При проектировании каркасов многоэтажных зданий, логистических центров, торговых павильонов и промышленных цехов в Алматы колонны воспринимают суммарную вертикальную нагрузку от перекрытий, кровли и технологического оборудования.

Попытка использовать для несущих стоек обычную балочную серию Б или легкую профильную трубу часто приводит к потере устойчивости стержня из плоскости рамы или требует монтажа громоздких решетчатых связей.

Промышленным стандартом для тяжелонагруженных вертикальных стоек выступает горячекатаный колонный двутавр серии К по ГОСТ 57837-2017 и СТО АСЧМ 20-93. Благодаря равнополочной геометрии сечения профиль эффективно сопротивляется продольному изгибу сразу в двух плоскостях.

Чем колонный двутавр серии К отличается от балочного (Б) и широкополочного (Ш)

Главное конструктивное отличие колонного профиля кроется в соотношении высоты сечения к ширине полки. У стандартных балочных двутавров серии Б высота стенки в 2–2,5 раза превышает ширину полок, поэтому балка отлично работает на вертикальный изгиб, но легко теряет устойчивость при боковых усилиях.

У колонных двутавров серии К ширина полок практически равна высоте профиля (h ≈ b). Полки и стенка имеют увеличенную толщину, что обеспечивает близкие значения радиусов инерции по главной оси (ix) и вспомогательной оси (iy).

  • Высокая устойчивость при сжатии: минимальная разница между жесткостью по осям X-X и Y-Y снижает расчетную гибкость колонны без увеличения ее строительной высоты;
  • Удобство сопряжения ригелей: широкие полки позволяют крепить балки перекрытий с четырех сторон как на болтах, так и с помощью сварных монтажных столиков;
  • Монолитность прокатного профиля: в отличие от сварного составного двутавра, горячекатаный профиль не имеет остаточных сварочных напряжений в околошовной зоне.

Сортамент и технические характеристики колонных двутавров по ГОСТ 57837-2017

На металлобазах Алматы колонный фасонный прокат представлен типоразмерами от 20К1 до 40К3. Индекс после буквы К указывает на толщину полок и стенки внутри одного габаритного размера: профиль К2 массивнее и жестче профиля К1.

Обозначение профиля Высота h, мм Ширина полки b, мм Толщина стенки s, мм Толщина полки t, мм Масса 1 м, кг Радиус инерции iy, см
20К1 195 200 6,5 10,0 41,4 5,06
20К2 200 200 8,0 12,0 49,9 5,11
25К1 244 250 8,0 12,0 62,6 6,36
25К2 250 250 10,0 14,5 76,4 6,43
30К1 294 300 8,5 13,5 84,8 7,64
30К2 300 300 10,0 15,5 94,4 7,70
35К1 344 350 9,5 15,0 108,0 8,92
40К1 393 400 11,0 16,5 147,0 10,18

При расчете и сравнении профилей ознакомьтесь с общим руководством: как выбрать двутавровую балку для каркасов и перекрытий.

Выбор марки стали: Ст3сп5, 09Г2С или С345/С355 для условий Казахстана

В климатических условиях Казахстана выбор марки стали для несущих стоек определяется расчетной температурой наружного воздуха и категорией ответственности сооружения.

Углеродистая сталь обыкновенного качества марки Ст3сп5 (класс прочности С245/С255) допускается для колонн отапливаемых зданий при расчетной температуре не ниже -30 °C при отсутствии знакопеременных динамических воздействий.

Низколегированная сталь марки 09Г2С (класс прочности С345 и С355) является обязательной для объектов в регионах с суровыми зимами (до -40 °C), а также для всех типов высотных зданий и открытых эстакад. Добавки марганца и кремния повышают предел текучести стали до 345–355 МПа и гарантируют высокую ударную вязкость KCU при отрицательных температурах.

Специфика сейсмостойкого проектирования колонн в сейсмозоне Алматы

Алматы и предгорные районы Заилийского Алатау относятся к зонам повышенной сейсмической активности с расчетной сейсмичностью площадок строительства до 9–10 баллов по шкале MSK-64.

Согласно требованиям СП РК 2.03-30-2017 «Строительство в сейсмических зонах», стальные колонны каркаса должны обладать повышенной пластичностью и способностью рассеивать энергию сейсмических толчков без хрупкого разрушения узлов.

  • Ограничение гибкости: предельная расчетная гибкость основных колонн в сейсмических районах ужесточается до λ ≤ 100–120 (вместо λ = 150–180 для обычных условий);
  • Усиление зон пластических шарниров: в местах примыкания балок к полкам колонны устанавливаются горизонтальные ребра жесткости толщиной не менее толщины полок ригеля;
  • Фланцевые рамные узлы: жесткие узлы сопряжения выполняются на высокопрочных болтах с предварительным натяжением и контролем зазора. Подробнее о материале фасонок читайте в статье про горячекатаный лист в сейсмостойком строительстве.

Узлы сопряжения с фундаментом: расчет опорных баз, траверс и анкеров

Вертикальное усилие сжатия N и изгибающий момент M от колонны передаются на монолитный железобетонный фундамент через опорную базу (башмак колонны).

Если опорную плиту сделать недостаточной толщины, гибкий лист деформируется под давлением полок двутавра, вызвав локальное скалывание бетона под краями плиты.

  1. Опорная плита: изготавливается из толстого горячекатаного листа толщиной от 20 до 50 мм. Расчет геометрии и толщины подробно разобран в руководстве по опорным плитам колонн из стального листа;
  2. Вертикальные траверсы: при значительных изгибающих моментах к полкам колонны привариваются ребра из листовой стали или швеллера, распределяющие нагрузку на большую площадь плиты;
  3. Анкерные болты: фиксация базы к фундаменту выполняется фундаментными болтами по ГОСТ 24379.1-2012 из стали 09Г2С. О технологии их подбора читайте в материале про фундаментные болты и анкерные шпильки;
  4. Монтажная подливка: зазор 30–50 мм между плитой и бетонным оголовком заполняется безусадочной мелкозернистой цементной смесью прочностью не ниже B30.

Чек-лист входного контроля колонного двутавра при приемке на объекте

Перед передачей металлопроката на монтажный участок или раскрой в заготовительный цех снабженец и инженер технадзора обязаны провести проверку партии:

  • Сверка заводского сертификата: проверка номера плавки, стандарта изготовления (ГОСТ 57837-2017), группы прочности и протокола механических испытаний на ударный изгиб;
  • Контроль геометрических размеров: замер высоты профиля, ширины полок и толщины стенки штангенциркулем или микрометром на расстоянии не менее 100 мм от торца хлыста;
  • Проверка прямолинейности: отклонение от прямолинейности (стрела прогиба) по длине балки не должно превышать 0,001 длины проката (не более 12 мм на 12-метровый хлыст);
  • Контроль перекоса полок: отклонение полок от перпендикулярности к стенке не должно превышать предельных допусков по ГОСТ;
  • Состояние торцов: отсутствие глубоких расслоений, трещин и заусенцев после заводской резки.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Можно ли заменить колонный двутавр 25К1 широкополочным 25Ш1 в проекте?

Прямая замена без пересчета проекта запрещена. У широкополочного двутавра 25Ш1 толщина стенки и полок меньше, а радиус инерции по малой оси iy ниже на 15–20%. Такая замена снижает критическую нагрузку устойчивости колонны на сжатие.

Какой стандарт длины у колонных двутавров на складах в Алматы?

Стандартная заводская длина колонного двутавра составляет 12,0 метров (мерная длина). На складе компании АТЛАНТ Snab City в Алматы доступна услуга ленточнопильной резки хлыстов в проектный размер с точностью до 1–2 мм.

Почему в сейсмозоне Алматы для колонн не рекомендуется применять сталь Ст3кп?

Кипящая сталь (Ст3кп) склонна к хладноломкости, старению и имеет неравномерное распределение примесей по сечению. Согласно нормам СП РК 2.03-30-2017, в несущих каркасах сейсмоопасных районов допускается применять только спокойные стали (сп) и низколегированные сплавы (09Г2С, С345).

Как защитить колонный двутавр от коррозии и огня внутри здания?

Металл очищается пескоструйным методом до степени Sa 2.5, покрывается антикоррозийным грунтом ГФ-021 или эпоксидным составом, после чего наносится конструктивная огнезащита (вспучивающиеся краски или базальтовые плиты) для обеспечения требуемого предела огнестойкости R60–R120.

Вывод

Колонный двутавр серии К — надежная основа для возведения прочных, долговечных и сейсмостойких каркасов в Алматы и по всему Казахстану.

Точный расчет устойчивости профиля, грамотный подбор марки стали 09Г2С и профессиональный монтаж опорных баз исключают деформации несущих конструкций при максимальных нагрузках.

Компания АТЛАНТ Snab City поставляет сертифицированный колонный двутавр ведущих металлургических комбинатов с оперативной резкой в размер и доставкой длинномерами на строительные объекты Алматы и области.