Стальные колонны постоянного сечения

Когда говорят о стальных колоннах постоянного сечения, многие сразу представляют себе что-то простое, чуть ли не примитивное — мол, профиль одинаковый по всей длине, что тут сложного? На практике же именно эта ?простота? и выявляет все огрехи в проектировании, производстве и, что самое главное, в логистике и монтаже. Ошибка номер один — считать, что раз сечение не меняется, то можно сэкономить на расчетах узлов крепления или на контроле геометрии. В итоге приезжает на объект партия колонн, вроде бы по чертежам, а отверстия под анкера или под ригели не совпадают на миллиметры, и начинается подгонка болгаркой на месте, под дождем. Или, что еще хуже, выявляется продольный погиб, который не заметили при приемке на заводе, — и колонна упрямо не хочет вставать в проектное положение. Вот об этих подводных камнях, которые не увидишь в идеализированных 3D-моделях, и хочется порассуждать, исходя из того, что приходилось видеть и исправлять.

Проектирование: где кроется ?дьявол?

Итак, с чего все начинается? С проекта. Казалось бы, для колонны постоянного сечения нагрузки считаются относительно прямолинейно. Но здесь важно не само сечение, а его взаимодействие с фундаментом и с другими элементами каркаса. Частая проблема молодых проектировщиков — недостаточное внимание к монтажным схемам. Колонна длиной 12 метров с сечением, скажем, 30Ш1 — швеллер двутавровый. Ее нужно где-то хранить, перевозить, разгружать, поднимать краном. Если не заложить в проект монтажные петли или специальные захватные отверстия (строго согласованные по положению с центром тяжести!), то на объекте возникнет головная боль. Приходилось видеть, как колонны поднимали стропами, обвязанными как попало, что приводило к их перекосу и опасной нагрузке на сварные швы еще до установки.

Другой нюанс — обработка торцов. Для колонн постоянного сечения, работающих на центральное сжатие, критически важна перпендикулярность и плоскостность опорного торца. Если торец ?завален? или имеет вмятины от транспортировки, нагрузка распределится неравномерно. На одном из старых объектов, не нашего производства, кстати, была серия колонн, которые после монтажа дали нерасчетный прогиб. При вскрытии выяснилось, что нижние торцы были плохо зачищены после газовой резки и имели микронаплывы, из-за чего колонна стояла, по сути, на нескольких точках, а не всей плоскостью. Пришлось демонтировать и фрезеровать на месте — дорого и долго.

Именно поэтому в серьезных компаниях, которые дорожат репутацией, процесс начинается не с цеха, а с инженерного анализа всех этапов жизненного цикла изделия. Возьмем, к примеру, ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ Строительные Стальные Конструкции?. На их сайте (https://www.xjxyhd.ru) указано, что они обладают сертификатом первого класса на обработку и внедрили автоматизированные линии, включая плазменные станки с ЧПУ. Это не просто для галочки. Использование ЧПУ для резки и обработки отверстий под крепеж для тех же стальных колонн постоянного сечения — это гарантия повторяемости и точности. Когда ты делаешь не одну колонну, а серию для склада или цеха, разброс в пару миллиметров между первой и пятидесятой колонной — это брак. Автоматизация минимизирует этот риск.

Производство: точность против скорости

В цеху все выглядит иначе, чем на бумаге. Вот лежит мерная заготовка — широкополочный двутавр. Первая операция — разметка и резка в размер. Здесь уже первый выбор: абразивный круг, газовая или плазменная резка. Для ответственных колонн постоянного сечения, особенно если потом будет фрезеровка торца, лучше плазма с ЧПУ — меньше зона термического влияния, ровнее кромка. Но если объемы огромные и требования по металлу не самые жесткие, могут пустить и газом. Видел, как при спешке оператор газового резака чуть ?вел? резак, и на торце образовывался небольшой скос. На глаз не видно, но когда колонну ставят на фундаментную плиту, этот скос дает зазор в несколько миллиметров с одной стороны. Его потом заливают цементным раствором, но это уже не проектный контакт.

Далее — сверление отверстий в базовом листе или в полках для крепления к фундаменту и к ригелям. Тут история отдельная. Если сверлить каждую колонну по отдельности по шаблону — будут накопленные погрешности. Современный подход — это кондукторы или, что еще лучше, координатно-пробивные станки с ЧПУ. В упомянутой компании ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ? как раз заявлены многопортовые линии для прямого раскроя и линии вторичной лазерной обработки профиля. Представьте: профиль закреплен, и лазерная головка с высочайшей точностью ?наносит? контуры отверстий, а потом та же головка или следующий узел их прожигает. Геометрия пакета отверстий идеальна. Это особенно важно для колонн, которые идут в паре с фермами или балками, изготовленными на другом производстве — все должно сойтись на монтаже как детали конструктора.

Сварка. Для колонн постоянного сечения сварные швы часто — это приварка опорных и оголовочных плит, а также ребер жесткости. Казалось бы, ничего сложного. Но если варить вручную и без должного контроля термического режима, возникает коробление плиты. Плита ?ведет?, ее плоскостность нарушается. Потом эту плиту либо пытаются править кувалдой (категорически нельзя!), либо снова фрезеровать. На автоматизированных линиях, таких как тяжелые совмещенные линии для сборки и сварки под флюсом, которые есть у Хайдэ, этот процесс стабилен. Сборка идет на жесткой стапельной оснастке, а сварка под слоем флюса дает глубокий провар с минимальными деформациями. Результат — колонна, готовая к точному монтажу.

Логистика и хранение: невидимый этап рисков

Вот колонны изготовлены, прошли ОТК, покрашены. Лежат аккуратными штабелями на заводской площадке. Казалось бы, работа сделана. Но самый опасный этап для геометрии длинномерных изделий как раз начинается здесь. Неправильное складирование — без прокладок в точках, указанных в проекте (обычно в местах действия сосредоточенных нагрузок от собственного веса), — приводит к остаточным прогибам. Колонна постоянного сечения — это не балка, она не рассчитана на изгиб от веса при хранении ?на животе?. Ее нужно класть на деревянные брусья-прокладки, и не две, а несколько, чтобы не было провисания.

Погрузка и транспортировка. Грузчики, которым надо быстрее, часто бросают колонны краном, цепляя за один конец. Удар о платформу или другие колонны — и вмятина на полке, или, что хуже, микротрещина в зоне сварного шва у плиты. Контроль после доставки на объект часто формальный — проверили количество, погнутость визуально. А потом на монтаже возникают проблемы. Поэтому в контрактах с ответственными подрядчиками, а ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ? как раз позиционирует себя как исполнителя крупных проектов, всегда прописываются условия транспортировки, крепления в транспортном положении и методы приемки. Иногда даже выезжает представитель технадзора производителя на объект для приемки партии.

Еще один момент — защитное покрытие. При погрузке-разгрузке и в пути краска или цинковое покрытие повреждается. На объекте, особенно в агрессивной среде, эти места станут очагами коррозии. Нужно обязательно иметь с собой ремонтный комплект краски того же производителя и того же цвета (по RAL), чтобы монтажники могли сразу подкрасить сколы перед установкой. Мелочь? Нет, это вопрос долговечности всей конструкции.

Монтаж: момент истины

И вот объект. Фундаменты готовы, анкера торчат. Привозят колонны. Первое, что делает грамотный мастер — проверяет разбивочные оси фундаментов и длину анкерных болтов. Потому что бывает, что проектная длина болтов не учитывает толщину опорной плиты колонны плюс гайку с шайбой. Колонну не удается надежно затянуть. Приходится наращивать болты или, что совсем плохо, подкладывать дополнительные шайбы, что меняет расчетную схему.

Установка. Колонну постоянного сечения поднимают, наводят на анкера. Здесь важна слаженная работа такелажников и монтажников. Если колонну ?завели? на болты с перекосом и начали ?добивать? кувалдой — можно сорвать резьбу на анкере или деформировать отверстие в плите. Правильно — использовать монтажные клинья для юстировки по осям и по высоте. После предварительной выверки (обычно по теодолиту или лазерному нивелиру) следует неполная затяжка гаек. Полную затяжку делают только после установки хотя бы части ригелей или связей, которые придадут каркасу пространственную жесткость. Иначе, пока колонна стоит одна, ее легко может ?повести? от ветра или от вибрации.

Личный опыт: на одном из объектов поставили целый ряд колонн, затянули их ?в ноль? сразу. Потом начали монтировать подкрановые балки. При приварке балок к консолям колонн из-за температурных деформаций от сварки несколько колонн вышли из вертикали. Пришлось ослаблять анкера, выверять заново и снова затягивать. Потеряли день. Вывод: технологическая последовательность монтажа, прописанная в ППР (проект производства работ), — это не бюрократия, а инструкция, написанная кровью и потом предыдущих ошибок.

Когда ?постоянство? сечения — не догма

Интересный момент возникает, когда речь заходит о высотных колоннах или колоннах под очень высокие нагрузки. Чисто теоретически, можно рассчитать колонну постоянного сечения на всю высоту. Но с экономической и иногда с конструктивной точки зрения это может быть неоптимально. В нижних ярусах нагрузка максимальна, и сечение должно быть одним. В верхних — нагрузка меньше, и можно было бы взять профиль поменьше, сэкономив металл. Почему же тогда часто выбирают единое сечение? Причины практические: унификация, упрощение производства (одна оснастка, одна номенклатура профиля), упрощение монтажа (все элементы взаимозаменяемы). Особенно это актуально для типовых проектов складов, ангаров, где скорость и предсказуемость ключевые.

Однако в уникальных объектах, например, в высотных каркасах зданий или в специальных промышленных сооружениях, отходят от этого принципа. Но тогда колонна становится не постоянного сечения, а ступенчатой или переменного сечения. Это уже другая история, с другими проблемами по сопряжению участков, центровке и изготовлению. Но даже в этом случае участки между узлами сопряжения часто делают постоянными. Так что понимание работы простой колонны постоянного сечения — это базис, на котором строятся все более сложные решения.

В заключение хочется сказать, что стальные колонны постоянного сечения — это не скучный ?кирпичик?, а индикатор культуры производства и строительства. По тому, как они спроектированы (с учетом реального монтажа), как изготовлены (с точностью отверстий и чистотой торцов), как доставлены и смонтированы, можно судить о профессионализме всей цепочки исполнителей. Компании, которые, подобно ООО ?Синьцзян Сиюй Хайдэ Строительные Стальные Конструкции?, инвестируют в автоматизацию и сертификацию, по сути, покупают себе страховку от этих многочисленных ?мелочей?, которые в итоге и определяют, простоит ли каркас десятилетия или начнет преподносить сюрпризы уже на этапе сдачи. В нашей работе лучше перебдеть, особенно когда речь идет о несущем остове здания.