Как использовать уголок для усиления конструкций?

Почему уголок идеально подходит для структурного усиления

Прочность стального уголка, долговечность и несущая способность

Уголки из стали действительно выделяются с точки зрения прочности конструкции благодаря своей характерной L-образной форме и прочному составу материала. Эти две перпендикулярные стороны придают уголкам естественную способность лучше противостоять скручивающим и изгибающим нагрузкам по сравнению с плоскими или круглыми металлическими профилями. Распределение нагрузки по их структуре обеспечивает высокую прочность без необходимости чрезмерной массивности. Производители часто выбирают горячекатаные или оцинкованные стальные варианты, поскольку они устойчивы к коррозии и служат намного дольше, даже под постоянным давлением в течение длительного времени. Особенность уголков заключается в их способности эффективно выдерживать одновременно растягивающие и сжимающие усилия. Именно поэтому инженеры используют их для важных конструкционных элементов, таких как опоры зданий, армирующие балки и различные виды распорок, где недопустимо смещение или разрушение после многолетней эксплуатации.

Равнополочный и неравнополочный уголок: соответствие геометрии направлению нагрузки и потребностям в укреплении

При выборе уголков для строительных конструкций инженеры, как правило, выбирают между равнополочными и неравнополочными вариантами в зависимости от характера приложения нагрузок к конструкции. Равнополочные уголки, например размером 4 дюйма на 4 дюйма с толщиной полки в полдюйма, обеспечивают сбалансированную поддержку, когда нагрузки распределяются равномерно, как в фермах, стандартных системах раскрепления и соединениях под прямым углом. В случаях, когда нагрузки распределены неравномерно, инженеры используют неравнополочные уголки, например 6 дюймов на 4 дюйма, также с толщиной полки в полдюйма. Такие уголки применяются, например, в консольных элементах, выступающих из стен, кровлях с нестандартным уклоном или в соединениях, предназначенных для противодействия сейсмическим нагрузкам. Более длинная полка таких уголков ориентируется в сторону максимального воздействия напряжений, в то время как короткая полка обеспечивает достаточную дополнительную поддержку, не приводя к излишнему расходу материала. Правильный подбор геометрии имеет решающее значение при работе со сложными схемами нагружения, особенно в ответственных сооружениях, требующих защиты от сильного ветра или землетрясений. По сути, речь идет о том, чтобы конструкции оставались безопасными, но при этом не тратить деньги на избыточное количество стали.

Уголок в первичных несущих системах: каркасы, фундаменты и интеграция с бетоном

Армирование бетонных балок, колонн и фундаментов с помощью закладных или поверхностно установленных уголков

Прочность бетона на сжатие не имеет себе равных, но его низкая растяжимость требует стратегического армирования. Уголок эффективно выполняет эту роль в балках, колоннах и фундаментах, будучи залитым при бетонировании или установленным на поверхности для модернизации:

• Балки: Залитые в зону растяжения уголки значительно повышают изгибную прочность и контроль трещинообразования. Поверхностные конструкции — часто приваренные к существующим нижним поясам — широко используются для усиления стареющей инфраструктуры.
• Колонны: Вертикальные уголки, соединённые с каркасами из арматуры, повышают способность воспринимать осевые нагрузки и пластичность, особенно при циклических сейсмических воздействиях. Внешние уголки также обеспечивают охват, улучшая поведение после достижения предела текучести.
• Фундаменты: Угловые планки, установленные по краям или под сосредоточенными нагрузками от колонн, способствуют распределению опорного давления, уменьшают неравномерную осадку и предотвращают растрескивание в пучинистых грунтах.

Выбор между встроенными и поверхностно монтируемыми методами зависит от этапа проекта и целевых показателей производительности:

Независимо от метода, целостность соединения — с помощью сварки, болтов повышенной прочности или эпоксидного анкеровки, соответствующей стандарту ASTM, — имеет важнейшее значение для обеспечения полной передачи усилий между угловой планкой и бетонным основанием. Недостаточная детализация компрометирует всю составную систему и снижает ожидаемую работоспособность при эксплуатационных или экстремальных нагрузках.

Угловая планка как важный элемент раскрепления для сопротивления поперечным силам

Стропильные фермы и торцы щипцовых стен: применение угловой планки для обеспечения устойчивости к ветровым и сейсмическим воздействиям

Стальные угловые профили играют ключевую роль в обеспечении поперечной устойчивости кровельных систем. Они эффективно передают сложные нагрузки, такие как сдвиг, отрыв и опрокидывание, через различные стыки конструкции. Что касается диагонального раскрепления, большинство технических требований предусматривают использование стальных уголков размером 3 дюйма на 3 дюйма на полдюйма в соответствии с последними стандартами ASCE 7-22. Такое армирование позволяет сократить перемещение крыши примерно на 40 процентов при воздействии сильных ветров ураганной силы. L-образная форма этих профилей помогает им противостоять крутильным движениям во время землетрясений, сохраняя форму стропильных ферм и предотвращая разрушение по цепочке. Для правильной передачи нагрузки по всей системе важно, чтобы соединения охватывали обе полки уголка. Обычно это означает применение сварных швов с полным проплавлением или установку пар прочных болтов. В противном случае могут возникнуть проблемы со смещением элементов или выпучиванием деталей в местах соединений со временем.

Укрепление стен в каркасном строительстве: угловые элементы для повышения устойчивости к сдвигу

Когда речь идет о каркасных зданиях, сдвиг остается одной из основных причин разрушения таких конструкций. Под сдвигом подразумевается деформация стен при боковом воздействии. Для решения этой проблемы используются угловые элементы, создающие треугольные опоры, которые придают всей системе жесткость. Исследование, опубликованное в прошлом году в Journal of Structural Engineering, показало довольно впечатляющие результаты. Стальные угловые распорки делают стены примерно на 55 процентов жестче по сравнению с использованием только древесины, что является значительным улучшением. Кроме того, такие стальные элементы отлично сочетаются с традиционными методами каркасного монтажа и не создают серьезных трудностей для строителей. Для тех, кто рассматривает возможность применения этого решения, сначала необходимо учесть несколько важных факторов...

• Углы сдвиговых стен: Болтовые угловые элементы усиливают критические узлы передачи нагрузки
• Проемы: Угловые элементы, интегрированные в перемычки, перераспределяют напряжения вокруг окон и дверей
• Стыки панелей: Сплошные угловые накладки перекрывают зазоры, обеспечивая равномерную работу диафрагмы

Такой подход надежно соответствует предельным значениям перемещений по IBC и упрощает модернизацию в соответствии с нормами — особенно в тех случаях, когда добавление фанеры или плит OSB нецелесообразно.

Рекомендации по монтажу уголковых профилей в строительных конструкциях

Сварка, болтовые соединения и интеграция анкеров — обеспечение целостности передачи нагрузок

То, как что-то устанавливается, действительно влияет на то, насколько надежна структура со временем. При работе со сварами, свари с полным проникновением должны быть, особенно после тех AWS D1.1 квалифицированных процедур с соответствующими электродами. Это очень важно в районах, подверженных землетрясениям, где хрупкие переломы могут означать катастрофу. Для болтовых соединений нам нужны высокопрочные болты (либо A325 или A490) правильно затянутые с помощью калиброванных ключей крутящего момента или оборудования для регулирования напряжения. Если они слишком свободны, то будут скольжения и проблемы с усталостью. Но если вы будете слишком строги, то рискуете полностью разорвать нитки. Также особое внимание нужно уделить закреплению на бетоне. Убедитесь, что вы используете эпоксидные материалы, которые проходят испытания стандартов ASTM D4885 и выяснить правильную глубину вставки в соответствии с руководствами ACI 318 Приложения D так что ничего не вытягивает или расслабляется позже. Прежде чем запереть все навсегда, проверьте выровненность, потому что даже небольшая разница в угле всего на 2 градуса создает эксцентрические нагрузки, которые быстрее изнашивают вещи и уменьшают фактическую грузоподъемность. Выберите правильный способ соединения, основываясь на том, что должно произойти в каждой точки соединения. Сварки лучше всего подходят для постоянных соединений, несущих тяжелые нагрузки, болты имеют смысл для деталей, которые могут потребоваться на месте, а якорь идеально подходит для обработки твердых бетонных поверхностей. Правильное выполнение этого очень важно, поскольку плохая передача нагрузки является причиной почти 40% проблем, обнаруженных во время проектов модернизации конструкций.