Оптом колонны коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном

Когда говорят про колонны коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном, многие сразу представляют себе просто сварную трубу, залитую раствором. Но на практике разница между ?просто трубой? и расчётной несущей колонной — это целая пропасть, где каждая деталь, от марки стали до способа заполнения, имеет значение. Часто заказчики, особенно на этапе предварительного запроса, фокусируются только на цене за тонну, упуская из виду, что стоимость монтажа и долгосрочная надёжность могут быть полностью завязаны на качестве изготовления этих самых колонн.

Что скрывается за ?коробчатым сечением?

Здесь не всё так однозначно, как кажется. Коробчатое сечение — это не обязательно идеальный квадрат. Часто это прямоугольник, где соотношение сторон диктуется не только архитектурной идеей, но и требованиями к устойчивости на изгиб в разных плоскостях. Мы в своей практике, например, для каркаса одного из логистических комплексов подбирали сечение 400x600 мм именно из таких соображений. Толщина стенки трубы — отдельная история. Берёшь СНиПы, считаешь нагрузки, плюс обязательно закладываешь запас на коррозию, даже несмотря на будущую покраску. Инженер ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг как-то справедливо заметил в переписке по проекту, что их технологи при расчётах всегда запрашивают данные о средах эксплуатации — это показатель подхода. Потому что колонна для отапливаемого цеха и для неотапливаемого склада — это могут быть разные марки стали.

Материал трубы — основа всего. Не каждая сталь подходит для сварки с последующим заполнением бетоном. Здесь важна и свариваемость, и предел текучести. Часто идёт работа со сталью типа С345. Но был у нас случай, когда по проекту требовалась более высокая коррозионная стойкость для прибрежного объекта. Рассматривали вариант с трубами из стали с добавлением меди, но это серьёзно било по бюджету. В итоге, после консультаций, остановились на стандартной стали, но с увеличенной толщиной стенки и многослойным защитным покрытием. Это тот самый компромисс, который рождается не в каталогах, а на стыке расчётов, опыта и экономики.

А ещё есть нюанс с внутренними рёбрами жёсткости или диафрагмами. В высоких колоннах, особенно с большим сечением, просто заполнить трубу бетоном недостаточно. Нужно обеспечить их совместную работу, предотвратить отслоение бетона от стенок стали при высоких нагрузках. Иногда проектом предусматриваются приварные шпильки или анкеры внутри. Но это усложняет производство — нужен доступ внутрь секции для качественного монтажа этих элементов и последующей зачистки. Без этого бетон может лечь неплотно, образуются пустоты, и вся несущая способность конструкции ставится под вопрос.

Бетонное заполнение: не ?залить?, а ?уплотнить?

Вот здесь — одно из самых больших полей для ошибок. Казалось бы, что сложного: приготовил смесь и залил в трубу. Но если делать это неправильно, можно получить колонну, которая по факту будет работать как стальная, а бетонный сердечник в ней будет просто балластом. Первое — марка бетона. Она должна быть высокой, начиная от В25, часто В30 или выше. Подвижность смеси — ключевой параметр. Слишком жёсткий бетон не заполнит все полости, особенно вокруг внутренней арматуры (если она есть), слишком жидкий может расслоиться.

Метод укладки — это отдельная наука. Мы пробовали разные способы на пробных образцах. Просто лить сверху — не вариант для высоты более 2-3 метров. Бетон падает, сегрегируется, камень отделяется от раствора. Нужно либо подавать бетон снизу через специальные отверстия (что потом требует их герметизации), либо использовать литьевые трубы, опускаемые внутрь колонны. Обязательно применение глубинных вибраторов, но и с ними надо аккуратно — можно нарушить сцепление бетона со стенками трубы, если перестараться. Лучшие результаты у нас получались при использовании мелкозернистых бетонных смесей с пластификаторами и постадийном заполнении с вибрированием каждого слоя.

Контроль качества заполнения — это почти детективная история. Как проверить, что внутри всё хорошо? Визуально — никак. Мы всегда настаиваем на изготовлении контрольных образцов-кубов из каждой партии бетона, идущей на заполнение. Но это показывает прочность материала, а не качество укладки. Для ответственных объектов иногда применяют ультразвуковой контроль или метод радиоволнового сканирования, чтобы выявить возможные раковины или неплотности. Это дорого, но дешевле, чем последствия. Кстати, на сайте zxth.ru в описании их подхода к работе видно, что они делают акцент на полном цикле ?от чертежа до сдачи?. Для таких конструкций это критически важно — производитель должен понимать и нести ответственность за весь процесс, а не просто отрезать и сварить трубу.

Монтажные узлы и ?подводные камни? на площадке

Изготовить колонну — это полдела. Её ещё нужно правильно смонтировать. И здесь начинаются тонкости, о которых иногда забывают на этапе проектирования. Самое главное — узлы сопряжения: колонна-фундамент и колонна-ригель (балка). Для сталежелезобетонных колонн коробчатого сечения чаще всего используют анкерные группы, замоноличиваемые в фундаментный стакан. Важно, чтобы стальная труба в зоне анкеровки была обязательно снабжена диафрагмой или опорной плитой, которая распределит нагрузку и предотвратит смятие стенок.

Опыт одного неудачного, к счастью, вовремя исправленного, монтажа научил нас многому. Колонны были длинные, около 18 метров, сечением 500x500. При разгрузке автокраном стропы были накинуты слишком высоко, из-за чего возник изгибающий момент, на который колонна в ?голом? виде (без заполнения бетоном) рассчитана не была. Результат — едва заметная, но критичная остаточная деформация в средней части двух секций. Пришлось их отбраковывать. Теперь мы всегда требуем, чтобы в ППР (проект производства работ) был чётко прописан способ складирования, транспортировки и подъёза, особенно для незаполненных секций. Профессиональная строительная команда, как, например, та, что указана в описании ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг, для таких работ — не роскошь, а необходимость.

Ещё один момент — временное крепление. Пока колонна не закреплена сваркой или болтами к ригелям и не залиты монтажные стыки, она очень уязвима. Нужны расчалки или временные связи. А если речь идёт о многоэтажном каркасе, то последовательность монтажа и заполнения колонн бетоном становится головоломкой. Заливать бетон в колонны нижних этажей можно только после того, как смонтированы и хотя бы частично закреплены конструкции вышележащих этажей? Или наоборот? Ответ зависит от конкретной пространственной схемы здания. Здесь без тесного взаимодействия между изготовителем металлоконструкций, проектировщиком и монтажниками не обойтись.

Когда это выгодно и где применять

Эти колонны — не панацея и не для каждого объекта. Их главные козыри — высокая несущая способность при относительно компактном сечении и отличная огнестойкость (бетон внутри защищает сталь от быстрого нагрева). Поэтому они часто незаменимы в многоэтажном промышленном и гражданском строительстве, где нужны большие пролёты и свободные пространства без промежуточных опор. Каркасы торговых центров, спорткомплексов, цехов с мостовыми кранами — их стихия.

Но есть и ограничения. Стоимость. Материалоёмкость и трудоёмкость изготовления таких колонн выше, чем у обычных железобетонных или чисто стальных. Их применение должно быть экономически обосновано расчётом. Если можно обойтись прокатным двутавром или сборной железобетонной колонной, то заказчик, скорее всего, выберет более дешёвый вариант. Однако, когда речь идёт о сокращении сроков строительства (металл монтируется быстро, бетон набирает прочность уже в составе конструкции) и необходимости возведения в сложных погодных условиях, преимущества становятся очевидны.

Мы сотрудничали с компаниями, которые, как и ООО Шэньси Чжисинь Тяньхун Металл Мануфэкчуринг, предлагают комплексные решения. Это самый правильный путь. Когда один подрядчик отвечает и за проектирование узлов, и за изготовление, и за контроль качества бетонных работ, и за монтаж, риски значительно снижаются. Потому что он заинтересован в конечном результате, а не в том, чтобы просто ?сдать металл?. Их адрес в провинции Шэньси с хорошей транспортной доступностью — это тоже плюс для логистики крупных партий.

Вместо заключения: мысли вслух

Работа с колоннами коробчатого сечения из стальных труб, заполненных бетоном — это всегда балансирование между теорией и практикой. Можно иметь идеальный расчёт, но испортить всё на этапе заполнения не той бетонной смесью. Можно прекрасно изготовить, но повредить при монтаже. Успех здесь зависит от внимания к деталям на всех этапах.

Сейчас на рынке много предложений, но важно выбирать не просто поставщика металла, а партнёра, который понимает суть технологии. Критерии? Готовность обсуждать детали проекта, предоставлять расчёты узлов, иметь опыт работы с подобными конструкциями и, желательно, собственные мощности для контроля ключевых процессов. Потому что в итоге вы покупаете не просто трубы с бетоном, а несущий каркас своего здания. И его надёжность должна быть вне сомнений.

Возвращаясь к началу: да, это больше чем просто труба. Это сложный инженерный продукт, требующий компетенций в металлообработке, бетоноведении и строительном монтаже одновременно. И только когда все эти звенья работают слаженно, получается та самая прочная, долговечная и экономически оправданная конструкция, ради которой всё и затевалось.