Проектируемый цех по производству колонн

ВВЕДЕНИЕ

Колонны — несущие инженерные конструкции, обеспечивающие зданию вертикальную жесткость. В примере, приведенном в данной статье, выполнялось несколько типов  колонн, в зависимости от необходимой несущей способности.

Преимущество  монолитных колонн и металлических  стоек в том, что они возводятся очень быстро, что позволяет значительно  сократить сроки строительства. Монолитные перекрытия опираются на железобетонные монолитные колонны  и на металлические стойки, а не на несущие стены.

Комбинация  опорно-несущих конструкций разных типов позволяет разнообразить  планировочные решения дома. А  также существенно экономить  на материалах, одновременно увеличивая ресурс строящегося здания.

разновидности колонн

В архитектуре, вертикальная опора, которая имеет  вид цилиндрического или многогранного  столба и состоит из базы, ствола и капители, а также всякая подобная колонне опора из любого материала. Наряду с обычным применением  в качестве опор колонны использовались и как отдельно стоящие памятники - в культовых и мемориальных целях.

Колонны состоят из трех основных частей: стержня, который является основным несущим элементом; оголовка, служащего опорой для вышележащей конструкции; базы, которая распределяет нагрузку от колонны на фундамент.

Колонны бывают с постоянным сечение, с переменным сечением.

Сплошные  колонны постоянного сечения. Наиболее часто применяемые типы поперечных сечений сплошных колонн . Наиболее выгодным с точки зрения минимальной затраты металла является трубчатое сечение. Его преимущество заключается в равноустойчивости относительно осей х и у и, кроме того, относительно большом радиусе инерции, поскольку весь материал размещен далеко от центра тяжести сечения. Большой радиус инерции обеспечивает меньшую гибкость стержня и, следовательно, большую несущую способность.

Трубы распространены для колонн многоэтажных зданий, сжатых стержней ферм, опор эстакад, например в Японии, ФРГ и США. Наиболее часто  применяемым сечением для стальных колонн в отечественной практике строительства является двутавровое. Здесь перспективным сечением являются широкополочные двутавровые колонны . Их преимущества — параллельность граней полок, что обеспечивает простоту примыкания соседних элементов, балок, связей и т. п.; отсутствие сварных швов, что ведет к снижению трудоемкости изготовления и отсутствию сварочных напряжений.

Традиционным  сечением является сварное двутавровое . Удачными сечениями являются коробчатые. Колонна в целом может оказаться устойчивой, однако при применении слишком тонкой стенки или поясов они могут потерять местную устойчивость от действия сжимающих напряжений. Наиболее эффективным методом борьбы с местной потерей устойчивости стенки и поясов является увеличение их толщины. Значительно реже применяют продольное ребро, пересекающее все волны выпучивания стенки.

Наиболее  выгодны такие размеры колонн, при которых наблюдается равенство  критических напряжений местной  и общей потери устойчивости. При  конструировании следует стремиться к равноустойчивости относительно осей х и у; материал следует размещать как можно дальше от центра тяжести; стремиться к большей тонкостенности сечений.

Сквозные  колонны постоянного сечения. Наряду со сплошными колоннами в практике строительства широкое применение получили и сквозные колонны. Наиболее распространенные поперечные сечения.

Сквозные  колонны несколько более экономичны по расходу стали по сравнению  со сплошными. Это достигается тем, что ветви сквозной колонны можно раздвинуть на любую величину. Самым выгодным является раздвижка ветвей до расстояния, обеспечивающего равноустойчивость, т. е. равенство гибкостей колонны относительно свободной и материальной осей. Именно из этого условия и определяется наивыгоднейшее расстояние между ветвями колонны.

Недостатком сквозных колонн по сравнению со сплошными является повышенная трудоемкость изготовления, объясняемая большим количеством коротких швов, затрудняющих применение автоматической сварки.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Обоснование выбора места строительства

Проектируемый цех по производству колонн производительностью 25 тыс.м³ в год планируется разместить на территории действующего завода ОАО «СЖБ-3» в городе Усть-Каменогорск.

Строительство цеха целесообразно и экономически выгодно, так как на данном заводе имеются производственные площади, складские помещения для сырьевых материалов и свободные площади  для складирования готовой продукции. Имеются коммуникации для обеспечения  предприятия электроэнергией, сжатым воздухом, природным газом и водой.

Для доставки сырьевых материалов и сбыта готовой  продукции имеются автотранспортные пути, а так же на территорию завода проложена ветвь железнодорожного сообщения.

Город Усть-Каменогорск  является областным центром и  расположен на экономически выгодных автотранспортных и железнодорожных  путях сообщения, что дает возможность  реализовать продукцию не только в республики, но и в странах СНГ. 

2. Номенклатура выпускаемой продукции

Согласно  ГОСТ 25628-90 колонны должны удовлетворять  требованиям:

- по прочности,  жесткости и трещиностойкости; при этом требования по испытанию колонн нагружением не предъявляют;

- по показателям  фактической прочности бетона  на сжатие;

- по морозостойкости  бетона, а для колонн, эксплуатируемых  в условиях воздействия агрессивной  газообразной среды, - также по  водонепроницаемости бетона;

- к маркам  сталей для арматурных и закладных  изделий, в том числе для  монтажных петель;

- по толщине  защитного слоя бетона до арматуры;

- по защите  от коррозии.

Колонны сплошного прямоугольного поперечного сечения подразделяют на типы:

К - для каркасов зданий без мостовых опорных и подвесных кранов и зданий, оборудованных подвесными кранами, при стропильных конструкциях покрытий с прямолинейным нижним поясом;

КС - то же, при  стропильных конструкциях покрытий с провисающим нижним поясом;

КК - для каркасов зданий, оборудованных мостовыми  электрическими опорными кранами, при  стропильных конструкциях покрытий с прямолинейным нижним поясом;

ККС - то же, при стропильных конструкциях покрытий с провисающим нижним поясом;

ККП - для  каркасов зданий, оборудованных мостовыми  электрическими опорными кранами, с  проходами в уровне крановых путей, при стропильных конструкциях покрытий с прямолинейным нижним поясом;

КР - для каркасов зданий, оборудованных мостовыми  ручными опорными кранами, при стропильных  конструкциях покрытий с прямолинейным  нижним поясом;

КФ - для фахверков  стеновых ограждений зданий (фахверковые  колонны).

Двухветвевые колонны подразделяют на типы:

КД - для каркасов зданий, оборудованных электрическими опорными и подвесными кранами и  зданий без кранов;

КДП - для  каркасов зданий, оборудованных мостовыми  электрическими опорными кранами, с  проходами в уровне крановых путей;

КДФ - для  фахверков стеновых ограждений зданий (фахверковые колонны).

Колонны следует изготовлять со строповочными отверстиями для подъема и монтажа. Допускается вместо строповочных отверстий предусматривать монтажные петли, выполненные в соответствии с указаниями рабочих чертежей на эти колонны.

Таблица 1-Пределы отклонения

Марка колонн.Колонны обозначают марками в соответствии с требованиями ГОСТ 23009. Марка колонны состоит из буквенно-цифровых групп, разделенных дефисами. Марки колонн: ККПI-2,ККПI-40,ККПVI-140,ККПII-22.

В первой группе указывают обозначение типоразмера  колонны. Буквы обозначают тип колонны. Цифры перед буквами обозначают порядковый номер типоразмера колонны  для данной высоты здания, после  букв - высоту здания, а для фахверковых  колони и основных колонн, устанавливаемых  в фундаменты, верх которых заглублен  на 500 мм и ниже, - длину колонны  в дециметрах.

Во второй группе указывают порядковый номер  колонн по несущей способности, класс  напрягаемой арматуры .

В третью группу, при необходимости, включают дополнительные характеристики, отражающие особые условия применения колонн и  их стойкость к воздействию агрессивной  газообразной среды, сейсмическим и  другим воздействиям, а также обозначения  конструктивных особенностей колонн (наличие  дополнительных закладных изделий  и др.).

3. Выбор и характеристики исходных материалов

Колонны следует изготовлять из тяжелого бетона марок М200, М300, М200,М400 и класса В25.

 Передачу  усилий обжатия на бетон   в предварительно напряженных  колоннах следует производить  после достижения бетоном требуемой  передаточной прочности.

Нормируемая передаточная прочность бетона колонн в зависимости от класса или марки  бетона, вида и класса напрягаемой  арматурной стали должна соответствовать  указанной в рабочих чертежах на эти колонны.

Нормируемая отпускная прочность бетона колонн с напрягаемой арматурой должна быть равна нормируемой передаточной прочности бетона, а колонн с ненапрягаемой  арматурой - 70 % класса или марки бетона по прочности на сжатие.

При поставке колонн в холодный период года нормируемая  отпускная прочность бетона колонн может быть повышена до 90 % класса или  марки бетона по прочности на сжатие согласно указаниям рабочих чертежей на эти колонны.

Для армирования  колонн следует применять арматурную сталь следующих видов и классов:

- в качестве  напрягаемой арматуры - термомеханически упрочненную стержневую класса Ат-IVС , горячекатаную стержневую классов A-V, A-IV  и стержневую класса А-IIIв, изготовляемую из арматурной стали класса А-III путем упрочнения вытяжкой с контролем удлинений и напряжений;

- в качестве  ненапрягаемой арматуры - термомеханически упрочненную стержневую классов Ат-IVС и Ат-IIIС , стержневую горячекатаную периодического профиля класса А-III и гладкую класса А-I , арматурную проволоку обыкновенную периодического профиля класса Вр I , повышенной прочности класса Врп-I .

Значения  напряжений в напрягаемой арматуре, контролируемые по окончании натяжения  ее на упоры, а также допустимые предельные отклонения напряжений в напрягаемой  арматуре должны соответствовать приведенным в рабочих чертежах на колонны.

Значения  действительных отклонений геометрических параметров колонн не должны превышать  предельных, указанных в табл. 1.

Требования к бетонным поверхностям колонн должно удовлетворять требованиям  для категорий:

А3 - боковых  лицевых;

А7 - нелицевых, невидимых в условиях эксплуатации.

По согласованию изготовителя с потребителем боковые  поверхности колонн могут быть категорий  А2, А4 - А6.

На боковые  грани колонн должны быть нанесены установочные риски в бетоне или  в закладных изделиях в виде канавок  или несмываемой краской, определяющие разбивочные оси здания.

  В бетоне колонн, поставляемых потребителю, трещины не допускаются, за исключением усадочных и других поверхностных технологических трещин, ширина которых не должна превышать 0,25 мм.

Концы напрягаемой  арматуры не должны выступать за торцевые поверхности колонн более чем  на 10 мм. Они должны быть защищены слоем  цементно-песчаного раствора или  битумным лаком.

Таблица 2-Расход сырья

Таблица 3- Программа выпуска изделий

4. Обоснование выбора способа производства

Изготовление  колонн одноэтажных производственных зданий осуществляется преимущественно  целыми элементами. Однако в ряде случаев  при большой высоте зданий и тяжелых  нагрузках по условиям транспорта и  монтажа элементов оказывается необходимым членить колонны по высоте на несколько элементов.

Соединение  колонн с фундаментами осуществляется преимущественно путем заделки  стержня колонны в стакан, образованный в верхней части железобетонного  башмака. Стыки тяжелых колонн, состоящих  из нескольких элементов по высоте, выполняются путем сварки арматуры и забетонировки зоны соединения.

Рациональное  решение соединения элементов тяжелых  колонн дает так называемый сухой  стык, не требующий забетонировки. Такие стыки могут быть выполнены при условии изготовления колонны целиком в одной форме, разделенной металлическими листами на отдельные элементы.

В этих условиях при монтаже колонны соединение элементов осуществляется установкой одного элемента на другой без подливки бетона. Полное совпадение смежных  плоскостей обеспечивает надежность передачи сжимающих усилий. Арматура в стыках этого типа соединяется сваркой  закладных частей.

С развитием  технологии производства сборных железобетонных конструкций колонны производственных зданий должны получить тенденцию дальнейшего снижения веса и расхода материалов за счет повышения марки бетона и широкого применения эффективных сечений.

Производства  колонн проходит агрегатно-поточным способом.

Это метод  производства ЖБИ с перемещением форм с одного поста на другой, на которых выполняются определенные виды операций.

Перемещение форм осуществляется мостовыми кранами.

Агрегатно-поточный способ получил широкое распространение  там, где требуется выпуск широкой  номенклатуры изделий. Гибкость данного  способа позволяет путем смены  и переналадки оборудования осуществлять переход от выпуска одного типа изделий  к выпуску другого.

При агрегатно-поточном производстве технологический процесс  осуществляется последовательно на нескольких постах. При этом формы  с поста на пост передаются не непрерывно действующим конвейером, а специальными внутрицеховыми транспортными средствами.

Агрегатно-поточный способ производства широко применяется  для изготовления большой номенклатуры изделий на предприятиях средней  мощности.

При относительно высокой степени механизации  в агрегатно-поточном способе пока много ручных операций: закладка стержней в установку для электротермического  напряжения арматуры, съем с установки  и закладка их в формы, напряжение стержней гидродомкратами, разравнивание бетонной смеси в форме, операции по зацепке формы с изделием крюком крана или кран-балки, загрузка камеры термообработки, укрытие камеры крышкой, выемка изделий из камеры, распалубка и пр. Все эти операции требуют для обслуживания дополнительный  персонал в потоке.

Рисунок 1-Схема агрегатно-поточного метода производства сборных железобетонных изделий

1 — раскрытие  бортов формы с пропаренной  панелью; 2 — съем прижимного щита  кантования панелей; 3 — чистка  и смазка формы; 4 — заполнение  формы арматурным каркасом, закладными  деталями. столярным блоком и установка прижимного щита; 5 — заполнение формы легким бетоном и уплотнение на виброплощадке с пригрузом; 6 — передача формы с панелью на траверсную тележку; 7 —самоходные тележки для раздачи бетонной и растворной смесей; 8 — кран-укосина с прижимным щитом; 9 — нанесение декоративного слоя; 10 — осмотр фактуры цветного раствора; 11 — панель, направляемая на доводку и комплектацию; 12 — пост технического контроля и строповки формы для отправки в пропарочную камеру; 13 — мостовой кран; 14 — ямные пропарочные камеры

Формование.На поточно-агрегатных и конвейерных линиях процесс формования изделий происходит в одинаковой последовательности. Подготовленная форма подается на пост формования, где в нее укладывается бетонная смесь с помощью бетоноукладчиков или бетонораздатчиков. Затем на этом же или на следующем посту производится уплотнение бетонной смеси на виброплощадках. Заглаживание и отделка поверхности бетона осуществляются на посту формования либо на специальном посту. После этого формы с отформованными изделиями через определенное время, установленное для одного изделия, помещаются в камеры пропаривания или подвергаются электропрогреву.

Тепло-влажностная обработка.Щелевые камеры непрерывного действия применяют при конвейерном способе производства железобетонных изделий. Их выполняют в виде проходных тоннелей высотой около 1 м, по которым специальными механизмами перемещают формы-вагонетки с изделиями. Свежеотформованные изделия, перемещаясь вдоль камеры, подвергаются тепловлажностной обработке в соответствия с заданным температурным режимом. Небольшая высота камер исключает перепады температуры среды в их поперечном сечении и создает одинаковые температурно-влажностные условия твердения каждого изделия. длина камер непрерывного действия определяется производительностью конвейеров и продолжительностью тепловой обработки. Компоновка камер непрерывного действия зависят от принятой схемы конвейерной линии. Камеры могут быть выполнены напольными или заглубленными, причем поверхность перекрытий камер используется выполнения различных технологических операций по производству изделий. При необходимости сокращения длины камер непрерывного действия их выполняют блоками в несколько рядов по горизонтали и вертикали.

Технологический процесс.Технологический процесс осуществляется на 15 постах. После тепловой обработки и остывания изделий производят обрезку напрягаемых арматурных стержней машиной. Готовые изделия транспортируют на пост отделки. Поддоны чистят и смазывают специальной машиной. Затем укладывают сетки и напрягаемые арматурные сетки, нагретые на установках, расположенных рядом с постом. Этот пост оборудован переходными мостиками для переноса нагретой арматуры. После охлаждения стержней укладывают на поддон подстилающий слой бетонной смеси толщиной 2. ..3 см. На посту формования поддон фиксируется и подъемно-опускная секция опускает его на виброплощадку. Автоматически опускается съемная рама. После нанесения нижнего слоя бетонной смеси и его уплотнения вводят пуансоны, устанавливают ненапрягаемую, арматуру. Укладывают оставшуюся часть бетонной смеси и уплотняют при помощи виброплощадки и вибропригруза. По окончании процесса уплотнения из бетона извлекают пуансоны, поднимают вибропригруз и раму. Поддон поднимают и по направляющим сталкивают на следующий пост. Продолжительность формования - 22 мин.

После доводки  открытых поверхностей поддон с изделием транспортируют в щелевую пропарочную  камеру, где изделия прогревают глухим паром с добавлением небольшого количества острого пара . Режим термообработки следующий: подъем до 85 . . .90°С - З ч, изотермический прогрев -, б ч, остывание - З ч.

На посту  отделки готовые изделия кантуют, и вывозят на склад готовой  продукции.

5. Характеристика технологического оборудования

Виброплощадка. Вибрационные площадки – наиболее распространённые машины, применяемые для уплотнения бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий. Классифицируются они по следующим признакам: характеру колебаний, типу применяемых вибраторов, грузоподъёмности, способу крепления формы или поддона.

По характеру  колебаний бывают виброплощадки с круговыми гармоническими колебаниями, направленными горизонтальными гармоническими колебаниями, направленными вертикальными гармоническими колебаниями, негармоническими ударно-вибрационными колебаниями. По типу вибраторов различают виброплощадки: с дебалансными бегунками, электромагнитными и гидравлическими вибраторами.

Для крепления  формы к раме виброплощадки применяют механические, электромагнитные и пневматические устройства.

Электротермический  способ натяжения основан на свойстве стали расширяться (для тонкого  стального стержня — удлиняться) при нагревании на 1° на 0,000012 от первоначальных размеров и опять сокращаться при остывании.

Ямные камеры. Ямные камеры пропаривания используются на поточно-агрегатных линиях производства железобетонных изделий. Пар поступает в ямные камеры через перфорированные трубы, укладываемые у пола. Выпуск пара из труб должен производиться вверх – в пространство между изделиями и стеной. Диаметр отверстий перфорированных труб принимают в пределах 3…5 мм. Расчетный расход пара через одно отверстие-2,4…6,5 кг в 1 ч при давлении 0,02 МПа. Ямная камера сообщается с атмосферой по вертикальному каналу, снабженному водяным затвором в целях сохранения давления внутри камер на уровне атмосферного . Для установки форм в ямные камеры пропаривания применяют стойки с поворотными кронштейнами. Удельный расход пара при тепловой обработке бетона в ямных камерах зависит от коэффициента загрузки камер и металлоемкости форм

Пропаривание  при нормальном давлении производят в камерах периодического или  непрерывного действия, оно является наиболее экономичным способом тепловой обработки.

Бетоноукладчик. Изобретение относится к области строительной техники, в частности к оборудованию для производства железобетонных изделий и конструкциям бетоноукладчиков. Бетоноукладчик, согласно изобретению, содержит гидросистему, смонтированный на установленной с возможностью перемещения пространственной раме приемный бункер с по крайнем мере одним выходным проемом в днище и лопастным рабочим органом, пульт управления и по крайней мере один расположенный ниже соответствующего выходного проема питатель. Питатель выполнен с рабочим органом в виде шнека, который установлен в охватывающем его корпусе, выполненном в нижней части с проемом в виде продольной щели, перекрытой снизу в рабочем положении поддоном, предпочтительно откидным приводным. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении качества изготавливаемых строительных конструкций за счет повышения равномерности укладки бетонной смеси и исключения ее расслаивания при одновременном сокращении энергоемкости, повышении надежности работы и срока службы оборудования, бетоноукладчика, а также снижении аварийности при эксплуатации за счет исключения возможности заклинивания шнеков бетоноукладчика, самопроизвольного открывания поддона его питателя и обеспечения плавного контролируемого движения бетоноукладчика и бетонной смеси в шнеках.

Задачей настоящего изобретения является повышение  качества изготавливаемых строительных конструкций за счет повышения равномерности  укладки бетонной смеси и исключения ее расслаивания при одновременном сокращении энергоемкости, повышение надежности работы и срока службы оборудования, бетоноукладчика, а также снижение аварийности при эксплуатации за счет исключения возможности заклинивания шнеков бетоноукладчика, самопроизвольного открывания поддона его питателя и обеспечения плавного контролируемого движения бетоноукладчика и бетонной смеси в шнеках.

6. Контроль качества сырьевых материалов, технологического процесса и готовой продукции

При изготовлении колонн контролируется следующие показатели качества: прочность бетона, морозостойкость  бетона, водонепроницаемость бетона, контроль сварных арматурных и закладных  изделий, силу натяжения арматуры, размеры  и отклонение от прямолинейности, перпендикулярности поверхностей колонн, ширину раскрытия  поверхностных технологических  трещин, размеры и положения арматурных и закладных изделий и толщину  защитного слоя бетона.

При проверки прочности бетона неразрушающего контроля фактическую передаточную и отпускную прочность бетона на сжатие определяют ультразвуковым методом.

Подготовка  испытания включает проверку используемых приборов в соответствии с инструкциями по эксплуатации и установку градуировочных зависимостей в соответствии с выбранным способом прозвучивания. При необходимости проведения ультразвуковых испытаний бетона конструкций непосредственно после термообработки (горячего) для определения отпускной прочности бетона этих конструкций после их остывания допускается устанавливать градуировочную зависимость по результатам ультразвуковых измерений горячих образцов и механических испытаний тех же образцов после их остывания.

Качество  поверхности бетона контролируемого  участка конструкции в зоне контакта с ультразвуковыми преобразователями  должно соответствовать требованиям. Допускается проведение измерений  времени распространения ультразвука  в конструкциях через облицовочные материалы и декоративные покрытия по методикам, согласованным с головными  научно-исследовательскими организациями. Сборные линейные конструкци испытывают, как правило, способом сквозного прозвучивания в поперечном направлении.

Возраст бетона контролируемых конструкций  не должен отличаться от возраста бетона образцов, испытанных для установления градуировочной зависимости, более чем на 50 % - при контроле нормируемой прочности бетона, и 25 % - при определении прочности бетона в процессе твердения.