Крепление колонн к фундаменту: металлических, железобетонных, шарнирным, жестким способом, узел соединения, необходимые материалы для работы

Для многих начинающих проектировщиков основной проблемой является выбор расчетной схемы: где должны быть шарниры, а где – жесткие узлы? Как понять, что выгодней, и как разобраться, что вообще нужно в конкретном узле конструкции? Это очень обширный вопрос, надеюсь, данная статья немного внесет ясности в столь многогранный вопрос.

Что такое узлы опирания и обозначение этих узлов на схемах

Начнем с самой сути. Каждая конструкция должна иметь опору – как минимум она не должна упасть с высоты, на которой ей положено находиться. Но если копнуть глубже, для надежной работы элемента, нам мало запретить ему падать.

Как может сместиться любой элемент в пространстве? Во-первых, это может быть перемещение по одной из трех плоскостей – по вертикали (ось Z), по горизонтали (оси Х и У). Во-вторых, это может быть поворот элемента в узле вокруг тех же трех осей.

Таким образом, мы имеем целых шесть возможных перемещений (а если учесть еще и направление плюс-минус, то их не шесть, а двенадцать), которые еще называют степенями свободы – и это очень наглядное название. Если конструкция висит в воздухе (нереальная ситуация), то она полностью свободна, ничем не ограничена.

Если в каком-то месте под ней появляется опора, не дающая перемещаться по вертикали, значит одна из степеней свободы у элемента в месте опоры ограничена по оси Z.

Примером такого ограничения является свободное опирание металлической балки на гладкой, допускающей скольжение поверхности – она не упадет за счет опоры, но может при определенном усилии сдвинуться по оси Х и У, либо повернуться вокруг любой оси.

Забегая вперед, уточним важный момент: если у элемента в узле не ограничен поворот, этот узел является шарнирным. Так вот, такой простейший шарнир с ограничением только по одной оси обозначается обычно следующим образом:

Расшифровать такое обозначение просто: кружочки означают наличие шарнира (т.е. отсутствие запрета поворота элемента в этой точке), палочка – запрет перемещения в одном направлении (обычно из схемы сразу становится понятно – в каком именно – в данном случае запрет по вертикали). Горизонталь со штриховкой условно обозначает наличие опоры.

Следующий вариант ограничения степеней свободы – это запрет перемещения в направлении двух осей. Для той же металлической балки это могут быть оси Z и Х, а по У она может переместиться при приложении к ней усилия; повороты ее, как видно, тоже ничем не ограничены.

Как вообще представить отсутствие ограничения поворотов? Если эту балку попытаться закрутить вокруг собственной оси (допустим, опереть на нее перекрытие только с одной стороны – тогда под весом перекрытия балка начнет крутиться), то ничто не помешает этому кручению, балка по всей длине начнет опрокидываться под действием крутящей силы. Точно также если в центре балки приложить вертикальную нагрузку, балка изогнется и в местах опирания свободно повернется вокруг оси У (слева – по часовой стрелке, справа – против). Вот это мы и понимаем как шарнир.

Допустим, есть жесткий узел опирания балки в раме, который обеспечен путем приварки балки к колонне. Но сварной узел рассчитан неверно и шов не выдерживает приложенного усилия и разрушается. Балка продолжает опираться на колонну, но уже может повернуться на опоре.

При этом кардинально меняется эпюра изгибающих моментов: на опорах моменты стремятся к нулю, зато пролетный момент возрастает. А балка была рассчитана на защемление и не готова к восприятию возросшего момента. Так и происходит разрушение.

Поэтому жесткие узлы всегда должны быть рассчитаны на максимально возможную нагрузку.

Такой шарнир обозначается следующим образом.

Слева и справа обозначения равноценны. Справа оно более наглядное: 1 – горизонтальный стержень ограничен в узле в перемещении по вертикали (вертикальная палочка с кружочками на концах) и по горизонтали (горизонтальная палочка с кружочками на концах); 2 – вертикальный стержень также ограничен в узле в перемещении по вертикали и по горизонтали.

Слева также очень распространенное обозначение точно такого же шарнира, только палочки расположены в виде треугольника, но то, что их две, означает, что ограничение перемещений идет по двум осям – вдоль оси элемента и перпендикулярно его оси.

Особо ленивые товарищи могут вообще не рисовать кружочки, и  обозначать такой шарнир просто треугольником – такое тоже встречается.

Теперь рассмотрим, что же означает классическое обозначение шарнирно опирающейся балки.

Это балка, имеющая две опоры, а в левой еще и ограниченная в перемещении по горизонтали (если бы этого не было, система не была бы устойчивой – есть такое условие в сопромате – у стержня должно быть три ограничения перемещений, в нашем случае два ограничения по Z  и одно по Х). Конструктор должен продумать, как обеспечить соответствие опирания балки расчетной схеме – об этом никогда нельзя забывать.

И последний случай для плоской задачи – это ограничение трех степеней свободы – двух перемещений и поворота. Выше было сказано, что для любого элемента степеней свободы шесть (или двенадцать), но это для трехмерной модели. Мы же обычно в расчете рассматриваем плоскую задачу.

И вот мы пришли к ограничению поворота – это классическое понятие жесткого узла или защемления – когда в точке опирания элемент не может ни сдвинуться, ни повернуться.

Примером такого узла может служить узел заделки сборной железобетонной колонны в стакан – она настолько глубоко замоноличена, что возможности как сместиться, таки и повернуться у нее нет.

Глубина заделки у такой колонны строго расчетная, но даже по виду мы не можем представить, что колонна на рисунке слева сможет повернуться в стакане. А вот правая колонна – запросто, это явный шарнир, и так конструировать защемление недопустимо. Хотя и там, и там колонна погружена в стакан и паз заполнен бетоном.

Больше вариантов защемления будет по ходу статьи. Сейчас разберемся с обозначением защемления. Оно классическое, и особого разнообразие в отличии от шарниров здесь не наблюдается.

Слева показан горизонтальный элемент, защемленный на опоре, справа – вертикальный.

И напоследок – о шарнирных и жестких узлах в рамах. Если узел соединения балки с колонной жесткий, то он показывается либо без условных обозначений вообще, либо с закрашенным треугольничком в углу (как на верхних двух рисунках). Если же балка опирается на колонны шарнирно, на концах балки рисуются кружочки (как на нижнем рисунке).

Как законструировать шарнирный или жесткий узел

 Опирание плит, балок, перемычек

Первое, что следует запомнить при конструировании узлов – зачастую шарнир от защемления отличает глубина опирания.

Если плита, перемычка или балка опирается на глубину, равную или меньшую высоте сечения, и при этом не выполнено никаких дополнительных мероприятий (приварка к закладным элементам, препятствующая повороту и т.п.), то это всегда чистый шарнир. Для металлических балок считается шарнирным опирание на 250 мм.

Если опирание больше двух – двух с половиной высот сечения элемента, то такое опирание можно считать защемлением. Но здесь есть нюансы.

Во-первых, элемент должен быть пригружен сверху (кладкой, например), причем веса этого пригруза должно быть достаточно, чтобы воспринять усилие в элементе на опоре.

Во-вторых, возможно другое решение, когда поворот элемента ограничивается путем приварки к закладным деталям. И здесь нужно четко разбираться в особенностях конструирования жестких узлов.

Если балка или приварена внизу (такое часто встречается и в металлоконструкциях, и в сборном железобетоне – к закладным в опоре привариваются закладные в балке или плите), то это никак не мешает ей повернуться на опоре – это лишь препятствует горизонтальному перемещению элемента, об этом мы говорили выше. А вот если верхняя часть балки надежно заанкерена сваркой на опоре (это либо рамные узлы в металле, либо ванная сварка верхних выпусков арматуры в сборных ригелях – в жестких узлах каркаса, либо сварка закладных элементов в узлах опирания балконных плит, которые обязательно должны быть защемлены, т.к. они консольны), то это уже жесткий узел, т.к. явно препятствует повороту на опоре.

На рисунке ниже выбраны шарнирные и жесткие узлы из типовых серий (серия 2.440-1, 2.140-1 вып. 1, 2.130-1 вып. 9). По ним наглядно видно, что в шарнирном узле крепление идет внизу балки или плиты, а в жестком – вверху. Уточнение: в узле опирания плиты анкер не дает жеского узла, это гибкий элемент, который лишь препятствует горизонтальному смещению перекрытия.

Но законструировать узел правильно – это полдела. Нужно еще сделать расчет всех элементов узла, выдержат ли они максимальное усилие, передаваемое от элемента. Здесь нужно рассчитать и закладные детали, и сварные швы, и проверить кладку в случае, если пригруз от нее учитывается при конструировании.

Соединение колонн с фундаментами

При опирании металлических колонн определяющим фактором является количество болтов и то, как законструирована база колонны. О металле здесь я распространяться не буду, т.к. это не мой профиль.

Напишу только, что если в фундаменте для крепления колонны лишь два болта, то это стопроцентный шарнир. Также если стойка приваривается к закладной детали фундамента через пластину, это тоже шарнир.

Остальные случаи подробно приведены в литературе, есть узлы в типовых сериях – в общем, информации много, здесь запутаться сложно.

Для сборных железобетонных колонн используется их жесткая заделка в стакан фундамента (об этом речь шла выше). Если вы откроете «Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений», там вы сможете найти расчет всех элементов этого жесткого узла и принципы его конструирования.

При шарнирном узле колонна (столб) просто опирается на фундамент безо всяких дополнительных мероприятий или заделана в неглубокий стакан.

Соединение монолитных конструкций

В монолитных конструкциях жесткий узел или шарнир всегда определяется наличием правильно заанкеренной арматуры.

Если на опоре арматура плиты или балки не заведена в конструкцию опоры на величину анкеровки или даже нахлестки, то такой узел считается шарнирным.

Так на рисунке ниже показаны варианты опирания монолитных плит из Руководства по конструированию ЖБК.

Рисунок (а) и (б) – это жесткое соединение плиты с опорой: в первом случае верхняя арматура плиты заводится в балку на длину анкеровки; во втором – плита защемляется в стене также на величину анкеровки рабочей арматуры.

Рисунок (в) и (г) – это шарнирное опирание плиты на балку и на стену, здесь арматура заведена на опору на минимально допустимую глубину опирания.

Рамные узлы соединения монолитных ригелей и колонн в железобетоне выглядят еще серьезней, чем опирание плит на балки. Здесь верхняя арматура ригеля заводится в колонну на величину одной и двух длин анкеровки (половина стержней заводится на одну длину, половина – на две).

• Если в узле железобетонного каркаса арматура и балки, и колонны проходит насквозь и дальше идет больше чем на длину анкеровки (например, какой-то средний узел), то такой узел считается жестким.
• Чтобы соединение колонн с фундаментом было жестким, из фундаментов должны быть сделаны выпуски достаточной длины (не менее величины нахлестки, подробнее – в Руководстве по конструированию), и эти же выпуски должны быть заведены в фундамент на длину анкеровки.

Аналогично в свайном ростверке – если длина выпусков из сваи меньше, чем длина анкеровки, соединение ростверка со сваей жестким считаться не может. Для шарнирного соединения длину выпусков оставляют 150-200 мм, больше не желательно, т.к. это будет пограничное состояние между шарниром и жестким узлом – а ведь расчет делался как для чистого шарнира.

Если нет места для того, чтобы разместить арматуру на длину анкеровки, проводят дополнительные мероприятия – приварку шайб, пластин и т.п. Но такой элемент должен быть обязательно рассчитан на выкалывание (что-то вроде расчета анкеров закладных деталей, его можно найти в Пособии по проектированию ЖБК).

Также на тему шарниров и защемления можно прочитать здесь.

Металлические колонны

20.06.2019 VT-METALL

Вопросы, рассмотренные в материале:

• В каких сферах строительства применяются металлические колонны
• Каких типы металлических колонн используют в строительстве и инженерии
• Как выполняется соединение и монтаж металлических колонн

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:

• 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

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.

VT-metall предлагает услуги:

Порошковая покраска металла

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.

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:

• двутавр;
• круг;
• прямоугольник/квадрат.

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

• 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 также в случае проведения ремонтных работ в заводских помещениях.

• 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.

• 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.

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:

• прочности при центральном растяжении/сжатии;
• устойчивости при сжатии вдоль ведущей оси;
• прочности при совокупном воздействии продольной силы и изгибающего момента;
• предельной гибкости стержневого элемента в двух плоскостях.

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:

• Заводские, которые выполняются с помощью сварочного аппарата. Данный способ присоединения гарантирует высокую прочность стыков и чаще всего применяется при небольшой длине прокатных изделий.
• Монтажные, которые выполняются в случае необходимости разделить конструкцию на несколько частей с целью перемещения. Для монтажных стыков применяют надежные болты и фланцевое соединение, а также сварку встык на накладках. В процессе подгона и закрепления конструкции применяют специальные угловые элементы.

Монтаж металлических колонн

Установка металлических колонн должна осуществляться в соответствии со стандартами нижеперечисленных нормативных актов:

• «СП 13330.2011. Организация строительства. Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004 (с Изменением № 1)»;

Жесткое и шарнирное опирание колонны на фундамент. (Металл)

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).

Рис. 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

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.

Рис. 4.16. Шарнирное прикрепление балки к стальной колонне: а) схема опирання балок; б) расчетная схема опор для балок и колонны; 1 — балки; 2 — колонна; 3 — стальная прокладка; 4 — болты (гайка и головка болта не показаны)

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 способа 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).

13.Типы очертания ферм. Основные системы решеток ферм. (Металл)

• Фермами называются решетчатые конструкции, работающие на изгиб, служащая для перекрытия больших пролетов.
• Конструкции фермы состоит из отдельных стержней, которые соединяются в узлах и образуют геометрически неизменяемую систему.
• В зависимости от назначения, им придают разную форму:

• сегментте
• фермы полигонального очертания (наиболее подходят для конструирования тяжелых ферм и больших пролетов);
• фермы трапецеидального очертания (позволяет устраивать жесткие рамные узлы, что повышает жесткость здания);
• фермы с параллельными поясами (основной тип покрытия зданий).
• фермы треугольного очертания (обычно стропильным фермам, консольным навесам, мачтам, башням);

1. Классификация ферм по типам решётки:
2. а — балочная раскосная;
3. б — балочная с треугольной решёткой;
4. в — балочно-консольная с треугольной решёткой и дополнительными стойками;
5. г — консольная полураскосная;
6. д — консольная двухраскосная;
7. е — балочная двухрешёт-чатая;
8. 1 — верхний пояс; 2 — раскос; 3 — стойка; 4 — нижний пояс

Монтаж колонн и их крепление в фундамент

2016-01-21

Монтаж колонн с последующим их креплением к фундаменту крайне важный элемент строительных работ. Любые допущенные на данном этапе ошибки могут привести к серьезным последствиям в будущем. О том как правильно устанавливать колоны и какие материалы использовать читайте в данном материале.

Для каркасно-панельных строений качество установки колонн может сыграть решающую роль в долговечности и надежности конструкций. Особенно важно верно установить колонны первого этажа и крепление колонны в фундамент.

Крепление колонны к фундаменту

Прежде всего производится геодезическая проверка выполненной работы и на верхние грани фундамента наносятся риски осей колонн. Наносятся осевые риски и на сами колонны.

В стакан фундамента при необходимости заливается бетон до проектной отметки, затем на весу сопоставляются риски на колонне и фундаменте. После чего колонны временно закрепляются и производится установка остальных колонн.

После завершения подготовки рекомендуется еще раз проверить их положение. И лишь после этого колонны замоноличивают.

Стоит также отметить, что при должном мастерстве крановщика и строителей колонны временами получается установить сразу в нужное положение. Если же подобного не происходит, то колонны доводят при помощи домкратов и кондуктора.

Крепление металлический колонны к фундаменту

Металлические и стальные колонны к фундаменту крепятся тремя основными способами:

• колонна устанавливается на стальные подкладки, в данном варианте фундамент не доводится до проектной отметки;
• фундамент возводится до проектных отметок и колонну устанавливают непосредственно на его поверхность;
• установка на опорные плиты.

Первый способ предполагает дополнительный расход металла, он сложен и не слишком точен. Второй способ требует точного выведение фундамента до нужно уровня, что временами сделать крайне сложно. Именно поэтому для установки тяжелый колонн часто используют именно третий способ, который позволяет осуществить жесткое крепление стальных колонн к фундаменту.

После замоноличивания колонн производится крепление анкерными болтами для придания колоннам дополнительной устойчивости.

Материалы для крепления колонн к фундаменту

Компания «Гидрозо» представила состав идеально подходящий для крепления колонн в фундамент. Стармекс ФМ7 (Starmex FM7) выделяется своими уникальными свойствами среди большинства аналогов.

В первую очередь стоит отметить его высокую прочность и отличную адгезию к основанию, которая позволяет составу становится единым целым с основанием.

В Стармекс ФМ7 (Starmex FM7) нет металлических частиц и хлоридов, что позволяет без ограничений использовать его вместе с металлическими колоннами. Он водонепроницаем и огнеупорен.

Для металлических колонн весьма актуален вопрос их защиты от ржавчины. Для его решения мы рекомендуем применять состав Маногард Фер 133.

Его особенностью является создание специального защитного слоя, который надежно предохраняет металл от образования коррозии, улучшает адгезию с большинством наносимых после его применения материалов и способен успешно противостоять воздействию кислот и щелочей.

Малейшие просчеты и недобросовестность при креплении колонн к фундаменту могут привести к весьма серьезным последствиям. Проблемы могут возникнуть и при неудачном выборе материалов. Для своих клиентов мы рекомендуем только лучшие варианты, которые наши специалисты уже неоднократно испытали и получили на выходе весьма впечатляющие результаты.

Монтаж металлических конструкций: особенности соединений, оборудование, стоимость

2016-01-21

Монтаж колонн с последующим их креплением к фундаменту крайне важный элемент строительных работ. Любые допущенные на данном этапе ошибки могут привести к серьезным последствиям в будущем. О том как правильно устанавливать колоны и какие материалы использовать читайте в данном материале.

Для каркасно-панельных строений качество установки колонн может сыграть решающую роль в долговечности и надежности конструкций. Особенно важно верно установить колонны первого этажа и крепление колонны в фундамент.

Монтаж колонн

Большинство металлических колонн размещается на сплошном фундаменте из бетона. Кода они готовятся к монтажу, на них наносят отметки, обозначающие продольную ось и верх фундамента. При установке колонны удерживают одним из таких способов:

• При помощи анкерных болтов, которые заделаны в фундамент. После того, как колонна выверена по двум перпендикулярным осям, места соединения заливаются цементным раствором.
• Напрямую фундаментной поверхностью, которая возводится до отметки фрезерованной подошвы у колонны. В этом случае цементный раствор дополнительно не подливается.
• С использованием стальных опорных листов. У них верхняя поверхность строгается. Заливка цементного раствора выполняется при необходимости.

Для удержания колонн с широкими башмаками и высотой до 10 м достаточно использовать одни только анкерные болты. Колонны с большей высотой и узкими башмаками необходимо также поддерживать расчалками в той плоскости, где жесткость конструкции минимальна.

• Крепление расчалок выполняется в верхней части колонны до того, как она будет поднята и размещена.
• Другой конец расчалок крепится к якорям или элементам фундамента, расположенных неподалеку.
• После того, как расчалки полноценно натянуты, стропы с колонны можно убирать.
• Полностью снимать расчалки разрешается только после того, как колонна закреплена при помощи постоянных элементов. Обеспечить устойчивость колонне можно подкрановыми балками или связями, которые размещаются после монтажа первых двух колонн, соединенной подкрановой балкой.

Когда выполняется монтаж колонн, размещаемых на фундаменте, то в ходе процесса их крепят анкерными болтами. Любые металлические прокладки, подкладываемые под основание, обязательно привариваются. В свою очередь, колонны, на верхних ярусах также скрепляются болтами или сваркой. На это соединение приходится высокая нагрузка, поэтому его прочность тщательно просчитывается при проектировании.

крепление металлических колонн при помощи анкерных болтов

Монтаж элементов металлических конструкций с помощью выверки достаточно трудоемкий и длительный по времени. Поэтому в последнее время все больше используется способ монтажа, который не требует выверки. Такой метод позволяет, как улучшить качество конструкции, так и сократить сроки, требуемые для возведения здания.

Безвыверочный монтаж требует подготовки металлоконструкции в процессе изготовки и непосредственно на стройплощадке. Чтобы увеличить точность конструкции, используются следующие технологические приемы:

• Раздельное изготовление башмака и опорной плиты;
• Фрезерование торцов двух ветвей колонн;
• Строгание опорных плит;
• Наличие 4 приваренных планок на опорной плите с нарезанными отверстиями для размещения болтов;
• Наличие осевых рисок на ветвях колонн.

Когда монтаж производится без выверки, то колонны опирают на стальные плиты. В таком варианте фундамент изначально бетонируется ниже проектного значения на 50-60 мм, а после установки плиты его заливают цементным раствором.

Опорная плита размещается при помощи регулировочных болтов на опорных планках, которые бетонируются полностью в фундамент заподлицо, по аналогии с закладными деталями. Опорная поверхность плиты выставляется гайками таким образом, чтобы разница фактической отметки от проектного положения составляла не более 1,5 мм.

Когда ведется установка колонны, то осевые риски, нанесенные на ветвях, совмещаются с рисками на опорных плитах. Это обеспечивает достаточную точность размещения, после чего колонну крепят анкерными болтами.

В этом случае не требуется дополнительно выверять колонну по высоте или осям. После того, как установлены расчалки, на колонны можно монтировать подкрановые балки. Когда подкрановые балки совмещены по осевым рискам с колоннами, их не требуется дополнительно выверять.

После закрепления балок с колонн снимаются расчалки.

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.

Монтаж подкрановых балок

Данные балки устанавливаются после монтажа пары колонн. Во время подъема балка удерживается при помощи двух оттяжек. Для приема её на высоте монтажники располагаются на подмостках, площадках и монтажных лестницах.

Задача рабочих – удержать балку от касания с установленными ранее элементами конструкции и придать ей нужное положение. Для контроля над спуском балки имеются риски на консоли. Для устранения вертикального отклонения используются стальные подкладки, размещаемые под балкой.

Для временного крепления балки используются анкерные болты.

монтаж подкрановых балок

Если производится монтаж подкрановых балок на колонны с фрезерованными подошвами, фундамент которых забетонирован до проектного значения, или колонны на строганных металлических плитах, то достаточно выверить положение балок по главной оси.

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.

Монтаж ферм

Перед установкой ферму необходимо подготовить – собрать, обустроить лестницами и расчалками. Её разворот поперёк пролета выполняется за счет расчалок. Для временного крепления также используются расчалки, а еще распорки, оттяжки и кондуктора. Ферма выверяется по осевым рискам, которые находятся на торцах.

Для подъема ферм используют траверсы одного или двух кранов, это зависит от массы и размеров поднимаемой конструкции. Их строповка производится исключительно в узлах верхнего пояса, иначе в стержнях могут возникнуть значительные изгибающие усилия.

Обычно строповка выполняется в 4 точках при помощи траверс, снабженными полуавтоматическими захватами с дистанционным управлением.

Если в процессе монтажа элементы конструкции испытывают значительные нагрузки, то их усиливают стальными трубами или пластинами из дерева.

Первая ферма, поднимаемая краном, разворачивается оттяжками в требуемое положение так, чтобы до верха колонн оставалось 0,5-0,7 м. Ферму опускают на монтажные столики, находящиеся на колоннах. Временное крепление производится болтами, после чего её положение выверяется и конструкция крепится окончательно. Для защиты от раскачивания ферма во время подъема удерживается 4мя гибкими оттяжками.

Последующая работа по монтажу металлоконструкций этого типа проводится аналогично. Вторую установленную ферму соединяют с первой с использованием прогонов, распорок и связей. Там образуется жесткая пространственная конструкция. Фермы соседних рядов соединяются болтами для повышения жесткости.

Монтаж настила

Промышленные здания со стальным или железобетонным каркасом зачастую обшиваются стальным профилированным настилом. Это способствует уменьшению массы строения. Высокую эффективность показывают профилированные панели, снабженные утеплителем. Они позволяют значительно экономить тепло, что достаточно важно в климатических условиях нашей страны.

Для настила используют листы из нержавеющей стали, которая дополнительно покрыта антикоррозионным составом. Применяют листы длиной 3-12 м, шириной 0,86-0,85 м и толщиной 0,8-1 мм. Длина листов обычно кратна 3 м и выбирается при проектировании в зависимости от расположения прогонов ферм. Стандартная высота продольных гофр – 60-80 мм.

Перед установкой листы соединяются в карты, так как монтировать листы отдельно весьма трудоемко, учитывая то, что все работы необходимо вести на высоте. Сборка выполняется на горизонтальных стендах, на которых имеются уголки по размерам карт.

Соединение листов выполняется при помощи заклепок или точечной сваркой. Если используются заклепки, то отверстия в разложенных листах просверливаются вручную. Расстояние между отверстиями прописывается в проекте и обычно составляет 50-60 мм.

В полученные отверстия помещаются заклепки, после обработки которых получается единая карта требуемого размера.

Строповка выполняется согласно схеме, в зависимости от размеров карты. Настил укладывается на прогоны или блоки перекрытия. Прогоны размещаются на узлах ферм, а, если фермы создаются из прямоугольных профилей замкнутого строения, то прямо на верхние пояса ферм. Размещение карт из профилированных листов выполняется с использованием рисок, отмечающих место укладки.

Для крепления к прогонам требуется оборудование для монтажа металлоконструкций, которое позволяет быстро соединить их с листами при помощи дюбелей или электрозаклепок. Наиболее распространено крепление гайковертом, который затягивается винты диаметром 6 мм с пластмассовыми или стальными шайбами под головкой.

Соединение металлоконструкций сваркой

Большая часть монтажных соединений выполняется при помощи сварки, меньшая – болтами, еще реже используются заклепки. Это оказывает виляние на стоимость монтажа металлоконструкций – сварные соединения наиболее дешевые.

Соединение заклепками наиболее трудоемкое, однако, в некоторых случаях необходимо использовать только его.

Примером может быть здание кузнечнопрессового цеха, для создания несущей металлоконструкции которого нельзя применять болты или сварку – от постоянной вибрации, создаваемой кузнечным оборудованием, эти соединения неизбежно разрушатся.

  Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах

Сварку используют, когда требуется жесткое соединение конструкций, с плотным прилеганием элементом и водо- и газонепроницаемым швом.

Только таким способом соединяют листовые конструкции в кожухах доменных и термических печей, резервуарах, пылеуловителях и газгольдерах. Среди опорных конструкций сварное соединение используют для стыков колонн с подкрановыми балками и стропильными фермами.

Элементы стальных конструкций можно сваривать с элементами железобетонных. В таких случаях профили привариваются к закладным деталям.

https://www.youtube.com/watch?v=Ktic1We6NBs\u0026t=120s

Для получения качественного шва свариваемые детали плотно прижимаются друг к другу. В основном для этого используются грубые монтажные болты. В некоторых случаях для создания соединения используются дополнительные металлические стыковочные накладки.

Колонны, высота которых превышает 18 м, для транспортировки разделяются на отправочные элементы, размеры которых зависят от средств, используемых для транспортировки. Для монтажа части колонн собираются в единое целое.

Стыки колонн при возведении одноэтажных зданий промышленного назначения обычно выполняются в части над краном, выше подкрановых балок. Торцы основной и надкрановой частей колонн, обработанные фрезерованием, стыкуются и свариваются по контуру стыка.

Чтобы повысить жесткость соединения, используют стыковые листовые накладки.

Для монтажа подкрановых балок их опирают на соответствующие плиты колонн и соединяют сначала болтами, а затем заваривают. Дополнительные крепление балки производится к надкрановой части колонны при помощи тормозных конструкций. Они также первоначально присоединяются болтами и привариваются протяженным швом. Соединение ферм с колоннами выполняется аналогично.

Когда выполняется монтаж зданий из металлоконструкций, то большую важность имеет качество выполняемых сварных швов.

Они проверяются внешним осмотром, которым можно определить отклонения от геометрических размеров, порезы, непровар или крупные поры.

Поверхность шва должна быть гладкая или в мелких чешуйках, а наплавленный материал – одинаковую плотность. Допустимые размеры отклонений и дефектов указаны в нормативных документах.

Соединение металлоконструкций болтами

Болтовые соединения могут выполняться болтами различной точности в зависимости от назначения соединений и воспринимаемых им нагрузок. В основном используются крепежные изделия нормальной и повышенной точности. Для соединений, которые подвергаются нагрузке на срез, запрещено использовать болты нормальной и грубой точности.

Отверстия под болты высверливают или продавливают таким образом, чтобы диаметр отверстия превышал внешний диаметр болта на 2-3 мм. Это упрощает сборку, однако делает их менее стойкими к деформациям.

По этой причине болты, относящиеся к грубым и нормальным по классу точности, используются только тогда, когда один элемент непосредственно опирается на другой.

Примеры – соединения на опорных столиках, планках и фланцах.

Соединения, в которых используются болты повышенной точности, являются альтернативой заклепочным соединениям в труднодоступных местах. Для таких соединений диаметр отверстий выполняется больше диаметра болта на величину до 0,3 мм. При соблюдении этого требования болты сидят в отверстиях весьма плотно и хорошо выдерживают сдвигающую нагрузку.

Высокопрочные болты являются наиболее эффективными крепежными элементами. В них сочетается высокая несущая способность со значительной устойчивостью к деформациям. Такие болты могут использовать вместо заклепок практически во всех соединениях. Затяжка гаек для таких болтов производится ключами с храповым механизмом, что позволяет контролировать усилие затяжки.

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.