine objavljenoj u časopisu AISC Engineering Journal uspoređeni su obični okvirovi za moment, okvir sa koncentričnim zagrljajem i okvir s koljenom pod istim uvjetima opterećenja. Konfiguracija s podložnim koljenom pružila je bočno pomicanje unutar 15% momenta dok je koristila otprilike 30% manje čelika. Koncentrično podržani okvir bio je još lakši, ali arhitektonski sukobi i složenost povezivanja gurnuli su mnoge dizajnerske timove prema podržavanju koljena kao praktičnom srednjem mjestu.

Broj inča za varenje govori priču koja odzvanja u tvornicama. Manje inča zavarivanja znači manje rada, manje distorzije i brže obrate kroz radnju. Za tipičnu skladište od 50 skladišta, razlika između momenta ramove veze i koljena brace veze može se dodati do stotine metara zavarivanja uštedjelii to se direktno prevodi u raspored i troškove koristi.

Praktične ograničenja koje vrijedi priznati

Podupiranje koljena nije univerzalno rješenje, a pretvaranje drugačije čini lošu uslugu procesu dizajna. Ovaj pristup najbolje djeluje u niskim i srednjim zgradama gdje je omjer visine zgrade podijeljen s širinom ispod 0,3. Visoke, uske zgrade stvaraju veće trenutke prevrtanja koje samo podupiranje koljena ne može učinkovito riješiti. U tim slučajevima, kombinacija podupiranja koljena na donjim razinama i okvira za vrijeme ili zidova za šišanje više često ima više smisla.

Još jedno ograničenje se pojavljuje u zgradama s velikim teretima. Dinamički udarac od nadglavnih ždralova stvara zabrinutost zbog umora na spojevima za koljeno, posebno tamo gdje se oprema veže za gred. Detaljno izrađivanje tih veza kako bi se podnijela seizmička i ždralna opterećenja zahtijeva pažljivu pažnju na kombinacije opterećenja i može potaknuti dizajn prema težim dijelovima nego što bi to trebala čista vjetro- ili seizmička primjena.

Geometrija povezivanja također je važnija od onoga što mnogi dizajneri u početku shvaćaju. U slučaju da je to potrebno, u slučaju da je to potrebno, potrebno je utvrditi da je to potrebno za ispitivanje. Plitki uglovi, recimo ispod 30 stupnjeva od horizontalne, stvaraju velike osne sile za određeno bočno opterećenje, što može povećati veličinu presjeka i zahtjeve za povezivanjem. Strmije kutovi funkcioniraju bolje strukturalno, ali mogu biti u sukobu s zahtjevima za nadzemnom razgraničenosti.

Integriranje s drugim strukturnim sustavima

Podupiranje koljena rijetko djeluje u izolaciji. U većini zgrada, bočni sustav sastoji se od više elemenata koji rade zajedno. Okviri za koljena često se kombinuju s djelovanjem dijafragme s krova ili podne palube, koja raspoređuje bočna opterećenja na okvire za koljena na temelju njihove relativne krutosti. Stajna paluba mora biti detaljno postavljena kako bi se ova opterećenja mogla prenijeti bez pretjeranog opterećenja čvrstih dijelova ili uzročnog prijevremenog kvaru na rubovima ploča.

Dizajn temelja također mora odražavati put tereta. Podupiranje koljena uvodi značajne osne opterećenja u stupce, što se pretvara u veće zahtjeve za podnošenje nego što bi zahtijevao neosiguran okvir. Međutim, ova opterećenja stopala obično su manja od onih iz koncentrično podržanog okvira, gdje sile dijagonalne podržavača mogu stvoriti značajan podizanje i prevrtanje na osnovi. Za projekte u kojima su troškovi temelja glavni pokretačmjesto s lošim uvjetima tla ili skupim iskopavanjem stijena ovaj profil opterećenja srednjeg tla može biti odlučujuća prednost.

Nedavni projekt u jugoistočnim Sjedinjenim Državama dobro je ilustrirao ovu točku. Distribucijski centar na mjestu s visokim vodnim slojem i upitnim nosivim kapacitetom prošao je vrijednosnu inženjeringu koja je uspoređivala podupiranje koljena s koncentričnim podupiranjem. Koncentrična opcija zahtijevala je bušena stuba za rukovanje snagama podizanja iz aparata, što je dodalo otprilike 180.000 dolara proračunu temelja. Alternativna proteza za koljeno zadržala je opterećenja u rasponu raspršenih podnožja, štedeći projekt i novac i vrijeme.

Uloga Komisije u pogledu zahtjeva za uključivanje u projekte

Odluka o korištenju podupiranja koljena svodi se na nekoliko praktičnih pitanja. Koje su granice pomicanja? Što zahtijeva seizmička kategorija projekta? Koliko smetnji može podni plan tolerirati od dijagonalnih proteza? Što lokalna tvornica radi bolje? Odgovaranje na ova pitanja na početku procesa dizajna sprečava rješavanje problema u kasnoj fazi koji uništavaju rasporede i proračune.

Za projekte u kojima odgovori upućuju na podupiranje koljena, detalji zaslužuju istu pažnju kao i svaki drugi konstrukcijski element. U slučaju da se ne primjenjuje AISC 360, to znači da se ne primjenjuje AISC 360. Sam član aparata mora se provjeriti kako za napetost i kompresiju, s odnosom tankoće koji se stalno izbija iz slike pod projektiranim opterećenjima.

U odluci su također uključeni i razmatranja o izradi i postavljanju. Povezivanje proteza za koljeno je jednostavno napraviti u radionici, s manje dijelova i manje složenosti nego momentne povezivanja. Slijed postavljanja obično omogućuje postavljanje aparata nakon što je glavni okvir u stanju stajanja, što posadi daje fleksibilnost u postavljanju i korištenju ždralca. Ova logistička prednost važnija je na uglavnom ugroženim radnim mjestima ili projektima s ubrzanim rasporedom.

Zhongwei Heavy Industry stvorio je reputaciju za pružanje rješenja za čelične okvirne konstrukcije koja uravnotežavaju strukturalne performanse s praktičnom konstruktivnošću. Proizvodni objekti i inženjerska podrška tvrtke pomažu projektnim timovima da se prođu kompromisima između različitih strategija za podupiranje, osiguravajući da odabrani pristup odgovara kriterijima projektiranja i stvarnosti izvršenja na licu mjesta.