Швеллер для колонн

Швеллер для колонн: преимущества и методы усиления

«Я живу в доме с колоннами», - так может сказать о себе каждый второй владелец загородной недвижимости. И не слукавит, ведь колонны далеко не всегда являются выразительным архитектурным элементом с затейливой лепниной. В каркасной и монолитно-каркасной технологии строительства они обычно скрыты за отделкой фасада. Но внушают ли они доверие? Ведь монолитный дом в виде сплошной коробки выглядит куда как надежнее.

Колонны в строительстве

Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно заглянуть в прошлое каркасного строительства. Оказывается, металлические каркасы, состоящие из несущих колонн и горизонтальных балок применялись на протяжении сотен лет при возведении фабричных и заводских зданий. Удивительно, но многие из них функционируют до сих пор.

И это несмотря на массивные подвесные конструкции и постоянно работающее оборудование, которое создает мощные динамические нагрузки. 

Объясняется такая жизнеспособность прочной связью перекрытий и заключенных между ними колонн, а также способностью самих колонн:

• принимать на себя основные нагрузки и передавать их фундаменту;
• выдерживать вес перекрытий и кровельных конструкций;
• формировать устойчивость сооружения под воздействием внутренних динамических нагрузок и внешних, вызванных ветром и сезонными осадками.

Не лишним будет посмотреть и в будущее каркасной технологии. А оно у нее безусловно есть, ведь благодаря колоннам можно решать массу задач:

• воплощать в жизнь смелые архитектурные идеи, например, строить воздушные переходы и висящие этажи;
• делать какие угодно перепланировки, ведь именно к колоннам прикрепляют строительные элементы для стен возможных пристроев и внутренних перегородок;
• экономить средства на фундаменте, поскольку колонны, способные выдерживать тяжесть в 200 тонн и более, сами при этом обладают незначительным весом.

Речь не идет о железобетонных колоннах, получивших распространение в многоэтажном домостроении. Мы говорим о стальных опорах, которые востребованы при возведении загородных домов, хозяйственных построек и гаражей.

Устанавливают их в зонах, подверженных наибольшему давлению сверху. Причем разметку делают еще на этапе создания фундамента, чтобы «утопить» в бетоне анкерные болты, предназначенные для крепления. Когда колонны намертво «срастутся» с фундаментом, приступают к монтажу остальных элементов каркаса: продольных и поперечных балок, перекрытий, ферм и так далее.

Таким образом, они являются переходным элементом между фундаментным основанием и перекрытием, которое оказывает на него нагрузку на сжатие.

Но такое возможно лишь в случае, когда вертикальная сила приложена точно к центру колонны. В действительности же опора может чуть накрениться по неучтенным при проектировании причинам. И в этом случае центр напряжения сместится, из-за чего в колонне возникает изгибащий момент. Поэтому, выбирая оптимальный строительный материал для колонн, ориентируются на его способность противостоять нагрузкам на сжатие и изгиб. 

Однако не стоит выпускать из виду и такие особенности как простота монтажа, вес и стоимость изделий. 

Сравнительная характеристика

Выбирать, к счастью, есть из чего, поскольку в нашем распоряжении находятся не только трубы, но и фасонные изделия.

Труба с круглым сечением кажется роднее и привычнее, однако в качестве колонны она подходит только для легких навесов и хозяйственных построек. По уровню прочности, а также простоте монтажа такая труба уступает квадратной.

Квадратная труба, а иначе говоря, профильная, значительно лучше работает на сжатие и изгиб, а также легко стыкуется с другими элементами конструкции. Это заслуга квадратного сечения, углы в котором являются ребрами жесткости. Они и позволяют использовать трубы с меньшей площадью сечения и весом без потери надежности. Но бывают ситуации, когда профильные трубы проигрывают перед двутаврами.

Двутавр - это фасонное металлическое изделие, напоминающее в разрезе букву «Н». В отличие от более компактной профильной трубы его боковые стенки разнесены друг от друга достаточно далеко. За счет этого жесткость и прочность колонны на изгиб увеличиваются, а вероятность усадки, образования сдвигов и трещин сводится к нулю. Кроме того двутавр является весьма экономичным решением. Однако есть и более бюджетный вариант.

Швеллер также относится к числу фасонных изделий, только в сечении он похож на широкую букву «П». Несовпадение главной оси со стенками позволяет ему выдерживать нагрузки на сжатие и ударные динамические нагрузки, а также хорошо работать при косом изгибе. 

Универсальный солдат

Как самостоятельная нагруженная конструкция швеллер широко востребован при строительстве гаражей и хозяйственных построек. Тем более, что прямые стенки значительно облегчают монтаж. А для работы в сложных инженерных конструкций они же помогают ему превратиться в двутавр или профильную трубу.

• Преобразование в трубу происходит за счет совмещения двух швеллеров краями бортиков. Примечательно, что получившаяся таким образом колонна по многим показателям превосходит стандартные профильные трубы, поскольку у тех чаще всего довольно тонкие стенки.
• Перевоплощение в двутавр заключается в стыковке двух швеллеров спинками. По степени надежности новое изделие ничуть не уступает прообразу, но обходится оно дешевле.

Очень важно при объединении швеллеров не ошибиться с типоразмерами. Оба изделия должны быть полностью идентичны, чтобы качественно их соединить. Для этого используют либо мощные болты, либо сварку, но проведенную по особой методике - с усилением швов стальными пластинами. 

К слову сказать, качество стали, из которой производят швеллер для колонн, допускает использование любых видов сварки. Причем без предварительной подготовки металла и термической обработки сварных швов. 

Семейство швеллеров

Семейство швеллеров довольно обширно, как и области их применения. Поэтому для колонны подбирают те, что способны противостоять нагрузке на сжатие. Данное качество напрямую зависит от способа производства, марки стали, из которой швеллеры изготовлены, и площадь их сечения.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ. По способу производства швеллеры подразделяют на гнутые и горячекатаные. Учитывая огромную ответственность, возлагаемую на колонны, рассматривать можно только те изделия, что получили свой П-образный профиль в процессе формирования раскаленной балки на специальных станках.

СТАЛЬ. В производстве горячекатаных швеллеров применяют самые разные строительные стали. Все они делятся на шесть групп в зависимости от области применения готовых изделий: одни марки - для ферм и балок, другие - для погрузочно/разгрузочныой эстакады. Швеллер для колонн и опор относится к третьей группе сложности эксплуатации.

ПЛОЩАДЬ. Что касается площади сечения, то ее, как мы уже выяснили, можно увеличить, объединив изделия между собой. Но для этого годятся далеко не все из них, ведь в процессе формирования П-образного профиля одни швеллеры получают стенки параллельные, а другие - с небольшим внутренним уклоном.

Для преобразования в двутавры или профильные трубы подходят изделия с параллельными бортами, о чем свидетельствует буква в маркировке:

• П (параллельные),
• Э (экономичные),
• Л (легкие).

«Легкая» серия имеет наименьшие размеры сечения, и перечень ее типоразмеров ограничен - от 12Л до 30Л. Цифра указывает на расстояние между параллельными стенками. Поэтому швеллер для колонн выбирают из проката серий П и Э. Между собой они отличаются пусть незначительной, но все-таки разницей в толщине стенок. 

В качестве одиночных вынуждены выступать швеллеры, представляющие две серии:

• У (уклонные);
• С (специальные).

Они не годятся для создания труб и двутавров, поскольку их стенки расположены с уклоном от 4 до 10 градусов. Но это и есть их преимущество, так как при наклонении бортиков в процессе производства происходит утолщение металла на стыке с полочкой. Именно на данные места падает максимальная нагрузка сверху, и такой швеллер для колонны готов встретить ее достойно. 

Особенности монтажа

1. Бетонирование, сопровождающее анкерное соединение колонн с фундаментом, повышает  их жесткость и несущую способность.

2. Колонны можно разместить как по периметру дома, так и внутри его, соблюдая шаг от 3 до 7 м. Самая распространенная схема - 2 ряда по 3 опоры в каждом. При использовании каркасно-монолитной технологии строительства колонны устанавливают только в доме, тогда как снаружи нагрузку будут брать на себя стены. В этом случае плиты перекрытия одной стороной будут опираться на них, а другой - на балки, связывающих колонны.

3. Конструкцию колонны выбирают в зависимости от условий ее эксплуатации и степени нагрузки.

• Сплошная колонна рассчитана на небольшие нагрузки и отличается непрерывным распределением материала по всему сечению. Как правило, в данном качестве выступают прокатные трубы. Однако довольно часто используется и двутавр - мощный и надежный, он позволяет максимально просто осуществить монтаж расположенных выше конструкций.
• Сквозная колонна обладает повышенными характеристиками и востребована в особо сложных случаях. Она представляет собой два стержня, расположенных друг от друга на расстоянии от 100 мм до 0,8 м и соединенных между собой раскосами в виде треугольной решетки. Совместная работа всех элементов существенно влияет на устойчивость колонны и ее жесткость. Обычно сечение сквозной колонны проектируют в виде широкополочного двутавра или «трубы», сваренной из двух швеллеров и усиленной на сварных швах прокатными листами.

4. На особо ответственных участках лучше использовать швеллер для колонны большего размера, или изготовленный из особо прочной стали, или относящийся к серии С.

5. Усилить уже готовую конструкцию можно, если изменить сечение швеллера:

• приварив к полкам и стенкам стальные полосы или уголки;
• установив дополнительные распорки в виде «косынок».