Методы усиления металлических колонн

Обновлено: 18.05.2024

Колонны – это вертикальные строительные конструкции зданий и сооружений, которые применяются для создания каркасной конструктивной схемы. Колонны, как правило, устанавливаются на собственные отдельные фундаменты в жестком или шарнирном узле. Расчитываются колонны как стойки отдельностоящие или в составе рамы в продольном и поперечном направлениях. Основными усилиями, действующими в колоннах, являются сжимающие силы, а также изгибающие моменты от ветровых воздействий и вертикальных сил, приложенных с эксцентриситетом.

При проведении обследования технического состояния могут быть выявлены дефекты, повреждения и деформации колонн в составе здания или сооружения, такие как:

Отклонения от вертикали;
Выгибы, погнутости стальных колонн;
Выгибы рабочих арматурных стержней от перегрузки;
Коррозия арматуры вследствии отсутствия, нарушения или карбонизации защитного бетона;

Перечисленные факторы могут быть оставлены без изменения или восстановлены путем ремонта. Так или иначе, данное решение может быть принято только по результатам расчетной оценки несущей способности колонны с учетом выявленных дефектов и повреждений, а также с учетом фактических геометрических и прочностных параметров. При выявлении недостаточной прочности поперечного сечения колонн для воспринятия ими расчетного сочетания эксплуатационных нагрузок или определении сверхнормативной гибкости принимается решение об усилении строительных конструкций.

Способы усиления колонн.

Что такое усиление колонн, задачи и цели. Усиление подразумевает под собой восстановление прочности, жесткости и гибкости строительных конструкций, параметры которых были утрачены в процессе эксплуатации или приобретены на стадии изготовления и монтажа. Выбор типа и способа усиления колонн зависит от их типа, условий эксплуатации, а также от уровня перегрузки (степени недостаточной несущей способности) конструкции.

Методом увеличения поперечного сечения путем приварки элементов (стержней, листов или прокатных профилей).


Методом уменьшения расчетной длины путем введения распорных элементов как плоскости, так и из плоскости.

Методом обжатия стальной обоймой путем установки стальных прокатных уголков по углам колонны на всю ее расчетную высоту, стягивания их горизонтальными планками и установкой опорных элементов для обеспечения воспринятия и дальнейшей передачи вертикальных усилий.
Методом устройства железобетонной рубашки путем установки арматурного каркаса с каждой стороны с креплением его к телу колонны и дальнейшего обетонирования каждой стороны с обеспечением сцепления существующего и нового бетона.
Методом увеличения продольного рабочего армирования путем приваривания дополнительных стержней к существующим, расположенных в углах поперечного сечения с дальнейшим обетонированием конструкции.

Осуществляется, как правило, методом обжатия стальной обоймой, данный способ подробно описан в разделе «усиление стен».

Так или иначе, выбор типа и способа усиления колонн осуществляется индивидуально для каждого конкретного случая. Методов усиления колонн существует значительно больше, чем представлено выше на нашем сайте. Необходимость усиления назначается только по результатам технического обследования строительных конструкций. Обращайтесь, наши специалисты отдела реконструкции и усиления всегда смогут проконсультировать Вас по интересующему вопросу.

Усиление металлических колонн: способы и виды

Колонна представляет собой вертикальный элемент при возведении любого сооружения. Данная часть конструкции выполняет роль скелета, к которому примыкают перегородки, различные утеплители и другие материалы при строительстве. Она, как опора распределяет вес сооружения по всей поверхности фундамента.

Для быстрого возведения здания, чаще используют металлические колонны. Они применяются в строительстве:

  • жилых одноэтажных и многоэтажных домов;
  • административных зданий;
  • промышленных объектов;
  • мостов, дорог;
  • для создания необходимых архитектурных или дизайнерских решений.

Кроме этого, их используют как опору для оборудования, подкрановых путей.

Виды колонн:

  • основные, к которым прикрепляют скрепляющие части каркаса, имеют большие сечения;
  • вспомогательные присоединяют по необходимости.

Составные части

Независимо от вида имеют составные элементы, которые имеют свою функцию.

  • Оголовок, находится наверху сооружения. Вся внешняя нагрузка проходит через эту часть на стержень и далее на базу. При проектировании учитывается крепление, обеспечение соответствующей опоры, рассчитывается сечение, определяется длина рёбер жесткости, толщина листа опоры.
  • Стержень — это серединная, несущая часть. При частых нагрузках делают большие сечения, для установления внутри по всей длине стержня, горизонтальные ребра для создания жёсткой опоры.
  • Базой является основанием, за счёт которого сооружение соединяется с фундаментом. Через этот элемент идёт равномерное распределение давления на фундамент. Размеры базы зависят от размеров и толщины листа опоры, материалов из которых выполнен фундамент. Различают шарнирную и жёсткую базу.

Поперечное сечение металлической колонны

Устойчивость и надёжность конструкции обеспечивается за счёт поперечного сечения. В зависимости от вида сечения подразделяются на несколько форм:

  • четырехугольник, прямоугольной или квадратной формы;
  • круглой формы. В основном такой вид представлен трубами.
  • двутавровой формы, в виде буквы «Н». Может быть различной или одинаковой ширины, или длины.

Тип сечения

  • Постоянное сечение. Имеет вид единого стержня, применяется в постройках, не имеющих каркас, складских помещениях и ангарах. Используют на промышленных цехах, с мостовыми кранами, выдерживающими 10-20 тонн;


  • Ступенчатое сечение. Применяют для установок весом выше 20 тонн в результате дополнительного сечения конструкция приобретает жесткость. Такая конструкция имеет подкрановую и основную несущие ответвления.


  • Составное сечение применяется довольно редко. В основном используется для невысоких кранов, строительство кранов в несколько уровней, реставрация зданий.


При расчете нужно определить общую величину нагрузки, в соответствии с этим учесть количество и размер опор, увеличения несущей способности для предотвращения появления трещин, глубину заложения. Все эти моменты зависят от вида здания, грунта. Данный расчет должен производиться с таким учетом, чтоб нагрузка равномерна распределялась на фундамент. Если возникают проблемы с этим, то необходимо укрепить песком или гравием место постройки. После чего зная вес будущего здания, площадь основания, рассчитываю нагрузку на опору.

Способы изготовления

  • сварочный – используют автоматическую сварку. Сварочный лист металла, протягивают и скручивают до необходимого размера. Такой метод применяют для прямоугольной или двутавровой формы.
  • прокатный – для данного метода используют заготовки из металла, которые нагревают и сшиваются при горячей обкатке. И потом делают на отдельном устройстве заготовок.

Увеличение стойкости

Со временем колонны нуждаются в дополнительном монтаже, для увеличения их опорных способностей. При увеличении устойчивости конструкции необходимо учитывать условия постройки, состояние сооружения, причины по которым необходимо проводить данные мероприятия и экономическую составляющую. Методы увеличения стойкости:

  • уменьшения расчетной длины;
  • дополнение конструкцию стяжками;
  • монтаж предварительно напряжённых распорок;
  • укрепление при помощи бетона;
  • повышение размера сечения.

При проведении данных работ для нескольких колонн лучше устанавливать добавочные связи, распорки, потому что это повысит устойчивость. Если мероприятия проводят для достаточно высоких сооружений, нужно перед этим сделать напряжённые оттяжки или шпренгельные стяжки.

Усиление ЛСТК

Также для увеличения стойкости шарнирные базы переделывают в устойчивы. Для этого усиливают башмак колонны дополнительным армированием, а далее бетонируют. При этом лучше использовать хомуты чтобы получить монолитно крепление башмака с фундаментом. Потом проводят увлечения величины плиты и устанавливают дополнительные рёбра на сварочных швах.

Для увлечения стойкости многоэтажных домов промышленности применяют несколько предварительно напряженных элементов:

  • телескопические предварительно напряженные трубы;
  • индивидуальный переносной шпренгель;
  • усиление за счет жестких распорок.

Для увеличения стойкости одноэтажных домов промышленности существуют два варианта:

  • изменение схемы конструкции, а именно введение дополнительного ответвления, которая увеличивает несущую способность;
  • повышение значения поперечного сечения колоны, состоит в креплении при помощи болтов или на сварке элементов, увеличивающих несущую способности.

Для увеличения прочности колонн необходимым условием является установление металлических корсетов или дополнительным бетонированием основания.

Для увеличения несущей способности металлической колонны ставят каркасы на всю высоту, добавляют арматуру, соединённую с основной и опять бетонируют.

К тому же всегда хорошим вариантом для увеличения стойкостиявляется дополнение конструкции уголками, которые прикрепляются к верхней части и нижней опорных уголков, как хомуты.

Методы усиления металлических колонн

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО УСИЛЕНИЮ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ
ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ЭНЕРГОПРЕДПРИЯТИЙ

СОСТАВЛЕНО Государственным институтом проектирования предприятий по производству запасных частей и ремонту энергетического оборудования ("Гипроэнергоремонт")

Составители В.А.Колесник, В.В.Буланов, В.Д.Кузнецов, Р.Р.Турбабина, Г.Б.Ярославцева, И.А.Стрепкова

УТВЕРЖДЕНО Главным инженером Союзтехэнерго Г.Г.Яковлевым 15 августа 1983 г.

Настоящие Рекомендации предназначены для проектных организаций, проектно-конструкторских бюро, а также персонала специализированных ремонтных предприятий и служб эксплуатации производственных зданий и сооружений районных энергетических управлений и производственных энергообъединений Минэнерго СССР, министерств и главных управлений энергетики и электрификации союзных республик, связанных с ремонтом производственных зданий и сооружений.

В настоящих Рекомендациях изложены предложения по усилению стальных строительных конструкций и их элементов, приведены основные способы и методы расчета усиления стальных конструкций, даются характеристики примененных ранее конструкционных сталей и прокатных профилей, классификация дефектов и повреждений стальных конструкций.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1. Необходимость усиления конструкций производственных зданий и сооружений возникает в процессе эксплуатации, во время проведения ремонтов и реконструкций как основного технологического оборудования, так и строительных элементов конструкций.

1.2. Заключение о необходимости усиления стальных конструкций (далее по тексту "конструкций") составляется специальной комиссией при их обследовании. В результате обследования должны быть получены следующие материалы:

- документация и данные натурных обмеров, необходимые для расчетов;

- данные о времени возведения металлоконструкций, их ремонта и реконструкции с начала эксплуатации;

- ведомость допущенных отступлений от проекта или соответствующих СНиП;

- ведомость дефектов несущих металлоконструкций;

- геодезические данные по несущим металлоконструкциям;

- данные о нагрузках (схема нагрузок);

- сертификаты или лабораторные данные химического анализа и механических испытаний сталей, из которых выполнены конструкции;

- данные о фактической несущей способности конструкции.

1.3. Обследования и усиления конструкций, выполненных из кипящей углеродистой стали, необходимо производить в соответствии с [5] и [6].

1.4. Вопросы усиления ранее деформированных, а затем выправленных элементов конструкций с учетом остаточных напряжений в тех частях сечений, которые были подвержены пластическим деформациям, в настоящих Рекомендациях не рассматриваются.

1.5. В связи с необходимостью ремонта производственных зданий и сооружений, построенных в более ранние годы, в приложениях 1-18 настоящих Рекомендаций приводятся характеристики применявшихся ранее конструкционных сталей и прокатных профилей.

1.6. Условные обозначения, принятые в настоящих Рекомендациях, приведены в приложении 19.

2. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ
НЕОБХОДИМОСТЬ УСИЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

2.1. Усиление конструкций - одно из наиболее эффективных мероприятий по продлению их долговечности, восстановлению или увеличению их несущей способности и предотвращению аварий.

Причины, вызывающие необходимость усиления конструкций, следующие:

- реконструкция и модернизация основного и вспомогательного технологического оборудования, увеличение производительности оборудования, вызывающие увеличение нагрузок на конструкции;

- физический износ конструкций в результате интенсивной или длительной их эксплуатации;

- поражение конструкций коррозией;

- вредные температурные воздействия на конструкции;

- воздействия стихийного характера на конструкции;

- различные повреждения конструкций в результате нарушения правил их эксплуатации;

- повреждения (погнутости, вмятины и т.п.), полученные во время транспортировки и монтажа;

- ошибки при проектировании, изготовлении и производстве строительно-монтажных работ.

2.2. Основные виды дефектов и повреждений, характерных для конструкций покрытий и конструкций подкрановых путей производственных зданий, приведены в табл.1.

Усиление металлических колонн.

Усиление металлических колонн может осуществляться путем: уменьшения расчетной длины; введением затяжек и оттяжек; устройства переносных преднапряженных устройств; установки предварительно напряженных распорок; обетонирования колонн; увеличением сечения колонн.

Схему усиления колонн выбирают с учетом конкретных условий, состояния усиливаемых конструкций, причин, вызвавших необходимость усиления, а также экономических соображений.

Для группы колонн целесообразно использовать способ установки дополнительных связей или с помощью жестких предварительно напряженных раскосов и распорок, так как при этом помимо усиления происходит повышение их устойчивости (рис.3.1, а-б).

Для высоких колонн большой гибкости необходимо вводить предварительно напряженные оттяжки (рис.3.1, г) или шпренгельные затяжки (рис.3.1, д, е).

Рис.3.1. Схемы усиления металлических сжатых колонн

а - гибкими раскосами и распорками; б - предварительно напряженными жесткими раскосами и распорками; в- жесткими подкосами ; г - предварительно напряженными оттяжками; д, е - шпренгельными затяжками;

1-существующие колонны; 2- существующие связи; 3- дополнительные диагональные связи; 4- дополнительные распорки; 5- подкосы; 6- оттяжки; 7- шпренгельные затяжки

Возможен вариант превращения шарнирных баз колонн в жесткие путем усиления башмака колонны дополнительным армированием с последующим обетонированием этой конструкции. При этом рекомендуется вводить хомуты для обеспечения монолитного соединения башмака с фундаментом. Для восприятия значительной нагрузки на колонну одновременно с усилением башмака колонны необходимо увеличить размер опорной плиты и установить дополнительные ребра на сварке.

В настоящее время для усиления колонн многоэтажных промышленных зданий наиболее часто применяют следующие предварительно напряженные элементы: телескопический и инвентарный шпренгели и жесткие распорки с поддомкрачиванием (рис.3.2).

Рис.3.2. Усиление металлических колонн с помощью индивидуальных предварительно напряженных шпренгелей

а - телескопической опорой; б - жесткими распорками; в - индивидуальным шпренгелем: 1- усиливаемая колонна; 2- элемент усиления из трубы; 3- напрягаемая внутренняя труба; 4- тяж для стягивания стоек усиления; 5- распорные усиливающие стержни;; 6- элемент усиления; 7- шпренгельная тяга;

Телескопические предварительно напряженные трубы рекомендуется использовать для усиления под полной эксплуатационной нагрузкой как центрально, так и внецентренно сжатых колонн. При усилении центрально сжатых колонн опоры из телескопических труб необходимо устанавливать симметрично, а при внецентренно сжатых – в сторону эксцентриситета. Усиливаемый элемент изготавливают из двух телескопически соединенных труб, оба нижних торца которых приваривают к башмаку. Затем наружную трубу удлиняют нагреванием и приваривают ее верхний конец к оголовку внутренней трубы. При остывании наружная труба сжимает внутреннюю, в результате чего создается предварительно напряженный элемент усиления. Его устанавливают в проектное положение, расклинивают и соединяют с усиливаемой колонной хомутами. Затем наружную трубу разрезают по окружности для освобождения внутренней трубы от сжатия наружной и передачи части нагрузки с усиливаемой колонны на внутреннюю трубу. После чего разрез наружной трубы заваривают, образуя опору из двух совместно работающих телескопических труб.

Усиление колонн с помощью жестких распорок (рис.3.2, б), изготовленных из прокатных профилей, осуществляют в следующей последовательности. Жесткие распорки устанавливают симметрично с обеих сторон колонны на опорные уголки, временно раскрепляют, а затем с помощью домкрата и винтового устройства обеспечивают им вертикальное положение. В жестких распорках при этом создаются растягивающие напряжения, которые воспринимают часть нагрузки от горизонтальных ригелей и тем самым способствуют усилению колонн. После выпрямления жестких распорок, их сваривают с колонной, после чего снимают горизонтальные тяжи, траверсы, домкрат и винтовое устройство.

Индивидуальный переносной шпренгель состоит из элемента усиления в виде прокатного профиля, стального шпренгеля и винтового устройства (рис.3.2, в). В отличие от предыдущих устройств предварительное напряжение в индивидуальном переносном шпренгеле создается до установки в проектное положение за счет раскручивания винтового устройства. После установки шпренгеля в проектное положение винтовое устройство скручивается и в элементе усиления создается растягивающее напряжение, которое передается на балки перекрытия, разгружая при этом усиливаемую колонну.

Преимуществом таких устройств является выигрыш в силе, а также возможность простого и достаточно точного контроля. Напряжение в элементах усиления контролируют с помощью тензодатчиков или по изменению стрелки прогиба шпренгелей.

Для усиления колонн одноэтажных промышленных зданий обычно изменяют их конструктивную схему или увеличивают поперечное сечение.

Сущность первого способа заключается в введении в конструктивную схему отдельной ветви, которая не нарушая целостности ослабленной части усиливаемой колонны, позволяет увеличить ее несущую способность (рис.3.3, а-д).

Этот способ рекомендуется применять, когда нерационально увеличивать сечение старой колонны или использовать иные приемы усиления. В качестве дополнительных ветвей усиления обычно используют металлические трубы (рис.3.3, а), элементы таврового (рис.3.3, б) или двутаврового (рис.3.3, в) сечения, а также подкосы в виде соединения из двух швеллеров (рис.3.3, г) или стойки из парных двутавров (рис.3.3, д).


Рис.3.3. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий введением дополнительных элементов усиления

1 – усиливаемая колонна; 2 – элемент усиления колонны

Возможен вариант усиления решетчатых колонн с помощью звеньев телескопических труб, которые устанавливают внутри колонны. После установки в проектное положение звенья труб соединяют между собой в единую опору, которую расклинивают. Верхняя прокладка должна плотно прилегать к торцу телескопической опоры, а нижняя - к плите башмака колонны. Затем наружные трубы разрезают одновременно двумя газовыми резаками, обеспечивая плавную передачу усилий внутренней сжатой трубы на усиливаемую колонну.

Если колонна имеет деформации, не препятствующие ее нормальной эксплуатации, ее усиливают путем введения дополнительных элементов усиления решетки (рис. 3.5). Дополнительные элементы устанавливают в виде второй раскосной решетки снаружи из уголков или пластин (рис. 3.5, а, б), так и внутри колонны, соединяя наружные элементы решетки (рис. 3.5, в).


Рис.3.5. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий усилением решетки колонны

1 – усиливаемая колонна; 3- элемент усиления решетки колонны

Наиболее простым и часто употребляемым способом повышения несущей способности сплошных и сквозных колонн является способ, основанный на увеличении поперечного сечения колонн с помощью прикрепления к ним на сварке или высокопрочных болтах дополнительных элементов усиления из профильного или листового проката. Такой способ является достаточно эффективным и может применяться практически при любом повышении нагрузок.

Наиболее распространенные способы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля представлены на рис.3.6, а-п:


Рис.3.6. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения

1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент

На рис.3.7, а-д изображены варианты усиления металлических колонн квадратного и круглого сечения увеличением их поперечного сечения:

Рис.3.7. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения

Для усиления решетчатых колонн применяют способы увеличения сечения, представленные на рис.3.8, а-е:

Рис.3.8. Схемы усиления металлических сквозных колонн способом увеличения сечения

Недостатком метода увеличения сечения колонн является необходимость частичной разгрузки на время усиления из-за возможности дополнительного изгиба свариваемых элементов под влиянием сварочных напряжений, которые могут привести к потере несущей способности элементов металлических колонн. Поэтому такое усиление колонн должно проводиться с частичной разгрузкой, чтобы напряжение в них не превышало 40% расчетного сопротивления старого металла. Этот способ усиления требует выполнения большого объема сварочных работ на месте усиления, что может вызвать необходимость остановки производственного процесса.

Усиление стропильных ферм

Усиление стропильных ферм покрытия может потребоваться: при увеличении нагрузок от покрытия; при возрастании снеговой нагрузки (например, в связи с пристройкой к существующему цеху более высокого здания, вследствие чего образуется снеговой мешок); в связи с креплением к фермам нового стационарного технологического оборудования (трубопроводов, галерей паровоздушного охлаждения, вентиляционного оборудования и т.д.); после установки новых или повышения грузоподъемности существующих подъемно-транспортных механизмов; в результате ослабления сечений элементов, вследствие механических или коррозионных повреждений при эксплуатации.

Необходимость усиления устанавливается в результате проведения проверочных расчетов стропильных ферм с учетом их фактического состояния

Сечения стержней стропильных ферм, усиленных способом увеличения сечений, представлены на рис. 9.15. При проектировании усиления элементов желательно сохранить положение центра тяжести сечения стержня. Этому условию соответствуют усиления по схемам рис. 9.15, в, д, е, ж. Если в результате усиления расцентровка превышает 1,5 % высоты сечения стержня, его необходимо рассчитывать как внецентренно сжатый. При усилении искривленных сжатых стержней целесообразно располагать элементы усиления таким образом, чтобы увеличить радиус инерции сечения и уменьшить эксцентриситет приложения силы (рис. 9.15, а, б, г). В сжатых стержнях элементы усиления можно не заводить на фасонки, если обеспечена прочность неусиленных стержней. Элементы усиления растянутых стержней необходимо завести на фасонки на длину, достаточную для передачи воспринимаемого этими элементами усилия. Наиболее удобно усилить стержень по типу б (два шва, выполняемые в нижнем положении), но при этом заметно смещается центр тяжести сечения. Кроме того, при необходимости завести уголок на фасонку требуется устройство в нем прорези.

Рис. 9.15. Усиление стержней стропильных ферм способом увеличения сечений

Способом изменения конструктивной схемы можно усилить как отдельные стержни, так и ферму в целом. На рис. 9.16, а показано усиление сжатых стержней ферм постановкой шпренгелей, уменьшающих расчетную длину стержней в плоскости фермы. Такой метод усиления повышает устойчивость стержней только в плоскости фермы и его можно использовать при незначительном увеличении усилий в стержнях или при искривлении стержня в плоскости фермы. Растянутый пояс фермы можно усилить предварительно напряженной затяжкой (рис. 9.16, б).

Рационально применять способы изменения конструктивной схемы, повышающие несущую способность нескольких или всех стержней фермы. Применение этого метода целесообразно при значительном увеличении нагрузок на всю конструкцию. Возможности регулирования усилий возрастают с применением предварительного напряжения. При использовании способа изменения конструктивной схемы в целях усиления фермы обычно не удается обойтись без усиления некоторых стержней способом увеличения сечений. Их рациональное сочетание приводит к наиболее экономичным по расходу стали и трудоемкости изготовления конструктивным решениям.

Наиболее просто изменить конструктивную схему стропильных ферм можно обеспечив неразрезность их на опорах. В результате уменьшаются усилия в средних панелях поясов ферм, но увеличиваются в опорных раскосах у неразрезных опор. В опорных панелях нижнего пояса возможно

Рис. 9.16. Усиление стержней стропильных ферм способом изменения конструктивной схемы

Рис. 9.17. Усиление стропильных ферм способом изменения конструктивной схемы

появление сжатия. Эффективно включение в работу стропильных ферм фонарей, расположенных по средним рядам колонн. При этом может потребоваться усиление элементов фонарей. На рис. 9.17, а. д приведены способы изменения конструктивной схемы с помощью вновь устанавливаемых элементов. При наличии свободного пространства под фермой целесообразно применить схему а с передачей сжимающего усилия от наклонных элементов шпрингеля на растянутый пояс. Если в здании имеются мостовые краны, можно уменьшить высоту шпренгеля (схема б), но при этом эффективность усиления снижается. В зданиях, оборудованных мостовыми кранами, перспективно применение комбинированных систем с использование гибких элементов (вант, гибких и жестких нитей с подвесками). К числу достоинств этих систем относится использование элементов, работающих на растяжение, а также проведение работ по усилению в условиях, не ограниченных действующим производством. Недостатки: необходимость вскрытия кровли и последующее обеспечение ее водонепроницаемости, сложность восприятия распора. При установке новых или повышении грузоподъемности существующих подвесных кранов целесообразно установить вертикальные связи между фермами по всей длине (схема д). Эти связи перераспределяют нагрузку от подвесных кранов между фермами, снижают усилия в стержнях ферм.

25. Усиление сварных и болтовых соединений

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.


Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.


Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

Тема 8. Усиление металлических конструкций

существующих конструкциях, которое осуществляется двумя способами:

1. Снижение действующих нагрузок (см. п. 1 в таблице 8.1).

2. Снижение действующих усилий (см. п. 2 в таблице 8.1).

№ п/п Наименова­ние способа усиления Методы реализации усиления
Косвенное усиление или изменение условий экс­плуатации 1.1. Использование резервов несущей способности за счет: а. учета фактических механических характеристик ста­ли постоянных и временных нагрузок. б. учета эффекта от пространственной работы каркаса и поддерживающего влияния менее нагруженных элементов. в. уточнения схемы работы элементов конструкции. г. учета совместной работы несущих и ограждающих конструкций. 1.2. Ограничение работы технологического оборудова­ния или замена его на новое с меньшим воздействием. 1.3. Замена существующих ограждающих конструкций на другие с меньшей массой. 1.4. Подведение дополнительных промежуточных несу­щих и ограждающих, а также страховочных конструкций (например, подведение новых прогонов; установка упру­гих прокладок, экранов и т.п.).
Изменение конструктив­ной и расчет­ной схемы конструкций 2.1. Подведение или установка дополнительных опор, подкосов или подвесок. 2.2. Постановка дополнительных связей, распредели­тельных систем. 2.3. Превращение разрезных систем в неразрезные и на­оборот. 2.4. Введение новых стержневых элементов и систем для рационального изменения статической схемы. 2.5. Предварительное напряжение конструкций.
Увеличение площади се­чения Присоединение к существующему элементу дополнитель­ного элемента, увеличивающего площадь первого.
Местное уси­ление 4.1. Установка элементов, перекрывающих местные де­фекты (накладки, дополнительные фасонки и т.п.). 4.2. Установка дополнительных скреплений элементов: планки и решетки между ветвями двухплоскостных эле­ментов и т.п. 4.3. Установка дополнительных ребер жесткости.
Усиление со­единений 5.1. Увеличение катета и длины сварных швов. 5.2. Постановка дополнительных болтов, замена закле­пок болтами для болтовых и заклепочных соединений.

3. Повышение несущей способности существующих конструкций или их элементов (см. п. 3, 4, 5 в таблице 8.1).

Цели выполнения усиления могут быть разбиты на две группы:

1. Восстановление несущей способности конструкций до проектной вели­чины. Производится при снижении несущей способности конструкций под воз­действием дефектов и повреждений. В зависимости от задач такое усиление может быть следующих видов:
- постоянное (капитальный ремонт);
- временное - осуществляется в том случае, когда необходимо обеспечить в плановом порядке нормальную эксплуатацию до капитального ремонта;
- аварийное - производится в экстренных ситуациях для срочного восста­новления несущей способности, при этом принимаются простые решения, рас­считанные на краткий срок эксплуатации до капитального ремонта.

2. Повышение несущей способности сверх предусмотренной проектом. Это требуется при увеличении нагрузок или интенсивности нагружений при реконструкции.

Особенности работ по усилению:

1. Наличие стесненных условий существующего здания, действующего технологического оборудования и др.

2. Стоимость работ по усилению значительно выше стоимости нового строительства.

3. При проектировании усиления всегда рассматривается несколько вари­антов, оптимальный выбирается по различным критериям в зависимости от конкретных условий:

- наличия ограничений на сроки и продолжительность ремонтных работ; - технологической сложности выполнения работ;
- стоимости работ и др.

Таблица 8.1. Способы усиления строительных металлоконструкций

Изменение конструктивной схемыможет осуществляться следующими способами:

1. Подведение дополнительныхопор, подкосов, подвесок (рис. 9.1), что позволяет повысить несущую способность балочных систем в 2. 4 раза, сни­зить прогибы в несколько раз. Этот способ усиления возможен при наличии свободного пространства под усиливаемой конструкцией, и при условии удов­летворительного состояния фундаментов и грунтов оснований. Рекомендуется применять при аварийном усилении.

Рис. 9.1. Усиление конструкций подведением (установкой) дополнительных опор: 1 - усиливаемая конструкция; 2 - существующая опора; 3 - новая опора; 4 - элемент местного усиления; 5 - новый подкос; 6, 7, 8, 9 - соответственно дополнительные пилон, вант, несущий трос, подвеска; 10, 11 - дополнительные арка и стойка; 12, 13 — соответственно новые оттяжка и фундамент; 14 — мостовой кран.

2. Постановка дополнительных распределительных систем, связей. Распределительные системы - продольные вертикальные связевые фермы, горизонтальные продольные связи в плоскости нижних поясов ферм покрытия (если их не было) - применяются соответственно для повышения несущей способности стропильных ферм, повышения жесткости каркаса в целом и косвенно приводят к усилению колонн.

3. Превращение статически определимых балочных систем в неразрезные многопролетные или превращением шарнирного опирания колонн на фундаменты в заделку. Этим способом можно повысить несущую способность усиливаемой системы на 15. 20 %.

4. Введение новых стержневых элементов для изменения статической схемы (рис. 9.2) и превращение ее в шпренгельную систему, что дает возможность повысить несущую способность на 40. 60 % (а, г); постановка местных шпренгельных элементов в фермах с целью уменьшения расчетных длин сжатых элементов и восприятия местной нагрузки (в); включение существующих или новых фонарей в работу стропильных ферм (б); введение новых элементов решетки ферм, колонн.

Рис. 9.2. Усиление путем введения новых стержней, изменяющих внешнюю или внутреннюю статическую неопределимость: 1 - усиливаемая балка (ферма); 2 - новые стержни; 3 - детали местного усиления; 4 - демонтируемая опора; 5 - шпренгели.

5. Предварительное напряжениеконструкций, которое может произво­диться следующими способами:

а. Введение предварительно напряженных высокопрочных затяжек (рис. 9.3 б, е, г, д, е) функцию которых могут выполнять также шпренгели и ванты. В балках, фермах, рамах затяжки, как правило, ставятся вдоль нижнего пояса. Благодаря их натяжению создается изгибающий момент, противоположный по знаку моменту от постоянных и временных нагрузок, затяжки могут иметь ло­маное очертание и для удобства натяжения выводиться на верхний пояс.

б. Предварительный выгиб (деформация) конструкции (рис. 8.3 ж). Этот прием может применяться для включения в совместную работу настила с не­сущей конструкцией.


в. Регулированием усилий в неразрезной системе путем изменения уровня опор (рис. 8.3 з). При этом в балочной системе создаются изгибающие момен­ты, обратные по знаку моментам от эксплуатационной нагрузки, в результате чего можно уменьшить в наиболее напряженных сечениях расчетный момент для балок или расчетные усилия для элементов ферм.

Рис. 9.3. Усиление путем предварительного напряжения конструкций: 1 - усиливаемая конструкция; 2 - распорное устройство; 3 - предварительно натянутая



С помощью предварительной деформации дополнительных усиливающих стержней можно добиться разгрузки сжатых стоек. Для этого можно, например, использовать распорные усиливающие стержни и стянуть их с помощью дом­кратов или тяжей или с помощью трубы с затяжкой (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Усиление путем разгрузки сжатых колонн: 1 - усиливаемая колонна; 2 — элемент усиления из трубы; 3 - предварительно натянутая затяжка; 4 – нагреваемая внутренняя труба; 5 - распорные усиливающие стержни; 6 - тяж для стягивания стоек усиления.

Усиление конструкций путем увеличения сечения элементов.Этот ме­тод усиления применяется в тех случаях, когда несущая способность конструк­ции определяется одним или несколькими элементами, например, прочностью или устойчивостью нескольких стержней. При этом целесообразно увеличить сечение перегруженных элементов.

1. Усиление изгибаемых элементов. При усилении изгибаемых элемен­тов наиболее рациональным по расходу стали являются схемы (рис. 9.5), преду­сматривающие симметричное или близкое к симметричному усиление с распо­ложением усиливающих элементов по возможности дальше от центра тяжести сечений усиливаемого элемента. При усилении балок, как правило, нет необхо­димости располагать элементы по всей длине усиляемого элемента, а можно ограничиться только участком с максимальным изгибающим моментом

Крепление дополнительных элементов усиления для конструкций, рабо­тающих на циклические, динамические нагрузки и в условиях низких темпера­тур, производится только сплошными швами или болтами, в остальных случаях допускается применение прерывистых швов.


Рис. 9.5. Усиление изгибаемых элементов путем увеличения сечения: 1 - усиливаемый изгибаемый элемент; 2 - дополнительные усиливающие элементы.

2. Усиление центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов осуществляется по схемам рис. 9.6. Необходимо стремиться к сохранению по­ложения центра тяжести сечения после усиления. Крепление элементов усиле­ния для конструкций производится так же, как в балках.

Рис. 9.6. Усиление центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов путем увеличения сечения: 1 - усиливаемый элемент; 2 - дополнительный присоединяемый элемент

Усиление соединений:

1. Стыковые швы - усиливают путем установки поперечных накладок. Уг­ловые швы крепления накладок не доводятся до стыкового шва на 50 мм.

2. Угловые швы - усиливают путем увеличения их длины. При увеличении длины швов может возникнуть необходимость введения дополнительных эле­ментов.

3. Усиление клепаных соединений производится путем замены высоко­прочными болтами (класса 8.8; 10.9) диаметром 20. 27 мм с предварительным натяжением. Замену можно производить только полностью для одного или не­скольких поперечных рядов (по отношению к оси действующего усилия) закле­пок.

2. Усиление болтовых или заклепочных соединений с помощью сварных швов не рекомендуется из-за разных жесткостных характеристик этих соедине­ний; оно может применяться, как исключение в тех случаях, когда сварные швы усиления будут рассчитаны на восприятие всего усилия в элементе.

Расчет элементов усиления и усиленных конструкцийведется по мето­ду предельных состояний и в соответствии с действующими нормами. Цель расчета - обеспечить прочность и устойчивость конструкций, а также ограни­чить их деформативность.

Расчет по первому предельному состоянию выполняется на силовые воздействия, вызванные сообщенной начальной нагрузкой до усиления и расчетной добавочной нагрузкой , приложенной после усиления ( ).

Расчеты на прочность о упругой стадии и устойчивость производится в предположении, что усиливающие детали воспринимают только приращение усилия в элементе, возникающее от нагрузок, прилагаемых после усиления.

Расчет усиления центрально-растянутых элементовпроизводится в предположении, что усиливающие детали воспринимают только приращение усилия в элементе, возникающее от нагрузок, прилагаемых после усиления. Условие прочности растянутых элементов имеет вид

где - расчетное осевое усилие от нагрузок, действующих в момент усиления;

- расчетное осевое усилие от нагрузок, возникающих после усиления;

Ас - площадь нетто основного сечения элемента (до усиления);

- площадь сечения дополнительных (усиляющих) деталей.

Крепят усиливающие детали к основному сечению и к узлу электросварными швами, при этом, соединительные швы между узлами рекомендуется де­лать сплошными высотой 3-6 мм.

Врасчетах усиления центрально-сжатых элементовпринимается, что усиливающие детали воспринимают только приращение усилий от нагрузок, прикладываемых после усиления, однако, учитывается, что потеря устойчиво­сти происходит в стержне, имеющем новое сечение, поэтому в расчет вводится гибкость стержня после усиления.

К моменту усиления осевое усилие не должно превышать величины, опре­деленной из выражения

где - коэффициент продольного изгиба сечения до усиления;

Ас -площадь брутто основного сечения до усиления.

Условие устойчивости сжатых элементов имеет вид

где - коэффициент продольного изгиба для сечения после усиления (общего).

При расчете изгибаемых элементов условие прочности имеет вид

где - расчетный момент от нагрузок, действующих в момент усиления;

-расчетный момент от нагрузок, возникающих после усиления;

- напряжение от нагрузок, действующих в момент усиления;

- напряжение от нагрузок, возникающих после усиления;

- момент инерции основного сечения элемента (до усиления);

ус - расстояние до крайней точки пояса до усиления;

- момент инерции для дополнительных (усиляющих) деталей.

Из формул видно, что чем меньше начальное напряжение, тем в большей степени можно повысить несущую способность.

Вопросы к разделу

1. Какие существуют основные методы повышения несущей способности балок?

2. Какие существуют основные методы усиления колонн?

3. Какие существуют основные методы повышения несущей способности решетчатых конструкций?

4. Как выполняется расчет усиления изгибаемых элементов?

5. Как подбирается сечение усиливающих элементов для колонн и стоек?

1. СТО 22-06-04 Эксплуатация стальных конструкций промышленных зданий.

2. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М.: Минрегион России, 2011.

3. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций ( к СП 16.13330.2011). -М.: Стройиздат, 1989. - 159 с.

4. Валь В.Н., Горохов Е.В., Уваров Б.Ю. Усиление строительных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции. - М.: Стройиз­дат, 1987. -208 с.

5. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных предприятий / А.И. Кикин, А.А. Васильев, Б.Н. Кашутин и др. // под ред. А.И. Кикина. - 2-е изд. - М.: Стройиздат, 1984. - 301 с.

6. Проектирование металлических конструкций : Спец. курс. Учебн. посо­бие для вузов/В.В. Бирюлев, И.И. Кошин, И.И. Крылов, А.В. Сильвестров. - Л.: Стройиздат, 1990 - 432 с.

7. Реконструкция зданий и сооружений / под ред. А.Л. Шагина: Учеб, по­собие строит, спец, вузов. - М.: Высш. ж., 1991. - 352 с.

8. Долговечность стальных конструкций в условиях реконструкции / Е.В. Горохов, Я. Брудка, М. Лубиньски и др.; Под ред. Е.В. Горохова. - М.: Строй­издат, 1994. - 488 с.

9. Металлические конструкции в 3 т. Т. 3 (Справочник проектировщика) / Под общ. ред. Кузнецова (ЦПИИпроектстальконструкция им. Н.П. Мельнико­ва) - М.: изд-во АСВ, 1999.

10. Сварные строительные конструкции в 3 т. Т. 3 / Под ред. Л.М. Лобано­ва. - К.: ИЭС им. Е.О. Патона. - 2003.


Читайте также: