Columnes de caixa i columnes tubulars d'un cop d'ull
Una columna de caixa és un element buit quadrat o rectangular soldat construït a partir de plaques d'acer, amb diafragmes interns quan sigui necessari per a la transferència de cisalla a les juntes de bigues. Una columna tubular és una secció buida circular (CHS) que pot ser una canonada-acabada en calent sense soldadura o soldada, o formada en fred-a partir d'una placa amb una soldadura d'arc submergit longitudinal. Tots dos porten bé càrregues verticals i laterals pesades, però es diferencien en la complexitat de la fabricació, el comportament estructural i l'estructura de costos.
Materials i normes d'un cop d'ull
| Item | Columnes de caixa | Columnes tubulars (CHS) |
|---|---|---|
| Graus de materials típics | Q355B/C/D/E, Q420, S355JR/J0/J2, ASTM A572 Grau 50/60 | Q355B/C/D/E, S355JR/J0/J2, ASTM A500 Gr.B/C, API 5L X42-X70 |
| Normes de materials | ASTM, EN 10025-2, GB/T 1591 | EN 10210 (acabat-calent), EN 10219 (format-en fred), GB/T 6728, ASTM A500/A671/A672 |
| Soldadura primària | Soldadura automàtica per arc submergit (SAW), soldadura per electroscòria (ESW) per a diafragmes tancats | SAW longitudinal (LSAW), SAW espiral (SSAW), ERW; soldadura de circumferència en rodets de tornejat |
| Control de qualitat | 100% NDT de les soldadures primàries (UT, MT, X-raigs segons sigui necessari), control de dimensions | 100% NDT de les costures, control d'ovalitat i rectitud, uniformitat del gruix de paret- |
| Aplicacions típiques | Edificis-de gran alçada, ponts-de llarga durada, marcs industrials, zones sísmiques | Estadis, aeroports, columnes CFST, molls de ponts, estructures offshore |
Diferències de fabricació
Matèria primera i conformació
Les columnes de caixa es construeixen a partir de múltiples plaques, de manera que la planitud i les toleràncies dimensionals s'han de controlar amb precisió. Les plaques s'acoblen seqüencialment des d'una forma de T-a una forma de I-i després es tanquen en una caixa, i les columnes grans requereixen màquines d'ajust-dedicades. La soldadura asimètrica pot provocar torsió i distorsió angular, de manera que les seqüències de soldadura simètriques i la preconfiguració de contra-distorsió són fonamentals. Les columnes tubulars, en canvi, s'obtenen com a canonades acabades en calent amb una fabricació mínima, o bé es formen en fred-a partir de plaques en màquines plegadores de tres-rotlles o quatre-rotlles amb la costura longitudinal unida per SAW automàtica, seguida d'un calibratge d'ovalitat i rectitud amb arrodonidores hidràuliques.
Soldadura
La soldadura de la columna de caixa inclou soldadures de brida-a-web, soldadures de filet de diafragma i soldadures d'empalme. Les soldadures primàries s'especifiquen com a penetració completa de l'articulació (CJP) amb proves 100% ultrasòniques, executades en seqüències simètriques, segmentades i múltiples passades amb un estricte control de temperatura entre passades. Els diafragmes tancats sovint es connecten amb soldadura d'electroescòria (ESW). Per a les columnes tubulars, les costures longitudinals es solden mitjançant SAW automàtica per garantir la penetració total, i els empalmes circumferencials a tope requereixen CJP amb rodets giratoris per mantenir la posició plana 1G. Els nodes de connexió, com ara els reforços d'anells a les juntes de bigues-a-columnes, impliquen espais de soldadura restringits i estrets.
Fabricació de nodes
Les juntes de bigues de la columna de caixa utilitzen plaques d'extrem-allargades o soldadura directa amb tacs de voladís-prefabricats de fàbrica; Les bases de les columnes utilitzen bases exposades o incrustades amb reforços, i les penetracions d'utilitat s'han de pre-tallar i reforçar. Les juntes de bigues de columna tubular requereixen reforços d'anells externs o diafragmes interns, les bases de les columnes utilitzen plaques de base amb cargols d'ancoratge i reforços cruciformes o anulars, i les connexions d'arriostrament es perfilen amb màquines de tall de canonades CNC-que es creuen.
Revestiment i control de qualitat
Les columnes de caixa estan tancades, de manera que el recobriment intern s'ha de completar abans de la soldadura de tancament final, i les zones de soldadura necessiten eliminar l'òxid secundari i retocar-després de la soldadura. Les columnes tubulars ofereixen una superfície corba contínua que és fàcil de polvoritzar amb una excel·lent uniformitat de recobriment, però també s'ha de completar la protecció interna contra la corrosió abans del muntatge. Les mètriques clau de control de qualitat per a columnes de caixa són les dimensions de la secció, la planitud de la placa, les taxes de passada UT de soldadura i la torsió de la columna; per a columnes tubulars són l'ovalitat, la rectitud, la qualitat de la costura longitudinal, l'esquadra dels extrems i la uniformitat del gruix-de paret.
Taula de comparació
| Item | Columna de caixa | Columna tubular (CHS) |
|---|---|---|
| Formant | La placa s'ajusta-de T a I a la caixa; control de distorsió mitjançant soldadura simètrica | Tub-acabat en calent o placa-laminada en fred amb SERRA longitudinal; correcció d'ovalitat i rectitud |
| Soldadura | Brida CJP-a-soldadura de web i diafragma, 100% UT; ESW per a diafragmes tancats | Costures longitudinals SAW automàtiques; soldadures a tope de circumferència en 1G en rodets de tornejat |
| Nodes | Plaques d'extrem-extenses, bases endurides, forats d'utilitat pre-tallats | Resistents d'anells o diafragmes interns; Tall d'intersecció de canonades CNC-per a nodes de branca |
| Revestiment | Recobriment intern abans de tancar; soldadura retoc-després | Spray extern fàcil; protecció interna abans del muntatge |
| Mètriques clau de control de qualitat | Dimensions de la secció, planitud, velocitat UT de soldadura, torsió | Ovalitat, rectitud, qualitat de la costura, quadratura final, uniformitat de la paret |
Principis de selecció
Comportament estructural i mecànic
Les columnes de caixa proporcionen un alt moment d'inèrcia i una rigidesa similar als dos eixos, amb una excel·lent resistència a la-deriva lateral sota càrregues pesades de grua o càrregues de vent importants, i el seu perfil quadrat s'integra bé amb les parets i el revestiment. Les columnes tubulars ofereixen la màxima utilització del material en compressió pura amb un radi uniforme de gir i un baix coeficient d'arrossegament del vent-, que s'adapta als membres alts, de càrrega-axial-dominant i a les regions de vent fort-. Per als membres dominats en torsió-, la secció circular tancada d'un CHS és inherentment més eficient.
Consideracions econòmiques
Les columnes de caixa utilitzen material de placa amb una gran utilització, però requereixen una gran longitud de soldadura i un estricte control de qualitat. Les columnes tubulars solen comportar un cost de matèria primera més elevat, però simplifiquen la fabricació posterior, mentre que els seus nodes de connexió necessiten detalls especialitzats. La comparació final hauria d'incloure l'anàlisi estructural, el cost del cicle de vida-, la capacitat de fabricació i les condicions del lloc.
Orientació d'escenaris
Doneu prioritat a les columnes de caixes per a instal·lacions industrials pesades, grues de gran-tonatge, flexió biaxial important, juntes complexes i integració estreta de la paret. Prioritzeu les columnes tubulars per a instal·lacions industrials lleugeres-, estructures dominants de-càrrega-axial, membres alts, estàndards estètics elevats i horaris de-via ràpida. A la pràctica, sovint s'utilitza un disseny híbrid - columnes de caixa a les zones primàries i CHS a les zones secundàries - que sovint ofereix el millor equilibri de cost-rendiment.
Preguntes freqüents
Quin tipus de columna resisteix millor la torsió?Les seccions buides circulars són la secció tancada més eficient per a la torsió, per això es prefereixen les columnes tubulars on la càrrega de torsió o un aspecte arquitectònic net dominen el disseny.
Columna de caixa o columna tubular per a un edifici de grua pesada?Les columnes de caixa són generalment preferides per a instal·lacions industrials pesades amb grues de gran -tonatge perquè la seva elevada rigidesa biaxial ofereix una excel·lent resistència a la deriva-lateral sota càrregues dinàmiques de la grua.
Com s'assegura la qualitat de la soldadura en la fabricació de columnes de caixa?Les soldadures primàries s'especifiquen com a CJP amb proves 100% ultrasòniques, executades per soldadors certificats sota especificacions de procediment de soldadura qualificades, amb proves de partícules magnètiques en soldadures de filet quan sigui necessari.
Quina opció és més econòmica?Depèn del projecte. Les columnes de caixa utilitzen material de placa de manera eficient, però requereixen més longitud de soldadura i esforç de control de qualitat; Les columnes tubulars tenen un cost de material més elevat però una fabricació més senzilla. Una comparació de costos s'ha de basar en el disseny real i la capacitat de fabricació.
Podeu fabricar els dos tipus i proporcionar suport de disseny?Sí. Fabriquem columnes de caixes-construïdes i seccions tubulars de gran-diàmetre amb línies SAW i ESW automatitzades, i proporcionem modelatge BIM 3D, dibuixos de botiga i detalls de connexió sota la gestió de qualitat ISO 9001.
Quins estàndards segueixen els materials?Les columnes de caixa segueixen ASTM A572, EN 10025-2 o GB/T 1591; Les columnes tubulars segueixen ASTM A500, EN 10210/EN 10219 o GB/T 6728, amb soldadura segons AWS D1.1 o EN 1090-2 segons el projecte.