Усиление конструкций металлических конструкций

Обновлено: 04.10.2024

Иногда несущие конструкции здания настолько сильно теряют в своих физических свойствах, что это ставит под угрозу их дальнейшую эксплуатацию и может привести к возникновению опасных для жизни людей ситуаций. Наиболее логичное в данном случае решение — выполнить усиление конструкций с помощью скрепляющих материалов. Вот какие причины чаще всего приводят к снижению несущей способности стен и перегородок:

• серьезные ошибки на стадии проектирования или возведения
• естественный износ материалов, из которых они выполнены
• просадка фундамента, вызвавшая смещение конструкций
• механические повреждения, полученные в результате пробивки отверстий и проемов
• воздействие химически активных веществ
• воздействие окружающей среды, в том числе перепады температур
• землетрясения
• пожары

Кроме того, усиление конструкций непременно следует проводить в тех случаях, когда ожидается увеличение действующих на них нагрузок — например, при надстройке этажей, изготовлении дверных проемов, переносе стен, алмазное сверление отверстий иного назначения или изменении предназначения всего здания.

Любые работы по усилению конструкций всегда выполняются по индивидуальному плану. Выбор материалов, инструментов и просто способа усиления зависит от следующих факторов:

• текущее состояние несущих конструкций и в частности их поверхностей
• габариты конструкций
• прочность материалов, из которых они выполнены
• уже действующие на эти конструкции нагрузки
• состояние несущих стен, расположенных этажом ниже
• наличие или отсутствие каких-либо технических ограничений при выполнении работ

Работы по усилению конструкций должны проводиться по специально разработанному проекту, учитывающему положения действующих нормативных элементов. Основа любого такого плана — это проектная документацию по зданию, результаты технического обследования и расчеты прочности конструкций.

Способы усиления конструкций

Сотрудники нашей компании владеют множеством методик усиления несущих конструкций. Какая из них в конечном итоге будет использована, во многом зависит от типа конструкций.

Для усиления плит перекрытия (как монолитных, так и сборных) подходят следующие варианты:

• наращивание горизонтального сечения плиты снизу и сверху;
• размещение продольных и поперечных балок в качестве дополнительных опор для плиты;
• заполнение каналов и пустот монолитным материалом;
• создание двухконсольных врезок из швеллеров и двутавров.

Если требуется провести усиление балок покрытия и перекрытия, то наши специалисты чаще всего обращаются к следующим методикам:

• установка дополнительных разгружающих конструкций из жестких материалов (железобетон или сталь);
• установка гибких преднапряженных ферм, балок, кронштейнов, арматуры, затяжек или наклонных тяжей;
• наращивание сечения балок с одной или двух сторон;
• обустройство охватывающих конструкций и рубашек с добавлением арматуры;
• установка шарнирно-стержневых цепей;
• установка металлических ферм, стоек и шпренгельных систем.

Для усиления колонн мы используем следующие методики:

• наращивание сечения железобетоном;
• установка преднапряженных распорок;
• создание вокруг колонны железобетонной или металлической обоймы или рубашки;
• установка дополнительных стальных деталей для усиления консоли.

Усиление подкрановых балок проводится одним из следующих способов:

• укрепление конструкции армированным бетоном;
• нанесение слоя железобетона для увеличения полки;
• создание горизонтального стального пояса для восприятия соответствующих нагрузок;
• установка стальных элементов.

В ходе работ по усилению конструкций, так же как и по укреплению проемов, наши сотрудники используют только самые качественные материалы — например, композиционные армирующие и ремонтные смеси повышенной прочности. Это позволяет значительно экономить время по сравнению с более традиционными методами, а значительный опыт и высокая квалификация работников нашей компании станут дополнительной гарантией долгосрочного результата. Мы работаем со зданиями и конструкциями любого типа. При необходимости на ваш объект может выехать специалист, который произведет предварительный расчет сметы и составит план работ.

Усиление металлоконструкций

Строительство зданий на основе металлоконструкций обеспечивает их высокую надежность и долговечность. В большинстве случаев эти сооружения не требуют модернизации в течение всего срока службы.

Почему требуется усиление металлоконструкций зданий и сооружений

При строительстве промышленных и жилых зданий, торговых помещений, складов, выполненных на основе металлоконструкций, проектировщики устанавливают для них определенные показатели прочности. Но под воздействием различных негативных факторов часто происходит разрушение металлоконструкций, вследствие чего нарушается целостность зданий. Эти факты выявляются обычно при обследовании построек инспекторами Ростехнадзора, а также персоналом предприятия или самими жильцами. Также к необходимости дополнительного укрепления металлических конструкций могут привести ошибки в их проектировании, изменение нагрузок и инженерные дефекты.

Многие здания из старого фонда недвижимости требуют в настоящее время проведения ремонтно-восстановительных работ, которые включают усиление имеющихся металлоконструкций. Это связано с тем, что металлоконструкции не всегда обладают достаточно высокой прочностью и долговечностью. Использование дорогого металла во многих случаях бывает экономически невыгодным.

Зачем нужно усиливать металлокаркас?

У многих элементов каркасной системы в процессе эксплуатации уменьшается несущая способность. В этом случае возникает риск разрушения всего объекта строительства. Монтаж металлоконструкций с целью усиления металлических каркасов позволяет сохранить первоначальные эксплуатационные и технические характеристики здания. При этом эксплуатацию объекта строительства можно не прекращать, что приведет к минимальным потерям. Также усиление металлических каркасов можно провести без демонтажа металлоконструкций.

Усиление металлокаркаса промышленных зданий часто выполняется с помощью оттяжек с предварительным напряжением, что позволяет получить достаточно хороший эффект. Но для этого необходимы тяжелые анкерные устройства. Также должны быть увеличены площади для застройки. Лучший эффект дают тяжи, закрепленные к другим зданиям, которые отличаются большей устойчивостью. Для их натяжения могут использоваться самые разные способы, например электротермический. Эффективность данного усиления можно проконтролировать следующим образом. При горизонтальных нагрузках наблюдаются смещения каркаса, например его верхних узлов. После проведения усиления они должны уменьшиться.

Усиление металлокаркаса, который имеет вид продольных и поперечных рам, производится путем установки диагональных жестких связей в виде креста. При невозможности их использования применяются жесткие распорки, которые называются ригелями. Для повышения прочностных характеристик ригелей применяются балки, полученные методом проката или сварки. Путем приварки под нагрузкой эти балки подводятся под ригели.

Усиление металлоконструкций в виде балок стропил и ригелей в перекрытии проводится путем создания цельного настила, который жестко связывают с верхним поясом балки. В результате этого существенно повышается их несущая способность. Сам ригель фактически превращается в балку с очень жесткой арматурой.

Элементы металлоконструкций из стали требуют особого усиления. Чаще всего применяется метод приварки элементов, которые не проходят через процедуру предварительного напряжения. Это могут быть, например, полосы или уголки. Данные способы усиления применяют при высоком показателе временной нагрузки на стойки. В других случаях в сжатых стойках в результате приварки элементов могут возникнуть различные деформации. Эффективность проведенного усиления в таком случае снижается. Стальные стойки с ненапряженными элементами усиливают путем уменьшения их длины. Также может быть увеличен диаметр их сечения.

Как усиливают металлоконструкции?

Усиление металлоконструкций может быть выполнено с помощью различных армирующих элементов и накладок. Благодаря проведению таких работ можно существенно сэкономить средства на реконструкции построек и увеличить срок службы зданий. В результате технологического процесса по усилению строительных металлоконструкций здание снова возвращается к своей нормальной жизни.

При этом работы по усилению металлических конструкций могут быть выполнены по неотложным причинам, если здание находится в аварийном состоянии. Также существует капитальное и перспективное усиление металлических конструкций здания. Перед основательным укреплением может быть выполнено временное армирование необходимых элементов сооружения.

Усиление металлоконструкций: в чем заключаются особенности данного технологического процесса

Выполнение подобных восстановительных работ осуществляется строго в соответствии с разработанными рекомендациями и нормами. Усиление металлоконструкций производится в определенной последовательности. Вначале тщательно анализируется вся имеющаяся документация по конкретному строительному объекту и оценивается качество проектирования имеющихся металлоконструкций. Если никаких отклонений от проекта в промышленных или жилых зданиях, выполненных из этого материала, не обнаруживается, то выясняются причины нарушений геометрии и целостности сооружений.

Полученные результаты позволяют разработать наиболее эффективный проект усиления конструкций и подготовить профессиональное экспертное заключение. Благодаря применению современных технологий армирования и строительных материалов высокого качества можно гарантировать эффективность выполненных работ и сокращение производственных затрат.

Усиление металлоконструкций является таким же трудоемким процессом, как и строительство зданий. На первом этапе на участке расположения здания устанавливаются растяжки, бандажи, дополнительные стропила и временные опоры. При наличии повреждений в рамах, фермах, балках, колоннах рядом размещаются аналогичные конструкции, с помощью которых происходит разгрузка поврежденных металлоконструкций. Поврежденные элементы могут быть дополнены элементами из металла, которые закрепляются с помощью болтов, заклепок или сварки. Еще один вариант усиления металлоконструкций заключается в полной замене отдельных связей аналогичными элементами. Для усиления перекрытий применяются связи, которые удерживают балки в каждом пролете арки строго горизонтально.

Для того чтобы повысить способность здания выдерживать высокие нагрузки, применяются:

• ненапрягаемые элементы;
• гибкие затяжки для пролетных конструкций, предварительно напряженные;
• шпренгельные элементы;
• инвентарные опоры;
• ветви опор;
• монтажные стойки на стреле крена и другие.

Усиление стоек, работающих на сжатие

Используется прием повышения жесткости конструкции с помощью предварительно напряженных элементов.

Вплотную к усиливаемой стойке нужно установить конструкцию из двух труб. Трубы собираются в телескопическую конструкцию, с минимальным зазором. Внутренняя труба, предварительно нагретая и растянутая, приваривается к наружной по торцу. Телескопическая конструкция соединяется при помощи сварки к установленной рядом конструкции. Затем, надрезав нижнюю часть телескопической конструкции, отделяют внутреннюю трубу от наружной. Вместо труб можно использовать также другие жесткие профили.

Усиление металлоконструкций балок и ферм

Эти конструкции усиливают ненапряженными элементами. Основной принцип – в увеличении площади нагружаемого сечения. В балках – это приваривание по их длине уголков, швеллеров или труб. В фермах – наращивание элементов ферм. Приваривать новые элементы нужно поперек или по диагонали самой нагруженной части. Крепление дополнительных элементов выполняют на опоры, при помощи сварки.

Усиление металлических конструкций - это способ восстановления их проектных характеристик (несущей способности и устойчивости), сниженных в процессе эксплуатации конструкции из-за влияния различных механических, химических и электрохимических факторов. Одним из основных способов является увеличение их поперечного сечения.

Поперечное сечение металлической конструкции может быть увеличено следующими способами:

• дополнением конструкции ненапрягаемыми элементами в виде стоек, стержней, ригелей и т.д.;
• дополнением конструкции предварительно напряженными гибкими (натяжными) или жесткими элементами (стержнями и балками);
• устройством дополнительных разгружающих конструкций (балок, колонн, оснований);
• усилением сварных, заклепочных, болтовых и других соединений элементов металлической конструкции.

Использование сварки для изменения поперечного сечения конструкции в некоторых случаях приводит к снижению её несущей способности из-за перегрева металла. В настоящее время используются также легкие полимерные материалы.

Особенности

Металлические стойки каркаса первого этажа, а также несущие балки для защиты от огневого воздействия либо обетонируют, либо обмуровывают кирпичной кладкой. В контактной зоне образуются непроветриваемые пазухи — идеальное место для коррозии. В двутавровых профилях самыми тонкими элементами их являются стенки, и именно они повреждаются коррозией в полной мере, которая доходит до сквозных отверстий. Вскрытие в местах замачивания конструкции подтверждает эту версию. Полки двутавров значительно массивнее и меньше подвержены коррозии. Именно поэтому двутавровые балки следует усиливать приваркой полосовой стали вдоль колонны с обеих сторон.

Для проведения работ разгружают перекрытие, вскрывают защитное покрытие и зачищают полки до чистого металла. В зависимости от величины повреждения усиливается стойка на поврежденном участке или по всей высоте этажа.

В случае повреждения полок двутавровых стоек усиливают поврежденные участки с помощью дополнительных металлических элементов, в качестве которых могут применяться полосовая сталь, стержневая арматура или прокатный профиль (уголки, швеллеры, двутавры). Площадь дополнительной арматуры усиления определяется с помощью расчета.

Ниже приводятся возможные варианты усиления сжатых стоек металлического каркаса:

Усиление может быть обусловлено снижением несущей способности конструкции или предполагаемыми изменениями действующих нагрузок и принимается с учетом степени повреждения и величины остаточной несущей способности конструкции. Вариант определяется расчетом и выбирается с учетом степени повреждений, условий выполнения, времени исполнения, экономической целесообразности.

Вариантами усиления могут быть следующие: без изменения статической схемы, с помощью разгружающих элементов, с изменением расчетной схемы.

Отзывы о компании ООО "ИНТЕХ":

Информация, размещенная на сайте, носит ознакомительный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой.

Усиление конструкций металлических конструкций

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.

Методы усиления металлических конструкций

При недостаточной несущей способности отдельных элементов, конструкций пли зданий и сооружений произ­водится их усиление, при этом, так же как и при конст­рукциях из других материалов, необходимо предусмот­реть минимальные потери из-за остановок технологиче­ского цикла.

Элементы сварных конструкций, испытывающие рас­тяжение, сжатие или изгиб, могут быть усилены увели­чением сечений путем приварки новых дополнительных деталей. Несущая способность элемента при этом воз­растает с увеличением его сечения или жесткости. Од­нако нагрев элемента в процессе сварки может снижать его несущую способность. Степень снижения зависит от режима сварки, толщины и ширины элемента, на­правления сварки. Для продольных швов снижение прочности не превышает 15%, для поперечных может постигать 40%. Поэтому наложение швов поперек эле­мента при его усилении под нагрузкой категорически запрещается.

В связи с некоторой потерей прочности элементов при сварке, а также перераспределением напряжений как по сечению элемента, так и между элементами уси­ление под нагрузкой производят при напряжениях, не превышающих 0,8 R_у, где R_у - расчетное сопротивление для стали, из которой изготовлен элемент.

Усиление сжатых стоек.

Эффективным средством усиления сжатых стальных стержней является применение предварительно напря­женных телескопических труб и элементов из других жестких профилей.

Сущность способа (рис. 39) заключается в том, что разгружающая предварительно напряженная стойка со­стоит из двух труб требуемого диаметра, причем внут­ренняя труба сжата, а наружная растянута. Достигает­ся это следующим образом: наружную трубу устанавли­вают в горизонтальное положение, с одного торца трубы приваривают фланец с центральным отверстием диа­метром 30-40 мм, с другого торца на расстоянии 2-3 м строго по оси наружной трубы устанавливают внутрен­нюю трубу чуть меньшего диаметра, чтобы она могла с небольшим зазором входить в наружную. Затем газо­выми горелками производят нагрев наружной трубы до расчетного удлинения, вводят в нее внутреннюю трубу и обваривают по всему периметру свободного торца.

Сокращаясь при остывании, наружная труба обжимает внутреннюю. В таком виде предварительно напряжен­ный элемент устанавливают рядом с усиливаемой стой­кой и плотно подклинивают под разгружаемую конст­рукцию. Затем двумя газовыми горелками наружную трубу разрезают в нижней части по окружности, осво­бождая таким образом усилие предварительного напряжения во внутренней трубе. Удлиняясь, она разгружает рядом стоящую стойку. После этого наружная труба в сечении разрезки заваривается и в состоянии воспри­нять часть добавочной нагрузки на колонну (стойку) после усиления. Этот способ может применяться также при усилении внецентренно сжатых элементов.

Эффективным способом увеличения жесткости кар­касов промышленных зданий является устройство пред­варительно напряженных тяжей и оттяжек. Однако от­тяжки требуют массивных анкерных устройств, увеличе­ния площади застройки, а также они увеличивают сжи­мающие усилия в колоннах. Более эффективны тяжи, которые крепятся к соседним устойчивым зданиям. На­тяжение таких затяжек осуществляют механическим, электротермическим или комбинированным способом, а контроль эффективности усиления - по уменьшению смещений верхних узлов каркаса при горизонтальных нагрузках.

Повышения жесткости продольных и поперечных рам возможно добиться установкой крестовых диагональ­ных жестких связей, а когда это невозможно, - жест­ких распорок (ригелей) в сочетании с диагональными раскосами.

Рис. 3.39. Усиление предварительно напряженной стойкой:

1 - предварительно напряженная стойка; 2 - сварной шов; 3 - накладки

Эффективный способ увеличения прочности и жест­кости металлических ригелей - подведение под них про­катных или сварных балок с приваркой под нагрузкой в нагретом состоянии. При ограниченных габаритах по­мещений усиливающую балку устанавливают сверху, вскрывают пол и приваривают ее к верхней полке уси­ливаемого ригеля в предварительно напряженном со­стоянии. Усиливающие балки в первом и во втором слу­чаях заводят и жестко закрепляют в узлах рамы.

Повышения несущей способности стропильных балок и ригелей перекрытия возможно добиться устройством сплошного железобетонного настила, жестко связанно­го с верхним поясом балки. В этом случае жесткость ри­геля существенно повышается, и его можно рассматри­вать как тавровую железобетонную балку с жесткой арматурой.

Наиболее часто требуют усиления сжатые стальные элементы. Традиционным способом их усиления являет­ся увеличение сечения приваркой полос, уголков и дру­гих элементов без предварительного напряжения. Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в ра­боту, приварка этих элементов вызывает в сжатых стойках дополнительные деформации, что снижает эф­фективность усиления. Поэтому традиционные способы усиления применяют, если временная нагрузка на стой­ки составляет не менее 40 % от постоянной и во время выполнения работ по усилению она отсутствует.

Рис. 3.40. Схемы усиления стоек ненапряженными элементами

Усиление стальных стоек ненапряженными элемен­тами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины, при этом следует стремиться к максимальному увеличению радиусов инерции сечения (рис. 3.40). При выполнении усиления нагрузка на стой­ке не должна превышать 50-60 % расчетной.

При небольшой гибкости усиливаемого элемента не­обходимо уменьшать эксцентриситет от смещения, а при гибкости l > 80 - увеличивать его устойчивость.

Присоединение элементов усиления осуществляют в основном сваркой. Сварочный прогиб для элементов, которые усиливаются под нагрузкой, является нагру­жающим фактором, поэтому сначала усиливаемый эле­мент приваривают точечной сваркой, а затем наклады­вают основной шов. При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые уменьшают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу наплавленного ме­талла.

Усиление балок.

Усиление металлических балок осуществляют увели­чением сечения, при этом необходимо выполнить их раз­грузку не менее чем на 60 % или установить временные дополнительные опоры. При проектировании усиления необходимо придерживаться следующих технологичес­ких правил: объем сварки должен быть минимальным, сварные швы следует располагать в удобных доступных местах, необходимо избегать потолочной сварки, снача­ла надо усиливать нижний пояс, а затем верхний, что исключает прогиб балки в момент усиления.

Рис. 3.41. Схемы усиления балок симметричными на­кладками

Наиболее простой способ усиления-симметричны­ми накладками (рис. 3.41), однако при этом возникает необходимость в большом объеме потолочной сварки. При большой ширине нижней накладки можно избежать потолочных швов, однако ширина ее не должна превы­шать 506, в противном случае возникает значительная концентрация напряжений по кромкам балки.

Проверку прочности и устойчивости усиленной бал­ки производят как для цельного сечения, так как крити­ческие усилия не зависят от величины напряжений, су­ществовавших до усиления.

Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами (рис. 3.42).

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки за­тяжек. Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки. Один из варианта усиления представлен на рис. 43. Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнез­дами, образующих с осью разрезные шарниры, располо­женные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располага­ют внутри колонны. Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует ми­нимальных трудовых и материальных затрат.

Усиление ферм.

Усиление стальных ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элемен­тов решетки, изменением схемы конструкции и увеличе­нием сечений отдельных элементов. Выбор того или ино­го способа усиления зависит от причин, вызвавших уси­ление стропильных конструкций. Подведение новых конструкций осуществляют в том случае, если другие способы усиления не дают требуе­мого эффекта и если по условиям производства допусти­ма установка дополнительных промежуточных стоек.

Дополнительные элементы решетки вводятся для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы, для усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб, а также для увеличения жесткости и несущей способно­сти фермы в целом. Усиление нижнего пояса осуществляют, как правило, увеличением его сечения. Верхний пояс усиливают шпренгельной решеткой. Дополнитель­ную перекрестную решетку устанавливают для повыше­ния несущей способности и жесткости фермы в целом. В этом случае ферма превращается в статически неоп­ределимую систему и возникает опасность перераспре­деления усилий в элементах решетки (растянутые эле­менты испытывают сжимающие усилия, и наоборот). Поэтому иногда возникает необходимость дополнитель­ного усиления отдельных элементов решетки.

Наиболее распространенный характер повреждений стропильных ферм — погнутость стержней решетки, ко­торая достигает 50-70 мм. В этом случае увеличивают сечение решетки или устанавливают предварительно на­пряженные элементы, снижающие искривления элемен­тов решетки.

Существенного увеличения несущей способности фер­мы можно добиться установкой третьего пояса (шпрен­гельной системы) в пределах высоты фермы или (если допускает высота помещения) путем его закрепления в нижних опорных узлах. Такое усиление не требует до­полнительных опор и может выполняться из высоко­прочных канатов (пучков), обеспечивая минимальную материалоемкость усиления. Стойки шпренгельной си­стемы выполняют из жестких профилей.

Разгрузку су­ществующей фермы осуществляют предварительным на­пряжением третьего пояса, поэтому его сечение должно быть достаточным для воспринятая максимальных на­пряжений при полной нагрузке фермы. Усилия в раз­личных элементах конструкции суммируются из усилий, возникающих при предварительном напряжении третье­го пояса, а также усилий, в статически неопределимой усиленной конструкции от всех нагрузок, приложенных после усиления.

Одним из способов усиления ферм является над­стройка висячих (вантовых) систем, к которым подве­шивается усиливаемая конструкция. Этот способ осо­бенно эффективен, если ванты можно подвешивать к ря­дом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.

Усиления ферм можно добиться включением в их работу светоаэрационных фонарей. Наиболее эффекти­вен этот метод при расположении фонарей не по сере­дине пролета, а над колоннами в двух- и многопролет­ных цехах.

Как уже отмечалось, усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения 8 его работу желе­зобетонных плит покрытия.

Усиление соединений.

При недостаточной прочности сварных швов их уси­ливают увеличением длины.

Наращивание швов следует производить электрода­ми Э42, Э42А или Э46Т диаметром не более 4 мм при силе тока не более 220 А со скоростью, при которой за один проход размер катета не превышает 8 мм. Для элементов из уголков новые швы следует накладывать, начиная со стороны обушка от края фасовки в направ­лении существующих швов. Сварку последующего шва производят только после охлаждения предыдущего до 100°C. При усилении швов напряжения в усиливаемом элементе не должны превышать 0,8R_y, где R_y-расчет­ное сопротивление стали. Усиление должны производить высококвалифицированные, сварщики не ниже 5-го раз­ряда.

Усиление заклепочных соединений осуществляют вы­сокопрочными болтами с предварительным напряжени­ем. Болты устанавливают от середины узла к краям с помощью тарировочных ключей для измерения крутя­щих моментов. Из-за ослабления старых заклепок при установке новых высокопрочных болтов последние дол­жны быть рассчитаны на воспринятие полной нагрузки.

Из-за различной жесткости сварных и болтовых со­единений усиление последних при помощи сварки не ре­комендуется.

Примерный срок службы здания высчитывается еще на этапе постройки. Определяется примерная дата, на основе нескольких параметров: тип грунта, фундамент, этажность (высота строения), вид строительного материала, а также воздействие внешних сил. Но каким бы длительным не был период износа, усиление конструкции все же может потребоваться.

Условно виды улучшения делятся на обычные способы и новые (современные). И в том, и другом случае первым делом проводят анализ всех элементов, в этот момент выделяеются наиболее слабые места. Они могут быть сжаты, растянуты, подвержены крутящему моменту и прочее. Это помогает выбрать определенный тип усиления конструкции наиболее эффективно.

Усиление несущих конструкций

Прочность, надежность и устойчивость любых элементов решается за счет несущих элементов, подразделяющихся на вертикальные и горизонтальные. Под действием определенных условий: эксплуатация, окружающей среды все конструкции через определенное время начинают разрушаться. Усиление конструкций здания применяется также в случаях реконструкции или технического перевооружения определенного помещения.

Выполнение работ по улучшению несущих элементов может оказаться обязательным не только старым зданиям, но и новым построениям. Потребность в улучшение новых зданий может возникать чаще всего вследствие допущения ошибок в процессе выполнения строительно–монтажных работ. Старым зданиям усиление становится необходимо при чрезмерном возрастании нагрузки на несущие элементы по причине увеличенной скорости старения отдельных элементов либо при изменении стабильности грунта под ними.

Усиление металлических конструкций

С целью улучшения элементов из стали применяют в работе следующие способы:

• повышение жесткости и увеличение площади нагружаемого сечения;
• усиление работающих на сжатие стоек;
• использование предварительно напряженных элементов.

Усиление железобетонных конструкций

В железобетонных конструкциях усилению подлежат фундаменты, перекрытия, ригели, колонны, балки. Железобетонные фермы и балки при необходимости заменяются на новые. Перед производством данных работ производятся специализированные подготовительные операции.

Усиление конструкций из дерева

Выбор метода улучшения элементов из дерева происходит в зависимости от вида имеющегося повреждения. Для всех повреждений основное первоначальное действие – разгрузка конструкции.

Работы по улучшению несущих конструкций требуют наиболее высокой квалификации рабочих, а также более тщательного контроля качества производимых работ по сравнению с обычными строительно–монтажными работами.

Определенный способ выбирается после проведения экспертизы объекта и составления проекта. Проект должен составляться специализированной организацией.

Усиление конструкций углеволокном

Современные способы усиления конструкций предполагают использование углеволокна. Основными его преимуществами стали:

• быстрый монтаж;
• практичность;
• простота в установке;
• возможность усиления в труднодоступных местах конструкции;
• универсальность в применении к различным строительным материалам.

Углеволокно может быть представлено в виде холста, ленты или ламината. Крепление к конструкции происходит посредством монтажного клея, а значит трудоемкость процесса значительно снижается. Углеродные пластины идеально адаптируются к любому другому материалу и приспосабливаются к воздействию внешних факторов. К тому же внешний вид углеволокна не портит эстетических данных сооружения.

В зависимости от типа конструкции, усиление углепластиком делится на 4 основных метода:

1. Усиление железобетонной конструкции. Здесь применимы 2 способа. Первый предполагает применение «бандажа» из углеволокна, который создает эффект обоймы. Во втором случае холст используется в качестве дополнительной арматуры вдоль ослабленной зоны.
2. Металлические конструкции подвергаются очистке перед усилением. Здесь важно монтировать углеволокно симметрично центру тяжести поперечного сечения арматуры. Это даст наиболее эффективный результат усиления.
3. Усиление углеволокном идеально подходит в каменных конструкциях. Традиционный метод предполагает сверление, чеканку и прочее механическое воздействие на конструкцию. Углеродные пластины не портят внешний вид сооружения, что очень важно в некоторых отдельных случаях.
4. Деревянные конструкции наиболее восприимчивы к внешнему воздействию. С помощью углеволокна можно легко и незаметно усилить сооружение и добавить несколько десятков лет к его амортизационному сроку.

Усиление сооружений металлоконструкциями

При проведении усиления зданий и сооружений зачастую используют металлоконструкции. Наибольший эффект дает демонтаж старых металлических конструкций с заменой на новые. Если по каким–либо объективным причинам это нецелесообразно или невозможно, применятся установка дополнительных металлических конструкций. В основном данный метод применим для усиления ферм мостов, кранов, строительных ферм, фундаментов, балок, ригелей.

Необходимость в использовании металлоконструкций возникает при изменении эксплуатации объекта, его перепланировке. Может потребоваться проведение усиления этим способом при выявлении ошибок проектирования, строительства, проведении сварочных работ, деформации или износа конструктивных элементов сооружения вследствие агрессивных условий или ударных нагрузок.

Усиление сооружений металлоконструкциями имеет ряд преимуществ:

• Материал, благодаря однородной структуре, обладает одинаковыми свойствами по всем направлениям, что делает его надежным и прочным.
• Металлоконструкции непроницаемы для газа и жидкостей.
• Металлические конструкции изготавливаются при минимальном ручном труде, а значит обладают наиболее точными размерами и характеристиками.
• Реконструкция и ремонт подобных конструкций проводится при помощи простого проведения сварочных работ.

Металлические конструкции для усиления сооружений включают в себя стяжки из арматурных стрежней или полос металла, пластины П-образной формы, металлические вставки, «обоймы», «рубашки», стержни и заклепки.

При проведении усиления сооружений металлоконструкциями основным методом является приварка усиливающих элементов, а также изменение схемы конструкции из металла. При этом могут устанавливаться дополнительные ребра и связи. Это увеличивает жесткость конструкции. Также проводится ввод шпренгельных элементов, установка подкосов, которые уменьшают пролеты среди элементов сооружения. При этом проведение работ по усилению металлоконструкциями невозможно без предварительного разработанного и утвержденного проекта.

Способы усиления сооружений при помощи металлоконструкций различны в зависимости от типа реконструируемых объектов.

1. При усилении кладки здания кирпичом ее заключают в металлическую обойму. Таким образом, кладка начинает работать в условиях всестороннего сжатия.
2. Для реконструкции каркаса несущих конструкций здания производится снижение уровня нагрузки на стены. Происходит это путем наращивания металлического каркаса. Иногда целесообразно пристроить новую кладку вдоль старой стены при помощи анкерных болтов.
3. Усиление фундамента проводится путем наращивания дополнительных металлоконструкций для снижения нагрузки на него, заключение его в металлическую обойму для усиления кладки и работы в условиях всестороннего сжатия.

Полная реконструкция зданий и сооружений включает в себя усиление всех его элементов, включая кровлю. В данном случае проводятся общестроительные работы и разработка усиления несущих стен. При этом используется частичная перепланировка помещений, изменение их габаритов и технических характеристик.

Важно при проведении работ по усилению металлоконструкциями позаботится об огнеупорных покрытиях. Металл не относится к горючим материалам, однако, при высоких температурах его эксплуатационные характеристики значительно изменяются, вплоть до полной потери эксплуатационных возможностей.

К способам защиты металлоконструкций от повреждения огнем относятся:

• Защита конструкция при помощи огнеупорных покрытий и штукатурок.
• Обкладка огнезащитными материалами (плиты, маты).
• Покрытие огнеупорными красками.

План огнеупорной защиты разрабатывается на этапе проектирования работ по усилению сооружения. Здесь важно учитывать, что применение огнеупорных материалов увеличивает сечение металла. При этом металлические конструкции вначале проходят обработку, их грунтуют. После чего на металл наносятся огнеупорные покрытия.
Защита от критических температур позволяет повысить устойчивость конструкции к повреждению огнем, предотвратить деформацию металлической конструкции и препятствовать возникновению пожара.

Читайте также:

  
• Металлический бак для полива на дачу
  
• Какая форма для кексов лучше силиконовая или металлическая
  
• Легкие металлы и сплавы
  
• Оксид металла плюс оксид неметалла
  
• Металлы и материалы на их основе