Усиление двутавровых металлических балок перекрытия

Обновлено: 17.05.2024

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 металлической двутавровой балки перекрытия

Здравствуйте. Помогите пожалуйста выполнить расчет усиления металлической балки. Балка двутавровая (двутавр №23 немецкий нормальный сортамент). Есть возможность усилить балку с помощью увеличения площади сечения (приварить пластину только к верхней полки двутавра). Говорят есть серия по усилению, помогите найти. Спасибо.

При реконструкции здания изменено назначение помещения и соответственно нормативная нагрузка изначально была 200кг/м2 а стала 400кг./м2

Нижнюю полку усилить нет возможности т.к. здание относится к ГИОП и потолок снимать нельзя (лепка). Перекрытие из металлических балок, межбалочное пространство: плита ж/б, засыпка строительным мусором, ц.п. стяжка и конструкция пола. Мы можем демонтировать конструкцию пола вплоть до плиты, затем выполнить усиление и конструкцию пола.

1 Приварите сверху прокат какой-нибудь сплошным швом типа двутавра еще одного.
2 Можно поробовать поставить сверху металлические балки, и притянуть шпилькой к ним существующие, создав контрзагружение
3 Можно поставить между существующих двутавров еще двутавров между ними
4 Можно тупо сверху еще одно перекрытие сделать)))но это неинтересно будет

Думаю вариант 1 самый простой. Если двутавры очень кривые или прогнутые, то лучше 2й

Существующие балки -двутавр №23 по нормальному немецкому сортаменту, длина балок 8,2м., шаг балок 0,9м. Вариант замены перекрытия не рассматривают ни в каком виде. Предлагают усилить балку приваркой к верхней полки пластины, но она получается не совсем пластина т.к. размер сечения 80х60(h). Если есть пример расчета помогите.

останется без изменения. зато верхняя черта понесет. сжатая полка в балке важнее растянутой нижней, я так думаю

Важнее, если раскрепления из плоскости балки не достаточно для обеспечения устойчивости из плоскости действия момента. А так они (полки) равнозначны по важности.

Незначительно уменьшаться) капельку совсем
Почему вы привязались к пластине то? пластина слабо усиливает, поскольку усиление достигается увеличением сечения полки, а высота сечения (плечо силы) остается без изменения. То есть, как сказал palexxvlad, напряжения в нижней неусиленной полке мало изменятся.

Приварите сверху двутавр) Высота сечения значительно увеличится, увеличится плечо силы, снизятся напряжения в нижней полке

А расчет простейший, третий курс строительного университета, сопромат. Или например скадовский "конструктор сечений"

Это если балка разгружена, тогда все просто.Здесь же усиление под нагрузкой, напряжения в сечении до усиления никуда не денутся, если не увеличатся при наварке доп. металла. Конструктор сечений здесь неуместен.

Ну вот так в конструкторе сечений это делается.

На капельку уменьшаться за счет увеличения плеча силы.

Хорошо, а бывает в реальности случаи усиления ненагруженной балки? 1 из 10. Если она ненагружена, ее проще поменять

Конструктор сечений вполне уместен на мой взгляд. Что касается напряжений при нагреве, предлагается учесть как продольную силу с эксцентриситетом относительно центра тяжести нового сечения.

Что касается нагрузки на балку, и соответственно ее прогиба, тут сложно дать конкретную рекомендацию. Зависит от величины существующего прогиба. Полагаю, что технически возможно путем притяжки снизить усилия в балки до небольших значений

Способы усиления перекрытий – ребристых, пустотелых, монолитных плит

Конструкции старых или претерпевших природные либо техногенные катаклизмы зданий часто теряют свою несущую способность и требуют капитального ремонта. Особую сложность представляет восстановление железобетонных перекрытий, обладающих огромной массой. Конструкторами разработаны разные способы усиления перекрытий, и каждый из них подбирается в индивидуальном порядке после серьезного обследования и расчетов на нагрузки.

В каких случаях требуется усиление

Аварийное или предаварийное состояние зданий, требующее усиления плиты перекрытия, может быть вызвано различными причинами. Большинство из них возникает на производствах, где применяются агрессивные химические вещества, разрушающие бетон и вызывающие коррозию арматуры, а также там, где на перекрытия оказываются постоянные динамические нагрузки от работающего оборудования.

В частных домах к износу плит чаще приводят другие факторы:

механические повреждения;
слишком высокая нагрузка на перекрытия, не предусмотренная при проектировании;
последствия пожаров, взрывов, землетрясений;
атмосферное воздействие – осадки, смена температуры;
естественный износ старых конструкций;
несоблюдение технологии при устройстве перекрытий, отсутствие грамотного расчета.

Усиление перекрытий может потребоваться и при отсутствии повреждений и деформаций, например, если меняется назначение помещений и в них предполагается установить тяжелую мебель, оборудование, на вес которых оно не рассчитано. Или при изменении этажности дома, надстройке второго этажа, мансарды.

В любом случае принимать решение о необходимости укрепления конструкций, оценивать степень повреждений и выбирать методику должен грамотный специалист. Результат самостоятельных действий может быть непредсказуем.

Признаки аварийного состояния перекрытий

Если перечисленные причины разрушений имели место быть, необходимо выяснить, не повлияли ли они на перекрытия. Для чего проводится сначала визуальный осмотр, а затем оценка повреждений инструментальными методами.

Определяемые визуально

В жилых домах, в которых полы и потолки отделаны штукатуркой, краской, подвесными конструкциями и декоративными настилами, необходимость в усилении монолитного перекрытия может остаться незамеченной, поэтому отделку демонтируют. При визуальном осмотре обращают внимание на следующие дефекты:

изменение геометрических параметров конструкции;
наличие отслоений, трещин и сколов бетона;
отслоение и разрушение стяжки;
обнажение арматурного каркаса и наличие следов коррозии металла;
изменение цвета на отдельных участках плиты или следов замачивания;

появление провисаний и прогибов;
появление трещин и других дефектов в местах опирания плиты на стены, балки, колонны.

Выявляемые экспертизой

Как показывает практика, чаще всего несущая способность плит снижается из-за коррозии арматуры. Этот процесс сопровождается уменьшением её сечения и разрушением окружающих слоев бетона продуктами коррозии. Чтобы обнаружить эти изменения, приходится вскрывать конструкции, после чего усиление железобетонных перекрытий становится неизбежным.

Инструментальное обследование позволяет обойтись без дополнительных разрушений. С помощью специального оборудования можно определить:

степень коррозии и уменьшения сечения элементов арматуры;
состав и прочность бетона;
динамику раскрытия трещин;
величину прогибов.

Специалисты на основе проведенных исследований определяют слабые места и производят расчеты. Результатом этой работы становится проект ремонта или реконструкции перекрытий.

Подготовка к работам по усилению перекрытий

Чтобы выполнить работы по усилению монолитных плит перекрытия и сборных железобетонных конструкций качественно и с обеспечением безопасности работников, необходимо провести ряд подготовительных мероприятий.

Под ремонтируемую конструкцию подводят временные поддерживающие балки на опорах из металлических труб, брусьев или бревен сечением от 150 мм.

Пол верхнего этажа освобождают от мебели и техники.

С перекрытия полностью демонтируют подвесные потолки, снимают напольные покрытия, удаляют стяжку, очищают от штукатурки, побелки.

С поверхности плит снимают рыхлый и отслаивающийся бетон. Обнаженную арматуру очищают от коррозии, используя ручной или электроинструмент, после чего обрабатывают преобразователем ржавчины.

Если усиление железобетонных плит перекрытия будет производиться с использованием бетонного раствора, места соприкосновения нового и старого бетона очищают от пыли и обезжиривают.

Как усилить перекрытия – несколько традиционных способов

Каким способом восстановить несущую способность и целостность перекрытий, зависит от характера разрушений, назначения расположенных на и под ними помещений, расчетной нагрузки на стены и фундамент и многих других факторов. Цена вопроса здесь не самое важное, хотя иногда удается выбрать наименее затратный вариант без ущерба для качества.

Усиление опорных колонн

Если плиты перекрытия опираются на колонны с недостаточной площадью сечения, при увеличении нагрузки (например, при возведении тяжелой кирпичной перегородки на верхнем этаже) возникает риск их продавливания в точках опоры. В таких случаях увеличивают площадь опирания, расширяя верхний торец колонны или наращивая её по всей высоте.

Чтобы заставить существующий и наращиваемый объем железобетона работать единой конструкцией, необходим точный расчет марки бетона и конфигурации арматурного каркаса, а также усиление фундамента под подошвой колонн.

Установка металлических балок

Усиление плит перекрытия металлическими балками снизу из швеллера или двутавра практикуется для всех видов перекрытий с большими пролетами для устранения их провисания. Сечение балки рассчитывается по величине пролета и сумме нагрузок.

Для монтажа балки снизу она подводится под плоскость перекрытия, до отказа прижимается к нему домкратами с большим усилием и подпирается телескопическими стойками. Затем монтируются опорные столбы.

Допускается усиление плит перекрытия металлическими балками сверху. Этот вариант предпочтительнее, когда интерьер нижнего этажа не хочется портить массивными конструкциями. Балку укладывают вдоль стыка плит торцами на несущие стены или в вырубленные в них ниши и притягивают к ним плиты подвесками с опорными пластинами.

Замоноличивание перекрытия сверху

Самый распространенный и вместе с тем самый ненадежный способ, часто применяемый домовладельцами самостоятельно. Обнаружив трещины и сколы в бетонной плите, они заливают поверх неё армированный бетон, скрывая дефекты. Но по внешним повреждениям невозможно установить глубину трещин и их способность к разрастанию, а дополнительный слой бетона серьезно увеличивает нагрузку и ещё больше снижает несущую способность плит.

Чтобы правильно провести усиление плиты перекрытия сверху, необходимы расчеты по нагрузкам и соблюдение следующих условий:

арматурный каркас новой монолитной плиты должен иметь опору на несущие стены, для чего в них вырубаются ниши или просверливаются отверстия;
новый каркас нужно связать со старым, вырубив местами защитный слой бетона;
на поверхности старой плиты необходимо сделать насечки для лучшего сцепления со свежим бетоном.

Видео описание

В этом видео показан пример правильного усиления перекрытия путем его замоноличивания сверху:

Усиление монолитной плиты снизу

Поврежденные перекрытия можно укрепить и снизу, усилив их арматурной сеткой с ячейками 15х15 см и накрыв слоем раствора. В этом случае также необходим расчет на дополнительную нагрузку. Если перекрытия опираются на балки и колонны, их тоже обвязывают арматурой и усиливают, чтобы увеличить несущую способность.

Арматурный каркас может крепиться к нижней плоскости перекрытий двумя способами:

приваривается к вскрытой арматуре плит посредством отгибов;
приваривается полоскам стали, закрепленным на плитах сквозными болтами через верхнюю плоскость.

Бетонирование выполняют методом торкретирования, который заключается в набрызге раствора под большим давлением торкрет-пушкой. Сильный напор обеспечивает его качественное сцепление со старым бетонным основанием и прочность бетона после застывания. Слой такого покрытия имеет толщину около 5 см, но является весьма неравномерным, поверхность приобретает выраженную рельефную структуру и нуждается в выравнивании штукатуркой или скрытии подвесными системами.

Торкретирование армированных плит перекрытия снизу показано в видеоролике:

Этим способом можно проводить усиление сборных железобетонных многопустотных плит и монолитных перекрытий. Но с одним условием: усиливающая конструкция не должна просто «подвешиваться» к потолку. Она должна равномерно распределить нагрузку на стены и другие опорные элементы. Как это устроить, решают специалисты-проектировщики.

Усиление ребер швеллером

Швеллер используют в качестве несъемной опалубки и мощного стального каркаса, выполняя усиление П-образных плит перекрытия. Подобрав швеллер такого сечения, чтобы он «сел» на два соседних продольных ребра, его закрепляют шпильками через швы между плитами с шагом 150-200 см. Затем швы заполняют мелкозернистым бетоном более высокой, чем у плит, марки.

Дополнительно можно армировать перекрытие по верху с заливкой монолитного слоя.

Заливка пустот с установкой каркаса

Для устройства перекрытий малоэтажном жилищном строительстве чаще всего используют облегченные многопустотные плиты с круглыми или овальными продольными отверстиями.

При их износе или механических повреждениях применяют дополнительное армирование и бетонирование каналов. Усиление многопустотных плит перекрытия является одним из самых малозатратных способов и выполняется так:

поверхность плит освобождают от стяжки;
вскрывают поврежденные каналы, а при отсутствии видимых повреждений прорубают штробы над крайними и одной из средних продольных пустот, делая ширину штробы достаточной для установки внутрь каркаса;
связывают плоский каркас из арматуры, соединяя верхний и нижний стержни через каждые 25-30 см;
устанавливают готовый каркас в открытый канал;
каркас по высоте должен полностью помещаться в канале и находиться ниже поверхности плиты на 2-2,5 см;
заполняют пустоты мелкозернистым бетоном, используя для его приготовления безусадочный цемент;
уплотняют бетон вибратором со специальным наконечником и выравнивают по плоскости плиты.

Как связать и установить каркас в каналы пустотных плит, смотрите в этом видео:

Достоинство этого способа в том, что он не изменяет геометрические параметры, форму и толщину плит. Однако увеличивает их вес, поэтому предварительные расчеты необходимы и в этом случае.

Современный способ – армирование углепластиком

Углепластик или углеволокно – это технологичный полимерный материал, способный заменить собой стальную арматуру и выполнять функции поддерживающих конструкций. У него есть несколько важных преимуществ, которые обращают на себя внимание при выборе способа усиления несущих конструкций.

Полотна, ленты и жгуты из этого полимерного материала не утяжеляют перекрытия и практически не изменяют его изначальную геометрию.

Углеволокно не разрушается от воздействия воды, щелочей и кислот.

Для оклеивания конструкций этим материалом не нужны сложные инструменты и техника, работы выполняются быстро, без особой предварительной подготовки.

Срок службы углепластика, наклеенного на бетонную поверхность, составляет не менее 50 лет.

Углепластиком можно выполнить усиление железобетонной балки перекрытия, опорной колонны и всех видов плит перекрытия.

Монолитные конструкции оклеивают полосами материала снизу в продольном направлении, перекрывая всю поверхность. После того, как клей схватится, сплошной холст из углеволокна превратится в жестко-упругий поддерживающий каркас.

Для усиления и частичной разгрузки многопустотных плит достаточно создать на их нижней поверхности сетку из перекрещивающихся полос.

А усиление ребристых плит перекрытия выполняется оклеиванием ребер жесткости с созданием сплошной объединяющей перемычки.

В арсенале строителей есть и другие способы восстановления несущей способности железобетонных перекрытий и поддерживающих их конструкций. Какой из них будет лучшим в каждой конкретной ситуации, уверенно скажет только специалист после проведенных исследований.

В этом видеоролике подробно рассказано о том, как важно делать профессиональную экспертизу перед тем, как исправлять свои или чужие ошибки проектирования и строительства:

Коротко о главном

Несущий каркас любого здания состоит из нескольких жестко связанных друг с другом элементов: фундамента, стен, перекрытий, колонн и балок. Благодаря этой связке они вместе работают на сопротивление нагрузкам, поэтому любое изменение нагрузки на перекрытия отражается и на остальных конструкциях. Это значит, что усиление плит можно выполнять только на основании расчетов на все несущие элементы. Это делается с помощью классических способов – путем дополнительного армирования, заливки монолитной плиты или установки разгрузочных балок и ферм. А также с применением современных технологий и материалов.

Читайте также: