Колонны металлические — типы, нагрузки, производство

Колонны металлические — вертикальные несущие элементы каркаса зданий, воспринимающие нагрузки от покрытий, перекрытий, кран-балок и передающие их на фундаменты. ГК «СтилКонстракшн» проектирует и изготавливает колонны по СП 16.13330.2017 из двутавров, труб, составных сечений. Производство в Брянске, площадь завода 5000 м², мощность 6000 тонн/год, опыт 6+ лет.

Функции и работа металлических колонн

Колонна работает на центральное или внецентренное сжатие. При центральном сжатии (одноэтажные здания с шарнирным опиранием ферм) нагрузка приложена по оси колонны, напряжения σ = N/A. При внецентренном сжатии (многоэтажные здания, колонны с консолями под кран-балки) возникает изгибающий момент M = N × e, где e — эксцентриситет.

Расчётная длина колонны l₀ = μ × H, где H — высота, μ — коэффициент приведения длины (μ = 1,0 для шарнирного закрепления, μ = 0,7 для жёсткого защемления в фундаменте и шарнира вверху, μ = 2,0 для консоли). Для одноэтажного здания высотой 6 м с жёстким защемлением в базе l₀ = 0,7 × 6,0 = 4,2 м.

Типы металлических колонн по конструкции

Колонны из прокатных двутавров

Применяются для одноэтажных зданий без мостовых кранов, высота до 12 м, нагрузка до 1500 кН. Используем двутавры 30Б1–60Б2 (ГОСТ 26020-83) или широкополочные колонные профили 20К1–40К5.

Преимущества: минимальная трудоёмкость изготовления (отсутствие сварных швов), высокая жёсткость в плоскости полок. Недостатки: ограниченный сортамент высот сечения (до 600 мм), малая жёсткость из плоскости для двутавров (требуются связи).

Для здания 18×48 м, шаг колонн 6 м, нагрузка от покрытия 270 кН применяем двутавр 40Б1 (A = 72,6 см², I_x = 19062 см⁴, W_x = 953 см³).

Колонны из стальных труб

Круглые или квадратные трубы для зданий высотой до 9 м, равномерная жёсткость во всех направлениях. Диапазон сечений: труба круглая 219×6–530×10 мм (ГОСТ 10704-91), труба квадратная 200×200×8–400×400×12 мм (ГОСТ 30245-2003).

Применяются для навесов, лёгких каркасных зданий, торговых павильонов. Для навеса 6×12 м с пролётом 6 м используем трубу 159×6 мм (A = 28,9 см²), нагрузка на колонну 85 кН.

Преимущества: эстетичный внешний вид, отсутствие концентраторов коррозии (замкнутое сечение), простота узлов примыкания. Недостатки: сложность контроля сварных швов внутри трубы при стыковке, необходимость заглушек торцов.

Составные колонны из швеллеров

Два швеллера, соединённые планками или решёткой, образуют замкнутое или открытое сечение. Для колонн высотой 6–12 м применяем швеллеры 20У–40У (ГОСТ 8240-97). Планки толщиной 8–12 мм устанавливаются с шагом 0,8–1,2 м.

Сечение 2[30 (швеллеры полками внутрь, расстояние между стенками 200 мм): A = 2 × 40,5 = 81 см², I_x = 2 × 5810 + 2 × 40,5 × 10² = 92 620 см⁴. Радиус инерции i_x = √(92620/81) = 33,8 см.

Применяются для производственных зданий с мостовыми кранами грузоподъёмностью до 10 тонн, когда требуется размещение подкрановых балок на консолях.

Сварные колонны двутаврового сечения

Изготавливаются из листового металла: две полки (листы 300–600 мм шириной, толщиной 12–30 мм) и стенка (лист высотой 400–1200 мм, толщиной 8–16 мм). Сварка полуавтоматом MIG/MAG швами 6–10 мм.

Для здания с кран-балками 20 тонн, высота колонны 12 м, нагрузка 2800 кН применяем сварную колонну: полки 400×25 мм, стенка 800×12 мм. Площадь сечения A = 2 × 40 × 2,5 + 80 × 1,2 = 296 см².

Преимущества: возможность проектирования любого сечения под конкретную нагрузку, экономия стали 10–15% по сравнению с прокатными профилями. Недостатки: высокая трудоёмкость, требуется контроль сварных швов УЗК.

Колонны с подкрановыми консолями

Для зданий с мостовыми кранами грузоподъёмностью 5–50 тонн. Состоят из основного стержня (двутавр или сварное сечение) и консоли, выступающей на 0,8–1,5 м для установки подкрановой балки.

Консоль выполняется из швеллера 16У–30У или сварного двутавра высотой 300–500 мм. Крепление к стержню колонны — на опорных рёбрах толщиной 12–16 мм с усилением стенки вертикальными рёбрами жёсткости.

Для крана 10 тонн с вертикальной нагрузкой на колесо 110 кН консоль из швеллера 24У (W_x = 289 см³). Проверка напряжений: σ = M/W = (110 × 0,9) / 289 = 34,3 МПа < R_y = 240 МПа (сталь С245).

Расчёт металлических колонн

Сбор нагрузок на колонну

Нагрузка на колонну складывается из:

• Покрытие: q_пок = (кровля + прогоны + фермы + связи + снег) × грузовая площадь. Для здания 18×48 м, шаг колонн 6 м: A_гр = 6 × 6 = 36 м². При нагрузке 4,5 кН/м²: N_пок = 4,5 × 36 = 162 кН.
• Стены: масса стеновых панелей на опорной части колонны (для высоты 6 м и шага 6 м: 6 × 6 × 0,15 = 5,4 кН при весе панелей 150 кг/м²).
• Кран (если есть): вертикальная нагрузка от кран-балки + динамический коэффициент 1,1. Для крана 10 т максимальное давление на колесо 110 кН, на две колонны 220 кН, на одну колонну 110 кН.
• Собственный вес колонны: для двутавра 40Б1 длиной 6 м вес 570 кг ≈ 5,7 кН.

Итого расчётная нагрузка: N = 162 + 5,4 + 5,7 = 173 кН (без крана) или 173 + 110 = 283 кН (с краном).

Проверка устойчивости центрально-сжатых колонн

Условие устойчивости: N ≤ φ × A × R_y × γ_c, где φ — коэффициент продольного изгиба (зависит от гибкости λ), R_y — расчётное сопротивление стали, γ_c = 1,0.

Гибкость λ = l₀ / i, где l₀ — расчётная длина, i — радиус инерции минимальный. Для двутавра 40Б1: i_y = 4,38 см (из плоскости полок). При H = 6 м и μ = 0,7: l₀ = 4,2 м, λ = 420 / 4,38 = 96.

Для стали С245 и λ = 96 коэффициент φ = 0,60 (СП 16.13330.2017, табл. Д.1). Проверка: N_max = 0,60 × 72,6 × 24 = 1045 кН > 283 кН — колонна проходит по устойчивости.

Расчёт колонн на внецентренное сжатие

Для колонн с консолями под кран-балки возникает момент от крановой нагрузки M_кр = H_кр × e, где H_кр — горизонтальное торможение крана (10% от веса тележки + груза), e — эксцентриситет приложения.

Дополнительно момент от веса стен M_ст = q_ст × H² / 8 при ветровой нагрузке. Условие прочности: σ = N/A + M/W ≤ R_y × γ_c.

Для колонны из двутавра 50Б2 (A = 118,5 см², W_x = 2589 см³) с N = 450 кН, M = 85 кН·м: σ = 450/118,5 + 8500/2589 = 3,8 + 3,3 = 7,1 МПа < 24 МПа (С245).

Материалы для колонн

Применяем стали по ГОСТ 27772-2015:

• С245 (Ст3сп5) — для неотапливаемых складов, навесов в южных регионах (температура эксплуатации до −30°C)
• С255 (Ст3пс5) — универсальная сталь для одноэтажных производственных зданий высотой до 9 м
• С345 (09Г2С) — для ответственных конструкций, зданий с кранами 20+ тонн, высота колонн 12–18 м, северные регионы (до −65°C)
• С375 (14Г2АФ) — для многоэтажных зданий, колонн высотой 18+ м с нагрузками более 3000 кН

Для объектов в Москве и МО достаточно стали С255. Для Крайнего Севера применяем северное исполнение 09Г2С с ударной вязкостью KCV ≥ 29 Дж/см² при −70°C.

Изготовление колонн на производстве

Раскрой и подготовка металла

Двутавры режем на ленточнопильном станке (точность ±0,5 мм). Фрезеровка торцов на продольно-фрезерном станке для плотного прилегания базовой плиты. Шероховатость торца Ra = 12,5 мкм (ГОСТ 2789-73).

Для сварных колонн листы раскраиваем на плазменном станке ЧПУ (6–25 мм) или газорезке (25–40 мм). Точность реза ±1,0 мм по ГОСТ 14792-80. Обработка отверстий под анкерные болты на радиально-сверлильном станке, диаметр отверстий d₀ = d_б + 3 мм (для болтов М30: d₀ = 33 мм).

Сварка колонн

Базовую плиту (лист 400×400×20 мм для колонн до 500 кН, 600×600×30 мм для 500–1500 кН) привариваем к торцу двутавра или трубы швами 8–10 мм. Сварка в нижнем положении, электроды УОНИ-13/55 диаметром 4 мм или полуавтомат MIG/MAG.

Для сварных двутавровых колонн соединение полок со стенкой — угловыми швами kf = 0,4–0,6 толщины стенки (для стенки 12 мм катет шва 6 мм). Сварка автоматом SAW (для длин более 6 м) или полуавтоматом. Контроль: ВИК 100%, УЗК стыковых швов базовой плиты (ГОСТ 14782-86).

Рёбра жёсткости (для колонн высотой 9+ м) из листа 8–12 мм устанавливаются с шагом 2,0–3,0 м, привариваются к полкам и стенке. Сварщики с аттестацией НАКС, допуск СРО.

Антикоррозийная защита

Дробеструйная обработка до Sa 2½ (ISO 8501-1), нанесение грунта и эмали. Для наружных колонн применяем систему С3 по ISO 12944 (160 мкм: грунт 80 + эмаль 80). Для внутренних колонн отапливаемых помещений достаточно грунта ГФ-021 60 мкм.

Стоимость АКЗ: система С3 — 420–480 руб./м², грунт ГФ-021 — 180–220 руб./м². Площадь окрашивания колонны из двутавра 40Б1 высотой 6 м: S = периметр × высота = 1,8 м × 6 м = 10,8 м².

Монтаж металлических колонн

Разметка осей фундаментов с точностью ±5 мм по горизонтали. Анкерные болты М30 класса 5.8 устанавливаются в фундамент с выпуском 350–450 мм, отклонение от вертикали не более 5 мм на длине болта.

Колонну подают краном, наводят на анкерные болты, временно закрепляют расчалками. Выверка: вертикальность теодолитом (отклонение не более 1/1000 высоты, для H = 6 м допуск 6 мм), высотные отметки нивелиром (±3 мм от проектной).

После выверки затягиваем гайки анкерных болтов моментом 500–700 Н·м (для М30), подливаем опорную плиту безусадочным раствором М300 на высоту 30–50 мм. Через 3 суток (набор прочности раствора 70%) производим окончательную затяжку анкеров.

Монтаж колонн здания 18×48 м (16 колонн высотой 6 м) выполняется за 2 рабочих дня бригадой 3 человека + кран 16 тонн.

Узлы сопряжений колонн

База колонны

Опорная плита из стали С245 толщиной 20–40 мм, размер на 100–150 мм больше габаритов сечения колонны. Для двутавра 40Б1 (ширина полки 165 мм) плита 400×400 мм. Анкерные болты 4М24–4М36 в зависимости от нагрузки.

Расчёт толщины плиты: t = c × √(3σ / R_y), где c — вылет консольной части плиты, σ — давление под плитой. Для N = 500 кН, площадь плиты 400×400 = 1600 см², σ = 500/1600 = 31,3 МПа, вылет c = 10 см: t = 10 × √(3 × 31,3 / 240) = 10 × 0,63 = 6,3 см → принимаем t = 30 мм с запасом.

Оголовок колонны

Для шарнирного опирания ферм — столик из швеллера 16У–24У, приваренный к торцу колонны. Для жёсткого сопряжения с балками перекрытия — фрезерованный торец колонны + монтажный столик + высокопрочные болты М20-М24 класса 8.8.

Для многоэтажных зданий стыковка колонн по высоте выполняется на фланцах (листы 25–40 мм с болтами М24-М36) или сваркой встык с усилением накладками.

Крепление подкрановых балок

Консоль колонны под кран-балку на высоте 4,5–6,0 м от уровня пола. Подкрановая балка устанавливается на опорные рёбра консоли, крепится болтами М20-М24. Зазор между балкой и рёбрами регулируется стальными подкладками толщиной 3–10 мм для обеспечения горизонтальности крановых путей (допуск 1 мм на 1 м длины).

Стоимость металлических колонн

Тип колонны	Высота, м	Сечение	Вес, кг	Цена, руб./шт
Двутавр прокатный	6	30Б1	380	26 600–30 400
Двутавр прокатный	6	40Б1	570	39 900–45 600
Труба круглая	6	219×8	260	20 800–23 400
Труба квадратная	6	200×200×8	300	24 000–27 000
Сварная двутавровая	9	400×20 + 600×10	780	62 400–70 200
С подкрановой консолью	9	50Б2 + консоль	1140	91 200–102 600

Цена включает материалы, изготовление, базовую плиту с анкерными болтами, АКЗ (грунт + эмаль), паспорт качества. Доставка рассчитывается отдельно: для Тулы 8–12 руб./км (200 км от Брянска), для МО 15–20 руб./км.

Области применения металлических колонн

• Производственные здания — цеха, мастерские, сборочные корпуса (высота 6–12 м, шаг колонн 6–12 м)
• Склады и ангары — неотапливаемые помещения для хранения (высота 6–9 м, колонны из прокатных двутавров или труб)
• Торговые центры — гипермаркеты, рынки (высота 9–15 м, колонны сварного сечения или широкополочные двутавры)
• Многоэтажные здания — офисы, гостиницы, паркинги (колонны из труб 300×300–500×500 мм или сварные двутавры)
• Навесы и козырьки — автостоянки, погрузочные площадки (высота 3–6 м, колонны из труб 159–219 мм)
• Крановое оборудование — здания с мостовыми кранами 5–50 тонн (колонны с подкрановыми консолями, высота 9–18 м)

Для каркасных зданий быстровозводимого типа изготавливаем колонны с приваренными связями и узлами крепления, что сокращает время монтажа на 25–30%.

Преимущества колонн от ГК СтилКонстракшн

• Расчёт колонн по СП 16.13330.2017 в ПК SCAD, Lira-SAPR с проверкой устойчивости
• Изготовление из сертифицированного проката ГОСТ 27772-2015 (С245, С255, С345)
• Сварка базовых плит и узлов аттестованными специалистами НАКС
• Фрезеровка торцов на точность ±0,1 мм для плотного контакта с фундаментом
• Контроль геометрии: отклонение от прямолинейности не более 1/1000 длины
• АКЗ системы С3 по ISO 12944, срок службы покрытий 15–25 лет
• Комплектация анкерными болтами, подкладками, метизами для монтажа
• Производство в Брянске на площади 5000 м², мощность 6000 тонн/год, опыт 6+ лет, 65+ объектов

Этапы работы

1. Анализ нагрузок — определение нагрузок от покрытия, перекрытий, кранов, расчётной схемы здания (1 день)
2. Расчёт и проектирование — подбор сечений колонн, разработка КМ/КМД по ГОСТ 21.501-2018 (2–4 дня)
3. Коммерческое предложение — детализация стоимости металла, изготовления, АКЗ, доставки (2 часа)
4. Изготовление — раскрой, сварка базовых плит, рёбер, консолей, контроль геометрии (7–12 дней)
5. АКЗ — дробеструйная обработка, нанесение грунта и эмали (3–4 дня)
6. Отгрузка — упаковка, погрузка, транспортировка на объект (1–3 дня по МО, 3–6 дней по РФ)
7. Монтаж — установка на анкерные болты, выверка, подливка опорных плит (2–4 дня на здание 18×48 м)

Срок изготовления партии колонн из двутавра 40Б1 высотой 6 м (16 шт. для здания 18×48 м) — 14 рабочих дней с момента согласования КМД.

Часто задаваемые вопросы

Нужны металлические колонны для вашего здания? Звоните +7 (499) 350-85-45 или пишите на sale@gk-sc.ru. Рассчитаем оптимальное сечение под ваши нагрузки, подготовим КП за 2 часа. Проектирование КМ, производство, АКЗ, монтаж под ключ. Завод в Брянске, мощность 6000 тонн/год, сроки от 14 рабочих дней, 65+ реализованных объектов с гарантией.