올바른 강철 상자 기둥 크기를 선택하는 방법

용접 상자 섹션 또는 폐쇄형 조립 섹션이라고도 하는 강철 상자 기둥은 4개의 플레이트를 속이 빈 정사각형 또는 직사각형 프리즘에 용접하여 제작됩니다. 닫힌 형상은 두 축에 대해 대칭적인 강성을 제공하고 높은 비틀림 저항과 무거운 축 하중 하에서 뛰어난 성능을 제공하므로 고층-코어, 장경간 교량 및 산업용 프레임에 대한 표준 선택이 됩니다. 모든 프로젝트 팀이 초기에 직면하는 질문은 기둥의 크기가 얼마나 되어야 하는가입니다. 그 답은 카탈로그가 아닌 구조설계에서 나오는데, 본 가이드에서는 이를 결정하는 요소와 점검사항을 설명합니다.

강철 상자 기둥이란 무엇입니까?

강철 상자 기둥은 폐쇄형의 속이 빈 구조 부재로, 일반적으로 4개의 강철판을 함께 용접하여 정사각형 또는 직사각형 단면을 형성하여 생산됩니다.{0}} I- 또는 H-빔과 같은 개방형 단면과 비교하여 상자 단면은 다음을 제공합니다.

대칭 이축 강성:강한 축이나 약한 축이 없으므로 기둥은 모든 방향에서 균등하게 굽힘에 저항합니다.

높은 비틀림 저항:폐쇄형 셀은 개방형 섹션보다 훨씬 효과적으로 토크에 저항합니다.

높은 압축 효율:재료는 중심에서 멀리 분산되어 단면 영역에 큰 회전 반경을 제공합니다.

우수한 국부 좌굴 제어:4개의 플레이트 벽은 관리 코드의 압축 제한을 충족하도록 비율을 조정할 수 있습니다.

상자 기둥은 고층 프레임의 건물 기둥, 교각 및 철탑, 산업 및 공공 건물의 주요 부재로 널리 사용됩니다.{0}}

상자 기둥 크기를 결정하는 요인

설계하중

단면은 지배 규정에 따라 결합된 축 하중, 중력 및 측면 하중으로 인한 굽힘 모멘트, 전단력을 견뎌야 합니다. 강도와 사용 가능성 한계 상태가 모두 충족되어야 합니다.

지지되지 않은 높이 및 유효 길이

지지되지 않은 길이가 길어지면 기둥이 가늘어지고 압축 용량이 감소합니다. 유효 길이는 실제 길이와 끝 구속(부재 상단 및 하단의 고정, 핀 또는 부분 구속 연결)을 반영하는 K{1}} 계수의 곱입니다.

끝 구속조건 및 경계 조건

고정 베이스와 모멘트{0}}연결 상단은 유효 길이 계수를 줄이는 반면 고정 베이스와 단순 연결은 유효 길이 계수를 늘립니다. 지지 조건은 좌굴 검사를 직접적으로 제어하므로 정확하게 모델링되어야 합니다.

강철 등급

S355(EN 10025-2), ASTM A572 등급 50 또는 Q355B(GB/T 1591)와 같은 높은 강도 등급-은 더 높은 단가와 더 엄격한 용접 및 제조 요구 사항을 희생하더라도 동일한 하중에 대해 더 컴팩트한 단면을 허용합니다. 설계강도와 제작능력을 고려하여 Grade를 선택해야 합니다.

너비-대-두께 비율(국부 좌굴)

상자 기둥의 판 벽은 단면이 최대 강도에 도달하기 전에 국부적인 좌굴을 방지하기 위해 균형을 맞춰야 합니다. 코드는 너비-대-두께 비율 측면에서 압축 제한을 정의합니다. 예를 들어, AISC 360은 균일한 압축 하에서 가는 요소에 대한 제한 폭-대-두께 비율을 설정하고 GB 50017 및 EN 1993-1-1은 동등한 국부 좌굴 요구 사항을 제공합니다. 설계에서는 선택한 플레이트 두께가 해당 제한을 충족하는지 확인해야 합니다.

상자 기둥에 대한 디자인 검사

상자 열의 크기를 조정하는 것은 섹션을 가정하고 확인하고 조정하는 반복적인 프로세스입니다. 관리 코드(예: AISC 360, EN 1993-1-1 또는 GB 50017)에 따라 수행되는 주요 점검은 다음과 같습니다.

축 강도:설계 압축 강도는 적절한 저항 계수로 감소된 공칭 강도입니다. 여기서 공칭 강도는 임계 축에 대한 굴곡 좌굴을 설명하고 유효 세장비 KL/r을 기반으로 합니다.

축 방향 및 굽힘 결합:축력과 모멘트의 이용률을 결합한 코드의 상호작용 방정식을 통해 축방향 하중과 모멘트를 받는 부재를 검증합니다.

날씬함 한계:압축 부재는 일반적으로 최대 세장비(예: AISC 360에 따른 주 압축 부재의 경우 KL/r이 200 이하, GB 50017의 동등한 제한이 주요 압축 부재에 적용됨)로 제한됩니다.

국부 좌굴:플레이트 너비-대-두께 비율은 코드의 압축 한계에 대해 확인되므로 섹션은 설계에서 가정한 대로 소성 또는 탄성 용량을 개발할 수 있습니다.

서비스 가능성:측면 드리프트, 축 단축 및 진동이 프로젝트 한계에 대해 점검됩니다.

형상은 강도 검사와 상호 작용하기 때문에 최종 크기는 공인된 설계 소프트웨어를 사용하고 승인된 계산을 통해 준비된 작업 도면을 사용하여 자격을 갖춘 구조 엔지니어가 가장 잘 확인합니다.

애플리케이션별 실제 크기 조정 지침

표는 단지 ​​참고용일 뿐입니다. 지배적인 하중 사례, 유효 길이 및 코드 요구 사항이 항상 우선 순위를 가지며 정확한 치수는 구조 계산에서 나와야 합니다.

제조 및 품질 관리

용접된 박스 기둥은 폐쇄된 단면으로 인해 조립 후 내부 용접부에 접근할 수 없기 때문에 엄격한 제작이 필요합니다.

용접:네 모서리 이음매는 일반적으로 제어된 순서로 수중 아크 용접(SAW)으로 용접됩니다. 용접 절차는 AWS D1.1, EN 1090 또는 해당 규정을 준수해야 합니다.

내부 강화:하중 도입 지점의 가로 다이어프램과 필요한 경우 세로 보강재가 국부 좌굴 및 확산 집중력을 제어합니다.

비-파괴 테스트:중요한 용접부는 초음파 검사(UT), 자분 입자 검사(MT) 또는 사양에서 요구하는 방사선 검사(RT)를 통해 검사됩니다.

재료 추적성:EN 10204(유형 3.1)에 따른 밀 테스트 인증서는 플레이트의 화학 및 기계적 특성을 문서화합니다.

부식 방지:표면은 Sa 2.5에 따라 블라스트 세척되고 노출 범주에 대해 ISO 12944로 코팅되거나 지정된 경우 용융 아연 도금됩니다.

시험 조립:복잡하거나 허용 오차가 매우 높은 컬럼은 배송 전에 구멍 정렬 및 형상을 확인하기 위해 매장에서 시험 조립됩니다.-

자주 묻는 질문

Q: 어떤 형태의 상자 기둥을 사용할 수 있나요?
정사각형 및 직사각형 중공 단면이 가장 일반적입니다. 테이퍼형 및 계단식 상자 기둥은 건축 또는 하중 요구 사항에 따라 높이에 따라 다양한 단면이 필요할 때 생산됩니다.

Q: 박스 컬럼에는 어떤 강종을 선택해야 합니까?
보통 부하의 경우 Q235B(GB/T 1591) 또는 S235JR(EN 10025-2)이 경제적입니다. 고층, 교량 및 중공업 분야의 경우 Q355B/Q420(GB/T 1591), S355(EN 10025-2) 또는 ASTM A572 등급 50/60이 일반적입니다. 등급은 설계 강도 및 제작 요구 사항과 함께 선택됩니다.

Q: 벽 두께는 어떻게 결정됩니까?
벽 두께는 축 방향 및 굽힘 강도 검사, 코드의 국부 좌굴(너비-대-두께) 제한, 환경에 필요한 부식 허용량에 따라 설정됩니다. 세밀함이나 부분적인 좌굴 검사가 적용되는 경우 더 두꺼운 벽이 사용됩니다.

질문: 상자 열의 너비{0}}대-두께 비율은 어느 정도가 적당합니까?
단일 고정 값은 없습니다. 제한 폭-대-두께 비율은 관리 코드(예: AISC 360, GB 50017 또는 EN 1993-1-1의 압축 제한)에 의해 정의되며 강철의 항복 강도와 벽의 응력 수준에 따라 달라집니다. 설계에서는 적용 가능한 한계에 대해 단면을 검증해야 합니다.

Q: 박스기둥을 현장에서 접합할 수 있나요?
예. 필드 접합은 볼트 접합 플레이트 또는 완전-관통 홈 용접으로 만들어지며 코드에 따라 상세하게 검사됩니다. 매장-제작된 최종 준비 및 시험 조립은 접합부 정렬을 보장하는 데 도움이 됩니다.

Q: 제작된 박스 컬럼과 함께 제공되는 문서는 무엇입니까?
일반적인 문서에는 공장 테스트 인증서(EN 10204 유형 3.1), 용접 절차 자격 및 용접공 기록, NDT 보고서, 치수 검사 보고서 및 승인된 작업 도면이 포함됩니다.