Denna artikel behandlar nominellt pinnförband (enkla anslutningar) som används i flervåningsstommar i Storbritannien. Denna form av förbandskonstruktion, med nominellt pinnade förband, kallas ”enkel konstruktion”.
I artikeln listas de typer av enkla anslutningar som är vanligast förekommande i Storbritannien. Den presenterar förfarandena för deras utformning enligt Eurokod 3 och diskuterar de relativa fördelarna med olika typer av förbindelsetyper i balkändar. Fördelarna med standardisering av anslutningar diskuteras för anslutningar från balk till balk och från balk till pelare med hjälp av finplåt och flexibla ändplåtanslutningar.
Spelarskarvar, pelarbaser och förbandsanslutningar diskuteras också tillsammans med ett kort omnämnande av speciella anslutningar.
Typer av enkla anslutningar
Simpla anslutningar är nominellt pinnförband som antas överföra endast skjuvning i ändled och ha försumbart motstånd mot rotation. Därför överför de inte betydande moment vid det slutliga gränstillståndet. Denna definition ligger till grund för utformningen av flervåningsförstärkta ramar i Storbritannien som är utformade som ”enkla konstruktioner”, där balkarna är utformade som enkelt stödda och pelarna är utformade för axiell belastning och de små moment som induceras av slutreaktionerna från balkarna. Stabiliteten ges till ramen genom förband eller genom betongkärnan.
Två principiella former av enkla anslutningar (som visas till höger) används i Storbritannien, dessa är:
- Flexibla ändplattor och
- Finplattor.
De vanligaste enkla anslutningarna är:
- Förbindelser mellan balkar och balkar och pelare med hjälp av:
- Delvis djupgående ändplattor
- Fullständigt djupgående ändplattor
- Finplattor
- Kolonnskarvar (skruvade täckplattor eller ändplattor)
- Pelarunderlag
- Förbandsanslutningar (Gusset-plattor).
Enkla anslutningar kan också behövas för snedförband, balkar som är excentriska mot pelare och anslutning till pelarväggar. Dessa klassas som särskilda anslutningar och behandlas separat.
Konstruktionsförfaranden
Designen av enkla anslutningar baseras på BS EN 1993-1-8 och dess tillhörande nationella bilaga. Förbindningskomponenternas kapacitet baseras på de regler som anges i punkt 3.6. Avståndet mellan fästelementen överensstämmer med klausul 3.5 och följer rekommendationerna i ”Green Book” (SCI P358).
ECCS publikation nr 126 ger också användbar vägledning om utformning av enkla anslutningar enligt Eurokod 3.
Överväganden om skarvar
Skarvarklassificering
Enligt BS EN 1993-1-8, nominellt pinnade skarvar:
- Ska kunna överföra de inre krafterna utan att utveckla betydande moment som kan ha en negativ inverkan på medlemmarna eller konstruktionen som helhet och
- Ska kunna acceptera de resulterande rotationerna under konstruktionsbelastningarna
För övrigt måste leden:
- tillhandahålla den riktningsbegränsning till medlemmarna som har antagits i medlemskonstruktionen
- ha tillräcklig robusthet för att uppfylla kraven på strukturell integritet (bindningsmotstånd).
BS EN 1993-1-8 kräver att alla anslutningar ska klassificeras; genom styvhet, som är lämplig för elastisk global analys, eller genom hållfasthet, som är lämplig för stel plastisk global analys, eller genom både styvhet och hållfasthet, som är lämplig för elastisk-plastisk global analys.
Klassificering efter styvhet:
Förbindelsens initiala rotationsstyvhet, beräknad i enlighet med BS EN 1993-1-8 , 6.3.1, jämförs med de klassificeringsgränser som anges i BS EN 1993-1-8, 5.2.2.
Alternativt kan förband klassificeras på grundval av experimentella bevis, erfarenhet av tidigare tillfredsställande prestanda i liknande fall eller genom beräkningar som baseras på provningsbevis.
Klassificering efter hållfasthet:
För att en förbindelse ska kunna klassificeras som nominellt stiftförsedd, baserat på dess hållfasthet, måste följande två krav uppfyllas:
- Förbindelsens konstruktionsmomentmotstånd överskrider inte 25 % av det konstruktionsmomentmotstånd som krävs för en förbindning med full hållfasthet
- Förbindelsen ska kunna ta emot de rotationer som följer av konstruktionsbelastningarna.
I Förenade kungarikets nationella bilaga till BS EN 1993-1-8 anges att anslutningar som konstruerats i enlighet med ”Green Book” (SCI P358) kan klassificeras som nominellt pinnförband.
Alla de standardförband som anges i ”Green Book” (SCI P358) kan klassificeras som nominellt pinnade baserat på hållfasthetskraven tillsammans med omfattande erfarenhet av detaljer som används i praktiken. Försiktighet bör iakttas innan standarddetaljerna ändras, eftersom den resulterande förbindelsen kan falla utanför bestämmelserna i Förenade kungarikets nationella bilaga. I synnerhet:
- Rotationskapaciteten hos de standardiserade finplåtsdetaljerna har visats genom provning; ändrade detaljer kanske inte är duktila
- Tjockleken på ändplåtarna med fullt djup har begränsats för att säkerställa att momentmotståndet är mindre än 25 % av en förbindelse med full hållfasthet, och kan därför klassificeras som nominellt pinnad.
Strukturell integritet
De brittiska byggreglerna kräver att alla byggnader ska utformas för att undvika oproportionerlig kollaps. Vanligtvis uppnås detta genom att man utformar lederna i en stålstomme (anslutningarna mellan balkar och pelare och pelarsamlingar) för att klara av att binda krafter. Vägledning om konstruktionsvärdena för kopplingskrafter ges i BS EN 1991-1-7 bilaga A och dess nationella bilaga för Storbritannien. Kraven avser byggnadsklassen, med ett konstruktionsvärde för horisontella bandkrafter som i allmänhet inte är lägre än 75 kN, och vanligen betydligt högre. Detaljer för slutplattor med fullt djup har utvecklats för att ge ett ökat motstånd mot bindning jämfört med detaljer för slutplattor med partiellt djup. Ytterligare detaljer om strukturell robusthet presenteras i SCI P391 .
Val av anslutningstyper
Valet av anslutningar för balkändar kan ofta vara ganska komplicerat. De relativa fördelarna med de tre anslutningstyperna (ändplattor med partiellt djup, ändplattor med fullt djup och finplattor) sammanfattas i tabellen nedan. Valet av balkar och anslutningar är i allmänhet stålbyggnadsentreprenörens ansvar, som kommer att välja anslutningstyp för att passa arbetsbelastningen vid tillverkningen, ekonomin och den tillfälliga stabiliteten under monteringen.
Delvis djup ändplatta | Helt djup ändplatta | Finplatta | |||
---|---|---|---|---|---|
Konstruktion | |||||
Skjuvmotstånd – procentuell andel av balkens motståndskraft | Upp till 75 % | 100 % | Upp till 50 % Upp till 75 % med två vertikala rader av bultar |
||
Böjningsmotstånd | Rättvist | Godt | Godt | Godt | |
Särskilda överväganden | |||||
Skewed Joints | Fair | Fair | Good | ||
Balkar som är excentriska i förhållande till pelare | Fair | Fair | Fair | Good | |
Koppling till pelarbanor | Good | Good | Good | Fair För att underlätta monteringen, kan det vara nödvändigt att avlägsna flänsar. Förstärkning kan krävas för långa finplattor |
|
Framställning och behandling | |||||
Framställning | Gott | Gott | Gott | Gott | Gott Staffning kan krävas för. långa fenorplattor |
Oppvärmebehandling | God | God | God | God | |
Redigering | |||||
Redigeringens enkelhet | God Riktig vård krävs för två-sidiga anslutningar |
Fair Vård behövs för tvåsidiga anslutningar |
Fair Vård behövs för tvåsidigasidiga anslutningar |
Godt | |
Sitestyrning | Godt | Godt | Godt | ||
Temporär stabilitet | Godt | God | Måttlig |
Kompositgolv
Det är känt att interaktion med ett kompositgolv kommer att påverka beteendet hos en enkel förbindelse. Vanlig praxis är att konstruera sådana anslutningar utan att utnyttja fördelarna med armeringens kontinuitet genom betongplattan. SCI P213 gör det dock möjligt att ta hänsyn till armeringens kontinuitet genom att tillhandahålla relativt enkla slutplåtsförband med stort djup och betydande momentmotstånd. I en stagad ram kan detta motstånd användas för att minska momentet och nedböjningen i mitten av spännvidden, vilket underlättar valet av en mindre balk.
Kostnader
Enkla anslutningar är alltid billigare att tillverka än momentmotståndskraftiga anslutningar, eftersom de kräver mycket mindre tillverkningsarbete, särskilt när det gäller svetsning.
Det är svårt att ge specifik vägledning om kostnader, eftersom stålbyggnadsentreprenörens priser för utförande av arbetet kan variera avsevärt och är beroende av nivån på investeringarna i anläggningar och maskiner. Huvudmålet är dock att minimera arbetsinnehållet. Materialkostnaden för beslag och bultar är liten jämfört med hantverkskostnaderna som domineras av svetsningsinnehållet. I en typisk tillverkningsverkstad kan kostnaden för tillverkning av anslutningar utgöra 30-50 % av den totala tillverkningskostnaden.
Hållbarhet
Standardiserade anslutningar är effektiva i sin produktion. Stålbyggnadsentreprenörerna utrustar sina verkstäder med specialmaskiner som ökar tillverkningshastigheten, vilket gör att de kan tillverka beslag och förbereda medlemmarna mycket snabbare än vad de skulle göra om anslutningskonfigurationen var annorlunda varje gång.
De standardiserade detaljerna innebär att stålbyggnaden är enkel att uppföra, vilket ger en säkrare arbetsmiljö för stålbyggarna.
Då de flesta skruvförband har en karaktär av skruvförband är anslutningarna demonterbara när konstruktionens livslängd är slut. Stålverket kan demonteras, återanvändas eller återvinnas, vilket minskar konstruktionens miljöpåverkan.
Standardiserade anslutningar
Fördelarna med standardisering
I en typisk stagad flervåningsstomme kan anslutningarna stå för mindre än 5 % av stommens vikt och 30 % eller mer av den totala kostnaden. Effektiva anslutningar kommer därför att ha den lägsta arbetsinsatsen för detaljering, tillverkning och montering.
Komponent | Företrädefullt alternativ | Anmärkningar |
---|---|---|
Fästen | Material av kvalitet S275 | Rekommenderade storlekar på ändplattor och finplattor – se tabellen nedan |
Bultar | M20 8.8 Bultar, fullt gängade | Vissa tungt belastade anslutningar kan behöva bultar med större diameter
Grundbultar kan vara M20, M24, M30, 8.8 eller 4.6 |
Hål | Generellt 22 mm i diameter, stansade eller borrade | 26 mm diameter för M24-bultar
6 mm överdimensionering för grundbultar |
Svetsar | Svetsar med filéer, i allmänhet 6 mm eller 8 mm benlängd | Större svetsar kan behövas för vissa kolonnbaser |
Fästen | Placering | |||
---|---|---|---|---|
Storlek (mm) | Tjocklek (mm) | Endplåt | Finplåt | |
100 | 10 | – | ||
120 | 10 | – | ||
150 | 10 | – | – | |
160 | 10 | – | ||
180 | 10 | – | – | |
200 | 12 | – |
Beam-till balk och balk till pelare
De konstruktionsförfaranden som anges nedan lämpar sig antingen för handberäkning eller för utarbetande av dataprogram.
Designa anslutningar för hand kan vara en arbetskrävande process och därför har en fullständig uppsättning motståndstabeller inkluderats i ”Green Book” (SCI P358).
Verifiering av hållfastheten hos en nominellt pinnad förbindelse innefattar tre steg:
- Säkerställa att förbindelsen är detaljerad på ett sådant sätt att den endast utvecklar nominella moment som inte påverkar medlemmarna eller själva förbindelsen negativt. Förbandet ska vara detaljerat så att det beter sig på ett duktilt sätt.
- Identifiera belastningsvägen genom förbandet, dvs. från balken till den bärande balken.
- Kontrollera motståndet för varje komponent.
För normal dimensionering finns det tio kontroller enligt konstruktionsförfarandet för alla delar av en förbindelse mellan balk och balk eller balk och pelare för vertikal skjuvning.
Det krävs ytterligare sex kontroller för att verifiera förbindningsmotståndet hos förbindelsen. Förbanden mellan balkar och pelare måste kunna motstå laterala bandkrafter om inte dessa krafter motverkas på annat sätt i konstruktionen, t.ex. genom golvplattor.
Tabellen nedan sammanfattar de kontroller av konstruktionsförfarandet som krävs för ändplattor med partiellt djup, ändplattor med fullt djup och finplattor. Konstruktionsförfarandena beskrivs fullständigt i ”Green Book” (SCI P358).
Kontroller av designförfarande | Delvis djup slutplatta | Full-djup slutplatta | Finplatta | |
---|---|---|---|---|
1 Rekommenderad detaljeringspraxis | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ |
2 Stödd balk | Welds | Sköldar | Boltgrupp | |
3 Stödd balk | N/A | N/A | Finplatta | |
4 Stödd balk | Spännan i skjuvning | |||
5 Stödd balk | Resistans vid en skåra | N/A | Resistans vid en skåra | |
6 Stödd balk | Lokal stabilitet för skårad balk | N/A | Lokal stabilitet hos en kuggad balk | |
7 Obehindrat stödd balk | Totalstabilitet hos en kuggad balk | N/A | Totalstabilitet hos en kuggad balk | |
8 Förbindelse | Boltgrupp | Boltgrupp | Skärmar | |
9 Förbindelse | Endplåt på skjuvning | N/A | N/A | N/A |
10 Stödjande balk/pelare | Skärning och lager | |||
11 Bindningsmotstånd | Platta och bultar | |||
12 Bindningsmotstånd | Stödda bjälkars väv | |||
13 Bindningsmotstånd | Sköldar | |||
14 Bindningsmotstånd | Stödjande pelarväv (UKC eller UKB) | |||
15 Bindning motstånd | Stödpelarvägg (RHS eller SHS) | |||
16 Bindningsmotstånd | N/A | N/A | Stödpelarvägg (CHS) |
Noter:Kontroller av böj-, skjuv-, lokal och lateral bockningsmotstånd hos en kuggad balksektion ingår i denna tabell eftersom det vanligtvis är på detaljplaneringsstadiet som kravet på klyftor fastställs, varefter, en kontroll måste göras av den reducerade sektionen
Balk-till-balk-förbindelser
Balk-till-balk-förbindelser
Kolonnförbindelser
Flexibla ändplåtsförbindelser
Typiska flexibla ändplåtsförbindelser visas i figuren till höger. Slutplattan, som kan vara delvis djup eller helt djup, svetsas till den bärande balken i verkstaden. Balken bultas sedan fast till den bärande balken eller pelaren på plats.
Denna typ av förbindelse är relativt billig men har den nackdelen att det finns små möjligheter till justering på plats. De totala balklängderna måste tillverkas inom snäva gränser, även om förpackningar kan användas för att kompensera för tillverkningstoleranser och monteringstoleranser.
Endplattor är förmodligen den mest populära av de enkla balkförbindelser som för närvarande används i Storbritannien. De kan användas med snedställda balkar och kan tolerera måttliga förskjutningar i förband mellan balkar och pelare.
Flowdrill, Hollo-Bolts, Blindbultar eller andra specialförband används för anslutningar till kolonner med ihåliga profiler.
Detaljeringskrav och konstruktionsgranskningar för anslutningar med halvdjupa och heldjupa ändplattor, som är tillämpliga på anslutningar mellan balkar och balkar samt anslutningar mellan balkar och pelare, behandlas utförligt i ”Gröna boken” (SCI P358). Dessa omfattar förfaranden, arbetade exempel, detaljer och tabeller över konstruktionsmotstånd.
Ett verktyg för utformning av ändplattor finns också tillgängligt.
Standarddetaljer för flexibla ändplattor (ändplattor med fullt djup och delvis djup) visas i figuren nedan, tillsammans med rekommenderade mått och beslag.
Stödda bjälklag | Rekommenderad storlek på ändplattan bp × tp |
Bultmått p3 |
||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Upp till 533 UB | 150 × 10 | 90 | ||||||||||
533 UB och över | 200 × 12 | 140 | ||||||||||
|
Stödd balk | Rekommenderad storlek på ändplatta bp × tp |
Bultmått p3 |
||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Upp till 533 UB | 180 × 10 | 90 | ||||||||
533 UB och mer | 200 × 12 | 110 | ||||||||
|
Flänsar
Finplåtsförbindelser är ekonomiska att tillverka och enkla att montera. Dessa anslutningar är populära eftersom de kan vara de snabbaste anslutningarna att montera och övervinner problemet med delade bultar i dubbelsidiga anslutningar.
En finplåtsanslutning består av en plåtlängd som svetsas på verkstaden till den bärande balken, till vilken den bärande balksidan bultas fast på plats, enligt figuren nedan. Det finns ett litet avstånd mellan den stödda balkens ände och den stödjande pelaren.
Finplåtsförbindelser
Vid utformningen av en finplåtsförbindelse är det viktigt att identifiera den lämpliga verkningslinjen för skjuvningen. Det finns två möjligheter: antingen verkar skjuvningen på kolonnens framsida eller så verkar den längs mitten av den bultgrupp som förbinder lamellplattan med bjälklagsbommen. Därför bör båda de kritiska sektionerna kontrolleras med avseende på ett minimimoment som tas som produkten av den vertikala skjuvningen och avståndet mellan kolonnens (eller balkens) yta och bultgruppens mittpunkt. Båda de kritiska sektionerna kontrolleras sedan för det resulterande momentet i kombination med den vertikala skjuvningen. På grund av osäkerheten i det moment som appliceras på lamellplattan dimensioneras lamellplåtens svetsar för att ha full hållfasthet.
Lamellplåtsförbindelserna får sin rotationskapacitet i plan från bultdeformationen i skjuvning, från förvrängningen av bulthålen i lagret och från lamellplattans böjning utanför plan. Observera att lamellplattor med långa utskjutande delar har en tendens att vrida sig och gå sönder genom lateral torsionsbuckling. En ytterligare kontroll för att ta hänsyn till detta beteende ingår i konstruktionsförfarandena för finplåtsförbindelser.
Den gröna boken (SCI P358) omfattar detaljeringskrav, konstruktionsgranskningar och förfaranden som är tillämpliga på finplåtkonstruktion. Arbetade exempel och tabeller över konstruktionsmotstånd finns också i denna publikation.
Det finns också ett verktyg för utformning av finplattor.
Supported beam nominal depth (mm) |
Vertical bolt lines n2 |
Recommended fin plate size (mm) |
Horizontal bolt spacing, e2/e2 eller e2/ p2/e2 (mm) |
Tillstånd, 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 | ||||||
|
||||||||||
* För balkar med ett nominellt djup på mer än 610 mm bör förhållandet mellan spännvidd och djup inte överstiga 20 och det vertikala avståndet mellan extrema bultar bör inte överstiga 530 mm |
Det ökande intresset för användningen av S355 för finplattor föranledde frågor om styvheten hos sådana anslutningar – är de fortfarande nominellt pinnade? För att besvara denna fråga gav BCSA och Steel for Life SCI i uppdrag att utföra forskning som jämförde beteendet hos finplåtsförbindelser med både S275- och S355-finplåtar. I studien drogs slutsatsen att så länge den standardiserade anslutningsgeometri som presenteras i Green Book respekteras, klassas 10 mm finplattor i S355 som nominellt pinnförband och kan användas som ett alternativ till S275-plattor. Ytterligare information finns i en artikel i majnumret 2018 av tidningen NSC.
Kolonnskarvar
Kolonnskarvar i flervåningsbyggnationer krävs för att ge hållfasthet och kontinuitet i styvheten kring kolonnens båda axlar. Typiska skruvade kolonnskarvar som används för valsade I-profiler och ihåliga profiler visas i figuren till höger.
Kolonnskarvar finns vanligtvis varannan eller var tredje våning och är vanligen placerade cirka 600 mm över golvnivå. Detta ger bekväma längder för tillverkning, transport och montering, och ger enkel åtkomst från intilliggande våning för skruvning på plats. Det är sällan ekonomiskt fördelaktigt att tillhandahålla skarvar på varje våningsplan, eftersom besparingen i kolonnmaterial i allmänhet uppvägs av material-, tillverknings- och monteringskostnaderna för att tillhandahålla skarven.
Skruvade täckplåtsskarvar för I-sektioner:
Det finns två kategorier för denna typ av förbindelse:
- lagertyp
- icke lagertyp.
I skarven av lagertyp (se figuren nedan) överförs lasterna i direkt lager från den övre axeln antingen direkt eller genom en delningsplatta. Splissen av ”lagertyp” är den enklare förbindelsen, som vanligtvis har färre skruvar än den icke lagrande splissen, och är därför den som oftast används i praktiken.
När ingen nettospänning föreligger kan en standardförbindelse användas, men BS EN 1993-1-8 ställer krav på att skarvplattor och bultar ska överföra minst 25 % av den maximala tryckkraften i pelaren.
För skarvar av bärande typ är det troligt att bindningsmotståndet är den kritiska kontrollen.
Skarvar som kategoriseras som icke bärande (se figuren nedan) överför laster via bultar och skarvplattor. Varje direkt lager mellan delarna ignoreras, och förbindelsen är ibland detaljerad med ett fysiskt mellanrum mellan de två axlarna. Utformningen av en icke-lagrande skarv är mer komplicerad, eftersom alla krafter och moment måste överföras via bultar och skarvplattor. För skarvar av icke-lagrande typ är minimikraven i BS EN 1993-1-8 mycket betungande, eftersom de är baserade på ledkapaciteten snarare än den påförda kraften.
Då skarvarna i allmänhet är placerade precis ovanför golvnivåerna anses momentet på grund av stöttor vara obetydligt. De moment som induceras i skarvar placerade på andra ställen bör dock beaktas.
Kolonnskarvar ska hålla de anslutna delarna i linje, och där det är praktiskt möjligt ska delarna ordnas så att skarvmaterialets mittpunktsaxel sammanfaller med mittpunkten för kolonnsektionerna ovanför och under skarven. Om kolonnsektionerna är förskjutna (t.ex. för att bibehålla en konstant yttre linje) bör momentet på grund av excentriciteten beaktas vid utformningen av skarven.
Designkontroller som krävs för skruvade kolonnskarvar med täckplåt samt förfaranden, arbetade exempel, krav på detaljutformning och tabeller över konstruktionsmotstånd finns tillgängliga i kapitel 6 i ”Gröna boken” (SCI P358).
Skruvade skarvar med ”lock och bas” eller ”ändplåt” för rörformade och valsade I-profiler
Denna typ av skarv, består av plattor som svetsas på ändarna av de nedre och övre pelarna och sedan helt enkelt bultas ihop på plats, används vanligen i rörformade konstruktioner men kan också användas för öppna sektioner.
Den enklaste formen av förbindelsen är den som visas i figuren till höger och är tillfredsställande så länge ändarna på varje axel förbereds på samma sätt som för en skarv av lagertyp. Möjligheten till lastomvändning bör beaktas, förutom kraven på stabilitet under montering och bindning.
Trots att det är vanligt förekommande är det svårt att visa att skarvar med lock och bas uppfyller kraven i BS EN 1993-1-8 klausul 6.2.7.1(14). Om dessa typer av skarvar används är det vanligt att se till att plattorna är tjocka och att bultarna är placerade nära flänsarna för att öka förbindelsens styvhet. Förlängda plattor med bultar utanför sektionens profil kan användas. Om skarvar med lock- och basplattor är placerade bort från en fasthållningspunkt bör särskild hänsyn tas för att säkerställa tillräcklig styvhet så att konstruktion av elementet inte ogiltigförklaras.
Kolonnskarvar med lock- och basplattor eller ändplattor behandlas i kapitel 6 i ”Gröna boken” (SCI P358). Detaljeringskrav, konstruktionsförfaranden, arbetade exempel och tabeller över konstruktionsmotstånd ges.
Kolonnbaser
Typiska kolonnbaser, som visas i figuren till höger, består av en enda platta som är filésvetsad i kolonnens ände och fäst vid fundamentet med fyra hållbultar. Bultarna gjuts in i betongfundamentet i placeringsrör eller koner och är försedda med förankringsplattor för att förhindra utdragning. Höghållfast injekteringsbruk hälls i utrymmet under plattan (se figuren nedan).
Sådana kolonnbaser utsätts ofta endast för axiell kompression och skjuvning. Upplyftning och horisontell skjuvning kan dock vara ett konstruktionsfall för pelarbaser i förbandsfackverk.
Spelarbasanslutning
En enkel rektangulär eller kvadratisk grundplatta används nästan universellt för pelare i enkla konstruktioner. Grundplattan ska vara tillräckligt stor och stark för att överföra den axiella tryckkraften från pelaren till fundamentet genom bäddmaterialet, utan att överskrida fundamentets lokala lagringsmotstånd.
Ett verktyg för utformning av grundplattor finns tillgängligt.
Kolonnbaser är i allmänhet utformade för att överföra kraften från pelaren till grundplattan i direkt lager. Hållande system är utformade för att stabilisera pelaren under byggnationen och för att motstå eventuell upplyftning i stagade fack. I vissa fall antas det att blygsam horisontell skjuvning också bärs upp av nedhållningsbultarna.
Horisontell skjuvöverföring
Sättet på vilket horisontella skjuvkrafter överförs till fundamentet är inte väl utforskat. Vissa konstruktörer kontrollerar hållbultarnas motståndskraft och ser till att de är tillräckligt ingjutna. Denna praxis har med framgång följts för portalramsfundament, som bär en betydande skjuvkraft.
Braserade fackverk kan ha relativt höga skjuvkrafter. Konstruktörer kan välja att tillhandahålla en skjuvstubb svetsad på bottenplattans undersida, även om fördjupningen kan komplicera gjutningen av fundamentet, och särskild uppmärksamhet måste ägnas åt injekteringen. Konstruktionsmetoder som täcker denna typ av detaljer finns i ”Green Book” (SCI P398).
Skjuvningar mellan kolonnändan och bottenplattan kommer att överföras av svetsar mellan kolonnen och bottenplattan. Svetsar kan tillhandahållas endast till stommen eller runt delar av profilen – i allmänhet finner man att svetsmotståndet är mer än tillräckligt för blygsamma skjuvkrafter.
Förbandsanslutningar
Förbandsdelar innefattar platta, vinklar, kanaler, I-profiler och ihåliga profiler. Förbandsarrangemang kan innebära att förbandsdelarna arbetar enbart på spänning eller både på spänning och kompression. I de flesta fall fästs stagelementet genom bultning till en kilplatta, som i sin tur är svetsad till balken, till pelaren eller, vilket är vanligare, svetsad till balken och dess ändförbindelse enligt figuren till höger.
Stappningssystem analyseras vanligen genom att anta att alla krafter skär varandra på elementens centrumlinjer. Att förverkliga detta antagande i anslutningsdetaljerna kan dock resultera i en anslutning med en mycket stor kilplatta, särskilt om förbandssystemet är grunt eller brant. Det är ofta lämpligare att ordna elementens skärningspunkter för att skapa en mer kompakt förbindelse och lokalt kontrollera effekterna av de excentriciteter som införs.
Förbandsanslutningar görs i allmänhet med icke förspända bultar i hål för friktion. Åtminstone i teorin tillåter detta en viss rörelse i anslutningen, men i praktiken ignoreras detta i ortodoxa konstruktioner. I vissa fall kan det vara så att rörelse vid omvändning är oacceptabelt – förspända anslutningar bör användas under dessa omständigheter.
Den allmänna konstruktionsprocessen är:
- Identifiera belastningsbanan genom förbindelsen
- Avpassa förbindelsen så att medlemmarnas konstruktionsavsikt förverkligas, t.ex. att balkförbindelserna förblir nominellt pinnade
- Inkludera effekterna av betydande excentricitet
- Kontrollera komponenterna i förbindelsen.
Pinnförbindelse för en rörformig stöttningsdel
Designregler för att bestämma kuverteringsplattans motståndskraft ges i ”Green Book” (SCI P358).
Ett verktyg för konstruktion av kilplåtar finns också tillgängligt.
Särskilda anslutningar
Stålverksanslutningar för enkla konstruktioner, som illustreras ovan, ger i allmänhet den mest ekonomiska stålramen. Ett avsteg från dessa anslutningar kommer oundvikligen att leda till en ökning av den totala kostnaden. Ökningen av kostnaderna för detaljritning, tillverkning och montering kan vara mer än 100 % om icke-standardiserade anslutningar utgör majoriteten av de anslutningar som används.
Behovet av särskilda anslutningar kan ofta undvikas genom ett förnuftigt val av stommar. Det är osannolikt att en konstruktion med minimal vikt är den mest kostnadseffektiva. Det är därför en god ekonomisk praxis att se till att stålkonstruktioner kan placeras med centrumlinjer på etablerade rutnät. Balkarens övre flänsar bör om möjligt vara på en konstant nivå, men detta är mindre kritiskt för kostnaden än excentriska anslutningar.
När man utformar speciella anslutningar kan det vara möjligt att använda en modifierad version av någon av de standardiserade anslutningar som anges i Green Book, med förbehåll för ytterligare konstruktionsgranskningar. Konstruktionsprinciper och regler för komponentdimensionering som anges i Gröna boken bör i möjligaste mån införlivas i konstruktionen av anslutningar.
Typiska exempel på situationer där särskilda anslutningar krävs presenteras i ”Gröna boken” (SCI P358).
- 1.0 1.1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 BS EN 1993-1-8:2005. Eurokod 3: Utformning av stålkonstruktioner. Konstruktion av skarvar, BSI
- 2.0 2.1 2.2 NA till BS EN 1993-1-8:2005. Förenade kungarikets nationella bilaga till Eurokod 3: Konstruktion av stålkonstruktioner. Design of joints, BSI
- ECCS Publication No. 126 European Recommendations for the Design of Simple Joints in Steel Structures. J. P. Jaspart et al. 2009.
- BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Eurokod 1: Inverkan på konstruktioner. Allmänna åtgärder. Olycksrelaterade åtgärder. BSI
- NA+A1:2014 till BS EN 1991-1-7:2006+A1:2014. Förenade kungarikets nationella bilaga till Eurokod 1: Åtgärder på konstruktioner. Allmänna åtgärder. Åtgärder vid olyckor. BSI
Ytterligare läsning
- Steel Designers’ Manual 7th Edition. Redaktörer B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, kapitel 27
- Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M published by Spon, 2004
Resurser
- SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
- SCI P213 Joints in Construction – Composite Connections, 1998
- SCI P391 Structural Robustness of Steel Framed Buildings, 2011
- SCI P398 Joints in Steel Construction: Momentresistenta fogar enligt Eurokod 3, 2013
- National Structural Steelwork Specification (7th Edition), Publication No. 62/20, BCSA 2020
- Architectural Teaching Resource. Studio Guide. SCI 2003
Verktyg för konstruktion av anslutningar:
- Design av basplattor
- Design av ändplattor
- Design av finplattor
- Design av kilplattor
Se även
- Multi-våningshus
- Kostnader för stålkonstruktioner
- Hållbarhet
- Stålbyggnadsprodukter
- Stråkiga stommar
- Kompositkonstruktioner
- Designkoder och standarder
- Modellering och analys
- Momentresistenta anslutningar
- Strukturell robusthet
- Framställning
- Svetsning
- Noggrannhet i ståltillverkning
- Byggnation
- Konstruktion
- Förspända skruvförband