鋼製ボックスコラムの種類、利点、製造方法、選択方法

定義と構造的役割

鋼製ボックス柱は、正方形または長方形の中空断面を備えた閉断面部材で、通常は 4 枚の鋼板を端に沿って溶接することによって製造されます。{0}}閉じた二重対称の形状により、柱は両方の主軸の周りでほぼ等しい曲げ剛性と、その重量に対して高い回転半径が得られ、柱、橋脚、重工業用支柱の効率的な部材となっています。

この部材は、軸方向の圧縮、曲げ、ねじりを構造を通して基礎に伝達します。セクションが閉じているため、内部ダイヤフラムを荷重導入点に取り付けることができます。-空洞は、サービス用の隠されたチェースとして機能したり、コンクリートを充填してコンクリート充填鋼管 (CFST) 部材を形成したりできます-。

鋼製ボックス柱の一般的なタイプ

ボックス柱は主に断面形状によって分類されます。-一般的な 3 つのファミリは、長方形、正方形、および先細のボックス柱です。

クローズドセクションの構造上の利点

バランスの取れた二軸剛性

2 つの主軸周りの慣性モーメントがほぼ等しいため、コラムには弱い軸がありません。あらゆる水平方向から到来する荷重は、同様の曲げおよび座屈挙動を生成するため、モーメント フレームでの接続設計が簡素化され、多方向の地震荷重に対する応答が向上します。-

密閉管のねじり剛性

4 つのプレートは閉じたチューブを形成しており、同じ重量の開いた I- セクションや H- セクションよりもねじれにはるかに優れています。これは、偏心荷重、クレーンの動作、または地震によるねじりモーメントが部材に作用する場合には常に重要です。

効率的な材料使用と低い自重{0}}

材料は重心から遠く離れた断面の周囲に配置され、所定量の鋼材の回転半径が最大化されます。その結果、同じ容量の柱が軽量になり、基礎の負荷が軽減され、取り扱いと組み立てが簡素化されます。

サービスとコンクリート充填のためのスペース

GB 50017、EN 1994-1-1、および AISC 360 で規定されているように、内部空洞は、ケーブル、配管、ダクトの隠蔽ルートとして使用したり、構造用コンクリートを充填して、軸方向の容量が大きく、剛性が高く、耐火性が向上した CFST 柱を形成することができます。

製造方法

溶接肉盛-製作

構造ボックス柱の標準的な手順は、4 枚のプレートを切断し、端を準備し、ボックスを治具に組み立て、縦方向の 4 つの継ぎ目を自動サブマージ アーク溶接 (SAW) で溶接することです。内部ダイヤフラムと補強材は、アクセスが制限されているエレクトロスラグ溶接（ESW）を使用して、パネル ゾーン、スプライス、負荷導入点に設置されます。-施工は、AWS D1.1 または EN 1090-2 に従い、資格のある溶接工と承認された手順に従って行われます。

冷間成形と熱間成形

プレス ブレーキによる冷間成形は、軽量の建築部材に使用される小さくて薄い壁のセクションに限定されます。{0}曲げる前にプレートを加熱する熱間成形は、冷間成形が不可能な大型または厚いセクションに適しています。建物や橋梁の耐力ボックス柱のほとんどは、成形されたセクションではなく、溶接された組立てられた部材です。-

製造時の品質管理

品質管理には、板厚と材料証明書の検証、断面と真直度の寸法検査、溶接部の非破壊検査が含まれます。通常、重要な完全溶け込み溶接部では 100% 超音波検査（UT）が行われ、必要に応じて磁粉検査（MT）が行われます。-表面処理は ISO 8501-1 に従い、通常は Sa 2.5 に準拠し、その後 ISO 12944 に基づくコーティングまたは ISO 1461 に基づく溶融亜鉛めっきが行われます。

選択と仕様のチェックリスト

GB 50017、AISC 360、または EN 1993-1-1 に基づいて、支配的な荷重の組み合わせとカラムの高さを定義します。

強度、安定性、たわみ制限を満たすために断面サイズと板厚を選択します

管理コードに一致する鋼グレードを選択してください: ASTM A572 グレード 50 または 60、EN 10025-2 S355JR/J0/J2、または GB/T 1591 Q355B/C/D/E

パネルゾーン、スプライス、荷重導入点でのダイヤフラムとスチフナーのレイアウトを指定します-

溶接規格 (AWS D1.1 または EN 1090-2) と NDT 要件 (重要な溶接では 100% UT など) を記載します。

ISO 8501-1 Sa 2.5 に準拠した表面処理と ISO 12944 に準拠したコーティング、または ISO 1461 に準拠した溶融亜鉛めっきを定義します。

継ぎ目の種類、建て方、空洞をコンクリートで埋めるかどうかを確認します。

よくある質問

ボックスカラムとソリッドカラムの違いは何ですか?ボックスカラムは中空であり、周囲に物質が集中しています。同じ重量の場合、より少ない材料を使用しながら、中実セクションよりも優れた曲げ耐性とねじれ耐性、およびより大きな回転半径を実現します。

ボックス柱は地震帯に適していますか?はい。バランスの取れた二軸剛性と均一な応力分布により、ボックス柱は、GB 50017、AISC 341、EN 1998-1 などの規定の該当規定に基づいて設計された耐震構造システムに最適です。-

ボックスの列はカスタマイズできますか?はい。断面サイズ、板厚、鋼種、ダイヤフラムの間隔、表面処理はすべてプロジェクトの要件に合わせて調整できます。これが、オーダーメイド構造で溶接組立ボックス柱が一般的である理由の 1 つです。-

ボックスコラムは耐食性がありますか?鋼自体は耐食性ではありませんが、適切なグレードで製造され、ISO 12944 に基づく適切なコーティング システムまたは ISO 1461 に基づく溶融亜鉛メッキで保護されている場合、ボックス柱は長い耐用年数を実現します。-

ボックス柱にコンクリートを充填できますか?はい。コンクリート充填鋼管（CFST）柱は、鋼シェルとコンクリート コアを組み合わせて、軸方向の容量を高め、剛性を高め、耐火性能を向上させます。GB 50017、EN 1994-1-1、または AISC 360 Chapter I に基づいて設計されています。

テーパーボックスカラムが望ましいのはどのような場合ですか?テーパーセクションは曲げモーメントエンベロープに従い、マスト、キャノピー、ポータルフレームなど、高さとともに荷重が減少する場所で材料を節約します。製造が複雑になるため、節約効果を追加コストと比較して評価する必要があります。