Базы металлических колонн узлы

Обновлено: 21.09.2024

Проектирование и расчет металлической колонны ствола и узлов сопряжений. Надёжность конструирования её обеспечивается пониманием механики работы, соблюдение нормами и инженерным опытом.

Расчет металлической колонны

Мой опыт показывает, что колонны часто имеют необоснованное увеличенное сечение ствола (+10% и выше). Встречается не редко, что базы колонн проектируются по одной серии (которую нужно выкинуть), и в этом случае база тяжелее процентов на 30%, да и ствол колонны тяжелее если по этой серии.

Итак проектирование стальной колонны включает в себя:

Определение материала ствола — марка стали согласно нормам
Назначить оптимально-работающего сечения
Определение сочетания нагрузок на колонну, базу и оголовок — в проф. программах
Построение рабочей схемы, и проверка устойчивости ствола колонны — понимание её работы,
Выполнить конструирование базы колонны и анкерных болтов
Проверка узла опирания балочных элементов

Основные виды проектируемых конструкции стальных стоек и колонн

Круглое сечение:

Лучший вариант чисто для центрально сжатой стойки. Ввиду того что такой вариант нагрузки редкость применяется такой вид сечения ради архитектурной выразительности.

Квадратное сечение:

Применяется для центрально-нагруженных стоек, с небольшим изгибающими моментом в обоих направлениях

Прямоугольное сечение:

Двутавр балочный:

Его редко применяют, видимо потому, что название балочный. Хотя возможно его применения при малых нагрузках, просто потому, что сортамент двутавров «К» и «Ш» сразу начинается с «массивных»

Двутавр широкополочный:

Наверное самый распространённый вид колонн. Хорошо работает в широкопролётных, одноэтажных, относительно-невысоких сооружениях (цеха)

Двутавр колонный:

Обоснованно применять только если полки подшивать профилированный листом для раскрепления гибкости (бытовки)

Применяется при повышенной высоте стойки (условно более 8,0м), при этом испытывающая небольшие изгибающие моменты (от ветровых нагрузок, краны до 1-2,0 т).

Применяется при высокой высоте колонн (условно больше 10,0м)

+ Жесткость выше чем у колонны на планках

Применяется при в высоких одноэтажных зданиях (условно выше 12,0м) с небольшой нагрузкой от покрытия.

Пример расчёт см на моём сайте «Инженер-строитель»

Распространённые виды применяемых жёстких баз колонн

Здесь предложены только варианты для сечения двутавр и профильной трубы.

После определения сечения, расчет металлической колонны сводиться к конструированию её базы. Они в общем линейные, достаточно выполнить и проверить один раз и можно применять регулярно. Но даже имея готовый алгоритм необходимо определить усилия на анкерную пластину и болты.

Интересно отметить — толщина опорной пластины к примеру второго и третьего вида составляет 40мм и 25мм и при одних и тех нагрузках. Первый вариант будет еще толще соответственно.

Руководство проектной организации — обратилось за услугой. Цель как оказалось — выполнить прочностные проверки с расчетом

Опыт применения знаний строительной механики в проектировании создаёт за частую легкий металлокаркас сооружения при

Проектирование металлических колонн

Металлические колонны промышленных и гражданских зданий

Стальные колонны являются несущими элементами металлического каркаса здания, воспринимающие основные нагрузки на здание или сооружение. Стальная колонна состоит из базы, оголовка и стержня колонны.

2. Оголовок колонны;

3. Сечение колонны.

РАСЧЕТ КОЛОНН

Проектирование колонн начинают с расчетов. Могут работать как центрально-сжатые стержни, а могут как сжато-изгибаемые элементы. Смотрите соответствующие страницы сайта:

Далее разрабатывают схему расположения колонн. Это может быть схема раздела КМ или КМД. Если объект простой, то это может быть схема в разделе АС.

ЧЕРТЕЖИ

Образец оформления схемы расположения колонн смотрим на странице:

Если мы делаем раздел КМ (Конструкции металлические), то можно ограничиться схемой расположения колонн и узлами. Узлы для схемы КМ смотрите на страницах с колоннами (Список ниже). Но если мы делаем КМД (Конструкции металлические деталировочные), то придется еще и отправочный марки разрабатывать. Без чертежей колонн тут не обойдешься, а так как колонны бывают разные, разложим их по категориям:

2. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — одноветвевые сквозного сечения.

3. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — одноветвевые с консолью для мостовых кранов.

4. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — двухветвевые.

Ниже представлена информация для общего развития.

Классификация колонн

Колонны постоянного сечения применяют при отсутствии мостовых кранов большой грузоподъемности и высотой до 9 метров.

Колонны переменного сечения более экономичны, чем колонны постоянного сечения. Используются при наличии мостовых кранов небольшой грузоподъемности (до 50 тн.)

Колонны с ветвями (двухветвевые, трехветвевые и т.д.) используются при наличии кранов большой грузоподъемности (Более 50 тн.)

Характер работы колонн

Центрально — сжатые колонны

Внецентренно — сжатые колонны

Конструкция стальных колонн

Основные конструктивные элементы:

— база (место крепления колонны к фундаменту);

— стержень (средняя часть колонны);

— консоль (участок крепления подкрановой балки);

— оголовок — верхняя часть колонны;

При проектировании колонн могут быть полезными следующие типовые серии:

№ п/п	Номер	Наименование	Примечания
1	Серия 1.423.3-8	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий без мостовых опорных кранов.	Смотреть
2	Серия 1.424-2	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми кранами.	Смотреть
3	Серия 1.424-4	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий.	Смотреть
4	Серия 1.424.3-7	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми опорными кранами.	Смотреть

Металлические колонны одноэтажных зданий проектируют с постоянным или переменным сечением. Колонны переменного сечения имеют сплошное постоянное сечение надкрановой части, а подкрановая часть может быть сплошного или сквозного сечения.

Колонны сквозного сечения проектируют с ветвями, которые соединяются решеткой. Раздельные колонны проектируют из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвями. Если колонны работают на центральное сжатие, при этом изгибающие моменты незначительны, то применяют колонны сплошного сечения, которые выполняют из широкополочных прокатных или сварные двутавров. При изготовлении сквозных колонн используют двутавры, швеллеры и уголки.

Рис. 1. Типы стальных колонн: а, б — постоянного сечения; в – переменного сечения; г — раздельного типа; д — сечение сплошных колонн; е — то же сквозных

В зданиях без мостовых кранов, а также здания с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 тн. высотой до 8,4 м применяют стальные унифицированные колонны постоянного сечения из сварных двутавров с высотой стенки 400 и 630 мм (рис.1 а, б). В зданиях высотой 10,8 … 18,0 м, с кранами грузоподъемностью до 50 тн используют унифицированные колонны, которые проектируют из двух частей: подкрановой и надкрановой (рис.1 в). Для зданий, имеющих высоту более 18 м с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 тн. и более, стальные колонны проектируют по индивидуальным проектам. Раздельные колонны применяют в зданиях с мостовыми кранами (125 тн. и более).

Колонны крепятся к фундаменту за счет нижней части в которой предусмотрена стальная база колонны (башмак). Базы колонн крепят к фундаментам анкерными болтами, которые предусматривают в фундаментах при их изготовлении.

База колонны. Жесткий узел или шарнирный?

Давно маялся с этим вопросом и вот решил спросить совета у знающих людей!
Обыкновенная база колонны на четырех болтах без траверс, ребер. Колонна просто приварена к опорной плите и закреплена к фундаменту четыремя анкерами. Какой это узел. КОМЕТА-2 говорит, что это жесткий узел. В учебнике по строительным конструкциям сказано, что данный узел можно считать жестким только в плоскости стенки колонны. Общаясь с другими проектировщиками узнал, что многие считают этот узел шарнирным.
Какой же это узел? Помогите разрешить задачу?))

Ув. Семенов Сергей!

Это шарнирный узел!

Принцип простой - если крепление колонны к фундаменту через опорную плиту, даже при наличии траверсы или ребер жесткости - всегда конструктивный шарнир, т.к. опорная плита в месте крепления болтов не обладает соответствующей изгибной жесткостью способной передать момент на фундамент (появляется фибровая текучесть).

Только крепление через траверсу дает жесткое сопряжение

Начинаешь считать свой узел с учетом момента, подбираешь толщину плиты, анкерные болты, в этом случае для твоих нагрузок которые брал в расчете - узел будет жестким. Не забыть еще проверить отклонение верха колонны в горизонтальном направлении с учетом податливости опорной пластины, если укладывается в допустимые значит все - жесткий.

гиппопо
"Только крепление через траверсу дает жесткое сопряжение"

Спасибо большое за ответы.
К MasterZim:
может, вопрос немного не по теме. А как можно учесть податливость опорной пластине в расчетном комплексе Scad?
То есть, если с учетом податливости максимальное горизонтальное перемещение верха колонны меньше допустимого, то узел со всей вероятностью можно считать жестким?(как в плоскости, так и из плоскости)

. А как можно учесть податливость опорной пластине в расчетном комплексе Scad?
То есть, если с учетом податливости максимальное горизонтальное перемещение верха колонны меньше допустимого, то узел со всей вероятностью можно считать жестким?(как в плоскости, так и из плоскости)

смоделируй пластинками, как саму опорную плиту так и сам двутавр тоже представть оболочечными КЭ. Грузи и смотри перемещения. Только вот из плоскости колонны лучше принимать связи, если колонна двутавр. Если квадратная труба, то можно жесткий в обоих направлениях.

смоделируй пластинками, как саму опорную плиту так и сам двутавр тоже представть оболочечными КЭ. Грузи и смотри перемещения.

Можно пару вопросов?
1) Условия опирания пластинки (односторонние связи, трение, болты и т.п. )?
2) Расчет упругий целиком и если предел текучести где-то превышен - увеличиваете сечения? Или работаете с диаграммами материала.
з.ы. просто всегда была интересна работа этого узла "в подробностях".
Но то, что он может быть жестким - нет сомнений - литературы масса, правда в том же справочнике проектировщика для зданий на крайнем севере он называется как "жесткий для бескрановых зданий", но жесткий.

Почитайте классику жанра:
Васильев А.А. МК: учеб. пособие для техникумов стр.224 и др.

Откройте классический учебник Горева, том 2, стр. 151 и увидите, как такая база рассчитывается на момент.

ООО, опять дискуссия!))
MasterZimу:
Нет, я про колонну из двутавра. Связи из плоскости - это понятно! Но анализировать с оболочечными элементами не всегда удается из-за отсутствия времени! Я, например, принимал подобный узел шарнирным для стоек фахверка в цехе высотой до низа ферм 22метра. И момент не учитывал в СКАДе совсем. Может, стоит проверить фахверк и сам узел еще и на момент?(по двум схемам)
Мне тоже очень интересна работа этого узла в подробностях!))

Хорошо, и еще вопрос. Здание - обычный склад 10х20 и высотой 5 метров. Понятно, что жесткое опирание не нужно. Принял такую же базу на четырех болтах. Считаю, как шарнир. Или так же еще проверить и на момент?

MasterZimу:
Спасибо за совет про оболочечные элементы. Обязательно поэкспериментирую!)

Спасибо за ссылку, книга супер! Мне на подобие такой, только в бумаге, давали погонять - Steel design manual, но успел найти лишь интересовавшие меня тогда вопросы. Буду изучать!

ООО, опять дискуссия!))
. Я, например, принимал подобный узел шарнирным для стоек фахверка в цехе высотой до низа ферм 22метра. И момент не учитывал в СКАДе совсем. Может, стоит проверить фахверк и сам узел еще и на момент?(по двум схемам)

Для фахверка можно принять шарнир, так как есть опирание сверху, и это будет в запас.

. Здание - обычный склад 10х20 и высотой 5 метров. Понятно, что жесткое опирание не нужно. Принял такую же базу на четырех болтах. Считаю, как шарнир. Или так же еще проверить и на момент?

в данном случае надо считать базу на момент, иначе завалится от ветра. Можно принять и шарнирное сопряжение, только тогда по всем 4-м сторонам здания надо поставить вертикальные связи и сделать жесткий диск покрытия (систему горизонтальных связей по покрытию), чтобы верх всех колонн передал горизонтальные усилия от ветра через эту систему связей на вертикальные связи здания.

Это делать не нужно. Достаточно ввести горизонтальные связи по покрытию (в виде распорок и раскосов) Через эти связи все горизонтальные нагрузки разбегутся к вертикальным связям и на фундаменты

Как мне сказали однажды в экспертизе: а вы посчитайте профлист на горизонтальные усилия, предоставьте расчет вот тогда и будете считать покрытие из профлиста жестким диском покрытия.

В СНиПе вроде как нет указания, что покрытие из профлиста - это жесткий диск покрытия. Есть только упоминание что при таком покрытии можно не проверять на общую устойчивость балки. В СТО есть расчет, но и там не все так гладко. Так что если реальный объект и ответственность на Вас, то либо очень внимательно рассчитайте профлист и его крепление или уж лучше поставте связи и спите спокойно.

Что меня всегда пугало при фразе жесткий диск покрытия из профлиста, так это элементы крепления. Саморезики, которыми он крепится уж очень хлипкие.

Ну поставлю я горизонтальные связи, даже в каждом пролете. Все равно по-моему они плохо передают усилия на ВС. Во всяком случае скад выдает в средних колоннах где нет ВС намного бо`льшие перемещения чем в крайних, где они есть.

Узлы металлических конструкций

Приведу примеры всех проектируемых узлов металлоконструкций, которые проектируя во всех своих проектах от простых до сложных. А это значит можно познакомиться с вариантами соединений всех основных конструкций сооружений: колонны, стойки, балки, фермы, прогоны. Каждый тип мной был изучен на стадии становления, а значит выполнены ручные расчёты. Именно поэтому я их уверенно применяю в своих рабочих чертежах и прикладываю по требованию в отчётах. Поспешный подход к сопряжениям во-первых увеличивает заметно расход металлопроката от 5% и выше, а во-вторых теряет эстетичность. Некоторые серийные варианты как раз, как правило, с небольшим запасом.

Все проектируемых мной типы узлов металлических конструкций

Крепление стоек к фундаменту

В основном жесткая работа в одном направлении, а в другом, для существенной экономии уже податливая. И для устранения этого минуса в этой плоскости применяются связи, расщепляющие все стойки. Расчёт сводиться к определению толщины опорной пластины с учётом рёбер жёсткости или без них,а также проверка прочности на растяжение анкерных болтов. Исключение база с траверсами, для которая требует дополнительных проверкой анкерной плитки и траверсы на изгиб. Другие проверки это несущая способность сварных швов и прочность участков анкерной плиты

Жёсткая база колонны
Устанавливается в крайних рядах строения. Профиль используется прямоугольный, для оптимальной работы. А именно воспринимает в одном направлении ветровую нагрузку. Применяется при одноэтажных сооружениях в рамно-связевых системах
Это уникальный случай, который не требует абсолютно связевых элементов. Абсолютно устойчива в обоих направлениях. Также применяется в одноэтажных зданиях
Основная колонна зданий многоэтажных или высоких производственных помещений. Из плоскости обязательно скрепляется системой связей для устойчивости. Без дополнительных рёбер опорная плита по расчёту будет большей толщиной
Двутавр типа «Б» облегчает расход металла при наличии грузоподъёмного оборудования при высоких объектах. Имеет развитое по высоте сечение, что уменьшает перемещения. На опоре в таких случаях повышенные изгибающие моменты, для чего и конструируется база с траверсами. Которые обычно выходят за пределы анкерной плиты

Податливое соединение применяются когда стойки обеспечены устойчивостью за счет системы связей металлокаркаса. Толщина пластина в общем применяется интуитивно-конструктивно, а болты подбираются из условия на срез!

Шарнирная опора стоек
Такой вид справедлив видимо только для фахверковых стоек, производственных сооружений
Применяются в полностью связевых системах малогабаритных одноэтажных домов. (Пр. каркасно тентовый ангар)

Сопряжение основных балок колоннам

Подобные узлы металлоконструкций перекрытий конструируем при много этажном строительстве. А также для одноэтажных объектов, но у меня они исключительно с профильными прокатами.

Податливые сопряжения балки с колонной
Стандартный , простой способ крепления конструкции перекрытия
Более надёжный, ввиду большей длины сварного шва, при этом требуется дополнительная прокладка между балкой и колонной для свободного монтажа. Минусом же является больший расход листового проката и трудоёмкость

Рамное соединение балки и колонны
Применяю единственный способ жёсткого узла сопряжения, так считаю он оптимально сочетает надёжность и эстетичность

Прогоны покрытия здания

Проверка прочности узлов отсутствует так такое, главное подобрать конструктивно соединительные детали и диаметр болтов, который как правило М16. Исключения малые и большепролётные здания, где в прогонах, как в связях могут быть дополнительные усилия!

Применяю исключительно при сэндвич панелях. Профильная труба хорошо работает на косой изгиб

При сэндвич панелях а также при профилированном настиле коньковые прогоны соединяются между собой планками. Кроме всего для сэндвич необходимы дополнительные затяжки для их устойчивой работы.

Элементы связей каркаса

Расчет таких узлов сводиться, для средних по габаритам сооружений, в определения сечения по гибкости, а так же проверка несущей способности болтов

Связь примыкает к стенке двутавра и для некой жёсткости от горизонтальной нагрузки необходимо установить дополнительное рёбра

Упор идет непосредственно на стенку двутавра и в этом варианте нет необходимости в дополнительных деталях.

Особенность данного решения — наличие дополнительной торцевой пластины, которая служит для распределения давления при тонкостенной профильной трубе

Соединительная пластина должна пронизать поперечную трубу для передачи через неё продольных усилий, который возникают от действия ветра обычно

Балки перекрытия

Проверка прочности сводиться проверка болтов на срез и смятие, а также прочность сварных швов

Распространённый тип, когда швеллер крепиться к косынке через болты, без дополнительных пластин

Виду того что поперечное усилие передаваемой от балки из двутавра больше чем от швеллера. Возникает необходимость применять усиленное её примыкание. Такую задачу можно решить путём приварки дополнительной пластины с весомой толщиной

Стропильные фермы

Данные узлы металлоконструкций весьма ответственные. Расчёт необходим для определения толщины фланцевой пластины и диаметра болтов

Соединения отправочных марок ферм покрытия
Самый популярный основной узел фермы — стыка нижнего пояса
Для лёгкий видов стропильных конструкций применяется вот такое сопряжение, которое в общем разработал самостоятельно. Подходит для сечений нижнего профиля 80 и 100мм. (Пр. каркасно тентовый ангар)

Стандартные узлы примыкания ферм я уже не применяю в своих проектах!

Опирание стропильной фермы на колонну
Пользуюсь разработанным самостоятельно видом узла, который обеспечивает передачу продольных усилий на стойку. Цель уменьшить усилия на конструкцию стойки и её базу.
	Другой вариант для большепролётных фермы, здесь уже колонны из двутавра

Подвижная крепление фахверковой стойки к ферме
Овальные отверстия необходимы, что бы компенсировать прогиб стропильной фермы покрытия

Расчёты узлов

Все эти виды и другие узлы металлоконструкций проходят стадию конструирования. То есть расчет всех его основных элементов и деталей, примеры привожу на своём давнем первом сайте в категории расчёт металлических конструкций, где можно поискать мои решения. И неважно какое здание производственное, промышленное, общественное или сельскохозяйственное проектируется из таких вот решений.

Местная проектная фирма обратилась за услугой разработки КМ чертежей конструкций металлической кровли. Проектируется типовое

Читайте также: