какие стальные колонны используют в каркасах зданий при небольших нагрузках и высотах
Металлические колонны
При строительстве зданий из металлоконструкций базовым и одним из наиболее ответственных элементов являются колонны, ведь именно на них в результате передаются все внешние нагрузки, воздействующие на объект. Даже в процессе возведения какого-либо сооружения из металла, монтаж колонн является первоочередной задачей, следующей за подготовкой фундамента. Их тщательным образом выставляют, выравнивают, а уже после к ним закрепляются все остальные элементы каркаса: продольные и поперечные балки, перекрытия, стойки фахверка, фермы и проч. По этой причине изготовление металлических колонн является особенно ответственной задачей, в ходе выполнения которой должны предъявляться повышенных требования к качеству сварки и выполнению технических условий рабочими.
Проектирование и расчет колонн
Любую колонну, какой бы сложной она не была на первый взгляд, можно разделить на 3 основных элемента: оголовок, стержень и база.
Верхняя часть колонны. Воспринимает внешние нагрузки и передает их на стержень колонны и далее на фундамент.
Средняя часть колонны, ее рабочая зона. В случае необходимости стержень может быть усилен косынками (в местах сопряжения с оголовком и базой) и ребрами жесткости.
Место закрепления колонны к фундаменту, которое осуществляется, как правило, через анкерные болты.
Поперечное сечение колонны может иметь достаточно замысловатую форму, но в большинстве случаев проектировщики применяют:
Конечный размер поперечного сечения подбирается после проведения расчетов на прочность. Колонны работают на сжатие, а такой тип нагружения не является экстримальным с точки зрения достяжения предела текучести и последующего номинального разрушения. Намного критичней для колонны является потеря ее устойчивости, восприимчивость к которой во многом определяется не столько ее конструкцией, сколько тем, как колонна взаимодействует с другими элементами здания (есть ли поперечные связи, стойки фахверка и др.).
Нестандартная опора колонны.
Типы колонн
По конструктиву поперечного сечения несущие колонны можно разделить на несколько типов:
Колонна постоянного сечения
Колонна состоит из единого стержня, ярковыраженной подкрановой консоли и основания. Такие колонны обычно встречаются в бескаркасных зданиях, в ангарах, складах. На них возможна установка подвесного транспортного оборудования с грузоподъемностью не более 20 тн. Могут применяться как в одно- так и в многоэтажных зданиях. Габарит сечения такой колонны не изменяется, но при этом площадь сечения может варьироваться по высоте в соответствии с расчетными усилиями.
Колонна ступенчатая
В случае, когда в здании предполагается установка кран-балки высокой грузоподъемности, от 20 тн и выше. Такая конструкция увеличивает жесткость колонны на изгиб и существенно снижает склонность к потере устойчивости. Ступенчатая колонна состоит из двух ветвей: основной несущей, на которую опираются фермы кровли помещения, и подкрановой, на которую приходится нагрузка непосредственно от кран-балки грузоподъемного оборудования.
Колонна раздельная
Такие колонны встречаются не часто и используются лишь в исключительных случаях:
Колонны могут воспринимать нагрузку различным образом относительно своей оси.
Центрально-сжатые колонны
Результирующие нагрузки от балок, ферм, перекрытий и др. проходят строго вдоль осевой линии колонны, что создает центральное сжатие сечения. В зданиях с таким типом нагружения колонн горизонтальные нагрузки воспринимаются дополнительными поперечными связями.
Внецентренно-сжатые колонны
Для такой колонны сжимающая результирующая сила приложена на некотором растоянии от центральной оси, что создает изгибающий момент. Дополнительно на колонну могут действовать и продольные усилия. В таких случаях колонна может иметь и несимметричное сечение для более равномерного внутрененнего распределения напряжений, что позволяет сэкономить материал и уменьшить массу изделия.
Изготовление металлических колонн на заводе СтройМонтажСервис-М
Стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий
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.
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).
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.
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.
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.
Стальные каркасы одноэтажных промышленных зданий.
Висячие покрытия одноэтажных промышленных зданий.
Деревянные несущие покрытия одноэтажных промышленных зданий
Покрытия промышленных зданий состоят из несущих элементов ( балок и ферм) и ограждающих конструкций, предназначенных для защиты зданий от атмосферных осадков и поддержания в здании необходимого температурно-влажностного режима. Покрытия промышленных зданий пролетом 18 м и более обычно проектируют по стропильным фермам.
Ферма представляет собой решетчатую конструкцию, предназначенную для восприятия нагрузки от покрытия цеха. Фермы, перекрывающие поперечный пролет здания и опирающиеся непосредственно на несущие элементы ( колонны, стены), называются стропильными. В случае большого расстояния между колоннами в продольном направлении цеха, когда существующими типами плит покрытия или прогонами его перекрыть нельзя, вдоль цеха ставят по колоннам дополнительные фермы и на них в пролете опирают промежуточную стропильную ферму. Здесь рассматриваются только легкие стропильные фермы как наиболее распространенные.
Покрытия промышленных зданий состоят из несущей и ограждающей частей. Покрытия промышленных зданий, как правило, проектируют бесчердачные, и состоят они из несущих и ограждающих конструкций. Покрытия промышленных зданий обычно бывают бесчердачными, утепленными и неутепленными. Для покрытия промышленных зданий может быть применена пространственная ферма, причем межферменное пространство иногда используется для размещения вспомогательных помещений.
Какие стальные колонны используют в каркасах зданий при небольших нагрузках и высотах
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.
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).
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.
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.
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.
Металлические колонны
Вопросы, рассмотренные в материале:
Строительство большинства современных объектов не обходится без применения металлических конструкций. Частота их использования обусловлена качественными свойствами, главным из которых является высокая устойчивость к различным внешним воздействиям. Основными элементами каркаса являются металлические колонны, обеспечивающие прочность всей металлоконструкции. Более подробно об их разновидностях, структуре и особенностях использования в строительстве, вы узнаете из нашей статьи.
Где применяются металлические колонны
С установки опор начинается большая часть строительных работ. После этого к ним крепятся другие части металлоконструкций: продольные и поперечные балки, стойки фахверка, стропильные фермы, перекрытия и т. д.
Несущими металлическими колоннами называются строительные опоры, которые предназначены для поддержания целостности здания и разграничения внутреннего пространства объекта. От качества колонн и правильности их установки будет зависеть не только внешний вид сооружения, но и безопасность его эксплуатации.
Металлические колонны часто применяют при возведении:
Предназначение стальных опор заключается в следующем:
Каждая колонна одновременно выполняет несколько задач: обеспечивает устойчивость общей конструкции, разделяет пространство на части и связывает различные элементы каркаса. На металлические колонны в промышленных зданиях также закрепляют техническое оборудование. Стальные опоры крепки, надежны и могут эксплуатироваться на протяжении длительного времени.
Основные элементы металлической колонны
Это верхняя часть колонны, к которой присоединяются фермы, ригели, балки, рельсы мостовых кранов (в заводских цехах). Крепление может осуществляться двумя способами: сверху и сбоку. Если выбран шарнирный свободный вариант присоединения, то балка устанавливается поверх оголовка, который представляет собой плиту с ребрами жесткости.
Прочность и устойчивость такой конструкции обеспечивается за счет сварки и укрепления платформы дополнительными поперечными элементами. Если крепление осуществляется жестким методом, балку соединяют с боковой стороной опоры. К металлической колонне приваривают столик, на который укладывается ригель, ферма и т. д. Оголовок колонны предназначен для принятия внешней нагрузки и дальнейшей ее передачи на фундамент.
Так называют среднюю часть металлической колонны. Стержень – это тот участок, который испытывает постоянное воздействие на сжатие. В зависимости от предполагаемой нагрузки при проектировании каркаса здания рассчитывается оптимальная толщина стенок стержня. При необходимости он может быть оснащен дополнительными укрепляющими элементами. Косынки и ребра жесткости делают стержень более устойчивым и надежным.
В зависимости от вида стержни делятся на сплошные и сквозные (безраскосные, перфорированные и решетчатые). Большинство стержней изготавливается из одиночных широкополочных двутавровых балок или прокатных профилей.
Рекомендуем статьи по металлообработке
Так называется нижняя часть металлической колонны здания, которая соприкасается с фундаментом. Конструкция базы подбирается индивидуально, с учетом вида, высоты сечения стержня, выбранного способа монтажа металлической опоры и варианта прикрепления к фундаменту. Для присоединения колонны к фундаменту обычно используются анкерные болты. База может быть раздельной или сплошной, с траверсами или без.
Консоли необходимы для металлических опор, устанавливаемых в промышленных объектах строительства. Если в цехе или на складе планируется монтаж мостового крана, то рельсы для его движения прокладываются с упором на несущие опоры. Консоли предназначены для крепления металлических балок к металлическим колоннам.
Наиболее популярными видами сечения металлических колонн являются:
Металлические несущие колонны изготавливаются производителем с использованием профильных труб либо двутавровых балок. Для того чтобы рассчитать размер стойки, необходимо определить прочность стенок колонны с учетом особенностей фундамента и всех присоединяемых элементов конструкции.
Проектирование металлических колонн осуществляется с учетом нижеперечисленных требований:
Классификация металлических колонн
Опоры постоянного сечения. Стержни таких опорных элементов имеют постоянный размер сечения. Рассматриваемая разновидность широко используется в зданиях различной этажности, ангарах, складах. Оптимальная высота металлической колонны постоянного сечения не должна превышать 12 м. Монтаж таких колонн в промышленных зданиях позволяет установить оборудование общей массой до 20 т.
Ступенчатые опоры. Выбор рассматриваемого типа металлических колонн обычно обуславливается необходимостью монтажа кранового оборудования с грузоподъемностью от 20 т. Конструкция колонны состоит из двух частей, при этом основная несущая является опорой для кровельной фермы, а подкрановая принимает нагрузку от кран-балки подъемного механизма. Соединение частей стержня осуществляется при помощи связей в виде сплошного листа или решетки из уголков.
Раздельные опоры. Данная конструкция состоит из двух обособленных металлических стоек, для соединения которых используются гибкие горизонтальные элементы. Чаще всего раздельные несущие колонны монтируются в промышленных зданиях с грузоподъемностью более 100 т и могут достигать 20 м в высоту. Помимо этого, раздельные колонны могут устанавливаться при многоярусном или низком расположении кранов, а также в случае проведения ремонтных работ в заводских помещениях.
Центрально-сжатые опоры. В данном случае давление передается строго по центральной оси стержня, что провоцирует центральное сжатие сечения. Продольные нагрузки при этом принимаются вспомогательными элементами.
Внецентренно-сжатые опоры. Действие сжимающей силы в них проходит по траектории, немного удаленной от центральной оси, как бы по изогнутой линии. Помимо этого, на колонну могут воздействовать и горизонтальные нагрузки. В таких случаях конструкция обычно имеет несимметричное сечение для более равномерного распределения нагрузки и уменьшения расхода материала и массы металлической колонны.
Сплошные опоры. Их конструкция включает в себя только стержневой элемент. В большинстве случаев сплошные колонны представляют собой сварной или прокатный двутавр. При одинаковой устойчивости в обоих направлениях сплошные колонны могут иметь крестообразную форму. Стоит отметить, что крестовое сечение по сравнению с двутавровым считается более жестким и надежным.
Сквозные опоры. Конструкция сквозных колонн чаще всего представляет собой две направляющие стержней, которые связаны решеткой. В целях укрепления опоры решетку обычно располагают в двух плоскостях, используя для ее изготовления одиночные уголки.
Расчет и изготовление металлических колонн
Выбор оптимального типа, размера колонны, а также способа ее установки должен зависеть от характеристик строительного объекта (количества этажей в здании), необходимости размещения мостового крана (или отсутствия таковой), технологии крепления каркасных элементов и т. д.
При проектировании стальных опор особое внимание уделяется следующим параметрам:
Производство колонн – ответственный процесс, требующий неукоснительного соблюдения всех расчетных формул. Большая часть элементов изготавливается на заказ работниками заводов металлоконструкций. Стоит ли говорить о том, что качество сварки и сборки всех металлических составляющих должно быть стабильно высоким. Организации, которые специализируются на производстве металлических опор, имеют в своем распоряжении современное техническое оснащение, что позволяет им изготавливать детали в соответствии со всеми требованиями и нормативами.
В качестве исходного сырья используют сталь, качественные свойства которой предварительно проверяются на предмет соответствия установленным стандартам.
Самые высокие требования предъявляются к установке металлических колонн в промышленных зданиях. Помимо того, что почти все производственные помещения имеют довольно высокие потолки, нагрузка усиливается за счет крепления к металлическим колоннам заводского оборудования. То есть безопасность и срок эксплуатации здания будет напрямую зависеть от качества несущих стальных опор. Стоит отметить, что большая их часть изготавливаются в целях монтажа в зданиях промышленной направленности.
В случаях, когда исходная длина или иные обстоятельства не позволяют изготовить стержень из цельного элемента, приходится соединять между собой несколько частей.
Выделяют два вида стыков металлических колонн:
Монтаж металлических колонн
Установка металлических колонн должна осуществляться в соответствии со стандартами нижеперечисленных нормативных актов:
Начальному этапу монтажных работ должна предшествовать тщательная подготовка, включающая в себя целый ряд организационно-технических мероприятий, а именно:
Процедура установки колонн мало чем отличается от аналогичного монтажа железобетонных конструкций.
Металлические колонны обычно присоединяют к основанию целиком, и лишь изредка, когда размеры опоры слишком велики, их собирают из нескольких составляющих.
Процесс установки металлических колонн включает в себя несколько взаимосвязанных этапов:
Стойку поднимают при помощи строповки или полуавтоматических приспособлений. Чтобы избежать проскальзывания, между стропами и колонной прокладывают деревянные подкладки или отрезки стальных профилей.
Если говорить о продолжительности проведения работ, то самыми затратными в этом плане являются этапы выверки и временного закрепления колонны. Монтаж металлических колонн может осуществляться тремя способами:
Выбор данного способа создает необходимость соблюдения некоторых правил при укладке фундамента (его нельзя доводить до проектной отметки на заданную величину). К минусам рассматриваемого способа установки можно отнести тот факт, что он требует высокой точности проведения работ и повышенного расхода материала (т. к. процесс подгона сопровождается применением подкладок).
Независимо от выбранного способа установки, основной акцент должен быть сделан на точности расчета металлических колонн, проверке соответствия изделий установленным стандартам, а также высоком качестве монтажных работ.
Способы соединения металлических колонн
Узлы металлических балок – это соединения нескольких стальных каркасов. Соединительные детали изготавливаются в основном промышленным способом и имеют типовые параметры. Благодаря стыковым элементам длина металлической опоры может увеличиваться в несколько раз.
Узлы крепления металлических колонн позволяют соединить обособленные друг от друга составляющие, получив в результате общую конструкцию, размеры которой будут соответствовать всем предъявляемым требованиям.
Состоят из нескольких частей. Различаются в зависимости от своих конструктивных особенностей и широко применяются при строительстве различных зданий. Такие узлы могут изготавливаться как промышленным способом, так и в рамках возведения определенного строительного объекта.
Балочная конструкция может соединяться с металлическими опорами при помощи шарнирного или жесткого крепления. Однако большинство специалистов рекомендует опирать балки поверх и подавать всю нагрузку только в центральной части профильного каркаса колонны.
При осуществлении крепежа с боковой стороны, помимо сжимающей нагрузки во всем каркасе, возникает момент, при котором из-за действия данной силы появляется дополнительная линия нагрузки, отклоняющаяся от центральной оси (т. е. нагрузка на металлический каркас увеличивается).
Для правильного распределения нагрузки на каркас каждое его ребро должно выступать от своего уровня в среднем на 1,5-2 см. Впоследствии эти же ребра придется немного укоротить, чтобы общая нагрузка могла передаться на всю площадь конструкции.
Так же, как и в вышеописанном способе, следует опереть балки через ребро и довести до головки колонн. После этого их необходимо соединить и закрепить при помощи болтов.
Между балками нужно будет установить соответствующие пластины, чтобы в дальнейшем не пришлось стягивать их вместе. Стоит отметить, что можно опереть сразу две балки на один оголовок колонны.
Ключевым элементом рассматриваемой соединительной схемы является балка, расположенная на нижней полке на самом оголовке каждой колонны. Обратите внимание, что ее придется усилить ребром.
Ребро следует закрепить таким образом, чтобы оно оказалось над самой полкой колонны.
Следующим шагом будет скрепление балок при помощи болтов и накладных пластинок (не забывайте следить за равномерным распределением нагрузки).
Во избежание образования излишних узлов опирания металлических колонн не следует соединять все балки с верхней части. Ребра на колоннах в данном случае не потребуются. Между ними рекомендуется оставить небольшое расстояние (1-2 см).
При любом креплении сбоку необходимо определять степень отклонения линии нагрузки от центральной оси. Использование шарнирного крепежа повлечет за собой передачу нагрузки только через опорное ребро и только на опорный стол.
Для изготовления опорных столиков обычно используют прочные стальные листы. Присоединяются столики при помощи сварки с трех основных сторон. Общая ширина опорного столика должна на 2–4 см превышать размер балочного ребра.
Отверстия делают таким образом, чтобы их диаметр на 0,3-0,4 см превышал диаметр используемых для присоединения болтов.
При использовании шарнирных крепежей ребра в колонну каркаса не потребуются. Между опорным ребром и колонной устанавливается металлическая прокладка толщиной не более 0,5 см.
Изготовить соединительный элемент можно не только при помощи болтов, но и с использованием сварочного аппарата.
Стоит отметить, что применение болтов считается наиболее оптимальным вариантом, поскольку в этом случае почти все детали разрабатываются и выпускаются на производстве. То есть при сборке каркаса потребуется лишь установить детали и посильнее затянуть болты.
Между опорными балками и колонной нужно будет проложить несколько тонких стальных листов, чтобы все элементы плотно прилегали друг к другу. Даже незначительные зазоры недопустимы.
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:
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.