Пособие по проектированию усиления стальных конструкций
Обновлено: 02.05.2024
3.1. С целью сокращения объемов работ по усилению, а в некоторых случаях и отказа от усиления необходимо выявлять и использовать резервы несущей способности сохраняемых конструкций путем:
уточнения усилий, действующих в перенапряженных элементах, за счет учета пространственной работы каркаса; фактических условий соединения и закрепления, учета фактических значений нагрузок, воздействий и их сочетаний;
уточнения прочностных характеристик материала конструкций и соединений, фактических размеров сечений и элементов;
включения в работу ограждающих конструкций или других вспомогательных элементов зданий и сооружений.
С этой целью рекомендуется проведение мероприятий по улучшению условий работы несущих конструкций таких, как:
изыскание возможности уменьшения нагрузок, действующих на все здание или отдельные элементы его (ограничение грузоподъемности кранов, их сближения между собой, ограничение хода тележки, изменение схемы расположения кранов на подкрановых путях, изменение конфигурации кровли для уменьшения снеговых мешков, мероприятия по борьбе с отложением промышленной пыли и т. д.);
уменьшение нагрузок от веса ограждающих конструкций путем замены их более легкими, в особенности в тех случаях, когда замена ограждающих конструкций связана с их неудовлетворительным состоянием.
Мероприятия по уменьшению крановых и других технологических нагрузок не должны ухудшать условия основного производства и должны быть обязательно согласованы со службой эксплуатации, включая приемы и методы контроля за уровнем нагрузок.
3.2. Основными способами усиления конструкций являются:
увеличение площади поперечного сечения отдельных элементов конструкции;
изменение конструктивной схемы всего каркаса или отдельных элементов его, в результате чего меняется расчетная схема;
Каждый из этих способов может применяться самостоятельно или в комбинации с другим. При выборе способа усиления и разработке проекта усиления необходимо учитывать требования монтажной технологичности.
3.3. При конструктивном оформлении усиления путем увеличения сечений необходимо:
обеспечить надежную совместную работу элементов усиления и усиливаемой конструкции, в том числе требования по местной устойчивости (размеры свесов, отгибов) и неискажаемости сечения (установка в необходимых случаях ребер, диафрагм и т. п.);
не принимать решений, затрудняющих проведение мероприятий по антикоррозионной защите, в особенности ведущих к щелевой коррозии или образованию замкнутых полостей, применяя в необходимых случаях герметизацию щелей;
назначать места обрыва элементов усиления из условия работы неусиленных сечений при действии расчетных нагрузок в упругой стадии, не допуская резких концентраторов напряжений в указанных местах;
учитывать наличие конструктивного оформления узлов, ребер жесткости, прокладок и т. п., а также допустимость увеличения габаритов строительных конструкций;
обеспечивать технологичность производства работ по усилению, в частности, доступность сварки, возможность сверления отверстий, закручивания болтов и т. п.
3.4. При усилении конструкций путем изменения конструктивной схемы требуется:
учитывать перераспределение усилий в конструкциях, элементах, узлах, а также в опорах, включая дополнительные проверки фундаментов;
учитывать разность температур, если существующие и новые конструкции могут эксплуатироваться в разных температурных режимах, а также температурный режим при замыкании статически неопределимых систем;
предусматривать в конструктивных решениях элементов и узлов возможность компенсации несовпадения размеров существующих и новых конструкций.
3.5. Способ усиления конструкций, предусматривающий регулирование напряжений, позволяет уменьшить усилия, действующие в конструкции. Преимущество его состоит также в том, что усиление может производиться без разгрузки конструкции и остановки технологического процесса.
3.6. Элементы усиления необходимо проектировать, как правило, ориентируясь на полное изготовление их в заводских условиях. В особых случаях допускается изготовление деталей усиления с припуском и последующей обработкой на месте установки.
Присоединение деталей усиления к конструкциям выполняется с помощью сварки, на болтах класса точности А и В или высокопрочных. В случае опасности возникновения хрупкого или усталостного разрушения присоединение осуществлять на высокопрочных болтах или болтах класса точности А. При соответствующем обосновании допускается применение дюбелей и самонарезающих винтов.
3.7. Марку стали элементов усиления следует назначать по табл. 50 СНиП II-23-81 * с учетом качества стали усиливаемой конструкции. Если эти конструкции выполнены без сварки и отсутствуют данные о свариваемости стали, то для их усиления сварку можно применять только после проведения оценки свариваемости.
3.8. Применяемая для элементов усиления сталь, как правило, не должна уступать по качеству металлу усиливаемых конструкций (по механическим свойствам, вязкости и свариваемости).
При усилении конструкций, эксплуатируемых в агрессивной среде, коррозионная стойкость металла элементов усиления должна быть не ниже стойкости металла усиливаемой конструкции.
ПОСОБИЕ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ УСИЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ (к СНиП II-23-81)
Рекомендовано к изданию секцией научно-технического совета Укрниипроектстальконструкция Госстроя СССР.
Даны рекомендации, детализирующие основные положения по проектированию усиления стальных конструкций и проведению предпроектных обследований, технологии производства работ по их усилению.
Для инженерно-технических работников проектных организаций, высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящее Пособие дополняет, развивает и детализирует раздел «Дополнительные требования по проектированию конструкций зданий и сооружений при реконструкции» СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».
Приведенные в Пособии положения распространяются на эксплуатируемые стальные конструкции, которые сохраняются (с усиленней или без него) в составе несущих конструкций зданий и сооружений после их реконструкции, а также на имеющие существенный физический износ стальные конструкции, для которых усиление является мерой, обеспечивающей их соответствие требованиям дальнейшей нормальной эксплуатации.
1.2. Элементы конструкций, вводимые дополнительно или взамен демонтируемых, должны проектироваться в соответствии с указаниями действующих норм и государственных стандартов.
Сохраняемые конструкции проверяются с учетом требований СНиП II-23-81* и дополнительных положений настоящего Пособия. В Пособии приведены отмененные нормативные документы (ГОСТы, СНиПы и др.), которые могут быть использованы только в качестве справочного материала.
1.3. При разработке проектной документации следует:
предусматривать меры по обеспечению надежности и долговечности зданий и сооружений;
принимать конструктивные решения и методы производства работ, реализуемые, как правило, без остановки производственного процесса в эксплуатируемых зданиях и сооружениях или совмещаемые по времени с технологическими остановками таких процессов;
учитывать перспективы развития производства, возможность повторных (в будущем) реконструкций и модернизаций;
принимать проектные решения, обеспечивающие экономное расходование материалов, топливных и энергетических ресурсов, снижение стоимости, трудоемкости и сокращение сроков выполнения работ по усилению;
учитывать условия производства работ по усилению (стесненность монтажной площадки, возможность использования механизмов, дополнительные мероприятия по технике безопасности и охране труда, необходимость контроля качества работ и т. п.).
1.4. Основные технические решения, принимаемые при разработке проектов реконструкции и усиления, следует обосновывать путем сравнения конкурентоспособных вариантов, учитывая при этом последствия (стесненность монтажной площадки или остановку производства на время выполнения работ по усилению).
1.5. Проектирование усиления стальных конструкций по Сравнению с обычным проектированием имеет ряд существенных особенностей, которые должны учитываться как при организации проектных работ, так и в процессе разработки и оформления проектной документации.
Основные из них:
проведение большого объема изысканий, связанных с обследованием усиливаемых конструкций, выявлением их фактического состояния, характеристик металла, из которого они выполнены, анализом причин появления имеющихся дефектов и повреждений и оценкой технического состояния конструкций;
выполнение расчетов по нескольким вариантам расчетных схем для оценки возможного отрицательного влияния обычно не учитываемых факторов (податливости или несмещаемости фундаментов, возможного проявления эффектов неразрезности, участия в работе каркаса ограждающих конструкций и оборудования и т. п.);
учет уровня фактической нагруженности усиливаемых под нагрузкой конструкций в процессе выполнения работ по усилению и учет влияния действующих во время усиления напряжений на несущую способность усиливаемой конструкции;
влияние последовательности и технологии выполнения работ по усилению на поведение усиливаемой конструкции, необходимость комплексного решения вопросов конструирования и выбора способа усиления с обязательным отражением этих вопросов в проектной документации.
1.6. Проектная документация с учетом изменения параметров и свойств конструкций и режимов эксплуатации должна охватывать следующие стадии работы конструкций:
А - предшествующая началу работ по усилению, на которой требуется проверить с учетом фактического состояния возможность эксплуатации конструкций до их усиления или замены и разработать в необходимых случаях временные мероприятия по содержанию конструкций и ограничению режимов эксплуатации;
Б - соответствующая периоду выполнения работ по усилению, на которой следует разработать необходимые мероприятия, обеспечивающие работоспособность конструкций по временной схеме;
В - соответствующая режиму эксплуатации конструкций после усиления, на которой необходимо обеспечить работу конструкций в изменившихся условиях.
В необходимых случаях, с целью выявления фактического положения конструкций, возможного роста деформаций и изменения напряженного состояния, проектом должно быть предусмотрено проведение инструментальных наблюдений за состоянием конструкций на стадиях А и Б, а также с использованием приборов и специальных контрольно-сигнальных устройств - на стадии В.
4 Общие положения по проектированию усиления стальных конструкций зданий и сооружений
4.1 Настоящее Пособие детализирует требования и дополняет основные положения СНиП II-23 по выполнению расчетов, конструированию и производству работ при проведении усилений существующих стальных конструкций. При разработке настоящего Пособия использованы материалы научно-исследовательских и проектных институтов стран СНГ 1—7 (приложение Г).
4.2 Необходимость ремонта или усиления существующих конструкций или их элементов может возникнуть в следующих случаях:
увеличение нагрузок и воздействий, изменение условий и режима эксплуатации в связи с изменением габаритов здания, расположения оборудования и интенсификации технологического процесса при реконструкции;
наличие недопустимых конструктивных отклонений и дефектов, имеющих место при проектировании, изготовлении и монтаже;
эксплуатационный износ — приобретение повреждений и дефектов при нарушении условий нормальной эксплуатации, изнашивание, потеря прочности и жесткости в результате действия динамических и вибрационных нагрузок, воздействия химических реагентов, высоких температур и т. п.;
случайные повреждения, вызванные стихией, ударами при монтаже оборудования и т. п.
4.3 Основанием для разработки проекта усиления существующих конструкций являются материалы детального натурного обследования, выполненные в соответствии с требованиями СНБ 1.04.01 и 3.
4.4 При реконструкции здания или сооружения проектирование конструкций или элементов, вводимых дополнительно к существующим или взамен демонтируемых, должно осуществляться в соответствии с указаниями действующих норм и государственных стандартов.
Проектирование усилений сохраняемых конструкций должно осуществляться с учетом требований СНиП II-23 и положений настоящего Пособия.
4.5 Выбор оптимального варианта усиления существующей конструкции следует принимать, исходя из анализа по экономическим критериям нескольких конкурентоспособных решений, учитывая при этом возможность остановки производства на время выполнения работ, стесненность монтажной площадки, трудоемкость и безопасность выполнения работ, использование механизмов, экономное расходование материалов, топливных и энергетических ресурсов.
4.6 При проектировании усилений стальных конструкций должны учитываться особенности их работы в составе каркаса здания.
К ним относятся:
уровень фактической нагруженности усиливаемых конструкций в процессе выполнения работ, учет влияния начальных напряжений на несущую способность усиливаемых конструкций и на выбор конструктивного решения типа усиления;
общие деформации, полученные элементами системы к моменту усиления, и особенности распределения напряжений и деформаций в сечениях элементов;
возможность появления дополнительных напряжений в элементах или конструкциях вследствие не учета податливости опор, появления эффекта неразрезности и т. п.;
степень влияния усиливаемых конструкций на общую устойчивость и жесткость каркаса здания;
влияние последовательности и технологии выполнения работ при усилении на напряженно-деформированное состояние усиливаемой конструкции.
4.7 Для сокращения объемов работ по усилению, а в некоторых случаях и отказа от усиления, необходимо использовать резервы несущей способности сохраняемых конструкций, которые выявляют:
перерасчетом несущей способности существующих конструкций по современным нормам с уточнением прочностных характеристик материала конструкций и соединений, фактических размеров сечений и элементов;
уточнением расчетных усилий в перенагруженных элементах за счет влияния податливости узлов и соединений, учета пространственной работы каркаса на действие фактических нагрузок и воздействий;
включением в совместную работу ограждающих конструкций (железобетонных плит покрытия, настилов) или других вспомогательных элементов зданий;
изысканием возможности уменьшения нагрузок, действующих на все здание или отдельные элементы его (ограничение грузоподъемности кранов, их сближения между собой, ограничение хода тележки, изменение конфигурации кровли для уменьшения снеговых мешков, мероприятия по борьбе с отложением промышленной пыли и т. д.);
уменьшением нагрузок от веса ограждающих конструкций путем замены их более легкими, в особенности в тех случаях, когда замена ограждающих конструкций связана с их неудовлетворительным состоянием.
Мероприятия, связанные с уменьшением крановых и других технологических нагрузок, не должны ухудшать нормальных условий производства и должны быть обязательно согласованы со службой эксплуатации, включая приемы и методы контроля над уровнем нагрузок.
4.8 Для оценки качества материала стальных конструкций, не имеющих сертификатов или паспортов, проводят контрольные испытания специально вырезанных образцов стали для определения механических характеристик, химического состава, марки стали, степени раскисления и степени свариваемости.
4.9 Усиление существующих конструкций может быть аварийным, временным, капитальным и перспективным.
Аварийное усиление производится в экстремальных случаях для срочного восстановления несущей способности конструкций. В этом случае применяются наиболее простые и технологичные решения, рассчитанные на сравнительно короткий срок эксплуатации — до текущего ремонта.
Временное усиление обычно применяется для конструкций, нормальную эксплуатацию которых в плановом порядке необходимо обеспечить до начала капитального ремонта. Временное усиление производится и в процессе монтажа для тех конструкций, которые при подъеме, строповке, передвижке работают в иных условиях, чем в период эксплуатации.
Капитальное усиление конструкций используется в тех случаях, когда для здания или сооружения решают текущие задачи при ремонте или реконструкции.
Перспективное усиление конструкций применяется тогда, когда с течением времени предполагается изменение технологии производства и увеличение технологических нагрузок.
4.10 Усиление конструкций может выполняться под нагрузкой, с частичной или с полной разгрузкой.
Усиление под нагрузкой является наиболее сложным видом усиления, так как требует детального обследования усиливаемой конструкции, тщательной оценки ее напряженно-деформированного состояния и разработки специальных приемов усиления, позволяющих эффективно включить элементы усиления в совместную работу с существующей конструкцией. С экономической точки зрения такое усиление наиболее эффективно, поскольку обычно не приводит к остановке технологического процесса.
Усиление с частичной разгрузкой предполагает отсутствие во время усиления какой-либо из временных нагрузок. Так, например, усиление ферм, ригелей и прогонов покрытия необходимо производить при отсутствии снеговой нагрузки, усиление колонн производственных зданий — при отсутствии крановой и снеговой нагрузок, усиление балок перекрытия — при отсутствии полезных (технологических) нагрузок и т. д.
Усиление с полной разгрузкой, как правило, применяют при аварийно-восстановительных работах, когда допускается остановка технологического процесса, а также для конструкций (например, подкрановые балки, резервуары и т. п.), в которых основной является технологическая нагрузка.
4.11 Усиление конструкций под нагрузкой с применением сварки производится при абсолютном значении напряжений в усиливаемом элементе (конструкции) от действующих нагрузок 0, удовлетворяющих следующим условиям:
для 1 группы сварных конструкций по таблице 50* СНиП II-23, работающих в особо тяжелых условиях эксплуатации и подвергающихся непосредственному воздействию динамических вибрационных или подвижных нагрузок (подкрановые балки для кранов режимов работы 7К, 8К, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, балки под краны гидротехнических сооружений и т. п.) 0 0,2Ry0; для остальных элементов сварных конструкций этой же группы (подкрановые балки для кранов режимов работы 1К—6К, балки рабочих площадок, пролетные строения галерей и т. п.) 0 0,4Ry0;
для 2, 3, 4 групп конструкций (по таблице 50* СНиП II-23), работающих при статических нагрузках, 0 0,8Ry0.
Если эти условия не выдерживаются, то перед началом работ по усилению необходима обязательная разгрузка конструкций до указанных уровней напряжения в усиливаемом элементе или проведение дополнительных страховочных мероприятий.
4.12 Классификация основных способов усиления стальных конструкций приведена в таблице 4.1.
Таблица 4.1 — Классификация основных способов усиления стальных конструкций
Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к сНиП II-23-81*)
Разработано Укрниипроектстальконструкция (д-р техн. наук А. В. Перельмутер, кандидаты техн. наук В. Б. Барский, Ю. С. Борисенко, В. А. Лимаренко, А. Н. Харин) при участии ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова (кандидаты техн. наук И. В. Левитанский, В. И. Кудишин, Л. И. Гладштейн, И. В. Порядин, инженеры О. Н. Дмитриев, И. О. Эсаулов); ЦНИИСК им. Кучеренко (д-р техн. наук В. И. Трофимов, кандидаты техн. наук Г. Е. Бельский, Л. А. Гильденгорн); МИСИ им. Куйбышева (д-р техн. наук Е. И. Беленя, кандидаты техн. наук Б. Ю. Уваров, В. Н. Валь, П. Д. Окулов); Днепрпроектстальконструкция (инж. М. Б. Трапер); Ленпроектстальконструкция (инж. Р. С. Зекцер); Сибпроектстальконструкция (канд. техн. наук А. И. Конаков); ЛИСИ (кандидаты техн. наук Г. И. Белый, И. С. Ребров); МакИСИ (кандидаты техн. наук Е. В. Горохов, И. Р. Рухович); ДИСИ (д-р техн. наук А. В. Сильвестров, канд. техн. наук В. Д. Сургучев); НИСИ (д-р техн. наук В. В. Бирюлев, кандидаты техн. наук И. И. Крылов, А. И. Репин, инж. В. А. Чумаков); ЧПИ (кандидаты техн. наук В. Ф. Сабуров, К. А. Шишов, инж. В. И. Камбаров); ПолтИСИ (канд. техн. наук В. А. Пашинский); ЯГУ (канд. техн. наук В. В. Филиппов); Львовского политехнического института (канд. техн. наук М. Р. Бельский); Липецкого политехнического института (д-р техн. наук В. В. Горев, кандидаты техн. наук В. М. Путилин, В. И. Бабкин, инж. В. В. Зверев); СЗО Энергосетьпроект Мичэнерго СССР (канд. техн. наук К. П. Крюков, инж. Е. Н. Колбанев).
1. Общие положения
Читайте также: