Применение колонн в строительстве

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.

Источник

Классификация типов колонн и области их применения

Колонны, одни из основных элементов каркаса производственного здания и других конструктивных комплексов, могут быть цен­трально- и внецентренно сжатыми (зависит от способа их загруже­ния). Центрально-сжатые колонны применяются для поддержания междуэтажных перекрытий и покрытий зданий, в рабочих площад­ках, путепроводах, эстакадах и т. п. Внецентренно сжатые колонны устраивают в каркасах производственных зданий.

Колонны состоят из следующих основных элементов (рисунок ниже): стержень (ствол) 4 — основной несущий элемент; оголовок 5, на который опирается вышележащая конструкция, нагружающая ко­лонну; база 3, передающая давление от стержня на фундамент 2 и закрепляющая колонну в фундаменте.

В бескрановых зданиях и зданиях, оборудованных подвесными кранами, колонны имеют постоянное по высоте сечение (рисунок ниже). При использовании в производственных зданиях мостовых кранов от­носительно небольшой грузоподъемности (до 15 т) также применяют колонны постоянного сечения, причем нагрузка от кранов передается на стержень колонны через консоли, на которые опираются подкрано­вые балки (рисунок ниже). При мостовых кранах значительной грузоподъ­емности устраивают ступенчатые колонны (рисунок ниже), в которых подкрановые балки опираются на уступ нижнего участка колонны и располагаются по оси подкрановой ветви.

Конструкция торцевого фахверка

Типы колонн

а — сплошная постоянного сечения; б, в — то же, сквозные; г — сплошная постоянного сечения с консолью для подкрановой балки; д — сквозная ступенчатая для крайнего ряда; е — то же, для среднего ряда; 1 — расчетная схема; 2 — фундамент; 3 — база; 4 — стержень; 5 — оголовок

По конструкции колонны могут быть сплошного (рисунок выше) или сквозного сечения (рисунок выше). Преимущество сквозных колонн перед сплошными заключается в том, что, назначая соответствующее рас­стояние между ветвями, можно получить колонну, равноустойчивую относительно обеих главных осей как при одинаковых расчетных (приведенных) длинах l_Х= l_У, так и при резко различных. Это обеспе­чивает более эффективное использование материала ветвей и, соот­ветственно, меньший вес сквозных колонн. Однако изготовление сквозных колонн более сложно, трудоемко и поэтому дороже.

Составные стержни (сплошные и сквозные), аналогичные по конструкции и работе колоннам, также используют в гидротехни­ческих затворах, для мачт, стрел, башенных опор, в качестве эле­ментов тяжелых решетчатых ферм.

Источник

Колонны, как архитектурный элемент

Многие архитектурные стили невозможно представить без такого строительного элемента, как колонна. С практической точки зрения колоннада используется в качестве основы каркаса и вертикальной опоры, на которую укладываются вышерасположенные части строения. С точки зрения эстетики – такие элементы обеспечивают визуальную связь между кровлей и основанием здания, а во многих случаях является триумфальным украшением, на которых, например, можно расположить статуи. Способность колонн выдерживать определенные нагрузки рассчитывается архитекторами еще на стадии проектирования здания согласно свойствам материалов изготовления.

Архаический период развития архитектуры

Колонны при строительстве зданий стали использовать в начале развития человеческой цивилизации. Первые колоннады изготавливались из древесины и представляли собой столбы для поддержки навесов. Чтобы деревянные столбы не проседали, их основания закреплялись каменными глыбами. На верхнюю опорную часть укладывалась доска или плита, которые можно считать прототипами баз и капителей, являющихся основными элементами современных архитектурных колонн.

Вне зависимости от течения времени и появления новых архитектурных стилей со своими правилами, модернизациями, революционными новшествами конструкции колоннад принципиальным изменениям не подверглись и сохранили свои основные части:

· База: нижняя часть, которая переносит нагрузки на основание;

· Капитель: верхняя часть, помогает распределить нагрузки с вышерасположенных элементов строения, но не является обязательной.

Первые колоннады появились при строительстве храмов древних ассирийцев, египтян и шумеров около 2 тысяч лет до нашей эры. Но наибольшее архитектурное распространение и доведение до совершенных форм совпало с периодом расцвета искусства и культуры древней Греции. Именно тогда древнегреческими мастерами были заложены три основных принципа (или ордера) строения колонных систем: ионический, дорический, коринфский, которые среди современных архитекторов негласно считаются художественным языком античности.

Позднее древние римляне, которые использовали в строительстве греческие принципы создания колонных систем, добавили от себя еще два ордера. Первый – строгий тосканский, был частично позаимствован у этрусков. Второй ордер является композитным, потому что объединяет в себе лучшие черты коринфского и ионического ордеров и считается по-настоящему роскошным.

Характерные черты колонн в архитектуре разных стран

Эталоном совершенной и прекрасной со всех точек зрения архитектуры принято считать древнегреческую и древнеримскую архитектуру. На какое-то время она была забыта, но мастера Эпохи Возрождения восстановили в своих творениях характерные формы и принципы античных ордеров. Гораздо позже к ним вернулся классицизм.

Если древнегреческие зодчие использовали колоннады исключительно в практических целях в качестве красивых опор для кровельной части строения, до мастера Древнего Рима больше акцентировали внимание на эстетической стороне. Римляне применяли колонные системы в архитектуре храмовых сооружений, терм, дворцов и других зданий, имеющих высокую общественную значимость. Кроме того, со временем древнеримские мастера стали строить колоннады как отдельные, самостоятельные сооружения – ростральные колонны с пышными капителями в честь воинов-победителей и императоров, в качестве пограничных столбов для границ земельных участков и поместий, в качестве дорожных указателей и т.п.

В Индии колонные системы использовались в качестве отдельных сооружений, сами колонны казались выточенными из металла или каменных глыб и до сих пор считаются непревзойденными произведениями архитектурного искусства и одними из лучших образцов национальной культуры. Индийские колонны являлись местом притяжения, где проводились религиозные и торжественные церемонии и обряды.

Практически все колонны в Китае изготовлены из древесины и выполняют функции опоры для кровельных частей зданий и сооружений. Китайские колонные системы достаточно скромны в части декора, не имеют излишеств и даже капители у китайских колонн считаются большой редкостью.

Что касается архитектуры России и применения колонных систем в ней, то самым ярким и выдающимся образцом можно считать Казанский собор в Санкт-Петербурге, который украшен фантастической по красоте колоннадой из 96 колонн, изготовленных из гранита и имеющих высоту 13 метров.

Источник