Металлические колонны промышленных и производственных зданий, коммерческих объектов
- Стальные колонны в современном строительстве
- Функции металлических колонн
- Особенности конструкции несущих колонн из стали
- Сферы применения металлических колонн
- Виды металлических колонн
- Материалы для производства строительных колонн
- Особенности проектирования металлических колонн
- Особенности монтажа стальных колонн
- Преимущества колонн из металла
Стальные колонны в современном строительстве
Стальные колонны используют в строительной сфере очень широко. Без них не обходится ни сооружение промышленных и производственных зданий, ни сборка самых разных коммерческих объектов. Высокопрочные колонны из металла используют как опорные элементы, способные выдержать значительные удельные нагрузки. Они обладают высокой несущей способностью и пониженной восприимчивостью к вибрациям. По сути, металлические опорные колонны обеспечивают устойчивость всей конструкции.
Требования к качеству материалов, условиям производства, установки и эксплуатации металлических колонн обозначены в нормативно-правовых документах. В России таким документом является ГОСТ 23118-2019 Конструкции стальные строительные.
Функции металлических колонн
Практически каждое строительство начинается с установки опорных колонн. Впоследствии к ним присоединяют другие части конструкции: балки, фермы, перекрытия и т.д. Если это здание промышленного назначения, то на стальные колонны крепится также тяжёлое оборудование.
Качеству опорных колонн в процессе монтажа придаётся большое значение, ведь от этого зависит устойчивость и безопасность эксплуатации сооружения. Опоры изготавливают из высокопрочных сплавов. Кроме того, компактные колонны из металла позволяют экономить ресурсы и полезную площадь на стройплощадке.
Особенности конструкции несущих колонн из стали
Колонна принимает на себя давление и перераспределяет его на фундамент. Конструкция несущих колонн достаточно проста. Каждая такая опора состоит из трёх основных частей.
Оголовок — верхняя часть опоры, которая принимает на себя вес балок, ферм, ригелей, мостовых кранов и т. д. От оголовка нагрузка передаётся непосредственно на стержень.
Стержень — средняя вертикальная часть опоры, которая постоянно работает на сжатие. Данный участок принимает на себя нагрузку от оголовка и равномерно перераспределяет её на основание. Для большей надёжности и устойчивости стержень укрепляется при помощи рёбер жёсткости и металлических косынок. Материалом для изготовления стержней служит фасонный прокат, чаще всего это широкополочные двутавровые балки. По конструкции стержни бывают сплошными и сквозными (решётчатыми).
База (башмак) — стальное основание, передающее нагрузку от стержня на фундамент. Это нижний участок опоры, который переходит в фундамент. Конструкция башмака зависит от вида сечения стержня и способа крепления к фундаменту (как правило, для этой цели применяют анкерные болты).
Сферы применения металлических колонн
Основной сферой использования стальных колонн является строительство зданий промышленного, производственного и коммерческого назначения. Опоры применяют при возведении объектов разной этажности, ангаров, крупных складов, торговых центров и т. д. Кроме того, без высокопрочных опор не обходится сооружение мостов и дорожных перекрытий.
Колонны для промышленных объектов и многоэтажных зданий
Колонны здания устанавливают на заранее подготовленный фундамент. Они принимают механические нагрузки, исходящие от стен, перекрытий и мостовых кранов, удерживают на себе кровлю, ограждения и другие части каркаса. Давление распределяется со стержня колонны на основание, а от него — на почву. Кроме того, благодаря колоннам конструкция обретает устойчивость к вибрациям.
Каждая металлическая опора решает сразу несколько задач:
- поддерживает устойчивость и целостность сооружения;
- разделяет пространство помещения на отдельные зоны;
- соединяет все части каркаса воедино.
Стальные опорные колонны отличаются исключительной прочностью и надёжностью, а потому служат долгие годы.
Колонны для мостов и дорожных перекрытий
Металлические колонны являются базовыми элементами конструкции любого моста. Именно они обеспечивают поддержку пролёта, по которому движется транспорт. Опорные элементы принимают на себя основную нагрузку, поэтому их характеристикам придаётся особое значение. Колонны для мостов обязаны обеспечивать надёжную и долговечную конструкцию, максимально устойчивую к сжатию и вибрациям.
Колонны для дизайнерских проектов
В настоящее время металлические колонны используют не только для поддержания каркаса здания, но и для дизайнерского оформления фасада либо внутреннего пространства помещения. Дизайнерская колонна играет роль декора, поэтому считается вспомогательным элементом. Материалом для изготовления таких колонн служат специальные пластичные сплавы, дающие возможность придавать изделию оригинальную форму. Прочность и жёсткость в данном случае не являются определяющими характеристиками.
Металлические колонны активно используют и в других областях: металлургии, нефтепереработке, энергетике, машиностроении, транспортной отрасли. Присутствуют они в конструкциях спортивных сооружений, а также архитектурных композиций, устанавливаемых в общественных местах (парках, скверах и т. д.).
Виды металлических колонн
При классификации металлических опорных колонн учитывают три главных параметра: конфигурацию сечения, конструкцию стержня и назначение колонны (выполняемые функции).
Сечение стержня
Сечения стержня может иметь форму прямоугольника (квадрата), круга или двутавра (в виде буквы Н). Колонны с круглым сечением применяют в основном в качестве декора.
Конструкция стержня
В зависимости от конструкции стержня выделяют следующие типы колонн:
С постоянным размером поперечного сечения (одинаковый показатель по всей длине стержня). Такие опоры активно используют при строительстве многоэтажных зданий, терминалов, ангаров, складов, промышленных цехов. Высота колонны при этом не должна превышать 11-12 метров.
Ступенчатые. Устанавливаются в основном для монтажа мостовых кранов грузоподъёмностью 20 тонн и выше. Конструкция стержня включает в себя две части: основную (несущую) и вспомогательную (подкрановую). Части соединяются между собой при помощи решётки из фасонного металлопрофиля.
Раздельные. Состоят из двух стальных стоек, соединённых при помощи гибких металлических деталей. Такая конструкция отличается особой прочностью и надёжностью. Раздельные опоры высотой до 20 метров способны выдержать вес 100 тонн и более, поэтому их широко используют в промышленном строительстве. Незаменимы опоры данного вида и при проведении ремонта заводских цехов.
Характер восприятия удельной нагрузки
По данному показателю выделяют два типа несущих колонн.
Центрально-сжатые. В данном случае сжимающая сила (давление) проходит строго по центральной оси стержня.
Внецентренно-сжатые. Давление проходит на некотором расстоянии от центральной оси, по слегка изогнутой траектории. Если на опору дополнительно воздействуют горизонтальные нагрузки, то для более равномерного их распределения и экономии материала сечение стержня должно быть несимметричным.
Тип стержня
У сплошных колонн стержень обычно изготовляют из стандартного двутаврового профиля — прокатного либо сварного. Иногда используют элементы с крестообразным сечением, которые обладают большей жёсткостью и прочностью по сравнению с двутавром.
У сквозных колонн стержень состоит из отдельных элементов, которые связаны между собой стальной решёткой. Для изготовления решётки используют фасонные металлические изделия — уголки.
Материалы для производства строительных колонн
Сырьём для изготовления опорных колонн служит высокопрочная сталь. Марка стали подбирается с учётом конкретных условий эксплуатации. Определяющими факторами здесь являются: влажность воздуха, колебания температуры, наличие вибрационной нагрузки, метод соединения (сварка или болты). Для стандартных условий подходят стали Ст. ЗГ и Ст. ЗГсп. Если же объект будет эксплуатироваться в экстремальных условиях, обычно используют низколегированную конструкционную сталь марок 09Г2С и 12ГС.
Особенности проектирования металлических колонн
Наиболее строгие требования предъявляют к проектированию и монтажу опор на промышленных объектах. Металлические колонны составляют основу каркаса любого производственного сооружения. Установка колонн в данных условиях сопряжена с рядом сложностей.
Как правило, во всех производственных цехах очень высокие потолки. Кроме того, к колоннам крепится тяжёлое оборудование, поэтому нагрузка возрастает многократно. Несложно понять, что безопасность эксплуатации здания прямо зависит от трёх факторов: качества несущих элементов, точности всех расчётов и правильности монтажа.
Проектирование
Обязательные требования, предъявляемые к проектированию несущих опор для конкретного объекта:
- однотипность всех параметров;
- лёгкость монтажа;
- экономный расход стали и ресурсов;
- рациональное использование полезной площади;
- надёжность и простота крепления вспомогательных деталей;
- отсутствие неудобных стыков и переходов.
Иногда стержень колонны невозможно изготовить из цельного отрезка профиля: в таких случаях соединяют между собой несколько частей. Только в заводских условиях можно обеспечить высокое качество сборки и сварки.
Особенности монтажа стальных колонн
Тип металлической колонны, её размер и метод установки подбирают с учётом основных характеристик здания. Берётся во внимание число этажей, необходимость использования мостового крана, особенности конструкции каркаса и другие данные. Стальная несущая колонна должна обладать максимальной устойчивостью к осевому сжатию/растяжению, продольной силе и изгибающему моменту. Поэтому при производстве колонн необходима предельная точность расчётов.
Соединение на стыках может быть выполнено двумя способами. В заводских условиях операция производится с помощью сварочного аппарата. Данный метод обеспечивает высокую прочность конструкции. В основном он применяется для соединения небольших по длине деталей металлопроката.
Второй способ оформления стыков — монтажный. Он применяется, если нужно разделить габаритную конструкцию на части. Стыки закрепляют при помощи болтового и фланцевого крепления.
Монтаж стальных колонн в принципе аналогичен процессу установки железобетонных конструкций. В большинстве случаев на фундамент крепится цельная колонна. Только если длина колонны намного превышает стандартную, ее собирают из отдельных элементов.
Процесс монтажа состоит из нескольких этапов:
- транспортировка к месту установки;
- подготовительные работы, проверка всех приспособлений;
- захват и подъём металлической колонны;
- наводка на фундамент;
- временное соединение и проверка;
- постоянное соединение.
Подъём колонны осуществляют методом строповки. Подходят для этой цели и различные полуавтоматические приспособления.
Преимущества колонн из металла
Главное свойство, за которое ценят стальные опорные колонны, — высокая прочность при относительно малом весе. Компактные изделия удобно хранить на складах и транспортировать на любые расстояния. Колонны из качественных сплавов не теряют своих характеристик даже при длительной эксплуатации в экстремальных условиях.
Другие важные достоинства металлических колонн:
- универсальность (возможность выполнения любых типоразмеров);
- экономическая целесообразность;
- возможность рационально использовать полезную площадь;
- простота монтажа;
- эстетичность, привлекательный внешний вид.
Производим по индивидуальным заказам и чертежам металлические колонны различных типоразмеров и назначения. Вы можете заказать металлоконструкции любой сложности, максимально подходящие для проектов современного строительства. Обеспечиваем соответствие материалов требованиям ГОСТ и международным стандартам.
Раздел статьи