Металлические колонны из швеллеров

Обновлено: 18.05.2024

Колонны применяются в торцевых фахверках и фахверках продольных стен одноэтажных промышленных зданий, имеющих самонесущие или ненесущие стены из панелей 6 или 12 м или кирпичные самонесущие стены.

Внутренняя грань панельных стен располагается с зазором 30 мм по отношению к наружной грани колонн.

Фахверковые колонны высотой 4,2-18 метров.

Фахверковые колонны предназначены для крепления стен; они частично воспринимают массу стен и ветровые нагрузки.

Фахверковые колонны изготовляют железобетонные и стальные.

Привязка колонн торцевого фахверка нулевая, привязка колонн продольного фахверка определяется привязкой основных колонн каркаса.

Железобетонные колонны имеют сечение 300*300 до 400*600 мм; колонны кольцевого сечения имеют диаметр 300 мм.

Колонны могут быть как постоянного сечения, так и переменно сечения.

Верхний конец таких колонн располагается в зазоре между торцевой стеной и пристенной балкой покрытия и крепится к верхнему поясу балки с помощью монтажной детали.

Нижний конец колонн крепится к фундаменту шарнирно.

Для этого поверх фундамента устанавливается строго по осям и по уровню (при помощи анкерных болтов и цементной подливки) стальной лист.

Колонна свободно устанавливается на этот лист и приваривается к нему с помощью своих закладных деталей.

Колонны армируются пространственными сварными каркасами.

Колонны изготавливаются из бетона марок М 200-М 400.

Рабочая арматура из горячекатаной стали периодического профиля класса А-3.

Стальные колонны торцевого фахверка выполняются из сварных двутавров высотой 0,5 м и с шириной полок от 0,4 до 0,55 м.

Расчётная схема фахверковых колонн предусматривает их шарнирное опирание понизу на фундаменты, а поверху на устанавливаемые в торцах здания горизонтальные ветровые балки и фермы.

Ветровые балки устанавливаются в пролётах с опорными мостовыми кранами на уровне крановых путей и дополнительно используются как ремонтные площадки.

Ветровые фермы устанавливаются поверху в бескрановых пролётах и в качестве промежуточных опор реже чем через 10-12 м и по высоте здания.

Оголовки фахверковых колонн располагаются на одном уровне с оголовками основных колонн – на 150 мм ниже пояса стропильной фермы.

В пределах высоты стропильной фермы фахверковые колонны наращиваются сварными двутаврами высотой сечения 0,25 м.

Эти надставки не доходят на 0,1-0,3 м до подкровельного настила и в пределах высоты парапета продолжаются насадками из прокатных уголков.

Полка уголка-насадки зоводится в вертикальный шов между парапетными панелями.

Таким образом, колонны торцевого фахверка продолжаются на всю высоту торцевых стен и не пересекаются с конструкциями покрытия.

Верхние концы колонн к стропильной ферме шарнирно прикреплены с помощью изогнутых пластин – листовых шарниров.

Листовой шарнир даёт возможность передавать ветровые нагрузки на основной каркас и устраняет вертикальные воздействия покрытия на стойки фахверка.

Схема расположения фахверковых колонн

Низ колонны размещается на отметке -0,150 м.

Колонну устанавливают на две стальные монтажные прокладки и после выверки закрепляют двумя анкерными болтами.

Приколонная стойка фахверка металлическая и она приваривается к колонне. Выполняется из коробчатого сечения.

Фундамент под стойку не устраивается.

Части колонн, имеющие двутавровое сечение, изготовляются из стали марок ВС3кп2, ВСт3пс6; имеющие коробчатое сечение – из стали марок 09Г2С9.

Схема торцевого фахверка 1-1

Схема продольного фахверка 2-2

Шарнирное соединение фахверка с покрытием

Крепление железобетонного фахверка к фундаменту

Крепление стального фахверка к фундаменту

Новый сервис - Строительные калькуляторы online

Изготовление металлических колонн

Здания, возводимые на основе металлоконструкций, отличаются высокой надежностью каркаса. Подобные сооружения хорошо противостоят ветровой нагрузке и не боятся сложных погодных условий. Их основа – несущие опоры, которые и формируют прочный скелет здания. Сооружения, возведенные по данной технологии, получаются не только устойчивыми, но и функциональными. Изготовление металлических колонн – это востребованный технологический этап постройки таких зданий.

Металлические колонны как разновидность строительных опор

Металлические опоры – это базовые элементы каркаса здания. На подобные колонны устанавливаются остальные части конструкции: балки (как продольные, так и поперечные), стойки фахверка, перекрытия, а также стропильные фермы. Один из видов строительных опор – это несущие металлические колонны, с помощью которых как раз и обеспечивают целостность сооружения, а также зонируют внутреннее пространство. Их изготовление и установка – это ключевой этап строительства, а от качества изготовления элементов зависит срок службы всего здания.

Рассмотрим изготовление металлических опор, их составные элементы:

Это самая верхняя часть опоры. Именно оголовок принимает на себя внешнюю нагрузку и передает ее через стержень колонны на фундамент. В данной части колонны закрепляют и другие элементы конструкции: фермы, ригели, различные балки. В зданиях промышленного назначения на оголовок крепят также рельсы мостовых кранов. В зависимости от места крепления выделяют верхнее и боковое присоединение.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Верхнее предполагает установку балки сверху на оголовок, который в этом случае выполнен в виде плиты с ребрами жесткости. Крепление выполняется свободным шарнирным способом. Для придания всей конструкции жесткости и устойчивости применяют сварку и устанавливают дополнительные поперечные элементы. Если же балку стыкуют с опорой боковым методом, то крепление делают шарнирным или жестким. В этом случае ригель или ферма укладываются на приваренный к боку колонны столик.

Это средняя часть опоры. Стержень называют рабочей зоной колонны, потому что именно эта часть испытывает постоянную нагрузку – сжатие. Толщина стенок и высота стержня рассчитываются еще на этапе проекта всего здания. Для усиления опоры на стержне предусматривают косынки и ребра жесткости. Для изготовления таких конструкций используют одиночные широкополочные двутавры или прокатные профили.

Стержни бывают двух типов: сплошные и сквозные. Вторые могут являться безраскосными, перфорированными или решетчатыми.

Это часть, через которую нагрузка передается на фундамент. База является основанием опоры, ее конструктивные особенности зависят от типа и высоты сечения стержня, метода монтажа металлической колонны и способа крепления основания к фундаменту. Она может быть как сплошная, так и раздельная, с траверсами или без них. Крепят колонну к плите обычно с использованием анкерных болтов.

Данные элементы присутствуют на колоннах, предназначенных для промышленных сооружений. Там, где необходима установка мостового крана (цех или склад), важно предусмотреть укладку рельсов под него именно на несущие колонны. Консоли на опоре служат для закрепления подкрановых балок.

Виды металлических колонн

Колонны разделяют по видам на обычные и вспомогательные. Эти две категории имеют разные размеры и конфигурацию. Вспомогательные или фахверковые используют для сбора лестниц или соединения сэндвич-панелей (так как их легко можно просверлить саморезом). Эти опоры значительно тоньше обычных.

Также выделяют три вида колон по видам поперечного сечения:

прямоугольные;
круглые;
двутавровые (имеют поперечный разрез в виде буквы Н).

Под каждый проект подбирается свой вид колонн, параметры их срезов, симметричность конструкции опоры. Изготовление тех или иных изделий определяется тем, насколько удобно будет проводить сварку элементов при соблюдении всех требований к надежности каркаса.

По типам конструкции колонны подразделяют на имеющие постоянное, ступенчатое или составное сечение. Первый тип опор применяют для постройки бескаркасных зданий (складов, ангаров). Такая колонна представляет собой единый стержень. Выдержать эта конструкция может оборудование, предназначенное для грузов весом до 20 тонн.

На колонны со ступенчатым сечением можно устанавливать оборудование, выдерживающее грузы более 20 тонн. Такие опоры обладают лучшей устойчивостью и имеют более высокий показатель жесткости на изгиб. Их конструкция предполагает две несущие ветви: основную и подкрановую.

Колонны с составным сечением используются не так часто. Нагрузка относительно оси у них может быть самая разная. Их обычно применяют для монтажа в несколько ярусов и установки кранов на небольших высотах. Эти колонны также подходят для работ по реконструкции.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Говоря об изготовлении металлических колонн, можно выделить два типа: сварные и прокатные. Процесс производства первого типа конструкций предполагает автоматическую, а не ручную сварку. Второй вид опор изготавливают из листов металла, которые сначала сворачивают нужным образом, а потом протягивают через специальный станок.

Прокатные колонны имеют круглое сечение, их изготовление методом горячей обкатки происходит по следующей схеме: заготовки из металла сначала нагревают, затем прошивают и на заключительном этапе прокатывают через станок.

Во время проектирования, если применяется каркасная конструкция из металлических колонн, ее размеры и параметры определяются вместе с расчетом фундамента. Эта стадия критически важна для долговечности всего сооружения.

Процесс изготовления металлических колонн

Выпуском данных изделий занимаются машиностроительные заводы, а также компании по выпуску металлоконструкций. Изготовление металлических колонн по ГОСТу проводится из металлопроката:

уголков;
швеллеров;
двутавров;
труб;
листового металла.

Составные части колонны сваривают между собой. Среди других подобных металлоконструкций колонны являются ответственными сварными элементами.

При изготовлении колонн в зависимости от размеров конструкции применяют различные виды сварки:

ручную;
дуговую;
полуавтоматическую;
автоматическую.

Изготовление металлических колонн происходит по заданным параметрам в соответствии с проектной документацией. В цехах производят нужное количество изделий, следуя указанным требованиям.

Металлические колонны с квадратным либо прямоугольным сечением называют коробчатыми. Этот вид металлоконструкций состоит из сваренных между собой швеллеров. Сварочный шов может быть как сплошным, так и промежуточным. При изготовлении этого типа колонн также используют накладные пластины.

Процесс изготовления трубчатых колонн подразумевает сварку оголовка и базы с отрезком металлической трубы.

Поперечное сечение пространственных колонн не сплошное, поэтому они и получили такое название. Для их изготовления используется металлопрокат (швеллер и двутавр). Элементы закрепляют с помощью металлических уголков.

После сварки всех компонентов колонны проводят финишную очистку изделия. В готовой опоре проделывают отверстия и при необходимости осуществляют резку. Колонны могут быть оцинкованы, если это надо заказчику. После изготовления опоры доставляют на объект.

Расчет металлоконструкций

Монтаж металлических конструкций невозможен без полного предварительного расчета. Необходимо учесть все нагрузки, которые колонны должны будут выдержать, определиться с их размером, количеством, армированием и тем, насколько глубоко станет производиться заложение. При расчете учитывается вес здания и плотность грунта (чем он мягче, тем больше опор необходимо). Фундамент для монтажа металлического каркаса обычно бывает монолитным и ступенчатым, без стаканов.

Основная задача расчета – равномерно распределить вес здания по грунту. Если это невозможно, то необходимо сделать под фундаментом подушку из песка или гравия, которая решит задачу распределения нагрузки. Таким образом, несущая способность основания становится известна. Зная также вес будущего здания, можно вычислить площадь подошвы основания. После этого рассчитывается нагрузка на отдельные колонны.

Ошибка на этапе проектирования может явиться причиной перекоса готового здания. Происходит это потому, что части фундамента под металлические колонны не связаны друг с другом. Каждый элемент в таком основании работает отдельно.

Монтаж металлических колонн

Монтаж металлических колонн осуществляется в соответствии с требованиями СНиП. Отклонения по осям не должны превышать разрешенные пределы, особенно для фрезерованных поверхностей. Технологически монтаж колонн напоминает сборку железобетонных конструкций – простые сразу закрепляются на основание. Тяжелые опоры больших размеров крепят частями, то есть сразу и собирают.

Технология монтажа включает несколько этапов:

после изготовления колонны доставляют и укладывают рядом с местом установки;
подготовительный этап, включающий проверку соответствия изделий техническому заданию;
сооружение необходимых при монтаже подмостков и других конструкций;
потом производят захват первой колонны;
опору поднимают на нужную высоту;
далее колонну наводят на основание или же встык, если это не отдельная опора, а составной элемент;
производят выверку положения колонны;
временно фиксируют;
закрепляют окончательно.

Подъем колонн производят с помощью строповки или же используют полуавтоматические приспособления для захвата опор. Чтобы стропы не соскальзывали с колонн, под них подкладывают деревянные или стальные отрезки.

Особое внимание при монтаже уделяют выверке и временному закреплению колонны.

Есть три базовых метода монтажа:

На стальные подкладки. Это элементы толщиной 40–50 мм, которые располагаются между фундаментом и базой колонны. После того как опора будет зафиксирована анкерными болтами, в образовавшееся пространство заливают цемент. При таком способе фундамент заканчивают ниже проектной отметки, учитывая возникающую при монтаже величину зазора. Этот метод трудоемок и неточен. А поскольку при выверке используются подкладки, то и расход материалов возрастает.
Сразу на фундамент. При использовании этого способа базу колонны не заливают цементным раствором. Высота основания сразу доводится до проектной отметки. Площадка, на которую устанавливается металлическая колонна, должна иметь минимальные отклонения: не более 5 мм по высоте и 1/1000 по уклону. При изготовлении металлических колонн под такой метод монтажа их опорную плиту фрезеруют перед доставкой на объект.
На дополнительные плиты. Их монтируют заранее, укрепляют цементным раствором. Опорная часть колонны при этом способе должна иметь строганую поверхность. Данный метод также называют безвыверочным монтажом.

При любом способе монтажа крайне важно обеспечить точность расчетов. Кроме этого необходимо, чтобы качество изготовления самих металлических колонн было на высоте, впрочем, как и работа специалистов по установке.

От чего зависит цена на изготовление металлических колонн

При составлении сметы на изготовление металлических колонн опираются на проектную документацию с описанием конструкции будущего здания. Конкретные цифры зависят от многих факторов:

типа и размеров опор;
методов изготовления;
материала (марки стали);
совокупного объема заказываемых колонн;
скорости и типа доставки.

Ситуация, когда стоимость изготовления одной тонны металлических колонн находится в обратной зависимости от объема заказа, является стандартной. Цена за каждую опору тем меньше, чем больше суммарный вес металлоконструкций. Но есть и исключения.

Чем более сжатые сроки предполагаются для изготовления партии металлических колонн, тем выше окажется стоимость этих работ. Бывает, что для выполнения заказа необходима круглосуточная работа сотрудников. Но даже в этом случае скидка за объем может превысить затраты на срочность.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

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.

Стальные колонны в промышленных зданиях

При технико-экономической целесообразности стальные колонны могут применяться в бескрановых зданиях и в зданиях, оборудованных кранами любой грузоподъёмности, при различных вариантах поперечного сечения пролёта.

Проходы вдоль крановых путей шириной у колонны 0,5 м, необходимые в зданиях и при кранах тяжёлого режима работы, обеспечиваются за счёт смещения шейки средней колонны с разбивочной оси.

Сечение стальных колонн может быть в виде одного профиля или составное – в виде двух профилей, соединённых решёткой.

В зданиях высотой до 8,4 м, бескрановых или с подвесными кранами, применяются стальные колонны постоянного сечения из сварных двутавров с высотой стенки 400 и 630 мм.

В колоннах зданий высотой 8,4 и 9,6 м, оборудованных опорными кранами грузоподъёмностью до 20 т, высота стенки сварных двутавров принимается 630 мм.

Подкрановая балка опирается на приваренную к колонне консоль из двутавра той же высоты. Эти колонны могут выполняться и из широкополочных двутавров, поставляемых промышленностью.

Двухветвевая ступенчатая колонна состоит из двух раздельно маркируемых частей : нижней (подкрановой) решётчатой и верхней (надкрановой) – из сварного двутавра.

Соединение этих частей осуществляется в зависимости от общей длины колонны заводской или монтажной сваркой.

В зданиях высотой более 18 м при кранах грузоподъёмностью от 75 т и при кранах, расположенных в двух уровнях, применяются аналогичные колонны индивидуального проектирования.

Стальные колонны в виде одного профиля и составные

По типам сечения ветвей подкрановая часть колонны выполняется в трёх вариантах :

- При ширине сечения до 400 мм – наружная и подкрановая ветви из прокатных швеллеров и двутавра;

- При ширине сечения 400-600 мм – наружная ветвь из гнутого швеллера, подкрановая – из прокатного двутавра;

- При ширине сечения более – наружная ветвь из гнутого швеллера, подкрановая - из сварного двутавра.

Надкрановая часть колонны – сварной двутавр с высотой стенки 400 мм в крайних и 710 мм – в средних колоннах.

Подкрановая часть колонны переходит в базу, непосредственно опирающуюся на бетонный фундамент.

База состоит из опорной плиты и траверс, на которые ложатся плитки с анкерными болтами, утоплёнными в бетон.

В связевых колоннах опорная плита дополнительно приваривается к коротышам из швеллеров, заделанных в фундамент.

Решётка подкрановой части колонны двухплоскостная, из прокатных уголков.

Для восприятия действующих в горизонтальной плоскости моментов решётчатая часть усиливается диафрагмами, расположенными не реже, чем через четыре раскоса по высоте.

В решётчатой части колонны крайнего ряда, в уровне крепления опорных консолей яруса стеновых панелей, вваривается балка из прокатного двутавра, соединяющего наружную и подкрановую ветви.

Решётчатая часть колонны завершается одноплоскостной траверсой, соединяющей её ветви с надкрановой частью.

Надкрановая часть колонны завершается оголовком, усиленным дополнительными рёбрами и накладками.

Дополнительные рёбра и накладки расположены в плоскости опорных рёбер стропильных и подстропильных ферм.

Сварка двутавров из трёх листов для основных сечений колонны выполняется в заводских условиях сварными автоматами.

Сварка других элементов выполняется в основном при посредстве сварных сварочных полуавтоматов.

Ручная сварка применяется в узлах, монтируемых на строительной площадке.

Гнутые швеллеры для наружных ветвей колонны изготавливаются на гибочных прессах в заводских условиях.

В базе, подкрановой опоре и оголовке – местах передачи значительных сосредоточенных нагрузок вертикальные элементы своим сечением должны плотно примыкать к опорным плитам. В этих целях кромки отдельных монтируемых листов пристрагиваются, а сечение ветвей фрезеруется.

Все колонны предназначены для использования в условиях, когда верх фундаментов имеет отметку - 0,150.

Для соединения с фундаментом колонна заводится в стакан на глубину -0,6 м, -0,9 м.

Колонны монтируются овтокранами или посредстве фиксирующих их положение кондукторов.

Точность установки проверяется геодезическими инструментами.

Базы колонн накрываются бетоном при устройстве подстилающего слоя под поле.

Расчет металлической колонны

Металлические центрально сжатые колонны применяются для поддерживания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площадках, эстакадах и др.

Колонны передают нагрузку от выше лежащей конструкции на фундамент. Расчетная схема одноярусной колонны определяется с учетом способа закрепления ее в фундамент, а также способа прикрепления балок, передающих нагрузку на колонну.

Расчетная длина колонны определяется по формуле:

где, μ — коэффициент расчетной длины, применяемый в зависимости от закрепления стержня.

При шарнирном креплении колонны сверху и внизу μ = 1.

Колонны могут быть два типа: сплошные и сквозные.

Максимально возможная расчетная нагрузка для сквозных колонн из двух швеллеров достигает 2700…3600 кН, для колонн из двутавров — 5500…6000 кН.

При значительных нагрузках сквозные колонны получаются сложными в изготовлении, более рациональными оказываются сплошные колонны, которые проектируются в виде широкополочного двутавра (прокатного или сварного).

В данном примере рассмотрим расчет сквозной колонны, сечение которого составлено из двух швеллеров.

Расчет металлической колонны относительно оси Х-Х

Подбор сечения колонны начинаем с определения требуемой площади поперечного сечения колонны по формуле:

где, N — расчетная нагрузка на колонну, передаваемая балками;

φ — коэффициент продольного изгиба;

R_y = 24 кН/см 2 — расчетное сопротивление стали;

γ_c — коэффициент условной работы, принимается по табл.1

Табл. 1 Коэффициент условной работы γc

Так как на колонну опирается две главные балки, то N = 2Q_max

где, Q_max — реакция главной балки.

Коэф. φ принимаем по табл.2 в зависимости от предварительно заданной гибкости стержня колонны λs, которая назначается для сквозные колонн с нагрузкой:

до 1500 кН — λ_s = 90…60;
с нагрузкой до 3000 кН — λ_s = 60…40;
для сплошных колонн с нагрузкой до 2500 кН — λ_s = 100…70;
с нагрузкой до 4000 кН — λ_s = 70…50

Табл. 2 Коэффициенты устойчивости при центральном сжатии φ

Задаемся гибкостью λ_s = 70, при этом φ = 0,754

Требуемая площадь сечения:

Требуемый радиус инерции сечения:

По требуемой площади сечения и радиусу инерции подбиаем по сортаменту соответствующий прокатный профиль, выписываем действительные характеристики принятого сечения h, Jx, Jy0, ix, iy, z0 для сечения, составленного из двух швеллеров (Рис.3 а) или для двух двутавров (Рис.3 б).

Рис. 1 Типы сечения сквозных колонн а — сечение из двух швеллеров б — сечение из двух двутавров

По A_тр = 57,37 см 2 и i_x,тр = 11,3 см по сортаменту принимаем два швеллера №27

Тогда А = 2*35,2 = 70,4 см 2 , i_x = 10.9 см

Рассчитываем гибкость колонны:

По табл. 2 в зависимости от λx = 72.48 определяем коэффициент продольного изгиба φ = 0,737

Проверяем устойчивость стержня колонны по формуле:

Перенапряжение не допускается, недонапряжение допускается не более 5 %.

Принимаем сечение. составленное из двух швеллеров №27 на планках.

Расчет металлической колонны относительно оси Y-Y

Определяем расстояние между ветвями колонны из условия равноустойчивости:

где, λ_пр — приведенная гибкость относительно оси Y-Y; λ_х — гибкость относительно оси Х-Х.

Задаемся гибкостью ветви на участке между планками от 30 до 40. Для рядовых планок равна:

где b — ширина сечения сквозной колонны;

Концевые планки принимаются длиной, равной примерно 1,5l_s.

Толщина планок назначается из конструктивны условий t_s = (1/10…1/25) l_s в пределах 6…12 мм. Рис. 2

Рис. 2 Схема расположения планок в колонне

Ширина сечения сквозной колонны равна:

где b_шв — ширина пояса швеллера, а — 100…150 мм из конструктивных соображений.

b ≥ 2*95 + 100 ≈ 300 мм

Максимальное расстояние между планками l₀ определяется по принятой гибкости λ1:

где λ1 = 30 — гибкость на участке между планками; i = 2,73 см — радиус инерции швеллера №27, i₁ = i_y;

Тогда, расчетная длина ветви равна:

Значение l_в принимаем кратным высоте колонны.

где J_пл — момент инерции площади поперечного сечения планки;

J₁ = 262 см 4 — момент инерции сечения швеллера №27;

Вычисляем гибкость стержня колонны λy. При n > 5 имеем:

В колоннах с раскосной решеткой (рис.3) имеем:

где

A – площадь сечения всего стержня колонны;
Ap – площадь сечения раскосов в двух плоскостях.

Рис. 3 Схема узла раскосной решетки

При λ1 = 30 — гибкость ветви (задаем в пределах 30…40);

n — соотношение жесткостей;

γ1 — угол перекоса;

Угол перекоса γ1 определяем по формуле:

где Δp — удлинение раскоса (Рис.3).

При λy определяется радиус инерции сечения стержня колонны

где Jy — момент инерции сечения стержня колонны;

Требуемая ширина сечения равна:

Полученное значение меньше b = 300 мм, следовательно, принимаем b = 30 см.

Определяем гибкость стержня колонны относительно свободной оси:

Если λпр = λх, то напряжение можно не проверять, колонна устойчива в двух плоскостях.

Если значение λпр отличается от λх, то необходима проверка устойчивости стержня колонны по формуле:

где φy — коэф. принимаем по табл.2 в зависимости от λy.

Расчет планок

Расчет планок сквозной колонны сводится к назначению их размеров и расчету их прикрепления к ветвям.

Расчет планок проводится на условную поперечную силу Q_усл:

где А — площадь поперечного сечения стержня колонны.

Поперечная сила, приходящаяся на планку одной грани, равна:

Определяем изгибающий момент и поперечную силу в месте прикрепления планки:

Принимается приварка планок к полкам швеллера угловыми швами с катетом шва k_ш = 0,7 см.

Тогда прочность по металлу шва, равна:

меньше прочности по металлу границы сплавления, равной

Следовательно, необходима проверка по металлу шва.

Для проверки определяется площадь сварного шва:

где, lш = ls = 20 см — момент сопротивления шва.

Определяем напряжение в шве от момента и поперечной силы:

Прочность шва определяем по равнодействующему напряжению:

Если проверка не выполняется, необходимо увеличить катет шва k_ш и сделать перерасчет.

p.s.: Если у вас есть знакомые которые ищут расчет строительных конструкций в программе Lira (Лира), Мономах, SCad поделитесь этой статьей в социальных сетях и тем самым поможете им.

Читайте также: