Усиление колонны металлической обоймой

Обновлено: 06.07.2024

Поделитесь опытом выполнения бетонирования железобетонной обоймы при усиленнии железобетонной колонны. Как правильно залить и провибрировать бетон. На сколько хорошее сцепление старого и нового бетона достигается? Как выставляется опалубка на всю высоту колонны? Закзчик высказал мнение, что железобетонные обоймы плохо работают из-за невозможности технологически на стройке достичь хорошего сцепления старого и нового бетона.

На мой взгляд заказчик прав.
При проектировании реконструкции объекта с монолитным каркасом и монолитными перекрытиями я исходил из того, что колонны находятся в частично нагруженном состоянии и напряжение в них составляет (условно) 60%. "Усиливаю" колонну железобетонной обоймой, прикладываю к колонне оставшуюся часть нагрузки - колонна напряжется до 100% (условно), а обойма, даже идеально выполненная, только на 40%. Усилит ли она колонну, напряжение в которой достигло максимума, а в обойме всего 40%? Думаю, нет. Обойма может даже и не включиться в работу. Поэтому я колонны не усиливал, а разгружал дополнительными конструктивными элементами

Можно обнажить арматуру колонны на 1,5 диаметра щебня (проверить соответствие с вашими стандартами), добавить арматуру пояса и бетонировать (если невозможно вибрировать найти специальные бетонные смеси). Конечно, желательно провести расчет напряжения существующей колонны и понимать запас по эластическим нагрузкам а затем совместное нагружение. Перед бетонированием хорошо увлажнить "старый" бетон или попросить у производителя специальных грунтовок. Слышал что хорошие результаты дает бетон с фибрами но сам результат не видел.

Я думаю лучше поговорить с исполнителем непосредственно.
Как варианты:
1. Опалубку приготовить из нескольких частей и наращивать ее по мере заливки.
2. Оставить "окна"для заливки на нескольких уровнях для бетонирования и вибрации. После снятия опалубки срезать излишки бетона.

Железобетонные обоймы применяются для усиления каменных столбов. Для усиления жб колонны необходимы, совершенно, другие конструктивные решения.

совершенно непрофессиональное заявление
[IMG]

Потому, что, где можно найти железобетонную колонну без изгибающих моментов? Даже каменные столбы, при определенном эксцентриситете, не эффективно усиливать обоймами. Практически, в условиях производства работ невозможно обеспечить сцепление старого и нового бетона и передачу нагрузки от перекрытия на обойму. Да, в качестве обратного можно привести множество иллюстраций из публикаций разных авторов, но это мнение авторов и отвечать придется не им. В практике, частично, разгружают колонны металлическими обоймами с расклинкой обвязочных уголков в опорные элементы.

По поводу самой технологии бетонирования. Почему никто не вспоминает про торкрет? Опалубка не нужна, прочность можно довольно высокую заложить (у нас одна фирма хвалилась, что из сухих смесей могут приготовить токрет-бетон марки М800). Если пару колонн усилять - конечно не будет выгодно, но для больших объёмов - вполне.

Усиляли жб обоймами трещащие конструкции газоочистки. После усиления и замены оборудования (нагрузка выросла раза в 1,5) - уже 9 лет стоит и не жужжит.

Да, разбивали мм так на 150 существующий бетон, насечь-промыть-продуть-арматурку ортофосфорной, добавить еще каркас. Бетон, если память не изменяет, на НЦ-20.

В практике, частично, разгружают колонны металлическими обоймами с расклинкой обвязочных уголков в опорные элементы.

Решение безусловно интересное. Не могли бы вы привести эскиз такого усиления особенно расклинку у опорного элемента. Насколько эфективно такое разгружение? Не возникают вопросы устойчивости?
Как его реализовать на практике?

Тоже интересен данный момент. В "Констр. решения по усилен. строит. констр. промзданий" 1985г. на стр. 175 написано что за счет усадки бетона происходит обжатие колонны и сечение колонны в месте с обоймой можно рассматривать как единое целое. Но честно говоря есть некоторые сомнения по этому поводу.

Потому, что, где можно найти железобетонную колонну без изгибающих моментов? Даже каменные столбы, при определенном эксцентриситете, не эффективно усиливать обоймами.

Есть какой-то "плачевный" опыт, или это заявление основано на догадках? Я имею ввиду усиление жб колонн.

Усиление колонн

Колонны — стержневые элементы, работающие на сжатие и продольный изгиб и имеющие большой запас прочности. Но со временем от действий множества факторов они разрушаются и требуют ремонта. К примеру, усиление металлических колонн, изначально рассчитанных на большие нагрузки, потребуется после появления коррозии на опорных частях, горизонтальных элементах решётки, узлах башмаков и др. элементах.

Чаще всего используются следующие методы повышения прочности конструкции:

железобетонные или металлические обоймы;
одностороннее и двустороннее наращивание сечения;
предварительно напряжённые металлические подпорки;
рубашки — усиление железобетонных колонн крайних рядов, где четырёхстороннее наращивание невозможно.

Завод «СТК-Конструкция» производит металлоконструкции для устройства металлических обойм и подпорок. Выполняем заказы по вашим чертежам в любом объёме. Имеем возможность наладить мелко- и крупносерийное производство изделий.

Таблица 1. Выбор способа усиления

Способ усиления	Возможность применения способа
	Для эксплуатации в пожароопасных условиях без обетонирования металлоконструкций усиления	Для проведения усиления без остановки производства и			Для значительного увеличения несущей способности
		для снятия нагрузки с учетом обеспечения хорошей совместной работы	для снятия нагрузки, если недопустима запыленность	для снятия нагрузки во взрывоопасных помещениях	Для значительного увеличения несущей способности
Ж/б обоймы	+	-	-	0	+
Ж/б рубашки	+	-	-	-	0
Одностороннее наращивание сечения	+	-	-	-	0
Двустороннее наращивание сечение	+	-	-	-	+
Металлические обоймы со сколом углов и установкой на растворе	-	+	-	-	+
Металлические обоймы без скола углов и установкой без раствора	-	+	+	-	+
Ж/б обоймы с жёсткой наружной уголковой арматурой	-	-	-	-	+
Предварительно напряжённые распорки	-	+	+	-	+

+ — данный способ усиления можно применять;
– — способ усиления применять не рекомендуется;
0 — применение способа усиления зависит от конкретного конструктивного решения и местных условий.

Технология установки обойм

Самым надёжным способом увеличения несущей способности колонны является применение железобетонной обоймы, состоящей из бетонного слоя, продольной арматуры и замкнутых хомутов.

Перед усилением поверхность ж/б колонн следует подготовить:

удалить штукатурный слой;
сделать насечки в бетоне глубиной 3-6 мм;
очистить выступающую арматуру и защитить её от коррозии;
за час до бетонирования промыть поверхность старого бетона водой.

Усиление железобетонных колонн стальными обоймами применяется, когда нельзя уменьшать пространство помещений или требуется провести работу за короткий срок. Обойма состоит из металлических уголков (продольные элементы) и поперечных планок.

Продольные элементы устанавливаются на цементно-песчаном растворе и прижимаются к колонне посредством струбцин. После этого к уголкам по всей длине усиливаемой конструкции привариваются поперечные планки с шагом 400-600 мм. Колонну можно нагружать сразу после проведения работ. Следует соблюдать следующие условия: плотное прилегание металлических стоек к граням элемента усиления и их вертикальность. Поэтому в месте примыкания стоек бетон следует выровнять, скалывая выпуклые места и замазывая цементным раствором углубления.

Обоймы осуществляют двойную функцию: повышают прочность усиливаемого элемента на сжатие (сдерживают его поперечные деформации) и разгружают его, воспринимая часть вертикальной нагрузки. Поперечные деформации сдерживают планки стальных и поперечные хомуты железобетонных обойм. Восприятие вертикальной нагрузки обеспечивают соответственно стальные уголки и бетон с продольной арматурой.

Способы повышения эффективности усиления

Для повышения объёмного напряжения в планках и степени включения в работу уголков стальных обойм создают предварительное напряжение с помощью:

натяжных гаек;
попарного стягивания;
электронагрева.

Самый простой способ создания преднапряжения — установка предварительно перегнутых уголков с последующим их выпрямлением горизонтальным стягиванием. Так после выпрямления уголки становятся распорками, разгружающими колонну. Если такие работы проводятся в многоэтажных зданиях, следует помнить, что распорки на промежуточных этажах передают дополнительные нагрузки на нижние перекрытия, следовательно, усиление нужно начинать с колонн в основании здания.

Следует помнить, что возможности передать нагрузку на вертикальные элементы обоймы ограничены. Если уголки неравномерно или неплотно прижаты к поверхности, то усиливаемый элемент беспрепятственно деформируется в поперечном направлении, пока зазор не исчезнет. В этом случае толку от проведённой работы практически не будет. Поэтому при усилении колонн металлической обоймой требуется применять методы, при которых планки немедленно включаются в работу.

Например, до приварки планок плотно прижать уголки инвентарными струбцинами или создать предварительное напряжение планок электронагревом. Предварительное напряжение натяжными гайками применяется, когда в качестве планок используются круглые стержни с резьбой. Между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции необходимо проложить выравнивающий слой цементного раствора.

Технология усиления круглых и многогранных колонн

Усиление круглых и многогранных колонн, когда нет возможности произвести распор каркаса усиления, проводится так: на конструкцию вертикально, с применением временных скруток, устанавливаются профильные элементы и обжимаются нагретыми хомутами. В этом случае также требуется устранять зазоры.

Хомуты-накладки нагревают около места проведения работ до 200-300 °С, затем струбцинами или кондуктором прижимают к колонне. Окончательную сварку производят до того, как хомуты остынут ниже 100 °С. Температурного сокращения металла достаточно, чтобы надёжно обжать конструкцию.

Технология устройства железобетонной рубашки

Когда колонны примыкают к наружным или внутренним стенам, для их усиления применяют устройство железобетонной рубашки. Для этого производят следующие работы:

очистка поверхности;
устройство на бетоне насечки для лучшего сцепления с новым раствором;
установка арматурного каркаса;
монтаж опалубочных щитов;
обильное увлажнение поверхности колонны;
нагнетание бетонной смеси в полость.

УСИЛЕНИЕ КОЛОНН СТАЛЬНЫМИ И ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМИ ОБОЙМАМИ

Колонны обычно усиливают стальными обоймами (рис. 1, а) или железобетонными обоймами (рис. 1, б). Каменную кладку иногда усиливают также и армированными штукатурными обоймами.

Железобетонные колонны крайних рядов (у которых 4-стороннее нара-щивание не всегда возможно осуществить) вместо обойм усиливают рубашками, а колонны, работающие на внецентренное сжатие с большими эксцентриситетами, усиливают также односторонним или двусторонним наращиванием, подобно изгибаемым элементам.

Рис.1. Усиление колонн: а — металлическая обойма, б — железобетонная обойма.

Обоймы выполняют двойную функцию:

сдерживают поперечные деформации усиливаемого элемента, т. е. повышают его прочность на сжатие за счет объемного напряжения,
и воспринимают часть вертикальной нагрузки, т. е. частично разгружают усиливаемый элемент.

Примечание. Функцию сдерживания поперечных деформаций выполняют планки стальных обойм и поперечная арматура (хомуты) железобетонных обойм, функцию восприятия вертикальной нагрузки – соответственно вертикальные уголки и бетон с продольной (вертикальной) арматурой.

Степень объемного напряжения можно повысить, если в планках создать предварительное напряжение (натяжными гайками, электронагревом, попарным стягиванием). Предварительным напряжением можно также повысить и степень включения в работу вертикальных уголков стальных обойм.

Одним из самых простых способов такого преднапряжения является установка заранее перегнутых уголков с последующим их выпрямлением за счет горизонтального стягивания (рис. 2).

После выпрямления уголки превращаются в распорки и в них возникает сжимающее усилие , на величину которого происходит разгружение колонны.

Здесь 0,9 – коэффициент условий работы, учитывающий потери напряжений от обмятия, Аsc – суммарная площадь поперечного сечения уголков, i = tgα .

Приведенная формула справедлива, разумеется, только при наличии надежных упоров в торцах уголков с самого начала их стягивания. Подобным способом эффективно усиливать колонны, работающие как с малыми (а), так и с большими (б) эксцентриситетами.

При усилении колонн многоэтажных зданий следует помнить о том, что нижние реакции распорок на промежуточных этажах создают дополнительные нагрузки на нижележащие перекрытия, поэтому усиление нужно выполнять, начиная с самых нижних колонн.

Рис.2. Усиление колонны предварительно напряженной подпоркой.

При усилении стальными обоймами последние рассматривают как самостоятельные конструкции, в которых несущими элементами являются вертикальные уголки, а планки играют ту же роль, что и планки стальных решетчатых колонн.

Иными словами, положительным влиянием планок на поперечные деформации бетона усиливаемой колонны пренебрегают.

Наибольший эффект усиления достигается при использовании преднапряженных обойм-распорок, которые можно использовать без разгружения колонн. Проектируя их, следует, однако, помнить о том, чтобы усилие Nsp не продавило опорные поверхности перекрытий (покрытия) и не оторвало от колонны сами перекрытия (покрытие), и о том, что стадия монтажа (стягивания вертикальных уголков) является наиболее невыгодной в работе распорок, так как уголки еще не соединены планками и их гибкость велика.

При отсутствии преднапряжения стальные обоймы имеет смысл применять только при условии частичного или полного разгружения колонн (что далеко не всегда возможно осуществить) и при условии плотной подклинки зазоров между концами уголков и опорными поверхностями.

Тогда при действии дополнительной нагрузки уголки следует рассчитывать на основе равенства их продольных деформаций с деформациями железобетонной колонны (точнее всего – совмещая диаграммы сжатия стали и бетона данного класса).

Понятно, что чем меньше нагрузки снято с колонны, тем меньше напряжения в уголках обоймы, тем менее эффективно работает обойма .

При усилении железобетонными обоймами поперечное сечение, если пользоваться рекомендациями справочников (весьма спорными), можно рассчитывать как монолитное с соответствующими коэффициентами условий работы бетона и арматуры наращённой части и с поправками на разные классы бетона старой и новой частей сечения.

Передавать нагрузку на элемент усиления удобнее всего через горизонтальные (упорные) уголки, которые через тонкий выравнивающий слой раствора следует плотно прижать к опорным поверхностям соответствующих конструкций – балок, перемычек, фундаментов и т. п., а затем приварить к вертикальным уголкам (рис. 3).

Рис.3. Схема передачи нагрузки на усиляющий элемент.

Однако возможности передавать нагрузку на вертикальные уголки существенно ограничены, о чем всегда следует помнить:

Во-первых, при усилении промежуточных колонн многоэтажных зданий нагрузка от уголков будет передаваться на нижележащие перекрытия. Для такой передачи должна быть уверенность в том, что эти перекрытия в состоянии воспринять дополнительную нагрузку.
Во-вторых, чтобы передать хотя бы часть нагрузки, необходимо эту часть с перекрытия (покрытия) предварительно снять.

Наконец, в многоэтажных зданиях, чтобы загрузить уголки обоймы нижнего этажа, мало разгрузить перекрытия всех этажей, нужно еще усилить обоймами все выше расположенные колонны, уголки которых будут передавать по цепочке нагрузку на нижнюю обойму.

Если обоймы на выше расположенных колоннах не установить, то на уголки нижней колонны будет передаваться только та часть нагрузки, которая была временно снята с перекрытия одного нижнего этажа.

В силу перечисленных причин использовать в полной мере несущую способность вертикальных уголков без их предварительного напряжения удается крайне редко.
Если вертикальные уголки неплотно и неравномерно прижаты к поверхностям усиливаемого элемента, то последний имеет возможность беспрепятственно деформироваться в поперечном направлении до тех пор, пока не исчезнет зазор, – только тогда планки начнут вступать в работу.

При таком качестве исполнения (к сожалению, не редком) проку от усиления почти нет.

Поэтому при усилении стальными обоймами всегда необходимо предусматривать мероприятия, заставляющие планки немедленно включаться в работу .

Одним из них может быть прижатие уголков инвентарными струбцинами до начала приварки к ним планок, другим – предварительное напряжение планок электронагревом или натяжными гайками (в последнем случае планками являются круглые стержни с резьбой на одном конце).

При этом между поверхностями уголков и усиливаемой конструкции следует проложить выравнивающий слой раствора.

Данные требования особенно относятся к усилению каменных или бетонных простенков, образуемых в существующих стенах при устройстве в них новых проёмов.

При пробивке таких проемов перфораторами (отбойными молотками) образуются «рваные» края, зазоры между уголками и поверхностями простенков достигают нескольких сантиметров и стальная обойма, по существу, становится лишь декорацией.

На Заметку. Поэтому новые проемы в стенах следует не пробивать, а прорезать дисковой пилой .

Далее, при редком расположении планок разрушение усиливаемого элемента может произойти в промежутках между ними. Поэтому планки по высоте необходимо располагать с шагом не более 500 мм и не более наименьшего размера поперечного сечения усиливаемого элемента.

Рис.4. Схема стягивания поперечных планок стальной обоймы.

Наконец, с увеличением ширины простенков влияние планок, расположенных по коротким сторонам сечения, уменьшается. Поэтому, если ширина простенка превышает его толщину в два раза и более, то длинные планки необходимо стягивать попарно болтами, которые играют роль внутренних планок (рис. 4). Их пропускают через отверстия в кладке с шагом не более 0,75 м по высоте и не более двойной толщины простенка (но не более 1 м) по ширине.

Методы усиления железобетонных колонн

Очень часто при обследовании здания или сооружения оказывается, что многие конструкции объекта находятся в аварийном состоянии и нуждаются в усилении. Если усиление невозможно или нецелесообразно, то конструкцию демонтируют и заменяют другой. Целесообразность того или иного способа усиления определяют сравнительным экономическим анализом (расход материала, трудоемкость выполнения работ, общая стоимость, уменьшение количества простоев производства). В наши дни существует достаточное количество методов по сохранению существующих конструкций колонн при реконструкции зданий. Характер повреждения, месторасположение конструкции в плане, эксплуатационная составляющая, назначение здания и т. д. — от всех этих важных аспектов и зависит способ и вид усиления.

Ключевые слова: усиление, колонна, железобетон, обойма, бетонное наращивание

Сборные железобетонные колонны чаще всего усиливают стальными или армированными бетонными обоймами, бетонными рубашками, с помощью наращивания или любыми другими разгружающими элементами, конструкциями.

Методов действительно очень много, и главное — выбрать наиболее подходящие, устраиваемые и в плане дальнейших эксплуатационных характеристик, и стоимости возведения/усиления, и эстетических нужд.

Усиление колонн осуществляется главным образом за счет увеличения сечения для обеспечения совместной работы существующего и дополнительного сечений. Обычно усиление выполняется с разгрузкой конструкции. Если напряжение в усиливаемой конструкции выше допустимого, то усиление под нагрузкой с использованием сварки не производится.

Рис. 1. Поврежденная железобетонная колонна

Непосредственно перед выбором метода усиления необходимо произвести обследование здания с дальнейшим присвоением зданию категории аварийного состояния. (Рис. 1)

По результатам предварительного обследования с учетом выявленных дефектов и повреждений на момент обследования конструкция относится к одной из пяти категорий состояния [3]:

I — исправное (хорошее) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Долговечность конструкции не снижена по сравнению с проектной.

II — неисправное (удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по устойчивости, жесткости и трещиностойкости. Есть признаки снижения долговечности конструкции по сравнению с проектной.

III — ограниченно работоспособное (не достаточно удовлетворительное) состояние — конструкция удовлетворяет требованиям по жесткости и устойчивости. Долговечность конструкции существенно снижена.

IV — неработоспособное (неудовлетворительное) состояние — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям.

V — предельное (предаварийное) состояние (Рис. 2) — конструкция не удовлетворяет предъявляемым требованиям. Существует опасность обрушения.

Рис. 2. Аварийное состояние железобетонной колонны

После присвоения зданию категории, анализа состояния колонн и здания в целом, можно приступать к выбору метода усиления.

Для усиления железобетонной колонны существует достаточное количество методов. Наибольшее распространение получили следующие: железобетонные и стальные обоймы, одностороннее и двустороннее наращивание сечения, предварительно напряженные обоймы и распорки, приставные стойки и разгружающие элементы.

Усиление железобетонной обоймой считается наиболее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны. Обойма состоит из продольной и поперечной арматуры и бетонного слоя. (Рис. 3) Перед усилением поверхность колонны должна быть зачищена от старого штукатурного слоя, а поверхность существующего бетона за час до наращивания смочена водой. Чаще всего железобетонную обойму делают толщиной 6–12 см. [1] Сечение и количество продольной арматуры определяется исходя из расчетов. Совместная работа обоймы и колонной — очень важное условие. Поперечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом S, удовлетворяющим требованиям:

;

где d -диаметр продольной арматуры; δ -толщина обоймы.

Рис. 3. Усиление железобетонной колонны с помощью железобетонной обоймы

Для внецентренно сжатых колонн для уменьшения начального эксцентриситета и увеличения прочности используют одностороннее наращивание сечения. Важным условием надежности является совместная работа нового слоя бетона со старым. Для этого предусматриваются те же мероприятия, что и при усилении железобетонными обоймами, и используется соединительная арматура маленького диаметра (10–30мм) с шагом 500–800 мм. В связи с большой трудоемкостью данное усиления применяется редко. [1]

Усиление колонн стальной обоймой (Рис. 4) — довольно простой метод в исполнении, позволяющий незначительно увеличить размер поперечного сечения и практически сразу ввести колонну в эксплуатационный режим. С использованием цементно-песчаного раствора устанавливаются продольные элементы обоймы из уголковой стали, прижимаемые к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам приваривают поперечные планки (шаг по длине колонны 400–600 мм). [1]

Рис. 4. Усиление железобетонных колонн стальными обоймами

Эффект преднапряженного состояния достигается путем приваренных, заранее нагретых до температуры 100–120°С, напряженных обойм поперечных планок. При остывании планки укорачиваются, создавая необходимое натяжение.

Достаточно эффективным методом увеличения несущей способности колонны является усиление с помощью стальных распорок. В данном случае несущая способность будет повышаться пропорционально площади поперечного сечения распорок.

Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), которые связанны между собой соединительными планками и выпрямляются с помощью натяжных болтов. Распорки, включаясь в совместную работу с колонной, частично разгружают ее. Величина напряжений в распорках в момент их включения в работу по данным [2] достигает 60–80 МПа.

Усиление колонн предварительно напряженными распорками считается целесообразным при длине распорок не более 5 м для меньшего расхода металла при обеспечении устойчивости.

Решение о необходимости усиления колонн выдвигается на основании обследования здания с разработкой проекта и обоснованием выбранного метода.

Дополнительно составляется ведомость дефектов с фотофиксацией и карты дефектов строительных конструкций.

На основании проведенного визуально-инструментального обследования дается оценка технического состояния строительных конструкций и величина предельно-допустимых нагрузок.

Все обследуемые конструкции классифицируются по техническому состоянию и категории опасности дефектов.

Юдина А. Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений [Текст]: учеб. пособие/А. Ф. Юдина. — 3-е изд., стер. — М.: Академия, 2014. — 319 с.
Бадьин, Г. М. Усиление строительных конструкций при реконструкции и капитальном ремонте зданий [Текст]: учеб. пособие / Г. М. Бадьин, Н. В. Таничева. — М.: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2010 (Курган). — 111 с.
Гроздов В. Т. Техническое обследование строительных конструкций зданий и сооружений. СПб: Издательский Дом KN+, 2001. 140 с.

Основные термины (генерируются автоматически): усиление, колонна, конструкция, аварийное состояние, железобетонная обойма, обойма, усиление колонн, поперечная арматура, продольная арматура, совместная работа.

Методы усиления металлических конструкций уменьшением расчетной длины сжатых элементов

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.

СП 16.13330.2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23–81*. — Введ. 28.08.2017. — М.: Минстрой России, 2017. — 148 с.
Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23–81*) / ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. — М.: ОАО «ЦПП», 2008.
Бельский М. Р., Лебедев А. И. Усиление стальных конструкций. Киев: Будiвельник, 1981. 120 с.
Ребров И. С. Усиление стержневых металлических конструкций. Проектирование и расчет. Л.: Стройиздат, 1988. 288 с.
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.
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.

Основные термины (генерируются автоматически): расчетная длина, несущая способность, усиление, раскос, элемент, конструкция, нагрузка, усиление колонн, усиливаемая ферма, расчетная схема.

Читайте также: