Металлические колонны: виды, применение, монтаж и устройство фундаментов под них

В современном строительстве довольно часто используются металлические колонны, которые служат опорой для наружных и внутренних частей здания. Без них не получится обойтись, поскольку они образуют несущий каркас. Стальные конструкции используются чаще, ведь они отличаются высокой прочностью и удобством монтажа. Некоторые дизайнеры применяют их в качестве декоративных элементов зданий или отдельных помещений.

Составные элементы

Все металлические колонны состоят из нескольких деталей: оголовка, стержня и базы. Оголовок – верхняя часть, которая воспринимает нагрузку от кровли и передает ее на стержень. При его расчете учитывается не только вес опирающихся балок, ферм, но и особенности их крепления.

В средней части колонны располагается стержень, который передает нагрузку к основанию (базе). При его расчете важно учитывать равноустойчивость опоры, то есть берется равная гибкость относительно осей сечения. Этот принцип позволяет сэкономить на материале и получить устойчивую конструкцию. Мощные изделия должны быть усилены ребрами жесткости.

База – основание конструкции, которое передает всю нагрузку на фундамент. Также она нужна для крепления опоры. При расчете базы учитывается толщина и площадь опорной части, а также материал фундамента.

Разновидности

Материал позволяет получать из него разные замысловатые формы, однако многие металлические колонны имеют сечение в виде двутавра, прямоугольной или круглой трубы. Размеры сечения вычисляются расчетом на прочность (обычно на сжатие) и устойчивость. Последняя характеристика зависит от наличия связей, стоек фахверка и др.

В зависимости от конструктивного решения, колонны могут иметь постоянное, ступенчатое и составное сечение. Конструкция постоянного сечения представляет собой единый стержень, который используется в бескаркасных постройках, складах и ангарах. На нее можно устанавливать оборудование с грузоподъемностью максимум 20 т.

Ступенчатые колонны созданы для установки оборудования грузоподъемностью более 20 т. Благодаря специальному сечению повышается их жесткость на изгиб и улучшается устойчивость. Данная конструкция имеет две несущие ветви: основную и подкрановую.

Составные металлические колонны редко используются, и могут воспринимать разную нагрузку (относительно оси). Они нужны для:
- установки кранов на небольшой высоте;
- монтажа кранов в несколько ярусов;
- реконструкции зданий.

Область применения

Стальные колонны пользуются большим спросом благодаря невысокой стоимости, удобству монтажа, легкости стыковки, малогабаритности. Большое количество достоинств позволяет использовать их для возведения:
- промышленных зданий (например, цехов);
- гражданских построек (многоэтажных зданий различного назначения);
- большепролетных покрытий и мостов.
- построек, требующих особого оформления (возможность получить различные архитектурные и дизайнерские формы).

Расчет конструкций

Перед тем как осуществлять монтаж металлических конструкций, нужно выполнить их полный расчет. Для возведения стального каркаса чаще всего используются монолитные ступенчатые основания без стаканов. Для расчета конструкции понадобится выполнить сбор всех нагрузок, а также определиться с количеством, размером опор, армированием и глубиной заложения. В данном случае все зависит от веса здания и особенностей грунта (чем он плотнее, тем меньше стоек понадобится).

Расчет должен выполняться так, чтобы нагрузка от сооружения распределялась равномерно по грунту. Если с этим возникли сложности, то можно подготовить мощную подушку (из песка или гравия). Как только будет известна несущая способность основания и вес постройки, легко вычисляется общая площадь подошвы основания. А затем рассчитывается нагрузка на каждую опору.

Фундамент под металлическую колонну отличается от обычного основания тем, что каждый элемент работает отдельно от других. Они между собой никак не связаны, поэтому ошибки при проектировании могут повлечь за собой перекос всего здания.

Устройство фундаментов

Данные основания не имеют стаканов и оснащаются анкерными болтами, удерживающими базу изделия. Их верх располагается так, чтобы низ каркасного элемента и концы анкеров закрывались полом. Если монтаж колонн подразумевает заглубление фундамента минимум на 4 м, то можно применить сборные железобетонные подколонники. Нижний конец такой конструкции закрепляется в стакане, а верхний край оснащается анкерами.

Для смежных стоек понадобится общее основание, даже если рядом будут располагаться стальные и железобетонные конструкции. Проектное положение каркасных элементов обеспечивается правильной установкой анкеров, а точность расстановки по высоте – подготовкой поверхности оснований.

Установка колонн

Монтаж металлических конструкций должен осуществляться так, чтобы отклонения по осям были не больше разрешенных СНиП (особенно касается фрезерованных поверхностей). Простые колонны устанавливаются целиком, а тяжелые собираются из составных элементов. Чтобы смонтировать, их необходимо захватить, поднять, подвести к опорам, выровнять и закрепить. Для захвата конструкций используются стропы, под которыми размещаются подкладки (например, из дерева). Подъем производится путем поворота или скольжения.

Существует несколько способов опирания базы на основание (узлы металлических колонн можно увидеть ниже):
- на его поверхность без подливки раствором,
- на стальные плиты с подливкой раствором;
- на балки, рельсы (понадобится подливка базы раствором).

На практике используют более простой способ монтажа. В данном случае башмаки устанавливаются на сваренные между собой стальные подкладки, и скрепляются с низом колонн. Как только конструкции будут установлены и зафиксированы, их заливают раствором.

Монтаж колонн подразумевает тщательную выверку с помощью геодезических приборов и отвесов. При этом проверяются их отметки, вертикальность и положение в плане. Для крепления конструкций используются анкерные болты: понадобится 2-4 шт. для колонн высотой до 15 м. Дополнительную устойчивость обеспечат расчалки, которые снимаются после окончательного закрепления. Более высокие элементы дополнительно укрепляют распорками, временными связями и подкосами. Для получения устойчивого каркаса лучше монтировать колонны вместе с подкрановыми балками.