Rich--house.ru

Строительный журнал Rich—house.ru
27 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Усиление металлических балок и прогонов производственных зданий

Прогоны

В связи с изменениями производственной программы Саратовского резервуарного завода выпуск данного оборудования завершен.
Актуальный список товаров доступен в разделе «Продукция».

Прогоны применяются для строительства зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения из металлических каркасов. В металлокаркасе здания прогон служит для крепления ограждающих конструкций, кровельных и стеновых конструкций к каркасу. Он является усиливающей подстропильной конструкцией, которая дополнительно воспринимает на себя климатические (ветровые и снеговые) нагрузки. Прогоны равномерно распределяют нагрузки с кровли на несущие и стропильные конструкции здания (стены, колонны, фермы, рамы).

Устройство прогона здания или сооружения

Металлический прогон представляет собой горизонтально расположенную балку, являющуюся элементом системы связей каркаса. Конструкция прогона зависит от размера крыши, от ее формы, климатических нагрузок района эксплуатации. В случае большого размера крыши конструкция прогона усиливается системой подбалок и подкосов, за счет которых достигается высокая устойчивость и жесткость системы в продольном направлении.

Для изготовления прогонов применяется прокатная сталь различных профилей после выполнения определенных расчетов, основанных на информации о собственном весе балок, массе кровли, силовой нагрузки ветра и снега и др.

Кроме того, прогоны часто применяются для прокладки инженерных сетей, имея большую высоту на опорах и в пролете.

Монтаж металлических прогонов осуществляется в узлах на верхнем поясе стропильных ферм при помощи коротышей из уголков, планок или гнутых листов стали. Листовые прокладки уменьшают перепад между смежными прогонами. Крепление прогонов к каркасу здания производится в зависимости от технических требований к конструкции сваркой или болтами.

Сплошные и решетчатые прогоны

Саратовский резервуарный завод изготавливает прогоны двух типов: сплошные и решетчатые (сквозные). Сплошные прогоны производятся из прокатных швеллеров гнутых профилей Z и С- образного сечения или двутавров. Решетчатые прогоны изготавливаются из любых типов профилей. Верхняя часть решетчатого прогона представляет собой горизонтальный пояс, а нижняя часть — ломаный или треугольный пояс из швеллеров или уголков. Прогоны решетчатого сечения тяжелее сплошных, поэтому их целесообразно использовать в каркасах при шаге стропильных ферм более 6 м.

Сплошные стальные прогоны бывают также двух видов: разрезные и неразрезные. Разрезные сплошные прогоны применяются чаще, так как они проще в монтаже и равномерно распределяют нагрузку на фермы.

Неразрезные сплошные прогоны традиционно используют при устройстве скатных крыш, в системе которых создается дополнительная нагрузка, перпендикулярная скату. Для увеличения жесткости в таких кровельных конструкциях прогоны раскрепляются стальными тяжами для уменьшения количества пролетов. При шаге фермы 6 м тяжи устанавливают в один ряд между всеми прогонами. При большем шаге фермы или в крутых кровлях тяжи устанавливают в два ряда.

Металлические прогоны решетчатого сечения имеют усиленную конструкцию, за счет чего они работают на сжатие с изгибом и воспринимают продольные нагрузки одновременно. Но при этом следует отметить, что они имеют один недостаток: так как они состоят из нескольких частей, их монтаж требует большие трудо- и энергозатраты. В связи с этим самым оптимальным вариантом исполнения решетчатых прогонов является трехпанельный прогон, состоящий из верхнего пояса (в виде двух швеллерных балок), решетки (в виде одиночного гнутого швеллера) и раскосы.

Типы прогонов

В зависимости от конструкции кровельной крыши выделяют три типа прогонов:

Коньковый прогон служит для опирания на него конька крыши (верхней части крыши). Дополнительная поддержка стропил осуществляется при помощи боковых прогонов, которые монтируют между коньком крыши и ее основанием. У основания стропил по верхнему периметру стены устанавливают мауэрлат.

Схема конструкции стальных прогонов здания

1. стропило, 2. балка, 3. мауэрлат, 4. коньковый брус, 5. прогон, 6. подкос, 7. затяжка, 8. подпорка

Антикоррозионная обработка прогонов увеличивают срок службы каркаса зданий. При изготовлении прогонов сталь подвергают горячей оцинковке или наносят высокодисперсные металлические порошки, что по-другому называется методом холодного цинкования.

Так как прогоны являются элементами как внешней, так и внутренней стороны каркаса здания, к ним предъявляются особые требования безопасности.

Саратовский резервуарный завод изготавливает металлоконструкции прогонов различной конструкции в зависимости от сейсмический характеристик здания, степени атмосферных и других нагрузок. Производство прогонов осуществляется на основании расчетов и чертежей.

Как заказать изготовление стальных прогонов зданий и сооружений?

Для расчета стоимости изготовления стальных прогонов зданий и сооружений, Вы можете:

  • связаться с нами по телефону 8-800-555-9480
  • написать на электронную почту технические требования к металлоконструкциям
  • воспользоваться формой «Запрос цены», указать контактую информацию, и наш специалист свяжется с Вами

Специалисты Завода предлагают комплексные услуги:

  • инженерные изыскания на объекте эксплуатации
  • проектирование объектов нефтегазового комплекса
  • производство и монтаж различных промышленных металлоконструкций

Сайт инженера-проектировщика

  • > Главная
  • > Расчеты
  • > Несущие конструкции
  • > Изоляционные материалы
  • > Чертежи в формате dwg
  • > Проекты повт. применения
  • > Справочник материалов
  • > Метизы
  • > Здания и сооружения
  • > RAL, текстуры, цвета
  • > Программы для проектирования
  • Расчет металл. конструкций

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции В.Н.Валь, 1987

В.Н.Валь

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА GOOGLE.ДИСК

СКАЧАТЬ ФАЙЛ НА ЯНДЕКС.ДИСК

Книга состоит из семи глав.

Первая глава посвящена обследованию металлических конструкций. Рассматриваются различные методики обследования, дефекты конструкций и приводится анализ состояния стальных конструкций.

Во второй главе анализируются резервы несущей способности, дается анализ нормативов и даются рекомендации по учету конкретных особенностей объекта.

В третьей главе изложены основные правила уточнения нагрузок. Анализируются уточняющие параметры постоянных, временных и кратковременных нагрузок.

Четвертая глава посвящена оценки учета качества.

В пятой главе дается анализ учета пространственной работы каркасов. Большое внимание уделяется определению жесткости кровельных покрытий и тормозных конструкций.

В шестой главе предложены методы усиления стальных конструкций. Подробно рассматриваются способы усиления основных несущих конструкций (балок, подкрановых балок, ферм и колонн.)

Седьмая глава посвящена технологии усиления металлических конструкций. Даются основные указания по производству работ, правила проведения контроля качества, а также рекомендации по защите металлических конструкций от коррозии.

Техническое обслуживание и усиление балок, перекрытий

Колонны, балки, перекрытия, фермы являются наряду со стенами и крышами основными несущими элементами зданий, а потому исправному их состоянию должно уделяться п о — стоянное внимание. Они отличаются материалами и разнообразными конструктивными решениями. Их износ, а также увеличение полезных нагрузок при реконструкции сооружений и установке нового технологического оборудования, выявление дефектов, допущенных в проекте и при возведении, приводят к необходимости ремонта или усиления. При выборе способа усиления любых несущих конструкций должны быть учтены многие факторы, и прежде всего обеспечены:
минимальная длительность остановки технологического процесса;
максимальное выполнение подготовительных работ за пределами зоны ремонта;
технологичность конструктивных решений усиления, серийность и простота изготовления новых конструкций; необходимые монтажные средства; высокое качество ремонтных работ; ремонтопригодность новой конструкции.

Следует учесть также возможность осуществления профилактических мер как временного, так и постоянного характера, в частности снятие или уменьшение временных и постоянных нагрузок на ремонтируемые конструкции (тогда при загрузке элементы усиления лучше включаются в работу), очистка их от снега, пыли, увеличение расстояния между подвижными нагрузками (кранами, тельферами), ограничение их грузоподъемности, а также устранение технологических воздействий путем снижения агрессивности среды, перепадов температур и т. п.

Эффективность выбранного способа усиления любых конструкций, затраты на его проведение, как и на ремонтные работы в целом, трудно точно заранее определить по действующим расценкам из-за плохо поддающихся расчету убытков вследствие нарушения ритма производства, непредвиденных осложнений при ремонте и пр. И все же экономические расчеты должны проводиться, так как они дают наиболее полное

И достоверное представление об эффективности усиления ПЛИ ремонта конструкции.

Рассмотрим способы усиления балок, перекрытий, ферм из металла, железобетона и дерева. Металлические балки можно усилить несколькими способами (табл. 12.4): установкой дополнительных опор;
увеличением сечения накладками, особенно на высокопрочных болтах; шпренгельными системами;

изменением опорных сопряжений посредством перевода разрезных балок в неразрезные;
регулированием напряжений натяжными и распорными устройствами.

Повышение несущей способности изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении элементов усиления или создании симметрии относительно нейтральной оси. При этом должна быть обеспечена надежная совместная работа нового сечения с балкой и конструкция защищена от коррозии.

Усиление металлических балок (рис. 12.8) может быть местным (путем установки накладок и ребер) или общим (посредством шпренгелей, изменением опорного сопряжения; наиболее эффективна затяжка вдоль нижнего пояса, при которой несущая способность балки может быть увеличена до 80% при минимальных затратах материала). Весьма эффективным и перспективным усилением балочных систем является изменение их расчетной схемы путем создания неразрезной системы и опорных подкреплений, а также регулирования напряжений натяжными и распорными устройствами. Эти устройства еще мало разработаны, но обладают важными достоинствами в условиях реконструкции действующих объек
тов, в частности простотой и доступностью приемов и контроля регулирования усилий, исключением громоздкого оборудования при производстве работ, использованием домкратов, муфт и пр.

Усиление металлических ферм для повышения их жесткости и несущей способности может быть местным, (отдельных стержней) или общим (главным образом путем усиления нижнего пояса). Для усиления используются накладки с целью увеличения сечений и моментов сопротивления отдельных элементов решетки, дополнительные пояса, шпренгели, сокращающие длину растянутых или сжатых элементов.

Рис. 12.8. Способы усиления металлических балок
а, б — накладками; в — обетонированием; г — шпренгелем; д, рах; ж, з — сопряжением балок на опорах

Из рассмотренных способов усиления металлических конструкций наиболее трудоемко и металлоемко по совокупному эффекту увеличение сечений усиливаемых элементов, так как оно требует сплошного или прерывистого скрепления их по длине, точной подгонки и т. п.

Эффективны и разнообразны приемы усиления конструкций с изменением расчетных схем и регулированием напряжений в процессе усиления. Общие затраты и их материалоемкость в несколько раз ниже, чем других способов, а потому дальней
шему изучению и разработке таких способов необходимо уделять больше внимания.

Усиление железобетонных балок намного сложнее, чем металлических, вследствие их монолитности и наличия скрытой арматуры. Можно выделить два основных способа усиления или восстановления несущей способности железобетонных балочных конструкций (рис. 12.9): усиление без изменения первоначальной конструктивной схемы; усиление с ее изменением.

Первый способ заключается в увеличении поперечного сечения усиливаемого элемента, что достигается установкой хомутов или устройством специальных рубашек, обойм, накладок, наращиваний с добавлением арматуры, расширением опор; все это приводит к уменьшению пролета.

Рис. 12.9. Способы усиления железобетонных балок
а, в — обетонированием; б — хомутами; г, д, е, ж — заделкой и сопряжением на опорах

Второй способ состоит в установке дополнительных горизонтальных или шпренгельных затяжек с предварительным натяжением либо комбинированных затяжек, сочетающих оба упомянутых способа.

Оба способа усиления обладают существенными достоинствами, поскольку используемые при этом элементы конструктивно просты, изготавливаются из арматуры или фасонного проката вне реконструируемого объекта, устанавливаются с минимальными трудовыми затратами, сразу же включаются в работу после установки и натяжения или увеличения сечения без применения других приспособлений, в 2—2,5 раза повышают первоначальную несущую способность изгибаемых элементов, не нарушают интерьеров помещений, могут быть скрыты подвесным потолком и т. п., занимают мало места и незначительно увеличивают сечение или высоту конструкций.

Усиление деревянных балок и стропил чаще всего производится по их концам: концы балок, заделанные в кирпичные стены, загнивают вследствие использования сырой древесины, закупорки торцов, увлажнения балок влагой кирпичной кладки или атмосферными осадками и т. п.

Можно выделить два варианта усиления (протезирования) балок: накладками и прутковыми протезами [16 и 18]. Первый способ применяют при усилении одиночных балок, а второй — многих балок, когда протезы заготавливают в механических мастерских. В обоих случаях сгнившие концы балок удаляют, до начала протезирования перекрытия укрепляют временными стойками. Древесину, пораженную грибами, необходимо н е — медленно сжечь, а для усиления рекомендуется воздушносухая или антисептированная древесина.

Усиление стропильных ног и мауэрлатов может быть осуществлено по одному из трех вариантов [16 и 18]: с помощью деревянных накладок на стропильные ноги; прутковыми протезами, как и деревянными балками; посредством накладок и подбалки. Во всех вариантах кровля разбирается захватками, так чтобы работы закончить в течение дня и не замочить перекрытие возможными атмосферными осадками.

Усиление перекрытий можно производить сверху или снизу конструкции: это зависит от высоты и назначения помещения, цели усиления и др.

Перекрытия по металлическим балкам можно усилить снизу путем установки дополнительных опор под балками, связав их, в неизменяемую систему. Более сложно устройство снизу железобетонных сводов. Сверху перекрытие усиливается дополнительным армированием и бетоном. При этом над металлическими или железобетонными балками (рис. 12.10, а, б) производится дополнительное армирование по ширине в обе стороны от балки для восприятия опорных изгибающих моментов.

Железобетонные перекрытия тоже могут быть усилены сверху путем устройства дополнительной железобетонной плиты, как показано выше. Снизу плоские железобетонные перекрытия усиливаются металлическими предварительно-напряженными тяжами, заделанными в опорные части панелей, настилов. Балочные железобетонные перекрытия можно усилить дополнительным армированием и обетонированием балок, но чаще для этого используют шпренгели, располагая их по обе стороны балки,а снизу под балкой стягивая для придания им предварительного напряжения и включения в работу (рис. 12.10, в—г). Поперечное стягивание шпренгелей не так эффективно и приводит к смятию бетона на боковых гранях балки. Автор предложил составные по длине шпренгели с натяжением их в продольном направлении (рис. 12.10, д).

Весьма эффективно усиление балок шарнирно-стержневой цепью (рис. 12.10, е), разработанное Ю. И. Лозовым и Е. Р. Хило [10]. По характеру работы такое усиление является предварительно-напряженным шпренгельного типа. Все соединения усиления выполняются шарнирными, и если тангенсы углов наклона звеньев начиная от середины относятся как 1:3:5 и т. д., то усилия в подвесках и стойках оказываются одинаковыми. В цепи делают три-семь промежуточных узлов в зависимости от пролета балки. Подвески располагаются с разных сторон балки и соединяются снизу планкой. При натяжении всей цепи последней натягивают среднюю подвеску. Иногда требуется несколько попыток для осуществления равномерного, замеренного динамометром усилия натяжения всех подвесок.

Автор предложил улучшить работу такой конструкции путем подведения под подвески швеллера-подкладки, а по концам усиливаемой балки — постановки напряженных хомутов (рис. 12.10, ж). Швеллер-подкладка объединяет работу всех подвесок воедино и устраняет обмятие бетона под отдельными подвесками, а хомуты по концам позволяют усилить балку на перерезывающую силу.

Металлические конструкции усиления перекрытий, в частности тяжи, могут быть скрыты дополнительным потолком, штукатуркой по закрепленной сетке или листами сухой штукатурки. Они могут быть, особенно в производственных помещениях, выкрашены и оставлены открытыми.

5. Методы усиления наземных конструкций зданий и сооружений

Анализ данных по деформациям зданий и сооружений в рассматриваемых условиях показал, что выбор способа усиления несущих конструкций зависит от инженерно-геологических условий (свойств грунтов) и степени их изученности, характера и величины приложенной нагрузки, детальности обследования существующих фундаментов, сохранности существующих конструкций, способа производства работ и типа применяемого оборудования.

Особо опасные деформации происходят в построенных без учета развития неравномерных осадок старых зданиях, получивших повреждения и имеющих многочисленные дефекты, ослабляющие несущие конструкции: трещины в стенах, сдвиги перекрытий и лестничных маршей, перекосы проемов, отклонения стен от вертикали и др.

Исходя из особенностей и характера примыкания принимаются те или иные конструктивные мероприятия, направленные на обеспечение эксплуатационной пригодности существующих зданий: предупредительные проектные решения; предупредительные меры, необходимые при производстве работ; ремонтные меры при возникновении аварийных ситуаций.

Усиление конструкций может выполняться по временной и по постоянной схеме. Временное усиление конструкций применяют в случаях длительного развития деформаций при возникновении аварийных повреждений зданий. По мере стабилизации деформаций временное усиление заменяется постоянным.

Усиление конструкций, как предупредительное, так и восстановительное, выполняется увеличением несущей способности элементов сооружения или изменением конструктивной схемы зданий путем увеличения его пространственной жесткости и прочности.

К настоящему времени разработаны и проверены практикой многочисленные методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. Одни методы позволяют усилить надфундаментные конструкции креплением простенков в кирпичных домах, устройством накладных и напряженных поясов, разгрузочных балок, скоб-стяжек и т.п. Другими методами повышают несущую способность основания, реконструируют или усиливают фундамент устройством сплошной фундаментной плиты, расширением или заглублением фундамента, подведением под стены здания свай типа «Мега», набивных, буроинъекционных и т.п., вдавливанием существующих свай с увеличением их длины.

Читать еще:  Как приварить петли на ворота самостоятельно?

Прежде чем начать работу по усилению отдельных конструкций, необходимо их разгрузить с помощью установки временных опор. Однако здесь нередко допускаются ошибки: нагрузка лежащих выше деформированных конструкций сосредоточенно передается на деформирующийся фундамент и тем самым ухудшаются условия его работы. Нагрузку необходимо перераспределить так, чтобы разгрузить полностью или частично деформирующийся фундамент, т.е. передать ее на надежное основание, иногда через специально выполненные опоры (площадки). За временными опорами необходимо вести постоянные наблюдения и при необходимости подбивать под них клинья или ставить дополнительные разгружающие опоры.

Деформированные простенки между оконными, дверными или иными проемами кирпичных зданий усиливают путем устройства металлических или железобетонных корсетов (обойм). Если выполнено временное крепление лежащей выше кладки, простенки могут быть усилены частичной или полной их перекладкой.

Конструкция металлического корсета состоит из вертикальных стоек уголковой стали с шириной полок 100—120 мм, охватывающих углы простенка, и приваренных к стойкам через определенный интервал горизонтальных планок из полосовой стали толщиной 6—8 мм. Такой корсет почти вдвое повышает несущую способность простенка (рис. 8.3). С внутренней стороны здания части металлического каркаса устраиваются с заглублением в тело простенка и последующим оштукатуриванием борозд. Железобетонный корсет применяется в тех случаях, когда напряжение в рабочем сечении простенка может вызвать разрушение кладки. Стойки такого корсета также могут располагаться в вертикальных бороздах, пробиваемых в кладке простенков.

В тех случаях, когда в конструкциях здания возникают опасные трещины в местах примыкания капитальных стен друг к другу, стены отклоняются от вертикальной плоскости и выпучиваются их отдельные участки, в целях предотвращения дальнейшего развития деформаций устраивают накладные пояса (рис. 8.4). Эти пояса представляют собой систему парных вертикальных анкеров из швеллеров № 12—14, объединенных горизонтальными тяжами из круглой стали диаметром 18—28 мм. Тяжи лучше всего устраивать на уровне железобетонных перекрытий с последующим укрытием их под полами. Натяжение тяжей ведется вручную с помощью муфт, имеющих обратную нарезку. Рассчитываются тяжи по усилию на растяжение кладки. С наружной стороны анкеры и тяжи можно утапливать в штрабу, которая затем оштукатуривается.

В зимнее время не исключена возможность проявления изморози на металлических частях накладных поясов внутри зданий, поэтому на наружной части тяжей необходимо устраивать теплоизолирующие прокладки.

Напряженные пояса конструкции Козлова применяются в тех случаях, когда в стенах зданий возникают трещины со значительным раскрытием и большой протяженностью. Такие пояса придают зданию пространственную жесткость, снимают растягивающие напряжения в кладке и передают их на металл (рис. 8.5).

Применение напряженных поясов имеет определенные преимущества по сравнению с другими способами, поскольку они обеспечивают: выравнивание неравномерных деформаций коробки здания; ведение восстановительных работ без нарушения нормальной эксплуатации здания; исключение перекладки значительных участков стен; экономичное расходование металла на восстановление поврежденных стен и здания.

Напряженные пояса состоят из металлических стержней диаметром 22—32 мм, охватывающих поврежденное здание или его отсек на уровне междуэтажных и чердачного перекрытий. Стержни натягивают обычно вручную резьбовыми муфтами. Для установки стержней поясов пробивают горизонтальные штрабы с наружной стороны стен. Стержни крепят к опорным частям, представляющим собой вертикальные уголки № 10—15, установленные на углах или пересечениях стен. Пояса должны быть замкнутыми. Согласно методике Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, длина большой стороны пояса не должна превышать 1,5 длины короткой. Длинная сторона обычно составляет 15—18 м. Пояс, охватывающий деформированную часть здания, должен быть заведен на неповрежденную часть не менее чем на 1,5 длины деформированного участка.

Сечение тяжей подбирается по усилию, зависящему от расчетного сопротивления кладки на скалывание, толщины стены и ее длины. Сечение стержней, воспринимающих изгибающий момент в стене, назначается таким, чтобы их прочность равнялась прочности кладки, воспринимающей перерезывающую силу:

N = 0,2Rlb ,

где N — усилие в стержне, кН; R — расчетное сопротивление кладки скалыванию, кН/м 2 ; l — длина стены, м; b — толщина стены, м.

Трещины в стенах здания можно укрепить с помощью скоб-стяжек, устанавливаемых на уровне каждого этажа. Назначение таких скоб — перераспределение нагрузки от деформированных участков стен на прочные участки. Такое мероприятие позволяет предотвратить дальнейшее раскрытие трещин. Скоба-стяжка (рис. 8.6) состоит из обрезка швеллера или уголка длиной не менее 2 м, скрепленного со стеной двумя анкерными болтами диаметром 20—22 мм. Анкерный болт располагается на расстоянии не ближе 1 м от трещины.

В отличие от скоб-стяжек, обеспечивающих локальное усиление поврежденного участка стены, разгрузочные балки служат для общего усиления здания. Обычно их устраивают из швеллеров № 22—27 и ставят на уровне верха фундамента или на уровне оконных перемычек первого или подвального этажа (см. рис. 8.6).

Двусторонние разгрузочные балки устанавливают при толщине стен более 64 см и анкеруют болтами диаметром 16—20 мм через 2—2,5 м. Односторонние разгрузочные балки ставят при малой толщине стен и анкеруют полосовым или круглым железом с тем же интервалом, что и двусторонние балки.

Скобы-стяжки и разгрузочные балки устанавливают на цементном растворе в штрабе глубиной не менее ширины полки. По окончании крепления анкеров штраба заполняется бетоном марки 100 с уплотнением. Все металлические детали скоб-стяжек и разгрузочных поясов должны быть покрыты антикоррозионными составами.

Для крупнопанельных зданий в связи с их конструктивными особенностями нужны иные решения по усилению. Для таких зданий предупредительные меры осуществляются введением горизонтального поэтажного армирования (рис. 8.7); усилением крепления плит перекрытий на панелях внутренних и наружных стен (рис. 8.8); устройством консольных опираний перекрытий (рис. 8.8, в); армированием вертикальных стыков и др.

Увеличение пространственной жесткости сооружения изменением конструктивной схемы позволяет перераспределить усилия в конструкциях, обеспечив более эффективную их работу. Для этого можно установить дополнительные конструкции в виде стоек, подкосов, порталов, ввести связи, диафрагмы, распорки и др. (рис. 8.9).

Указанные способы в первую очередь применимы для многоэтажных производственных зданий каркасного типа, являются достаточно эффективными и позволяют разгрузить конструкции, получившие повреждения Во всех случаях усиливающие элементы должны быть включены в совместную работу с существующими конструкциями Для этой цели усиливающие элементы обжимают домкратами, подклинивают, заделывают зазоры раствором на расширяющемся цементе и т.п.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Усиление балок и прогонов

Одним из наиболее простых способов усиления из­гибаемых стержневых конструкций является подведение под них жестких или упругих опор. Этот способ реко­мендуется, если дополнительные опоры не препятству­ют технологическому процессу.

Жесткие опоры могут располагаться на отдельны или существующих фундаментах. Последнему следует отдавать предпочтение, даже если это потребует усиле­ния фундаментов. Дело в том, что при дополнительных фундаментах трудно избежать осадок опор и, как следствие, их плохого включения в работу усиливаемой кон­струкции. В качестве контрмеры рекомендуется предва­рительное обжатие грунта под фундаментом усилием, равным расчетной нагрузке.

На рис. 3.17 и 3.18 приведены примеры усиления балок иригелей подведением жестких опор, которые могут выполняться как в металле, так и в железобето­не. Важным моментом при таком усилении является включение элементов усиления в работу усиливаемой конструкции. Это достигается путем установки клино­видных прокладок, подъемом усиливаемой конструкции с помощью горизонтально расположенных домкратов, натяжением металлической затяжки посредством на­тяжной муфты и другими способами.

Дополнительные упругие опоры под усиливаемые из­гибаемые элементы обычно выполняют в виде металлических балок или ферм, которые устанавливаются с не­которым зазором под конструкцией на общие с ней или отдельные опоры. В зазоре располагают металлические прокладки или распорные болты. Включение дополнительных опор в работу осуществляется различными способами: подтягиванием опорных концов балок (ферм) к усиливаемой конструкции, расклинкой косых прокла­док, распорными болтами и т. п.

Рис. 3.17. Усиление балки подведением жест­кой опоры:

1 — усиливаемая балка; 2 — дополнительный фунда­мент: 3 — колонна усиления; 4 болты

Рис. 3.18. Усиления ригеля жестким порта­лом:

1 — усиливаемый ригель; 2- жесткий портал; 3 — ме­таллический бандаж

В качестве упругих дополнительных опор могут быть также рекомендованы гибкие тяжи, подвешивае­мые к вышележащим конструкциям, если они не пре­пятствуют технологическому процессу. Натяжение тя­жей осуществляется с помощью гаек и натяжных муфт или электротермическим способом.

В исключительных случаях, когда конструкции нахо­дятся в критическом состоянии и возможно их разруше­ние (полное или частичное) без нагрузки, а также если существующие конструкции не позволяют обеспечить габариты помещений по требованиям новой технологии, рекомендуется произвести полную разгрузку или заме­ну конструкций. Необходимо отметить, что эта работа требует наиболее существенных материальных и трудовых затрат и должна быть соответствующим образом обоснована.

Разгружающие конструкции в виде отдельных балов, ферм, плит, а также комбинированных систем из желе­зобетона и металла применяются обычно для разгрузки небольших участков перекрытий, когда не требуется устройство дополнительных колонн и фундаментов.

При возможности разгружающие конструкции сле­дует устанавливать сверху разгружаемых (рис. 3.19, 3.20), обеспечивая между ними зазор для свободного прогиба элементов усиления. Если это невозможно по технологическим причинам, разгружающие конструкции подводят или подвешивают снизу. В этом случае пере­дача нагрузки осуществляется с помощью стоек, пропу­щенных через отверстия, в разгружаемом перекрытии (рис.3.21).

При частичном разгружении конструкции снимают с существующей только часть нагрузки. В этом случае элементы усиления могут иметь контакт с существующими конструкциями по всей длине или в отдельных точ­ках (рис. 3.22).

При применении разгружающих конструкций, не замоноличенных с усиливаемой, их расчет осуществляется как отдельных самостоятельных элементов или они рассматриваются как элементы, общей системы, усилия в которых определяются по правилам строительной ме­ханики.

При применении полного разгружения существую­щих конструкций между ними и новыми разгружающими конструкциями должен быть обеспечен зазор, который превышает максимальный прогиб для металлических конструкций усиления в 1,5 раза, для железобетон­ных — в 2 раза.

Рис. 3.19. Усиление балки и плиты перекры­тия металлическими

1 — разрушаемая балка; 2 — металлическая балка; 3 — ребра жесткости;

4 — тяжи; 5 — планка; 6 — спорные листы; 7 — опорные подушки

Рис.3.20. Разгружение монолитной железо­ бетонной плиты ребристой

1 — разгружаемая плита; 2 — конструкция усиления;

3 — элементы крепления; 4 — ригель; 5 – прокладки

В усиленной конструкции сначала определяют на­грузку, которая воспринимается существующей конст­рукцией, затем на дополнительную нагрузку подбирают сечение конструкции усиления. При этом пропорцио­нально жесткостям распределяется только та часть на­грузки, которая была приложена после усиления. Если разгружающая конструкция соприкасается с усиливае­мой не по всей длине, а в отдельных точках (например через прокладки), то распределение о жесткостям осуществляется при количестве точек опирания не менее 8 (в том числе и на опорах), арасстояние между опора­ми не превышает трех высот любой из двух конструкций. Полный момент в комплексной конструкции равен сум­ме двух моментов: M=M1+M2,где M1 и M2 — соответ­ственно моменты, воспринимаемые существующей кон­струкцией и конструкцией усиления. В частично разгру­жаемой железобетонной конструкции расчет по наклонному сечению на всю нагрузку производится только для элементов усиления.

Рис. 3.22. Частичная разгрузка металличес­кими балками снизу:

1 — усиливаемая балка; 2 — балки усиления: 3 — тя­жи; 4 — упорная пластина

До усиления конструкций жесткими дополнительны­ми опорами необходимо проверить общую деформацию от максимальных ожидаемых нагрузок в местах примы­кания к усиливаемой конструкции. Во избежание де­структивных изменений в существующей конструкции эта деформация не должна превышать максимальный прогиб усиливаемой конструкции без дополнительных опор более чем на 10%. При подведении жестких опор усиливаемую конструкцию следует максимально разгру­зить.

Расчетные усилия в изгибаемых элементах, усилен­ных жесткими опорами, определяются как сумма усилий, подсчитанных для двух стадий работы конструкций: до усиления (при этом принимается первоначальная рас­четная схема) и после усиления (расчетная схема при­нимается с учетом дополнительных жестких опор).

Расстояния между опорами следует назначать таки­ми, чтобы суммарная эпюра моментов ни в одном сече­нии не выходила за пределы эпюры материалов. В том случае, если над дополнительной опорой возникает от­рицательный момент, превышающий допустимый, и воз­можно образование нормальных трещин, балку следует рассматривать как разрезную с шарниром в месте опоры.

В связи с тем что наличие нормальных трещин мо­жет снизить несущую способность балки по наклонному сечению, необходимо предусмотреть достаточную пло­щадь ее опирания на дополнительной опоре.

При усилении изгибаемых элементов упругими до­полнительными опорами их расчет, как и при жестких опорах, осуществляется для двух стадий, а найденные из статических расчетов усилия суммируются. Расчет по второй стадии системы «балка — упругие опоры» ос­нован на равенстве прогибов усиливаемого элемента и упругой опоры и месте их соединения. В качестве рас­четной схемы принимается балка на упруго-податливых опорах, усилия в которой определяются по уравнениям пяти моментов при известных жесткостных характери­стиках опор. Эти характеристики можно найти, выпол­нив статический расчет всей конструкции, дополнитель­ной опоры и установив ее перемещение от единичной силы, приложенной в точке установки опоры. В случае установки нескольких дополнительных опор жесткостные характеристики определяются для каждой из них.

Усилия в дополнительных опорах вычисляют по вы­бранной расчетной схеме с учетом нагрузок, приклады­ваемых к конструкции, и реакций в местах установки упругих опор.

При устройстве дополнительных жестких и упругих железобетонных опор рекомендуется учитывать возмож­ное перераспределение усилий в усиливаемой конструк­ции в связи с деформациями ползучести, которые сни­жают жесткостные характеристики опор. Этот учет производится в соответствии с положениями СНиП 2.03.01-84 при учете воздействия длительных статических нагрузок.

Усиление сжатых зон изгибаемых (и внецентренно сжатых) элементов возможно осуществлять торкрет-бе­тоном толщиной до 30 мм, который наносится на очи­щенную и промытую бетонную поверхность старого бе­тона, обернутую сеткой с ячейкой 30. 60 мм из прово­локи диаметром 1. 2 мм, прикрепленной к конструкции дюбелями с помощью строительного пистолета. При тщательном соблюдении перечисленных рекомендаций обеспечивается надежное сцепление «нового» и «старого» бетона, в результате сечение конструкции и, как следствие, ее несущая способность увеличиваются. Бо­лее существенного повышения несущей способности эле­ментов возможно добиться увеличением площади сече­ния арматуры (наращивание сечения). Если по расчету требуется незначительное увеличение сечения арматуры (2. 4 стержня), осуществляют подварку новой армату­ры к существующим стержням боковых каркасов. Для этого скалывают защитный слой, оголяют арматуру и приваривают к ней прерывистым швом коротыши диа­метром 10. 40 мм, длиной 50. 200 мм с шагом 200. 1000 мм — для растянутых стержней и не более 20 диа­метров продольной арматуры, но не более 500 мм — для сжатой (рис. 23). К коротышам приваривают до­полнительную продольную арматуру, которую допуска­ется применять тех же классов. При арматуре класса Ат-V и выше из высокопрочной проволоки и канатов, а также при сильной коррозии арматуры применение сварки не допускается и усиление конструкций методом наращивания не рекомендуется.

После установки дополнительной арматуры произво­дится ее торкретирование или заделка цементной штука­туркой, при этом размер сечения элемента увеличивает­ся на 20. 80 мм. При большей толщине наращивания применяют вертикальные и наклонные соединительные элементы.

Для увеличения сцепления старого и нового бетона на поверхности усиливаемого элемента перед наращи­ванием выполняют насечку, которую тщательно очища­ют от пыли и грязи водой под давлением. Минималь­ный диаметр арматуры при наращивании — 10 мм. При необходимости более мощного усиления устраивают на­ружные уголковые полуобоймы.

Для совместной работы с железобетонной конструк­цией металлоконструкции усиления должны быть обя­зательно приварены к существующей арматуре. С этой целью угловые стержни арматурного каркаса оголяют­ся на ограниченных участках длиной 6. 12 см с шагом 60…12 см (рис. 3.23,б).

К арматуре приваривают короткие арматурные стержни, диаметр которых принимают таким, чтобы они были заподлицо с наружными гранями сечения. Затем к коротким прокладкам прива­ривают планки обойм, плотно прилегающие к телу бето­на. Обоймы из уголков приваривают непосредственно к соединительным планкам обойм.

Прокладки-коротыши могут быть заменены диаго­нальными ребрами из листовой стали (рис. 3.23, в). Зазоры между ветвями обоймы и телом бетона запол­няют цементным раствором состава 1:2 или 1:3 на расширяющемся или безусадочном цементе, затем эле­менты усиления покрывают перхлорвиниловой эмалью по грунту под цвет конструкции.

Читать еще:  ГОСТ 21509-76. Лотки железобетонные оросительных систем

Так как свариваемые стали (арматура и профиль­ный металл) имеют разные марки, сварку производят электродами Э42А-Ф или 350А-Ф.

Усиления добавлением арматуры, а также в виде обойм и полуобойм можно рекомендовать также при об­наружении ошибок в армирования, допущенных при изготовлении конструкций, или занижении проектного класса бетона.

Распространенным способом усиления изгибаемых железобетонных элементов является устройство «руба­шек» — незамкнутых с одной стороны обетонок. Этот способ рекомендуется при усилении балок ребристых перекрытий и т.п. (рис. 3.24).

Рис. 3. 23. Усиление балок полуобоймами:

а — добавление стержневой арматуры: б — усиление наружной обоймы, приваренной к существующей арматуре; в — деталь приварки уголка с помощью диагональная ребер на листовой стали; 1- сварные швы: 2 — до­бавочная арматура усиления; 3 — усиливаемый элемент; 4 — сколотый бетон защитного слоя угловых стержней с последующим его восстановлением; 5 — защитное покрытие из ттерялорвинилового лакокрасочного материала; 6- по­перечные стержни крайних сварных каркасов; 7 — стержни — прокладки-коротиши: 8 угловые стержни крайних сварные каркасов; 9 – соединительные планки обоймы: 10 боковые листовые прокладки; 11 уголки обоймы; 12- пространство, заполненное цементным раствором; 13 листовая диагональная прокладка

Рис. 3.24. Усиление балки «рубашкой»:

1 — усиливаемая балка; 2 рабочая арматура; 3 хо­муты; 4 стяжка; 5 насечка; 6 монтажная армату­ра «рубашки»; 7 — «рубашка»

Усиление металлических балок и прогонов производственных зданий

Металлические балки и прогоны обычно применяются в многоэтажных производственных зданиях и в различных этажерках химической промышленности (рис.3.9).

Рис.3.9. Типы сечений металлических балок перекрытий пролетом до 12 м (а)

1- усиленная балка в сечении с максимальным изгибающим моментом; 2- усиленная балка железобетонной плитой перекрытия

Усиление металлических балок и прогонов может быть местным и общим. Местное усиление осуществляется с помощью металлических накладок, ребер, обетонирования и т.д., а общее – путем установки шпренгелей, затяжек или жесткого опорного закрепления.

Наиболее простым способом усиления металлических балок и прогонов является увеличение их сечения на участках наибольших напряжений с помощью приварки или крепления на высокопрочных болтах специальных усиливаемых элементов из прокатных профилей (уголков, труб, швеллеров и двутавров), варианты которых приведены на рис.3.10.

Наиболее рациональны схемы двустороннего усиления балок, не приводящие к значительному смещению центра тяжести сечения (рис.3.10, а).

В случаях, когда усиление верхнего пояса по схеме (рис.3.10, а ) связано с необходимостью частичного или полного демонтажа настила, возможно выполнить усиление по типу схем (рис.3.10, б-г). Недостатком схем (рис.3.10, б-г) является большой объем сварочных работ, связанных с наложением потолочных швов, и значительное ослабление сечений при сварке под нагрузкой. Кроме того, эти схемы связаны с трудоемкими операциями по обрезке и надставке ребер жесткости (рис.3.10, в, г; детали Б и В).

Рис.3.10. Варианты усиления изгибаемых элементов путем увеличения сечения

а-г — схемы двустороннего усиления; д-ж — то же, одностороннего усиления; 1- существующее ребро жесткости; 2- линия обреза ребра; 3- надставка ребра

К несимметричному одностороннему усилению по схеме (рис.3.6, д) прибегают в тех случаях, когда двустороннее усиление экономически и технически нецелесообразно. Несимметричное одностороннее усиление обычно осуществляют с помощью швеллеров, тавров и двутавров по типу схем (рис.3.10, е-ж). Недостатком такого усиления является сложность прикрепления элементов усиления с помощью потолочных швов или высокопрочных болтов. Кроме того, такой способ усиления связан с необходимостью предварительного выгиба прокатных элементов усиления в соответствии с формой изгиба усиливаемых балок, а поэтому при усилении под нагрузкой требует применения мощных домкратов или иных натяжных устройств.

Для повышения местной устойчивости и недостаточной несущей способности участков стенок балок устанавливают на этих участках короткие поперечные, продольные или наклонные ребра жесткости, ограничивая их продольными ребрами (рис.3.11).

Рис.3.11. Схемы местного усиления стенок двутавровых балок

1-дополнительные накладки; 2-5 дополнительные поперечные, продольные и наклонные ребра

Дополнительные ребра к стенке балки можно прикреплять с помощью высокопрочных болтов, прерывистых или сплошных сварных швов. Сварные соединения более технологичны, но приводят к ослаблению сечения усиливаемого элемента в процессе сварки.

Достаточно простым и эффективным способом усиления металлических балок является преобразование разрезных балок в неразрезные многопролетные (рис.3.13).

Он выполняется без увеличения строительной высоты, но требует свободного доступа к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) внутренней и наружной стороны полок металлическими пластинами (рис.3.13, а). Металлические накладки должны заходить на каждый элемент не менее чем на 100 мм от стыка. При этом способе в балках и прогонах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций (рис.3.13, б ).

Рис.3.13. Схема усиления металлических балок путем замены шарнирной заделки на жесткую

а)- схема усиления; б)- изгибающие моменты; 1- элемент усиления

Более эффективным способом повышения несущей способности металлических балок (прогонов) является изменение их конструктивной схемы за счет установки в пролете балки дополнительной опоры (рис.3.14, а) или дополнительных усиливающих элементов в виде подкосов (рис.3.14, б).

Рис.3.14. Усиление балок установкой дополнительных опор (а) или подкосов (б):

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- элемент усиления; 5- подкос

В этих случаях уменьшается величина пролета балок с превращением их в многократно статически неопределимые системы и значительно увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис. 3.14, а) связано с постановкой в пролете балки дополнительной опоры, но применять такой способ не всегда допустимо по технологическим причинам. Установка подкосов более целесообразно, так как не загораживает центр пролета и не нуждается в устройстве дополнительного фундамента (рис. 3.14, б).

Наряду с дополнительными опорами и длинными подкосами для усиления металлических балок применяют подвески, короткие подкосы, и кронштейны, за счет установки которых также уменьшается величина пролета балок (рис. 3.15).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряжение, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.3.15, б) или оттяжки консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей постановкой прокладок (рис.3.15 в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать величину предварительного напряжения в кронштейнах.

Рис. 3.15. Усиление металлических балок постановкой подкосов(а, б, г), подвесок (в) и кронштейнов (д)

1- подкосы; 2- существующие колонны; 3- подвески; 4- стяжные устройства; 5- кронштейны

В усиливаемых балках для получения желаемого распределения моментов и поперечных сил рекомендуется регулировать усилия за счет выбора мест установки дополнительных опор или поперечных балок, как это показано на рис.3.16. Увеличение количества дополнительных опор в значительной мере снижает величину изгибающего момента в пролетах с возникновением его на опорах.

Рис.3.12. Расчетные схемы и схемы усиления балок при введении дополнительных опор (а) и поперечных балок (б)

1-усиливаемые конструкции; 2- существующие опоры; 3- дополнительные опоры

Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых элементов или превращения их в шпренгельные системы (рис.3.13).

Рис.3.13. Усиление металлических балок установкой дополнительных усиливаемых элементов (а, б, в, г) или превращением их в шпренгельные системы (д, е, ж)

1– усиливаемый элемент; 2 — 3 – шпренгель

Эти приемы рекомендуется применять при недостаточной жесткости конструкций и отсутствия ограничений в габаритах цеха. Усиление возможно выполнять как без нагрузки, так и под нагрузкой, с предварительным напряжением шпренгельной системы и без него. В качестве дополнительных элементов используют, как правило, прокатные профили, которые прикрепляют к стенке (рис.3.13, а), полке (рис.3.13, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.3.13, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные системы устраивают треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.3.13, е,ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.3.13, е -ж.

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обычно устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали, которые устанавливают попарно на 5-10 см ниже или выше полок балок или прогонов, приваривая одни концы к полкам, а другие – к стяжным болтам (рис.3.14).

Рис.3.14. Усиление металлического прогона предварительным напряжением

1 – металлический прогон; 2 –металлический упор; 3 – затяжка из круглой стали; 4 – болт с гайкой для предварительного натяжения затяжки; 5 – бетонная заделка; 6 – упор из круглой стали

Это конструктивно удобный и эффективный метод усиления, который может осуществляться под нагрузкой и без нагрузки. Предварительное напряжение в затяжках обеспечивают с помощью натяжных болтов и тарированных гайковертов, которые создают заданное усилие.

Зазор между полками балок или прогонов и затяжкой образуется за счет металлических упоров из уголков или круглой стали, привариваемых к нижним или верхним полкам усиливаемых конструкций на расстоянии 1 м от опор.

Эффективным способом усиления сплошных балок является распорное устройство, выполненное в виде сектора с гнездами, образующими с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок (рис.3.15).

В результате в нижних поясах балок возникают продольные усилия S, выгибающие балку вверх и уменьшающие величину изгибающего момента. Распорные устройства обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек.

Рис.3.15. Схема распорного устройства

1- усиливаемая балка; 2- шарнир; 3- упоры; 4- сектор; 5- трос; 6- груз

Для компенсации продольных усилий нижних поясов балок необходимо в крайних пролетах установить новые связи (рис.3.16).

Рис.3.16. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 7- новые связи

Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения поддерживающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый профиль (рис.3.17). В местах передачи нагрузки от большепролетных балок на арочные системы должны устанавливаться дополнительные элементы усиления стенок в виде вертикальных ребер жесткости, которые крепятся с двух сторон стенки и не доводятся до верхнего пояса балок.

Арочные системы опираются и передают нагрузку на фундаменты смежных колонн, поэтому такой способ может потребовать усиления фундаментов из-за возникающих распорных усилий.

Рис.3.17. Усиление большепролетных балок введением арочных систем с ломанным (а) и полукруглым профилем (б)

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- поддерживающая арочная система

Эффективным методом усиления металлических балок больших пролетов является устройство над усиливаемой конструкцией тросовых систем (рис.3.18). Этот метод применяется при возможности свободного размещения тросовой системы над усиливаемой конструкцией. Основные сложности при устройстве тросовых систем связаны с восприятием и передачей распорных усилий, возникающих в системах. С этой целью целесообразно закреплять окончания тросов вне здания.

Рис.3.18. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.3.19, а) или устройства междубалочного заполнения монолитным бетоном (рис.3.19, б). Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры железобетонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную конструкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок. .

Рис.3.19. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б)

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных балок.

Усиление металлических конструкций

Классификация методов усиления конструкций. Усиление металлических конструкций может осуществляться следующими методами (рис. 7.8): введением дополнительных ненапрягаемых элементов; введением предварительно напрягаемых гибких н жестких элементов; подведением дополнительных разгружающих элементов (конструкций); усилением стыковых соединений конструкций и их элементов; исключением элементов из конструкций.

Для повышения несущей способности отдельных элементов и их соединений используют такие методы усиления: постановку дополнительных деталей, включаемых в совместную работу с усиливаемыми элементами; усиление сварных, заклепочных и болтовых соединений элементов.

Технология усиления металлических конструкций. Ниже рассмотрены наиболее характерные примеры усиления стальных конструкций различными методами.

Усиление колонн промышленных зданий дополнительными ненапрягаемыми элементами. Работа по усилению колонн дополнительными ненапрягаемыми элементами (рис. 7.9), повышающими несущую способность усиливаемых конструкций, выполняется в следующей технологической последовательности.

Сначала колонну освобождают от коммуникаций, элементы усиления размещают в зоне работ, отключают троллеи мостового крана в рабочей зоне, устанавливают приставную лестницу с площадкой или обстраивают колонну подмостями, в узлах, расположенных выше конструкций, закрепляют монтажные блоки и устанавливают электролебедки, а также подготавливают поверхности ветвей колонны. Затем частично снимают действующую на колонну нагрузку (ограничивают зону работы мостового крана, освобождают конструкции покрытия от временных нагрузок — пыли, снега) и приваривают к усиливаемой колонне фиксаторы, служащие для выверки и временного закрепления элементов усиления, с шагом 600—1000 мм в соответствии с шагом отверстий под них на усиливающих элементах.

После этого устанавливают элементы усиления в проектное положение, закрепляя их струбцинами или совмещая отверстия с фиксаторами, и временно закрепляют их с помощью клиньев, после чего можно выполнять расстроповку элементов усиления. Работа заканчивается закреплением усиливающих деталей путем сварки (сначала проектные сварные швы в концах элементов, а затем по всей длине элементов), покрытием антикоррозийным составом неокрашенных частей усиленной колонны и усливающих элементов и, наконец, снятием блоков, разборкой подмостей и удалением электролебедки.

Усиление ферм дополнительными ненапрягаемыми элементами.

Несущую способность элементов верхнего пояса фермы можно увеличить постановкой шпренгельных элементов (рис. 7.10). Работы выполняют в следующей последовательности: подготавливают поверхность усиливаемых элементов фермы в местах примыкания шпренгельных конструкций, снижают нагрузки на ферму путем освобождения покрытия от временных нагрузок (пыли, снега); устанавливают по разметке узловые фа-сонки и фиксируют их проектное положение вначале прихватками, а затем приваривают проектными швами; поднимают и устанавливают шпренгели в проектное положение и временно закрепляют их на болтах грубой точности; в узлах крепления шпренгельных элементов накладывают сварные швы в соответствии с проектом; покрывают антикоррозийными составами неокрашенные части усиленных конструкций и шпренгельные элементы.

Все операции по усилению фермы необходимо производить с помощью лестницы с люлькой, которая перемещается вдоль фермы по направляющему канату (рис. 7.10, а). При этом концы канатов крепят к вертикальным связям и фиксируют сжимами (не менее трех на один конец). Для подъема рабочих на усиливаемую ферму используют приставные лестницы, а для перехода по ферме на высоте 1— 1,2 м от нижнего пояса натягивают страховочный трос.

Подъем элементов усиления выполняют с помощью монтажного блока, навешиваемого на прогон горизонтальных связей по верхним поясам и лебедки (рис. 7,10, а). После окончания работ по усилению в одной или двух соседних панелях монтажный блок переносится в следующий узел, а лестница с люлькой перемещается к новому месту, где они крепятся к верхнему и нижнему поясам. Иногда усиление и ремонт стропильных ферм производят с использованием высоких площадок-опор.

При наличии в цехе мостовых кранов работы производятся в такой последовательности: на мостовом кране устанавливают настил и на нем раскладывают элементы подмостей; мостовой кран устанавливается под усиливаемой фермой; отключаются троллеи мостового крана в пределах опасной зоны; с помощью блоков и электролебедки на мостовом кране устанавливаются подмости (рис. 7.10, б) с закреплением их в соответствии с ППР и обеспечением их жесткости и устойчивости; проводятся работы по усилению ферм постановкой шпренгельных элементов (аналогично описанному выше); снимают подмости с мостового крана, отводные блоки и лебедки.

Усиление пролетных конструкций предварительно напряженными гибкими затяжк а м и. Работы могут выполняться без снижения нагрузки, но с обязательным исключением динамических воздействий в период выполнения сварочных работ.

Усиление подкрановых балок (рис. 7.11) выполняют так: сначала отключают троллеи с обеих сторон подкрановых балок в пределах зоны работ; подготавливают поверхности нижнего пояса балки в местах опирания затяжки и просверливают отверстия в нижнем поясе для крепления опорных частей затяжки и фиксаторов. Затем устанавливают на болтах грубой точности опорные узлы затяжки (опорную плиту, ребра жесткости и упорную планку с прорезью), приваривают опорные плиты к нижнему поясу балки и устанавливают затяжку с помощью лебедок и монтажных блоков. После этого закрепляют фиксатор к нижнему поясу балки на болтах грубой точности, приваривают, а концы затяжки закрепляют приваркой шайбы к упорным планкам. Заканчивается работа выполнением напряжения затяжки оттарированными динамометрическими ключами. При этом сначала создается напряжение конструкции усилием до 50 % проектного значения и после 10-минутной выдержки с осмотром конструкции усилие напряжения доводится до 100 % проектного.

Читать еще:  Как залезть на дерево: разные методы для сложной работы

Примерно в аналогичной технологической последовательности проводятся работы по усилению несущих ферм с использованием затяжки и стоек шпренгеля, а также по усилению несущих балок жесткими напрягаемыми элементами.

Усиление и замена конструкций подведением временных и постоянных опор. Напряженное состояние стержневых систем ферм регулируют приложением внешнего расчетного усилия в заданном узле с помощью инвентарной разгружающей опоры в такой технологической последовательности (рис. 7.12): сначала выполняют усиление узла, в котором будет производиться поддомкрачивание (если это требуется по результатам расчета); устанавливают инвентарную опору под пролетным строением (непосредственно под требуемым узлом) и на опору навешивают лестницы с площадками. Затем с помощью домкратов выбирают зазор между траверсой инвентарной опоры и узлом фермы, к которому требуется приложить внешнюю силу, и к траверсе инвентарной опоры закрепляется на болтах нижняя связевая распорка галерей.

Далее поддомкрачивают узел фермы на расчетное усилие и тем самым на элементе фермы, требующем усиления или замены, создают нулевое усилие. При этом элементы фермы разгружают в два этапа (50 и 100 % расчетного значения). После полного выключения элемента из работы выполняют его усиление (прикрепляют дополнительные элементы) или полностью его заменяют.

При включении в работу элементов сначала снижают давление в домкратах до величины, от которой начиналось поддомкрачивание узла, а затем снимают болты, крепящие связевую распорку к траверсе, и доводят давление в домкратах до нулевого значения. При этом зазор между конструкцией фермы и траверсой инвентарной опоры должен быть не менее 50 мм. После этого демонтируют инвентарную опору.

Методы усиления металлических конструкций уменьшением расчетной длины сжатых элементов

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 22.05.2020 2020-05-22

Статья просмотрена: 103 раза

Библиографическое описание:

Колесников, В. Д. Методы усиления металлических конструкций уменьшением расчетной длины сжатых элементов / В. Д. Колесников. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 21 (311). — С. 503-510. — URL: https://moluch.ru/archive/311/70417/ (дата обращения: 01.11.2020).

В статье автор делает попытку структурировать способы усиления сжатых элементов металлических конструкций методом уменьшения расчётных длин.

Ключевые слова: усиление, расчётная длина, колонна, ферма.

Усиление — совокупность мероприятий, выполняемых с целью снижения уровня действующих напряжений в усиливаемых конструкциях.

Оно бывает:

− временным, применяемое во время монтажа и для конструкций, которые должны эксплуатироваться до их капитального усиления;

− аварийным (неотложным), применяемое в экстренных случаях;

− постоянным (капитальным), применяемое при усилении конструкций под нагрузкой;

− и перспективным, применяемым для конструкций, нагрузку на которые по истечению какого-то промежутка времени можно увеличить.

Усиление может выполняться:

− снижением действующих нагрузок (косвенное усиление или изменение условий эксплуатации);

− снижением действующих усилий (изменение конструктивной или расчётной схемы конструкции);

− повышением несущей способности существующих конструкций или их элементов:

  • увеличение площади сечения;
  • местное усиление;
  • усиление соединений.

В современной практике строительства усиление стержневых элементов конструкций производится в основном тремя методами:

− увеличением поперечного сечения

− уменьшением расчётной длины стержней.

Усиление уменьшением расчётной длины сжатых элементов является одним из самых распространённых способов усиления металлических конструкций, увеличивающим их устойчивость и повышающим несущую способность сжатых стержней на 10–30 % [2, п. 6.5].

Этот метод усиления применяется:

− при усилении сжатых элементов решётчатых ригелей и сжатых стоек;

− когда непосредственное усиление усиливаемой конструкции не представляется возможным;

− если он экономически и конструктивно целесообразен в сравнении с другими методами усиления.

Присоединение деталей усиления к усиливаемой конструкции выполняется с помощью:

− на болтах класса точности А, В или высокопрочных.

Технология работ при усилении конструкций под нагрузкой должна обеспечивать минимально-возможное ослабление сечений усиливаемых элементов, которое может быть вызвано нагревом при сварке или рассверловкой дополнительных отверстий.

Если у усиливаемых конструкций отсутствуют данные о свариваемости стали, то для соединения элементов усиления сварку можно применять только после проведения оценки свариваемости. Кроме того, необходимо обратить внимание на правильный порядок сварки во избежание больших усадочных напряжений и разрыва усиливаемых или рядом расположенных элементов.

При присоединении элементов усиления на болтах необходимо вести работы с минимально-возможным ослаблением усиливаемого элемента. Поэтому каждое последующее отверстие необходимо сверлить только после установки болта в предыдущее.

Марку стали элементов усиления следует назначать с учётом качества стали усиливаемой конструкции. Применяемая для элементов усиления сталь не должна уступать по качеству металлу усиливаемых конструкций (по механическим свойствам, вязкости и свариваемости).

Уменьшение расчётной длины может быть необходимо:

− в плоскости усиливаемого конструктивного элемента;

При усилении конструкций методом уменьшения расчётных длин следует учитывать:

− действующие напряжения в элементах конструкции от существующей нагрузки (включение в работу усиливающих элементов возможно только после увеличения на усиливаемый элемент);

− восприятие усиливающими элементами в статически-определимых системах части действующей нагрузки;

− изменение расчётной схемы с внутренне статически-определимой на внутренне статически-неопределимую: в статически-неопределимых системах усилия распределяются в соответствии с жёсткостями элементов конструкции, вследствие чего при увеличении нагрузки в результате перераспределения усилий растянутые раскосы могут стать сжатыми.

Усиление стропильных ферм покрытия может потребоваться:

− при увеличении нагрузок от покрытия;

− при возрастании снеговой нагрузки;

− в связи с креплением к фермам нового технологического оборудования;

− в результате ослабления сечений элементов;

− в следствии механических или коррозионных повреждений в процессе эксплуатации.

Существует несколько основных приёмов уменьшения расчётной длины сжатых элементов в плоскости ферм.

1) Введение дополнительных элементов в конструкцию решётки фермы: раскосов и подвесок.

Рис. 1. Усиление сжатых поясов и раскосов: 1 — дополнительные раскосы, 2 — подвески, 3 — усиливаемая ферма

Данный приём позволяет усилить сжатые верхние пояса и раскосы ферм за счёт:

− снижения изгибающих моментов в поясах при их работе на местный изгиб;

− уменьшения расчетные длины сжатых элементов (поясов, раскосов) повышая тем самым их несущую способность.

2) Монтаж дополнительных раскосов

Рис. 2. Усиление сжатых раскосов: 1 — дополнительные раскосы, 2 — усиливаемая ферма

Установка дополнительных раскосов снижает расчётную длину сжатых раскосов, увеличивая тем самым их несущую способность.

3) Устройство дополнительных стоек

Рис. 3. Усиление сжатых верхних поясов: 1 — дополнительные раскосы, 2 — внеузловая нагрузка, 3 — усиливаемая ферма

Постановка дополнительных стоек позволяет усилить верхние сжатые пояса фермы за счёт:

− снижения изгибающих моментов, возникающих от действия внеузловой нагрузки;

− уменьшения расчетных длины сжатых поясов и следовательно повышения несущей способности

4) Установка дополнительных решёток: второй (а) или перекрёстных (б, в).

Рис. 4. а) ферма с дополнительной решёткой; б, в) фермы с перекрёстной решёткой; 1– вторая решётка, 2 — перекрёстная решётка, 3 — усиливаемая ферма

Данный способ используется при значительном количестве повреждений применение которого увеличит несущую способность сжатых раскосов за счёт уменьшения их расчётных длин, но так-же позволит:

− разгрузить элементы существующей решетки;

− повысить жесткость всей конструкции.

Однако, при данном усилении расчётная схема превращается из внутренне статически определимой системы во внутренне статически неопределимую систему, что следует учитывать на этапе проектирования вследствие особенности работы такого рода систем: вследствие увеличения нагрузки в результате перераспределения усилий растянутые раскосы становятся сжатыми.

Чтобы уменьшить расчётную длину из плоскости фермы:

1) в плоскости горизонтальных связей устанавливаются дополнительные распорки, ограничивающие расчётную длину верхних сжатых поясов (рис. 5);

Рис. 5. Схема связей по верхним поясам: 1 — стропильные фермы, 2 — связи по верхнем поясам, 3 — дополнительные распорки

Такой вид усиления применяется при недостаточной несущей способности на сжатие или погнутости верхних поясов из плоскости фермы.

2) производится устройство предварительно-напряжённых шпренгельных систем, уменьшающих расчётную длину сжатых стоек (рис. 6).

Рис. 6 — Усиление сжатых стоек фермы: 1 — нижний пояс фермы, 2 — сжатый пояс фермы; 3 — усиливаемая стойка, 4 — предварительно-напряжённая шпренгельная система

Усиление предварительно-напряжёнными шпренгелями имеет ряд преимуществ:

− возможность производить работы по усилению под полной эксплуатационной нагрузкой;

− снятие опасных напряжений в элементах конструкции (после включения в работу);

− уменьшение деформаций конструкций под полной эксплуатационной нагрузкой;

− уменьшение объёма сварочных работ по сравнению с усилением ненапряжёнными элементами;

− исключаются простои производства в действующих цехах или сооружениях во время работ.

Недостатком усиления шпренгелями является передача на усиливаемый сжатый элемент дополнительных сжимающих напряжений от гибких предварительно-напряжённых элементов шпренгеля.

Основная цель усиления колонн — увеличение несущей способности на сжатие или снятие в них сжимающих напряжений.

Усиление колонн методом уменьшения расчётной длины в общем случае может быть достигнуто:

− постановкой дополнительных связей (распорок, решёток или шпренгелей);

Для ограничения расчётной длины колонн в плоскости осуществляется:

1) устройство подкосов

Рис. 7. Усиление колонн подкосами: 1 — усиливаемая колонна, 2 — подкос

2) усиление решётки с помощью введения дополнительных распорок

Рис. 8. Усиление решётки колонны: 1 — усиливаемые пояса колонны, 2 — новое оборудование, 3 — распорка

На рисунке 8 приведена вышка, которую следовало приспособить к установке нового оборудования 2. Коррозионные повреждения поясов вышки 1 привели к тому, что поперечные сечения образующих их уголковых профилей стали недостаточными для новых условий эксплуатации, В конструкцию были введены дополнительные горизонтальные стержни 3, позволившие уменьшить расчетные длины панелей поясов и в результате повысить нагрузку на сооружение без изменения сечений поясов. В рассмотренном случае введение дополнительных стержней в решетку не вызвало превращения расчётной схемы во внутренне статически неопределимую систему [5].

Для уменьшения расчётной длины сжатых колонн в плоскости производится:

1) постановка дополнительных связей — распорок

Рис. 9. Усиление колонн с помощью введения в систему продольных связей по колоннам дополнительных распорок: 1 — усиливаемая колонна, 2 — продольные связи по колоннам, 3 — дополнительная распорка

2) устройство предварительно-напряжённых шпренгелей

Рис. 10. Усиление стоек: а) в плоскости, б) в пространстве 1 — усиливаемая стойка, 2 — шпренгельная система

Однако, необходимо учитывать, что включение в работу усиливающих элементов возможно только после увеличения нагрузки на элементы, подверженные усилению.

Усиление под нагрузкой (без частичной разгрузки) возможно, если напряжение в элементе или соединении не превосходит 0,8·R (для сжатых стержней напряжения вычисляют с помощью коэффициента ). В большинстве случаев оказывается возможным выполнить усиление, не разгружая конструкции от постоянной нагрузки, так как доля кратковременных нагрузок обычно больше 20 %.

Однако, если произвести усиление под полной нагрузкой невозможно, производится разгрузка усиливаемых конструкций. К простым способами разгружения эксплуатируемых конструкций относится [6]:

1) снятие временных нагрузок (очистка от снега, пыли, полезных нагрузок от оборудования и материалов);

2) установка временных стоек для ферм и колонн.

Рис. 11. Примеры способов разгрузки во время усиления: а) ферм, б) колонн: 1 — разгружаемая ферма, 2 — временные стойки, 3 — оттяжка, 4 –разгружаемая колонна

Простейший способ разгружения стропильных ферм это установка временных стоек, расположенных внутри здания и опирающихся на временные фундаменты. Верх стоек снабжается домкратами или приспособлениями, позволяющими приподнять нижние узлы фермы и тем самым частично разгрузить ферму.

Разгрузка колонн возможна с помощью стоек, установленных вне здания. Оттяжка позволяет приподнять верхние узлы фермы и передать часть нагрузки на временную стойку частично разгрузив колонну.

  1. СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23–81*. — Введ. 28.08.2017. — М.: Минстрой России, 2017. — 148 с.
  2. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23–81*) / ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. — М.: ОАО «ЦПП», 2008.
  3. Бельский М. Р., Лебедев А. И. Усиление стальных конструкций. Киев: Будiвельник, 1981. 120 с.
  4. Ребров И. С. Усиление стержневых металлических конструкций. Проектирование и расчет. Л.: Стройиздат, 1988. 288 с.
  5. Плевков, В. С. Оценка технического состояния, восстановление и усиление строительных конструкций инженерных сооружений: учебное пособие / В. С. Плевков, А. И. Мальганов, И. В. Балдин; под ред. В. С. Плевкова. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ), 2014. — 326 с.
  6. Металлические конструкции. Общий курс: учебник для вузов/ Е. И. Беленя, В. А. Балдин, Г. С. Ведеников и др.; Под общ. Ред. Е. И. Беленя — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1986. — 560 с.

Усиление металлических балок

Балочные опоры — это горизонтальные металлические элементы, которые рассчитаны на изгиб. Они подвергаются усиленным несущим нагрузкам, подвержены коррозии и эксплуатируются в сложных условиях, поэтому их состоянию следует уделять повышенное внимание. Необходимость усиления металлических балок перекрытия обусловлена недостаточной жесткостью сжатого элемента в плоскости, перпендикулярной действующим усилиям. В результате этого происходят не предусмотренные расчетами деформационные изменения, увеличиваются краевые напряжения и развиваются процессы деформации, что приводит к разрушению конструкции.

Усиление стальных балок выполняется как при капитальном ремонте, так и во время реконструкции сооружения, а также в процессе его перепланировки. Эту операцию проводят и с целью предотвращения аварийных ситуаций в случае обнаружения повышенного износа элементов или их чрезмерной деформации. При усилении металлических балок необходимо составить тщательный проект, который разрабатывается на основании материалов натурных обследований, включающих дефектные ведомости со схемами повреждений и предварительные оценки состояния несущих элементов здания.

Стоимость усиления металлических балок

МИНИМАЛЬНЫЙ ОБЪЁМ РАБОТ

СТОИМОСТЬ РАБОТ, ВКЛ. МАТЕРИАЛЫ

1 тонна металла

от 80 000 рублей

Усиление арматурными канатами

1 тонна канатов

от 110 000 рублей

Усиление стержневой арматурой

1 тонна арматуры

от 90 000 рублей

Технологические требования, предъявляемые к работам по усилению стальных балок

Мероприятия, связанные с усилением металлических балок, следует проводить при отсутствии временных нагрузок и при температуре окружающей среды не ниже −15 °С для обычной стали и не ниже −5 °С для сплавов кипящей плавки. Если швы необходимо усилить наплавкой, показатели напряжения в материале не должны превышать 0,8 расчетного сопротивления металла, а с поверхности необходимо обязательно удалить все дефекты.

Усиление металлических балок рекомендуется осуществлять с применением следующих методик предварительного напряжения:

  • установки преднапряженных тяжей, затяжек и оттяжек;
  • монтажа регулируемых распорок;
  • устройства шпренгелей;
  • регулировки опор путем их смещения;
  • электротермическим способом;
  • посредством предварительного выгиба и последующей сварки балочных профилей.

Для армируемых элементов следует использовать сталь того же класса, что и у материала восстанавливаемой конструкции. Электроды подбираются аналогичным образом. В некоторых случаях при усилении металлических балок перекрытия целесообразно использовать болтовые соединения.

Все указанные технологические нюансы полностью учитывают инженеры компании «СТЭФС». Мы осуществляем профессиональное усиление металлических балок перекрытия в строгом соответствии со строительными нормами и требованиями в отрасли. Это позволяет гарантировать высокое качество результатов и повышать экономическую эффективность работ.

Способы усиления стальных балок

Усиление металлических балок перекрытия может осуществляться местным (установкой ребер жесткости и накладок) и общим (с использованием шпренгелей, изменением опорного сопряжения) способом. Повышение несущих характеристик изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении. При этом необходимо обеспечить надежную совместную работу нового сечения с балкой, а саму конструкцию следует защитить от коррозии и образования «мостиков холода».

Существует несколько способов усиления стальных балок:

  • установка дополнительных опор;
  • увеличение сечения с применением накладок и шпренгельных систем;
  • изменение опорных сопряжений переводом разрезных балок в неразрезные;
  • регулировка напряжений при помощи натяжных и распорных устройств.

Последние два метода усиления стальных балок считаются весьма эффективными и перспективными, поэтому всё чаще используются в инженерной практике.

Преимущества заказа усиления стальных балок у нас

Компания «СТЭФС» оказывает полный спектр услуг по усилению стальных балок. Используемые технологические решения дают возможность повысить технические характеристики сооружения при одновременном снижении временных и финансовых расходов. Сертифицированные инженеры точно рассчитают нагрузки и составят тщательный проект усиления металлических балок перекрытия в соответствии с запросами заказчика. На все работы предоставляется расширенная гарантия.

Чтобы заказать усиление стальных балок или вызвать специалиста на объект, позвоните по номеру +7 (499) 391-19-35.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector