Какие стальные колонны используют в каркасах зданий при небольших нагрузках и высотах
Стальные каркасы применяются при строительстве крупных цехов с большими пролетами, главным образом, в тяжелой промышленности и имеют конструктивную схему, аналогичную железобетонным. В настоящее время нашей промышленностью освоены экономичные виды стального проката, применение которых в промышленном строительстве способствует снижению массы зданий и обеспечивает индустриализацию строительства.
Особенно рациональны стальные каркасы для промышленных зданий, возводимых в труднодоступных районах или при значительном удалении объектов строительства от производственных баз, что определяется относительно малой массой стальных конструкций.
Необходимо отметить, что применение стальных конструкций позволяет сократить сроки возведения зданий, а это предопределяет не только удешевление строительства, но и быстрейшее введение в эксплуатацию производственных мощностей.
Стальной каркас одноэтажных зданий состоит из тех же элементов, что и железобетонный.
В стальных колоннах различают: верхнюю часть - оголовок, на который опираются вышележащие конструкции; стержень - основную часть колонны, передающую нагрузку сверху вниз; базу (башмак) - нижнюю часть колонны, передающую нагрузку от стержня на фундамент.
Стальные колонны по конструкции бывают сплошные и сквозные (рис. 83). Сплошные колонны применяют, как правило, при больших нагрузках и небольших высотах. Наиболее простая сплошная колонна получается из одного прокатного двутавра. Недостатком ее является относительно небольшая боковая жесткость. Наиболее распространены составные двутавровые сечения из прокатных профилей или листов, сваренных между собой по всей высоте. Сквозные (решетчатые) колонны применяют при больших высотах здания. Состоят они из отдельных ветвей, соединенных раскосами или планками.
Стальные колонны могут быть постоянного сечения (рис. 83,а), ступенчатые (рис. 83,6) и раздельного типа (рис. 83, в).
Рис. 83. Типы стальных колонн: а - постоянного сечения; б -ступенчатая; в -раздельная
В колоннах постоянного сечения нагрузку от мостовых кранов передают на стержень колонны посредством консолей, на которые опираются подкрановые балки. Такие колонны применяют при кранах грузоподъемностью до 20 т.
Ступенчатые колонны наиболее распространены. Подкрановая часть таких колонн состоит из двух ветвей, соединенных решеткой, а надколонник - из одной ветви. В средних колоннах обе ветви подкраной части проектируются из двутавров, в крайних - наружная ветвь для удобства сопряжения со стеной состоит из швеллера или двух уголков, соединенных листом.
Стальные колонны крепятся к фундаменту с помощью башмака (рис. 84). Основной частью каждого башмака является стальная строганая плита (опорный лист) толщиной 40. 75 мм, на которую фрезерованным торцом опирается колонна. В сильно нагруженных колоннах для равномерной передачи давления на опорную плиту устанавливают траверсы и ребра.
Рис. 84. Базы стальных колонн а - шарнирная; б - жесткая
Башмак крепят к фундаменту анкерными болтами. Верхнюю плоскость фундамента располагают так, чтобы башмаки не выступали выше уровня пола и не мешали передвижению по цеху. Башмаки и нижние части колонн, соприкасающиеся с землей, во избежание коррозии покрывают бетоном.
Для опирания наружных стен между фундаментами укладывают, как и при железобетонном каркасе, фундаментные балки.
Ю. М. Соловей Основы строительного дела. - М.: Стройиздат, 1989г. - 429с.
Промышленное и гражданское строительство ПГС
Стальные колонны одноэтажных зданий имеют постоянное и переменное сечения по высоте. Кроме того, колонны делят на сплошного, сквозного и смешанного типов сечений. В смешанном типе колонн надкрановая часть имеет сплошное сечение (в виде одного профиля), а подкрановая – сквозное (в виде двух профилей, соединенных решеткой).
В зданиях бескрановых и с кранами грузоподъемностью до 200 кН высотой до 8.4 м применяют стальные унифицированные колонны постоянного сечения из сварных двутавров с высотой стенки 400 и 630 мм. В бескрановых зданиях высотой Н = 9.6 – 18 м используют колонны двухветвевые.
В зданиях высотой 10.8 – 18.0 м, оборудованных кранами грузоподъемностью до 500 кН используют унифицированные двухветвевые колонны ступенчатого очертания, состоящие из двух частей: подкрановой (решетчатой) и надкрановой (из сварного двутавра).
Для зданий, имеющих высоту более 18 м и оборудованных кранами грузоподъемностью 750 кН и более, стальные колонны проектируют индивидуально.
1. При ширине сечения до 400 мм – наружная и подкрановая ветви из прокатных швеллера и двутавра, соответственно;
2. При ширине сечения 400 – 600 мм – наружная ветвь из гнутого швеллера, подкрановая – из прокатного двутавра;
Надкрановая часть колонны проектируется из сварного двутавра с высотой стенки 400 мм в крайних и 710 мм – в средних колоннах.
Для соединения ветвей сквозных колонн применяют решетки различного очертания: треугольные, раскосные, крестовые и полукрестовые. Решетку устраивают двухплоскостной, из прокатных уголков. Для восприятия действующих в горизонтальной плоскости моментов решетка усиливается диафрагмами, расположенными через четыре раскоса по высоте.
Решетчатая часть колонны завершается одноплоскостной траверсой, соединяющей ее ветви с надкрановой частью, которая выполняется из сварного двутавра.
Сплошные колонны применяют при центральном сжатии или при малых эксцентриситетах продольной силы. Чаще используют колонны сквозного сечения, требующие меньшего расхода металла, хотя они и более трудоемки в изготовлении.
В зданиях с кранами тяжелого режима работы и при их двухъярусном расположении, а также при пролетах, со стороны которых предусматривают расширение цеха целесообразно применять раздельные колонны, позволяющие усиливать подкрановую ветвь (например, при увеличении грузоподъемности крана), не нарушая конструкции покрытия.
В нижней части стальных колонн предусматривают стальные базы (башмаки) для увеличения площади опирания колонны и сопряжения ее с фундаментом. Конструкция базы определяется типом колонн (сплошные, сквозные или раздельные), величиной и характером нагрузки (центрально нагруженная, внецентренно нагруженная), а также способом опирания колонн (шарнирное, жесткое).
Базы центрально сжатых колонн рекомендуется устраивать из одной плиты или из плиты, усиленной ребрами жесткости.
Для увеличения ширины стержня колонны и усиления плиты базы устанавливают поперечные траверсы из листов. Траверсы воспринимают нагрузку от стержня колонны и передают ее на опорную плиту.
Базы внецентренно сжатых колонн при небольших изгибающих моментах делают такими же, как и базы центрально сжатых колонн.
При малых расстояниях между ветвями и необходимости увеличения плеча анкерных болтов в сквозных колоннах допускается применять общую базу на обе ветви. В большинстве случаев для внецентренно сжатых сквозных колонн устраивают раздельные базы (под каждую ветвь отдельную базу по типу баз центрально сжатых колонн.
Стальные колонны опирают на железобетонные фундаменты через слой цементно-песчаной стяжки. Базы колонн крепят к фундаментам анкерными болтами, закладываемыми в фундаменты при их изготовлении.
Для защиты от коррозии подпольную часть колонн вместе с базой покрывают слоем бетона. Стены, как и в железобетонном каркасе, опирают на фундаментные балки, уложенные на уступы фундаментов.
Металлические конструкции. Колонны. Основы расчета и конструирования
Металлические конструкции применяются в инженерных сооружениях в виде стержневых или сплошных систем: в одноэтажных и многоэтажных производственных зданиях; большепролетных покрытиях различных систем зданий и сооружений (спортивные сооружения, крытые рынки, театры, выставочные павильоны, ангары, судостроительные эллинги, авиасборочные цехи и др.); мостах и эстакадах; высотных сооружениях (телевизионные башни, мачты, опоры воздушных линий электропередачи, вытяжные башни, нефтяные вышки, дымовые и вентиляционные трубы, промышленные этажерки, геодезические вышки, надшахтные копры и многие другие сооружения); каркасах гражданских многоэтажных зданий; крановых и других подвижных конструкциях (мостовые, башенные и козловые краны, краны-перегружатели, крупные экскаваторы, затворы и ворота гидротехнических сооружений);листовых конструкциях (резервуары различного назначения, газгольдеры, бункеры, силосы, трубопроводы большого диаметра, конструкции доменного и химического производств); конструкции уникального назначения (радиотелескопы, антенны космической связи).
Эксплуатационныекачестваметаллоконструкций:+:Надежность;Легкость;Непроницаемость;Индустриальность;Ремонтопригодность.Сохраняемость материального фонда;-:Коррозия;Низкая огнестойкость.
Колонны.Колонны служат для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундамент на грунт. В зависимости от того как приложена нагрузка на колонну различают центрально-сжатые, внецентренно-сжатые и сжато-изгибаемые колонны. Центрально-сжатые колонны работают на продольную силу, приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие ее поперечного сечения. Внецентренно-сжатые колонны и сжато-изгибаемые колонны, кроме осевого сжатия от продольной силы, работают также на изгиб от момента.
Колонны состоят из трех основных частей: стержня, являющегося основным несущим элементом колонны; оголовка, служащего опорой для вышележащих конструкций и закрепления их на колонне; базы, распределяющей сосредоточенную нагрузку от колонны по поверхности фундамента, обеспечивающей прикрепление с помощью анкерных болтов.
Колонны различаются: по типу – постоянного и переменного по высоте сечений; по конструкции сечения стержня – сплошные (сплошностенчатые) и сквозные (решетчатые).
Внецентренно сжатой колонной считается колонна, в расчетном сечении которой действуют продольная сила N и изгибающий момент М. Такие колонны широко применяют в каркасах производственных зданий (с крановыми нагрузками и без них).
В зависимости от конструктивного решения стержня различают три типа внецентренно сжатых колонн производственных зданий.-постоянного по высоте сечения с консолью для подкрановой балки, применяемые при высоте до нижнего пояса фермы не более 12 м, и грузоподъемностью мостовых кранов не более 20 т;-переменного по высоте сечения (ступенчатые) сплошные и сквозные широко применяемые в каркасах промышленных зданий при большей градации грузоподъемности мостовых кранов (более 20 т). -раздельного типа, применяемые в цехах с тяжелым режимом работы при грузоподъемности кранов более 150 т и сравнительно небольшой высоте (до 20 м).
Колонны каркаса
Для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок в промышленных зданиях предусматривают отдельные опоры - колонны. Вид колонн основного каркаса зависит от выбранного материала каркаса, габаритов пролетов и грузоподъемности мостовых кранов. Разработаны типовые конструкции сборных железобетонных колонн для зданий без мостовых кранов высотой от 3 до 14,4 м и для зданий с мостовыми кранами (прямоугольного сечения –при высоте от 8,4 до 10,8 м, двухветвевые – при высоте от 10,8 до 18 м).
В современном индустриальном строительстве применяют преимущественно сборные железобетонные колонны заводского изготовления прямоугольного или квадратного сечения. Размеры сборных железобетонных колонны унифицированы по сечению, форме и длине и соответствуют установленным унифицированным высотам производственных зданий. Сборные железобетонные колонны применяют для зданий с мостовыми кранами и без них. Для бескрановых зданий высотой до 10800 мм применяют колонны прямоугольного сечения (см. схему ниже) размером 400х400 и 500х500 мм для крайних колонн, 400х600 и 500х600 мм - для средних.
а – для бескрановых; б – с кранами; в – двухветвевые колонны для крановых пролетов; 1 – колонна крайнего ряда; 2 – то же, среднего ряда.
Рисунок 13.1 – Сборные железобетонные колонны
Для каркасов зданий, оборудованных мостовыми кранами, применяют колонны прямоугольного и двухветвевого сечений. Они состоят из двух частей: надкрановой (h 0) и подкрановой (h). Надкрановая часть – надколонник – служит для опирания несущей конструкции покрытия. Подкрановая часть передает нагрузку на фундамент от надколонника, а также от подкрановых балок, которые опираются на выступы консоли колонны. Крайние колонны крановых пролетов имеют односторонний выступ – консоль, средние - двусторонние консоли.
Стальные колонны могут быть сплошного и сквозного типов с постоянным и переменным по высоте сечением. Колонны сплошного постоянного сечения из сварного широкополочного двутавра используют в зданиях без мостовых кранов высотой до 8,4 м, а также в зданиях с мостовыми кранами Q £ 20 т высотой 8,4 - 9,6 м. В остальных случаях применяют двухветвевые колонны с нижней решетчатой и верхней сплошной частями.
Подкрановые балки. Они предназначены для опирания рельсовых путей, по которым передвигаются мостовые краны. Их изготавливают из железобетона и реже из стали. По конструктивному решению подкрановые балки бывают нескольких типов (см. схему ниже): таврового сечения с обычным армированием, таврово-трапецеидального сечения напряженно-армированные.
Подкрановые балки таврового сечения с обычным армированием предназначаются под краны грузоподъемностью не свыше 5 т, балки таврово-трапецеидального сечения - для кранов грузоподъемностью 6,0 . 30,0 т, двутаврового сечения - для кранов 30 . 50 т. Длина балок 6000 и 12000 мм, высота 1000 . 1400 мм. Подкрановые балки изготовляют из бетона классов В3 . В50, армируют их высокопрочной прядевой или стержневой арматурой класса А-III. В балках предусмотрены закладные детали для крепления их к колоннам, а также крепления к ним рельсов и токопроводящих шин.
Обвязочные железобетонные балки. Обвязочные балки служат для опирания кирпичных и мелкоблочных стен в местах перепада высот смежных пролетов, а также для повышения прочности и устойчивости высоких самонесущих стен.
Стены второго и последующего ярусов - навесные (нагрузки от них передаются на колонны, тогда как первый ярус стены, опирающийся на фундаментную балку, является самонесущим. Обвязочные балки обычно располагают над оконными проемами, и они выполняют функции перемычек. Такие балки имеют прямоугольное сечение со стороной 585 мм, ширина их 200, 250 и 380 мм, длина 5950 мм. Изготавливают обвязочные балки из бетона В15 (С12/15) и армируют сварными каркасами с рабочей арматурой из стали класса А-Ш (S400).
Рисунок 4.16 – Виды обвязочных балок
Балки укладывают на стальные опорные столики-консоли со скрытым ребром жесткости и крепят к колоннам стальными планками (рисунок 4.17).
Читайте также: