स्ट्रक्चरल इंजीनियर खोखले सेक्शन क्यों चुनते हैं?

लगभग किसी भी आधुनिक स्टील फ़्रेमयुक्त निर्माण स्थल पर चलें और आप खोखले खंडों को काम करते हुए देखेंगे जो कि I-बीम और चैनल जैसी खुली प्रोफ़ाइलें इतनी कुशलता से नहीं कर सकती हैं: एक ग्लास एट्रियम में पतले उजागर स्तंभों के रूप में खड़े होना, एक भूकंपीय फ्रेम में विकर्ण ब्रेसिंग बनाना, या एक घुमावदार फुटब्रिज में मरोड़ वाले भार को ले जाना। प्राथमिकता सौंदर्यपरक नहीं है. यह मुट्ठी भर संरचनात्मक इंजीनियरिंग सिद्धांतों पर आधारित है, जिन पर अधिकांश खरीद टीमें कभी भी चर्चा नहीं करती हैं, लेकिन वे चुपचाप यह निर्धारित करते हैं कि एक विनिर्देश पहले स्थान पर एसएचएस, आरएचएस या सीएचएस की मांग क्यों करता है।

यह लेख उन वास्तविक इंजीनियरिंग कारणों पर गौर करता है जिनके कारण खोखले खंड विशिष्ट लोड मामलों - में खुले प्रोफाइल से बेहतर प्रदर्शन करते हैं और, उतना ही महत्वपूर्ण बात यह है कि, जहां एक I-बीम या चैनल अभी भी अधिक कुशल और किफायती विकल्प है। उस तुलना के दोनों पक्षों को समझना ही वास्तविक रूप से सूचित विनिर्देश को डिफ़ॉल्ट आदत से अलग करता है।

खोखले खंड का सबसे बड़ा संरचनात्मक लाभ एक नंबर पर आता है: घुमाव की त्रिज्या।

चौड़े {{0}फ़्लेंज I-बीम जैसे खुले खंड में घुमाव की दो अलग-अलग त्रिज्याएं होती हैं - एक अपनी मजबूत धुरी के बारे में, एक अपनी कमजोर धुरी के बारे में, जो अक्सर दो या दो से अधिक के कारक से भिन्न होती है। इसका मतलब है कि एक I-सेक्शन कॉलम केवल उतना ही मजबूत होता है जितना उसकी बकलिंग की सबसे कमजोर दिशा होती है, और यदि कोई सदस्य कई दिशाओं से लोड या हवा के दबाव के संपर्क में आता है, तो इंजीनियर को कमजोर धुरी के आसपास डिजाइन करना होगा, भले ही दूसरी धुरी कितनी भी मजबूत क्यों न हो।

इसके विपरीत, एक वर्गाकार या वृत्ताकार खोखले खंड में प्रत्येक दिशा में घुमाव की त्रिज्या बराबर (या बराबर के बहुत करीब) होती है। कोई "कमज़ोर धुरी" नहीं है। एक स्तंभ के लिए जिसे अप्रत्याशित या बहु दिशात्मक स्रोतों - से लागू संपीड़ित भार के तहत बकलिंग का विरोध करने की आवश्यकता होती है, जो वास्तविक भवन स्तंभों के एक बड़े हिस्से का वर्णन करता है, विशेष रूप से एक प्रमुख भार दिशा को परिभाषित करने के लिए दीवारों को मजबूत किए बिना खुली मंजिल योजनाओं में - यह ज्यामितीय संपत्ति अकेले अक्सर एक खोखले खंड को समकक्ष क्षमता वाले खुले खंड की तुलना में हल्का बनाती है, क्योंकि कोई भी सामग्री "बर्बाद" नहीं होती है जो उस दिशा में ताकत प्रदान करती है जिसकी संरचना को उतनी आवश्यकता नहीं होती है।

यही कारण है कि खोखले खंड अंतरिक्ष फ्रेम और जाली ट्रस में संपीड़न सदस्यों के रूप में हावी होते हैं: 3डी ट्रस सिस्टम में प्रत्येक विकर्ण और ऊर्ध्वाधर सदस्य एक अलग अभिविन्यास से भार का अनुभव करते हैं, और सभी दिशाओं में समान प्रतिरोध वाला एक खंड संरचनात्मक रूप से एक तरह से कुशल होता है, एक I - खंड मूल रूप से अतिरिक्त सामग्री के बिना मेल नहीं खा सकता है।

छवि दिखाएँ

यदि परिभ्रमण की त्रिज्या सूक्ष्म लाभ है, तो मरोड़ वाली कठोरता नाटकीय है - और यह निश्चित रूप से सबसे कम सराहना वाला कारण है जिसे कुछ सदस्यों के लिए खोखले खंड निर्दिष्ट किए जाते हैं।

खुले खंड मुख्य रूप से ताना-बाना और अपेक्षाकृत कमजोर सेंट वेनेंट टॉर्सनल स्थिरांक के माध्यम से मरोड़ का विरोध करते हैं, क्योंकि एक खुली पतली -दीवार वाली आकृति में कतरनी प्रवाह को कुशलता से ले जाने के लिए इसकी परिधि के चारों ओर एक सतत भार पथ नहीं होता है। एक बंद अनुभाग - कोई भी खोखला अनुभाग - बंद परिधि के चारों ओर लगातार चलने वाले कतरनी प्रवाह के माध्यम से मरोड़ का प्रतिरोध करता है, जो एक नाटकीय रूप से कठोर तंत्र है। व्यावहारिक रूप से, एक बंद खोखले खंड में तुलनीय आकार और वजन के एक खुले खंड की तुलना में अधिक परिमाण का एक मरोड़ वाला स्थिरांक हो सकता है।

यह सीधे उन सदस्यों में मायने रखता है जो सार्थक टॉर्सनल लोड देखते हैं: घुमावदार पुल गर्डर्स, सनकी व्हील लोड के अधीन क्रेन रनवे बीम, बिल्डिंग परिधि के साथ सनकी फर्श भार का समर्थन करने वाले स्पैन्ड्रेल बीम, और संरचना में कोई भी सदस्य जहां लोड को कतरनी केंद्र के माध्यम से सफाई से लागू नहीं किया जाता है। वास्तविक मरोड़ वाले महत्वपूर्ण अनुप्रयोग के लिए एक खुले खंड को निर्दिष्ट करने का मतलब आमतौर पर अतिरिक्त निर्माण और सामग्री लागत की भरपाई के लिए स्टिफ़नर, डायाफ्राम को जोड़ना या सदस्य को बड़ा आकार देना होता है, जिसे एक खोखला खंड अक्सर केवल ज्यामिति द्वारा टाल देता है।

 

ड्रिलिंग छेद प्रक्रिया

खोखला अनुभाग प्रसंस्करण

गोल स्टील पाइप प्रसंस्करण

इसका कोई मतलब नहीं है कि खोखले खंड बिना शर्त श्रेष्ठ हैं, और यही वह जगह है जहां अधिक सूक्ष्म, कम आम तौर पर चर्चा की जाने वाली बात आती है: स्थानीय बकलिंग व्यवहार।

यूरोप में डिज़ाइन कोड - EN 1993-1-1, अमेरिका में AISC 360 - संरचनात्मक खंडों (खुले और बंद समान रूप से) को उनकी व्यक्तिगत प्लेट या दीवार तत्वों की चौड़ाई से {{6 से {7}मोटाई या व्यास-से-मोटाई अनुपात के आधार पर वर्गीकृत करते हैं, मोटे तौर पर "कॉम्पैक्ट" (पूर्ण प्लास्टिक क्षण क्षमता तक पहुंचने और प्लास्टिक डिजाइन के लिए रोटेशन को बनाए रखने में सक्षम) से लेकर "पतला" (जहां स्थानीय) तक की कक्षाओं में वर्गीकृत करते हैं। खंड की उपज तक पहुंचने से पहले बकलिंग होती है, और डिजाइन क्षमता को तदनुसार कम करना पड़ता है)।

खोखले खंडों के लिए, यह वर्गीकरण सीधे सपाट सतहों की चौड़ाई {{0} से {{1} मोटाई अनुपात (एसएचएस/आरएचएस के लिए) या व्यास {{2} से {{3} मोटाई अनुपात (सीएचएस के लिए) से जुड़ा हुआ है। एक पतली {5} दीवार वाली, बड़ी {{6} } व्यास वाली सीएचएस या चौड़ी, पतली {7} दीवार वाली आरएचएस उतनी ही आसानी से पतले वर्गीकरण में आ सकती है, जितनी आसानी से एक पतला {8} निकला हुआ खुला खंड - हो सकता है, बंद प्रोफ़ाइल स्वचालित रूप से स्थानीय बकलिंग जांच से एक अनुभाग को छूट नहीं देती है। वास्तुशिल्प या लंबी अवधि के अनुप्रयोगों के लिए बड़े, पतले दीवारों वाले खोखले अनुभागों को निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को यह मानने के बजाय अनुभाग के वर्गीकरण को स्पष्ट रूप से सत्यापित करने की आवश्यकता है कि "खोखले" का अर्थ "कॉम्पैक्ट" है। यह प्रारंभिक आकार निर्धारण में अधिक सामान्य निरीक्षणों में से एक है, जिसे तभी पकड़ा जाता है जब अंततः विस्तृत जांच की जाती है।

खोखले खंडों का एक वास्तविक रूप से कम चर्चा किया गया लाभ अग्नि इंजीनियरिंग में दिखाई देता है, न कि गुरुत्वाकर्षण या पार्श्व भार डिजाइन में।

संरचनात्मक अग्नि सुरक्षा आवश्यकताएं काफी हद तक एक खंड के "अनुभाग कारक" - द्वारा गर्म परिधि के अनुपात को पार करने के लिए प्रेरित होती हैं {{1}अनुभागीय क्षेत्र (अक्सर एचपी/ए लिखा जाता है)। कम एचपी/ए अनुपात वाला एक खंड आग के दौरान अधिक धीरे-धीरे गर्म होता है, क्योंकि आनुपातिक रूप से कम खुला सतह क्षेत्र स्टील के दिए गए द्रव्यमान में गर्मी पैदा करता है। I-बीम जैसे खुले अनुभाग वेब के दोनों किनारों पर सतह क्षेत्र और दोनों फ्लैंज को उजागर करते हैं, सभी अलग-अलग गर्म होते हैं। तुलनीय भार क्षमता के एक खोखले खंड में अक्सर कम एचपी/ए अनुपात होता है क्योंकि इसकी ज्यामिति अधिक कॉम्पैक्ट, निरंतर उजागर सतह के पीछे समान स्टील द्रव्यमान को केंद्रित करती है।

व्यावहारिक परिणाम यह है कि खोखले अनुभाग के सदस्य कभी-कभी समान डिजाइन भार वाले खुले अनुभाग की तुलना में पतली इंट्यूसेंट कोटिंग या कम अग्नि सुरक्षा सामग्री के साथ आवश्यक अग्नि प्रतिरोध रेटिंग प्राप्त कर सकते हैं - एक वास्तविक लागत और वजन की बचत जो सामान्य विपणन सामग्री में शायद ही कभी दिखाई देती है क्योंकि इसे प्रदर्शित करने के लिए एक अनुभाग की विशिष्ट गणना की आवश्यकता होती है, न कि एक सामान्य दावे की जो हर आकार और एप्लिकेशन पर समान रूप से लागू होता है।

यह वह बिंदु है जहां खोखला वर्ग अन्यत्र प्राप्त कुछ लाभ खो देता है, और यह आमतौर पर मिलने वाले विनिर्देशन निर्णयों की तुलना में अधिक ध्यान देने योग्य है।

खुले अनुभाग सपाट, सुलभ फ़्लैंज और वेब सतह प्रदान करते हैं जो बोल्ट किए गए कनेक्शन को सीधा बनाते हैं - एक कनेक्शन प्लेट को मानक मंजूरी और मानक विवरण के साथ सीधे फ़्लैंज पर बोल्ट किया जा सकता है। खोखले खंड, अपनी बंद प्रकृति के कारण, अतिरिक्त हार्डवेयर के बिना पारंपरिक बोल्ट वाले कनेक्शन के लिए समान सुलभ सतह प्रदान नहीं करते हैं: बोल्टिंग के लिए ट्यूब के अंदरूनी हिस्से तक पहुंच की आवश्यकता होती है (संरचना के इकट्ठे होने के बाद अक्सर असंभव होता है), और सतह पर लगे बोल्ट कनेक्शन के लिए आमतौर पर फ्लैंज प्लेट, कैप प्लेट या ब्लाइंड बोल्ट सिस्टम की आवश्यकता होती है जो विशेष रूप से बंद खंडों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

वेल्डेड कनेक्शन की अपनी जटिलता होती है। जहां खोखले खंड के सदस्य जाली गर्डर निर्माण में ट्रस नोड - के, टी, वाई, या एक्स जोड़ पर मिलते हैं - कनेक्शन केवल दो ट्यूबों को एक साथ वेल्डिंग करने का मामला नहीं है। जोड़ पर कॉर्ड फेस को आने वाले ब्रेस सदस्य से संकेंद्रित भार के तहत पंचिंग शीयर और स्थानीय प्लास्टिफिकेशन के लिए जांचना होगा, जो कि EN 1993 में डिज़ाइन प्रावधानों के अनुसार है। ये जाँचें वास्तव में एक मानक ओपन-सेक्शन कनेक्शन डिज़ाइन की तुलना में अधिक शामिल हैं, और डिज़ाइन चरण में इस जटिलता को कम आंकना ट्यूबलर ट्रस परियोजनाओं पर लेट-स्टेज रीडिज़ाइन के अधिक सामान्य स्रोतों में से एक है।

इनमें से कोई भी खोखले अनुभाग कनेक्शन को अव्यावहारिक नहीं बनाता है - ट्यूबलर ट्रस दुनिया भर में सफलतापूर्वक बनाए जाते हैं - लेकिन इसका मतलब यह है कि निर्माण और कनेक्शन डिजाइन लागत को अनुभाग से प्राप्त सामग्री दक्षता के मुकाबले तौला जाना चाहिए, बजाय यह मानने के कि खोखला अनुभाग हर मामले में एक सीधी लागत जीत है।

उपरोक्त सभी बातों को ध्यान में रखते हुए, यह स्पष्ट होना उचित है कि I {{0} बीम या चैनल कहां बेहतर विकल्प रहता है: प्राथमिक झुकने वाले सदस्य जहां भार मुख्य रूप से एक अक्ष के बारे में लगाया जाता है, और जहां उस अक्ष को संरचना की ज्यामिति द्वारा जाना और तय किया जाता है - एक स्लैब का समर्थन करने वाला एक विशिष्ट फर्श बीम, उदाहरण के लिए, केवल एक अक्ष के बारे में झुकता है, और I - अनुभाग की सामग्री, तटस्थ अक्ष से दूर flanges में केंद्रित है, शुद्ध में अधिक कुशल है एक बंद परिधि के चारों ओर वितरित खोखले खंड की सामग्री की तुलना में एकअक्षीय झुकना।

जैसा कि ऊपर चर्चा की गई है, खुले अनुभाग भी आम तौर पर कनेक्ट करने के लिए सस्ते होते हैं, और आमतौर पर खोखले अनुभागों की तुलना में बहुत बड़े, गहरे सदस्यों के लिए मानक रोल्ड आकारों की एक विस्तृत श्रृंखला में अधिक व्यापक रूप से उपलब्ध होते हैं। एक सीधे फ़्लोर बीम के लिए, I-सेक्शन आमतौर पर अधिक किफायती विनिर्देश रहता है; बहु-दिशात्मक भार के संपर्क में आने वाले स्तंभ के लिए, संपीड़न और संभावित मरोड़ के तहत एक ब्रेसिंग सदस्य, या एक अंतरिक्ष फ्रेम में एक ट्रस कॉर्ड के लिए, एक खोखला खंड आम तौर पर सामग्री दक्षता और, कई मामलों में, अग्नि प्रदर्शन दोनों पर जीतता है।

 

 

 

 

खोखले और खुले अनुभागों के बीच चयन किसी एक के स्पष्ट रूप से बेहतर होने का मामला नहीं है - यह सदस्य द्वारा अनुभव किए जाने वाले वास्तविक लोड मामले के साथ अनुभाग ज्यामिति के मिलान का मामला है। इस निर्णय का मूल्यांकन करने वाला एक संरचनात्मक इंजीनियर वास्तव में पूछ रहा है: क्या यह सदस्य एक ही पूर्वानुमानित दिशा से, या कई दिशाओं से और संभवतः मरोड़ से भार देखता है? क्या स्थानीय बकलिंग वर्गीकरण विचाराधीन दीवार की मोटाई पर डिज़ाइन को नियंत्रित करेगा? केवल स्टील की प्रति टन कीमत के बजाय, फ्लैंज प्लेट्स, कैप प्लेट्स, या ट्यूबलर जॉइंट चेक को शामिल करने के बाद कनेक्शन डिज़ाइन की वास्तव में लागत क्या होती है?

आदत या पिछले प्रोजेक्ट में जिस भी अनुभाग प्रकार का उपयोग किया गया हो, उसे डिफ़ॉल्ट करने के बजाय विनिर्देश चरण - पर यह अधिकार प्राप्त करना - है, जहां एक संरचनात्मक इस्पात परियोजना पर वास्तविक सामग्री और लागत बचत होती है, और यह पिछले प्रोजेक्ट की अनुभाग पसंद अभी भी लागू होती है, यह मानने के बजाय प्रत्येक नई संरचना पर फिर से विचार करने लायक निर्णय है।

अभी संपर्क करें