Denne artikel omhandler nominelt fastgjorte samlinger (simple forbindelser), som anvendes i afstivede rammer i flere etager i Storbritannien. Denne form for afstivet konstruktion med nominelt stiftede samlinger betegnes som “simpel konstruktion”.

Artiklen indeholder en liste over de typer simple forbindelser, der er mest almindeligt anvendt i Storbritannien. Den præsenterer procedurerne for deres design i henhold til Eurocode 3 og diskuterer de relative fordele ved de forskellige typer af bjælkeenderforbindelser. Fordelene ved standardisering af forbindelser diskuteres for bjælke-til-bjælke- og bjælke-til-søjle-forbindelser ved hjælp af finplade- og fleksible endepladeforbindelser.

Søjlespalteforbindelser, søjlebaser og afstivningsforbindelser diskuteres også sammen med en kort omtale af specielle forbindelser.

 
Standard finpladeforbindelser detaljer

Typer af simple forbindelser

Simple forbindelser er nominelt stiftforbindelser, der antages kun at overføre forskydning i enderne og at have ubetydelig modstand mod rotation. Derfor overfører de ikke væsentlige momenter ved den ultimative grænsetilstand. Denne definition ligger til grund for konstruktionen af afstivede rammer med flere etager i Det Forenede Kongerige, der er konstrueret som “simpel konstruktion”, hvor bjælkerne er konstrueret som simpelt understøttede, og hvor søjlerne er konstrueret til aksialbelastning og de små momenter, der fremkaldes af ende-reaktioner fra bjælkerne. Stabiliteten tilvejebringes til rammen ved afstivning eller ved betonkernen.

 
Enkle forbindelser

Der anvendes to principielle former for enkle forbindelser (som vist til højre) i Det Forenede Kongerige, nemlig:

  • Fleksible endeplader og
  • Finplader.

De hyppigt forekommende simple forbindelser omfatter:

  • Forbindelser fra bjælke til bjælke og fra bjælke til søjle ved hjælp af:
    • Delvis dybe endeplader
    • Fuldt dybe endeplader
    • Finplader
  • Søjlesammenføjninger (boltede dækplader eller endeplader)
  • Søjlebaser
  • Forbinderforbindelser (Gusset-plader).

Enkle forbindelser kan også være nødvendige for skæve samlinger, bjælker excentrisk til søjler og forbindelse til søjlevægge. Disse klassificeres som særlige forbindelser og behandles særskilt.

Designprocedurer

Designet af simple forbindelser er baseret på BS EN 1993-1-8 og det tilhørende nationale bilag. Forbindelseskomponenternes kapacitet er baseret på reglerne i punkt 3.6. Fastgørelseselementernes afstand er i overensstemmelse med afsnit 3.5 og følger anbefalingerne i “Green Book” (SCI P358).

ECCS-publikation nr. 126 indeholder også nyttige retningslinjer for design af enkle forbindelser i henhold til Eurocode 3.

Overvejelser om samlinger

Klassificering af samlinger

I henhold til BS EN 1993-1-8, nominelt fastgjorte samlinger:

  • Skal være i stand til at overføre de indre kræfter uden at udvikle væsentlige momenter, der kan påvirke elementerne eller konstruktionen som helhed negativt, og
  • Skal være i stand til at acceptere de resulterende rotationer under de konstruktionsmæssige belastninger

Dertil kommer, at leddet skal:

  • udføre den retningsbegrænsning af elementerne, som er blevet antaget i elementkonstruktionen
  • have tilstrækkelig robusthed til at opfylde kravene til den strukturelle integritet (bindingsmodstand).

BS EN 1993-1-8 kræver, at alle forbindelser skal klassificeres; efter stivhed, som er passende for elastisk global analyse, eller efter styrke, som er passende for stiv plastisk global analyse, eller efter både stivhed og styrke, som er passende for elastisk-plastisk global analyse.

Klassificering efter stivhed:

Forbindelsens oprindelige rotationsstivhed, beregnet i overensstemmelse med BS EN 1993-1-8 , 6.3.1, sammenlignes med de klassifikationsgrænser, der er angivet i BS EN 1993-1-8 , 5.2.2.2.

Alternativt kan samlinger klassificeres på grundlag af eksperimentelle beviser, erfaring med tidligere tilfredsstillende resultater i lignende tilfælde eller ved beregninger baseret på prøvningsresultater.

Klassificering efter styrke:

De følgende to krav skal være opfyldt for at klassificere en forbindelse som nominelt fastgjort på grundlag af dens styrke:

  • Forbindelsens konstruktionsmomentmodstand overstiger ikke 25 % af den konstruktionsmomentmodstand, der kræves for en fuldstyrkeforbindelse
  • Forbindelsen skal være i stand til at acceptere de rotationer, der opstår som følge af konstruktionsbelastningerne.

Det britiske nationale bilag til BS EN 1993-1-8 angiver, at forbindelser, der er konstrueret i overensstemmelse med “Green Book” (SCI P358), kan klassificeres som nominelt fastgjorte samlinger.

Alle de standardforbindelser, der er angivet i “Green Book” (SCI P358), kan klassificeres som nominelt fastgjorte på grundlag af styrkekravene sammen med omfattende erfaring med de detaljer, der anvendes i praksis. Der bør udvises forsigtighed, før standarddetaljerne ændres, da den resulterende forbindelse kan falde uden for bestemmelserne i det britiske nationale bilag. Navnlig:

  • Den rotationsevne, som standardfinnepladedetaljerne har, er blevet påvist ved prøvning; ændrede detaljer er muligvis ikke duktile
  • Tykkelsen af endepladerne i fuld dybde er blevet begrænset for at sikre, at momentmodstanden er mindre end 25 % af en forbindelse med fuld styrke, og kan således klassificeres som nominelt fastgjort.

Strukturel integritet

De britiske bygningsforskrifter kræver, at alle bygninger skal være konstrueret således, at uforholdsmæssigt store sammenstyrtninger undgås. Almindeligvis opnås dette ved at konstruere samlingerne i en stålramme (forbindelserne mellem bjælker og søjler og søjlesammenføjningerne) med henblik på bindestyrker. Vejledning om konstruktionsværdierne for bindeledskræfter findes i BS EN 1991-1-7, bilag A, og det nationale bilag hertil i Det Forenede Kongerige. Kravene vedrører bygningsklassen med en konstruktionsværdi for den horisontale bindingsstyrke, som normalt ikke er mindre end 75 kN, og som regel betydeligt højere. Der er udviklet detaljer med endeplader i fuld dybde for at give en øget bindingsmodstand sammenlignet med detaljer med endeplader i delvis dybde. Yderligere oplysninger om strukturel robusthed findes i SCI P391 .

Valg af forbindelsestyper

Valget af bjælkeenderforbindelser kan ofte være ret kompliceret. De relative fordele ved de tre forbindelsestyper (endeplader med delvis dybde, endeplader med fuld dybde og finplader) er opsummeret i nedenstående tabel. Valg af bjælker og forbindelser er generelt stålværksentreprenørens ansvar, og denne vælger forbindelsestypen efter arbejdsbyrden i forbindelse med fremstillingen, økonomien og den midlertidige stabilitet under monteringen.

Relative fordele ved bjælkeendeforbindelsestyper
Partial depth end plate Full depth end plate Fin plate
Design
Shear resistance – procentdel af bjælkemodstand Op til 75% 100% Op til 50%
Op til 75% med to lodrette rækker bolte
Binding modstand Fair God God God
Særlige overvejelser
Skævede samlinger Middelmådig Middelmådig God
Bjælker excentrisk til søjler Middelmådig Middelmådig God God God God God God God God God
For at lette opsætningen, kan det være nødvendigt at afisolere flangen. Stivning kan være påkrævet for lange finplader
Fabrikation og behandling
Fabrikation God God God God God
Stivning kan være påkrævet for lange finplader
Overfladebehandling God God God God
Montering
Men let at montere Middelmådig
Pleje nødvendig for to-sideforbindelser
Fair
Påkrævet pleje ved to-sidede forbindelser
Godt
Apasning på stedet Middelmådig Middelmådig Middelmådig
Temporær stabilitet Middelmådig Godt Middel

Kompositgulve

Det er anerkendt, at interaktion med et kompositgulv vil påvirke opførslen af en simpel forbindelse. Det er almindelig praksis at konstruere sådanne forbindelser uden at udnytte fordelene ved kontinuiteten af armeringen gennem betonpladen. SCI P213 gør det imidlertid muligt at tage højde for armeringskontinuiteten ved at skabe relativt enkle endepladeforbindelser i fuld dybde med betydelig momentmodstand. I en afstivet ramme kan denne modstand bruges til at reducere momentet og nedbøjningen i midten af spændvidden, hvilket gør det lettere at vælge en mindre bjælke.

Omkostninger

Enkle forbindelser er altid billigere at fremstille end momentmodstandsdygtige forbindelser, fordi de kræver meget mindre fremstillingsarbejde, især ved svejsning.

Det er vanskeligt at give specifikke retningslinjer for omkostningerne, da en stålværksentreprenørs håndværkssatser kan variere betydeligt og afhænger af niveauet for investeringer i anlæg og maskiner. Hovedformålet er dog at minimere arbejdsindholdet. Materialeomkostningerne til fittings og bolte er små sammenlignet med håndværksomkostningerne, som domineres af svejseindholdet. På et typisk fabrikationsværksted kan omkostningerne til fremstilling af forbindelser udgøre 30-50 % af de samlede fremstillingsomkostninger.

Bæredygtighed

Standardiserede forbindelser er effektive i deres produktion. Stålværksentreprenører udstyrer deres værksteder med specialmaskiner, der øger fremstillingshastigheden, så de kan fremstille beslag og forberede elementerne meget hurtigere, end de ville gøre, hvis forbindelseskonfigurationen var forskellig hver gang.

De standardiserede detaljer betyder, at stålværket er ligetil at opføre, hvilket giver et mere sikkert arbejdsmiljø for stålmontørerne.

På grund af de fleste boltede forbindelsers art kan forbindelserne afmonteres, når konstruktionens levetid er udløbet. Stålværket kan demonteres, genbruges eller genanvendes, hvilket reducerer konstruktionens miljøpåvirkning.

Standardiserede forbindelser

Fordelene ved standardisering

I en typisk afstivet ramme med flere etager kan forbindelserne udgøre mindre end 5 % af rammens vægt og 30 % eller mere af de samlede omkostninger. Effektive forbindelser vil derfor have det laveste indhold af arbejdskraft til detaljering, fremstilling og opbygning.

Anbefalede komponenter
Komponent Preferred Option Noter
Fittings Materiale af kvalitet S275 Anbefalede størrelser på endeplader og finplader – se nedenstående tabel
Bolte M20 8.8 Bolte, med fuldt gevind Somme tungt belastede forbindelser kan kræve bolte med større diameter

Fundamentbolte kan være M20, M24, M30, 8.8 eller 4.6

Huller Generelt 22 mm i diameter, udstansede eller borede 26 mm diameter for M24-bolte

6 mm overmål for fundamentsbolte

Svejsning Fillet svejsninger generelt 6 mm eller 8 mm benlængde Større svejsninger kan være nødvendige for nogle søjlebaser

Anbefalede størrelser på endeplader og finplader
Fittings Sted
Størrelse (mm) Tykkelse (mm) Endplade Finplade
100 10
120 10
150 10
160 10
180 10
200 12

Beam-til bjælke og bjælke til søjle-forbindelser

De nedenfor anførte designprocedurer er velegnede til enten håndberegning eller til udarbejdelse af computerprogrammer.

Design af forbindelser i hånden kan være en besværlig proces, og derfor er et komplet sæt modstandstabeller medtaget i “Green Book” (SCI P358).

Ved kontrol af styrken af en nominelt fastgjort forbindelse indgår tre faser:

  1. Sikring af, at forbindelsen er detaljeret således, at den kun udvikler nominelle momenter, som ikke påvirker elementerne eller selve forbindelsen negativt. Forbindelsen skal være detaljeret, så den opfører sig duktilt.
  2. Identificering af belastningsvejen gennem forbindelsen, dvs. fra bjælken til det bærende element.
  3. Kontrol af modstanden for hver enkelt komponent.

For normal design er der ti designprocedurekontroller for alle dele af en samling mellem bjælke og bjælke eller bjælke og søjle for vertikal forskydning.

Et yderligere seks kontroller er nødvendige for at verificere samlingens bindingsmodstand. Forbindelserne mellem bjælke og søjle skal kunne modstå de laterale bindingsstyrker, medmindre disse kræfter modvirkes af andre midler i konstruktionen, f.eks. gulvplader.

Nedenstående tabel opsummerer den nødvendige kontrol af konstruktionsproceduren for endeplader med delvis dybde, endeplader med fuld dybde og finplader. Konstruktionsprocedurerne er fuldt ud beskrevet i “Green Book” (SCI P358).

Designprocedure for bjælkeforbindelser – Oversigtstabel
Kontrol af designprocedure Endplade med halvdybde Fuldstændig-dybde endeplade Finplade
1 Anbefalet detailpraksis
2 Understøttet bjælke Skærver Skilte Boltgruppe
3 Understøttet bjælke N/A N/A Finplade
4 Understøttet bjælke Web i forskydning
5 Understøttet bjælke Modstand ved et hak N/A Modstand ved et hak
6 Understøttet bjælke Lokal stabilitet af en bjælke med hak N/A Lokal stabilitet af bjælke med hak
7 Uhæmmet understøttet bjælke Samlet stabilitet af bjælke med hak N/A Samlet stabilitet af bjælke med hak Samlet stabilitet af bjælke med hak bjælke
8 Forbindelse Boltgruppe Boltgruppe Boltgruppe Svejse
9 Forbindelse Endplade i forskydning N/A N/A N/A
10 Understøttende bjælke/søjle Skubning og leje
11 Bindingsmodstand Plade og bolte
12 Bindingsmodstand Støttet bjælkevæv
13 Bindingsmodstand Svejse
14 Bindingsmodstand Støttende søjlevæv (UKC eller UKB)
15 Bindingsmodstand modstand Støttesøjlevæg (RHS eller SHS)
16 Bindingsmodstand N/A N/A N/A Støttesøjlevæg (CHS)

Noter:Kontrol af bøjnings-, forskydnings-, lokal- og sidebøjningsmodstand for en bjælkeprofil med hak er medtaget i denne tabel, da det normalt er i detaljeringsfasen, at kravet om hak fastlægges, hvorefter, skal der foretages en kontrol af den reducerede sektion

Bjælke-til-bjælke-forbindelser

Bjælke-til-bjælke-forbindelser

søjleforbindelser

Fleksible endepladeforbindelser

 
Endplade bjælke til søjle og bjælke til bjælkeforbindelser

Typiske fleksible endepladeforbindelser er vist i figuren til højre. Endepladen, som kan være delvis dybde eller fuld dybde, er svejset til den understøttede bjælke på værkstedet. Bjælken boltes derefter fast til den bærende bjælke eller søjle på stedet.

Denne type forbindelse er relativt billig, men har den ulempe, at der kun er ringe mulighed for justering på stedet. De samlede bjælkelængder skal fremstilles inden for snævre grænser, selv om pakker kan bruges til at kompensere for fabrikationstolerancer og monteringstolerancer.

Endplader er sandsynligvis den mest populære af de simple bjælkeforbindelser, der i øjeblikket anvendes i Storbritannien. De kan anvendes med skæve bjælker og kan tolerere moderate forskydninger i samlinger mellem bjælke og søjle.

Flowdrill, Hollo-Bolts, Blindbolte eller andre specielle samlinger anvendes til forbindelser til søjler med hule profiler.

Detaljeringskrav og designkontrol for delvist dybe og fuldt dybe endepladeforbindelser, som gælder for både bjælke-til-bjælke-forbindelser og bjælke-til-søjle-forbindelser, er udførligt behandlet i “Grøn bog” (SCI P358). Disse omfatter procedurer, arbejdseksempler, detaljer og tabeller over konstruktionsmodstand.

Der findes også et værktøj til design af endeplader.

Standarddetaljer for fleksible endeplader (endeplader med fuld dybde og delvis dybde) er vist i nedenstående figur sammen med anbefalede dimensioner og beslag.

 
Standardforbindelser til fleksible endeplader

Ordinære og Flowdrill-bolte
Støttet bjælke Anbefalet endepladestørrelse
bp × tp
Boltstørrelse
p3
Op til 533 UB 150 × 10 90
533 UB og derover 200 × 12 140
Bolte: M20 i huller med en diameter på 22 mm
Endplade: S275 stål, minimumslængde 0.6hb1
hvor hb1 er dybden af den understøttede bjælke
Vertikal afstand: p1=70 mm
Endafstand: e1=40 mm
Kantafstand: e2=30 mm
Hollo-Bolte
Støttet bjælke Anbefalet endepladestørrelse
bp × tp
Boltmåler
p3
Op til 533 UB 180 × 10 90
533 UB og derover 200 × 12 110
Endplade: S275 stål, minimumslængde 0.6hb1
hvor hb1 er dybden af den understøttede bjælke
Vertikal afstand: p1=80 mm
Endafstand: e1=45 mm
Edgeafstand: e2=45 mm

Finnplader

 
Finplade bjælke til søjle og bjælke til bjælke-forbindelser

Finplade-forbindelser er økonomiske at fremstille og enkle at montere. Disse forbindelser er populære, da de kan være de hurtigste forbindelser at montere og overvinder problemet med fælles bolte i dobbeltsidede forbindelser.

En finpladeforbindelse består af en pladelængde, der svejses på værkstedet til det bærende element, hvortil den understøttede bjælkelag er boltet på stedet, som vist i figuren nedenfor. Der er en lille afstand mellem enden af den understøttede bjælke og den understøttende søjle.

Finpladeforbindelser

Det er vigtigt ved udformningen af en finpladeforbindelse at identificere den passende aktionslinje for forskydningen. Der er to muligheder: enten virker forskydningen på søjlens forside, eller den virker langs midten af den boltgruppe, der forbinder finnepladen med bjælkevævet. Derfor bør begge kritiske sektioner kontrolleres for et minimumsmoment, der er produktet af den vertikale forskydning og afstanden mellem søjlens (eller bjælkens) forside og midten af boltgruppen. Begge kritiske sektioner kontrolleres derefter for det resulterende moment kombineret med den lodrette forskydning. På grund af usikkerheden omkring det moment, der påføres finnepladen, dimensioneres finnepladens svejsninger til fuld styrke.

Finnepladeforbindelser får deres rotationskapacitet i plan fra boltens deformation i forskydning, fra forvridningen af bolthullerne i leje og fra finnepladens bøjning uden for plan. Bemærk, at finneplader med lange fremspring har en tendens til at vride sig og svigte ved lateral torsionsbøjning. En yderligere kontrol, der tager hensyn til denne adfærd, indgår i konstruktionsprocedurerne for finnepladeforbindelser.

Den “grønne bog” (SCI P358) omfatter krav til detaljer, designkontrol og procedurer, der finder anvendelse på finpladekonstruktion. Denne publikation indeholder også arbejdseksempler og tabeller over konstruktionsmodstand.

Der findes også et værktøj til design af finplader.

 
Standard finnepladeforbindelser detaljer


Standard finnepladeforbindelser detaljer
Støttet bjælke nominel dybde
(mm)
Vertikale boltlinjer
n2
Anbefalet finnepladestørrelse
(mm)
Horisontal boltafstand, e2/e2 eller e2/ p2/e2
(mm)
Tilpasning, gh
(mm)
≤610 1 100 × 10 50/50 10
>610* 1 120 × 10 60/60 20
≤610 2 160 × 10 50/60/50 10
>610* 2 180 × 10 60/60/60/60 20
Bolte: M20 8.8 i huller med en diameter på 22 mm
Plade: S275 stål, minimumslængde 0.6hb1 hvor hb1 er dybden af den understøttede bjælke
Svejsning: To 8 mm fyldninger for 10 mm tykke plader

* For bjælker over 610 mm nominel dybde bør forholdet mellem bjælkens spændvidde og dybde ikke overstige 20, og den lodrette afstand mellem yderste bolte bør ikke overstige 530 mm

Den stigende interesse for brugen af S355 til finplader gav anledning til spørgsmål om stivheden af sådanne forbindelser – er de stadig nominelt pinnede? For at besvare dette spørgsmål bestilte BCSA og Steel for Life SCI til at udføre en undersøgelse, der sammenlignede finpladeforbindelsers opførsel med både S275- og S355-finplader. Undersøgelsen konkluderede, at så længe den standardiserede forbindelsesgeometri i Green Book overholdes, klassificeres 10 mm finplader i S355 som nominelt fastgjorte forbindelser og kan anvendes som et alternativ til S275-plader. Yderligere oplysninger findes i en artikel i maj 2018-udgaven af NSC-magasinet.

Søjleforbindelser

 
Søjleforbindelser

Søjleforbindelser i etagebyggeri med flere etager er nødvendige for at sikre styrke og kontinuitet i stivheden omkring begge søjlens akser. Typiske boltede søjlesamlinger, der anvendes til valsede I-profiler og hule profiler, er vist i figuren til højre.

Samlinger er typisk placeret hver anden eller tredje etage og er normalt placeret ca. 600 mm over gulvniveau. Dette resulterer i praktiske længder til fremstilling, transport og montage og giver nem adgang fra den tilstødende etage til boltning på stedet. Det er sjældent økonomisk rentabelt at anbringe samlinger i hver etage, da besparelsen i søjlemateriale generelt langt opvejes af omkostningerne til materiale, fremstilling og montering af samlingen.

Skolede dækpladesamlinger til I-profiler:

Der er to kategorier for denne type forbindelse:

  • Lagertype
  • ikke-lagertype.

I splejsningen af lagertypen (se figuren nedenfor) overføres belastningerne i direkte leje fra den øverste aksel enten direkte eller gennem en delingsplade. Splejsningen af “lagertypen” er den enklere forbindelse, som normalt har færre bolte end den ikke-lagrende splejsning, og er derfor den, der oftest anvendes i praksis.

Når der ikke er nogen nettospænding, kan der anvendes en standardforbindelse, men BS EN 1993-1-8 stiller krav om, at splejsepladerne og boltene skal overføre mindst 25 % af den maksimale trykkraft i søjlen.

For splejsninger af den bærende type vil bindingsmodstanden sandsynligvis være den kritiske kontrol.

 
Bærende søjlespalteforbindelser for valsede I-profiler


Spalteforbindelser kategoriseret som ikke-bærende type (se figuren nedenfor) overfører belastninger via boltene og splejsepladerne. Der ses bort fra ethvert direkte leje mellem elementerne, idet forbindelsen undertiden er detaljeret med et fysisk mellemrum mellem de to aksler. Udformningen af en ikke-bærende splejsning er mere kompliceret, da alle kræfter og momenter skal overføres gennem boltene og splejsepladerne. For ikke-bærende samlinger er minimumskravene i BS EN 1993-1-8 meget byrdefulde, idet de er baseret på elementets kapacitet snarere end på den påførte kraft.

Da samlinger generelt er placeret lige over gulvniveau, anses momentet som følge af strutvirkning for at være ubetydeligt. Der bør imidlertid tages hensyn til de momenter, der induceres i samlinger placeret på andre steder.

 
Nej bærende søjlesamlinger for valsede I-sektioner


Søjlesamlinger bør holde de forbundne elementer på linje, og hvor det er praktisk muligt, bør elementerne anbringes således, at samlingsmaterialets centroidalakse falder sammen med centroidalaksen af søjlesektionerne over og under samlingen. Hvis søjlesektionerne er forskudt (f.eks. for at opretholde en konstant udvendig linje), skal der tages højde for det moment, der skyldes excentriciteten, ved konstruktionen af forbindelsen.

Designkontrol, der kræves for boltede dækplade-søjlesamlinger, samt procedurer, arbejdseksempler, krav til detaljer og tabeller over konstruktionsmodstand findes i kapitel 6 i “Green Book” (SCI P358).

Skolede “dæk- og bundplade”- eller “endeplade”-forbindelser for rørformede og valsede I-profiler

 
“Dæk- og bundplade”- eller “endeplade”-forbindelse

Denne type forbindelse, består af plader, der er svejset til enderne af de nederste og øverste søjler og derefter blot boltet sammen på stedet, anvendes almindeligvis i rørformede konstruktioner, men kan også anvendes til åbne sektioner.

Den mest enkle form for forbindelse er som vist i figuren til højre og er tilfredsstillende, så længe enderne af hver aksel er forberedt på samme måde som for en samleledning af lejetypen. Muligheden for belastningsomvendelse bør tages i betragtning, ud over stabilitet under opstilling og krav til fastbinding.

Selv om det er almindeligt anvendt, er det vanskeligt at påvise, at splejsninger med kappe og bund opfylder kravene i BS EN 1993-1-8, punkt 6.2.7.1(14). Hvis disse typer samlinger anvendes, er det almindelig praksis at sikre, at pladerne er tykke, og at boltene er placeret tæt på flangerne for at øge forbindelsens stivhed. Der kan anvendes forlængede plader med bolte uden for profilet af sektionen. Hvis splejsninger af kappe- og bundplader er placeret væk fra et fastholdelsespunkt, skal der tages særligt hensyn til at sikre tilstrækkelig stivhed, så elementets konstruktion ikke bliver ugyldig.

“Kappe- og bundplade”- eller “endeplade”-søjlesplejsninger er behandlet i kapitel 6 i “Green Book” (SCI P358). Der gives krav til detaljer, designprocedurer, arbejdseksempler og tabeller over konstruktionsmodstandsdygtighed.

Søjlebaser

 
Typiske søjlebaser

Typiske søjlebaser, som vist i figuren til højre, består af en enkelt pladefilet svejset til enden af søjlen og fastgjort til fundamentet med fire fastgørelsesbolte. Boltene er støbt ind i betonfundamentet i placeringsrør eller kegler og er forsynet med ankerplader for at forhindre udtrækning. Der hældes højstyrke injektionsmørtel i rummet under pladen (se figuren nedenfor).

Sådanne søjlebaser er ofte kun udsat for aksial kompression og forskydning. Opadhævning og horisontal forskydning kan dog være et konstruktionstilfælde for søjlefødder i afstivede fag.

 
Søjlebasis fastholdelsesbolte


Søjlebasisforbindelse

 
Eksempel på en forskydningsstub

En simpel rektangulær eller firkantet bundplade anvendes næsten universelt til søjler i simpel konstruktion. Grundpladen skal have tilstrækkelig størrelse og styrke til at overføre den aksiale trykkraft fra søjlen til fundamentet gennem bundmaterialet uden at overskride fundamentets lokale bæreevne.

Der findes et værktøj til design af grundplader.

Søjlebaser er generelt konstrueret til at overføre kraften fra søjlen til grundpladen i direkte leje. Fastholdelsessystemer er designet til at stabilisere søjlen under konstruktionen og modstå enhver opadgående bevægelse i afstivede fag. I nogle tilfælde antages det, at en beskeden horisontal forskydning også bæres af holdeboltene.

Horisontal forskydningsoverførsel

Den måde, hvorpå horisontale forskydningskræfter overføres til fundamentet, er ikke velundersøgt. Nogle konstruktører kontrollerer modstandsdygtigheden af fastholdelsesboltene og sikrer, at de er tilstrækkeligt fuget. Denne praksis er blevet fulgt med succes for fundamenter med portalrammer, som bærer en betydelig forskydning.

Spændte fag kan have relativt høje forskydningskræfter. Konstruktørerne kan vælge at sørge for en forskydningsstub svejset på undersiden af bundpladen, selv om fordybningen kan komplicere støbningen af fundamentet, og der skal lægges særlig vægt på injektionsarbejdet. Konstruktionsmetoder, der dækker denne type detaljer, findes i “Green Book” (SCI P398).

Skubningen mellem søjleenden og bundpladen vil blive overført af svejsninger mellem søjlen og bundpladen. Svejsninger kan kun være tilført til stigen eller rundt om dele af profilen – det er generelt fundet, at svejsningsmodstanden er mere end tilstrækkelig til beskedne forskydningskræfter.

Stivningsforbindelser

 
Typisk afstivningsforbindelse til en knækplade

Stivningselementer omfatter flader, vinkler, kanaler, I-profiler og hule profiler. Forebyggelsesarrangementer kan indebære, at afstivningselementerne arbejder på spænding alene eller på både spænding og tryk. I de fleste tilfælde er afstivningselementet fastgjort med bolte til en knækplade, som i sig selv er svejset til bjælken, til søjlen eller mere almindeligt svejset til bjælken og dens endeforbindelse, som vist i figuren til højre.

Afstivningssystemer analyseres normalt under antagelse af, at alle kræfter skærer hinanden på elementets centerlinjer. Hvis denne antagelse realiseres i forbindelsesdetaljerne, kan det imidlertid resultere i en forbindelse med en meget stor knækplade, især hvis afstivningen er lavvandet eller stejl. Det er ofte mere hensigtsmæssigt at arrangere skæringspunkterne mellem elementerne for at skabe en mere kompakt forbindelse og kontrollere lokalt for virkningerne af de excentriciteter, der indføres.

Spændingsforbindelser udføres generelt med ikke-forspændte bolte i frigangshuller. I det mindste i teorien tillader dette en vis bevægelse i forbindelsen, men i praksis ignoreres dette i ortodoks konstruktion. I nogle tilfælde kan det være, at bevægelse ved omvending er uacceptabelt – der bør anvendes forspændte forbindelser under disse omstændigheder.

Den generelle designproces er:

  • Identificer belastningsvejen gennem forbindelsen
  • Opbyg forbindelsen for at sikre, at elementernes designintention realiseres, f.eks. at bjælkeforbindelserne forbliver nominelt fastgjort
  • Inddrag virkningerne af enhver væsentlig excentricitet
  • Kontroller komponenterne i forbindelsen.

Stiftforbindelse for et rørformet afstivningselement

Designregler til bestemmelse af knækpladens modstandskraft er angivet i “Grøn bog” (SCI P358).

Der findes også et værktøj til design af knækplader.

Særlige forbindelser

Stahlværksforbindelser til simpel konstruktion, som illustreret ovenfor, vil generelt give den mest økonomiske stålramme. En afvigelse fra disse forbindelser vil uundgåeligt resultere i en stigning i de samlede omkostninger. Stigningen i omkostningerne til detailtegning, fremstilling og montage kan være mere end 100 %, hvis ikke-standardforbindelser udgør størstedelen af de anvendte forbindelser.

Behovet for specielle forbindelser kan ofte undgås ved at foretage et fornuftigt valg af elementstørrelser. Det er usandsynligt, at en konstruktion med minimal vægt er den mest omkostningseffektive. Det er derfor god økonomisk praksis at sikre, at stålkonstruktioner kan placeres med centerlinjer på etablerede gitter. Bjælkernes topflanger bør så vidt muligt være på et konstant niveau, men dette er mindre kritisk for omkostningerne end excentriske forbindelser.

Ved udformning af specielle forbindelser kan det være muligt at anvende en modificeret version af en af de standardiserede forbindelser, der er angivet i Grønbogen, med forbehold af yderligere designkontrol. De konstruktionsprincipper og regler for komponentdimensionering, der er anført i Grønbogen, bør så vidt muligt indarbejdes i forbindelsernes konstruktion.

Typiske eksempler på situationer, hvor særlige forbindelser er påkrævet, er anført i “Grønbog” (SCI P358).

  1. 1.0 1.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 1.7 BS EN 1993-1-8:2005. Eurocode 3: Design af stålkonstruktioner. Konstruktion af samlinger, BSI
  2. 2.0 2.1 2.2 2.2 NA til BS EN 1993-1-8:2005. Det Forenede Kongeriges nationale bilag til Eurocode 3: Design af stålkonstruktioner. Design af samlinger, BSI
  3. ECCS Publication No. 126 European Recommendations for the Design of Simple Joints in Steel Structures (europæiske anbefalinger for design af simple samlinger i stålkonstruktioner). J. P. Jaspart et al. 2009.
  4. BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Eurocode 1: Indvirkninger på konstruktioner. Generelle handlinger. Utilsigtede handlinger. BSI
  5. NA+A1:2014 til BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Det Forenede Kongeriges nationale bilag til Eurocode 1: Indgreb i konstruktioner. Generelle handlinger. Uheldsbetingede handlinger. BSI

Yderligere læsning

  • Steel Designers’ Manual 7th Edition. Redaktører B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, kapitel 27
  • Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M udgivet af Spon, 2004

Ressourcer

  • SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
  • SCI P213 Samlinger i byggeri – Kompositforbindelser, 1998
  • SCI P391 Structural Robustness of Steel Framed Buildings, 2011
  • SCI P398 Samlinger i stålbyggeri: Momentresistente samlinger i henhold til Eurocode 3, 2013
  • National Structural Steelwork Specification (7th Edition), Publication No. 62/20, BCSA 2020
  • Arkitektonisk undervisningsressource. Studio Guide. SCI 2003

Værktøjer til konstruktion af forbindelser:

  • Basepladedesigner
  • Endpladedesigner
  • Finpladedesigner
  • Gussetpladedesigner

Se også

  • Multi-etagers kontorbygninger
  • Kostpris for stålkonstruktioner
  • Bæredygtighed
  • Stålkonstruktionsprodukter
  • Spændingsrammer
  • Kompositkonstruktioner
  • Designkoder og -standarder
  • Modellering og analyse
  • Momentmodstandsdygtige forbindelser
  • Strukturel robusthed
  • Fabrikation
  • Svejsning
  • Nøjagtighed af stålfremstilling
  • Konstruktion
  • Forspændt boltning

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.