Колонны коробчатого сечения со сквозными диафрагмами

Если честно, до сих пор встречаю проектировщиков, которые путают сквозные диафрагмы с обычными ребрами жесткости. Разница принципиальная - именно сквозные диафрагмы создают тот самый 'эффект решетки', который предотвращает локальную потерю устойчивости стенок. В прошлом месяце на объекте в Казани пришлось переделывать целую партию колонн из-за этой ошибки...

Конструктивные особенности

Когда мы впервые запускали производство таких колонн на заводе ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг, столкнулись с парадоксом - чем тоньше стенка, тем сложнее обеспечить стабильность диафрагм. Пришлось разрабатывать специальную оснастку для сварки.

Заметил интересную закономерность: при высоте колонны более 12 метров оптимальный шаг диафрагм составляет примерно 1/3 ширины сечения. Но это эмпирическое правило, в каждом проекте приходится пересчитывать.

Кстати, наши технологи нашли способ уменьшить концентрацию напряжений в узлах примыкания - делаем плавные сопряжения с радиусом не менее 30 мм. Это увеличило срок службы конструкций на 15-20% по данным испытаний.

Технологические нюансы производства

На нашем сайте https://www.zxth.ru есть фото цеха, где видно, как именно мы собираем колонны коробчатого сечения. Многие недооценивают важность последовательности сварки - если сначала варить диафрагмы, потом стенки, может 'повести' всю конструкцию.

Особенно сложно с толстостенными колоннами - при толщине металла 40 мм и больше приходится применять предварительный подогрев до 150°C. Иначе трещин не избежать.

Запомнился случай на объекте в Новосибирске - заказчик требовал уменьшить сечение колонн, но мы настояли на сохранении параметров. После расчета оказалось, что при уменьшении всего на 50 мм терялась устойчивость диафрагм. Спасло то, что у нас было готовое ТЭО.

Монтажные особенности

При монтаже таких колонн часто перестраховываются с временными связями. На практике достаточно двух ярусов раскреплений, если правильно рассчитать узлы сопряжения с диафрагмами.

В прошлом году на строительстве торгового центра в Екатеринбурге пришлось оперативно менять схему монтажа - проектом предусматривалась установка колонн секциями, но из-за стесненных условий площадки собрали на земле целиком. Сквозные диафрагмы как раз позволили это сделать без потери устойчивости.

Кстати, для высотных зданий выше 75 метров мы всегда рекомендуем дополнительное крепление диафрагм к ядрам жесткости. Это дороже, но надежнее.

Типичные ошибки проектирования

Самая распространенная ошибка - неправильный расчет приведенной гибкости. Многие проектировщики забывают, что колонны коробчатого сечения со сквозными диафрагмами работают иначе, чем сплошностенчатые.

Еще один момент - не учитывают усталостную прочность сварных швов при динамических нагрузках. Особенно актуально для крановых эстакад.

На своем опыте убедился - лучше закладывать запас по толщине диафрагм хотя бы 2 мм от расчетного значения. Перерасход металла незначительный, зато надежность существенно выше.

Перспективы развития технологии

Сейчас экспериментируем с комбинированными сечениями - внутри коробчатой колонны размещаем трубчатые элементы. Получается своеобразный 'сэндвич', который отлично работает на кручение.

Интересное направление - использование высокопрочных сталей для диафрагм. Это позволяет уменьшить их толщину без потери несущей способности.

Коллеги из ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг недавно разработали новую методику расчета таких конструкций с учетом реальных условий эксплуатации. Уже апробировали на нескольких объектах - результаты обнадеживающие.