Металлические колонны в Дубае: изготовление, типы, монтаж
Металлическая колонна — это вертикальная опора, которая принимает нагрузку от перекрытий, балок, ферм и кровли и передаёт её на фундамент. В отличие от железобетонной колонны, металлическая легче, монтируется быстрее и позволяет изменять сечение по высоте здания. В Дубае металлические колонны используются в каркасах промышленных цехов, складских комплексов, торговых центров, офисных зданий, ангаров, эстакад и мостов. Колонна несёт не только несущую функцию, но и эстетическую — открытые стальные опоры становятся частью архитектурного решения в стиле лофт и хай-тек.
Типы металлических колонн
По назначению колонны делятся на основные и вспомогательные. Основные колонны принимают нагрузку от всего здания — на них крепятся балки, фермы и перекрытия. Вспомогательные колонны, называемые фахверковыми, служат для усиления жёсткости каркаса и крепления стеновых панелей. Они не несут вертикальной нагрузки от перекрытий, только ветровую и собственную.
По типу сечения колонны бывают сплошными и сквозными. Сплошные колонны имеют цельное сечение в виде двутавра, трубы или прямоугольного профиля. Сквозные колонны состоят из двух или трёх ветвей, соединённых между собой планками или решёткой. Сквозные колонны легче при той же несущей способности, но сложнее в изготовлении.
По форме сечения выделяют три основных вида. Двутавровые колонны с сечением в форме буквы Н — самый распространённый тип для каркасов зданий. Прямоугольные колонны из труб или сварных коробок используются там, где важна эстетика и скрытое размещение коммуникаций внутри. Круглые колонны из труб применяются для лёгких навесов, опор освещения и декоративных элементов.
По изменению сечения по высоте колонны бывают постоянного сечения и ступенчатые. Колонны постоянного сечения подходят для зданий высотой до десяти метров и нагрузкой до двадцати тонн. Ступенчатые колонны имеют разное сечение в верхней и нижней части — они используются для зданий выше десяти метров и нагрузкой более двадцати тонн. Ступенчатая форма даёт повышенную устойчивость на изгиб при работе кранового оборудования.
По принципу работы колонны делятся на центрально-сжатые и внецентренно-сжатые. Центрально-сжатые колонны принимают нагрузку строго по оси. Внецентренно-сжатые колонны работают под нагрузкой, приложенной с отклонением от оси — такая ситуация возникает при креплении крановых путей или односторонних перекрытий.
Конструкция колонны
Колонна состоит из трёх основных элементов. Стержень — это вертикальное тело колонны, которое передаёт нагрузку от верха к низу. Стержень постоянно работает на сжатие, реже на сжатие с изгибом. Оголовок — верхняя часть колонны, на которую опираются балки, фермы или перекрытия. Оголовок может быть шарнирным или жёстким в зависимости от типа соединения с вышележащими конструкциями. База — нижняя часть колонны, которая передаёт нагрузку на фундамент. База делается расширенной, чтобы распределить давление на бетон. Крепление базы к фундаменту — анкерными болтами.
Из чего делают колонны
Для сплошных колонн используется горячекатаный двутавр с шириной полки от ста до четырёхсот миллиметров и высотой сечения от двухсот до восьмисот миллиметров. Для лёгких колонн — квадратная профильная труба со стороной от восьмидесяти до двухсот миллиметров с толщиной стенки от четырёх до десяти миллиметров. Для сквозных колонн ветви делаются из швеллера или уголка, а соединительная решётка — из уголка меньшего размера. Все стальные элементы после изготовления проходят пескоструйную очистку, грунтовку и порошковое покрытие. Для колонн, работающих на улице или в условиях высокой влажности в Дубае, предлагается горячее цинкование.
Как проектируют колонны
Проектирование начинается с трёх цифр: высота колонны, нагрузка на неё в тоннах и тип крепления к фундаменту и к балкам. На основе этих данных инженер подбирает сечение стержня. Чем выше колонна, тем большего сечения требуется двутавр при той же нагрузке, потому что растёт риск потери устойчивости. Чем больше нагрузка, тем толще должны быть стенка и полки. После подбора сечения рассчитывается база: размеры опорной плиты, количество и диаметр анкерных болтов, наличие рёбер жёсткости между плитой и стержнем. Для внецентренно-сжатых колонн в расчёт добавляется момент от крановой нагрузки или одностороннего перекрытия. Все расчёты выполняются с учётом собственного веса колонны, временной нагрузки от здания и ветрового давления по карте Дубая.
Как изготавливают колонны
Раскрой. Двутавр, труба или швеллер режутся на ленточной пиле или плазменном станке по размерам из чертежа. Допуск по длине — плюс-минус один миллиметр. Торцы фрезеруются для плотного прилегания оголовка и базы.
Подготовка деталей. Опорная плита базы вырезается из листового металла толщиной от двадцати до пятидесяти миллиметров. В плите сверлятся отверстия под анкерные болты. Рёбра жёсткости между плитой и стержнем режутся из листа толщиной от десяти до двадцати миллиметров. Оголовок изготавливается из листа и рёбер или из отрезка широкополочного двутавра.
Сборка и сварка. Стержень устанавливается на сборочный стенд вертикально. К нижнему торцу приваривается база с рёбрами жёсткости. К верхнему торцу приваривается оголовок. Все швы выполняются полуавтоматом в среде углекислого газа. Швы на стыке стержня с базой и оголовком — двухсторонние, сплошные по периметру.
Контроль качества. Каждый сварной шов проходит визуальный контроль на отсутствие трещин, пор и непроваров. Швы на базе и оголовке проверяются ультразвуком. Готовая колонна проверяется на вертикальность на стенде. Отклонение от перпендикулярности базы к оси стержня — не более одного миллиметра на метр высоты.
Антикоррозийная обработка. Готовая колонна очищается пескоструйным методом до чистого металла. Затем наносится грунтовка в один слой и порошковая краска. Общая толщина покрытия — от восьмидесяти до ста микрон. Для колонн на открытых площадках или в зонах с высокой влажностью — горячее цинкование погружением.
Монтаж колонн
Монтаж начинается с приёмки фундаментов. На фундаменте должны быть выставлены разбивочные оси и установлены анкерные болты. Резьба болтов очищается от бетона и смазывается. Опорная плита колонны очищается от грязи и ржавчины. Колонна подаётся к месту монтажа краном. Строповка выполняется за оголовок или за специальные монтажные петли. При подъёме колонну удерживают от раскачивания двумя оттяжками. Колонна наводится на анкерные болты и опускается на фундамент. База садится на гайки предварительной выверки. Колонна выравнивается по вертикали с помощью теодолита или лазерного уровня. Отклонение от вертикали не должно превышать двух миллиметров на всю высоту. После выверки гайки затягиваются, под базу подливается цементный раствор для полного контакта с фундаментом. Затем монтируются связи между колоннами для жёсткости каркаса, и только после этого на колонны устанавливаются балки и фермы.
