Проектирование для модернизации: использование застежек для модернизации существующих конструкций

Модернизация существующих конструкций представляет собой одну из самых важных проблем в современном строительстве и инженерии. По мере старения зданий и изменения строительных норм необходимость модернизации и укрепления существующей инфраструктуры становится все более важной для безопасности, соответствия и долговечности. Метод модернизации системы сцепления и вольта (EBB) является методом укрепления структурной целостности существующего здания, чтобы лучше противостоять сейсмической активности. Независимо от того, устраняет ли сейсмическая уязвимость, улучшает ли несущая способность или продлевает функциональный срок службы конструкции, крепежные элементы служат основными точками соединения, которые делают эти обновления возможными.

Выбор и применение соответствующих крепежных элементов в проектах модернизации требует тщательного рассмотрения множества факторов, включая существующие конструкционные условия, совместимость материалов, требования к нагрузке и воздействие на окружающую среду. В отличие от новой конструкции, где крепежные элементы могут быть интегрированы в свежий бетон или точно расположенное каркасное покрытие, модернизированные установки должны работать с существующими подложками, которые могут быть состарены, повреждены или построены по устаревшим стандартам. Эта сложность требует специальных знаний и тщательного планирования, чтобы обеспечить надежную работу модернизированных соединений в долгосрочной перспективе.

Понимание структурной модернизации и ее значения

Структурная модернизация включает в себя изменение существующих зданий или инфраструктуры для повышения их устойчивости к сейсмической активности, ветровым нагрузкам или другим экологическим силам. Сейсморазведка - это закон, принятый местными властями, требующий оценки и модернизации конкретных типов зданий, которые оказались уязвимыми для сейсмических событий. Эти постановления становятся все более распространенными в подверженных землетрясениям регионах, особенно после крупных сейсмических событий, которые выявили уязвимости в более старом строительстве.

Цель сейсмической модернизации заключается в содействии общественной безопасности и благосостоянию путем снижения риска смерти или травм в результате воздействия землетрясений на здания из железобетона и усиленной каменной стены с гибкими диафрагмами, которые были классифицированы как потенциально опасные и склонные к значительному ущербу, включая возможный коллапс при землетрясении от умеренного до крупного.Однако модернизация выходит за рамки сейсмических проблем, включая улучшения структурных недостатков, соответствие коду, функциональные обновления и продление жизни стареющей инфраструктуры.

Экономические и социальные выгоды от модернизации значительны. Вместо того, чтобы сносить и перестраивать конструкции, модернизация позволяет владельцам недвижимости сохранять существующие здания, одновременно доводя их до современных стандартов безопасности. Этот подход сокращает строительные отходы, сохраняет архитектурное наследие и часто оказывается более экономически эффективным, чем полная замена. Модернизация зданий с изолированными металлическими панелями (ИМП) является идеальным решением для стареющих объектов, обеспечивая превосходные тепловые характеристики, оптимизированную установку и долгосрочную экономию на техническом обслуживании.

Критическая роль крепежа в модернизированных приложениях

Конструктивный крепеж — крепеж, предназначенный для безопасного соединения или соединения конструктивных элементов в строительном или инженерном контексте, играющий решающую роль в поддержании целостности и стабильности конструкций, обеспечивая прочную и надежную связь между компонентами.В модернизированных приложениях крепежи должны не только обеспечивать это фундаментальное соединение, но и компенсировать проблемы, присущие работе с существующими материалами и условиями.

Требования, предъявляемые к крепежам для модернизации, значительно отличаются от требований, предъявляемых к новым конструкциям. Эти крепежи часто должны крепиться к старому бетону или кладки, которые могут иметь меньшую прочность из-за выветривания, карбонизации или предыдущих повреждений. Они должны создавать надежные соединения, не вызывая дополнительного напряжения или повреждения существующих конструктивных элементов. Кроме того, крепежные элементы для модернизации часто должны учитывать изменения размеров, несоответствия или неровности, которые не существовали бы в новой конструкции.

Конструкционные крепежные элементы обычно изготавливаются из высокопрочных материалов, таких как легированная сталь или нержавеющая сталь, для повышения их несущей способности, при этом выбор материала имеет решающее значение для обеспечения устойчивости к коррозии, усталости и другим факторам окружающей среды. Этот выбор материала становится еще более важным в приложениях модернизации, где крепежные элементы могут подвергаться инфильтрации влаги, химическому воздействию или другим условиям окружающей среды, которые развивались в течение срока службы здания.

Полное руководство по типам крепежа для проектов модернизации

Установленные якоря

Постустановленные якоря представляют собой наиболее распространенную категорию крепежных элементов, используемых в приложениях для модернизации. В отличие от якорей, которые расположены на месте до заливки бетона, после завершения строительства устанавливаются в закаленный бетон или кладки. Эта характеристика делает их идеальными для работ по модернизации, где новые соединения должны быть созданы в существующих подложках.

Механические якоря расширения:] Эти якоря работают, расширяясь против стенок предварительно просверленного отверстия для создания механического запирания. Общие типы включают клиновые якоря, рукавные якоря и вставные якоря, которые широко используются в таких приложениях, как крепление креплений, крепление перил и монтаж тяжелого оборудования. Клинковые якоря особенно популярны для тяжелых применений, с конусообразным механизмом расширения, который обеспечивает высокую грузоподъемность в бетоне. Якоря рукава предлагают универсальность, работая как в твердых, так и в полых базовых материалах, что делает их пригодными для различных сценариев модернизации.

Химические якоря: Эпоксидные или химические якоря используют клеевые смолы для закрепления резьбовых стержней в предварительно просверленных отверстиях, идеально подходящих для применения в условиях высокой нагрузки или модернизации. Эти якоря предлагают несколько преимуществ в работе по модернизации, включая способность достигать высокой нагрузки даже в трещинном бетоне, минимальные силы расширения, которые снижают риск повреждения существующих субстратов, и отличные характеристики в сейсмических приложениях из-за их способности вмещать динамические нагрузки. Химические якоря доступны в различных составах, включая чистые эпоксидные, виниловые эфирные и полиэфирные смолы, каждый из которых подходит для различных температурных диапазонов, времени отверждения и требований к нагрузке.

Подрезные якоря: Эти специализированные механические якоря создают подрезанную полость на дне просверленного отверстия, обеспечивая превосходное сопротивление вытягивающим силам. Подрезные якоря особенно ценны в модернизированных приложениях, где нагрузки высокого напряжения должны быть перенесены в бетон с неопределенным качеством или где якорь должен выполнять в трещинных бетонных условиях.

Якоря винта: Бетонные винты и винты каменной кладки обеспечивают более простую альтернативу установки для применения в реконструкциях легкой и средней мощности. Эти крепежи разрезают свои собственные нити в базовый материал, устраняя необходимость в механизмах расширения или химических клеях. Хотя они обычно предлагают меньшую грузоподъемность, чем другие типы якорей, их простота установки и удаления делает их пригодными для неструктурных соединений реконструкции.

Структурные винты и винты

Конструкционные болты - это крепежные элементы большой мощности, разработанные специально для несущих применений, изготовленные по строгим стандартам и предлагающие исключительную прочность на растяжение, сопротивление сдвига и долговечность, обычно изготовленные из термообработанной стали и доступные в таких типах, как ASTM A325 и A490. В модернизированных приложениях эти болты необходимы для создания новых соединений из стали в сталь или укрепления существующих структурных рам.

Высокопрочные конструктивные болты: Затворы ASTM A325 и A490 представляют собой отраслевой стандарт для соединений из конструкционной стали. Затворы ASTM A325 или A490 часто устанавливаются для зданий со стальной рамочкой из-за их высокой прочности и надежности. Эти болты должны быть установлены с надлежащим контролем крутящего момента и часто требуют специальных шайб для распределения напряжений подшипников и предотвращения повреждения подключенных материалов.

Самосварочные винты:] Конструкционные крепежи включают в себя, среди широкого списка, самосверлильные винты, кровельные винты, винты-реамеры и винты-реммеры. Самосверлильные винты объединяют операции сверления, постукивания и крепления в один шаг, значительно сокращая время установки в проектах модернизации. Эти крепежи особенно полезны при присоединении новых стальных элементов к существующей стальной раме или при закреплении металлической палубы или облицовочных систем.

Винты для винта и винты для древесины: Для проектов модернизации, связанных с обрамлением древесины или соединениями между стальными и деревянными элементами, винты для лагов и современные инженерные винты для древесины обеспечивают надежную производительность. Современные винты для древесины имеют передовые конструкции резьбы и конструкцию из стали с термообработкой, которые обеспечивают грузоподъемность, близкую к традиционным болтовым соединениям, предлагая более простую установку.

Специализированные застежки для модернизации

Сейсмические якоря:] Якоря с сейсмическим рейтингом предназначены для выполнения при боковом движении и циклической нагрузке, вызванной сейсмическими событиями, включая землетрясения, в то время как стандартные якоря в основном касаются статических нагрузок. Эти специализированные крепежные элементы проходят тщательное тестирование для проверки их производительности в условиях динамической нагрузки, которые происходят во время землетрясений. Многие сейсмические якорные системы после установки и хорошо работают для проектов модернизации, модернизации и установок в существующей каменной кладки или отвержденного бетона.

Сквозные болты: Сквозные болты полностью проходят через структурный элемент, при этом гайки и шайбы на обоих концах обеспечивают силу зажима. В модернизированных приложениях сквозные болты часто используются для соединения новых стальных пластин или армирующих элементов с существующими бетонными или каменными стенками, создавая положительное соединение, которое не зависит исключительно от прочности основного материала.

Клеевые якоря для трещинного бетона: Стандартные химические якоря могут терять емкость в трещинном бетоне, но специализированные клеевые якорные системы разработаны и протестированы специально для использования в трещинных бетонных условиях. Эти системы необходимы для сейсмической модернизации приложений, где ожидается растрескивание бетона во время землетрясения.

Слепые крепежи:] Когда доступ ограничен только одной стороной соединения, слепые крепежные элементы, такие как слепые заклепки, болты переключения или молли, обеспечивают решения. Хотя обычно они используются для более легких нагрузок, эти крепежные элементы ценны в сценариях модернизации, где существующая конструкция препятствует доступу к обеим сторонам точки соединения.

Выбор материала для модернизированных застежек

Стальные крепежи

Сталь является наиболее широко используемым материалом для строительных креплений, благодаря своей непревзойденной прочности, долговечности и доступности, со стальными крепежами, обеспечивающими надежную производительность в различных применениях от обрамления гвоздей до конструктивных болтов. Углеродные стальные крепежные элементы предлагают отличные соотношения прочности и стоимости и подходят для применения в интерьере или наружных применениях с соответствующими защитными покрытиями.

Высококачественные стальные крепежные элементы, такие как углеродистая и легированная сталь, особенно хорошо подходят для тяжелых задач, таких как несущие конструкции и мосты, хотя без надлежащей обработки сталь подвержена коррозии, что делает защитные покрытия необходимыми в суровых условиях. Скрепители из легированной стали с термообработкой обеспечивают самые высокие уровни прочности, необходимые для критических структурных соединений в проектах модернизации, где пространственные ограничения могут ограничивать размер крепежа.

Нержавеющие стальные застежки

Для сред, где коррозионная стойкость имеет первостепенное значение, крепежные элементы из нержавеющей стали являются лучшим выбором, устойчивыми к ржавчине и химическому воздействию, что делает их незаменимыми в прибрежном строительстве, химических заводах и объектах по переработке сточных вод, а способность нержавеющей стали сохранять свою целостность в богатых влагой или коррозионных условиях делает ее критически важным компонентом в долговечных, надежных конструкциях.

В модернизированных приложениях крепежные элементы из нержавеющей стали особенно ценны при работе с существующими конструкциями, которые показывают признаки коррозионного повреждения или когда новые крепежные элементы будут подвергаться воздействию влаги, солевого спрея или химической среды.Обычные марки нержавеющей стали для крепежных элементов включают 304 нержавеющие стали для общей коррозионной стойкости, 316 нержавеющих стали для превосходной коррозионной стойкости в морской или химической среде и дуплексные нержавеющие стали, которые сочетают высокую прочность с отличной коррозионной стойкостью.

Хотя нержавеющая сталь может стоить дороже, ее долговечность и низкие требования к техническому обслуживанию обеспечивают отличную ценность с течением времени. Это долгосрочное ценностное предложение особенно актуально в проектах модернизации, целью которых является продление срока службы существующих конструкций на десятилетия вперед.

Защитные покрытия и отделки

Выбор материала и покрытия в строительных крепежах значительно влияет на их производительность, долговечность и устойчивость к факторам окружающей среды, при этом современные покрытия повышают долговечность крепежа, обеспечивая дополнительный слой защиты от ржавчины, износа и деградации окружающей среды.Обычные защитные покрытия для крепежных деталей для модернизации включают:

Критические факторы в выборе крепежа для проектов модернизации

Требования к нагрузкам и структурный анализ

Правильный выбор крепежа начинается с точного определения нагрузок, которым должны противостоять соединения. Размер вольта, длина зацепления резьбы и крутящий момент затягивания должны превышать ожидаемые растяжения, нагрузки сдвига и вибрации, с оценками нагрузки, рассчитанными на основе размеров крепежа и свойств материала. В приложениях модернизации инженеры должны учитывать как нагрузки, налагаемые новыми элементами, которые добавляются, так и способность существующих структурных элементов передавать эти нагрузки.

Анализ нагрузки для крепежных элементов модернизации должен учитывать несколько типов нагрузки, включая нагрузки на растяжение, которые вытягивают крепеж из базового материала, нагрузки на сдвига, которые действуют перпендикулярно оси крепежа, комбинированную нагрузку на растяжение и сдвига, которая происходит во многих реальных приложениях, и динамические или циклические нагрузки от сейсмической активности, ветра или вибрации. Каждый тип крепежа имеет конкретные характеристики грузоподъемности, и производители предоставляют подробные таблицы нагрузки на основе испытаний в различных базовых материалах и условиях установки.

Факторы безопасности особенно важны в модернизационных приложениях, где неопределенность в отношении существующих материальных условий может быть больше, чем в новом строительстве.Строительные коды обычно требуют минимальных факторов безопасности, но инженеры могут указывать дополнительный консерватизм при работе со старыми или поврежденными подложками.

Базовая совместимость материалов

Застежки должны быть совместимы с основными материалами, к которым они присоединяются, с нержавеющей или покрытой сталью, устойчивой к коррозии при соединении с несхожими металлами или для наружного / влажного использования, и сплавами, такими как латунь или нейлон, хорошо работающими для пластмасс. В проектах модернизации базовые материалы могут включать выдержанный бетон с пониженной прочностью на сжатие, каменную кладку с поврежденными минометными соединениями, существующую сталь с коррозией или потерей секции, деревянную обрамление с повреждением влаги или распадом и композитные или инженерные материалы с конкретными требованиями к креплению.

Каждый базовый материал представляет уникальные проблемы для установки и производительности крепежа.Бетонная прочность значительно влияет на емкость якоря, при этом бетон с более низкой прочностью требует более крупных якорей или более близкого расстояния для достижения требуемой грузоподъемности.Масонство представляет дополнительную сложность из-за сочетания кладочных блоков и минометных соединений, причем производительность крепежа варьируется в зависимости от того, установлен ли якорь в твердой кладки, минометных соединениях или полых ячейках.

Существующая сталь может иметь уменьшенную площадь поперечного сечения из-за коррозии, влияя как на несущую способность болтовых отверстий, так и на общую прочность элемента. Инженеры должны тщательно оценивать существующие условия стали и, возможно, потребуется указать арматурные пластины или большие области соединения, чтобы компенсировать потерю секции. Древесина в старых конструкциях может иметь скрытый распад, расколы или предыдущие повреждения, которые влияют на удержание крепежа, требуя тщательного осмотра и потенциально консервативных проектных предположений.

Экологические условия и воздействие

Устойчивость к коррозии имеет решающее значение для условий, связанных с химическими веществами, солями или влагой, термостойкость необходима для высокотемпературных условий, а те, которые функционируют под водой или похоронены, требуют гидроизоляции. Проекты модернизации часто включают условия воздействия, которые развивались в течение срока службы здания, включая инфильтрацию влаги через поврежденные строительные оболочки, химическое воздействие промышленных процессов или загрязнения окружающей среды, экстремальные температуры в безусловных пространствах и УФ-излучение для наружных применений.

В рамках экологической оценки следует учитывать как текущие условия, так и ожидаемое воздействие в будущем. Например, проект модернизации, который улучшает характеристики оболочек зданий, может снизить воздействие влаги на внутренние крепежные элементы, в то время как внешние крепежные элементы могут подвергаться повышенному воздействию, если климатические условия изменяются в месте расположения здания.

Ограничения на установку и доступ

Проекты модернизации часто включают сложные условия установки, которые влияют на выбор крепежа.Ограниченный доступ может препятствовать использованию крепежных элементов, требующих установки с обеих сторон соединения, ограниченные пространства могут ограничивать использование определенных инструментов установки, существующие коммунальные службы или строительные системы могут ограничивать места бурения или глубины, а занятые здания могут требовать методов установки, которые минимизируют шум, вибрацию или нарушение.

Эти практические ограничения часто приводят к выбору крепежа в той же степени, что и структурные требования. Например, химические якоря могут быть предпочтительными по сравнению с якорями расширения в ситуациях, когда силы расширения могут повредить соседние хрупкие материалы, или могут быть указаны самосверливающиеся винты вместо пробуренных и прослушиваемых соединений для сокращения времени установки и шума в занятых пространствах.

Требования к соблюдению и утверждению кода

Сейсмологический уровень конструкции должен быть таким, как указано в ASCE 7-16, последней редакции, при этом уровень конструкции модернизации землетрясения как минимум, как указано в последней редакции строительного кодекса.Строительные кодексы устанавливают минимальные требования к проектированию крепежа, установке и тестированию в приложениях модернизации.

Требования к обеспечению качества, предъявляемые к специальным проверкам всех новых строительных материалов и к ремонтным работам, включают испытания на якорь, наведение или перенаведение минометных соединений, установку клеевых или механических якорей и других элементов, которые считаются необходимыми для обеспечения соблюдения. Эти требования к проверке обеспечивают правильную установку крепежных элементов для модернизации и их выполнение в соответствии с проектной закладкой.

Во многих юрисдикциях существуют специальные постановления, регулирующие сейсморазведку существующих зданий. В этих постановлениях излагаются минимальные требования к обязательной оценке и структурным улучшениям, предназначенным для уменьшения ущерба, причиненного землетрясением, классам зданий, которые, как было установлено, особенно уязвимы для ущерба от землетрясения, хотя эти постановления не предназначены для укрепления зданий до того же уровня сейсмических характеристик нового здания, спроектированного с использованием текущих требований строительного кодекса, а скорее касаются критических проблем безопасности путем повышения вероятности того, что жители могут безопасно выйти из здания в случае землетрясения.

Сейсмическая модификация приложений и требования к застежкам

Системы Wall Anchorage

Техника сейсмостойкости и болта включает установку стальных скобок (называемых «брекетами») к фундаменту здания, а затем болтование каркаса дома к брекетам, что помогает передавать сейсмические силы от каркаса к фундаменту, снижая вероятность структурного отказа во время землетрясения.Настенная крепление представляет собой одно из наиболее распространенных применений сейсмической модернизации, особенно в старых зданиях с неукрепленной каменной кладкой или бетонными стенами.

Настенные якоря должны противостоять внеплановым силам, возникающим, когда сейсмическое движение земли заставляет стены оттягиваться от диафрагм пола и крыши. Эти соединения обычно включают в себя послеустановленные якоря, встроенные в каменные или бетонные стены, стальные пластины или углы, которые распределяют якорные силы, сквозные болты или галстуки, которые соединяются с обрамлением пола или крыши, и связи непрерывности, которые передают силы по длине стен.

В число деталей должны входить существующие и новые якоря и метод формирования якорных сил в диафрагменной раме, существующие и новые перекрестные стяжки, а также существующие и новые или улучшенные опоры крышных и напольных балок на пилястрах или стенах. Такой комплексный подход обеспечивает надлежащую передачу сил по всему пути нагрузки от стены к диафрагме и, в конечном счете, к фундаменту.

Фонд Anchorage и Sill Plate Connections

Многие старые деревянные каркасные здания не имеют достаточных связей между древесной плитой и бетонным или каменным фундаментом. Этот недостаток может позволить всей конструкции соскользнуть с фундамента во время землетрясения. Ремонтные решения обычно включают установку анкерных болтов через подоконник в фундамент, используя либо просверленные и выпотрошенные якоря, либо расширяющие якоря, добавляя стальные удерживающие скобки в критических местах и усиливая подоконники, которые ухудшаются или негабаритные.

Структура должна поддерживаться на фундаментах с непрерывным периметром из компетентного материала, и все подоконники должны быть прикреплены к фундаментам с минимальным размером и расстоянием между подоконниками и другими требованиями, изложенными в стандартах, с положениями Приложения IEBC A3 или FEMA P-1100, Глава 4, «Оценка и модернизация жилищ на основе уязвимости», используемые в качестве стратегий модернизации для устранения недостатков, связанных с креплением калек и подоконников.

Кленовый настенный браслет

Криппловые стены представляют собой короткие деревянные стены между фундаментом и первым этажом здания. Необрамленные калеки очень уязвимы для обрушения во время землетрясений. Ремонтные решения включают установку структурных деревянных панелей или стальных креплений для обеспечения бокового сопротивления, обеспечения надлежащего соединения крепления как к подоконнику, так и к обрамлению первого этажа и использование соответствующих крепежных элементов, включая структурные винты, гвозди или болты, для развития требуемой мощности сдвига.

Застежки, используемые в калеках, должны передавать значительные силы сдвига от крепежных панелей в деревянную раму.Структурные винты из дерева становятся все более популярными для этого применения из-за их высокой грузоподъемности, простоты установки и способности стягивать материалы во время установки.

Мягкая история реконструкция

Только в округе Лос-Анджелес более 20 000 зданий с мягкими этажами должны пройти обязательную модернизацию. Мягкие здания обычно имеют большие отверстия на первом этаже для парковки или коммерческого использования, создавая слабую историю, которая уязвима для обрушения. Ремонтные решения часто включают добавление стальных рам с моментами, скошенных рам или сдвига стен для увеличения боковой прочности и жесткости.

Эти модернизированные конструкции требуют широкого использования высокопрочных структурных креплений, включая анкерные болты, соединяющие новые стальные колонны с фундаментами, высокопрочные болты в моментальной раме и скобчатые каркасные соединения, шпильки для сдвига или другие соединители для композитных стальных бетонных элементов, а также послеустановленные анкеры, соединяющие новые стенки сдвига с существующими плитами пола.

Установка лучших практик для модернизированных застежек

Подготовка и проверка поверхности

Надлежащая установка начинается с тщательной подготовки и проверки существующих подложек. Перед установкой любых крепежных элементов подрядчики должны удалить рыхлый или поврежденный материал из области установки, очистить поверхности для удаления пыли, масла или других загрязняющих веществ, которые могут повлиять на производительность якоря, проверить наличие трещин, пустот или других дефектов, которые могут поставить под угрозу емкость крепежа, и проверить, что прочность базового материала соответствует проектным предположениям путем тестирования, если это необходимо.

Для химических якорей особенно важна чистота отверстий. Пыль и мусор в отверстии могут препятствовать надлежащему связыванию с клеем и значительно снижать емкость якоря. Большинство производителей химических якорей уточняют подробные процедуры очистки отверстий, предусматривающие несколько циклов чистки и продувки сжатым воздухом.

Процедуры бурения

Для достижения проектной мощности крепежа необходима надлежащая техника бурения. Ключевые соображения включают использование правильного размера и типа бурового долота для базового материала и устанавливаемого крепежа, поддержание перпендикулярного выравнивания, если специально не спроектирована угловая установка, бурение на указанную глубину с соответствующей терпимостью, избегание арматуры или существующего усиления, когда это возможно, и использование соответствующих методов бурения, таких как роторное бурение молотка для бетонной или алмазной корки для точного применения.

В бетоне и каменной кладки метод бурения может существенно повлиять на состояние отверстия и в конечном итоге на производительность крепежа. Ротарное ударное бурение является стандартным для большинства анкерных установок, но чрезмерная вибрация может вызвать микротрещину вокруг отверстия, что снижает емкость. Некоторые высокопроизводительные анкерные системы определяют алмазную коринг для создания чистых отверстий без повреждения вибрации.

Методы установки якоря

Каждый тип крепежа имеет конкретные требования к установке, которые должны соблюдаться для достижения номинальной мощности. Для крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепежных крепе

Химическая якорная установка требует тщательного внимания к клеевому смешиванию, впрыску и отверждению. Двухкомпонентные клеи должны быть тщательно перемешаны, как правило, через статические смесительные насадки, которые обеспечивают надлежащее соотношение и смешивание, когда клей отпускается. Отверстие должно заполняться снизу вверх, чтобы избежать воздушных карманов, а резьбовый стержень или арматура должны быть вставлены с помощью скручивания, чтобы обеспечить полное клеевое покрытие. Время вылечивания изменяется с температурой и должно соблюдаться перед загрузкой якоря.

Для механических анкеров подрезания процесс установки включает в себя сверление отверстия до заданного диаметра и глубины, используя специальный инструмент подрезания для создания увеличенной полости на дне отверстия, тщательную очистку отверстия и установку якоря с надлежащим инструментом установки для расширения якоря в подрезанную полость.

Контроль крутящего момента и ужесточение процедур

Правильное затягивание конструктивных болтов и крепежных элементов имеет решающее значение для достижения конструктивных характеристик. Недоусиленные крепежные элементы могут не развивать полного зажима или могут ослабевать под вибрацией, в то время как чрезмерно затянутые крепежные элементы могут быть повреждены или могут повредить соединенные материалы. Большинство конструктивных применений определяют либо затягивание с контролем крутящего момента с использованием калиброванных гаечных ключей, способ поворота гайки, где болты затягиваются до затягивания, а затем вращаются на указанном дополнительном количестве, либо прямые индикаторы напряжения, такие как указатели нагрузки, которые обеспечивают визуальное подтверждение правильного напряжения болта.

Для высокопрочных конструктивных болтов в стальных соединениях часто предпочтителен метод поворота гайки, поскольку он обеспечивает более последовательное напряжение болта, чем управление крутящим моментом, на которое могут влиять вариации трения.Однако управление крутящим моментом более практично для многих применений модернизации, особенно при установке большого количества якорей в бетоне или каменной кладке.

Контроль качества и испытания

Испытание должно показать, что существующие якоря могут выдерживать испытательную нагрузку в 1,5 раза превышающую расчетную нагрузку на растяжение без заметной деформации или повреждения якоря, каменной кладки или бетонного элемента или любой части существующего пути нагрузки между якорем и новыми компонентами модернизации, причем три якоря каждого существующего типа детали испытываются и все три удовлетворяют требованию.

Для новых модернизированных якорей требования к испытаниям различаются в зависимости от юрисдикции и применения, но обычно включают в себя проверку доказательств процента установленных якорей для проверки качества установки, периодические испытания во время установки для проверки согласованной производительности и специальные испытания, когда условия установки отличаются от тех, которые предполагаются в конструкции. Неразрушающие методы испытаний, такие как ультразвуковое тестирование, могут проверять глубину встраивания якоря и обнаруживать пустоты в химических якорных установках без повреждения якоря.

Документация и проверка

Структурное наблюдение, в соответствии с разделом 1704 Строительного кодекса Калифорнии, требуется для всех сооружений, в которых проводится сейсмическая модернизация, со структурным наблюдением, включая визуальное наблюдение за работой на соответствие утвержденным строительным документам и подтверждение существующих условий, принятых во время проектирования.

Комплексная документация должна включать в себя как встроенные чертежи, показывающие фактические места крепления, записи установки, документирующие размеры отверстий, глубины и процедуры очистки, записи крутящего момента для болтовых соединений, результаты испытаний для проверенных на прочность якорей и фотографическую документацию критических этапов и условий установки. Эта документация обеспечивает проверку правильной установки и создает запись для будущего технического обслуживания или дополнительных работ по модернизации.

Общие приложения для модернизации и решения для застежек

Структурное стальное усиление

Добавление стальной арматуры к существующим конструкциям является общей стратегией модернизации для увеличения прочности или жесткости. Приложения включают стальные скобчатые рамы, добавленные для обеспечения бокового сопротивления, стальные временные рамы для повышения пластичности и рассеивания энергии, армирующие пластины, прикрепленные к существующим стальным элементам, для увеличения емкости, и стальные коллекторы для распределения боковых сил для сдвига стен или скошенных рам.

Эти приложения в значительной степени зависят от высокопрочных конструктивных болтов, причем наиболее распространенными являются болты ASTM A325 и A490. Конструкция соединения должна учитывать, являются ли болты соединениями подшипникового типа, где нагрузка передается через подшипник болта против отверстия, или критическими соединениями скольжения, где нагрузка передается через трение между зажатыми поверхностями. Критические соединения скольжения требуют более высокого напряжения болта и специальной подготовки поверхности.

Укрепление бетона и масонства

Укрепление бетона и кладочных конструкций с помощью модернизации часто включает добавление новых бетонных или каменных элементов, установку армирования из волоконного полимера (FRP) или добавление армирования из стали. Укрепители играют критически важную роль в этих применениях, прикрепляя новый бетон к существующему бетону через дюбели или послеустановленную арматуру, соединяя листы или полосы FRP с бетонными или каменными поверхностями и прикрепляя стальные армирующие пластины или углы к существующим стенам.

Химические якоря особенно хорошо подходят для этих применений из-за их высокой грузоподъемности и способности вмещать близкое расстояние, часто необходимое для армирования.Клеевые якорные системы, предназначенные для трещинного бетона, имеют важное значение при укреплении элементов, которые могут трескаться во время сейсмической нагрузки.

Обновление строительного контура

Модернизация ИМП требует специальных стратегий крепления подложки для безопасной, длительной установки, с ИМП креплением непосредственно к стали с использованием самосверлившихся винтов, к КМУ / бетону с якорями кладки и к дереву (где это разрешено кодом) с использованием более длинных креплений и интервалов, соответствующих структурным требованиям. Обновление оболочек здания повышает энергоэффективность, устойчивость к погодным условиям и эстетику, часто обеспечивая структурные преимущества.

Выбор крепежа для оконных переоборудований должен учитывать ветровые нагрузки на новые системы облицовки, тепловое перемещение материалов, предотвращение инфильтрации воды и совместимость с существующими подложками.Самосвертывающиеся винты с метеоустойчивыми покрытиями являются общими для систем металлических панелей, при этом для более тяжелых облицовочных материалов может использоваться сочетание механических якорей и клеевых систем.

Оборудование и модернизация системы

Якорные болты необходимы для закрепления структурных опор, таких как стальные колонны, опорные мосты и столбы для бетонных фундаментов, монтажного оборудования, включая машины, агрегаты HVAC и промышленные системы, прочно закрепленные на бетонных площадках или напольных покрытиях, и помогают структурам выдерживать ветер, сейсмическую активность и вибрации, обеспечивая сильное сопротивление боковым нагрузкам.

Современные системы зданий часто тяжелее и сложнее, чем в старых зданиях, что требует тщательного внимания к креплению. Механическое и электрическое оборудование должно быть закреплено для сопротивления сейсмическим силам, при этом конструкция якоря учитывает как вес оборудования, так и динамические силы во время землетрясений. Системы изоляции вибрации требуют специальных креплений, которые позволяют перемещаться при сохранении безопасных соединений.

Передовые технологии крепежа для ретро-оборудования приложений

Высокопроизводительные клеевые системы

Современная технология клеевого якоря значительно продвинулась вперед, при этом специализированные составы обеспечивают улучшенную производительность в сложных условиях. Инъекционные гибридные системы сочетают механическое блокирование с адгезивным связыванием для превосходной производительности, быстроизлечивающиеся составы сокращают время установки в чувствительных ко времени проектах, высокотемпературные клеи поддерживают емкость в высокотемпературных приложениях или высокотемпературных средах, а подводные клеи позволяют устанавливать во влажных условиях или погруженных приложениях.

Эти передовые системы расширяют диапазон условий, в которых химические якоря могут быть успешно использованы, что делает их жизнеспособными для модернизации приложений, которые были бы непрактичными с более ранними адгезивными технологиями.

Инженерные структурные винты

Современные конструктивные винты представляют собой значительное продвижение по сравнению с традиционными винтами и болтами для применения в древесине и легкой калибровке стали. Эти крепежи имеют оптимизированные конструкции резьбы, которые уменьшают крутящий момент установки при одновременном повышении сопротивления вытягиванию, закаленную стальную конструкцию, позволяющую установку без предварительного бурения во многих приложениях, коррозионно-стойкие покрытия для наружного использования и опубликованные значения нагрузки на основе строгих испытаний.

В модернизированных приложениях структурные винты предлагают преимущества, включая более быструю установку, снижающую затраты на рабочую силу, уменьшенное расщепление существующих деревянных элементов, возможность стягивать материалы во время установки и более легкую установку в ограниченных пространствах, где установка болта будет затруднена.

Умные системы крепления

Новые технологии обеспечивают «умные» возможности для структурных крепежных элементов. Нагрузочные крепежные элементы включают датчики или индикаторы, которые обеспечивают обратную связь в режиме реального времени при натяжении болта или нагрузке на якорь, системы мониторинга коррозии обнаруживают ухудшение, прежде чем оно повлияет на конструктивные характеристики, а беспроводные сенсорные сети отслеживают производительность крепежных элементов с течением времени, что позволяет прогнозировать техническое обслуживание.

Хотя эти технологии все еще относительно новы и дороги, они предлагают потенциальные преимущества для критически важных приложений модернизации, где постоянный мониторинг производительности соединения является ценным.

Экономические соображения при выборе застежки для модернизации

Анализ стоимости жизненного цикла

При выборе крепежа следует учитывать общие затраты на жизненный цикл, а не только первоначальную цену покупки. Факторы для оценки включают материальные затраты на сами крепежные элементы, затраты на рабочую силу при установке, которые часто превышают материальные затраты, требуемое оборудование и инструментарий, требования к инспекции и испытаниям, ожидаемый срок службы и потребности в обслуживании и потенциальные затраты на преждевременный отказ или замену.

Во многих случаях более качественные крепежные элементы с лучшей коррозионной стойкостью или более легкими характеристиками установки обеспечивают лучшую стоимость, несмотря на более высокие первоначальные затраты. Например, крепежные элементы из нержавеющей стали могут стоить в несколько раз дороже, чем крепежные элементы из углеродистой стали, но устранение необходимости периодического осмотра и замены может обеспечить значительную экономию в течение оставшегося срока службы здания.

Эффективность установки

Затраты на рабочую силу, как правило, представляют собой самый большой компонент затрат на реконструкцию проекта, что делает эффективность установки критическим фактором. Выбор крепежа, который сокращает время установки, включает самосверлительные винты, которые устраняют отдельные операции бурения, предварительно собранные якорные системы, которые уменьшают этапы обработки и установки, быстрозаживающие клеевые якоря, которые уменьшают время ожидания перед погрузкой, и крепежи, которые могут быть установлены со стандартными инструментами, а не со специализированным оборудованием.

Ценность эффективности установки возрастает в занятых зданиях, где работы должны быть завершены быстро, чтобы минимизировать сбои, или в проектах с плотным графиком, где скорость установки напрямую влияет на завершение проекта.

Устойчивость и экологические соображения

Выбор и переработка материалов

Устойчивые методы модернизации учитывают воздействие на окружающую среду материалов и покрытий для крепежа. Стальные крепежные элементы являются высоко перерабатываемыми, и определение крепежа с переработанным содержанием поддерживает принципы круговой экономики. Выбор покрытия должен сбалансировать потребности в защите от коррозии с экологическими проблемами, при этом некоторые традиционные покрытия, такие как покрытие кадмием, постепенно снимаются из-за проблем окружающей среды и здоровья.

Долговечность и продление срока службы

Наиболее устойчивым подходом к модернизации крепления является выбор систем, которые будут надежно работать в течение всего оставшегося срока службы конструкции. Этот подход позволяет избежать воздействия на окружающую среду и стоимости преждевременной замены. Факторы, поддерживающие длительный срок службы, включают соответствующую защиту от коррозии для окружающей среды, адекватные факторы безопасности для размещения неожиданных нагрузок или ухудшения, качественную установку в соответствии с рекомендациями производителя и регулярные программы проверки и обслуживания.

Адаптивное повторное использование и сохранение

Модернизация существующих зданий, а не снос и восстановление, представляет собой значительную выгоду для устойчивости, сохраняя воплощенную энергию в существующих структурах, сокращая строительные отходы и сохраняя архитектурное и культурное наследие. Выбор крепежа поддерживает эти цели, обеспечивая безопасные соединения, которые уважают исторические материалы и методы строительства, позволяя обратимые соединения, когда этого требуют рекомендации по сохранению, и минимизируя ущерб существующим материалам во время установки.

Будущие тенденции в технологии ретро-модификации крепления

Передовые материалы

Продолжающиеся исследования материалов разрабатывают новые материалы для крепежа с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Копчечно-армированные полимерные (FRP) крепежные элементы обеспечивают коррозионный иммунитет и электромагнитную прозрачность, титановые крепежные элементы обеспечивают исключительные соотношения прочности к весу и коррозионную стойкость, а современные покрытия обеспечивают улучшенную защиту с уменьшенным воздействием на окружающую среду.

Хотя многие из этих материалов в настоящее время используются в основном в специализированных приложениях, таких как аэрокосмическая промышленность, увеличение доступности и снижение затрат могут сделать их более практичными для создания приложений модернизации в будущем.

Цифровой дизайн и инструменты анализа

Информационное моделирование зданий (BIM) и передовое программное обеспечение для структурного анализа улучшают дизайн модернизации и выбор крепежа. Эти инструменты позволяют детальное 3D-моделирование существующих конструкций и предлагаемых модернизаций, обнаружение столкновений для выявления конфликтов перед строительством, автоматизированная компоновка крепежа и планирование, а также интеграция с базами данных производителей для точных спецификаций продукта и нагрузочных мощностей.

Цифровые инструменты также способствуют лучшей коммуникации между членами команды проекта и обеспечивают полную документацию о модернизированных проектах и условиях по мере их создания.

Подходы к дизайну на основе производительности

Традиционные предписывающие строительные нормы все чаще дополняются подходами к проектированию, основанным на эксплуатационных характеристиках, которые направлены на достижение конкретных целей в области эксплуатационных характеристик, а не на выполнение предписанных требований. Для приложений, основанных на эксплуатационных характеристиках, проектирование на основе эксплуатационных характеристик может обеспечить более гибкие и экономически эффективные решения, позволяя инженерам продемонстрировать, что альтернативные подходы к креплению достигают требуемых уровней производительности, оптимизируя стратегии модернизации для конкретных характеристик здания и целей в области эксплуатационных характеристик, и рассматривая всю структурную систему, а не отдельные элементы в изоляции.

Этот подход особенно ценен для сложных проектов модернизации или исторических зданий, где предписывающие требования кода могут быть непрактичными или неуместными.

Тематические исследования: успешные приложения для крепления с ретро-модифицированными

Историческое строительство сейсмического обновления

Историческое неукрепленное здание каменной кладки в высокой сейсмической зоне требовало укрепления для соответствия современным стандартам безопасности при сохранении архитектурного характера.Ремонтное решение включало установку новой стальной рамы в существующей структуре, использование химических якорей для подключения рамы к существующим фундаментам и напольным плитам, послеустановленные якоря для привязки существующих стен каменной кладки к новым диафрагмам пола и креплениям из нержавеющей стали в открытых местах для поддержания эстетического внешнего вида.

Проект успешно достиг требуемых сейсмических характеристик при минимизации визуального воздействия на историческую конструкцию.Тщательный выбор крепежа и установка позволили обеспечить безопасные соединения без повреждения исторических материалов.

Структурная модернизация промышленного объекта

Старение промышленного объекта требовало структурных модернизаций для поддержки нового тяжелого оборудования при сохранении непрерывных операций. Модернизация включала в себя добавление стального арматуры к существующим колоннам и балкам с использованием высокопрочных конструктивных болтов, установку новых фундаментов оборудования с отлитыми на месте и послеустановленными якорями и модернизацию боковых крепежных систем с комбинацией конструктивных болтов и сварных соединений.

Выбор застежек отдает приоритет методам установки, которые могут быть завершены во время коротких производственных отключений, с самосверливающимися винтами и быстроизлечивающимися химическими якорями, позволяющими быстро устанавливать. Коррозионностойкие покрытия защищают крепежные элементы в промышленной среде объекта.

Жилой мягкий ретро-оборудование

Многоквартирный жилой дом с наземной парковкой требовал дооснащения мягкого этажа в соответствии с местными сейсмическими постановлениями.Решение включало стальные рамочные рамы на уровне парковки, соединенные с существующими фундаментами с эпоксидными затворами, прикрепленные к существующим деревянным полам выше с использованием комбинации сквозных болтов и конструктивных винтов и скрепленные стальными диагональными элементами с использованием высокопрочных болтовых соединений.

Проект был завершен, пока жители оставались в загруженном помещении, что требовало тщательной координации и методов установки, которые минимизировали шум и сбои. Выбор крепежа подчеркивал системы, которые можно было бы эффективно устанавливать на ограниченной парковочной площадке.

Ресурсы и стандарты для ретро-укрепления

Отраслевые стандарты и руководящие принципы

Основные ресурсы включают стандарты ASTM, охватывающие материалы крепежа, размеры и испытания, ACI 318 и ACI 355 для бетонных крепежных систем, спецификации AISC для структурных стальных соединений, отчеты об оценке ICC-ES для запатентованных крепежных систем и ASCE 41 для сейсмической оценки и модернизации существующих зданий.

Эти стандарты представляют собой общепринятую отраслевую практику и обычно упоминаются строительными нормами в качестве основы для требований к проектированию и установке.

Ресурсы производителей

Производители крепежа предоставляют ценные технические ресурсы, включая подробные каталоги продуктов с таблицами нагрузки и спецификациями, инструкциями по установке и видео, программным обеспечением и калькуляторами проектирования, технической поддержкой инженерного персонала и учебными программами для монтажников и дизайнеров.

Использование этих ресурсов помогает обеспечить правильный выбор и установку крепежа, и многие производители предлагают бесплатную помощь в проектировании для сложных приложений.

Профессиональные организации и обучение

Профессиональные организации предлагают возможности для обучения и создания сетей для тех, кто участвует в модернизации проектирования и строительства. такие организации, как Институт структурной инженерии (SEI), Американский бетонный институт (ACI) и Международный совет по коду (ICC) обеспечивают курсы непрерывного образования, конференции и технические сессии, программы сертификации для инспекторов и монтажников, а также публикации о современных лучших практиках.

Участие в этих организациях помогает специалистам оставаться в курсе развития технологий и требований к коду.

Вывод: Фонд успешных проектов модернизации

Застежки представляют собой критические точки соединения, которые делают возможным структурное переоснащение. От того, модернизирует ли здания для сейсмической устойчивости, укрепляет ли конструкции для поддержки новых нагрузок или продлевает срок службы стареющей инфраструктуры, выбор и установка соответствующих креплений определяет успех и надежность проектов переоснащения.

Успешное крепление требует всестороннего понимания структурных требований и путей нагрузки, знания доступных типов крепежа и их эксплуатационных характеристик, тщательной оценки существующих условий и базовых материалов, внимания к воздействию окружающей среды и требованиям к долговечности, надлежащей установки в соответствии с руководящими принципами производителя и отраслевыми стандартами, а также тщательного контроля качества и документации.

По мере развития строительных норм, старения конструкций и повышения устойчивости роль модернизации зданий будет продолжать расти. Достижения в технологии крепления, материалах и методах монтажа расширяют возможности для эффективной и экономичной модернизации существующих конструкций. Применяя принципы и практику, изложенные в этом руководстве, инженеры, подрядчики и владельцы зданий могут обеспечить, чтобы системы крепления для модернизации обеспечивали прочность, долговечность и надежность, необходимые для продления срока службы существующих конструкций на десятилетия вперед.

Инвестиции в правильный выбор и установку крепежа приносят дивиденды в структурной безопасности, долгосрочной производительности и спокойствии. Независимо от того, работает ли над небольшим жилым модернизацией или крупной коммерческой или промышленной модернизацией, фундаментальные принципы остаются теми же: понимать нагрузки, выбирать соответствующие крепежные элементы, правильно устанавливать их и проверять производительность с помощью проверки и тестирования. Следуя этим принципам, проекты модернизации достигают своих целей по повышению безопасности, функциональности и соответствия, сохраняя при этом ценность существующего строительного фонда.

Для получения дополнительной информации о системах крепления конструкций и применениях модернизации, проконсультируйтесь с ресурсами таких организаций, как Американский бетонный институт , Американский институт стального строительства , Международный совет по коду и Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям , которые предоставляют всеобъемлющие технические рекомендации и стандарты для проектирования и строительства модернизации.