Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий. Колонны железобетонные
При проектировании колонн необходимо соблюдать конструктивные требования: размеры сечений колонн должны обеспечивать такую гибкость, которая бы не превышала в любом направлении соотношение .
Для здания с мостовыми кранами размеры поперечного сечения надкрановой части крайних колонн назначают из условия размещения кранового оборудования. Высота сечения составляет 380 и 600 мм для сплошных колонн. Для подкрановой части сплошных колонн высота сечения увеличивается соответственно до 600…900мм.
Ширину сечения колонны bс принимают из технологии изготовления постоянной по всей высоте колонны: для колонн крайнего и среднего рядов с шагом в продольном направлении В=6м - не менее 400мм; при В=12м - не менее 500 мм. Кроме того, исходя из требований жесткости bс(1/25)Н, Н - высота до низа стропильной конструкции.
Во всех колоннах предусматривают закладные детали для установки стропильных конструкций, стеновых панелей и подкрановых балок.
Для изготовления колонн применяют сварные каркасы при рабочей продольной арматуре из стали класса А-III диаметром 16мм, а поперечные стержни - из стали классов А-I или Вр-I. При применении высокопрочных бетонов классов В45…В60 целесообразно колонны армировать с использованием ненапрягаемой арматуры классов А-IV и А-V, что позволяет уменьшить расход металла на 20…40% и бетона до 20%.
Кроме того, из опыта проектирования установлено, что в гибких колоннах допускается применять напрягаемую арматуру классов А-IV и А-V, что позволяет повысить жесткость, трещиностойкость колонн, улучшить условия транспортирования длинных колонн, а так же уменьшить поперечное армирование, механизировать арматурные работы. В таких колоннах по сравнению с колоннами из обычного железобетона расход стали снижается до 40% и стоимость до 10%.
На колонны одноэтажных промышленных зданий распространяются все требования по конструированию сжатых элементов. Толщину защитного слоя бетона для рабочей продольной арматуры принимают не менее 20мм и не менее диаметра стержня; для поперечной арматуры- не менее 15мм и не менее диаметра поперечного стержня.
Продольные стержни в арматурных изделиях на концах должны иметь защитный слой бетона не менее 10 мм при длине колонны до 18м и не менее 15мм - при длине более 18м. для поперечных стержней арматурных изделий торцы должны иметь защитный слой не менее 5 мм.
Продольную рабочую арматуру располагают по граням перпендикулярно плоскости изгиба колонны и концентрируют в углах сечения. При расстоянии между осями рабочих стержней в направлении плоскости изгиба свыше 500мм надлежит ставить конструктивную арматуру диаметром не менее 12мм, чтобы между продольными стержнями было не более 400 мм.
Стыки продольных стержней внахлестку (без сварки) предусматривают в местах изменения сечения колонны с обеспечением длинны анкеровки. При этом в ступенчатой колонне продольную арматуру надкрановой части заводят за грань распорки также с обеспечением длинны анкеровки.
Диаметр поперечной арматуры назначают в зависимости от типа арматурного каркаса и наибольшего диаметра продольной рабочей арматуры и должен быть не менее 0,25d (d - наибольший диаметр рабочей продольной арматуры), а в вязанных каркасах, кроме того, не менее 5мм.
Колонны в системе каркаса воспринимают вертикальные и горизонтальные постоянные и временные нагрузки. Для массового индустриального строительства разработаны типовые конструкции сборных железобетонных колонн для зданий с опорными мостовыми кранами и для бескрановых зданий.
Железобетонные колонны для зданий с мостовыми кранами имеют консоли для опирания подкрановых балок. Для бескрановых зданий применяют колонны без консолей.
По расположению в системе здания колонны делят на крайние (расположенные у наружных продольных стен), средние и торцовые (расположенные у наружных поперечных (торцовых) стен).
Для бескрановых зданий высотой от 3 до 14.4 м разработаны колонны постоянного сечения (рис. 7). Размеры сечения колонн зависят от нагрузки и длины колонн, их шага и расположения (в крайних или средних рядах) и могут быть квадратными (300х300, 400х400 мм) или прямоугольными (от 500х400 до 800х400 мм). В фундаменты их заглубляют на 750 - 850 мм.
Рис. 7. Типы железобетонных колонн для бескрановых зданий
Для зданий с опорными мостовыми кранами легкого, среднего и тяжелого режимов работы и грузоподъемностью до 300кН разработаны колонны переменного сечения высотой от 8.4 до 14.4 м (рис.8), а для зданий с кранами грузоподъемностью до 500кН – двухветвевые колонны высотой от 10.8 до 18 м (рис.9).
Размеры колонн переменного сечения в подкрановой части составляют от 400х600 до 400х900 мм, в надкрановой – 400х280 и 400х600 мм. Колонны двухветвевые имеют размеры в подкрановой части 500х1400 и 500х1900, а отдельных ветвей – 500х200 и 500х300 мм.
Рис. 8. Типы сплошных железобетонных колонн для зданий с
мостовыми опорными кранами
Рис. 9. Типы двухветвевых железобетонных колонн для зданий
с мостовыми опорными кранами
В зданиях с тремя и более кранами в пролете для безопасности персонала, обслуживающего краны и подкрановые пути, предусматривают сквозные проходные галереи вдоль подкрановых путей в уровне верха подкрановых балок размером 0.4х2.2 м (рис.10).
Рис. 10. Двухветвевые железобетонные колонны
с проходами в уровне крановых путей
В железобетонных колоннах имеются стальные закладные элементы для крепления стропильных конструкций, подкрановых балок, стеновых панелей (в крайних колоннах) и вертикальных связей (в связевых колоннах). В местах опирания стропильных конструкций и подкрановых балок через стальные листы пропущены анкерные болты.
В зданиях с подстропильными конструкциями длину колонн принимают на 600 мм меньше (см рис. 8,9,10).
Колонны фахверков
Помимо основных колонн в зданиях предусматривают фахверковые колонны, устанавливаемые в торцах зданий и между основными колоннами крайних продольных рядов при шаге 12 м и длине стеновых панелей 6 м. Предназначены они для восприятия ветровых усилий и массы стен.
Фахверковые колонны шарнирно крепят к фундаменту сваркой закладных деталей колонны и опорного листа, установленного поверху фундамента строго по осям (узел 2, рис.11). Колонны фахверка крепят к конструкциям покрытия с помощью листового шарнира (узел 1, рис.11). Такое соединение обеспечивает передачу ветровых нагрузок на каркас здания и устраняет вертикальные воздействия покрытия на колонны фахверка.
Унифицированные железобетонные колонны для торцового фахверка двух типов (I и II) применяются в случаях, приведенных в таблице 1. В остальных случаях применяют стальные колонны фахверков. Конструкции колонн приведены на рис. 11.
Таблица 1
Колонны типа I имеют постоянное поперечное сечение по высоте (h = 300 мм), что позволяет размещать их верхнюю часть в зазоре между торцовой стеной и пристенной балкой покрытия и крепить их к верхнему поясу балки с помощью листового шарнира (узел 1, рис. 11).
Колонны типа II имеют переменное сечение по высоте (Н в и Н н, рис. 11) . Верхняя часть колонны (Н в) имеет такое же сечение, как и колонны типа I (h=300мм) и крепится к верхнему поясу стропильной балки аналогично колоннам типа I (узел 1, рис.11).
Лекция 4, 5
4.1.Типы колонн и область их применения.
4.2. Основы конструирования и расчета сплошных колонн.
4.3.Основы конструирования и расчета сквозных колонн.
4.1. Типы колонн и область их применения.
Сборные железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий по назначению можно разделить на:
1. колоны для зданий без кранов;
2. колонны для зданий, оборудованных мостовыми или другими кранами, для которых необходимы подкрановые пути, опирающиеся на колонны (колонны для зданий с мостовыми электрическими кранами массового применения, колонны для зданий с ручными мостовыми кранами и др.).
По расположению в здании колонны делят на
Колонны крайних рядов (их же используют в рядах, примыкающих к продольным температурным швам);
Колонны средних рядов, имеющих обыкновенно среднюю вертикальную ось симметрии.
К крайним колоннам с наружной стороны примыкают стеновые ограждения.
Крайние колонны подразделяются на:
Основные (воспринимающие нагрузки от навесных панелей, кранов, конструкций покрытий);
Фахверковые (служащие для крепления стен);
Связевые колонны (соединены стальными вертикальными связями для восприятия горизонтальных сил).
Фахверковые колонны устанавливают в торцах здания и между основными колоннами у продольных стен при шаге основных колонн 12 м и 6-ти метровых стеновых панелях.
По конструкции колонныбывают
Постоянного и переменного сечения по высоте (ступенчатые колонны);
Сплошные (прямоугольного или двутаврового сечения);
Сквозные (двухветвенные), которые могут быть безраскосными и раскосными (раскосные колонны применяют для электростанций до Н = 50 м);
Пустотелые (прямоугольного и круглого сечения).
По виду материала:
Из тяжелого бетона (более В 20);
Из легкого бетона (применяют реже, в основном в районах, где мало мелкого заполнителя, например, Дальний Восток).
По способу армирования:
Без предварительного напряжения;
С предварительным напряжением (для гибкихдлинных элементов из условия транспортировки).
Для зданий без мостовых кранов применяют в основном сплошные колонны прямоугольного сечения размерами 300×300 ÷ 400×800 мм (рис. 4.1).
Колонны двутаврового сечения (рис. 4.2) экономичнее прямоугольного сечения, но более трудоемки в изготовлении.
Кольцевые колонны из центрифугированного бетона (рис. 4.3) обеспечивают снижение расхода стали и бетона до 30%. Это объясняется рациональной формой поперечного сечения колонн и повышением прочности бетона в среднем в 1,5 раза вследствие уплотнения бетонной смеси центробежными силами. Способ центрифугирования дает возможность механизировать и автоматизировать технологический процесс изготовления колонн, что является дополнительным достоинством таких изделий.
Рис. 4.1. Колонны для зданий без мостовых кранов
Рис. 4.2. Колонны двутаврового сечения
Рис. 4.3. Колонны кольцевого сечения
Колонны швеллерного сечения (П-образного сечения) также дают возможность наиболее полно использовать свойства высокопрочного бетона и арматуры (рис. 4.4). Опыты показывают, что использование высокопрочных бетонов в сочетании с ненапрягаемой высокопрочной арматурой приводит к экономии бетона и стали до 30%.
Рис. 4.4. Колонны швеллерного сечения
Для зданий с мостовыми кранами применяют сплошные и двухветвенные (сквозные) колонны с консолями (рис. 4.5). Размеры поперечного сечения колонн в надкрановой части назначают из условия размещения кранового оборудования.
Рис. 4.5. Колонны для одноэтажных зданий с мостовыми кранами
а – сплошные прямоугольного сечения; б – сквозные двухветвенные
Для сплошных колонн высота сечения составляет: для крайних – 380, 500 мм; для средних – 600 мм. Для подкрановой части сплошных колонн высота сечения увеличивается соответственно до 600 и 800 мм. Ширина сечения колонн 400 и 500 мм (большие размеры соответствуют шагу колонн 12 м).
Подкрановая часть двухветвенных колонн состоит из двух стоек-ветвей, соединенных между собой поперечными распорками. Расстояние между осями распорок принимают s = (8¸10)×h, гдеh = 250 или 300 мм – высота сечения ветви.Для средних колонн высота всего сечения h 1 = 1400¸ 2400 мм, для крайних колонн – h 1 = 1000 ¸ 1900 мм. Ширина сечения колонны b = (1/25¸1/30)×H . Поперечное сечение надкрановой части колонн прямоугольное размером 500×600 мм.
Распорки размещают так, чтобы размер от уровня пола до низа первой надземной распорки составлял не менее 1,8 м и обеспечивал удобный проход между ветвями (рис. 4.5, б).
Соединение двухветвенной колонны с фундаментом осуществляется в одном общем стакане (рис. 4.6, а) или же в двух отдельных стаканах (рис. 4.6, б), что уменьшает объем укладываемого при монтаже бетона.
Рис. 4.6. Конструкции соединения двухветвенной колонны с фундаментом
а – с одним общим стаканом; б – с двумя отдельными стаканами; в – при устройстве шпонок; 1 – бетон замоноличивания; 2 – колонна
Глубину заделки колонны в стакане фундамента принимают равной большему из двух размеров:
или 
Кроме того, глубина заделки колонны должна быть проверена из условий достаточной анкеровки продольной рабочей арматуры.
Если в одной из ветвей колонны возникает растягивающие усилие, соединение колонны с бетоном замоноличивания выполняют на шпонках (рис. 4.6, в).
Центрифугированные колонны с консолями изготавливают сборно-монолитными. Они состоят из верхнего и нижнего (или двух нижних) стволов, соединенных между собой консолью из монолитного бетона классов В 25 ÷ В 40.
Колонны всех типов армируют сварными каркасами, продольные стержни которых из стали класса А-III (А400) диаметром не менее 16 мм, а поперечные - из стали классовА-I (А240) и Bp-I (Вр 500). При применении высокопрочных бетонов классов В 45 ÷ В 60 целесообразно колонны армировать ненапрягаемой арматурой класса А-IV (А600). Это позволяет уменьшить расход металла на 20 ÷ 40%, а бетона до 20%.
Опытами установлено, что гибкие колонны целесообразно изготавливать с напрягаемой арматурой классов А-IV (А600), А-V (А800). Предварительное напряжение повышает жесткость и трещиностойкость колонн и улучшает условия транспортирования длинных колонн. Кроме того, оно позволяет уменьшить поперечное армирование и механизировать арматурные работы. Поэтому по сравнению с колоннами из обычного железобетона расход стали в таких колоннах снижается до 40%.
Продольная арматура в сечениях сплошных конструкций может расставляться симметрично, когда М 1 ≈ М 2 или отношение большего момента к меньшему не более 20%; несимметрично – когда М 1 >> М 2 . Рациональным армированием в большинстве случаев является симметричное армирование.
Расстояние между осями продольных стержней, устанавливаемых по сторонам поперечного сечения колонны, не должно превышать 400 мм. Если у большей стороны сечения колонны по расчету продольная арматура не требуется, то в таком случае необходимо установить конструктивные стержни диаметром 12 мм с таким расчетом, чтобы расстояние между продольными стержнями этой стороны не превышало 400 мм.
Рекомендуется в поперечном сечении колонны устанавливать меньшее из возможных число продольных стержней за счет увеличения их диаметра. Рекомендуемое и минимально допустимое количество продольных стержней для установки в поперечном сечении колонны приведено в табл. 4.1.
Таблица 4.1.
Если высота сечения не превышает 500 мм и у этой стороны расположено не более четырех стержней, то допускается не ставить поперечных стержней или шпилек.
Рис. 4.7. Армирование колонн сварными каркасами
1 – плоские сварные каркасы; 2 – соединительные стержни (шпильки); 3 – плоская сварная арматурная сетка; 4 – продольные стержни
Шаг поперечных стержней должен быть не более 500 мм и не более величин, указанных в табл. 4.2.
Железобетонные колонны – не просто элемент декорирования, это очень важная часть практически любого здания. Их задача – брать на себя большую часть нагрузки от любых горизонтальных элементов конструкции (пример: перекрытия, лестничные клетки , балконы).
С их помощью осуществляется монтаж навесных перекрытий, лестничных клеток, длинных прогонов горизонтальных элементов здания и т.д. И вообще, можно смело говорить о том, что любое строительство многоэтажных, одноэтажных и промышленных зданий без колонн не возможно.
Монтаж опорных колонн своими руками производится после заливки специальных стаканов или монолитных фундаментов с пазами под опорные элементы. Бетонирование специальных стаканов позволяет произвести надежное крепление колонны, гарантирующее ее устойчивость и отсутствие малейших кренов.
2 Виды железобетонных колонн
Как мы уже говорили ранее, колонны могут применяться в разных формах строительства (пример: монтаж многоэтажных или одноэтажных зданий) и выполнять разные функции (пример: усиление всего здания или навесного перекрытия). Поэтому и классификации готовых изделий будут разными, беря в расчет те или иных параметров.
2.1 Внешний вид
По внешнему виду опорные элементы делятся на консольные и бесконсольные.
Монтаж и усиление конструкций при помощи мостовых кранов с применением консольных колонн. Их можно подразделить на:
- опорные элементы с прямоугольным сечением – применяют для монтажа зданий высотой до 9,6 метров;
- двухветвевые — имеют большую опорную площадь. Согласно ГОСТ с их применением производится монтаж зданий высотой от 9,6 метров.
Стандарты ГОСТ прописывают конкретные размеры обоих типов опорных конструкций:
- опорные элементы с прямоугольным сечением: 400/400, 400/600, 400/800, 500/500, 500/600, 500/800 (мм);
- двухветвевые: 400/1000, 500/1000, 500/1300, 500/1400, 500/1550, 600/1400, 600/1900, 600/2400 (мм).
Усиление и монтаж зданий, производимый без использования мостовых кранов предусматривает применение бесконсольных колонн.
2.2 Поперечное сечение
По типу поперечного сечения колонны бывают:
- прямоугольные;
- квадратные;
- круглые.
При выборе поперечного сечения в расчет берутся нагрузочные характеристики и назначение. На пример, в виде декоративных опор для навесных перекрытий чаще используют изделия с круглым сечением.
2.3 Технология производства
Стандарты ГОСТ допускают несколько способов производства конструкций, осуществляющих усиление зданий:
- Монолитное бетонирование. Данная технология позволяет производить заливку колонн своими руками прямо на строительной площадке. Для этого предварительно устанавливается опалубка, на пример съемная пластиковая, и укладывается арматура.
- Сборные конструкции. Такие изделия производятся на заводе и транспортируются на строительную площадку. Здесь рабочие своими руками, при помощи кранов и прочей техники, производят их крепление к опорным стаканам и перекрытиям.
2.4 Место положения
Как уже говорилось ранее, колонны могут выполнять разные функции, например, опора, усиление или декорация. По функциональной нагрузке и месту положения колонны бывают:
- среднего ряда;
- крайнего ряда;
- фасадные;
- декоративные.
Декоративные колонны имеют презентабельный внешний вид и практически не несут нагрузки. Однако, декоративные функции могут быть возложены на фасадные колонны, служащие опорами для балконов или лоджий.
Монтаж и усиление перекрытий производится при помощи колонн среднего и крайнего ряда. Разница лишь в том, крепление какого количества плит предусматривает опора. Например, крайние колонны имеют один выступ для крепления балок перекрытий своими руками, а средние – два.
2.5 Покупаем железобетонные колонны
Бетонирование колонн своими руками на строительной площадке обойдется дешевле. Но если вы не профессионал и строите не одноэтажное здание – рисковать жизнью всех домочадцев не стоит.
Что же касается промышленного строительства, усиление зданий или монтаж сборных конструкций предпочитают производить с помощью готовых опорных изделий.
При приобретении готовых колонн в расчет берется следующее:
- Рабочие чертежи или типовые технологические карты (ТТК), по которым будет производиться монтаж здания.
- Высота и этажность будущей постройки.
- Форма строения, исходя из этого – предпочитаемая форма опорных элементов.
- Ширина поперечного сечения.
- Расстояние от склада до строительной площадки, на которой будет осуществляться монтаж (для определения способа и стоимости транспортировки).
Для устройства каркасов одноэтажных промышленных зданий применяют железобетонные и стальные колонны.
Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий (рис. 26) могут быть с консолями и без них (если отсутствуют мостовые краны). По расположению в плане их подразделяют на колонны средних и крайних рядов.
В зависимости от поперечного сечения колонны бывают прямоугольные, таврового профиля и двухветвевые. Размеры поперечного сечения зависят от действующих нагрузок. Применяют следующие унифицированные размеры сечений колонн: 400х400,
Рис. 25. Фундаменты одноэтажных промышленных зданий а) типы фундаментных балок; б), в) детали фундаментов крайнего ряда колонн; 1- песок; 2 - щебеночная подготовка; 3 - Асфальтовое или бетонное покрытие (отмостка); 4 - гидроизоляция; 5 - колонна; 6 - шлак или крупнозернистый песок; 7 - железобетонные столбики; 8 - фундаментная балка.
Рис. 26. Основные типы железобетонных колонн одноэтажных промышленных зданий. а) прямоугольного сечения для здания без мостовых кранов при шаге 6м; б) то же, при шаге 12 м; в) двухветвевые для зданий без мостовых кранов; г) прямоугольного сечения для кранов с мостовыми кранами; д) то же, двутаврового сечения; е) двухветвевые для зданий с мостовыми кранами; ж) общий вид колонны; 1 -закладная деталь для крепления несущей конструкции покрытия; 2 ,3 -то же, подкрановой балки; 4 -то же, стеновых панелей.
Рис. 27. Основные типы стальных колонн
а) постоянного сечения, б), г) переменного сечения, д) раздельная
600х600, 400х800, 500х500, 500х600, 500х800 мм - для прямоугольных; 400х600 и 800х800 мм — для тавровых и 400х1000, 500х1000, 500х1300, 500х1400, 500х500, 600х1400, 600х1900 и 600х2400 мм — для двухветвевых. Колонны могут быть из нескольких частей, которые собирают на строительной площадке.
Колонны с консолями состоят из надкрановой и подкрановой ветвей. Сечение- подкрановых ветвей чаще всего квадратное или прямоугольное: 400х400 или 500х500мм. Для изготовления колонн применяют бетон классов В15, В40 и арматуру различных классов.
Длину колонн принимают с учетом высоты цеха и глубины их заделки в фундамент, которая может быть: для колонн прямоугольного сечения без мостовых кранов — 750 мм, для колонн прямоугольного и двутаврового сечения с мостовыми кранами — 850мм; для двухветвевых колонн - 900-1200 мм.
В колоннах предусматриваются закладные детали (рис.2б,ж):
1 - для крепления несущих конструкций покрытия (стальной лист, приваренный к специальной арматуре);
2 - для крепления подкрановых балок от опрокидывания под действием тормозных сил;
3 - для крепления подкрановых балок от смещения (стальной лист с четырьмя болтами М16);
4 - для крепления стеновых панелей (63х5, приваренных к арматуре каркаса до бетонирования колонн).
Кроме основных колонн для устройства фахверков используют фахверковые колонны. Их устанавливают вдоль здания при шаге крайних колонн 12 м и размере панелей стен 6 м, а также в торцах зданий.
Стальные колонны одноэтажных зданий могут иметь постоянное по высоте сечение и переменное. В свою очередь, колонны с переменным сечением могут быть с подкрановой частью сплошного и сквозного сечения (рис.27). Сквозные колонны подразделяют на колонны с ветвями, соединенными связями, и колонны раздельные, которые состоят из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвей. Колонны постоянного сечения используют при применении кранов грузоподъемностью до 20 т и высоте здания до 9,6 м.
В случаях, когда колонны в основном работают на центральное сжатие, применяют колонны сплошного сечения. Для изготовления сплошных колонн применяют широкополочный прокатный или сварной двутавр, а для сквозных колонн могут быть использованы также двутавры, швеллеры и втолки.
Раздельные колонны устраивают в зданиях с тяжелыми мостовыми кранами (125т и более). В нижней части колонн для сопряжения с фундаментами предусматривают стальные базы (башмаки). Базы к фундаментам крепят анкерными болтами, закладываемыми в фундамент при их изготовлении. Нижнюю опорную часть колонны вместе с базой покрывают слоем бетона