Диаметр продольной арматуры обоймы для усиления колонны должен быть не менее для растянутых зон

Обновлено: 25.01.2025

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.

Таблица 1. Выбор способа усиления

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	Для значительного увеличения несущей способности
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.

Усиление железобетонных сжатых и внецентренно сжатых конструкции

Железобетонные сжатые и внецентренно сжатые конструкции (колонны, стойки) так же, как изгибаемые конструкции, усиливают несколькими достаточно проверенными способами. Одним из распространенных способов усиления сжатых элементов являются обоймы. Особенность обойм состоит в охвате усиливаемого элемента с четырех сторон.
Для усиления колонн применяются обоймы нескольких типов. Во-первых, обоймы с обычной продольной и поперечной арматурой без связи арматуры обоймы с арматурой усиливаемой колонны. Толщина обоймы обычно не превышает 300 мм. Диаметр продольной арматуры обоймы принимается не менее 16 мм для сжатых и 12 мм для растянутых стержней, а хомутов не менее 6 мм с шагом не более 15 диаметров продольной арматуры, не более трехкратной толщины обоймы и не более 200 мм. В местах концентрации напряжений шаг хомутов уменьшается в 2 раза. Длина обоймы на поврежденном участке должна превышать его размеры не менее чем на пять толщин обоймы, не менее ширины большей грани колонны и не менее 400 мм.
Обойма колонны другого типа, обладающая повышенной несущей способностью при сжатии, выполняется с поперечной арматурой в виде спиральной обмотки из проволоки. В этом случае спирали в плане должны быть круглыми, расстояние между витками спирали должны быть не менее 40 мм, не более 1/5 диаметра сечения ядра обоймы, охваченного спиралью, и не более 100 мм, спирали должны охватывать всю рабочую продольную арматуру.

Помимо железобетонных обойм для усиления колонн могут применяться металлические обоймы из профильного и листового металла (рис. 3.33, а). Металлические обоймы состоят из стоек уголкового профиля, соединительных планок и опорных подкладок из листового металла. При устройстве металлических обойм необходимо обеспечить плотное примыкание металлических стоек к граням усиливаемой колонны и их вертикальность.
Для повышения усиления металлической обоймой пояса вокруг колонн, образованные соединительными планками, предварительно напрягают. Напряжение осуществляют нагревом соединительных планок с двух противоположных граней до температуры 100°C и приваркой к стойкам в нагретом состоянии второго свободного конца (один конец приваривается заранее). По мере остывания нагретых соединительных планок усиливаемая колонна подвергается обжатию металлическими поясами. Применение металлических обойм позволяет не уменьшать габариты производственных помещений.
Вариант усиления центрально и внецентренно сжатых колонн под нагрузкой устройством предварительно напряженных двухсторонних металлических распорок аналогичен изложенному. Конструкция распорок (рис. 3.33, б, в) состоит из уголков, связанных между собой приваренными соединительными планками из листового металла. Вверху и внизу уголки соединены планками, с помощью которых распорка передает нагрузки на упорные уголки. Последние непосредственно примыкают к усиливаемым колоннам.
Упорные планки распорок выполняют из полосовой или листовой стали толщиной 15 мм и более и должны выступать за грани уголков распорок на 100. 120 мм. Распорки имеют перегиб в середине высоты из-за выреза в боковых полках уголков. Предварительное напряжение создается закручиванием гаек натяжных болтов и приданием тем самым уголкам распорок вертикального положения (см. рис. 3.33, в). После выпрямления двухсторонних распорок их соединяют приваркой планок по свободным боковым граням. Реже, но встречается при усилении колонн способ одностороннего наращивания. Если необходимо значительное наращивание сечения, то применяют специально приваренные соединительные элементы (рис. 3.34).
В случае когда элементы, на которые опираются разгружающие конструкции, не обладают необходимой несущей способностью, или когда необходимо создать опоры для установки разгружающих конструкций, на колоннах устраивают опорные хомуты либо железобетонные, либо металлические с последующим обетонированием. Перед устройством опорных хомутов арматура колонн и ригелей обнажается.
Опорные хомуты из бетона выполняют на мелком щебне или гравии пластичной консистенции с осадкой конуса 10 см, причем хомуты должны возвышаться над нижней поверхностью ригелей на 10. 15 см для заполнения пространства под ригелями бетоном под некоторым давлением.
Металлические опорные хомуты, как правило, выполняют из швеллеров, которые привариваются к угловым стержням арматуры колонн и ригелей. Перед приваркой швеллеры
соединяются между собой стяжными болтами. После выполнения сварочных работ по контуру устанавливают конструктивную арматуру и опорный хомут обетонируют.

При усилении железобетонных ферм встречается необходимость как в усилении отдельных элементов (стоек, раскосов, поясов), так и узлов. Усиление узлов ферм может проводиться с помощью металлических предварительно напряженных затяжек (рис. 3.35), которые состоят из верхних и нижних прокладок из уголков, соединенных планками, и затяжек между ними, имеющих понизу резьбу. Предварительное напряжение создается закручиванием гаек, но может быть обеспечено сопособом взаимного стягивания хомутов, аналогично показанному на рис. 3.23.
При усилении растянутых элементов решетки ферм применяют наружные затяжки (рис. 3.36), крепление которых в узлах осуществляют либо приваркой к фасонкам, закрепленным болтами и хомутами, либо приваркой к уголкам, притянутым анкерными болтами к поясу фермы. Затяжки натягивают закручиванием гаек.
При значительном повреждении сжатых и растянутых поясов ферм рекомендуется их замена или сквозное усиление обоих поясов (рис. 3.37). Причем элементы сжатого пояса усиливают металлическими обоймами из профильного и листового металла, а нижние растянутые пояса — предварительно напряженными затяжками, анкеровка которых осуществляется на опорных узлах в торцах ферм с закреплением в промежуточных узлах специальными хомутами-фиксаторами на сварке.

Усиление железобетонных изгибаемых конструкций

Железобетонные изгибаемые конструкции (балки, ригели, подкрановые балки, плиты, перекрытия и покрытия) усиливают следующими достаточно проверенными способами. При наращивании усиливаемую конструкцию увеличивают по высоте или ширине (снизу, с боков и сверху усиливаемого элемента). Особенностью этого способа является воспринятие касательных напряжений, действующих в плоскости контакта старого бетона с новым, специальной дополнительной арматурой, привариваемой к арматуре усиливаемой конструкции.
Усиление существующей конструкции, т.е. увеличение ее несущей способности наращиванием приводит к совместной работе усиливаемой конструкции и конструкции усиления, включая их в работу пропорционально жесткостям. Наращивание применяется для усиления железобетонных конструкций как монолитных (рис. 3.2), так и сборных (рис. 3.3). Арматурные стержни применяются 10 мм и более.

Усиление изгибаемых элементов взамен наращивания обоймами допускается только в случае их значительного повреждения, например при коррозии арматуры, поскольку усиление изгибаемых элементов принимается в зависимости от защитного слоя и диаметра продольной и поперечной арматуры и обычно не превышает 100 мм. При усилении монолитного ребристого перекрытия обоймой в плите перекрытия необходимо пробивать отверстия для пропуска хомутов и подачи бетонной смеси при бетонировании. Зачастую при устройстве обойм для балок одновременно производится и набетонирование плиты сверху (рис. 3.4, а).
Конструктивное решение в виде рубашки в отличие от обоймы представляет собой не замкнутую с одной стороны обетонку (см. рис. 3.4, а), в данном случае с подведением под плиту монолитного перекрытия дополнительного металлического ребра. Рубашки применяют в тех же случаях, что и обоймы, но лишь тогда, когда отсутствует возможность охватить усиливаемый элемент с четырех сторон.

Рубашки чаще применяют при усилении монолитных балок ребристых перекрытий. В этом случае хомуты выводятся через плиту и заанкериваются с помощью продольных арматурных стержней. При усилении рубашкой только поврежденных участков усиливаемых элементов ее необходимо завести на неповрежденные части не менее: длины анкеровки продольной арматуры рубашки; пяти толщин стенок рубашки; ширины грани или диаметра усиливаемого элемента и 500 мм. При усилении рубашками применяется арматура диаметром 8 мм и более для продольных стержней и диаметром 6 мм — для хомутов.

На рис. 3.5 и 3.6 приведены в сопоставлении способы усиления сборных и монолитных конструкций путем наращивания и с помощью рубашки. Иногда для повышения несущей способности усиливаемых элементов наращиванием достаточно лишь увеличить количество основной продольной арматуры. Для этого защитный слой снимают на глубину не менее чем на 0,5 диаметра и приваркой через коротыши из арматуры длиной 50. 200 мм наращивают дополнительную арматуру. В растянутой зоне коротыши ставят через 200. 1000 мм, в сжатой — на расстоянии не более 500 мм или 20 продольной арматуры усиления. Арматура усиления покрывается цементной штукатуркой или торкретированием.

В случае значительного наращивания сечения рекомендуется применять специально приваренные соединительные элементы, например 7 на рис. 3.2 или 6 на рис. 3.3. При разрыве арматурных стержней в изгибаемых элементах их рекомендуется восстанавливать приваркой предварительно напряженных накладок (рис. 3.7). Эта операция требует предварительного укрепления конструкции с помощью временных опор. Приварка дополнительной арматуры допускается только их стали классов А-I, A-II, A-III к существующей арматуре тех же классов.

Эффективным и достаточно простым способом усиления изгибаемых конструкций является установка дополнительных жестких опор в виде подкосов (рис. 3.8) или вертикальных элементов (рис. 3.9). Однако эти решения ограничиваются условиями технологического процесса, который не позволяет стеснения габаритов производственных помещений.

Поскольку при выполнении жестких опор на самостоятельных фундаментах полностью избежать осадки опоры весьма затруднительно, то во всех случаях желательно устанавливать их на существующие фундаменты (рис. 3.8, в), если даже при этом необходимо их усилить. В этих случаях жесткие дополнительные опоры выполняют в виде порталов или в виде подкосов. Элементы усиления жестких опор могут выполняться как железобетонными, так и металлическими.
В случае если подкосы усиления (рис. 3.8, а и 3.8, б) выполняются металлическими, в нижних узлах усиливающей системы накладные металлические детали соединяют сваркой с арматурой существующих усиливаемых конструкций. После подведения подкосов для их плотного прилегания в верхнем узле производится расклинка с помощью клиновидных прокладок.
При выполнении жестких опор в виде подведенных стоек при самостоятельных фундаментах (см. рис. 3.9) следует особое внимание уделять уменьшению осадки этих фундаментов, для чего необходимо осуществлять предварительное обжатие грунта под подошвой. В случае если усиливаемая конструкция не может быть предварительно разгружена, установка дополнительных жестких опор должна сопровождаться предварительным поднятием усиливаемой конструкции (см. рис. 3.8, б).
Подъем усиливаемой конструкции производится различными способами в зависимости от конструкции дополнительных опор и конструкций усиливаемых элементов. При усилении сборно-шарнирной рамы, которая собирается на месте из отдельных элементов, шарниры в узлах и упругие прокладки между усиливаемым ригелем и рамой усиления обеспечивают возникновение двух одинаковых по величине разгружающих сил, приложенных снизу вверх (см. рис. 3.8, б). Раму напрягают подъемом ее стоек домкратами, после чего в зазор между стойками рамы и существующей опорой укладывают специальные металлические прокладки, а домкраты снимают.
При усилении ригелей предварительно напряженными сборными железобетонными полураскосами (см. рис. 3.8, а) подъем усиливаемого ригеля производят горизонтально расположенным в верхнем узле домкратом. Для облегчения перемещения распираемых полураскосов в зазор между усиливаемым ригелем и полураскосами закладывают металлические коротыши из круглой арматурной стали. После подъема усиливаемой конструкции полураскосы соединяют один с другим распоркой из профильного металла на сварке, а домкрат снимают. Во избежание перегрузки колонн снизу полураскосы понизу связывают специальной металлической затяжкой.

Кроме жестких дополнительных опор для усиления изгибаемых элементов применяют упругие дополнительные опоры, которые в меньшей мере стесняют габариты производственных помещений. Дополнительные упругие опоры создаются обычно с помощью металлических ферм, закрепляемых на тех же опорах, на которые опирается усиливаемая конструкция. Упругая опора для усиливаемого элемента создается прокладкой между ним и конструкцией усиления (рис. 3.10), обладает меньшей жесткостью, чем усиливаемый железобетонный элемент. В многоэтажных зданиях при необходимости усиления ригеля одного из этажей, когда несущие конструкции вышележащего этажа имеют достаточный запас прочности, могут быть применены предварительно напряженные подвески (рис. 3.11).
Податливость опор этого типа происходит вследствие их продольной деформации. Реактивная разгружающая сила создается предварительным напряжением тяжей вначале натяжными гайками, а окончательно — натяжными муфтами. Нагрузки от тяжей воспринимаются рамой верхнего яруса, к стойкам которых закрепляют тяжи, приваривая их к предварительно устраиваемым металлическим обоймам из листовой стали.

Для уменьшения изгибающих моментов в элементах многопролетной многоярусной рамы могут быть применены крестовые предварительно напряженные связи из гибких металлических тяжей (рис. 3.12). Напряжение таких связей осуществляют стяжными муфтами или применением термического способа. Анкеровку выполняют с помощью специальных анкерных хомутов из листового металла, закрепленных на колоннах. Указанные связи допускается устанавливать по высоте одной и той же рамы только в разных пролетах. Для этих же целей может быть использовано усиление железобетонными раскосами с предварительно напряженными затяжнами (рис. 3.13), когда после установки раскоса гибкие металлические тяжи напрягаются термическим способом с обеих сторон раскоса и элемент усиления воспринимает как сжимающие, так и растягивающие усилия.

Для усиления изгибаемых элементов многопролетных зданий можно воспользоваться следующими решениями. Так, при усилении балок покрытия на промежуточных опорах устраивают выносные поры (рис. 3.14). Для усиления изгибаемых элементов принимают также двухконсольные разгружающие кронштейны, устанавливаемые на промежуточных опорах (рис. 3.15, 3.16).
При усилении сборных балок покрытия ветви кронштейнов представляют собой треугольные фермы. Нижний их пояс обычно выполняют из равнобокого уголка, а верхний пояс и решетка могут быть выполнены как из одинарных уголков, так и их круглых арматурных стержней (рис. 3.15).

Высота кронштейнов принимается равной высоте надопорной части усиливаемых балок, а длина консольных частей кронштейнов — 1/4. 1/6 пролета усиливаемых балок. При небольшой длине консольных частей можно вообще отказаться от элементов решетки. Опорные элементы кронштейна могут быть либо из вертикального металлического листа толщиной 20. 30 мм и высотой 300. 400 мм, привариваемого снизу к распределительной горизонтальной прокладке, либо в виде седлообразных накладок, устанавливаемых сверху на балки и связанных между собой сваркой.
Конструкция опорного устройства зависит от способа натяжения. При натяжении болтами она представляет собой жесткую пластину, пропускаемую под низом усиливаемой балки и закрепляемую на болтах к ветвям кронштейна (см. рис. 3.15). При натяжении домкратом с натяжным устройством контроль натяжения осуществляют по манометру домкрата. После натяжения, как правило, укладывают фиксирующие прокладки. На промежуточных опорах может приниматься конструкция кронштейнов, собираемая из двух отдельных частей (см. рис. 3.16). После их установки верхние растянутые пояса сваривают над опорой накладками. По нижнему поясу создают связи для общей устойчивости нижнего пояса с помощью специальных опорных накладок. При нарушениях анкеровки вынос продольной арматуры опоры или кронштейна должен приниматься на расстоянии не менее 40 диаметров стержневой арматуры от опорного листа балки.

В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении работ по усилению без снятия временной нагрузки, можно воспользоваться решением, предусматривающим установку дополнительной предварительно напряженной арматуры. В качестве дополнительной напряженной арматуры может использоваться горизонтальная, шпренгельная или их сочетание.
Если анкерные устройства невозможно разместить по торцам балок, их приваривают в приопорной зоне в местах, где напряжения в арматуре усиливаемой балки невелики (рис. 3.17). В этом случае натяжение производят термическим способом. Для исключения провисания под действием собственного веса стержни усиления закрепляют с помощью временных подвесок. После нагрева стержня свободный его конец также приваривают. При усилении шпренгельной арматурой ее натяжение осуществляют механическим способом, т.е. завинчиванием натяжных винтов или кладкой в зазор пакета большего количества прокладок (рис. 3.18).

Как при варианте горизонтального натяжения дополнительной арматуры, так и шпренгельном или комбинированном можно создать напряжение в них путем взаимного стягивания двух или четырех стержней специальными стяжными болтами (рис. 3.19, 3.20, 3.21). Стяжные болты имеют вид хомута с двумя нарезными концами и общей шайбой. Натяжение производится одновременным подтягиванием гаек на обоих концах хомутов. Натяжение взаимным стягиванием не требует значительных усилий, поскольку напряжения в стяжных болтах, выполняющих роль хомутов, в 7. 10 раз меньше напряжений в стягиваемых дополнительных стержнях.

Достоинство этого способа напряжения наряду с простотой состоит в создании равномерных усилий во всех стягиваемых стержнях в результате саморегулирования. Круглые стержни дополнительной арматуры обычно принимают диаметром 18. 40 мм. Восприятие поперечных сил при усилении изгибаемых элементов в основном производят увеличением площади сечения поперечной и наклонной арматуры.

Менее трудоемким способом является усиление вертикальными накладными хомутами (рис. 3.22). Для этого предварительно пробивают отверстия в перекрытии с обеих сторон балки, подкладывают прокладки из уголков и по ним накладывают хомуты, которые имеют концы с нарезкой. На эти концы надевается подкладка из полосовой стали и закручиваются гайки. При притягивании хомутов гайки следует закручивать одновременно на двух концах. Вариант усиления с вертикальными хомутами — усиление с помощью предварительно напряженных хомутов (рис. 3.23).

Конструкция предварительно напряженных хомутов состоит: из верхних крепежных уголков, подвешиваемых к плите перекрытия на болтах, нижних крепежных уголков, соединенных планками на сварке; четного количества хомутов и стяжных болтов с шайбами-захватами. После закрепления хомутов снизу и сверху предварительное напряжение создается взаимным стягиванием каждых двух рядом расположенных стержней стяжными болтами. Стягивание стержней производится одновременно с обеих сторон усиливаемой балки.
При усилении балок наклонными накладными хомутами (рис. 3.24) вместо подкладок из полосовой стали используют подкладки из уголков, которые приваривают к нижней продольной арматуре с помощью коротышей. После притягивания хомутов восстанавливают защитный слой.

Ребра сборных плит покрытия усиливают постановкой вертикальных накладных хомутов, которые объединяют вместе оба ребра (рис. 3.25). При усилении многопустотных плит с круглыми и овальными отверстиями можно использовать пустоты. Для этого на приопорных участках плит (1/4 пролета) сверху прорубают отверстия, в которые устанавливают дополнительные арматурные каркасы (рис. 3.26), и пустоты бетонируют пластичным бетоном на мелком заполнителе с устройством дополнительной плиты (рис. 3.26, б) или без ее устройства. Для восприятия одновременно поперечной силы и изгибающего момента плиты армируют на всю длину.

При усилении многопустотных плит на крайних опорах для предотвращения их сдвига каркасы устанавливают так, чтобы они заходили на опору. Затем устанавливают каркасы по торцам плит, которые после бетонирования создают балку-обвязку, при необходимости по периметру всех стен. На промежуточных опорах в пустоты примыкающих торцами плит устанавливают общие каркасы.
Недостаточная площадь опирания ребристых сборных плит может быть компенсирована устройством на промежуточных опорах металлических связей, взаимосоединяющих ребра плит смежных пролетов (рис. 3.27, а), а на крайних — удлинением опорных частей ребер (рис. 3.27, б). При необходимости короткие консоли колонн могут быть усилены установкой дополнительных предварительно напряженных наклонных или горизонтальных тяжей или хомутов (рис. 3.28). Тяжи крепятся к консоли металлическими крепежными элементами и напрягаются завинчиванием гаек.

Усиление капителей безбалочных перекрытий наряду с устройством железобетонных рубашек может осуществляться установкой металлических предварительно напряженных
пространственных шпренгелей (рис. 3.29). Конструкция шпренгеля состоит из нижней уголковой обвязки, опирающейся на опорную железобетонную обойму; верхней уголковой обвязки, охватывающей усиливаемую капитель по периметру, и четырех подкосов, соединяющих обвязки между собой. Забетонированная опорная обойма на колонне и смонтированная на ней нижняя обвязка с приваренными подкосами соединяются сваркой с нагретой верхней обвязкой, которая при остывании укорачивается и создает предварительное обжатие в подкосах. Размеры опорных обойм, температуру нагрева верхней обвязки следует определять исходя из нагрузки, которую должно воспринять усиление. Расчетные усилия в элементах пространственного шпренгеля следует вычислять как в пространственной статически определимой ферме на действие заданной нагрузки.
Усиление плит, опертых на контуру, наряду с набетонкой осуществляют постановкой пространственных предварительно напряженных металлических шпренгелей, подводимых снизу под усиливаемую плиту и подвешиваемых в углах к несущим элементам контура четырьмя болтами и четырьмя передаточными траверсами. Шпренгели устанавливают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях по диагоналям плиты на одном уровне (рис. 3.30).

Верхние пояса шпренгеля плотно притянуты к нижней поверхности усиливаемой плиты, что позволяет включить их в совместную работу при предварительном напряжении нижних поясов термомеханическим способом. Все работы по монтажу и предварительному напряжению можно производить без разгрузки усиливаемой плиты.
Подкрановые балки усиливают двумя способами - металлической обоймой и выносными металлическими опорами (рис. 3.31) или металлической обоймой и шпренгелем, аналогично варианту комбинированного усиления, приведенного на рис. 3.21. Усиление креплений подкрановых балок к колоннам осуществляется пластинами, соединяемыми на сварке к закладным деталям колонны.
Закладные детали на колонне могут закрепляться либо металлическими хомутами на пружинных шайбах (рис. 3.32, а), либо устройством металлических обойм (рис. 3.32, б).

Усиление железобетонной колонны обоймой из уголков

Рассмотрим конструкцию железобетонной колонны, усиленной обоймой из стальных уголков. Выполним расчёт усиления вручную, смоделируем усиление в ПК ЛИРА САПР и выясним ответ на вопрос – можно ли подобрать сечение уголков расчётом в ПК ЛИРА САПР.

Расчёт колонны без усиления

Исходные данные

Рассмотрим колонну квадратного сечения 40х40 см, класс бетона В25. Колонна армирована стержнями диаметром 32 мм по углам сечения, итого – 4 стержня. Класс арматуры А500С. На колонну действуют нагрузки: продольная сила N=200 т, изгибающий момент Мх=10.2 т*м.

Определим несущую способность колонны и проверим – выдержит ли конструкция действующие нагрузки?

Несущая способность колонны без усиления

Для проверки несущей способности колонны, воспользуемся инструментом ЛАРМ-САПР, где зададим исходные данные, указанные выше, и выполним проверку заданного армирования:

Окно ЛАРМ САПР с результатами проверки несущей способности сечения колонны с заданным армированием Окно ЛАРМ САПР с результатами проверки несущей способности сечения колонны с заданным армированием

По результатам проверки видно, что коэффициент запаса составляет 1.017, что позволит увеличить продольную силу на 3.4 т.

Расчёт колонны с усилением

Новые исходные данные

Предположим, что по новым условиям, продольная сила, действующая на колонну, увеличится на 200 т, что явно больше допустимой величины, так что для рассматриваемой колонны потребуется спроектировать усиление. Выполнять усиление планируется путём устройства обоймы из прокатных уголков. Будем предполагать, что на момент устройства усиления, конструкция будет полностью разгружена, так что элементы усиления вступят в совместную работу с конструкцией колонны без дополнительных технических мероприятий. Это позволит воспользоваться возможностью ПК ЛИРА САПР по расчёту сталежелезобетонных сечений (сечения с жёсткой арматурой). Параметры жёсткости для расчёта колонны с обоймой, приведены на рисунке:

Параметры жёсткости сталежелезобетонного сечения Параметры жёсткости сталежелезобетонного сечения

Для жёсткой арматуры (уголков) выбираем сталь С345, которую указываем в настройках типа армирования:

Параметры арматуры для сечения, усиленного обоймой из уголков Параметры арматуры для сечения, усиленного обоймой из уголков

Результаты проверки прочности сталежелезобетонного сечения представлены на рисунке:

Проверка прочности сечения колонны, усиленной обоймой из уголков Проверка прочности сечения колонны, усиленной обоймой из уголков

Приведённая выше технология, позволяет подобрать сечение ветвей обоймы для усиления железобетонной колонны. У данной технологии есть существенное ограничение: рассматриваемая колонна, на момент устройства усиления, должна быть полностью разгружена, т.е. в ней не должно быть никаких напряжений, за исключением напряжений от её собственного веса, что вызывает необходимость проведения серьёзных организационно-технических мероприятий по разгрузке конструкций.

Усиление железобетонной колонны под нагрузкой

Чтобы избежать выполнения разгрузки конструкций здания, следует выполнить расчёт усиления колонны с учётом того, что в сечении колонны, на момент усиления, будут действовать определённые усилия, например, от собственного веса конструкций здания, находящихся выше колонны. Для того, чтобы ветви обоймы включились в совместную работу с конструкцией колонны и восприняли долю нагрузки достаточную для обеспечения несущей способности колонны, следует либо увеличить сечения ветвей колонны, либо выполнить их предварительное напряжение. Предварительное напряжение ветвей обоймы более рационально, чем увеличение их площади, однако, это потребует создания модели усиливаемой колонны в ПК ЛИРА САПР.

Моделирование усиления колонны в ПК ЛИРА САПР

Как соединять рабочую арматуру, чтобы колонны и ригели не разрушались

Всем добра! Канал « Строим Дом с Умом » приветствует своих подписчиков и тех, кто впервые его читает! Подписывайтесь и Вас ждут интересные статьи на любые темы, касающиеся частного домостроения, ремонта и жизни на своей земле. А какие тут диспуты кипят под самыми остросюжетными темами - скучно не будет! И сегодня у нас одна из таких вот статей - соединение продольной арматуры в монолитных колоннах - как делать правильно и какие ошибки допускают даже организации-застройщики.

Итак, почему именно колонны? Дело в том, что размеры частных домов редко превышают по длине и ширине 11,7м (стандартная гарантированная длина арматурных стержней), а следовательно стыковка рабочей арматуры в фундаментах, армопоясах и прочих конструкциях, где она располагается горизонтально, скорее всего не понадобится. Да, на углах, на торцах делаются усиления с перехлестом стержней и об этом мы поговорим отдельно в следующей статье. Но если у Вас есть вертикальные монолитные элементы (стены или колонны), то тут решающее слово не за длиной арматуры, а за технологией производства работ.

Рис. 1. Так стыковал стержни я. Почему именно так и что это за технология - ниже по тексту. Рис. 1. Так стыковал стержни я. Почему именно так и что это за технология - ниже по тексту.

Так как в частном домостроении монолитные стены крайне редки (дорого, долго, нет смысла), рассмотрим именно колонны. Дело в том, что арматура не устанавливается в колоннах сразу на всю их высоту на сколько хватает длины стержней. Нет, из фундамента делают выпуски, которые потом при строительстве 1-го этажа наращивают. Есть правила относительно выпусков (первые два универсальные, вторые два - если стыковка будет производиться внахлест ):

внутри тела фундамента они должны надёжно анкериться, поэтому предпочтительно их делать в виде перевернутой буквы «П» (одна «П» - два выпуска)
выпуски должны быть вразбежку (на разной высотной отметке с «близторчащим» выпуском, оптимальная разница около 600мм).
высотная отметка меньшего выпуска должна быть хотя бы на 400мм (для арматуры ф12-14мм) и 500мм (для ф16мм) возвышаться над телом фундамента.
арматурные выпуски («ножки» буквы «П») должны быть изогнуты так, чтобы присоединяемая в колонне арматура как бы была в одной оси с той, что в фундаменте. При этом изогнутая часть должна смотреть внутрь колонны, а изгибать выпуски нужно до бетонирования фундамента (чтобы не повредить тело бетона).

Для наглядности все вышеописанное я попытался изобразить ниже:

Рис. 2. Фиолетовым - фрагмент фундамента, думаю, тут все понятно. Красная арматура - это выпуски, перевернутая «П» (2 шт), она как бы цепляется за синюю арматуру (нижняя рабочая арматура фундамента), белыми овалами условно показано, где арматура входит из фундамента, зелёные линии - продольная арматура колонн, стыкуемая с выпусками, даны отметки верха стержней выпусков (за 0.000 взята отметка верха тела фундамента). Надо ли говорить, что эти же правила справедливы, если у Вас два и более этажей - после плит перекрытия действия аналогичны (хотя в случае мансарды или двух этажей можно заморочиться и после фундамента соединить сразу куски на всю высоту колонны). Рис. 2. Фиолетовым - фрагмент фундамента, думаю, тут все понятно. Красная арматура - это выпуски, перевернутая «П» (2 шт), она как бы цепляется за синюю арматуру (нижняя рабочая арматура фундамента), белыми овалами условно показано, где арматура входит из фундамента, зелёные линии - продольная арматура колонн, стыкуемая с выпусками, даны отметки верха стержней выпусков (за 0.000 взята отметка верха тела фундамента). Надо ли говорить, что эти же правила справедливы, если у Вас два и более этажей - после плит перекрытия действия аналогичны (хотя в случае мансарды или двух этажей можно заморочиться и после фундамента соединить сразу куски на всю высоту колонны).

Разбираем, почему так. Существует три способа стыковки рабочих арматурных стержней - внахлест, методом ванной сварки (встык), методом МСА (механическое соединение арматуры, кстати, тоже встык). Разберём каждый подробнее:

1. Внахлест.

Самый популярный в малоэтажном строительстве способ. Просто два стержня прикладывают друг к другу и связывают проволокой (варить не стоит в данном случае). Перехлест должен быть не менее чем 400-500мм в зависимости от диаметра (как было сказано выше), но я бы рекомендовал 600-800мм. Чтобы сохранить параметры защитного слоя изгиб выпусков делают именно вовнутрь колонны. Иногда на стыкуемых стержнях делают дугообразный крючок для лучшей анкеровки в теле бетона, но как по мне, это уже перебор - лучше нахлест сделать побольше. Разбежка в высоте стыковки (около 600мм) между соседними стержнями делается для того, чтобы все стыки не попадали в одну плоскость - это значительно повышает надёжность конструкции.

Плюсы технологии: быстро, не требуется дополнительных материалов и особых навыков.

Минусы технологии: нужно делать сложные изгибы на выпусках, повышенный расход арматуры, нужно особо тщательно уплотнять бетон в месте стыковки (все таки арматуры не мало), наименьшие эксплуатационные характеристики (передача усилия через бетон) по сравнению с двумя последующими способами (хотя для частного домостроения использовать можно, кроме сейсмоопасных зон - там вообще этот способ не катит).

2. Ванная сварка.

Раньше применялась повсеместно на больших серьёзных стройках, сейчас потихоньку вытесняется МСА. Получила своё название от банального сантехнического прибора. Дело в том, что два стержня (никаких изгибов) свариваются друг с другом в «корытце» из листовой низкоуглеродистой стали (про многоразовые «ванночки» говорить не будем). «Ванночки» изготавливают под различные диаметры стыкуемой арматуры, они прихватываются к стержням в месте стыковки так, чтобы между стержнями было 5-6мм (конец верхнего стержня обрезается под углом, чтобы был лучший доступ), и это пространство тщательно обваривается. «Ванночка» ставится своим дном внутрь колонны (защитный слой + удобство сварочных работ) и служит как бы ёмкостью, препятствующей растеканию расплавленной стали. Арматура должна быть класса А500С. Я соединял у себя этим способом ( внимательно смотрите Рис.1 ), рука не поднялась нахлестываться. Плюсы для меня перевесили минус, а именно:

Плюсы технологии: прочно-надёжно, экономия арматуры за счёт отсутствия нахлестов, ничего не надо гнуть, допускается в сейсмически опасных зонах.

Минусы технологии: нужен рукастый сварщик - это же не мангал сварить. Ну и ванночки с электродами денег стоят.ис. 3. слева - сами ванночки, справа - в процессе ванной сварки (Источник - Яндекс.Картинки)

Усиление ж/б колонн только за счет обжатия металлической обоймой

Исходные данные таковы. Одноэтажный цех с мостовым краном, который заменяется на кран с большей грузоподъемностью. Ну соттветственно после обследования выяснилось, что колонны необходимо усилить. Интересует метод усиления за счет обжатия металлической обоймой (вследствии объемного расширения бетона), причем только за счет него. В литературе везде рассматривается совместная работа колонны и мет. обоймы на сжатие, за счет упирания обоймы в перекрытие или ригель. В данном случае мы же имеем ж/б колонны 400х400, одноконсольную (консоль усиления не требует), без надкрановой части (фермы опираются на массивные кирпичные стены). Узел упирания мет. обоймы в подкрановую балку и консоль не встречал, мудрить может придется что-то. Но хочется просто усилить за счет обжатия тела колонны до консоли, вот только методики расчета наити не могу, везде рассматривается метод совместной работы на сжатие за счет совместного упирания колонны и обоймы в лежащий на них элемент конструкции здания.

Сталкивался ли кто-нибудь с методом расчета усиления ж/б колонны металлической обоймой только за счет обжатия?

Красноярск

Благодарю! Очень полезная информация. Чтож придется повидимому мудрить чего-то, либо уже ж/б рубашку делать.

Щелково МО

а какие проблемы обеспечить опирание на обойму? через уголок.

прочтите раздел расчета сжатых элементов с косвенным армированием (СНиП 2.03.01-84*) и надеюсь сами догадаетесь почему обжатие не может в Вашем случае нельзя учитывать

Узел упирания мет. обоймы в подкрановую балку и консоль не встречал, мудрить может придется что-то.

Балка опирается на колонну через консоль? тогда есть возможности: от "подпереть" обоймой Вашу консоль, до устройства дополнительной стальной стойки, прислонной к колонне.
(Про подпереть есть чертежи где-то, заинтересует - поищу и выложу).

__________________
Доброта спасет мир.

Подмосковье

Часто поступаю так.

А как бетонировать вокруг колонны 5 см?

balabenuk, мы через бетонолитные отверстия 70-80 мм самое тонкое делали - заливалось без проблем (подвижная смесь по рекомендациям по усилению и все такое). А вот приварить к существующей арматуре не всегда получается, т.к. не всегда можно разгрузить до требуемых величин (например расчет без нагреваемого стержня часто все портит). А включить уголки вполне реально - и клиньями и домкратами и уголками на струбцинах. и передать на них усилия. Вообщем мы чаще так.

А включить уголки вполне реально - и клиньями и домкратами и уголками на струбцинах. и передать на них усилия. Вообщем мы чаще так.

можно расширяющийся цемент применить, или приваривать разогретые поперечные планки

Читайте также: