Усиление металлических колонн: способы и виды
Колонна представляет собой вертикальный элемент при возведении любого сооружения. Данная часть конструкции выполняет роль скелета, к которому примыкают перегородки, различные утеплители и другие материалы при строительстве. Она, как опора распределяет вес сооружения по всей поверхности фундамента.
Для быстрого возведения здания, чаще используют металлические колонны. Они применяются в строительстве:
- жилых одноэтажных и многоэтажных домов;
- административных зданий;
- промышленных объектов;
- мостов, дорог;
- для создания необходимых архитектурных или дизайнерских решений.
Кроме этого, их используют как опору для оборудования, подкрановых путей.
Виды колонн:
- основные, к которым прикрепляют скрепляющие части каркаса, имеют большие сечения;
- вспомогательные присоединяют по необходимости.
Составные части
Независимо от вида имеют составные элементы, которые имеют свою функцию.
- Оголовок, находится наверху сооружения. Вся внешняя нагрузка проходит через эту часть на стержень и далее на базу. При проектировании учитывается крепление, обеспечение соответствующей опоры, рассчитывается сечение, определяется длина рёбер жесткости, толщина листа опоры.
- Стержень — это серединная, несущая часть. При частых нагрузках делают большие сечения, для установления внутри по всей длине стержня, горизонтальные ребра для создания жёсткой опоры.
- Базой является основанием, за счёт которого сооружение соединяется с фундаментом. Через этот элемент идёт равномерное распределение давления на фундамент. Размеры базы зависят от размеров и толщины листа опоры, материалов из которых выполнен фундамент. Различают шарнирную и жёсткую базу.
Поперечное сечение металлической колонны
Устойчивость и надёжность конструкции обеспечивается за счёт поперечного сечения. В зависимости от вида сечения подразделяются на несколько форм:
- четырехугольник, прямоугольной или квадратной формы;
- круглой формы. В основном такой вид представлен трубами.
- двутавровой формы, в виде буквы «Н». Может быть различной или одинаковой ширины, или длины.
Тип сечения
- Постоянное сечение. Имеет вид единого стержня, применяется в постройках, не имеющих каркас, складских помещениях и ангарах. Используют на промышленных цехах, с мостовыми кранами, выдерживающими 10-20 тонн;
- Ступенчатое сечение. Применяют для установок весом выше 20 тонн в результате дополнительного сечения конструкция приобретает жесткость. Такая конструкция имеет подкрановую и основную несущие ответвления.
- Составное сечение применяется довольно редко. В основном используется для невысоких кранов, строительство кранов в несколько уровней, реставрация зданий.
При расчете нужно определить общую величину нагрузки, в соответствии с этим учесть количество и размер опор, увеличения несущей способности для предотвращения появления трещин, глубину заложения. Все эти моменты зависят от вида здания, грунта. Данный расчет должен производиться с таким учетом, чтоб нагрузка равномерна распределялась на фундамент. Если возникают проблемы с этим, то необходимо укрепить песком или гравием место постройки. После чего зная вес будущего здания, площадь основания, рассчитываю нагрузку на опору.
Способы изготовления
- сварочный – используют автоматическую сварку. Сварочный лист металла, протягивают и скручивают до необходимого размера. Такой метод применяют для прямоугольной или двутавровой формы.
- прокатный – для данного метода используют заготовки из металла, которые нагревают и сшиваются при горячей обкатке. И потом делают на отдельном устройстве заготовок.
Увеличение стойкости
Со временем колонны нуждаются в дополнительном монтаже, для увеличения их опорных способностей. При увеличении устойчивости конструкции необходимо учитывать условия постройки, состояние сооружения, причины по которым необходимо проводить данные мероприятия и экономическую составляющую. Методы увеличения стойкости:
- уменьшения расчетной длины;
- дополнение конструкцию стяжками;
- монтаж предварительно напряжённых распорок;
- укрепление при помощи бетона;
- повышение размера сечения.
При проведении данных работ для нескольких колонн лучше устанавливать добавочные связи, распорки, потому что это повысит устойчивость. Если мероприятия проводят для достаточно высоких сооружений, нужно перед этим сделать напряжённые оттяжки или шпренгельные стяжки.
Усиление ЛСТК
Также для увеличения стойкости шарнирные базы переделывают в устойчивы. Для этого усиливают башмак колонны дополнительным армированием, а далее бетонируют. При этом лучше использовать хомуты чтобы получить монолитно крепление башмака с фундаментом. Потом проводят увлечения величины плиты и устанавливают дополнительные рёбра на сварочных швах.
Для увлечения стойкости многоэтажных домов промышленности применяют несколько предварительно напряженных элементов:
- телескопические предварительно напряженные трубы;
- индивидуальный переносной шпренгель;
- усиление за счет жестких распорок.
Для увеличения стойкости одноэтажных домов промышленности существуют два варианта:
- изменение схемы конструкции, а именно введение дополнительного ответвления, которая увеличивает несущую способность;
- повышение значения поперечного сечения колоны, состоит в креплении при помощи болтов или на сварке элементов, увеличивающих несущую способности.
Для увеличения прочности колонн необходимым условием является установление металлических корсетов или дополнительным бетонированием основания.
Для увеличения несущей способности металлической колонны ставят каркасы на всю высоту, добавляют арматуру, соединённую с основной и опять бетонируют.
К тому же всегда хорошим вариантом для увеличения стойкостиявляется дополнение конструкции уголками, которые прикрепляются к верхней части и нижней опорных уголков, как хомуты.
Наиболее популярные металлические колонны и производители
- Колонны для подкрановых балок. Производитель Техносталь, Россия. Стоимость от 77000 рублей за 1 тонну. Применяются в процессе возведения зданий различных направлений. Такие колонны несут общую нагрузку конструкции сооружения, а также и подкрановых путей, и оборудования.
- Переходные площадки, колонны, связи. Производитель ООО «Инженерно-производственная компания Магнит» стоимость от 1577 рублей. Таки площадки необходимы при безопасном выполнении персоналом лестничного прохода. Антикоррозионные и соответствуют ГОСТу 23120 и ГОСТу 53254.
- Металлическая опалубка для колонн. Производитель ООО «Интерстрой» Россия. Стоимость 7600 рублей за штуку. Применяется для строительства монолитных железобетонных сооружений, сечением 300-800 мм.
- Опора силовая фланцевая, гранённая стоимость 28350 рублей. Производитель Точка Опоры, Россия. Используют как опору для освещения на участках, площадках, стадионах, дорогах. Такие колонны конструируют с учетом нагрузки осветительного оборудования, кабеля.
Источник
Усиление металлических колонн одноэтажных и многоэтажных зданий
Способы усиления строительных металлоконструкций
Научно-исследовательскими и проектными институтами разработано множество разнообразных способов усиления строительных металлоконструкций и выпущено большое количество инструктивных и рекомендательных документов, которые классифицируются на следующие группы:
— изменение статической схемы конструкций с рациональной технологией производства работ;
— увеличение площади сечения;
Изменение статической схемы конструкций с рациональной технологией производства работ осуществляется путем подведения или установки дополнительных опор, подкосов или подвесок; постановки дополнительных связей и распределительных систем; превращения разрезных систем в неразрезные и наоборот; введения новых стержневых элементов и систем для рационального изменения статической схемы; введения шарниров и создания заданной жесткости; предварительного напряжения конструкций.
Увеличение площади сечения для усиления несущей способности металлоконструкций производят присоединением к существующему элементу на сварке или высокопрочных болтах дополнительного элемента, увеличивающего площадь первого.
К местному усилению прибегают в том случае, когда требуется исправить местные дефекты (искривления, прогибы, трещины и т.п.). Этот вид усиления осуществляется путем установки дополнительных элементов, перекрывающих местные дефекты (накладки, фасонки и т.п.); установки дополнительных скреплений элементов (прокладки между спаренными элементами, планки и решетки между ветвями двухполостных элементов и т.п.); установки дополнительных ребер жесткости; герметизации полостей клепанных и болтовых стыков и т.п.
Усиление соединений элементов металлоконструкций выполняют за счет увеличения катета и длины сварных швов, а также постановки дополнительных болтов или замены заклепок болтами для болтовых и заклепочных соединений.
Усиление металлических колонн может осуществляться путем: уменьшения расчетной длины; введением затяжек и оттяжек; устройства переносных преднапряженных устройств; установки предварительно напряженных распорок; обетонирования колонн; увеличением сечения колонн.
Схему усиления колонн выбирают с учетом конкретных условий, состояния усиливаемых конструкций, причин, вызвавших необходимость усиления, а также экономических соображений.
Для группы колонн целесообразно использовать способ установки дополнительных связей или с помощью жестких предварительно напряженных раскосов и распорок, так как при этом помимо усиления происходит повышение их устойчивости (рис.3.1, а-б).
Для высоких колонн большой гибкости необходимо вводить предварительно напряженные оттяжки (рис.3.1, г) или шпренгельные затяжки (рис.3.1, д, е).
Рис.3.1. Схемы усиления металлических сжатых колонн
а — гибкими раскосами и распорками; б — предварительно напряженными жесткими раскосами и распорками; в- жесткими подкосами ; г — предварительно напряженными оттяжками; д, е — шпренгельными затяжками;
1-существующие колонны; 2- существующие связи; 3- дополнительные диагональные связи; 4- дополнительные распорки; 5- подкосы; 6- оттяжки; 7- шпренгельные затяжки
Возможен вариант превращения шарнирных баз колонн в жесткие путем усиления башмака колонны дополнительным армированием с последующим обетонированием этой конструкции. При этом рекомендуется вводить хомуты для обеспечения монолитного соединения башмака с фундаментом. Для восприятия значительной нагрузки на колонну одновременно с усилением башмака колонны необходимо увеличить размер опорной плиты и установить дополнительные ребра на сварке.
В настоящее время для усиления колонн многоэтажных промышленных зданий наиболее часто применяют следующие предварительно напряженные элементы: телескопический и инвентарный шпренгели и жесткие распорки с поддомкрачиванием (рис.3.2).
Рис.3.2. Усиление металлических колонн с помощью индивидуальных предварительно напряженных шпренгелей
а — телескопической опорой; б — жесткими распорками; в — индивидуальным шпренгелем: 1- усиливаемая колонна; 2- элемент усиления из трубы; 3- напрягаемая внутренняя труба; 4- тяж для стягивания стоек усиления; 5- распорные усиливающие стержни;; 6- элемент усиления; 7- шпренгельная тяга;
8- винтовое устройство
Телескопические предварительно напряженные трубы рекомендуется использовать для усиления под полной эксплуатационной нагрузкой как центрально, так и внецентренно сжатых колонн. При усилении центрально сжатых колонн опоры из телескопических труб необходимо устанавливать симметрично, а при внецентренно сжатых – в сторону эксцентриситета. Усиливаемый элемент изготавливают из двух телескопически соединенных труб, оба нижних торца которых приваривают к башмаку. Затем наружную трубу удлиняют нагреванием и приваривают ее верхний конец к оголовку внутренней трубы. При остывании наружная труба сжимает внутреннюю, в результате чего создается предварительно напряженный элемент усиления. Его устанавливают в проектное положение, расклинивают и соединяют с усиливаемой колонной хомутами. Затем наружную трубу разрезают по окружности для освобождения внутренней трубы от сжатия наружной и передачи части нагрузки с усиливаемой колонны на внутреннюю трубу. После чего разрез наружной трубы заваривают, образуя опору из двух совместно работающих телескопических труб.
Усиление колонн с помощью жестких распорок (рис.3.2, б), изготовленных из прокатных профилей, осуществляют в следующей последовательности. Жесткие распорки устанавливают симметрично с обеих сторон колонны на опорные уголки, временно раскрепляют, а затем с помощью домкрата и винтового устройства обеспечивают им вертикальное положение. В жестких распорках при этом создаются растягивающие напряжения, которые воспринимают часть нагрузки от горизонтальных ригелей и тем самым способствуют усилению колонн. После выпрямления жестких распорок, их сваривают с колонной, после чего снимают горизонтальные тяжи, траверсы, домкрат и винтовое устройство.
Индивидуальный переносной шпренгель состоит из элемента усиления в виде прокатного профиля, стального шпренгеля и винтового устройства (рис.3.2, в). В отличие от предыдущих устройств предварительное напряжение в индивидуальном переносном шпренгеле создается до установки в проектное положение за счет раскручивания винтового устройства. После установки шпренгеля в проектное положение винтовое устройство скручивается и в элементе усиления создается растягивающее напряжение, которое передается на балки перекрытия, разгружая при этом усиливаемую колонну.
Преимуществом таких устройств является выигрыш в силе, а также возможность простого и достаточно точного контроля. Напряжение в элементах усиления контролируют с помощью тензодатчиков или по изменению стрелки прогиба шпренгелей.
Для усиления колонн одноэтажных промышленных зданий обычно изменяют их конструктивную схему или увеличивают поперечное сечение.
Сущность первого способа заключается в введении в конструктивную схему отдельной ветви, которая не нарушая целостности ослабленной части усиливаемой колонны, позволяет увеличить ее несущую способность (рис.3.3, а-д).
Этот способ рекомендуется применять, когда нерационально увеличивать сечение старой колонны или использовать иные приемы усиления. В качестве дополнительных ветвей усиления обычно используют металлические трубы (рис.3.3, а), элементы таврового (рис.3.3, б) или двутаврового (рис.3.3, в) сечения, а также подкосы в виде соединения из двух швеллеров (рис.3.3, г) или стойки из парных двутавров (рис.3.3, д).
Рис.3.3. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий введением дополнительных элементов усиления
1 – усиливаемая колонна; 2 – элемент усиления колонны
Возможен вариант усиления решетчатых колонн с помощью звеньев телескопических труб, которые устанавливают внутри колонны. После установки в проектное положение звенья труб соединяют между собой в единую опору, которую расклинивают. Верхняя прокладка должна плотно прилегать к торцу телескопической опоры, а нижняя — к плите башмака колонны. Затем наружные трубы разрезают одновременно двумя газовыми резаками, обеспечивая плавную передачу усилий внутренней сжатой трубы на усиливаемую колонну.
Если колонна имеет деформации, не препятствующие ее нормальной эксплуатации, ее усиливают путем введения дополнительных элементов усиления решетки (рис. 3.5). Дополнительные элементы устанавливают в виде второй раскосной решетки снаружи из уголков или пластин (рис. 3.5, а, б), так и внутри колонны, соединяя наружные элементы решетки (рис. 3.5, в).
Рис.3.5. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий усилением решетки колонны
1 – усиливаемая колонна; 3- элемент усиления решетки колонны
Наиболее простым и часто употребляемым способом повышения несущей способности сплошных и сквозных колонн является способ, основанный на увеличении поперечного сечения колонн с помощью прикрепления к ним на сварке или высокопрочных болтах дополнительных элементов усиления из профильного или листового проката. Такой способ является достаточно эффективным и может применяться практически при любом повышении нагрузок.
Наиболее распространенные способы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля представлены на рис.3.6, а-п:
Рис.3.6. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения
1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент
На рис.3.7, а-д изображены варианты усиления металлических колонн квадратного и круглого сечения увеличением их поперечного сечения:
Рис.3.7. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения
1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент
Для усиления решетчатых колонн применяют способы увеличения сечения, представленные на рис.3.8, а-е:
Рис.3.8. Схемы усиления металлических сквозных колонн способом увеличения сечения
1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент
Недостатком метода увеличения сечения колонн является необходимость частичной разгрузки на время усиления из-за возможности дополнительного изгиба свариваемых элементов под влиянием сварочных напряжений, которые могут привести к потере несущей способности элементов металлических колонн. Поэтому такое усиление колонн должно проводиться с частичной разгрузкой, чтобы напряжение в них не превышало 40% расчетного сопротивления старого металла. Этот способ усиления требует выполнения большого объема сварочных работ на месте усиления, что может вызвать необходимость остановки производственного процесса.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
