Шарнирное крепление колонны к фундаменту — это конструктивное соединение, которое обеспечивает возможность вращения колонны вокруг точки крепления, при этом передавая вертикальные нагрузки на фундамент. Такое крепление позволяет колонне свободно перемещаться, что способствует лучшему распределению усилий и снижает напряжение в конструкции при возникновении различных нагрузок, например, от ветра или сейсмических воздействий.
В отличие от жесткого соединения, шарнирное крепление не препятствует деформациям колонны, что делает его особенно важным для зданий и сооружений, подверженных динамическим воздействиям. Это решение позволяет значительно улучшить устойчивость и долговечность конструкции, что имеет решающее значение в современном строительстве.
КОЛОННЫ: КОНСТРУКТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ
Принципы построения расчетной схемы балки можно перенести и на колонны. Не повторяя правил, приведенных для построения расчетных схем простых балок и консолей, построим их для некоторых конструктивных схем стальных, железобетонных, деревянных и кирпичных колонн (стоек, столбов). Стальные колонны.
Простейшие стальные колонны, которые и будут рассматриваться в учебнике, прикрепляются к фундаментам с помощью опорных плит (относительно толстых стальных листов) и анкерных болтов. Они не обеспечивают жесткого защемления внизу и обладают податливостью, поэтому такое закрепление считается шарнирным (рис. 4.14).
При необходимости обеспечить жесткое защемление прикрепления колонны к фундаменту используют более сложную конструкцию траверсы (рис. 4.15). Из рисунка видно, что поворот нижнего сечения колонны или опорной плиты практически исключается.
Балки к колоннам могут прикрепляться как шарнирно, так и жестко. Пример шарнирного соединения балки с колонной показан на рис. 4.16, при таком креплении возможен поворот торцевого сечения. Пример жесткого соединения изображен на рис.
4.17, где балка через опорное ребро передает нагрузку на опорный столик колонны, а жесткое присоединение балки к колонне обеспечивается болтами, которые исключают поворот сечений, т.е. делают узел жестким. При этом следует понимать, что жесткость соединения балки с колонной зависит не от того, опирается она сверху или сбоку, а от спо- 
4.14. Шарнирное крепление колонны к фундаменту: а) конструктивная схема: б) расчетная схема; 1 — колонна; 2 — траверса; 3 — опорная плита базы колонны; 4 — анкерные болты (гайки, шайбы не показаны); 5 — фундамент 
Рис. 4.15.
Жесткое крепление колонны к фундаменту: а) конструктивная схема; б) расчетная схема; 1 — колонна; 2 — траверса; 3 — опорная плита базы колонны; 4 — анкерные болты (гайки, шайбы не показаны); 5 — фундамент соба соединения, обеспечивающего или не обеспечивающего возможность поворота. Опирание балки сверху можно сделать жестким, а примыкание сбоку — шарнирным (если убрать часть болтов, оставив их только в нижней части соединения).
Железобетонные колонны. Наиболее распространенные случаи соединения железобетонных колонн с фундаментом приведены на рис. 4.18, а. Колонны жестко заделываются в стакане фундамента с помощью монолитного бетона, что дает основание считать нижнюю часть колонны жестко заделанной на уровне обреза фундамента.
Это справедливо, если размеры фундамента значительны и не дают возможности повернуться колонне вместе с фундаментом. Если разме- 
Шарнирное прикрепление балки к стальной колонне: а) схема опирания балок; б] расчетная схема опор для балок и колонны; 1 — балки; 2 — колонна; 3 — стальная прокладка; 4 — болты (гайка и головка болта не показаны) 
Рис. 4.17. Жесткое прикрепление балок к стальной колонне сбоку: а) схема опирания балок; б) расчетная схема сопряжения колонны и балок; 1 — колонна; 2 — балки; 3 — опорный столик колонны; 4 — болты (гайки и головки болтов не показаны) 
4 — расчетная схема колонны 
Рис. 4.19. Шарнирное опирание стропильной железобетонной балки на колонну: а) схема опирания; б) расчетная схема опирания балок на колонну и колонны на балки; 1 — балки; 2 — колонна; 3 — опорная плита колонны; 4 — закладные детали балки; 5 — болты (гайки не показаны) ры фундамента невелики, а колонна достаточно мощная, то возможен ее поворот вместе с фундаментом, что больше соответствует шарнирной опоре (рис. 4.18, б). Балки или фермы могут опираться сверху на колонну, в этом случае они крепятся с помощью анкерных болтов с гайками или при помощи приварки закладных деталей монтажными сварными швами. Подобное соединение можно считать шарнирным (рис. 4.19). В многоэтажных железобетонных каркасах опирание ригеля выполняется на консоль колонны; и в случае, когда приняты специальные меры, исключающие поворот опорного сечения ригеля, узел крепления считается жестким (рис. 4.20). Если крепление ригелей к консолям колонн осуществлено просто приваркой закладных деталей, соединение считается шарнирным. 
Рис. 4.20.Жесткое соединение железобетонного ригеля с колонной: а) схема соединения; б) расчетная схема сопряжения колонны и ригелей; 1 — колонна; 2 — ригель; 3 — закладные детали колонны;
- 4 — закладные детали ригеля; 5 — монтажный сварной шов, соединяющий закладные детали; 6 — выпуски арматуры из ригеля;
- 7 — выпуски арматуры из колонны; 8 — арматурные коротыши — стержни, привариваемые к выпускам арматуры ригеля и колонны;
- 9 — стык, выполненный ванной сваркой
Для определения расчетных длин железобетонных колонн следует пользоваться указаниями п. 6.2.18 СП 52-101-2003.
Деревянные стойки. Наиболее простой и распространенной конструкцией сопряжения деревянных стоек с лежнем и прогоном является конструкция, изображенная на рис. 4.21. Очевидно, что и вверху, и внизу закрепление с помощью скоб и шипов является шарнирным. В деревянных стойках вообще трудно обеспечить жесткое защемление.
Даже если замонолитить нижний конец стойки подобно железобетонной колонне в фундаменте, то из-за неизбежной со временем усушки древесины защемление будет частичным, что и учитывается в расчетах.
Рис. 4.21. Соединение деревянной стойки с прогоном: а) схема соединения; б) расчетная схема стойки; 1 — прогон; 2 — стойка; 3 — лежень; 4 — шип; 5 — скоба
Кирпичные колонны. За редким исключением, кирпичные колонны опираются внизу на фундамент, и на них свободно опираются балки — как правило, без специальных приспособлений (анкеров, обойм и т.д.), а это значит, что оба конца колонны в таком случае являются шарнирными (рис. 4.22).
Из вышеизложенного следует, что шарнирное прикрепление колонн к конструкциям достигается более простыми приемами, нежели жесткое. Поэтому в простейших стоечно-балочных системах оно наиболее распространено. В многоэтажных, многопролетных каркасах жесткое соединение конструкций обеспечивает большую жесткость здания или сооружения в целом, что часто достаточно важно и позволяет более рационально использовать материалы.
Рис. 4.22. Соединение кирпичной колонны с балкой и фундаментом: а) конструктивная схема столба; б) расчетная схема;
1 — балка; 2 — колонна; 3 — фундамент
Примеры построения расчетных схем
Пример 4.1. Руководствуясь изложенной методикой построения расчетной схемы, построить расчетную схему для деревянной балки, опирающейся на деревянные стойки и закрепленной с помощью стальных скоб (рис. 4.23).
Если приложить силу Fк правой и левой опорам, как изображено на рис. 4.23, б, то видно, что левая опора препятствует перемещению конца балки, а правый конец балки может перемещаться.
Значит, левая опора неподвижная, а правая — подвижная. Если приложить силу, как показано на рис. 4.23, в, то видно, что оба конца балки могут почти свободно повернуться на некоторый угол, когда балка прогибается. Это значит, что оба конца балки закреплены шарнирно.
Подытоживая сказанное, можно сделать заключение о том, что левая опора шарнирно-неподвижная, а правая — шарнирноподвижная. Расчетная схема балки изображена на рис. 4.23, г. Не представляет труда проанализировать опоры и со статической точки зрения: на правой опоре при приложении произвольно направленной нагрузки возникает одна вертикальная реакция, а на левой опоре — наклонная реакция, которую можно разложить на две составляющие (вертикальную и горизонтальную).
Рис. 4.23. К примеру 4.1. Опирание деревянной балки на стойки: а) конструктивная схема; б), в) возможные перемещения балки; г] расчетная схема балки; 1 — балка; 2 — стойка; 3 — скобы
Задачи для самостоятельной работы
Задача 4.1. Обоснуйте и изобразите расчетную схему для железобетонного лестничного марша, опирающегося на лестничные площадки, как показано на рис. 4.24.
Рис. 4.24. К задаче 4.1. Опирание лестничного марша на лестничные площадки
Задача 4.2. Оцените, какими считаются следующие соединения: стальной колонны с фундаментом (рис. 4.25, а) стальной колонны с балкой (рис. 4.25, б) — шарнирными или жесткими?
Рис. 4.25. К задаче 4.2:
а] соединение колонны с фундаментом; б] соединение колонны с балкой
Шарнирные базы колонн
Режим Шарнирные базы колонн предназначен для проектирования и экспертизы конструктивных решений узлов баз колонн, с помощью которых реализовано шарнирное закрепление колонны в фундаменте. Этот режим охватывает широкий спектр конструктивных решений узлов данного типа, а именно:
- базы с траверсами и консольными ребрами;
- базы без траверс и консольных ребер.
Конструктивные решения шарнирных баз колонн, предусмотренные в программе, несколько отличаются от конструктивных решений жестких баз колонн. Анкерные болты в этих базах размещены принимая во внимание условие обеспечения некоторой податливости узла по отношению к угловым деформациям, что позволяет достаточно условно относить такое сопряжение базы с фундаментом к шарнирному.
При работе этого режима в соответствии с нормами выполняются проверки:
- прочности конструктивных элементов, входящих в состав узла базы колонны (опорной плиты, траверс и консольных ребер, бетона фундамента на местное смятие);
- прочности сварных соединений узлов (крепления колонны к опорной плите, крепления траверсы к стержню колонны и к опорной плите, крепления консольного ребра к стержню колонны и к траверсе);
- ряда конструктивных и сортаментных ограничений.
Рис. 1. Типы конструктивных решений шарнирных баз колонн с траверсами и консольными ребрами
Рис. 2. Типы конструктивных решений шарнирных баз колонн без траверс и консольных ребер
Главное окно режима Шарнирные базы колонн содержит следующие страницы: Конфигурация , Сварка , Усилия , Конструкция , Чертеж и Кривые взаимодействия .
Работа в режиме Шарнирные базы колонн начинается с выбора типа сечения колонны, который реализуется нажатием соответствующей кнопки на странице Конфигурация . В этом режиме предусмотрено четыре типа сечения: прокатный двутавр, сварной двутавр, составное сечение из двух прокатных швеллеров и круглая труба. Размеры поперечного сечения сварного двутавра и номер профиля прокатного двутавра определяются так же, как и в режиме Жесткие базы колонн.
Если в качестве типа сечения колонны выбрано составное сечение из двух прокатных швеллеров, необходимо определить сортамент и номер швеллера в данном сортаменте. Это осуществляется в диалоговом окне Выбор профиля , которое становится доступным после нажатия кнопки Выбор сечения колонны . Расстояние между внешними гранями стенок швеллера для такого сечения пользователь может назначить в поле ввода В на странице Конструкция (для первого типа узла базы). В том случае, когда в качестве типа сечения колонны выбрана труба, ее размеры назначаются выбором из соответствующего сортамента.
Обеспечена возможность графического контроля поперечного сечения колонны в информационном окне, которое становится доступным после нажатия кнопки Предварительный просмотр ().
Материалы, использующиеся для расчета и проектирования узла шарнирной базы колонны, определяются нажатием одноименных кнопок Сталь колонны (служит для назначения стали колонны) и Сталь плиты (служит для назначения стали опорной плиты базы, траверс, консольных ребер, анкерных плиток и т.д.). В выпадающем списке Бетон предлагается для выбора классы бетона для фундамента.
В поле Коэффициент надежности по ответственности необходимо Ввести значение соответствующего коэффициента, на который в последующем будут умножены все значения внутренних усилий, действующих в опорном сечении колонны. Коэффициенты условий работы колонны можно ввести в соответствующем окне ввода или же выбрать в диалоговом окне Коэффициенты условий работы , нажав на расположенную рядом кнопку ().
Коэффициент условий работы опорной плиты базы колонны вычисляется в данном режиме автоматически. Пользователю необходимо задать коэффициент условий работы колонны, а не опорной плиты.
Функциональные возможности кнопки Основная надпись аналогичны тем, которые предусмотрены в режиме Жесткие базы колонн.
На странице Сварка задаются параметры сварных соединений для узла. В группе Параметры соединения в специальных выпадающих списках необходимо назначить тип и вид сварки, а также определить положение шва. В режиме Узлы ферм реализованы виды сварки, соответствующие табл. 34* СНиП II-23-81* (табл. 36 СП 53-102-2004, табл. 38 СП 16.13330, табл. 1.112.2 ДБН В.2.6-163:2010 или табл.
16.2 ДБН В.2.6-198:2014), а именно: ручная, полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при диаметре сварочной проволоки менее 1.4 мм, автоматическая и полуавтоматическая при диаметре сварочной проволоки 1.4…2.0 мм, автоматическая при диаметре сварочной проволоки 3…5 мм и полуавтоматическая порошковой проволокой. При этом положение сварных швов может быть в лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное. В группе Свойства материалов для сварки отображаются значения расчетного сопротивления угловых швов на условный срез по металлу шва R wf и нормативного сопротивления металла шва R wun. Определить эти значения можно в диалоговом окне Материалы для сварки, которое становится доступным после нажатия на кнопку .
На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в узле базы колонны: N – продольное усилие; Qz и Qy – поперечные силы в двух плоскостях. Таким образом, в этом режиме кроме продольного усилия предусмотрена возможность задать две поперечные силы, возникновение которых характерно для колонн связевых блоков каркасов.
При нажатии кнопки Добавить в таблице усилий появляется новая строка, в которую необходимо ввести значения продольного усилия и поперечных сил для текущей комбинации нагрузок. На рисунке, расположенном рядом с таблицей внутренних усилий, определены положительные направления внутренних усилий в сечениях элементов базы колонны.
Количество расчетных комбинаций нагрузок произвольно. По умолчанию единицы измерения усилий – тонны. Другие единицы измерения внутренних усилий, действующих в узле, можно определить на странице Единицы измерения диалогового окна Настройки приложения. Изменение силовой плоскости выполняется одноименной кнопкой и приводит к переносу значений My и Qy в графы таблицы Mz и Qz , соответственно, и наоборот.
Таблица может быть заполнена и путем импорта из SCAD данных, описывающих расчетные сочетания усилий (РСУ). Файл с расширением .rsu2 создается в режиме Информация об элементе комплекса SCAD и импортируется по нажатии кнопки . Отметим, что при создании в SCAD файла .rsu2 следует предварительно оставить в таблице расчетных сочетаний только те комбинации, которые соответствуют сечению стержневого элемента, примыкающего к узлу.
Страница Конструкция содержит группу кнопок для выбора конструктивного решения узла шарнирной базы колонны.
При оценке несущей способности заданного конструктивного решения узла базы колонны расчетные параметры узла вводятся в таблице, расположенной на странице Конструкция . Диаметр и марка стали фундаментных болтов задаются в специальных выпадающих списках, объединенных в группу Болты анкерные . По умолчанию единицами измерения всех линейных размеров приняты миллиметры.
При нажатии кнопки появляется выпадающее меню. Если выбран первый пункт меню Все параметры не заданы , то выполняется автоматизированный подбор всех параметров конструктивного решения узла и при этом предполагается, что параметры конструкции узла не известны, а заданные ранее их значения игнорируются. Если же выбран пункт меню Некоторые параметры заданы , то для незаданных параметров (тех, которые в списке параметров равны нулю) программа автоматически определит их значения при фиксированных значениях заданных параметров.
Автоматизированный подбор параметров конструктивного решения уза шарнирной базы колонны совершался на базе анализа его чувствительности по отношению к варьированию управляемых параметров узла с учетом условий обеспечения необходимой несущей способности и конструктивных ограничений, регламентированных нормами (подробнее см. Назначение). При этом в качестве управляемых параметров принимались диаметр анкерных болтов и толщина опорной плиты, а также габариты опорной плиты базы.
При нажатии кнопки Вычислить программа выполняет проверку несущей способности сечений элементов, примыкающих к узлу (колонны), конструктивных элементов узла (опорной плиты, траверс, консольных ребер и т.д.) и сварных соединений при заданных (или ранее подобранных) значениях всех параметров узла в соответствии с требованиями норм.
Как при нажатии кнопки Проектирование , так и при нажатии кнопки Вычислить в поле Kmax , расположенном в нижней части окна, выводится максимальное из всех коэффициентов использования ограничений значение фактора (наиболее опасного) и указывается вид нормативной проверки (прочность, устойчивость, местная устойчивость и т.п.), при котором этот максимум реализовался, а Выполняется генерация чертежа конструктивного решения узла шарнирной базы колонны стадии КМ.
Полный перечень выполненных проверок доступен по нажатию кнопки Факторы в специальном диалоговом окне Диаграмма факторов , где можно ознакомиться со значениями всех коэффициентов использования ограничений, представленных тут в числовой и графической формах. Список выполняемых программой проверок несущей способности элементов и соединений узлов шарнирных баз колонн представлен в таблице.
С помощью кнопки Отчет предусмотрена возможность формирования отчетного документа, который содержит исходные данные и результаты расчета.
При переходе на страницу Чертеж выполняется проверка несущей способности узла шарнирной базы аналогично нажатию кнопки Вычислить . Если результаты проверки параметров элементов узла не противоречат конструктивным и нормативным требованиям, то выполняется генерация чертежа конструктивного решения узла шарнирной базы стадии КМ.
Функциональные возможности кнопки Отчет , а также элементов управления, расположенных на странице Чертеж , аналогичны тем, которые описаны в режиме Жесткие базы колонн.
На странице Кривые взаимодействия строятся кривые, ограничивающие область несущей способности заданного (или подобранного) конструктивного решения узла шарнирной базы колонны при действии в нем различных пар внутренних усилий, которые могут возникнуть в опорном сечении колонны.
Для получения такой кривой необходимо нажать кнопку Показать . При этом, выбор пары варьируемых внутренних усилий выполняется в выпадающем списке, а все остальные усилия полагаются равными тем значениям, которые заданы в группе Фиксированные значения усилий .
С помощью курсора можно обследовать представленную на графике область несущей способности узла шарнирной базы. Каждому положению курсора соответствует определенная пара числовых значений варьируемых усилий, величины которых отображаются в соответствующих полях. Нажатие правой кнопки мыши позволяет увидеть список выполненных проверок и значений факторов для того набора усилий, который соответствует текущему положению курсора на области кривой взаимодействия.
Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений узлов шарнирных баз колонн
Монтаж металлических колонн
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:
- заводских и складских помещений;
- сооружений торговой и развлекательной направленности;
- объектов бытового назначения;
- сооружений для хранения, обслуживания и ремонта крупногабаритной техники;
- дополнительных административных и хозяйственных помещений.
Предназначение стальных опор заключается в следующем:
- принимать нагрузку от перекрытий, стен и мостовых кранов;
- поддерживать крышу, ограждающие конструкции и верхние элементы несущего каркаса;
- равномерно распределять на фундамент общую массу внешних и внутренних частей сооружения,
- различного оборудования и посетителей здания;
- выдерживать агрессивное воздействие погодных условий;
- выступать в качестве декоративного элемента интерьера или экстерьера здания.
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
Оголовок 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.
Стержень 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.
База 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 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.
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:
- минимальный расход материала (стали);
- легкость установки;
- однотипность параметров (в рамках одного объекта);
- минимальная затрата ресурсов при изготовлении;
- наличие простых и надежных стыков;
- минимальная площадь, занимаемая колонной на фундаменте;
- простота присоединения вспомогательных элементов общей конструкции;
- отсутствие сложных узлов и переходов.
Классификация металлических колонн
1. В зависимости от конструктивных особенностей.
- 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 В случае проведения ремонтных работ в заводских помещениях.
2. По методу восприятия нагрузки.
- 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.
3. По типу стержневого элемента.
- 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.
Монтаж металлических колонн
Монтаж стальных колонн включает следующие основные технологические процессы: подготовку фундаментов и непосредственно сам монтаж конструкций.
Подготовка фундаментов под колонны. До начала монтажа колонн должны быть полностью закончены работы нулевого цикла, т. е. сооружены фундаменты, засыпаны пазухи фундаментов. Фундаменты до монтажа принимают по акту, на их поверхности должны быть нанесены разбивочные оси колонн. Для нанесения осей на верхней поверхности фундаментов вне контура опорной плиты колонны до бетонирования фундамента закладывают металлические планки в двух направлениях. Оси наносят керном и масляной краской.
Стальные колонны монтируют на сборных или монолитных фундаментах, в которых заранее устанавливают анкерные болты для крепления колонн. В зависимости от принятого в проекте способа опирания колонны на фундамент его возводят на полную высоту или ниже проектной отметки на 50–100 мм для последующей подливки.
Перед установкой колонн должна быть проверена и смазана резьба анкерных болтов. Проверку осуществляют навертыванием гаек. Для предохранения резьбы от повреждения во время наводки базы колонны на анкерные болты на резьбу надевают предохранительные колпачки из кровельной стали или газовых труб с конусным верхом. Точность установки колонн определяет правильность монтажа всех конструкций и прочность сооружения и зависит в значительной мере от принятых способов опирания колонны на фундамент.
Опирание колонн на фундаменты осуществляют следующими способами.
Колонны легких конструкций, поступающие на строительную площадку с опорными плитами. На выверенные гайки анкерных болтов анкерные болты устанавливаются точно по шаблону, длина их резьбы должна обеспечивать такую установку гайки, чтобы ее верхняя поверхность имела отметку низа опорной плиты колонны (рис.а).
Гайки накручивают на болты с требуемой точностью установки верхней поверхности. Монтируемую колонну устанавливают, опирая на навернутые гайки и совмещая риски на колонне с разбивочными осями. Положение колонны по вертикали обеспечивается точностью установки гаек и при необходимости может быть выправлено их подкручиванием. После установки положение колонны фиксируется постановкой шайб и закреплением плиты вторыми гайками, которые зажимают опорные плиты и обеспечивают устойчивость колонны. Выверенные колонны подливают цементным раствором.
Схемы опирания легких колонн: а – на выверенные гайки анкерных болтов; б – на закладную балку; 1 – верх фундамента под колонну; 2 – анкерный болт; 3 – монтируемая колонна; 4 – закладная балка; 5 – верх фундамента под колонну; 6 – подливка опорной плиты цементным раствором
При установке колонн на фундаменты, доведенные до проектной отметки, их поверхность должна точно соответствовать проектной при бетонировании. Отклонение верха фундамента по высоте не должно быть больше ±5 мм. Колонны должны иметь фрезерованные подошвы.
Заранее установленные и выверенные стальные опорные детали, заделанные в бетоне фундамента. Такими деталями могут быть заготовки из рельс, балок, уголков, которые устанавливают и закрепляют к арматуре до бетонирования фундамента. Стальные опорные подкладки устанавливают с точностью: отклонение их верха по высоте не должно быть больше ±5 мм (рис. б).
Выверенную колонну закрепляют анкерными болтами, после чего зазор между подошвой колонны и фундаментов заполняют бетоном на мелком щебне или цементным раствором.
Колонны, поступающие на строительную площадку отдельно от опорных плит монтируют следующим образом.
Фундамент бетонируют до уровня на 70–100 мм ниже проектной отметки подошвы плиты. Затем устанавливают опорные плиты, совмещая их осевые риски с рисками разбивочных осей на деталях, заделанных в фундамент. Положение каждой плиты по высоте регулируется тремя установочными винтами с таким расчетом, чтобы верхняя плоскость плиты расположилась на проектной отметке опорной плоскости башмака колонны с точностью ±1 мм (см. рис. ). Опорные поверхности плит и колонн должны быть фрезерованы. Отклонения между фрезерованными торцами колонн принимают не более ±2 мм.
Перед установкой плит производят тщательную проверку положения фундаментов и анкерных болтов. Поступающие на объект опорные плиты устанавливают автокраном на фундаменты и укрепляют тремя установочными винтами с гайками, предварительно приваренными к боковым сторонам плит (рис. 2). Затем с помощью нивелира предварительно устанавливают плиты на отметку, близкую к проектной.
Окончательную выверку опорных плит колонн производят оптическим плоскомером следующим образом. Точным уровнем выверяют горизонтальность исходной опорной плиты, выведенной на проектную отметку с помощью винтов и нивелира. На исходной плите располагают визирную трубу, а на выверяемую плиту устанавливают светящуюся точечную марку.
На отсчетных барабанах визирной трубы и марки задают одинаковые отсчеты и визируют на марку. Плиту, на которой установлена марка, с помощью выверочных винтов опускают или поднимают до тех пор, пока изображение светящейся точечной диафрагмы марки не совпадет с плоскостью визирования трубы. Чтобы обеспечить точность выверки опорных плит в горизонтальной плоскости, марку устанавливают на каждую плиту не менее чем в трех точках.
Установка опорной плиты с помощью дополнительных болтов: 1 – опорная плита; 2 – кондуктор с отверстиями для анкерных болтов; 3 – закладные детали; 4 – риски разбивочных осей; 5 – планки с нарезными отверстиями; 6 – выверочные винты; 7 – анкерные болты; 8 – подливка плиты цементным раствором; 9 – низ башмака колонны; 10 – верх фундамента под колонну
Практически возможно производить выверку опорных плит с помощью оптического плоскомера с точностью до ±0,5 мм, т. е. выше требуемой (±1 мм). Выверенные плиты закрепляют к анкерным болтам колонны и сдают под подливку. После подливки опорных плит цементным раствором и приобретения ими необходимой прочности на них наносят осевые риски.
В процессе монтажа колонн осевые риски, нанесенные на колонны заводом, совмещаются с рисками на опорных плитах; колонна закрепляется анкерными болтами и принимает проектное положение без дополнительной выверки. При соблюдении проектных допусков на установку опорных плит и на изготовление колонны, смонтированные затем подкрановые балки, не требуют дополнительной выверки ни в плане, ни по высоте.
Способ опирания колонн на заранее установленные, выверенные и подлитые опорные плиты, называется безвыверочным методом монтажа конструкций. Безвыверочный метод монтажа колонн позволяет увеличить производительность труда на монтаже конструкций в среднем на 10–12 %. Трудоемкость монтажа колонн при этом может быть снижена почти на 30 %.
Монтаж колонн. Перед монтажом колонны раскладывают вдоль ряда их установки на деревянные подкладки параллельно оси ряда или под углом. До подъема колонны должны быть обстроены подмостями: лестницами и площадками, а также монтажными стяжными приспособлениями.
При установке колонны ее необходимо перевести из горизонтального положения в вертикальное. В этом положении подать к месту установки и опустить на фундамент, наведя на анкерные болты.
Все это требует выполнения монтажным краном нескольких и в отдельных случаях совмещенных операций, требующих ответственного наблюдения за работой крана во время подъема колонны.
Подъем и установку колонн производят двумя способами.
При раскладке колонн параллельно оси ряда кран, перемещаясь вдоль ряда колонн в направлении башмака колонны, поднимает колонну грузовым полиспастом, поворачивая ее вокруг опоры до вертикального положения (рис. а). Башмак колонны при этом не должен скользить. При подъеме не следует допускать отклонения грузового полиспаста от вертикали более чем на 1,5°.
Подъем колонн при такой раскладке может быть выполнен краном без его перемещения. В этом случае низ колонны перемещают лебедкой по заранее подготовленному пути. Такой способ применяют для подъема тяжелых больших колонн.
При раскладке колонн под углом к оси ряда их поднимают без перемещения крана поворотом стрелы (рис.б). Стоянку крана располагают так, чтобы вылет стрелы позволял, повернув колонну в вертикальное без его изменения положение, поставить ее на фундамент. При одновременном подъеме колонны и повороте стрелы возможно опасное отклонение подъемного полиспаста от вертикали. Все операции выполняют на минимальной скорости.
Способы установки колонн в проектное положение краном: а – поворотом вокруг опоры; б – поворотом стрелы крана; 1 – колонна до подъема; 2 – колонна после подъема; 3 – установленная колонна; 4 – траектория перемещения; 5 – фундамент под колонну; 6 – начальное положение крана; 7 – конечное положение крана
Для обеспечения вертикального положения колонны при ее установке строп должен быть закреплен по оси центра тяжести колонны или охватывать ее с двух сторон. Крепят строп за имеющиеся отверстия или специально предусмотренные отверстия или конструкции. Для уменьшения трудоемкости строповки применяют инвентарные стропы (рис.).
Инвентарные стропы, закрепленные к траверсе, имеют рамку. Рамка подвешена к стропам и охватывает верх колонны, что позволяет закрепить стропы за низ колонны и производить расстроповку с земли. Рамка на верху колонны обеспечивает ее устойчивое положение при наводке на анкерные болты.
Схема строповки стальной колонны: 1 – колонна; 2 – строп; 3 – рамка; 4 – тяга; 5 – фасонка для крепления; 6 – башмак колонны; 7 – стропы; 8 – траверса
Все работы по выверке колонн производят до ее расстроповки и закрепления. Проверку вертикальности при выверке колонн рекомендуется выполнять двумя теодолитами. В процессе монтажа постоянно проводится пооперационный контроль выполнения работ в соответствии с картами операционного контроля.
При монтаже колонны по частям, ее верхнюю часть устанавливают только после закрепления нижней части всеми проектными креплениями к остальным конструкциям. Поднятую верхнюю часть колонны наводят на торец нижней части, совмещают осевые риски на торцах, проверяют вертикальность установленной колонны и закрепляют стык временными креплениями. Временное крепление болтами осуществляют посредством стяжных приспособлений, установленных до подъема колонны у торцов стыка. В многоэтажных зданиях для временного закрепления верхней части колонны применяют одиночные кондукторы, в которых закрепляют и выверяют монтируемые элементы колонны (рис.). После окончательной выверки монтируемых элементов колонны их закрепляют в проектное положение с помощью болтов или сваркой.
Одиночный кондуктор: 1 – колонна; 2 – кондуктор; 3 – винты для выверки и закрепления колонны; 4 – соединительные болты кондуктора; 5 – ось стыка колонны
ПК «Металлоконструкции» рада предложить заинтересованным физическим и юридическим лицам целый комплекс услуг на рынке строительства. Монтаж металлических колонн проводят только самые профессиональные монтажники, которые умеют читать чертежи. Инженеры на каждом этапе проверяют качество проведение работ и соблюдение проектных данных.
Выверка колонн происходит по самым современным приборам. Мы заботимся о качестве выполняемых нами работ и именно поэтому мы используем только современное оборудование. К подбору сотрудников мы относимся скрупулезно, именно их квалификация, опыт и знания гарантируют прочность и надежность построенных объектов.
Мы производим оригинальные и типовые металлоконструкции любой сложности – от лестниц и заборов до несущих каркасов зданий и мостов. Используем только качественный металлопрокат, работаем с любым металлом – от алюминия до стали. Осуществляем все виды металлообработки – высокоточную резку, чистую сварку, а также рубку, гибку и другие работы.
—осуществляет работы от проектирования, до монтажа, готовы предложить вам консультацию со специалистами (8 (812) 603-49-30), доставку и самовывоз готовых конструкций – всё это по выгодным для Вас условиям!
