Колонны коробчатого сечения с диафрагмами

Если честно, до сих пор встречаю проекты, где диафрагмы в коробчатых колоннах либо недорасчитаны, либо поставлены 'на глазок'. Особенно это касается узлов сопряжений с балками – там, где концентрация напряжений съедает львиную долю запаса прочности.

Конструктивные особенности, которые не всегда очевидны

В работе с колоннами коробчатого сечения ключевой момент – это как раз расположение диафрагм. Помню случай на объекте в Сиане, когда пришлось экстренно усиливать колонну именно из-за неправильного шага диафрагм в зоне крепления консоли. Заказчик сэкономил на расчётах, а мы потом разгребали.

Толщина диафрагмы – отдельная тема. По нормам вроде бы проходим, но на практике, если речь идёт о динамических нагрузках (например, в цехах с мостовыми кранами), лучше закладывать запас. Особенно в нижних ярусах. У нас на производстве в Шэньси для таких случаев идёт лист от 14 мм, хотя по расчётам часто хватает и 10.

Сварка – вот где кроется основная проблема. Недопровар в угловых швах между стенкой и диафрагмой, особенно в узких коробах (менее 300 мм), – это практически гарантия трещин в будущем. Приходится строго контролировать технологию: сначала провариваем с одной стороны, затем строгаем кромку с обратной и только потом завершаем шов.

Производственные нюансы: от цеха до стройплощадки

На нашем заводе ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг для таких колонн используем станки плазменной резки с ЧПУ. Пробовали сначала лазер – дорого, особенно для толщин от 20 мм. Плазма даёт приемлемую точность, главное – потом зачистить кромки от окалины.

Сборка – отдельная история. Если диафрагмы ставятся внутрь уже собранного короба, качество стыков оставляет желать лучшего. Мы перешли на последовательную сборку: сначала стенки с диафрагмами, затем замыкаем четвертую сторону. Да, это дольше, но зазоры получаются не более 1-2 мм.

Анкерные группы... Вот где чаще всего ошибаются. Диафрагмы над башмаком должны быть обязательно, причём усиленные. Как-то раз на коммерческом объекте в Баодине проектировщики забыли про это – колонны 'играли' при монтаже до тех пор, пока не добавили две дополнительные диафрагмы на высоте 0,5 и 1,2 м от обреза фундамента.

Типичные ошибки монтажа

Самая распространенная – срез монтажных петель в зонах с диафрагмами. Бывает, монтажники ради удобства срезают их болгаркой прямо по телу диафрагмы. После этого о распределении напряжений можно забыть. Теперь мы всегда выносим петли за пределы основных диафрагм, даже если это удорожает конструкцию.

Ещё момент – антикоррозийная обработка. Внутренние полости коробчатых колонн с частыми диафрагмами практически невозможно качественно окрасить после сборки. Приходится либо оставлять без покрытия (что недопустимо для некоторых сред), либо применять ингибиторы коррозии в виде аэрозолей – способ дорогой и не всегда эффективный.

На одном из объектов в Янлине столкнулись с проблемой: проектом были предусмотрены отверстия в диафрагмах для коммуникаций, но их расположение не учитывало монтажные последовательности. Пришлось на месте вырезать дополнительные – ослабление сечения составило почти 40%. Пришлось усиливать накладными пластинами.

Расчётные тонкости, о которых не пишут в учебниках

При расчёте диафрагм в зонах с большими отверстиями (например, для пропуска инженерных систем) многие забывают про местную устойчивость. А ведь даже при соблюдении общих требований по устойчивости, локальный изгиб стенки у края отверстия может привести к преждевременному разрушению.

Интересный случай был при работе над мостовым переходом в провинции Ганьсу. Там потребовались колонны коробчатого сечения переменного сечения с диафрагмами, расположенными под углом к оси. Рассчитывали в SCAD, но пришлось делать дополнительные проверки в Лире – программные комплексы по-разному учитывают работу на кручение в таких условиях.

Температурные воздействия – отдельная головная боль. В многоэтажках с навесными фасадами перепад температур между наружной и внутренней поверхностью коробчатой колонны может достигать 30-40°C. Это вызывает дополнительные напряжения в диафрагмах, особенно в верхних этажах. В наших проектах для ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг всегда закладываем как минимум 15% запас по прочности диафрагм для таких случаев.

Из практики нашего завода

На производственной базе на улице Вэйхуэй, 15 мы отработали технологию изготовления колонн коробчатого сечения с диафрагмами для сейсмических районов. Основное отличие – увеличение количества диафрагм в зонах предполагаемого пластического шарнира (обычно низ колонны) и обязательное радиографирование всех монтажных стыков.

Для многоэтажных каркасов часто используем колонны с диафрагмами, выполняющими роль оголовков для опирания балок. Это удобно с точки зрения монтажа, но требует тщательного расчёта на смятие стенки. Наши технологи рекомендуют при толщине стенки менее 12 мм обязательно устанавливать дополнительные накладки под балками.

Последний проект – цех с мостовыми кранами грузоподъёмностью 32 т – показал важность контроля геометрии. Колонны коробчатого сечения высотой 18 м с диафрагмами через 1,5 м пришлось выверять с точностью до 3 мм по высоте. Использовали лазерные нивелиры и постоянно контролировали температуру конструкции – на солнце короб 'ведёт' значительно.

Вместо заключения: что стоит помнить

Диафрагмы в коробчатых колоннах – это не просто 'рёбра жёсткости', а полноценные несущие элементы. Их расчёт и конструктивное выполнение определяют долговечность всей конструкции. Особенно это важно для высотных зданий и сооружений с динамическими нагрузками.

На основе нашего опыта на zxth.ru мы разработали внутренние стандарты по проектированию и изготовлению таких колонн. Они включают не только требования нормативов, но и практические наработки, полученные в ходе монтажа на реальных объектах.

Главный вывод: экономия на качестве изготовления диафрагм и контроле их установки неизбежно leads к проблемам на стадии эксплуатации. Лучше сразу заложить дополнительные диафрагмы в расчёт, чем потом усиливать готовую конструкцию.