Какие стальные колонны применяют в каркасах зданий при больших нагрузках и высотах

Обновлено: 03.05.2024

Стальные каркасы одноэтажных зданий по конструктивным схемам решают аналогично железобетонным. В зависимости от габаритов здания, наличия и вида подъемно-транспортных средств и конструкций покрытия применяют колонны сплошного и сквозного типов с постоянным или переменным по высоте сечением (рис. V).

Колонны сплошного постоянного сечения (рис. V, а) используют в зданиях без мостовых кранов высотой до 8,4 м. Их выполняют из двутавров с параллельными гранями.

В зависимости от шага колонны крайних рядов рассчитаны на привязку "О" (при шаге 6 м) и "250" (при шаге 12 м). Базы колонн имеют опорные плиты, которые заделывают в фундамент на отметке -0.300. Верх колонн (оголовок) решают в зависимости от способа соединения со стропильными конструкциями. При шарнирной схеме соединения на строганые торцы колонны приваривают опорную плиту, которая через опорное ребро воспринимает нагрузку от покрытия (см. рис. V, д).

В зданиях без опорных мостовых кранов высотой от 9,6 до 18м применяют колонны сквозного двухветвевого сечения с двухплоскостной безраскосной решеткой (рис. V ,б). Расстояние между ветвями (ширина колонн) принято единым для средних и крайних колонн - 800 мм. Колонны рассчитаны на привязку к продольным разбивочным осям - 250 мм. Ветви колонн имеют самостоятельные базы, которые с помощью анкерных болтов крепятся к фундаментам.

Для зданий высотой от 8,4 до 9,6 м, оборудованных мостовыми опорными кранами грузоподъемностью до 20 т, разработаны колонны сплошного постоянного сечения, а для зданий с кранами до 50 т и высотой от 10,8 до 18 м - двухветвевые колонны (рис. V, в, г). Двухветвевые колонны могут быть использованы в зданиях пролетами 18, 24, 30 и 36 м с шагом колонн по крайним и средним рядам 12 м. Их выполняют ступенчатыми с нижней решетчатой и верхней сплошной частями. Подкрановая решетчатая часть состоит из двух ветвей: наружной, выполняемой, как правило, из прокатных и гнутых швеллеров, и подкрановой - из широкополочных двутавров. Решетку подкрановой части выполняют двухплоскостной из прокатных уголков.

При использовании в зданиях кранов грузоподъемностью более 50 т, а также при их двухъярусном расположении или на случай предполагаемого расширения производства применяют колонны раздельного типа (рис. V, д). В таких колоннах подкрановая ветвь может быть усилена, например, при необходимости увеличения грузоподъемности крана, а внешняя - использована для расширения цеха.

Рис. V. Основные типы стальных колонн:

а - сплошного постоянного сечения для зданий без мостовых кранов; б - то же, двухветвевого сечения; в - сплошного сечения для зданий, оборудованных мостовыми кранами; г - то же, двухветвевого переменного сечения; д - то же, раздельного типа переменного сечения

Стальные колонны могут применяться в районах с расчетной температурой наружного воздуха до -40 °С для отапливаемых зданий и до -30°С для неотапливаемых зданий, возводимых в I—IV ветровых и снеговых районах.

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 каркасы одноэтажных промышленных зданий

Стальные каркасы применяются при строительстве крупных цехов с большими пролетами, главным образом, в тяжелой промышленности и имеют конструктивную схему, аналогичную железобетонным. В настоящее время нашей промышленностью освоены экономичные виды стального проката, применение которых в промышленном строительстве способствует снижению массы зданий и обеспечивает индустриализацию строительства.

Особенно рациональны стальные каркасы для промышленных зданий, возводимых в труднодоступных районах или при значительном удалении объектов строительства от производственных баз, что определяется относительно малой массой стальных конструкций.

Необходимо отметить, что применение стальных конструкций позволяет сократить сроки возведения зданий, а это предопределяет не только удешевление строительства, но и быстрейшее введение в эксплуатацию производственных мощностей.

Стальной каркас одноэтажных зданий состоит из тех же элементов, что и железобетонный.

В стальных колоннах различают: верхнюю часть - оголовок, на который опираются вышележащие конструкции; стержень - основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз; базу (башмак) - нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент.

Стальные колонны по конструкции бывают сплошные и сквозные (рис. 83). Сплошные колонны применяют, как правило, при больших нагрузках и небольших высотах. Наиболее простая сплошная колонна получается из одного прокатного двутавра. Недостатком ее является относительно небольшая боковая жесткость. Наиболее распространены составные двутавровые сечения из прокатных профилей или листов, сваренных между собой по всей высоте. Сквозные (решетчатые) колонны применяют при больших высотах здания. Состоят они из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.

Стальные колонны могут быть постоянного сечения (рис. 83,а), ступенчатые (рис. 83,6) и раздельного типа (рис. 83, в).

Рис. 83. Типы стальных колонн: а - постоянного сечения; б -ступенчатая; в -раздельная

В колоннах постоянного сечения нагрузку от мостовых кранов передают на стержень колонны посредством консолей, на которые опираются подкрановые балки. Такие колонны применяют при кранах грузоподъемностью до 20 т.

Ступенчатые колонны наиболее распространены. Подкрановая часть таких колонн состоит из двух ветвей, соединенных решеткой, а надколонник - из одной ветви. В средних колоннах обе ветви подкраной части проектируются из двутавров, в крайних - наружная ветвь для удобства сопряжения со стеной состоит из швеллера или двух уголков, соединенных листом.

Стальные колонны крепятся к фундаменту с помощью башмака (рис. 84). Основной частью каждого башмака является стальная строганая плита (опорный лист) толщиной 40. 75 мм, на которую фрезерованным торцом опирается колонна. В сильно нагруженных колоннах для равномерной передачи давления на опорную плиту устанавливают траверсы и ребра.

Рис. 84. Базы стальных колонн а - шарнирная; б - жесткая

Башмак крепят к фундаменту анкерными болтами. Верхнюю плоскость фундамента располагают так, чтобы башмаки не выступали выше уровня пола и не мешали передвижению по цеху. Башмаки и нижние части колонн, соприкасающиеся с землей, во избежание коррозии покрывают бетоном.

Для опирания наружных стен между фундаментами укладывают, как и при железобетонном каркасе, фундаментные балки.

Ю. М. Соловей Основы строительного дела. - М.: Стройиздат, 1989г. - 429с.

Читайте также: