Конструкция распорки для усиления колонны

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при усилении бетонной, железобетонной и каменной колонны стальными обоймами.

Распорки стальной обоймы включают пару угловых стоек, крепежные и соединительные планки, которые скреплены между собою сварным соединением в виде комплексного шва, при этом соединительные планки выполнены в виде стальных пластин с образованием на их концах участков нахлесточного соединения с гарантированным размещением сварных швов заданной длины, размеры средних участков которых приняты из условий равенства несущей способности планки и сварного соединения.

Технический результат - упрощение конструкции распорки, уменьшение ее габаритов в плане, повышение качества и надежности работы сварных соединений внахлестку, снижение металлоемкости и повышение огнезащиты распорок стальной обоймы для усиления колонны.

9 з.п.; 7 ил.

Полезная модель относится к строительству и может быть использована при усилении, ремонте, реставрации и реконструкции несущих конструкций, более конкретно при усилении бетонной, железобетонной и каменной колонны зданий и сооружений (далее - зданий).

Известна конструкция распорки для усиления колонны, которое содержит пару ненапрягаемых распорок металлической обоймы, каждая распорка которой выполнена из двух уголков, устанавливаемых по граням колонны, и соединительных планок между ними. Шаг планок принимают равным минимальному размеру поперечного сечения колонны. Металлическую обойму выполняют как самостоятельную систему по нормам проектирования стальных конструкций / Реконструкция зданий и сооружений; под ред. А.Л.Шагина; учебное пособие. - М.: Высш. шк., 1991, - 352 с; (см.п.10.5 Усиление колонн; рис.10.40, стр.182-183)/[1].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции распорки стальной обоймы для усиления колонны, относится то, что известная конструкция весьма громоздка и металлоемка; при этом размеры поперечного сечения соединительных планок приняты конструктивно, с большим коэффициентом запаса по несущей способности (k_з3); фактическая огнестойкость колонны, усиленной стальной обоймой, не высока вследствие отсутствия конструктивной огнезащиты ее металлических элементов.

Известна конструкция распорки для усиления колонны предварительно напряженными металлическими профильными элементами (распорками) / А.с. SU 100 439, Кл Е04G23/02. Способ усиления колонны / Н.М.Онуфриев (класс 37 6,3-03); заявка 9351/449 710 от 28.09.1953/[2].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции распорки стальной обоймы, относится то, что сечение соединительных планок принято конструктивно, вследствие этого расходы стали на их изготовление велики.

Известна конструкция распорки для усиления многоэтажной колонны, которое содержит две двухсторонние преднапряженные распорки, состоящие из двух уголков L 75×50×5 мм и соединительных планок (шаг S=55 см) сечением 100×6 мм (принято по конструктивным соображениям); здесь же приведена последовательность расчета на прочность и подбора профиля угловых стоек, сечения планок, а так же порядок проверки сварных швов / Рекомендации по усилению монолитных железобетонных конструкций зданий и сооружений предприятий горнодобывающей промышленности. - М.: Строиздат, 1974. - 96 с (см. Усиление колонны преднапряженными распорками, п.6.9 стр.60-61; приложение 1, пример расчета, стр.79-81)/[3].

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции относится то, что известная конструкция распорки усиления весьма громоздка и металлоемка; размеры сечения соединительных планок приняты конструктивно, с большим перерасходом строительной стали.

Наиболее близким техническим решением к полезной модели по совокупности признаков является конструкция для усиления колонн, содержащая стальные преднапряженные распорки (две пары), соединительные планки, упорные уголки, планки - упоры, крепежные монтажные болты; при этом соединительные планки, выполнены из конструктивных соображений (из толстолистовой стали толщиной 6 мм; шириной b=80 мм), натяжные болты 20 мм; проектирование составных сжатых элементов их уголков выполнено как сплошно-стенчатых при условии, что наибольшее расстояние на участках между приваренными планками (в свету) не превышают S_u40·_x; (где _x - радиус инерции равнополочного уголка угловой стойки); проектирование соединительных планок выполнены на срез и изгиб / Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. - Л., М: Стройиздат, 1965. - 342 с; (см.22 Усиление колонн посредством преднапряженных распорок усиления; рис.83, стр.241-247; пример 20, рис.86, стр.252-256)/[4], - принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции распорки для усиления колонны, принятой за прототип, относится то, что известная конструкция металлоемка и громоздка; геометрические размеры соединительных планок приняты по конструктивным соображениям с коэффициентом запаса k_з3 (перерасход прокатной стали по массе в 3,5-4 раза); элементы стальной обоймы запроектированы и изготовлены без учета совместной работы с усиливаемой колонной, следовательно принятые предельные гибкости уголковых стоек распорки, определяющие шаг соединительных планок для сжатых элементов приняты необоснованно малыми: S _min=40·_x, - здесь - минимальный шаг планок, см; _x - радиус инерции равнополочного уголка, см; при конструировании сварных соединений не учтены современные виды сварных швов; фактическая огнестойкость колонны, усиленной распорками стальной обоймы, не высока вследствие отсутствия конструктивной огнезащиты ее металлических элементов.

Сущность полезной модели заключается в следующем. Задача, на решение которой направлена полезная модель, является упрощение конструкции распорок стальной обоймы для усиления колонны, уменьшение габаритов стальной обоймы в плане, снижение погрешности при назначении геометрических размеров соединительных планок по расчету на изгиб, повышение точности определения размеров и фактической несущей способности сварных швов, соединяющих угловые стойки распорки крепежных и соединительных планок, сокращение расхода строительной стали на изготовление элементов распорок для усиления колонны здания.

Технический результат - упрощение конструкции распорки стальной обоймы, уменьшение ее габаритов в плане, уменьшение геометрических размеров крепежных и соединительных планок, приобретение фактической несущей способности сварных швов для крепежных и соединительных планок из расчета швов на срез и изгиб, рациональное применение различных видов сварных швов для соединяющихся элементов распорки внахлестку; повышение качества и надежности работы сварных соединений; снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления распорок стальной обоймы; повышение степени огнезащиты металлических элементов стальной обоймы.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в конструкции распорки усиления колонны, включающем пару угловых стоек распорки крепежные и соединительные планки, которые скреплены между собою сварным соединением внахлестку в виде углового шва по торцам соединительной планки, особенностью является то, что каждая соединительная и крепежная планка распорки выполнена в виде укороченной стальной пластины с образованием на ее концах участков нахлестного соединения с гарантированным размещением на них сварных швов заданной длины; размеры поперечного сечения среднего участка соединительной планки распорки приняты из условия ее прочности. Концевые участки соединительной планки выполнены в виде трапеции.

Концевые участки соединительной планки выполнены с вырезкой в виде треугольника.

Концевые участки соединительной планки выполнены с раззенкованными отверстиями для точечного сварного соединения с угловой стойкой распорки.

Сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде угловых лобового и фланговых швов.

Сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде угловых односторонних лобовых швов по торцу соединительной планки и по торцу пера стойки распорки.

Сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде углового лобового шва по торцу соединительной планки совместно со сварным точечным соединением на концевом участке соединительной планки.

Сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде угловых сварных швов по торцу соединительной планки и по торцу пера угловой стойки распорки в комплекте со сварным точечным соединением на концевом участке соединительной планки.

Сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено в виде угловых фланговых горизонтальных и наклонных под углом 60 град, сварных швов на концевом участке соединительной планки.

Сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено в виде односторонних угловых фланговых горизонтальных и кругового сварных швов на концевом участке соединительной планки.

На чертежах представлено:

На фиг.1 изображена конструкция распорки для усиления колонны:

1 - усиливаемая колонна; 2 - угловая стойка распорки; 3 - соединительная планка; 4 - угловой сварной шов; 5 - упорный уголок; 6 - концевой участок планки; 7 - средний участок планки; 8 - угловой сварной шов с тыльной стороны; 9 - крепежная планка (крепежный болт); 10 - упорный уголок; 11 - планка - упор; 12 - сварное точечное соединение; (S_n - шаг соединительных планок; Z_o - расстояние от центра тяжести (ц.т.) угловой стойки до наружной грани полки; С - расстояние между ц.т. угловых стоек распорки);

На фиг.2 изображен разрез А-А распорки для усиления колонны:

2 - угловая стойка распорки; 3 - соединительная планка; 4 - угловой сварной шов; 9 - крепежная планка (крепежный болт); (обозначения Z_o, С и ц.т. приведены в подрисуночной подписи к фиг.1);

На фиг.3 и 4 изображено соединение внахлестку угловой стойки и соединительной планки в виде комплексного сварного шва, включающего угловой лобовой, шпоночный шов и сварное точечное соединение:

2 - угловая стойка распорки; 3 - соединительная планка; 4 - угловой сварной шов; 5 - фланговый сварной шов; 6 - концевой участок планки; 7 - средний участок планки; 12 - сварное точечное соединение.

На фиг.5 изображено соединение внахлестку угловой стойки и соединительной планки путем наложения угловых сварных швов с лицевой и тыльной стороны: 2 - угловая стойка распорки; 3 - соединительная планка; 4 - угловой сварной шов; 6 - концевой участок планки; 7 - средний участок планки; 8 - угловой сварной шов с тыльной стороны.

На фиг.6 и 7 - изображено соединение внахлестку угловой стойки и соединительной планки, выполненной с вырезом на концевых участках пластины в виде треугольника (фиг.6) и прямоугольника (фиг.7) путем наложения комплексного сварного шва: 2 - угловая стойка распорки;

3 - соединительная планка; 4 - угловой сварной шов; 5 - фланговый сварной шов; 6 - концевой участок планки; 7 - средний участок планки; 8 - угловой сварной шов с тыльной стороны; 13 - шпоночный шов.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением указанного выше технического результата. Пример конкретного выполнения. Стальная обойма для усиления железобетонной колонны сечением 400×500 мм содержит напрягаемые распорки, составленные из двух пар угловых стоек и соединительных планок - 3. Угловые стойки распорки - 2 выполнены из стального (сталь С 245) прокатного профиля - равнополочных уголков 2125×125×10 мм: ширина полки b=125 мм; толщина полки S=10 мм; момент инерции J_x,y=360 см⁴ ; радиус инерции _x=3,85 см; площадь сечения A=24,3 см² ; расстояние от центра тяжести до наружной грани полки Z _o=3,45 см; плотность проката =7850 кг/м³; модуль упругости E=2,1·10 ⁶ кгс/см². Соединительные планки - 3 выполнены из толстолистовой стали С 235 (марка ВСт3кп2); толщина планок =8 мм; высота планок b=80 мм; сварное соединение угловых стоек распорки - 2 и соединительной планки - 3 выполнено стыковым сварным швом, включающим два угловых сварных шва длиной l _уг=8 см каждый, катет сварного шва k_ш=6 мм; сварка произведена покрытыми электродами типа Э-42А (ГОСТ 9467-75); расчетное сопротивление сварных соединений с стыковыми швами R_f=180 МПа (185 кгс/см²).

Введение соединительных планок в работу угловых стоек распорки произведено следующим образом. Сначала изготовляют в мастерских угловые стойки распорки - 2, соединительные планки - 3 и крепежные планки - 9. Для плотного прилегания угловых стоек распорки - 2 поверхность бетона по граням усиляемой колонны - 1 тщательно выравнивают скалыванием поврежденного бетона и зачеканкой цементным раствором. Предварительное напряжение соединительных и крепежных планок осуществляют термическим воздействием. Для этого соединительную планку - 3 или крепежную планку - 9 приваривают одной стороной к угловым стойкам распорки - 2, затем разогревают средний участок планки газовой горелкой до (120±20)°С и в разогретом состоянии приваривают второй конец планки. Замыкание планок осуществляют симметрично от среднего по высоте колонны пояса. При остывании планок происходит обжатие поперечных сечений усиливаемой колонны, - это существенно повышает ее несущую способность. Эффективным средством усиления нагруженных колонн является устройство преднапряженных стальных распорок: преднапряжение (60±20) МПа (600±200) кгс/см². Шаг соединительных крепежных планок (крепежных болтов) в свету принят равным ширине грани сечения колонны (S₁=40 см; S₂=50 см).

Применение предложенной распорки для усиления колонны здания позволяют восстановить эксплуатационные свойства (несущую способность, огнестойкость) и улучшить качественные показатели: устройство просто в использовании и монтаже вследствие рационального использования прокатного металла; конструкция распорки снижает расходы металла на изготовление соединительных и крепежных планок в 3,5-4 раза; геометрические размеры поперечного сечения соединительных и крепежных планок приняты непосредственно по результатам их расчета (k₃=1,05-1,1); при конструировании сварных соединений внахлестку приняты комплексные виды сварных швов (угловой лобовой, фланговый, шпоночный, стыковой, сварное точечное соединение в раззенкованные отверстия соединительных и крепежных планок). Высокий предел огнестойкости колонны, усиливаемой стальной обоймой, достигают применением конструктивной огнезащиты ее стальных элементов.

Предложенное устройство применено в строительной промышленности при усилении ряда колонн жилого дома (с встроенным торговом залом на первом этаже), поврежденного продолжительным пожаром. Работы по обследованию сильно поврежденных колонн первого этажа высотой H=3,8 м и выдача рекомендаций по восстановлению колонн проведены в кротчайшие сроки (г.Самара, 2012 г.).

Источники информации

Реконструкция зданий и сооружений; под ред.А.Л.Шагина; учебное пособие. - М.: Высш.шк., 1991, - 352 с; (см.п.10.5 Усиление колонн; рис.10.40, стр.182-183).

А.с.577 100 439, Кл Е 04С23/02. Способ усиления колонны/Н.М.Онуфриев (класс 37 6,3-03); заявка 9351/449 710 от 28.09.1953.

Рекомендации по усилению монолитных железобетонных конструкций зданий и сооружений предприятий горнодобывающей промышленности. - М.: Строиздат, 1974. - 96 с (см.Усиление колонны преднапряженными распорками, п.6.9 стр.60-61; приложение 1, пример расчета, стр.79-81).

Онуфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений. - Л., М: Стройиздат, 1965. - 342 с; (см.22 Усиление колонны посредством преднапряженных распорок усиления; рис.83, стр.241-247; пример 20, рис.86, стр.252-256)

1. Конструкция распорки для усиления колонны, включающая пару угловых стоек распорки, крепежные и соединительные планки, которые скреплены между собой сварным соединением внахлестку в виде углового шва по торцам соединительной планки, отличающаяся тем, что каждая соединительная и крепежная планка распорки выполнена в виде укороченной стальной пластины с образованием на ее концах участков нахлесточного соединения с гарантированным размещением на них сварных швов заданной длины; размеры поперечного сечения среднего участка соединительной планки распорки приняты из условия ее прочности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концевые участки соединительной планки выполнены в виде трапеции.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концевые участки соединительной планки выполнены с вырезкой в виде треугольника.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концевые участки соединительной планки выполнены с раззенкованными отверстиями для точечного сварного соединения с угловой стойкой распорки.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде угловых лобового и фланговых швов.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде угловых односторонних лобовых швов по торцу соединительной планки и по торцу пера стойки распорки.

7. Устройство по пп.1 и 4, отличающееся тем, что сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде углового лобового шва по торцу соединительной планки совместно со сварным точечным соединением на концевом участке соединительной планки.

8. Устройство по пп.1, 6 и 7, отличающееся тем, что сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено внахлестку в виде угловых сварных швов по торцу соединительной планки и по торцу пера угловой стойки распорки в комплекте со сварным точечным соединением на концевом участке соединительной планки.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено в виде угловых фланговых горизонтальных и наклонных под углом 60º сварных швов на концевом участке соединительной планки.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сварное соединение угловой стойки распорки с соединительной планкой выполнено в виде односторонних угловых фланговых горизонтальных и кругового сварных швов на концевом участке соединительной планки.