Лекция № 24
Усиление конструктивных элементов промышленных зданий
План лекции
1. Общие методы и приемы усиления несущих конструкций промышленных зданий
2. Усиление железобетонных конструктивных элементов промышленных зданий
Литература:
1. Юдина А.Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений: учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования / А.Ф. Юдина. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 320с.
2. Девятаева Г.В. Технология реконструкции и модернизации зданий: Учебное пособие. – М: ИНФА-М, 2008. – 250с – (Среднее профессиональное образование).
3. Фёдоров В.В. Реконструкция зданий, сооружений и городской застройки: Учебное пособие / В.В.Фёдоров, Н.Н.Фёдорова, Ю.В.Сухарев. – М: ИНФА – М, 2008, -224с, - (Высшее образование).
Общие методы и приемы усиления несущих конструкций промышленных зданий
В практике реконструкции промышленных зданий и сооружений часто возникает необходимость усиления конструкций и их отдельных элементов (фундаментов, колонн, подкрановых балок, стропильных конструкций и т.п.), которая может быть вызваны следующими причинами:
- увеличение нагрузок на них в результате замены или усиления вышерасположенных конструкций (надстройка зданий, перестройка помещений);
- модернизация технологического оборудования или изменение технологического процесса;
- эксплуатационный износ с потерей несущей способности от воздействия динамических, вибрационных нагрузок или агрессивной воздушной среды и т.п.;
- возникновение конструктивных дефектов в результате неправильной эксплуатации конструкций (разбрызгивание и разлив агрессивных жидкостей);
- случайные повреждения (выход из строя отдельных конструктивных элементов при демонтаже, транспортировке и установке технологического оборудования).
Для усиления конструкций обычно требуется значительно меньше затрат, чем замена их новыми. Однако усиление конструкций связано с выполнением сложных строительных процессов, которые могут выполняться без остановки или при кратковременных остановках производства.
Усиление конструктивных элементов промышленных зданий и сооружений включает комплекс мероприятий, обеспечивающих их дальнейшую и надежную эксплуатацию и способность удовлетворять эксплуатационным требованиям.
Наиболее часто усиливают железобетонные фундаменты, колонны, балки, ригели и плиты перекрытий и покрытий. Железобетонные подкрановые балки и железобетонные фермы, находящиеся в аварийном состоянии, обычно не усиливают, а заменяют другими (чаще металлическими).
Решения по усилению конструкций или их замене должны быть обоснованы проектом.
Повышение несущей способности конструкций и придания им надежной эксплуатации может быть достигнуто следующими методами:
- изменение условий эксплуатации конструкций;
- изменение конструктивной схемы сооружения в целом или отдельных его частей;
- регулирование усилий в конструкциях;
- усиление отдельных элементов конструкций и узловых соединений.
Метод изменения условий эксплуатации конструкций позволяет избежать непосредственного усиления последних и осуществляется за счет снижения постоянных или временных нагрузок; а также наложения ограничений на эксплуатационные нагрузки или их регулированного перераспределения.
Положительные результаты от использования этого метода могут быть достигнуты за счет:
- снижения постоянных нагрузок на конструкции путем замены существующих тяжелых кровельных настилов, перекрытий, утеплителей, стенового ограждения и т.д. на более легкие (например, замена легкобетонных стеновых панелей или железобетонных плит покрытия на сэндвич панели);
- уменьшения технологических нагрузок на конструкции за счет изменения расстановки оборудования или замены его на более легкое;
- ограничения грузоподъемности кранового оборудования или замены его на более легкие модификации;
- установки специальных распределительных балок, изменяющих места передачи нагрузок на конструкции с целью уменьшения в них усилий.
Метод изменения условий эксплуатации конструкций является эффективным и обеспечивает дальнейшую эксплуатацию конструкций без применения трудоемких процессов по их усилению.
Изменение конструктивной и расчетной схемы сооружения применяется, как правило, за счет наложения дополнительных связей на существующие конструкции и является особенно эффективным при значительном увеличении нагрузок на них. Эффективность этого метода может быть достигнуто за счет применения следующих способов:
- введением дублирующих конструкций, способных воспринимать часть общих нагрузок;
- повышением степени внешней статической неопределенности конструкций за счет введения дополнительных опор; превращения разрезных конструкций в неразрезные;
- замыкания шарниров в рамных и арочных покрытиях; установка дополнительных элементов в виде подкосов, тяжей, вантовых конструкций и т.д.;
- повышением степени внутренней статической неопределенности конструкций за счет постановки шпренгелей, затяжек, дополнительных элементов и т.д.;
- введения дополнительных элементов без изменения основных статических свойств исходной конструкции за счет постановки шпренгельных элементов решетки, ребер, диафрагм и т.д.
- постановки дополнительных связей с целью повышения пространственной жесткости и устойчивости конструкций.
Метод регулирования усилий в конструкциях основан на оптимизации условий работы конструкций путем искусственного перераспределения усилий в них для снижения напряжений в отдельных элементах или сечениях. Он может осуществляться следующими способами:
- подъема или опускания опор в неразрезных балочных или рамных конструкциях;
- увеличением жесткости отдельных элементов системы;
- увеличением степени связности отдельных конструкций системы и обеспечением их совместной (пространственной) работы;
- выбором начальной величины эксплуатационных нагрузок, мест их приложения, интенсивности и последовательности загружения монтажными нагрузками, при которых производится усиление, а также последовательностью введения дополнительных опор и элементов при усилении конструкций под нагрузкой.
Метод усиления отдельных элементов конструкций и узловых соединений является самым распространенным и применяется как самостоятельно, так и в сочетании с другими методами усиления. Он осуществляется путем увеличения поперечного сечения отдельных элементов конструкций с целью придания им повышенной жесткости на сжатие, растяжение и изгиб. Усиление узловых соединений обеспечивается либо увеличением несущей способности существующих сварных, болтовых или заклепочных соединений, либо введением дополнительных элементов, разгружающих усиливаемые соединения.
Конструкции и их элементы могут усиливаться одним из следующих способов:
- после демонтажа конструкций или их отдельных элементов;
- без демонтажа конструкции, после разгрузки их от всех временных и постоянных нагрузок (за исключением нагрузки от собственного веса конструкции);
- без демонтажа конструкции в напряженном состоянии;
В первом случае усиление может выполняться на специальных стендах, смонтированных непосредственно на реконструируемом участке или в мастерской. Этот способ имеет ограниченное применение и используется при восстановлении конструкции после аварии или для усиления отдельных конструктивных элементов, демонтаж которых может быть произведен без ущерба для основной конструкции. После выполнения работ по усилению конструкция или ее элемент устанавливается в проектное положение и включается в эксплуатацию.
Ряд конструкций может усиливаться без демонтажа в проектном положении, но после разгрузки их от всех временных и постоянных нагрузок. К такому способу прибегают обычно при полной или частичной реконструкции здания, связанной с заменой кровли, стенового ограждения и т.д. Примером может служить усиление стропильной фермы в проектном положении после демонтажа плит покрытия и кровли.
Без демонтажа конструкции в напряженном состоянии усиление может осуществляться при действии на конструкцию только постоянных; постоянных и временных длительных; постоянных, временных длительных и части временных кратковременных нагрузок. Частичная разгрузка конструкции от постоянных и временных нагрузок достигается в момент усиления с помощью домкратов, монтажных грузов, натяжных устройств и иных приспособлений, которые позволяют получить необходимое снижение усилия в конструкции.
К вариантам усиления строительных конструкций относятся:
- введение дополнительных ненапрягаемых элементов;
- введение предварительно напряженных элементов;
- введение предварительно напряженных жестких элементов;
- подведение дополнительных разгружающих конструкций;
- усиление стыков соединений конструкций и их элементов.
Усиление решетчатых конструкций за счет введения дополнительных ненапрягаемых элементов осуществляется способом увеличения поперечного сечения усиливаемого элемента, введением дополнительных стержней, шпренгельных элементов, связей, раскосов и стоек приведено в работе А.А.Калинина.
Для усиления балочных конструкций целесообразно введение предварительно напряженных гибких элементов в виде установки и напряжения затяжек, постановки оттяжек и гибких связей, а также надстройки висячих и вантовых систем.
Усиление строительных конструкций в виде введения предварительно напряженных жестких элементов осуществляется путем установки предварительно напряженных диагональных раскосов или телескопических труб, установки и напряжения шпренгелей, а также усиления косыми стойками.
Наиболее простым способом усиления строительных конструкций является подведение под усиливаемую конструкцию колонн, подкосов или балочных конструкций.