Колонны коробчатого сечения для большепролетных конструкций

Когда речь заходит о большепролетных конструкциях, многие сразу представляют фермы или арочные системы, но на деле коробчатые колонны часто оказываются тем самым решением, которое незаслуженно обходят вниманием. В нашей практике на объектах от ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг мы не раз сталкивались, когда заказчики изначально выбирали более классические варианты, а потом пересматривали подход после расчётов на устойчивость. Главное заблуждение – что коробчатое сечение сложнее в производстве, но если у предприятия есть ЧПУ-оборудование, как у нас в цехах, то геометрическая точность стыков становится не проблемой, а преимуществом.

Почему именно коробчатые колонны

В мостовых конструкциях и каркасах торговых центров мы применяли колонны коробчатого сечения не просто из-за их несущей способности, а из-за пространственной жёсткости. Помню, на одном из объектов в Шэньси пришлось заменить запроектированные двутавровые колонны на коробчатые – ветровая нагрузка оказалась выше расчётной, и только замкнутый профиль позволил избежать дополнительных связей. Конечно, пришлось пересмотреть узлы сопряжения с фундаментом, но это того стоило.

Сварка таких колонн – отдельная история. Если брать толщину стенки от 12 мм, то уже нужен предварительный подогрев, иначе деформации неизбежны. Мы в ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг отработали это на производстве многоэтажных каркасов – сначала были случаи с короблением, особенно в районе монтажных отверстий, но потом перешли на ступенчатый режим сварки. Не идеально, но дефектов стало меньше.

Ещё один момент – антикоррозионная обработка. Внутренние полости коробчатых колонн бывает проблематично окрашивать равномерно. Приходится либо закладывать технологические отверстия для доступа, либо использовать ингибиторы коррозии. На одном из объектов пришлось вскрывать уже смонтированную колонну из-за конденсата внутри – урок на будущее.

Расчётные особенности и ошибки

Локальный изгиб стенок – вот что часто упускают в расчётах. Особенно при concentrated нагрузках от балок. Мы как-то столкнулись с деформацией стенки колонны на объекте цеха, где опирались подкрановые пути. Пришлось усиливать ребрами жёсткости уже на месте, хотя изначально в проекте их не было.

При проектировании большепролетных конструкций важно учитывать не только прочность, но и усталостную долговечность. В каркасах аэропортов или спортивных сооружений, где есть вибрационные нагрузки, коробчатые колонны показывают себя лучше, чем составные сечения, но только при качественном контроле сварных швов. Мы используем ультразвуковой контроль, хотя и он не всегда выявляет микротрещины в зонах термического влияния.

Кстати, о температурных деформациях. В провинции Шэньси перепады температур значительные, и на одном из мостовых переходов мы наблюдали, как коробчатые колонны 'играют' по высоте. Пришлось вводить компенсаторы в узлах – проект изначально этого не предусматривал.

Производственные нюансы на практике

Геометрия – главный враг при изготовлении колонн коробчатого сечения. Даже на современном ЧПУ-оборудовании, которое есть у нас в цехах, бывают отклонения по диагоналям, если не выдерживать последовательность сборки. Мы обычно собираем на прихватках, проверяем диагонали лазером, и только потом провариваем.

Материал тоже имеет значение. Для большепролетных конструкций мы чаще используем сталь С345, но если речь идёт о сейсмических районах, то лучше С390. Правда, с ней сложнее сварка – требуется более строгий контроль термообработки. Помню, на объекте в Янлине пришлось менять партию электродов из-за трещин в швах.

Транспортировка – отдельная головная боль. Коробчатые колонны даже длиной 15-18 метров достаточно жёсткие, но при погрузке легко повредить торцы. Мы разработали кондукторы для крепления в кузове, но всё равно бывают сюрпризы в виде вмятин от тросов.

Монтаж и реальные случаи

При монтаже каркасов торговых центров мы столкнулись с тем, что проектные отверстия для коммуникаций в колоннах не всегда совпадали с разводкой на объекте. Пришлось дорабатывать уже на месте – сверлить дополнительные проёмы, что ослабляло сечение. Теперь всегда закладываем технологический запас по перфорации.

Стыковка коробчатых колонн на высоте – та ещё задача. Болтовые соединения предпочтительнее, но если требуется сварка, то приходится монтировать временные подмости. На одном из объектов мы использовали инвентарные леса, но это удорожает процесс. Сейчас пробуем применять самоподъёмные системы.

Интересный случай был при строительстве логистического центра – там колонны коробчатого сечения работали в паре с фермами. Оказалось, что узлы примыкания требуют более гибкого решения, чем предполагалось изначально. Пришлось вводить шарнирные опоры, хотя в расчётах была жёсткая заделка. Это добавило времени, но избежали проблем с перераспределением нагрузок.

Что в итоге

Коробчатые колонны – не панацея, но для большепролетных конструкций часто оптимальны. Главное – не экономить на расчётах узлов и контроле качества. В нашей компании ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг мы прошли путь от проб и ошибок до отработанных решений, но до сих пор каждый новый объект преподносит сюрпризы. Возможно, именно в этом и есть суть работы с металлоконструкциями – никогда нельзя полагаться только на теорию.

Кстати, недавно на производстве в районе Янлин тестировали колонны с перфорированными стенками для снижения веса – идея интересная, но пока не решены вопросы с местной устойчивостью. Думаю, через пару лет и это станет стандартной практикой.

Если резюмировать – коробчатое сечение даёт выигрыш в жёсткости, но требует высокой культуры производства. И да, никогда не стоит пренебрегать испытаниями образцов перед запуском в серию. Мы на своем опыте убедились, что сэкономленные на этом недели оборачиваются месяцами доработок на объекте.