Cos'è una colonna resistente al vento-con struttura in acciaio?
Una colonna resistente al vento- con struttura in acciaio, comunemente chiamata colonna del vento o colonna anti-vento, è un elemento verticale installato sulla parete di estremità del timpano di un edificio in acciaio pre-ingegnerizzato. Il suo scopo è ricevere la pressione laterale del vento che agisce sul rivestimento della parete terminale-e sulle circonferenze delle pareti e trasferire tale forza orizzontale in modo sicuro nelle fondamenta dell'edificio e nel sistema di rinforzo del tetto.
A differenza delle colonne del telaio principale, una colonna resistente al vento- è progettata come un elemento flessibile che trasporta poco o nessun carico di gravità verticale dal tetto. La sua sezione è selezionata per l'inviluppo del momento del vento- all'estremità del timpano piuttosto che per la gravità combinata e l'azione laterale. Negli edifici con struttura a portale, le colonne del vento sono disposte a intervalli regolari lungo il muro del timpano e sono collegate alle travi del muro, in modo che i carichi del vento sul rivestimento vengano raccolti dalle travi e consegnati alle colonne del vento invece di imporre una flessione fuori dal piano dell'estremità-del telaio del muro.
Come funziona il percorso di caricamento
La pressione del vento sulla parete di fondo viene prima ricevuta dai pannelli della parete e trasferita alle travi della parete.
Le travi si estendono tra le colonne del vento e trasmettono la forza a ciascuna colonna nei suoi punti di connessione.
Le forze del vento che agiscono sulla parte inferiore della colonna vengono trasmesse attraverso la base della colonna alla fondazione.
Le forze del vento che agiscono sulla porzione superiore vengono trasmesse attraverso la connessione superiore della colonna al sistema di controventamento orizzontale del tetto, che le distribuisce alle colonne del telaio adiacenti e fino alle fondazioni.
In questo modo la colonna del vento converte un grande carico distribuito sulla facciata in un numero limitato di punti di reazione controllati, limitando la deformazione fuori-del-piano, le vibrazioni e i danni al rivestimento all'estremità del timpano durante eventi di vento forte.
Componenti chiave di un sistema di colonne eoliche
Una colonna resistente al vento-funziona come parte di un sistema coordinato anziché come un singolo elemento:
Sezione colonna:solitamente una sezione ad H saldata o-laminata a caldo-, una sezione a I-o una sezione cava, dimensionata per la flessione laterale e il controllo della deriva.
Piastra di base e bulloni di ancoraggio:distribuire la reazione della colonna alla fondazione in calcestruzzo e resistere al sollevamento e al taglio causati dall'aspirazione e dalla pressione del vento.
Connessione superiore:una connessione scanalata o flessibile alla capriata o al travetto del tetto che consente il movimento verticale del tetto senza imporre carichi di gravità sulla colonna del vento.
Travi a parete (sezioni a C o Z):elementi orizzontali che si estendono tra le colonne del vento per sostenere il rivestimento della parete.
Tiranti e tiranti ribassati:stabilizzare le travi e prevenire la deformazione torsionale sotto l'aspirazione del vento.
Bulloni e saldature:bulloneria e saldature strutturali ad alta-resistenza che uniscono i componenti in un unico telaio resistente al vento-.
Colonna-resistente al vento e colonna del telaio principale
Confondere le colonne del vento con le colonne del telaio principale è uno degli errori più comuni negli appalti per l'edilizia in acciaio. I due membri hanno ruoli meccanici, posizioni e connessioni diversi.
| Articolo | Colonna del telaio principale | Colonna-resistente al vento |
|---|---|---|
| Ruolo meccanico | Elemento combinato assiale e flessionale: resiste ai carichi gravitazionali verticali (tetto, attrezzature, neve) insieme ai carichi orizzontali. | Elemento flessionale: resiste alla spinta orizzontale del vento sulla parete del timpano e non partecipa alla distribuzione del carico di gravità verticale. |
| Posizione | Situato nelle campate longitudinali dell'edificio, sostiene le travi del telaio principale. | Installato sui muri del timpano (estremità), solitamente in fila lungo la linea del muro-estremità. |
| Connessione superiore | Collegamento tipicamente rigido o rinforzato con piastra-alla trave. | Collegamento che consente lo spostamento- (foro asolato o piastra a molla) in modo che il movimento del tetto non venga contrastato. |
| Collegamento di base | Analisi rigida o bloccata per frame. | Generalmente imperniate, o rigide solo nella tipologia a sbalzo. |
| Progettazione della sezione | Sezione ampia con severi controlli di snellezza e stabilità per carichi combinati. | Sezione più piccola ottimizzata per la-sensibilità al carico del vento e la rigidità-per-efficienza in termini di peso. |
Tipi strutturali comuni di colonne eoliche a timpano
Il sistema strutturale di una colonna del vento a timpano è classificato dalla connessione alla base della colonna con la fondazione e alla sommità della colonna con il sistema del tetto.
Tipo a sbalzo (base-fissa).
La base della colonna è collegata rigidamente alla fondazione mentre la parte superiore della colonna è collegata alla capriata del tetto tramite una piastra flessibile a molla. La colonna si comporta come un grande cantilever verticale, resistendo all'intero carico del vento orizzontale proveniente dal muro e trasmettendolo direttamente alla fondazione. Questo tipo è adatto ai tradizionali edifici industriali con-tetto pesante o a-lunghe campate in cui il sistema del tetto non deve ricevere forze sulle pareti del timpano.
Tipo semplicemente supportato
La base della colonna è fissata con perni e la parte superiore della colonna si collega al sistema del tetto tramite una piastra con fori asolati-o una piastra a molla. La colonna resiste solo al suo peso proprio-e ai carichi di vento orizzontali; la reazione superiore viene convogliata nel sistema di controventamento orizzontale del tetto. Questo tipo offre un'elevata tolleranza di installazione ed è il punto di riferimento comune per le officine di acciaio di spessore leggero-standard.
Tipo frame-integrato (colonna strutturale).
Le colonne del vento sono integrate nel sistema del telaio a portale. La base della colonna può essere fissata o rigida, mentre la parte superiore della colonna è saldata o imbullonata rigidamente alla trave del tetto. I carichi verticali del tetto e i carichi del vento orizzontali sono condivisi dal telaio principale e dalle colonne del vento, riducendo il momento flettente nella trave finale-della campata. Questo tipo viene utilizzato nelle moderne officine di telai a portale-di scartamento ridotto dove il tonnellaggio dell'acciaio deve essere ridotto al minimo.
Considerazioni sulla progettazione e sulla selezione
Calcolo del carico del vento.I carichi del vento sulla parete del timpano sono determinati dalla velocità del vento di base, dalla categoria di esposizione, dall'altezza dell'edificio e dal fattore di importanza, utilizzando il codice di carico applicabile al sito del progetto (ad esempio, GB 50009 per progetti cinesi, ASCE 7-22 per progetti statunitensi o EN 1991-1-4 per progetti europei). La sezione della colonna del vento viene quindi controllata per verificare le forze di flessione, taglio, deflessione e connessione sotto le combinazioni di carico in vigore.
Sistema di cintura.Le colonne eoliche possono essere combinate con un sistema a rete integrato o bypass. Il sistema di bypass è popolare per progetti standard di fabbriche e magazzini grazie alla comoda installazione e all'aspetto ordinato; il sistema ad incasso si adatta a progetti con aperture a parete complesse o requisiti di tenuta all'aria più severi. La scelta influisce sulla campata, sulla spaziatura delle colonne e sui dettagli della connessione.
Materiali e standard.Le colonne eoliche sono comunemente realizzate in acciaio Q235B o Q355B conforme a GB/T 1591, S235JR o S355JR conforme a EN 10025-2 o ASTM A36/A572 Grado 50. La progettazione complessiva può seguire GB 51022-2019 per edifici a scartamento ridotto con struttura a portale, GB 50018 per edifici formati a freddo sezioni, EN 1993-1-1 o AISC 360, a seconda della giurisdizione del progetto.
Protezione dalla corrosione.Per i siti industriali costieri, umidi o all'aperto, la zincatura a caldo-o un sistema di verniciatura selezionato per le categorie di corrosività ISO 12944 estende il ciclo di manutenzione e protegge la base della colonna e i dettagli di connessione.
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Domande frequenti
Posso rimuovere le colonne del vento per risparmiare sui costi di costruzione?
No. Le colonne resistenti al vento-fanno parte del sistema di gravità e stabilità laterale di un edificio in acciaio pre-ingegnerizzato all'estremità del timpano. La loro rimozione può causare un'eccessiva deformazione delle pareti, oscillazioni strutturali e cedimenti del rivestimento sotto forti carichi di vento, e il progetto non soddisferebbe più il regolamento edilizio in vigore.
Cos'è meglio, un sistema integrato o un sistema bypass?
Dipende dal progetto. Il sistema di bypass è più popolare per le fabbriche e i magazzini standard perché è più veloce da installare e ha un aspetto più pulito. Il sistema di trave inserita è preferito per progetti con aperture complesse nelle pareti, requisiti di tenuta all'aria più elevati o rivestimenti più pesanti, in cui la trave è montata tra le flange della colonna.
Le colonne resistenti al vento- necessitano di zincatura?
Si consiglia la zincatura o un sistema anticorrosione equivalente-, particolarmente importante per gli edifici industriali costieri, umidi e all'aperto. Il trattamento superficiale deve essere selezionato in base alla categoria di corrosività del sito e alla durata di servizio di progetto.
Quali forme di sezione possono essere utilizzate per le colonne del vento?
Le sezioni ad H saldate o-laminate a caldo-sono le più comuni. Le sezioni a I-e le sezioni cave rettangolari vengono utilizzate anche laddove il progetto richiede una maggiore rigidità torsionale o un particolare profilo architettonico. La sezione finale è determinata dal momento del vento e dai limiti di deflessione del progetto.
Una colonna del vento sostiene il carico sul tetto?
Nelle tipologie a sbalzo e semplicemente appoggiate, la colonna del vento è dettagliata in modo che il carico di gravità del tetto non venga trasferito su di essa; l'attacco superiore permette il movimento verticale. Nel tipo a telaio-integrato, per progettazione la colonna del vento condivide sia il tetto che i carichi del vento con il telaio principale.
Come vengono imballate le colonne eoliche per l'esportazione?
Le colonne eoliche vengono generalmente fissate su scaffalature o pallet di spedizione in acciaio saldato, con avvolgimento protettivo sulle superfici lavorate e nelle aree di connessione, ancoraggio su più-punti e fasci chiaramente etichettati. Piccole parti come bulloni e staffe sono imballate in scatole impermeabili etichettate fissate al pallet principale.