Усиление базы металлической колонны

Обновлено: 04.10.2024

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСИЛЕНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ

СОСТАВЛЕНО Государственным институтом проектирования предприятий по производству запасных частей и ремонту энергетического оборудования ("Гипроэнергоремонт")

Составители В.А.Колесник, В.В.Буланов, В.Д.Кузнецов, Р.Р.Турбабина, Г.Б.Ярославцева, И.А.Стрепкова

УТВЕРЖДЕНО Главным инженером Союзтехэнерго Г.Г.Яковлевым 15 августа 1983 г.

Настоящие Рекомендации предназначены для проектных организаций, проектно-конструкторских бюро, а также персонала специализированных ремонтных предприятий и служб эксплуатации производственных зданий и сооружений районных энергетических управлений и производственных энергообъединений Минэнерго СССР, министерств и главных управлений энергетики и электрификации союзных республик, связанных с ремонтом производственных зданий и сооружений.

В настоящих Рекомендациях изложены предложения по усилению стальных строительных конструкций и их элементов, приведены основные способы и методы расчета усиления стальных конструкций, даются характеристики примененных ранее конструкционных сталей и прокатных профилей, классификация дефектов и повреждений стальных конструкций.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Необходимость усиления конструкций производственных зданий и сооружений возникает в процессе эксплуатации, во время проведения ремонтов и реконструкций как основного технологического оборудования, так и строительных элементов конструкций.

1.2. Заключение о необходимости усиления стальных конструкций (далее по тексту "конструкций") составляется специальной комиссией при их обследовании. В результате обследования должны быть получены следующие материалы:

- документация и данные натурных обмеров, необходимые для расчетов;

- данные о времени возведения металлоконструкций, их ремонта и реконструкции с начала эксплуатации;

- ведомость допущенных отступлений от проекта или соответствующих СНиП;

- ведомость дефектов несущих металлоконструкций;

- геодезические данные по несущим металлоконструкциям;

- данные о нагрузках (схема нагрузок);

- сертификаты или лабораторные данные химического анализа и механических испытаний сталей, из которых выполнены конструкции;

- данные о фактической несущей способности конструкции.

1.3. Обследования и усиления конструкций, выполненных из кипящей углеродистой стали, необходимо производить в соответствии с [5] и [6].

1.4. Вопросы усиления ранее деформированных, а затем выправленных элементов конструкций с учетом остаточных напряжений в тех частях сечений, которые были подвержены пластическим деформациям, в настоящих Рекомендациях не рассматриваются.

1.5. В связи с необходимостью ремонта производственных зданий и сооружений, построенных в более ранние годы, в приложениях 1-18 настоящих Рекомендаций приводятся характеристики применявшихся ранее конструкционных сталей и прокатных профилей.

1.6. Условные обозначения, принятые в настоящих Рекомендациях, приведены в приложении 19.

2. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ
НЕОБХОДИМОСТЬ УСИЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Усиление конструкций - одно из наиболее эффективных мероприятий по продлению их долговечности, восстановлению или увеличению их несущей способности и предотвращению аварий.

Причины, вызывающие необходимость усиления конструкций, следующие:

- реконструкция и модернизация основного и вспомогательного технологического оборудования, увеличение производительности оборудования, вызывающие увеличение нагрузок на конструкции;

- физический износ конструкций в результате интенсивной или длительной их эксплуатации;

- поражение конструкций коррозией;

- вредные температурные воздействия на конструкции;

- воздействия стихийного характера на конструкции;

- различные повреждения конструкций в результате нарушения правил их эксплуатации;

- повреждения (погнутости, вмятины и т.п.), полученные во время транспортировки и монтажа;

- ошибки при проектировании, изготовлении и производстве строительно-монтажных работ.

2.2. Основные виды дефектов и повреждений, характерных для конструкций покрытий и конструкций подкрановых путей производственных зданий, приведены в табл.1.

Усиление металлической колонны

Балка на балку, кирпич на кирпич.

С точки зрения простоты выполнения сварных швов лучше всех 1 вариант. Для еще пущего упрощения убрать из 1 варианта накладки, а 20 швеллер приваривать как на 3 варианте

Все варианты рабочие, но хреновые.
Стоило бы показать поперечник, привести нагрузки, результаты расчета и другие подробности.
Почему именно [20, что ли девать его некуда?

Стрелками указал швы, которые проварить невозможно. Возможно только наплевать.

----- добавлено через ~2 мин. -----

Это не усиление колонны, это наращивание колонны с одной стороны под новые подкрановые балки, походу. И новый кран будет опираться не на колонну, а на швеллер 20П, который связывается с основной колонной просто для уменьшения гибкости.
Вопросы к тормозным усилиям.

С точки зрения простоты и надежности нужно устроить отдельные стойки под новые подкрановые балки, а горизонтальные нагрузки от торможения тележки передавать на существующую колонну. По новым стойкам - своя система вертикальных связей, фундаменты - буровые сваи и т.д.

С таким креплением подкрановой?

----- добавлено через ~3 мин. -----

лихо),
так может с фундамента и начать с точки зрения несущей способности и конструктивного решения?
а потом уж стойку развивать и увязать с фундаментом, имея определенные наработки по стойке
может и так, что все эти первоначальные наработки по стойке просто "полетят" из-за конструктивных ограничений при разработке фундамента(

Похоже у автора каша в голове и начать ему нужно с общей конструктивной схемы, если хочет получить практическую помощь.

Это не флуд. Дьявол кроется в деталях. Без конкретики Вы получите одни фантазии.
Показали бы поперечник с подкрановыми консолями. фундаментами и пр., указали бы нагрузки и усилия до и после, результаты расчетов.

Ledi Ms,
не надо обижаться)
Старый Дилетант прав
у вас есть 6-ть силовых факторов на обрезе, отсюда и "пляшите", увязывайте стойку с фундаментом
а предложенные изначально "схемки" вообще оторваны от жизни, не говоря о конструктивных "особенностях")
да и ваше решение с инъекционными сваями тоже довольно мутно, по факту не пришлось бы развивать как подколонник так и подошву существующего

да и ваше решение с инъекционными сваями тоже довольно мутно, по факту не пришлось бы развивать как подколонник так и подошву существующего

Слишком многодельно и дорого для краника в 10т. Из опыта - разбивают пол локально и бурят небольшими установками скважины под буронабивные сваи, если воды высоко нет. 30Б1 - дохлая колонна для крана в 10т, поэтому и делают отдельную стойку, а существующую колонну считают только на изгиб.

Швеллер и лист - старое, серийное решение в зоне вертикальных связей выше балки или случае если нужно обеспечить проход вдоль кранового пути. Балку подберите и посчитайте на торможение из плоскости - там видно будет.

ну это уже совсем другая "песня")
по сути - отдельная крановая эстакада внутри сущ. строения с передачей поперечного торможения на сущ. стойки, не забываем про размеры подошв сущ. ф-та и размещение куста свай под новые отдельные стойки)
и усиление сущ. стоек тогда может и не понадобится, а весь сыр-бор темы только из-за этого)

Не только на обрезе. Еще подкрановая консоль, да и рама целиком. Возможны варианты.
При установке подкрановых стоек в створе БК есть вероятность попасть на подошву сущ. фундамента.
Как изменится габарит крана? Могут ли использоваться сущ. консоли и пр.

К слову, на одном объекте масса 5-тонного крана тяжелого (или ВТ, не помню) ht;bvf составляла по паспорту 27 т.
.
Вообще любой из вариантов может быть как предпочтительным (например подрядчик специализируется на буроинъекционных свая) так и неприемлимым.
Вариантов много. Стойку можно подвинуть ближе к колонне чтобы уменьшить эксцентриситет относительно фундамента, можно соединить решеткой или планками с колонной для большей жесткости, поставить стойку наклонно.
Короче без исходных никак.

Усиление металлической колонны изнутри

Здравствуйте, прошу помочь с выбором способа усиления металлической колонны круглого сечения 159 диаметра, толщиной стенки 4мм и высотой 3м. При монтаже была допущена ошибка, колонна была установлена не под осью лежащей сверху балки, а со смещением на 100мм. Как следствие, возник эксцентриситет и появились признаки деформации. 1.Колонну можно заменить, но местоположение ее изменить проблематично.
2. Увеличить жесткость, наварив снаружи накладки, исключено. Рассматривался вариант помещения внутрь металлической трубы ж/б колонну, но несущая способность такого решения оказалась невелика 10-12 т. , а нужно 25-35т.

Труба с более толстой стенкой (159х8) не проходит по расчету, если нагрузка около 30 т. И на данный момент таких труб в наличии нет

может нарастить/уменьшить балку для центрирования опирания? Устроить шарнирное опирание с центрированием? Схему в студию

Начертил примерно как это выглядит. Рассчитать пробовал. Жб колонна внутри дает 10-15 т с эксцентриситетом 10 см, но считал без учета металлической оболочки.

Мне не понятно, как можно рассчитать железобетонную колонну на 10-15т, в то время как рассчет делается обычно от изначально известной нагрузки 25т, арматуру побирать нужно, марку бетона, и учитывать металлическую трубу обязательно

Расчет делал по пособию СНиП. Для увеличения сечения арматуры, сечение самой колонны слишком мало (коэффициенты выходят за пределы табличных значений), а следственно и несущая способность меньше.

Stamm, в вашу трубчатую колонну наливаете бетон и вставляете стальной сердечник из трубы меньшего диаметра (как жесткую арматуру). В качестве жесткой арматуры можно и не обязательно круглую трубу ставить (квадратную трубу, двутавр, сварной крест из листов и т.д.). В бетоне сердечник и труба оболочка заработают совместно. Вот и посчитайте свою сжато-изогнутую колонну в сечении которой будут два стальных элемента. Для ваших нагрузок вполне сойдет.

Был бы очень благодарен, если б Вы дали ориентировочный алгоритм расчета . Имеет ли значение, что сцепление бетона с жесткой арматурой и с оболочкой будет невелико?

Если ставить изнутри, то приварить можно только на концах. Такое крепление может увеличить устойчивость?

Stamm, я просчитал вашу стойку в Кристалле (приложение к SCAD). На нагрузку в 25т с эксцентриситетом 100 мм проходит труба 159х8 из стали ВСт3кп2. На нагрузку 35 т с эксцентриситетом 100 мм проходит труба 159х8 из стали ВСт3пс6. Расчет ведется по СП 53-102-2004. При этом прочность при совместном действии продольной силы и изгибающих моментов проверяется с учетом пластики согласно пункта 10.1.1. А вот если пластику не учитывать (как по СНиП II-23-81), то труба из ВСт3кп2 не проходит даже на нагрузку в 25т с эксцентриситетом 100мм.

Почему не проходит? 30тн для продольной силы для толстостенной трубы 159 не проблема. В Вашем случае появился неучтенный момент где-то 2,5 тн*м, что для тонкой трубы катастрофа . Однако ежели найдете 157ст7 трубу из стали 09г2с, то пройдет еще с запасом и при моменте.
Кстати можно фото в студию?

(как жесткую арматуру). В качестве жесткой арматуры можно и не обязательно круглую трубу ставить (квадратную трубу, двутавр, сварной крест из листов и т.д.). В бетоне сердечник и труба оболочка заработают совместно. Вот и посчитайте свою сжато-изогнутую колонну в сечении которой будут два стальных элемента. Для ваших нагрузок вполне сойдет.

Вариант металлической базы колонны при реконструкции объекта в стесненных условиях


В современном строительстве зачастую приходится решать проблемы, связанные с ограниченным пространством для проектирования. Эти ограничения могут быть связаны как с жестким регламентированием строительства при реконструкции, так и с сохранением эстетического облика здания, разработанного архитектором. Так во время разработки проекта здания на объекте «Игора Драйв» была создана система, изображенная на рис. 1. Верхний пояс состоит из металлических балок, опирающихся на колонны высотой 5,5 м и диаметром 400 мм. Конструкция поддерживает стеклянное ограждение в виде вазы.


Рис. 1. Общий вид конструктивной схемы

База предусмотрена под металлическую колонну Ø400 мм, которая является обрамлением железобетонной колонны. Усиление колонны металлической обоймой выполнено с целью увеличения несущей способности колонны, т. к. при прогрессирующем обрушении при пожаре несущей способности железобетонной колонны недостаточно. Крепление колонны ограниченно по высоте 120 мм.

Принято решение создать пространственную базу коробчатого сечения с габаритами (ДхШхВ) 1000х1000х120 мм с ребрами жесткости. База принята из пластин толщиной 20 мм с 8 ребрами жесткости с шагом 300 мм высотой 80 мм на сварке. Центральное отверстие базы Ø 428 мм. Крепление базы осуществляется с помощью сквозных шпилек Ø30 мм между нижней пластиной базы и монолитной железобетонной плитой и железобетонными балками. Количество шпилек принято 12 шт., по 3 шт. в каждом углу. Шпильки монтируются в подготовленные отверстия и затягиваются до монтажа верхней пластины. Общий вид пространственной базы без верхней пластины изображен на рис. 2.


Рис. 2. Разрез базы под колонну

Расчет системы произведен на случай прогрессирующего обрушения с учетом обрушения стеклянного ограждения при пожаре и наличия ветровой нагрузки на верхнюю балочную конструкцию. Нагрузки на колонну взяты из статического расчета системы объекта. По результатам расчета коробчатой пространственной системы с помощью программы ЛИРА САПР напряжения элементов базы Ry=85,3 МПа, что меньше предела текучести стали С245. Произведен расчет на продавливание железобетона и расчет анкеров на смятие бетона. Выполнен расчет сварных швов. Результаты расчета приведены на рис. 3-5.

2.png

Рис. 3. Изополя эквивалентных напряжений NS01

3.png

Рис. 4. Изополя эквивалентных напряжений NE01

5.png

Рис. 5. Изополя главных напряжений N1

В результате расчетов база под колонну удовлетворяет нормативным требованиям. Применение данной конструкции позволяет устраивать крепление колонны, при этом не занимает большого пространства по высоте. База подобного вида не имеет аналогов в типовых конструкциях.

  1. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*».
  2. СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*».
  3. СП 27.13330.2017 «Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур. Актуализированная редакция СНиП 2.03.04.84».

Основные термины (генерируются автоматически): верхняя пластина, колонна, крепление колонны, общий вид, прогрессирующее обрушение, пространственная база, ребро жесткости, результат расчета, стеклянное ограждение.

Похожие статьи

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом

, где В — ширина плиты базы, а L — длина базы. Значения этих напряжений могут быть разные в виде схем (рис.4)

Анализ методов статического расчета безбалочных. , (6). где IВ и IН — моменты инерции верхней и нижней колонн соответственно.

Применимость программного комплекса SCAD для расчета.

- Общее упрочнение всего сооружения

Результаты расчета на прогрессирующее разрушение при удалении одной из колонн здания. Номер расчетных групп (номер разрушаемого элемента).

Анализ методов статического расчета безбалочных.

В результате заменяющие рамы получаются в виде ряда колонн, соединенных условными ригелями, состоящими из полосы шириной равной расстоянию между серединами двух

Рис.5 Схема грузовой площади при расчёте плиты базы на изгиб от отпора фундамента на плиту.

Эффективность использования трубобетонных и стальных колонн.

Связи между колоннами моделировались при помощи универсального пространственного

Выполняя соединение колонны с плитой базы по рисунку 1 это соединение в технической.

В данной работе для расчёта плит используются несовместные конечные элементы в виде.

Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных.

Результаты расчёта сравнены со значениями, полученными в результате инструментального анализа.

гдe yв — расстояние от центра тяжести объединённого сечения до верхней грани балки, см; yн

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом | Статья в журнале.

Экспериментальное исследование по восстановлению консолей.

На этапе 1765,8гН (18 т) произошло обрушение защитного слоя вдоль боковой грани консоли колонны.

Рис.3 Общий вид измененного центратора, где 1-сваренные между собой швеллера, 2-усиливающая пластина, 3-рёбра жёсткости.

Исследование работы полигональной фермы бескаркасных зданий.

Ребра жесткости следуют общему основную гофрированную структуру панели.

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом | Статья в журнале. Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было.

Исследования несущей способности железобетонной плиты.

Рис. 1. Общий вид фундаментных блоков. В здании в качестве несущих и ограждающих

Арискин М. В. Результаты технической экспертизы о причинах разрушения

Абрашитов В. С., Расчет прямоугольной пластины на изгиб. формирование локальной матрицы жесткости.

Оценка фактического состояния и определение возможной.

Вариант металлической базы колонны при реконструкции объекта. Конструкция поддерживает стеклянное ограждение в виде вазы.

Общий вид пространственной базы без верхней пластины изображен на рис. 2.

Методы усиления железобетонных колонн


Очень часто при обследовании здания или сооружения оказывается, что многие конструкции объекта находятся в аварийном состоянии и нуждаются в усилении. Если усиление невозможно или нецелесообразно, то конструкцию демонтируют и заменяют другой. Целесообразность того или иного способа усиления определяют сравнительным экономическим анализом (расход материала, трудоемкость выполнения работ, общая стоимость, уменьшение количества простоев производства). В наши дни существует достаточное количество методов по сохранению существующих конструкций колонн при реконструкции зданий. Характер повреждения, месторасположение конструкции в плане, эксплуатационная составляющая, назначение здания и т. д. — от всех этих важных аспектов и зависит способ и вид усиления.

Ключевые слова: усиление, колонна, железобетон, обойма, бетонное наращивание

Сборные железобетонные колонны чаще всего усиливают стальными или армированными бетонными обоймами, бетонными рубашками, с помощью наращивания или любыми другими разгружающими элементами, конструкциями.

Методов действительно очень много, и главное — выбрать наиболее подходящие, устраиваемые и в плане дальнейших эксплуатационных характеристик, и стоимости возведения/усиления, и эстетических нужд.

Усиление колонн осуществляется главным образом за счет увеличения сечения для обеспечения совместной работы существующего и дополнительного сечений. Обычно усиление выполняется с разгрузкой конструкции. Если напряжение в усиливаемой конструкции выше допустимого, то усиление под нагрузкой с использованием сварки не производится.


Рис. 1. Поврежденная железобетонная колонна

Непосредственно перед выбором метода усиления необходимо произвести обследование здания с дальнейшим присвоением зданию категории аварийного состояния. (Рис. 1)

По результатам предварительного обследования с учетом выявленных дефектов и повреждений на момент обследования конструкция относится к одной из пяти категорий состояния [3]:

I — исправное (хорошее) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Долговечность конструкции не снижена по сравнению с проектной.

II — неисправное (удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Есть признаки снижения долговечности конструкции по сравнению с проектной.

III — ограниченно работоспособное (не достаточно удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по жесткости и устойчивости. Долговечность конструкции существенно снижена.

IV — неработоспособное (неудовлетворительное) состояние — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

V — предельное (предаварийное) состояние (Рис. 2) — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Существует опасность обрушения.


Рис. 2. Аварийное состояние железобетонной колонны

После присвоения зданию категории, анализа состояния колонн и здания в целом, можно приступать к выбору метода усиления.

Для усиления железобетонной колонны существует достаточное количество методов. Наибольшее распространение получили следующие: железобетонные и стальные обоймы, одностороннее и двустороннее наращивание сечения, предварительно напряженные обоймы и распорки, приставные стойки и разгружающие элементы.

Усиление железобетонной обоймой считается наиболее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны. Обойма состоит из продольной и поперечной арматуры и бетонного слоя. (Рис. 3) Перед усилением поверхность колонны должна быть зачищена от старого штукатурного слоя, а поверхность существующего бетона за час до наращивания смочена водой. Чаще всего железобетонную обойму делают толщиной 6–12 см. [1] Сечение и количество продольной арматуры определяется исходя из расчетов. Совместная работа обоймы и колонной — очень важное условие. Поперечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом S, удовлетворяющим требованиям:

;

где d -диаметр продольной арматуры; δ -толщина обоймы.


Рис. 3. Усиление железобетонной колонны с помощью железобетонной обоймы

Для внецентренно сжатых колонн для уменьшения начального эксцентриситета и увеличения прочности используют одностороннее наращивание сечения. Важным условием надежности является совместная работа нового слоя бетона со старым. Для этого предусматриваются те же мероприятия, что и при усилении железобетонными обоймами, и используется соединительная арматура маленького диаметра (10–30мм) с шагом 500–800 мм. В связи с большой трудоемкостью данное усиления применяется редко. [1]

Усиление колонн стальной обоймой (Рис. 4) — довольно простой метод в исполнении, позволяющий незначительно увеличить размер поперечного сечения и практически сразу ввести колонну в эксплуатационный режим. С использованием цементно-песчаного раствора устанавливаются продольные элементы обоймы из уголковой стали, прижимаемые к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам приваривают поперечные планки (шаг по длине колонны 400–600 мм). [1]


Рис. 4. Усиление железобетонных колонн стальными обоймами

Эффект преднапряженного состояния достигается путем приваренных, заранее нагретых до температуры 100–120°С, напряженных обойм поперечных планок. При остывании планки укорачиваются, создавая необходимое натяжение.

Достаточно эффективным методом увеличения несущей способности колонны является усиление с помощью стальных распорок. В данном случае несущая способность будет повышаться пропорционально площади поперечного сечения распорок.

Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), которые связанны между собой соединительными планками и выпрямляются с помощью натяжных болтов. Распорки, включаясь в совместную работу с колонной, частично разгружают ее. Величина напряжений в распорках в момент их включения в работу по данным [2] достигает 60–80 МПа.

Усиление колонн предварительно напряженными распорками считается целесообразным при длине распорок не более 5 м для меньшего расхода металла при обеспечении устойчивости.

Решение о необходимости усиления колонн выдвигается на основании обследования здания с разработкой проекта и обоснованием выбранного метода.

Дополнительно составляется ведомость дефектов с фотофиксацией и карты дефектов строительных конструкций.

На основании проведенного визуально-инструментального обследования дается оценка технического состояния строительных конструкций и величина предельно-допустимых нагрузок.

Все обследуемые конструкции классифицируются по техническому состоянию и категории опасности дефектов.

  1. Юдина А. Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений [Текст]: учеб. пособие/А. Ф. Юдина. — 3-е изд., стер. — М.: Академия, 2014. — 319 с.
  2. Бадьин, Г. М. Усиление строительных конструкций при реконструкции и капитальном ремонте зданий [Текст]: учеб. пособие / Г. М. Бадьин, Н. В. Таничева. — М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2010 (Курган). — 111 с.
  3. Гроздов В. Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений. СПб: Издательский Дом KN+, 2001. 140 с.

Основные термины (генерируются автоматически): усиление, колонна, конструкция, аварийное состояние, железобетонная обойма, обойма, усиление колонн, поперечная арматура, продольная арматура, совместная работа.

Читайте также: