Усиление монолитных колонн стальной обоймой
Обновлено: 17.05.2024
Доброго дня коллеги!
Нужна ваша помощь.
Имеется монолитная колонна 400*400. Требуется усиление стальной обоймой из уголка. Предлагается технология по рагогреву мет пластин и сварки их "на горячую".
У меня в голове крутится мысль, чтобы выполнить мат. обоймы без разогрева пластин, но с последующей зачеканкой полостей между уголком и колонной смесью на саморасширяющемся цементе.
Сроки указаны очень сжатые, за окнои 0 град С
1. Ткните меня носом где почитать про обе технологии выполнения работ?
2. Какая технология будет надежнее и быстрее выполнить?
3. Какая есть методика определения насколько качественно выполнено данное усиление?
Спасибо за ответы.
Я поиском находил несколько тем.
Конкретное решение проектировщики уже выдали.
Меня больше интересует технология выполнения усиления стальными обоймами. Как мне кажется, выполнять работы с нагревом пластин более затратное чем просто обрамить обоймой на саморасширяющуюся смесь.
Тогда и указания по производству работ там есть. Изменения может вносить только проектировщик. Т.О. надо пытать именно проектировщика почему технология именно такая.
Нагрев пластин предусматривается для обеспечения совместной работы обоймы и усиливаемого ж.б. элемента. После нагрева сталь расширяется, потом остывая сжимается, и прижимает уголки к бетону. ЯТД что саморасширяющийся цемент не подходит в данном случае, т.к усилие от температурного сужения много больше чем усилия от цемента саморасширяющегося. Чем сильнее прижать уголок, тем больше трение. А от цемента какое там усилие? Нет. Ваш вариан проектировщики вряд ли одобрят. А о каких полостях идет речь? Ведь если я не ошибаюсь уголки садятся на раствор и полостей там не должно быть?
Насчет того, что быстрее, ну я не производственник конечно, но мне кажется один черт. Швы сварные варить надо и там и там, а что быстрее - нагреть пластину или зачеканить пустоты - да один черт по моему, нагреть поди еще и быстрее получится, только что безопасность труда страдает.
делается так, заказывается уголок, делается гнутье - но тут главное не переборщить (делать на большой радиус), либо одна из полок зарезается под треугольный выререз под45 градусов к другой полке, и тоже загибается, тем самым вы делаете преднапрежение уголку, на уголок ставятся петельки для затяжных болтов, потом болтами это стягивается, сваривается пластинами и усе, болты потом можно снять и петельки срезать.
Тут вопрос в том, для чего нужно усиление колон. Если для вертикальных нагрузок - то Ваше решение не подойдет, нужно распирать в верхнюю и нижнюю монолитную плиту. Если для горизонтальных нагрузок - то Ваш вариант вполне пригоден.
__________________
-Сэр, мы окружены.
-Это великолепно. Теперь мы можем атаковать в любом направлении.
чтобы не плодить темы напишу здесь.
ситуация такова - сделали колонны, поставили балки и тут колонна разрушилась - см картинку. По всей вероятности строители забыли поставить арматуру в колонну ( по крайней мере сверху). Вопрос - как чинить?
заделывать раствором?
вклеивать арматуру?
делать обойму?
комбинацию этих способов?
еще вопрос - может быть есть литература или примеры, где описаны способы ремонта/усиления жб колонн под металлическе балки?
здание уже сдано?
имхо, обойма. с переоперанием балки на обойму.
либо обойма + разбить оголовок (с предварительным переопиранием балок на временные опоры) и последующая заливка саморасширяющимся бетоном.
Но в любом случае - предварительная экспертиза колонны.
Усиление колонн
Колонны — стержневые элементы, работающие на сжатие и продольный изгиб и имеющие большой запас прочности. Но со временем от действий множества факторов они разрушаются и требуют ремонта. К примеру, усиление металлических колонн, изначально рассчитанных на большие нагрузки, потребуется после появления коррозии на опорных частях, горизонтальных элементах решётки, узлах башмаков и др. элементах.
Чаще всего используются следующие методы повышения прочности конструкции:
- железобетонные или металлические обоймы;
- одностороннее и двустороннее наращивание сечения;
- предварительно напряжённые металлические подпорки;
- рубашки — усиление железобетонных колонн крайних рядов, где четырёхстороннее наращивание невозможно.
Завод «СТК-Конструкция» производит металлоконструкции для устройства металлических обойм и подпорок. Выполняем заказы по вашим чертежам в любом объёме. Имеем возможность наладить мелко- и крупносерийное производство изделий.
| Способ усиления | Возможность применения способа | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Для эксплуатации в пожароопасных условиях без обетонирования металлоконструкций усиления | Для проведения усиления без остановки производства и | Для значительного увеличения несущей способности | |||
| для снятия нагрузки с учетом обеспечения хорошей совместной работы | для снятия нагрузки, если недопустима запыленность | для снятия нагрузки во взрывоопасных помещениях | |||
| Ж/б обоймы | + | - | - | 0 | + |
| Ж/б рубашки | + | - | - | - | 0 |
| Одностороннее наращивание сечения | + | - | - | - | 0 |
| Двустороннее наращивание сечение | + | - | - | - | + |
| Металлические обоймы со сколом углов и установкой на растворе | - | + | - | - | + |
| Металлические обоймы без скола углов и установкой без раствора | - | + | + | - | + |
| Ж/б обоймы с жёсткой наружной уголковой арматурой | - | - | - | - | + |
| Предварительно напряжённые распорки | - | + | + | - | + |
- + — данный способ усиления можно применять;
- – — способ усиления применять не рекомендуется;
- 0 — применение способа усиления зависит от конкретного конструктивного решения и местных условий.
Технология установки обойм
Самым надёжным способом увеличения несущей способности колонны является применение железобетонной обоймы, состоящей из бетонного слоя, продольной арматуры и замкнутых хомутов.
Перед усилением поверхность ж/б колонн следует подготовить:
- удалить штукатурный слой;
- сделать насечки в бетоне глубиной 3-6 мм;
- очистить выступающую арматуру и защитить её от коррозии;
- за час до бетонирования промыть поверхность старого бетона водой.
Усиление железобетонных колонн стальными обоймами применяется, когда нельзя уменьшать пространство помещений или требуется провести работу за короткий срок. Обойма состоит из металлических уголков (продольные элементы) и поперечных планок.
Продольные элементы устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне посредством струбцин. После этого к уголкам по всей длине усиливаемой конструкции привариваются поперечные планки с шагом 400-600 мм. Колонну можно нагружать сразу после проведения работ. Следует соблюдать следующие условия: плотное прилегание металлических стоек к граням элемента усиления и их вертикальность. Поэтому в месте примыкания стоек бетон следует выровнять, скалывая выпуклые места и замазывая цементным раствором углубления.
Обоймы осуществляют двойную функцию: повышают прочность усиливаемого элемента на сжатие (сдерживают его поперечные деформации) и разгружают его, воспринимая часть вертикальной нагрузки. Поперечные деформации сдерживают планки стальных и поперечные хомуты железобетонных обойм. Восприятие вертикальной нагрузки обеспечивают соответственно стальные уголки и бетон с продольной арматурой.
Способы повышения эффективности усиления
Для повышения объёмного напряжения в планках и степени включения в работу уголков стальных обойм создают предварительное напряжение с помощью:
- натяжных гаек;
- попарного стягивания;
- электронагрева.
Самый простой способ создания преднапряжения — установка предварительно перегнутых уголков с последующим их выпрямлением горизонтальным стягиванием. Так после выпрямления уголки становятся распорками, разгружающими колонну. Если такие работы проводятся в многоэтажных зданиях, следует помнить, что распорки на промежуточных этажах передают дополнительные нагрузки на нижние перекрытия, следовательно, усиление нужно начинать с колонн в основании здания.
Следует помнить, что возможности передать нагрузку на вертикальные элементы обоймы ограничены. Если уголки неравномерно или неплотно прижаты к поверхности, то усиливаемый элемент беспрепятственно деформируется в поперечном направлении, пока зазор не исчезнет. В этом случае толку от проведённой работы практически не будет. Поэтому при усилении колонн металлической обоймой требуется применять методы, при которых планки немедленно включаются в работу.
Например, до приварки планок плотно прижать уголки инвентарными струбцинами или создать предварительное напряжение планок электронагревом. Предварительное напряжение натяжными гайками применяется, когда в качестве планок используются круглые стержни с резьбой. Между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции необходимо проложить выравнивающий слой цементного раствора.
Технология усиления круглых и многогранных колонн
Усиление круглых и многогранных колонн, когда нет возможности произвести распор каркаса усиления, проводится так: на конструкцию вертикально, с применением временных скруток, устанавливаются профильные элементы и обжимаются нагретыми хомутами. В этом случае также требуется устранять зазоры.
Хомуты-накладки нагревают около места проведения работ до 200-300 °С, затем струбцинами или кондуктором прижимают к колонне. Окончательную сварку производят до того, как хомуты остынут ниже 100 °С. Температурного сокращения металла достаточно, чтобы надёжно обжать конструкцию.
Технология устройства железобетонной рубашки
Когда колонны примыкают к наружным или внутренним стенам, для их усиления применяют устройство железобетонной рубашки. Для этого производят следующие работы:
- очистка поверхности;
- устройство на бетоне насечки для лучшего сцепления с новым раствором;
- установка арматурного каркаса;
- монтаж опалубочных щитов;
- обильное увлажнение поверхности колонны;
- нагнетание бетонной смеси в полость.
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.
- 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.
- 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.
- 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.
Сравнение способов усиления железобетонных консолей колонн по технико-экономическим показателям
Усиление — основное средство увеличения продолжительности эксплуатации конструкций, особенно при реконструкции. В некоторых случаях затраты на усиление могут достигать значительных размеров и поэтому перед проектировщиками ставится задача доказать его экономическую целесообразность. Только после определения стоимости материалов и трудоемкости усиления, а также продолжительности работ по усилению и времени остановок производства можно окончательно решить, надо ли строить новое сооружение или реконструировать старое.
Выбор эффективных способов усиления конструкций позволяет в кратчайший срок, без остановки производства или с минимальными перерывами выполнить работы по реконструкции с учетом условий эксплуатации.
Сравнение вариантов усиления производится по следующим показателям: масса элементов усиления; стоимость основных материалов, необходимых для усиления; трудоемкость и стоимость изготовления; трудоемкость и стоимость выполнения работ по усилению; потери прибыли из-за остановки производства на участке выполнения работ по усилению. Предметом исследования являются способы усиления железобетонных консолей колонн.
Технико-экономический анализ выполнен для следующих способов:
- бетонирование подконсольной части;
- подведение под подкрановые балки новых стальных колонн;
- способ, предложенный I.Tuns;
- разработанные автором способы с использованием балансирных устройств и сталетрубобетонных обойм [1].
Расчёт материалоёмкости произведём для реальной консоли колонны, эксплуатирующейся на одной из ТЭЦ г.Пензы. В качестве критической силы выберем расчётную нагрузку на консоль, равную 82,6 т. Отметка уровня консоли +16.000 м, высота консоли 1,8 м.
Расчет трудоёмкости проведен в соответствии с ГЭСН № 46 — «Работы при реконструкции зданий и сооружений» [2] и ГЭСН № 13 — «Защита строительных конструкций и оборудования от коррозии» [3] (см. табл.1).
Сводная таблица трудоемкости и стоимости выполнения выбранных способов усиления консолей колонн
Определитель
Затраты труда рабочих, чел/ч
Машины и механизмы, маш/ч
Оплата труда рабочих, руб.
Стоимость использования машин и механизмов, руб.
Усиление монолитными железобетонными обоймами (на 1м 3 )
Усиление железобетонных колонн стальными обоймами (на 1т)
Обетонирование металлических элементов, заполнением бетоном (на 1м 3 )
Усиление углепластиком (на 1м 2 )
Расчёт производился путем умножения объёма на соответствующий определитель. Для определения трудоёмкости способа подведения новых колонн под подкрановые балки [4] использовались данные из первоисточника. Расчёт носит приблизительный характер, так как для большинства рассматриваемых способов отсутствуют методики точного расчета и подбора поперечного сечения. Сводные данные по материалоёмкости и трудоёмкости представлены в таблице 2.
Технико-экономические показатели
Способ усиления
Расход металла, т
Расход бетона, м 3
Трудоёмкость, чел–ч (маш–ч)
Остановка произ–водства
Дополнительные работы
Осложнения эксплуатации
Усиление консолей колонн преднапряжёнными затяжками
Выравнивание поверхностей для уголков, восстановление зоны опирания подкрановой балки
Периодическое восстановление величины преднапряжения арматуры
Бетонирование подконсольной части
Увеличение сечения колонны
Подведение под подкрановые балки новых стальных колонн
Разборка пола до обреза фундамента, крепление стоек к фундаменту
Расход материала: эпоксидного клея — 14,18 кг, углеткани — 7,55 м 2
Восстановление зоны опирания подкрановой балки
Способ усиления консолей, предложенный I.Tuns
Возможны крены всей обоймы
Балансирные устройства (автор)
Сталетрубобетонная обойма (автор)
Анализ таблицы 2 показывает, что большинство способов соизмеримы как по материалоёмкости, так и по трудоемкости. Способы, предложенные автором, имеют приемлемую трудоёмкость, особенно это касается балансирных устройств. Способ восстановления работоспособности консолей колонн с использованием сталетрубобетонных обойм предполагает несколько большую трудоёмкость по сравнению с балансирными устройствами (за счет необходимости заполнения бетоном), которая компенсируется высокой прочностью при сопоставимых затратах стали на конструкции.
Предложенные автором способы не требуют выполнения дополнительных работ на стадии монтажа и последующей эксплуатации конструкции в отличие от остальных способов, имеющих ряд недостатков, поэтому они вносят коррективы в стоимость устройства и обслуживания конструкций.
Оценка стоимости выполнения существующих и предложенных автором способов усиления консолей колонн произведена в ценах по состоянию на начало 2014 года на основании расчёта материало- и трудоёмкости.
Оплата труда рабочих и стоимость использования машин и механизмов приняты в соответствии с выбранными определителями в таблице 1 по ТЕР № 13 «Защита строительных конструкций и оборудования от коррозии» [5] и ТЕР № 46 «Работы при реконструкции зданий и сооружений» [6].
Стоимость выполнения работ по единичным расценкам при перерасчете в цены 2014 года вычисляется путем умножения на коэффициент, равный 5 (по данным Регионального центра ценообразования в строительстве и промышленности строительных материалов по Пензенской области на январь 2014 года коэффициент перерасчета составляет от 5 до 5,5). Стоимость 1 тонны металла «в деле» (оплата выполнения работ с учетом стоимости материала) — 65000 рублей. Стоимость бетона класса В15–3900 рублей [7]. Стоимость усиления углепластиком состоит из стоимости углеткани и эпоксидного клея [1].
Сводный расчет стоимости выполнения существующих и предложенных автором способов усиления консолей железобетонных колонн представлен в таблице 3.
Усиление монолитных колонн стальной обоймой из уголка
Читайте также: