Несущие колонны

Стальные несущие колонны представляют собой один из видов инженерной опорной металлоконструкции, которая в строительстве используется совместно с фермами и несущими балками, образуя вертикальную жесткость зданий и сооружений. Колонные элементы находят применение во внутренней части строений, представляя собой опору для этажей, перекрытий, других строительных конструкций, могут применяться для зонирования пространства помещения. К стальным колоннам крепятся железобетонные плиты, другие строительные элементы, из которых формируются перегородки и стены зданий. Колонны широко применяются для строительства объектов бытового, промышленного и гражданского назначения, могут использоваться при сооружении хозяйственных, административных и вспомогательных помещений.

Конструктивные особенности

Конструкция колонны включает в себя три основных элемента в виде стержня, верхней части – оголовка и башмака, служащего для установки и закрепления на фундаменте.

В зависимости от варианта исполнения колонны разделяются на следующие категории:

• изделия постоянного сечения;
• металлоконструкции переменного сечения – наиболее распространенные виды изделий, используемые для зданий и промышленных цехов с высоким значением нагрузки, которые включают в себя сквозные, сплошные, а также ступенчатые колонны;
• несущие колонные изделия раздельного типа.

По форме сечения колонны делятся на:

• круглые изделия, имеющие в разрезе форму окружности;
• колоны прямоугольной конструкции, имеющие в сечении форму квадрата или прямоугольника;
• конструкции двутаврового сечения, которые имеют в разрезе «Н-образную» форму.

Колонные конструкции постоянного сечения актуальны для здания и сооружений, производственных цехов с высотой до двух метров при отсутствии кранов мостовой конструкции высокой грузоподъемности. С точки зрения стоимости и материалоемкости, колонные переменного сечения оказываются более практичными и выгодными чем опорные элементы с постоянным сечением. Металлоконструкции переменного сечения из стали могут использоваться при сооружении помещений цехов с наличием мостовых кранов при значении грузоподъемности до 50 тонн. При этом опоры позволяют конструировать строения высотой до 18 метров. В том, случае, когда нагрузки превышают 50 тонн, а высота здания выше 18 метров, находят применение колонные конструкции с многоветвевой схемой. Различают изделия с двух-, -трех, четырехветвевые конструкции

Назначение и классификация

Несущие колонны выступают в качестве неотъемлемого элемента огромного количества зданий, сооружений и металлических конструкций, выполняя функцию передачи воспринимаемой нагрузки на фундамент и грунт. Несущие изделия служат основой для строительства металлоконструкций и сооружений. Металлические колонны разделяются на две категории изделий: вспомогательные и основные. Элементы основного типа имеют высокую прочность и несущую способность, позволяющую выдерживать в течение всего периода эксплуатации основную рабочую нагрузку. Вспомогательные используются в качестве дополнительных опор и конструктивных элементов для усиления прочностных характеристик и жесткости сооружения только вместе с основными.

Изготовление

Стальные несущие колонны относятся к категории металлоконструкция повышенной ответственности, поскольку именно эти элементы подвергаются высоким нагрузкам и отвечают за прочность и целостность всей строительной конструкции. По этой причине к процессу изготовления несущих конструкций предъявляются высокие требования в области качества сварки, точности изготовления и подгонки деталей. В зависимости от конструкции по типу соединения несущие колонны разделяются на клепаные и сварные. Первые предполагают изготовления с применением болтов или заклепок, при производстве вторых используется сварка. При изготовлении колонн из стали находят применение различные виды прокатных изделия, а именно: горячекатаные и гнутые швеллера, двутавровые и тавровые балки, уголки, профильные, а также круглые трубы различного диаметра. Как правило, вид материала определяет форму сечения несущей конструкции. В качестве материала для изделий чаще всего используется углеродистая сталь конструкционных марок. Процент содержания углерода в стальных сплавах определяет антикоррозионные свойства металла, а также такие его показатели, как пластичность и прочность. В связи с эти выбор материала для возведения колонных конструкций реализуется на этапе проектирования исходя из заданной нагрузки и выбранной конструкции. На финишном этапе сварные конструкции подвергаются проверке на предмет качества и прочности швов посредством ультразвуковых дефектоскопов. При необходимости в конструкциях нарезаются монтажные отверстия для соединения деталей. Для предотвращения появления коррозии поверхность колонн подлежит зачистке, после чего покрывается краской или эмалью в соответствии с требованиями заказчика. В случае наличия агрессивных сред, стальные колонны могут производиться на основе оцинкованных изделий и представлять собой надежную вертикальную конструкцию с защитным покрытием, обеспечивающим долговечность.

Проектирование

Процесс изготовления колонных изделий базируется на проектных данных, которые учитывают конфигурацию будущего зданий и ли сооружения, его индивидуальные характеристики. В первую очередь, это размеры высоты и значение нагрузки, которое будет воздействовать на опоры. При проектировании закладывается максимальная нагрузка с учетом снеговых, ветровых факторов, массы оборудования и коэффициента запаса, который гарантирует высокую долговечность и прочность строительной конструкции.

В ряде случаев к установке принимаются стандартные типовые колонны, которые удовлетворяют условиям строительной документации и необходимой несущей способности.

При строительстве одноэтажных строений задействуют колонные элементы с постоянным или переменным сечением. Изделия переменного сечения отличаются постоянным сечением надкрановой части, тогда как подкрановая может быть выполнена в варианте исполнения со сплошным или сквозным сечением.

В случае необходимости установки опорных металлоконструкций сквозного сечения их проектируют с ветвями, соединяемыми при помощи решетки. Раздельные опоры рассчитываются на основании независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей. В том случае, если элементы подвергаются работе на сжатие при наличии минимальных изгибающих моментов, к установке принимают колонны со сплошным сечением, выполненные на основе сварных или цельных прокатных широкополочных двутавровых балок. Для изготовления конструкций сквозного типа задействуются уголки, швеллеры и двутавры.

В тех зданиях, а также производственных цехах, где мостовые краны отсутствуют вовсе, а нагрузка не превышает 20 тонн до 8,4 метра рекомендовано принимать к установке унифицированне типовые стальные колонны с постоянным сечением, которые выполняются на основе двутавровых балок с высотой стенки от 400 мм до 630 мм. Проектированием несущих металлоконструкций занимаются профессиональные компании инженера разработчики путем проведения комплекса расчетов и проверки конструкции на прочность при помощи специального программного обеспечения.

Особенности монтажа

Колонные стальные изделий являются классическими элементами, которые работают на сжатие, имея вертикальную конструкцию. Для установки металлоконструкций формируется фундамент, который может представлять собой свайную или ленточную конструкцию, рассчитанную на массу здания с учетом коэффициента запаса прочности. Для расчета основания используются геодезические данные, полученные в результате испытаний для определения глубины промерзания грунта, степени его пучинистости. Для каждого климатического района имеют место различные характеристики. По готовности основания колонны устанавливаются на базу, которая может иметь крепление с регулировочной конструкцией или без нее.

Монтаж с регулируемым креплением реализуется по следующей технологии: на головки анкерных болтовых элементов одеваются гайки, после чего осуществляется установка монтажных пластин. Производится установка колонны, на базу которой одеваются пластины и накручиваются гайки. Полученная конструкция позволяет осуществлять регулировку положения опорной металлоконструкции. После окончательной выверки положения опоры выполняется подливка фундамента.

В случае с нерегулируемой конструкцией базовой опоры, фундаменты колонн должны быть заранее выедены в «нулевое» положение, имея высокую точность изготовления. Для монтажа нерегулируемых конструкций задействуется высокоточное оборудование, требуется повышенная квалификация рабочих.

Впоследствии жесткость строительной конструкции усиливается за счет поперечных связей и применения конструктивных элементов в виде балок, ферм, второстепенных опор, стеновых блоков и т. д.

В процессе установке и подъема, позиционирования и крепления колонных изделий находят применение грузозахватные приспособления: стропы, крюки, троса, а также механизмы в виде кранового оборудования. Как правило, привлекается к работе автомобильный кран соответствующий заданной грузоподъемности.

Достоинства

Стальные несущие колонны применяются в современных проектах зданий и сооружений, успешно конкурируя с железобетонными изделиями, благодаря целому ряду преимуществ, среди которых:

• высокая прочность изделий;
• продуманная конструкция позволяет иметь небольшую материалоемкость и доступную стоимость;
• компактные размеры способствуют экономии пространства;
• как несущий элемент колонна выполняет одновременно ряд важных функций, поддерживая конструкцию и связывая между собой отдельные ее элементы;
• типовые серийные изделия позволяют сэкономить на расчетах и индивидуальном проектировании, представляя собой доступное по цене стандартное решение для применения в целом ряде случаев.

Сфера практического применения

Стальные колонные элементы востребованы при сооружении объектов промышленного, гражданского, сельскохозяйственного назначения, выполненных по стандартным и нестандартным проектам. Прежде всего, колонны, используются для сооружения промышленных объектов, где востребована их прочность, размеры, несущая способность. На основе опорных конструкций возводятся цеха предприятий металлургической, химической, машиностроительной и других отраслей производства, где наряду с помещениями есть необходимость в применении грузоподъемных кранов и устройств. Большие габариты вертикальных стоек позволяют сооружать просторные здание, которые могут быть использованы в качестве ангаров для размещения техники, складских помещений для размещения готовой продукции и входящих грузов, а также торговых павильонов. Последние могут представлять собой объект социальной, городской инфраструктуры. Опорные стальные колонны могут использоваться при сооружении строений бытового комплекса.

• 
  Несущие фермы