Colonna circolare in tubo d'acciaio cavo

Queste colonne presentano un profilo cilindrico liscio e diritto e una sezione trasversale anulare che garantisce una distribuzione uniforme del carico e una capacità di carico assiale superiore. Trasferiscono efficacemente i carichi dalla sovrastruttura alla fondazione e sono adatti per il supporto verticale in varie applicazioni, tra cui strutture in acciaio leggere e pesanti, architettura del paesaggio, stadi, passerelle, impianti industriali ed edifici prefabbricati. Vengono forniti completi dei componenti di connessione necessari come piastre di base, piastre di rinforzo, piastre di connessione e bulloni ad alta resistenza.

Definizione e configurazione del prodotto

I. Definizione di base di colonne di tubi circolari

La colonna circolare in tubo d'acciaio cavo è un componente portante verticale con sezione trasversale cava circolare. Costruite principalmente con tubi circolari in acciaio senza saldatura o saldati, queste colonne sono ampiamente utilizzate negli edifici con struttura in acciaio, progetti comunali, ponti e stadi, dove resistono principalmente alla compressione assiale, ai momenti flettenti e ai momenti torsionali.

1. Attributi fondamentali

Materiale: Prevalentemente acciaio strutturale al carbonio e acciaio bassolegato; sono disponibili finiture zincate, rivestimenti anticorrosione o acciaio inossidabile per ambienti esterni o corrosivi.

Caratteristiche della sezione trasversale: definite dal diametro esterno (D) e dallo spessore della parete (t); la forma circolare cava garantisce una distribuzione uniforme del carico in tutte le direzioni, un'eccellente resistenza alla torsione e alla compressione e una concentrazione minima di sollecitazioni.

Processo di produzione: disponibili come colonne con tubi senza saldatura (integralmente laminati, che offrono un'elevata capacità di carico) o colonne con tubi saldati (formate mediante laminazione e saldatura di piastre di acciaio, che offrono costi inferiori).

2. Scenari applicativi chiave

Tubi centrali per edifici molto alti, luoghi di grandi dimensioni (centri espositivi/stadi), stazioni ferroviarie ad alta velocità, tettoie, impianti industriali, pilastri di ponti, pali di guardrail comunali, colonne paesaggistiche, ecc. 3. Notazione delle specifiche di base

Notazione standard: φ Diametro esterno × Spessore parete × Lunghezza; ad esempio, φ219×8×6000 (diametro esterno 219 mm, spessore parete 8 mm, lunghezza colonna 6 m).

II. Configurazione del gruppo colonna a sezione cava circolare (CHS).

Un sistema completo comprendente il corpo principale della colonna in tubo circolare d'acciaio cavo, collegamenti alle estremità superiore e inferiore, accessori di collegamento e componenti ausiliari. È classificato in cinque moduli principali in base alla posizione: corpo della colonna, base/fondazione della colonna, connessione superiore della colonna, connessione trave-colonna e accessori ausiliari.

1. Corpo della colonna (componente principale)

Tubo circolare principale: il diametro del tubo, lo spessore della parete e il materiale vengono selezionati in base ai requisiti di carico; le colonne extra lunghe possono essere fabbricate in segmenti, dotati di giunti per la giunzione (connessioni a flangia, saldate o ad innesto).

Strutture di rinforzo (obbligatori per applicazioni con carichi pesanti o grattacieli):

Anelli di irrigidimento interni e nervature di irrigidimento longitudinali: per evitare deformazioni locali della parete del tubo.

Riduzione della vita / Sezione di transizione diametro: transizione utilizzando tubi circolari a diametro variabile quando i carichi differiscono tra la sezione superiore e quella inferiore.

2. Gruppo base della colonna (si collega alla fondazione; determina la stabilità complessiva)

Un insieme portante completo per la parte inferiore della colonna CHS; esistono due forme comuni:

1) Tipo con bullone di ancoraggio incorporato (il più comune)

·Piastra di base: spessa piastra in acciaio circolare o quadrata, completamente saldata al corpo della colonna.

·Bulloni di ancoraggio: bulloni di ancoraggio multipli ad alta resistenza incorporati nella fondazione in cemento.

·Accessori: dadi, rondelle, spessori di livellamento e materiale per stuccatura (per la stuccatura secondaria per livellare e fissare la base).

2) Fondazione per presa a inserto (fondazione a tazza)

·Presa di calcestruzzo (tazza) + sezione di colonna inserita + calcestruzzo compattato circostante o calcestruzzo con aggregato fine; comunemente usato nell'ingegneria municipale e nella costruzione di ponti.

3. Assemblaggio della parte superiore della colonna (trasferisce la forza e supporta la sovrastruttura)

Selezionati in base alla tipologia dei componenti della sovrastruttura:

·Piastra superiore della colonna: piastra di copertura che sigilla la parte superiore, protegge l'interno del tubo e trasferisce i carichi dall'alto.

·Sede/flangia di collegamento superiore della colonna: utilizzata per il collegamento a tubi circolari superiori, tralicci o supporti del telaio spaziale. ·Cappucci per pali (per paesaggistica/guardrail): decorativi e resistenti agli agenti atmosferici; disponibile in forme sferiche, piatte e coniche.

4. Giunti di collegamento trave-colonna/tubo-tubo (accessori per trasferimento laterale del carico)

Accessori standard per il collegamento di colonne di tubi circolari a travi in ​​acciaio, elementi secondari e colonne di tubi adiacenti:

·Mensole circonferenziali/piastre con alette: saldate al corpo del tubo per supportare le travi in ​​acciaio.

·Flange di collegamento/fascette per tubi: per unire tubi dello stesso diametro o per il passaggio tra diametri diversi (giunti di riduzione).

·Bulloni ad alta resistenza, piastre di supporto per saldatura e piastre di connessione: per fissare e rinforzare i giunti.

5. Componenti ausiliari (installazione, protezione e manutenzione)

·Accessori di sollevamento: golfari di sollevamento, anelli di sollevamento (installati in fabbrica per facilitare il sollevamento in cantiere).

·Protezione anticorrosione: primer, mano intermedia e finitura/rivestimento zincato a caldo; sigillatura anticorrosione (cappucci terminali per impedire l'ingresso di acqua e la ruggine).

·Ausiliari di installazione: staffe di posizionamento, supporti temporanei, martinetti superiori regolabili (per l'allineamento e il fissaggio temporaneo durante l'installazione).

III. Esempi di configurazioni di assieme comuni

1. Colonna di tubi circolari di fabbrica standard: tubo circolare principale + piastra di base + bulloni di ancoraggio + spessori di livellamento + tappo superiore + mensola del corpo del tubo + bulloni ad alta resistenza + rivestimento anticorrosivo + occhiello di sollevamento.

2. Palo del guardrail stradale comunale: tubo circolare principale + flangia di base incorporata / piedistallo in cemento + tappo superiore decorativo + morsetto di collegamento del guardrail / piastra ad aletta + rivestimento anticorrosivo zincato.

3. Colonna di tubi circolari segmentati con struttura in acciaio a molti piani: tubi circolari segmentati + flange di giunzione / giunti saldati + anelli di rinforzo interni + gruppo bullone di ancoraggio incorporato + piastra di collegamento anulare trave-colonna + sistema anticorrosione completo.

IV. Breve riassunto

·Definizione: elemento portante verticale costituito da un tubo circolare cavo d'acciaio; presenta eccellenti proprietà meccaniche e un'ampia gamma di applicazioni. ·Logica del sistema: Corpo colonna + assieme connessione base + assieme connessione superiore + accessori connessione laterale + accessori anticorrosione/sollevamento; le configurazioni complete vengono selezionate in base ai carichi del progetto e agli scenari applicativi.

Quali sono i principali vantaggi delle colonne circolari con tubi cavi in ​​acciaio?

1. La sezione trasversale circolare garantisce una distribuzione uniforme delle sollecitazioni, un'elevata resistenza alla compressione assiale e un'eccellente stabilità torsionale.

2. L'aspetto aerodinamico è minimalista ma impressionante, migliorando il fascino estetico complessivo della struttura.

3. La bassa resistenza al vento offre prestazioni al vento superiori per applicazioni esterne.

4. La natura leggera semplifica il sollevamento e l'installazione, con conseguente elevata efficienza costruttiva.

5. Sia le superfici interne che quelle esterne possono essere trattate per resistere alla corrosione, garantendo resistenza all'umidità e una lunga durata.

6. Specifiche complete disponibili; l'altezza, le piastre di connessione e le parti integrate possono essere personalizzate per adattarsi a vari scenari architettonici.

Rispetto alle colonne in acciaio con sezione ad H e alle colonne a sezione cava quadrata/rettangolare, quali sono le principali caratteristiche distintive delle colonne a tubo circolare?

I. Vantaggi della meccanica strutturale

1. Portanza omnidirezionale bilanciata e prestazioni torsionali superiori: il momento di inerzia è coerente in tutte le direzioni (nessuna distinzione tra assi forti e deboli), offrendo un'adattabilità di gran lunga migliore ai carichi del vento, alla torsione sismica e ai carichi eccentrici rispetto alle sezioni ad H o ai tubi quadrati. Sono la scelta preferita per luoghi di grandi dimensioni, strutture imponenti e progetti costieri soggetti a forti venti. Al contrario, i tubi quadrati e le sezioni ad H hanno assi deboli e notevoli debolezze per quanto riguarda la torsione laterale.

2. Maggiore capacità di carico di compressione e resistenza alla deformazione locale per la stessa quantità di acciaio: sotto compressione assiale, la sollecitazione è distribuita uniformemente sulla parete circolare del tubo. Per una data area della sezione trasversale, la capacità di carico segue l'ordine: tubo circolare > tubo quadrato > acciaio con sezione ad H. Le colonne per carichi pesanti possono essere alleggerite per ridurre i costi, risparmiare acciaio e ridurre il peso proprio.

3. Coefficiente di resistenza al vento più basso: la forma circolare aerodinamica si traduce in un coefficiente di forma del carico di vento di circa 0,8, rispetto a 1,3 per i tubi quadrati e oltre 1,5 per l'acciaio con sezione ad H. Ciò riduce significativamente i carichi del vento su colonne torreggianti, passerelle esterne, supporti per energia eolica e pilastri di tettoie, riducendo così i costi di ancoraggio delle fondazioni. 

II. Caratteristiche distintive nella fabbricazione e nella costruzione

1. Progettazione dei giunti semplificata e connessioni flessibili trave-colonna: le travi in ​​acciaio possono collegarsi a sezioni cave circolari (CHS) con qualsiasi angolo lungo l'intera circonferenza di 360°, evitando i vincoli degli angoli retti dei tubi quadrati o degli allineamenti delle flange delle travi ad H; ciò offre evidenti vantaggi per scenari che coinvolgono travi inclinate, capriate radiali e intersezioni di travi multidirezionali. Le mensole anulari standardizzate e i connettori a morsetto facilitano il montaggio.

2. Comoda giunzione segmentale: supporta sia la saldatura di testa sull'intera circonferenza (con smussi interni/esterni) che le connessioni flangiate. Le saldature circonferenziali sui tubi circolari distribuiscono lo stress in modo uniforme, a differenza dei tubi quadrati, che sono soggetti a concentrazione di stress sugli angoli, o delle travi ad H, che richiedono un allineamento preciso di flange e anime, con conseguente tolleranza di fabbricazione più elevata.

3. Peso di sollevamento bilanciato: la distribuzione uniforme del peso elimina i rischi di carico eccentrico o ribaltamento durante il sollevamento.

III. Caratteristiche distintive nella protezione e manutenzione dalla corrosione

1. Area superficiale ottimizzata per la protezione dalla corrosione: per una data area di sezione trasversale, l'area della superficie esterna segue l'ordine: Tubo circolare < Tubo quadrato/rettangolare < Trave ad H. Ciò riduce il volume di vernice o di materiale zincato a caldo richiesto, abbassando i costi. L'assenza di spigoli vivi o "zone morte" previene accumuli di vernice o punti mancanti, garantendo una durata superiore in ambienti corrosivi esterni.

2. Nessuna "zona morta" per l'accumulo di acqua o polvere: a differenza delle scanalature superiori dei tubi quadrati o dei canali flangiati delle travi ad H, che tendono a intrappolare l'acqua piovana e la polvere, provocando corrosione, la superficie curva dei tubi circolari consente all'acqua piovana di defluire naturalmente, prolungando significativamente la durata delle colonne comunali esterne e dei pilastri paesaggistici.

IV. Caratteristiche distintive nell'estetica architettonica e scenari applicativi

1. Design decorativo integrato: il profilo curvo si adatta all'architettura del paesaggio, ai montanti delle facciate continue e alle facciate delle sale espositive. Ospita coperture di colonne sferiche ed elementi decorativi curvi, combinando il carico strutturale con l'estetica architettonica, mentre i tubi quadrati e le travi ad H spesso appaiono crudamente industriali.

2. Idoneità per spazi ristretti: offre un diametro esterno più piccolo per la stessa capacità di carico, offrendo vantaggi distinti per il percorso dei servizi, colonne decorative interne e supporti compatti per apparecchiature. V. Compromessi sui costi (sfruttare la differenziazione: punti deboli vs. punti di forza)

Punti deboli: per carichi ultra pesanti e colonne del telaio densamente distanziate, le travi ad H offrono un migliore rapporto costo-prestazioni. Scenari applicativi chiave: strutture a molti piani, lunghe campate, carichi multidirezionali, posizioni esposte/incline al vento e funzioni strutturali-decorative integrate; le sezioni cave circolari (CHS) offrono un costo totale del ciclo di vita inferiore in queste aree.

VI. Riepilogo del posizionamento differenziato

Travi ad H: concentrarsi su telai a più piani e densamente distanziati. Tubi quadrati: focus su impianti industriali regolari e di piccole dimensioni. Colonne a sezione cava circolare (CHS): focus su progetti a campata lunga, grattacieli, con carico multidirezionale e progetti integrati di struttura paesaggistica; stabiliscono un vantaggio di mercato insostituibile grazie alla resistenza alla torsione, alla bassa resistenza al vento e alla facilità di protezione dalla corrosione.

Flusso di lavoro di elaborazione end-to-end per colonne di tubi circolari cavi in ​​acciaio

I. Classificazione del prodotto

1. Colonne CHS senza saldatura: prodotte mediante lavorazione profonda di tubi in acciaio senza saldatura finiti; tipicamente utilizzato per diametri medio-piccoli e colonne portanti ad alta precisione (φ60–φ630).

2. Colonne CHS laminate e saldate: prodotte mediante laminazione di una piastra di acciaio in un cilindro seguito da saldatura longitudinale e/o circonferenziale; utilizzato per colonne di grande diametro e carichi pesanti (il metodo standard per colonne extra-grandi >φ630).

II. Passaggi di elaborazione standard (processi downstream condivisi per entrambi i tipi)

Processo 1: ispezione delle materie prime e layout di taglio

1. Tubo senza saldatura: ispezione in entrata del materiale, diametro esterno, spessore della parete e rapporti sul rilevamento dei difetti; tagliato a misura utilizzando seghe CNC o macchine da taglio al plasma.

2. Tubi laminati/saldati: rilevamento dei difetti in entrata e livellamento delle piastre di acciaio; Taglio CNC alla larghezza sviluppata e smussatura.

Durante il taglio sono incluse tolleranze per il ritiro della saldatura e la lavorazione meccanica.

Processo 2: Laminazione e formatura (specifico solo per CHS laminati/saldati)

1. Piastra di acciaio arrotolata in un cilindro utilizzando una macchina piegatrice per piastre a tre rulli; bordi allineati e chiusi.

2. Saldatura a punti per il fissaggio; regolazione della rotondità e del disallineamento dei bordi (disallineamento ≤ 10% dello spessore della parete).

Processo 3: saldatura delle giunture del corpo del tubo principale

1. Saldatura continua longitudinale: saldatura automatica ad arco sommerso (SAW), che forma sia cordoni interni che esterni, per la cucitura longitudinale del tubo laminato;

2. Post-saldatura: ispezione visiva dei cordoni di saldatura → Test ad ultrasuoni (UT) (ispezione al 100% per saldature di grado I);

3. Saldatura di testa circonferenziale per la giunzione multi-segmento di colonne lunghe: utilizza anche SAW su due lati e NDT (test non distruttivi).

Processo 4: Arrotondamento e raddrizzamento di tubi circolari

I tubi laminati e saldati subiscono significative deformazioni di saldatura; una macchina arrotondatrice idraulica specializzata viene utilizzata per correggere rotondità e rettilineità, controllando l'ovalità a ≤D/1000; i tubi senza saldatura richiedono solo piccole regolazioni di raddrizzamento.

Processo 5: smussatura delle estremità e lavorazione delle superfici (processo critico)

Tornio CNC/Fresatura frontale:

· Fresare entrambe le estremità del tubo e tagliare gli smussi di saldatura, garantendo la perpendicolarità della faccia finale;

· Per le colonne che richiedono collegamenti a flangia, fresare con precisione un registro (perno) all'estremità del tubo per garantire un adattamento piatto e a filo con la flangia.

Processo 6: assemblaggio e saldatura dei componenti dell'estremità della colonna

1. Assemblaggio della piastra di base della colonna: disposizione e assemblaggio delle piastre di base quadrate/circolari e delle nervature di rinforzo, seguito da puntatura per il posizionamento;

2. Piastra superiore della colonna e cappuccio terminale: saldatura continua del cappuccio terminale per sigillare l'apertura del tubo e impedire l'ingresso di acqua;

3. Mensole / Piastre con capocorda / Piastre di collegamento anulari: disposizione secondo i disegni, assemblaggio attorno alla circonferenza del tubo e fissaggio tramite puntatura;

4. Anelli di irrigidimento interni (per colonne di grattacieli per carichi pesanti): sollevamento segmentato e installazione di piastre di irrigidimento anulari interne, fissate mediante saldatura a punti interna.

Processo 7: saldatura di componenti in tutte le posizioni

1. Nervature e mensole della piastra di base: saldate mediante saldatura con protezione di gas o saldatura ad arco sommerso (SAW);

2. Saldature dei giunti critici: sottoposte a prove non distruttive UT in conformità ai requisiti di progettazione.

Processo 8: correzione del prodotto finito e foratura

1. Correzione della deformazione della saldatura e della rettilineità della colonna utilizzando una combinazione di riscaldamento a fiamma e metodi meccanici;

2. Foratura CNC di fori per bulloni e linee di servizio nelle posizioni richieste. Processo 9: Rimozione della ruggine e trattamento anticorrosione

1. Granigliatura al grado Sa2.5 per rimuovere scaglie di laminazione e ruggine;

2. Rivestimento: Primer + mano intermedia + finitura; procedere eventualmente al processo di zincatura a caldo.

Processo 10: Numerazione, ispezione, imballaggio e spedizione del prodotto finito

1. Contrassegnare l'ID del componente, le linee della griglia e i livelli di elevazione;

2. Ispezione completa di dimensioni, saldature e rivestimento anticorrosivo prima dello stoccaggio.

III. Confronto tra i due processi

1. Colonne circolari di tubi d'acciaio cavi senza saldatura: tempi di lavorazione brevi, assenza di saldature longitudinali, eccellente integrità strutturale; tuttavia, il diametro del tubo è limitato e i costi di approvvigionamento per i diametri grandi sono elevati.

2. Colonne di tubi circolari laminati e saldati: capaci di diametri ultra-grandi con spessore della parete completamente personalizzabile; comporta fasi aggiuntive di laminazione e saldatura longitudinale, ma offre costi inferiori per componenti di grandi dimensioni.

IV. Personalizzazione specializzata (mega colonne a tubo circolare per grattacieli)

1. Per colonne riempite di cemento: i fori per l'iniezione e lo sfiato dell'aria sono già predisposti alle estremità del tubo;

2. Colonne di tubi circolari a diametro variabile: fabbricate mediante laminazione e saldatura di una sezione di transizione conica (riduttore) per collegare diametri diversi.

Parametri prestazionali chiave per colonne a sezione cava circolare (CHS).

I. Specifiche geometriche

1. Designazione

Formato: ϕD × t × L

·D: diametro esterno (mm); le dimensioni comuni includono φ89, 114, 165, 219, 273, 325, 426, 530, 630, 720, 820, 920, 1020...

·t: Spessore parete (mm); 4–50 mm

·L: Lunghezza di taglio standard; tipicamente 6m/9m/12m; Lunghezze extra lunghe ottenute tramite giunzioni segmentate

2. Tolleranze dimensionali

1. Ovalità: ≤ D/1000

2. Rettilineità del corpo della colonna: Entro L/1000

3. Perpendicolarità della faccia finale: ≤ t/10

II. Proprietà meccaniche dei materiali (qualità principali: Q235B/Q355B)

Q355NL è selezionato per applicazioni a bassa temperatura grazie alla sua resistenza agli urti a bassa temperatura.

III. Parametri strutturali chiave

1. Caratteristiche della sezione trasversale (superiore ai tubi quadrati/travi ad H a ​​parità di peso)

· Il raggio di rotazione è uniforme in tutte le direzioni; nessuna distinzione tra assi forti e deboli;

· Coefficiente di resistenza al vento: μ ≈ 0,8 (vs. 1,3 per tubi quadri/rettangolari e 1,5 per travi ad H); basso impatto del carico del vento

1. Vantaggio della compressione: elevato coefficiente di stabilità della compressione assiale; la capacità portante supera quella delle colonne rettangolari a parità di sezione trasversale

2. Resistenza torsionale: il momento d'inerzia polare per le sezioni circolari è significativamente più elevato rispetto alle sezioni non circolari; ottime prestazioni sismiche e resistenza ai carichi eccentrici

IV. Prestazioni di saldatura e NDT (controlli non distruttivi).

1. Saldature longitudinali/circonferenziali (Grado I): test a ultrasuoni al 100% (UT); Saldature di II grado: 20% UT a campione;

2. La resistenza alla trazione della saldatura non è inferiore al valore standard del metallo base. V. Specifiche anticorrosione

1. Grado di rimozione della ruggine mediante granigliatura: Sa2.5 (norma nazionale);

2. Sistema di rivestimento standard: Primer + strato intermedio + finitura; spessore totale del film secco: 80–160 μm;

3. Zincatura a caldo: spessore del rivestimento di zinco ≥85 μm; progettato per ambienti corrosivi costieri.

VI. Specifiche delle colonne tubolari riempite di cemento (CFT).

1. Gradi di calcestruzzo tipicamente utilizzati per il tamponamento: C30, C40 o C50;

2. Azione portante sinergica tra tubo di acciaio e calcestruzzo; la capacità di carico assiale complessiva è aumentata di 2-3 volte; comunemente usato nelle strutture super-high-rise.

VII. Specifiche di installazione e connessione

1. Collegamento a flangia: utilizza bulloni ad alta resistenza di grado 8.8 o 10.9;

2. Piastra di base della colonna: spessore della piastra 16–60 mm; dotato di bulloni di ancoraggio incorporati (M20–M64).