Посилення колон: способи зміцнення конструкції, поради майстрів

В ремонтно-будівельних роботах технічні операції з колонами виконуються досить часто. Це пов'язано з великими навантаженнями, які лягають на даний конструкційний елемент, зношуючи його структуру. Найбільш поширеною ремонтно-відновлювальної операцією цього типу можна назвати посилення колон, для якого використовується широкий спектр методів.

В яких випадках потрібне посилення стовбура колони?

Потреба в додатковому зміцненні будівельних конструкцій зазвичай виникає після утворення дефектів. Колона в основному застосовується як несучий архітектурно-будівельний елемент, тому для неї характерні різного роду ушкодження. Найбільш часто зустрічаються наступні проблеми:

Тріщини. Найпоширеніша різновид ушкоджень колоною конструкції, яка може мати різні форми і прояви. Що стосується причин, то деформаційні тріщини можуть виникати в результаті усадки будівлі, підвищення навантажень, корозії арматури в стовбурі, зменшення міцності бетону і т. д.

Відколи. Не менш небезпечний дефект, утворення якого може бути пов'язане з механічними або вогневими впливами на конструкцію, а також з втратою початкових властивостей металевих несучих стрижнів.

Відшарування. Такого роду ушкодження також виникають через вогневих впливів, корозії арматури і тиску новоутворень – крижаної кірки або лугів.

Лущення. Як правило, є наслідком контакту з агресивними середовищами. Циклічні процеси зволоження/або висихання заморожування/відтавання зазвичай призводять до повного руйнування конструкції.

Фактори деформації структури можуть впливати на вибір тактики ремонтно-відновлювальних заходів. Але найчастіше технології підсилення колон підбираються на основі фізико-експлуатаційних якостей і параметрів стовбура. Перед тим як приступити до огляду конкретних методів розв'язання поставленої задачі, варто ознайомитися з універсальними правилами організації робіт.

Загальні поради фахівців по ходу робіт

У підсилюють технічних операціях, які виконуються стосовно до несучих споруд і конструкцій, часто задіюються різні опори, накладки і кутові елементи підтримки. Використовуючи подібні пристосування, важливо враховувати два правила:

Кількість рівнів або шарів зміцнюючого бандажа не повинно бути менше трьох. Поперечна обв'язка і зовсім накладається в чотири шари.

Витримується нахлест близько 20-30 див. Стикові з'єднання, як правило, виключаються.

Якщо планується використовувати способи підсилення колон з обробкою поверхні стовбура композитними засобами та полімерами, то спочатку повинні бути враховані наступні умови:

Вологість бетону повинна становити не менше 4%. Даний коефіцієнт перевіряється вологоміром.

Конденсат повинен бути видалений з поверхні колони.

Перед безпосередньою укладанням полімеру на стовбур наноситься шар епоксидної смоли.

Температура конструкції повинна варіюватися в діапазоні +10+45 °С. Це нормальний режим для роботи з полімерними складами.

Незалежно від застосовуваного способу посилення стовбура колони, слід провести зачистку і обеспылевание поверхні. Вона повинна бути позбавлена від забруднень, жирових плям, і цементного молочка. Подібні задачі вирішуються шліфувальним інструментом – ручним або машинним в залежності від площі.

Технологія посилення обоймою

Використання комбінованої обойми для зміцнення стовбурів колон дозволяє забезпечити стійкість конструкції, як перед динамічними, так і перед статичними навантаженнями. Стандартним варіантом виконання даного методу вважається посилення колон металевою обоймою, але фахівці рекомендують спочатку прораховувати додаток каркаса залізобетонними вставками з замкнутими сталевими хомутами. Перед виконанням монтажних операцій слід виконати насічки в структурі стовбура глибиною до 5 мм. Поверхня колони також очищається від сторонніх часток і захищається від корозії. Основу каркаса обойми складе конструкція з поперечних і поздовжніх планок металевих кутників. Поздовжні компоненти всідаються на цементно-піщаний розчин і затискаються струбцинами. Далі по всій довжині ствола до куточках необхідно приварити точкової зварюванням поперечні планки, витримуючи крок близько 50-60 див.
До переваг посилення колон сталевими обоймами можна віднести швидкість монтажу і конструкційну гнучкість схеми кріплення. Відразу після завершення установки каркаса стовбур буде готовий до прийняття розрахункових навантажень, а в подальшому при необхідності каркас можна буде модифікувати, вносячи додаткові елементи кріплення. Але основне завдання зміцнення обойма зможе виконати тільки за умови щільного прилягання стяжок і планок з куточками до поверхні колони. Якість фіксації визначається гладкістю стовбура і його геометрією.

Технологія нарощування перерізу

Типова конструкція будівельної колони складається з двох структурних частин – бетону та армуючих елементів. Якщо посилення колон обоймами орієнтується на підвищення жорсткості несучого металевого скелета стовбура зовнішнім способом, то нарощування перерізу ставить метою розширення площі несучої поверхні. Збільшується основна бетонна маса, яка робить конструкцію стабільніше і довговічніше.
Даний метод використовується в тих випадках, коли в принципі допускається можливість нарощування технічної зони в місці експлуатації колони. Оптимальним способом може стати одностороннє нарощування перерізу – по ширині, довжині або глибині конструкції. З технологічної точки зору, головне завдання майстра буде полягати в забезпеченні достатньо міцного зв'язку нового бетонного шару зі старим. Для цього використовуються методи підсилення колон металевими обоймами. Але каркас у даному випадку виконує не функцію самостійного несучого елемента, а виступає в якості допоміжної армуючої решетування, яка і дозволить зв'язати два бетонних рівня. Монтується та ж поздовжня арматура з насічками і куточками. В ідеалі по можливості її слід приварювати до основної арматури в стовбурі металевими коротышками. Потім виконується безпосереднє нарощування кладкою бетонного розчину.

Технологія посилення композитними матеріалами

Сьогодні у багатьох сферах будівництва і виробництва металеві деталі замінюються виробами з композитів і вуглепластикових волокон. Даний варіант підсилення колон вигідний тим, що при меншій масі та розмірах елемента дозволяє забезпечувати ті ж функціональні завдання. Легке вуглепластиковоє волокно саме по собі не перевантажує колону (особливо важливо для конструкцій старих пам'яток культури), але проявляє стійкість до навантажень подібно сталі. Більш того, міцність деяких композитів на розтяг в 4-5 разів вище, ніж у залізобетонної арматури. Техніка посилення колон в даному випадку буде полягати в приклеюванні композитних або вуглепластикових ламелей перпендикулярно до поверхні стовбура. Зазвичай розрахунок робиться на полегшення вертикальних навантажень з акцентом на згинальний момент. Для досягнення такого ефекту посилення пластини наклеюються вздовж лінії дії моменту навантаження. Що стосується клейового складу, то можуть застосовуватися полімерні будівельні суміші, які також виконають допоміжні завдання зовнішнього армування структури, вологозахисту і термостійкості – набір властивостей клею буде залежати від умов його застосування. Серед переваг цього методу виділяється відсутність конструкційних змін колони, можливість декорування стовбура шляхом фарбування ламелей і довговічність.

Підсилення залізобетонних колон

Для архітектурних стовбурів цього типу рекомендується використовувати методи зміцнення сталевий сорочкою. Оскільки мова йде про масивної конструкції з великою масою, то і підсилює каркас повинен щільно входити в структуру колони. В той же час і перевантажувати несе стовбур небажано, так як це зумовить більш високий ефект механічної втоми не тільки для колони, але і для нижнього перекриття. Оптимальним буде застосування сталевої обойми з куточками на цементно-піщаному розчині. Як і в класичній схемі, посилення ж/б колон виконується з поперечними планками і перехідними вставками, привареними до внутрішньої арматури стовбура.
Перед зварюванням важливо врахувати одну технологічну хитрість. Фахівці рекомендують нагрівати шпалерні планки до 100-120 °С, і тільки після цього приступати до з'єднання. Коли елемент охолоне, його розміри стануть менше, що забезпечить позитивний ефект попереднього напруження. Також в підсиленні залізобетонних конструкцій буде не зайвим задіяти додаткові страхувальні пристосування. Найзручніше монтувати розпірки, утворені двома ріжками-швелерами. Вони зв'язуються планками і кріпляться за принципом опор натяжними гвинтами.

Посилення нагрітими хомутами

Якщо колони не зазнають великих розрахункових навантажень і не вимагають капітального зміцнення конструкції, то можна обійтися оптимізованої технікою пристрою накладок зі смугової сталі. Виходять свого роду обв'язувальні хомути, які монтуються по всій висоті стовбура. В результаті економиться будматеріал з фурнітурою, а конструкція колони залишається недоторканою. Технологічна складність такого рішення полягає в попередньому нагріванні металевих смуг і коректному обтиску колони. Теоретично хомути можуть використовуватися в посиленні ж/б колон з круглим, прямокутним і квадратним перетином. Але в кожному випадку буде своя схема обтиску, для якої підбирається і відповідний спосіб захоплення смуг. Заготовки для накладок нагрівають в пічному споруді або пальником приблизно до 300 °С. Далі, використовуючи спеціальний кондуктор або струбцини, необхідно щільно обжати хомутом стовбур в раніше встановленій зоні. Через деякий час після обв'язки хомут охолоне, а метал в результаті температурного скорочення ще щільніше пригорнеться до поверхні колони. Знову ж таки, в результаті вийде не стільки самостійний підсилює каркас, скільки допоміжний засіб армування.

Посилення металевих колон

У порівнянні з залізобетонними стовбурами, повністю металеві конструкції виключають можливість монолітного нарощування структури шляхом влаштування каркаса або бетонної кладки. Тому найчастіше вводяться відтяжки, затягування, розпірки і переднапружені пристрою. Досить практичним і функціональним вважається варіант посилення сталевої колони шляхом розширення або зміцнення конструкційного башмака, що примикає до перекриття або фундаментної основи. На нижньому ярусі якраз допускається можливість створення бетонної стяжки, яка підвищить вертикальну стабільність колони. Невеликі конструкції стовбурів рекомендується посилювати допомогою попередньо напружених елементів. У цій якості застосовують інвентарні та телескопічні шпренгели з жорсткими розпірками, параметри яких можна змінювати в залежності від поточного навантаження. До речі, подібне посилення ЖБ-колон буде утруднено через недостатню структурної жорсткості, але металеві стволи дозволяють використовувати засоби піддомкрачування. Тобто користувач може змінювати висоту і положення конструкції, расклинивая і поєднуючи її з хомутами. В опорних ділянках для додаткової страховки виконують щілини і пазові виїмки, а також монтують обмежувальні тимчасові пластини з круговими отворами для армування. Після цього встановлюється арматурний прут, а приопорная зона бетонується. Коли залита стяжка набере достатньо міцності, стрижень арматури напружується анкерними метизами і болтами – їх можна вбудовувати в отвори з боку нижніх граней. Виходить капітальний спосіб конструкційного посилення колон, який використовується тільки при технічній можливості перебудови прилеглої площадки.

Посилення стиснутих колон

Позацентрово стиснуті стовбури зміцнюються за рахунок комбінації технічних засобів, серед яких армуючі бандажі, профільні металеві куточки і поперечні планки. Комплексне посилення дозволяє в даному випадку забезпечити стиснуте деформування і взаємну роботу елементів обв'язки з перекриттями. Тобто моменти навантаження не перерозподіляються, а безпосередньо перекладаються з верхньої бетонної конструкції на нижню. Основу підсилює системи формують кілька поперечних бандажів, які перемежовуються з поодинокими армуючими вставками із сталі або вуглепластика. Але якщо посилення колони залізобетонною обоймою проводиться з добавкою піщано-цементного розчину, то бандаж з накладками розраховується тільки на метизні кріплення. Зокрема, той же бетон замінюється анкерування поздовжніми елементами через перекриття. Головна складність монтажу такої системи зводиться до необхідності витримки осьової симетрії при установці поздовжніх елементів захоплення і кріплення.

Висновок

Характер застосування того чи іншого методу посилення вертикальної архітектурної конструкції в значній мірі буде залежати від характеристик пов'язаних з нею частин споруди. Наприклад, підсилення залізобетонних колон при великих навантаженнях може передбачати установку металевого каркаса з бетонним розширенням, і монтаж розпірок. Але тільки у випадку, якщо це дозволяє виконати нижню перекриття – обмеження може бути обумовлене перевищенням проектної навантажувальної маси. Особливо гостро подібні обмеження стають в ситуаціях посилення групових колонних композицій. Як правило, масивні і важкі каркаси і стяжки в таких випадках не допускаються, а перед розробниками технічного проекту стає завдання детального розрахунку з влаштування додаткових зв'язків шляхом інтеграції жорстких попередньо напружених опор.