Стальные колонны многоэтажных зданий

Когда говорят про стальные колонны многоэтажных зданий, многие сразу представляют голый каркас небоскрёба. Но на практике, особенно в комбинированных или специализированных сооружениях, всё часто оказывается сложнее. Возьмём, к примеру, крупные тепличные комплексы — те же промышленные многоэтажки, только для растений. Там нагрузки специфические: не только вес кровли и снега, но и подвесное технологическое оборудование, системы зашторивания, иногда дополнительные ярусы. И вот тут стандартные решения из учебников по гражданскому строительству могут подвести. Сам сталкивался с проектом, где колонны рассчитывали чисто под статические нагрузки от каркаса, а потом при монтаже ферм для светокультуры выяснилось, что динамические вибрации от обслуживающих тележек создают незапланированные крутящие моменты. Пришлось срочно усиливать узлы крепления. Это к тому, что стальные колонны многоэтажных зданий — это не просто стойки, это элементы, работающие в уникальной для каждого объекта ?связке?.

Особенности проектирования в нестандартных конструкциях

В классическом жилом или офисном строительстве нагрузки более-менее предсказуемы. А вот когда занимаешься, скажем, проектированием многоярусных тепличных комплексов, как это делает компания ООО Чэнду Цзюйцан Агротехнологическая Компания (информацию о их подходах можно найти на https://www.jcny666.ru), то понимаешь, что колонны — это основа, которая должна учитывать массу нюансов. На их сайте указано, что они занимаются полным циклом — от научно-исследовательского проектирования до монтажа. И это ключево. Потому что если проектировщик абстрагирован от монтажа и последующего обслуживания, он может заложить, например, колонну с идеальным расчётом по прочности, но с таким расположением монтажных отверстий или рёбер жёсткости, что потом к ней невозможно подвести коммуникации или смонтировать систему вентиляции. Видел такие случаи.

Материал колонн — казалось бы, всё просто, сталь. Но какая? В условиях агрессивной среды теплицы (постоянная высокая влажность, обработка химикатами) обычная углеродистая сталь, даже с покраской, — это риск. Нужна либо оцинковка, либо применение коррозионно-стойких марок. Но и тут палка о двух концах: такая сталь дороже и часто сложнее в обработке на месте. Один наш объект в Подмосковье как раз стал полигоном для испытаний: часть колонн сделали из обычной стали с усиленным многослойным покрытием, часть — из оцинкованной. Через три года разница в состоянии была уже заметна визуально, особенно в зонах конденсатосбора. Выводы сделали соответствующие.

Ещё один момент — это унификация. В погоне за экономией металла иногда каждую колонну считают индивидуально, получая десятки разных профилей и сечений. На бумаге экономия. На стройплощадке — хаос: монтажники путаются, увеличиваются сроки, выше риск ошибки. Гораздо практичнее, на мой взгляд, идти по пути разумной унификации, даже с некоторым перерасходом металла на 5-7%. Надёжность и скорость монтажа того стоят. Кстати, в описании деятельности ООО Чэнду Цзюйцан заявлен комплексный подход, и подобная унификация, как правило, является частью их типовых, но адаптируемых решений для тепличных проектов, что косвенно говорит о практическом опыте.

Монтаж: где теория встречается с реальностью

Любой монтажник скажет, что самая красивая 3D-модель колонны разбивается о первый же кран, который не может подойти на нужное расстояние из-за размытого грунта. Геодезия на этапе ПИР — это святое. У нас был печальный опыт на раннем этапе, когда из-за неверной привязки к высотным отметкам несколько колонн фундаментного стакана оказались на 10 см выше расчётного. Пришлось их срезать, делать накладки, усиливать сваркой — морока страшная, и прочность узла, честно говоря, уже не та. Поэтому сейчас требуем от геодезистов двойного контроля разбивки осей и отметок до начала бетонирования стаканов.

Соединения. Чаще всего — это фланцевые или болтовые соединения с опорной плитой. Казалось бы, затянул гайки динамометрическим ключом — и порядок. Но если фундамент дал усадку не равномерно, в плите возникает не расчётный изгибающий момент. Видел, как на уже сданном объекте — не теплице, а складском комплексе — из-за этого пошли трещины по сварному шву у основания колонны. Причина — не учли неоднородность грунтового основания при сезонном оттаивании. Для многоэтажных теплиц, которые часто строят на загородных участках, это особенно актуально. Нужен или очень качественный дренаж, или запас по жёсткости в узле.

Ещё про монтаж. Температурные деформации. Ставишь колонну летом, в +30. Все зазоры в соответствии с проектом. Приходит зима, -20, и вся конструкция ?садится?. Если связи и ригели уже установлены жёстко, могут появиться нерасчётные напряжения. Поэтому в многоэтажном каркасе, особенно с большой протяжённостью, часто делают монтажные стыки не жёсткими сразу, а с определённым люфтом, либо ведут монтаж в максимально приближенных к среднегодовым температурных условиях. Это знают все, но на гонке по срокам об этом частенько забывают.

Взаимодействие с другими системами

Стальные колонны многоэтажных зданий сельскохозяйственного назначения — это несущий остов, на который навешивается всё остальное. И здесь критически важна интеграция. Например, проектировщик каркаса нарисовал колонну. Потом приходит специалист по вентиляции и требует сделать в ней сквозное отверстие диаметром 300 мм для воздуховода. А там как раз проходит диафрагма жёсткости или самое нагруженное сечение. Конфликт. Поэтому в нормальной практике, которую, судя по всему, применяет и компания ООО Чэнду Цзюйцан, проектирование должно быть междисциплинарным с самого начала. Колонна изначально проектируется с ?окнами? и ?карманами? для будущих коммуникаций, с закладными элементами для крепления технологических линий.

Особенно это касается подвесных путей для обслуживающих тележек (характерно для теплиц). Крепёж для рельсов должен быть заложен в колонну или в ригель на этапе изготовления, а не приварены потом ?на глазок?. Потому что динамическая нагрузка от движущейся тележки — это серьёзно. Неправильно расположенный крепёж может создать точку концентрации напряжений, о которой никто не думал. Сам участвовал в экспертизе, где именно из-за такого ?кустарного? усиления после монтажа через год по шву пошла усталостная трещина.

Электропроводка и молниезащита. Часто металлоконструкции используют как заземлитель. Но в теплицах, с их влажностью и химически активной средой, контактные соединения для заземления должны быть особенно защищёнными. И точка их присоединения к колонне должна быть доступна для проверки и обслуживания, а не заварена в бетон фундамента. Это мелочь, но на практике её упускают, создавая проблемы электрикам на долгие годы вперёд.

Контроль качества: от цеха до площадки

Качество колонны закладывается в цеху. Контроль сварных швов (визуальный, ультразвуковой), соответствие геометрии, качество антикоррозионного покрытия. Но даже идеальная с завода колонна может быть испорчена при транспортировке или складировании на площадке. Видел, как колонны, аккуратно оцинкованные, сваливали в кучу на грунт, царапая покрытие. Потом эти царапины — очаги коррозии. Нужен жёсткий протокол приёмки и хранения.

На самой площадке ключевое — это контроль монтажных операций. Вертикальность колонны, реальное усилие затяжки болтов (не все используют динамометрические ключи, многие — по старинке, ?на глазок?), качество сварки монтажных стыков (если она предусмотрена). Часто подрядчик, торопясь, не делает пробные сварные соединения для испытаний. А зря. Химический состав стали на морозе может вести себя иначе. Лучше потратить день на испытания, чем потом переделывать сотни метров швов.

Документация. Каждая партия колонн должна иметь паспорта, сертификаты на материал, акты скрытых работ по монтажу. Это скучно, но необходимо. Особенно когда объект, как многие тепличные комплексы, проектируемые такими компаниями, как ООО Чэнду Цзюйцан, рассчитан на долгий срок службы. Через 15 лет при реконструкции эти бумаги окажутся бесценными, чтобы понять, что и как можно нагружать дополнительно.

Эволюция подходов и мысли вслух

Раньше часто делали колонны сплошного сечения, мощные, с большим запасом. Сейчас тенденция — на облегчение, использование тонкостенных гнутых профилей, перфорированных элементов. Это экономит металл, но требует более высокого качества расчётов и изготовления. Для многоэтажных зданий с относительно равномерной нагрузкой это работает. А для тех же многоярусных теплиц с точечными нагрузками от оборудования? Тут вопрос открытый. Наверное, нужен гибридный подход: основные несущие колонны — мощные, а вспомогательные стойки внутри ярусов — облегчённые.

Ещё думаю о композитных материалах. Стеклопластиковые колонны, например, абсолютно не корродируют. Но их модуль упругости другой, да и стоимость пока высока. Но для отдельных элементов в агрессивных зонах, возможно, уже имеет смысл смотреть в эту сторону. Это не фантастика, а практический вопрос долговечности.

В итоге возвращаешься к базе. Стальные колонны многоэтажных зданий, будь то небоскрёб или индустриальная теплица, — это история не про отдельный элемент, а про систему. Их расчёт, изготовление и монтаж нельзя отдавать на откуп шаблонным решениям. Нужно глубоко понимать специфику эксплуатации всего сооружения. Именно поэтому комплексные компании, которые ведут проект от идеи до сервиса, как та же ООО Чэнду Цзюйцан Агротехнологическая Компания, часто получают более надёжный результат. Они вынуждены смотреть на колонну не как на абстрактную стойку в программе, а как на часть живого организма, который будет decades работать под нагрузкой, влагой, перепадами температур. И этот практический, целостный взгляд, на мой опыт, дорогого стоит. Всё остальное — детали, которые, впрочем, и решают в конечном счёте всё.