Усиление несущих конструкций металлом

Обновлено: 18.05.2024

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 конструкций

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 несущих конструкций металлом

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.

Усиление конструкций зданий и сооружений

Любое сооружение, независимо от своего назначения, в процессе эксплуатации деформируются, расшатываются и разрушаются, приходя в аварийное состояние. Предотвратить эту ситуацию позволяет своевременно проведенный ремонт и усиление строительных конструкций зданий и сооружений.

Инжиниринговая компания КТБ Железобетон оказывает услуги по капитальному ремонту и усилению строительных конструкций здания. Мы неоспоримые лидеры в данной области, так как обладаем многолетним и успешным опытом, а также используем для работы только эффективные методы и технологичные современные материалы.

В каких случаях требуется усиление конструкций?

Необходимость работ по усилению строительных конструкций – фундамента, перекрытий, балок, стен и других элементов зданий, возникает по ряду причин:

• повышение нагрузки на несущие части в результате перепланировки, надстройки или строительства новых объектов в непосредственной близости от сооружения;
• смена оборудования или технологических сетей внутри зданий;
• наличие конструктивных дефектов, которые могут возникать в результате влияния агрессивных материалов или эксплуатации, несоответствующей правилам;
• случайные повреждения элементов сооружения;
• неправильное первичное проектирование с допущением ошибок;
• естественный эксплуатационный износ;
• снижение несущих способностей из-за действия различных нагрузок: динамических, вибрационных и др.;
• использование строительных материалов низкого качества;
• нарушение технологии строительно-монтажных работ.

В случае обнаружения технических дефектов или деформации, необходимо обращаться к специалистам. Только доверив проведение восстанавливающих процедур профессионалам, можно быть уверенным в хорошем результате.

Степени износа конструкций

В зависимости от характера повреждений и процента снижения несущей способности сооружения, выделяют 5 степеней износа строительных сооружений:

1. Нормальное состояние – присваивается проекту при отсутствии видимых повреждений и сохранения допустимого уровня несущей способности. Данная степень износа не требует организации производства ремонтных работ.
2. Удовлетворительное состояние – характерно при снижении несущей способности не менее чем на 5%. Для восстановления проводят антикоррозийное покрытие стальных элементов и бетона для железобетонных объектов.
3. Неудовлетворительное состояние – определяют у зданий с видимыми дефектами и повреждениями. В этом случае необходимо провести капитальный ремонт деформированных строительных конструкций.
4. Предаварийное – указывается в результате зафиксированных повреждений, свидетельствующих о непригодности сооружения к эксплуатации. При предаварийном состоянии ограничивают нагрузки на объект с последующим капитальным ремонтом и усилением объекта.
5. Аварийное – присваивается зданию в случае необходимости проведения капитальных ремонтно-восстановительных работ или замены отдельных элементов сооружения. При этом, строение немедленно освобождается от нагрузки и обустраиваются временные крепления.

Перечень основных работ по усилению

В рамках услуги по усилению и реконструкции конструктивных элементов зданий и сооружений, выполняется ряд последовательных работ:

• сбор и изучение сведений об объекте: документов, каталогов, схем, чертежей;
• обследование технического состояния надземной и подземной части строения, а также прилегающих территорий с целью анализа фактических нагрузок, габаритов, прочностных характеристик, причин возникновения дефектов и других факторов;
• определение метода и способа восстановления сооружения с разработкой рекомендаций и детального проекта на основании технического расчета, специфики условий эксплуатации и задач, обозначенных заказчиком;
• восстановление, ремонт, переустройство и другие мероприятия, обозначенные в проектном документе.

Перечисленные работы проводят, как в плановом, так и срочном порядке, если возникла просадка или деформация поверхностей с видимым искривлением в любой плоскости.

Способы	Методы
Замена старых элементов новыми.	Удаление деформированных и монтаж новых строительных конструкций.
Снижение нагрузки на сооружение.	Исключение возможной нагрузки. Проектирование и применение разгружающих систем, распределяющих нагрузку на ближайшие объекты.
Увеличение параметров сечения с сохранением расчетной схемы.	Устройство набетонки. Установка охватывающих обойм с добавляемой арматурой. Одностороннее усиление железобетонных конструкций. Усиление синтетическими материалами, стальными элементами, жидкими составами.
Изменение расчетных схем	Обустройство шпренгельных систем. Дополнение жесткими железобетонными стальными каркасами, стойками, опорами. Установка подкосов и подвесов из стали или железобетона. Омоноличивание систем.

Методики усиления и ремонта различных строительных элементов

Конкретные методики по усилению и ремонту сооружений, на практике подбираются в зависимости от особенностей и назначения сооружения. Для усиления фундамента используют методики:

• установки обойм;
• преднапряжения систем;
• инъектирования строительными растворами;
• перекладки деформированного фундамента;
• подведения новых конструкций;
• химического укрепления грунта;
• монтажа свай;
• расширения подошвы;
• углубления;
• реконструкции основания.

При необходимости усилений бетонных конструкций, рекомендуют применять другие методы:

• монтаж разгружающих элементов;
• устройство металлических или железобетонных обойм;
• инъектирование растворами пустот и трещин.

Для усиления металлических конструкций применяют разные методики. Наиболее выгодную технологию подбирают исходя из материала опор и их фактического состояния:

• увеличение сечения конструкции;
• усиление конструкций углеволокном и композитными материалами;
• омоноличивание;
• замена шарнирных сопряжений;
• применение жестких подвесов, армированных ребер, подкосов, стоек;
• разгрузка балок;
• монтаж стяжных болтов и металлических шпонок;
• обжатие перекрытий.

В качестве основных конструктивных решений по усилению деревянных строительных конструкций, выступает замена несущих балок с увеличением их количества и сечения. В случае объемного разрушения кирпичных систем применяют армирование существующей кладки с инъекционным введением состава.

Для стен используют комбинацию методов: однорядное или двухрядное армирование швеллерами, установку обойм и поясов жесткости, усиление уголком. Методика и перечень конкретных инженерных работ определяются только после детального обследования и технического заключения, сделанного с учетом степени деформации сооружения и коэффициента снижения несущей способности.

Технологический потенциал нашей компании позволяет осуществлять все мероприятия, необходимые для восстановления и усиления любых строительных конструкций: стен, фундамента, перекрытий и другого. Мы используем только эффективные методы обслуживания, включающие как классические, так и инновационные технологии, лишенные недостатков.

Читайте также:

  
• Концевик для шнура металлический
  
• Керамогранит с металлическими вставками
  
• Электронная теория проводимости металлов
  
• Обработка края металлической сетки
  
• Планка стыковочная простая для металлического сайдинга