Классификация способов усиления строительных конструкций

Основные принципы проектирования усиления строительных конструкций.

1. Основные данные, необходимые для проектирования реконструкции

Работы по проектированию реконструкции здания проводятся после проведе­ния обследования здания, выявления факторов, способствующих переходу конструкций здания в ограниченно работоспособное или неработоспособное состояние, с тем чтобы выполнить имеющиеся в отчете по результатам обследования рекомендации по восстановлению, усилению или замене конструкций.

Перед проведением работ по проектированию восстановления или усиления конструкций необходимо собрать следующие данные по реконструируемому объекту:

♦ имеющиеся архивные материалы и документацию по реконструируемому зда­нию, срокам эксплуатации конструкций;

♦ общие габариты здания или сооружения, его конструктивную схему, обмероч­ные чертежи здания: планы, разрезы, фасады с разбивочными осями; монтажные схемы расположения колонн, подкрановых путей, конструкций перекрытий и покрытий; схемы несущих конструкций зданий и узлов опирания и сопряжения с замером сечений; рабочие чертежи и фактические схемы работы усиливаемых конструкций;

♦ карты и ведомости дефектов, повреждений и отклонений от первоначального проекта с причинами их появления. К дефектам и повреждениям относятся:

— повышенные прогибы и перемещения;

— ширина раскрытия, глубина, длина и шаг трещин;

— раздробление и трещины в бетоне сжатой зоны;

— отслоение защитного слоя бетона;

— коррозия стали, арматуры и бетона;

— нарушение сцепления бетона и арматуры, обрыв рабочей арматуры;

— отклонения в геометрии и армировании;

— глубина повреждений при размораживании или огневом поражении и т.п.;

♦ физико-механические характеристики строительных материалов и грунтов ос­нования, результаты химических анализов проб материалов;

♦ химический анализ среды, окружающей конструкции;

♦ отчет по геодезической съемке здания с выявленными прогибами, кренами, смещениями, осадками конструкций;

♦ гидрологические условия площадки, отчеты об инженерно-геологических изысканиях по грунтам оснований фундаментов с расчетными характеристиками грунтов;

♦расчеты строительных конструкций, степень повреждения конструкции;

♦ведомости испытаний бетона, кирпича, раствора и образцов стали, отобранных из конструкций;

♦величина и характер постоянных, временных и технологических нагрузок;

♦ особенности технологических процессов в части воздействия их на строитель­ные конструкции, характеристика окружающей среды (температура, влажность и т.д.), режим эксплуатации сооружения;

♦ какие изменения претерпело здание за время эксплуатации — надстройка зда­ния, усиление конструкций, замена технологического оборудования или уста­новка кранов большей грузоподъемности.

2 Основные принципы проектирования усиления строительных конструкций. Классификация

УСИЛЕНИЕ есть совокупность мероприятий, направленных на повышение несущей способности конструкции (в целом или ее отдельных элементов) или сни­жение напряжений. Усиленная конструкция должна удовлетворять современным требованиям в отношении прочности, жесткости, устойчивости и другим специаль­ным требованиям, т.е. после усиления перейти как минимум в работоспособное со­стояние.

После проведенного обследования и выявления конструкций, находящихся в ограниченно работоспособном, неработоспособном (недопустимом) или аварийном техническом состоянии, и перед проектированием усиления как крайней мерой достижения работоспособного состояния необходимо выявить возможные резервы несущей способности конструкций (учет фактической нагруженности, действительной расчетной схемы, уточненных геометрических размеров конструкций и сечений элементов, фактических физико-механических характеристик материалов, пространственной работы каркаса) или возможность снижения действующих на конструкцию постоянных и временных нагрузок (замена ограждающих конструкций и изолирующих слоев на бо­лее легкие, замена существующего оборудования на новое с меньшей массой, измене­ние расположения перегородок и т.п.).

Усиление может быть аварийным, временным, капитальным и перспективным.

Аварийное усиление производится, когда несущая способность конструкции фактически исчерпана и есть опасность обрушения. При аварийном усилении применяются в основном разгружающие (полностью или частично) конструкции с одновременным (если это возможно) снижением нагрузок (постоянных и временных).

Временное усиление применяется для конструкций до начала работ по их капитальному усилению или при выполнении работ по усилению с предваритель­ной разгрузкой конструкции, если непосредственное снижение нагрузок невозмож­но. При временном усилении также в основном применяются разгружающие конст­рукции.

Капитальное усиление применяется для решения задач при реконструкции зданий, без изменения условий эксплуатации конструкций.

Перспективное усиление применяется для решения задач при реконструкции зданий, когда предполагается увеличение нагрузок и изменение условий эксплуатации конструкций.

Усиление конструкций может осуществляться по двум схемам:

— возведение новых разгружающих или заменяющих конструкций, которые полностью или частично воспринимают существующие и дополнительные нагрузки;

— увеличение несущей способности существующих конструкций.

В свою очередь, увеличение несущей способности конструкций может осуще­ствляться:

— увеличением поперечного сечения конструкции без изменения расчетной схемы и напряженного состояния;

— изменением расчетной схемы и напряженного состояния;

— применением специальных методов усиления.

Основные принципы проектирования усиления

I.Стремиться к максимальному сохранению существующих зданий, сооруже­ний и конструкций, минимизировать экономические потери при возможном огра­ничении функционирования реконструируемого здания, что обеспечивает мини­мальные затраты на реконструкцию здания.

II.Выбор метода усиления строительных конструкций зависит от техническо­го задания на реконструкцию здания или сооружения, которое включает:

— необходимые (возможные) изменения объемно-планировочных решений;

— изменение условий эксплуатации.

III.При выборе оптимального способа усиления строительных конструкций необходимо установить:

— действительный характер работы конструкций, т.е. соответствие выбранной расчетной схемы реальным условиям работы узлов опирания и сопряжения и конструкции в целом;

— фактически действующие нагрузки. При этом необходимо использовать факти­ческие данные о собственной массе технологического оборудования и строи­тельных материалов, так как значения этих нагрузок, установленных для проек­тирования вновь возводимых сооружений, может существенно отличаться от фактически действующих нагрузок. Необходимо учитывать возможное рацио­нальное размещение технологических нагрузок, принятие обоснованных огра­ничений на сочетание различных временных нагрузок, возможное снижение динамических воздействий за счет эффективной виброизоляции и т.п.;

— реальные прочностные характеристики материалов конструкции (бетона, стали, кирпича) для использования их в поверочных расчетах.

IV.При усилении следует отдавать предпочтение решениям с четкой расчет­ной схемой, обеспечивающей совместную работу усиливаемой конструкции с элемен­тами усиления, а также:

— способам, которые не требуют предварительной разгрузки конструкций;

— методам, связанным с изменением статической схемы конструкций, исполь­зующим искусственное регулирование усилий;

— использованию предварительного напряжения с временной разгрузкой усили­ваемых конструкций;

— использованию высокопрочных сталей, полимер- и фибробетона, напрягающих цементов, углепластиков и других эффективных материалов.

V.Поверочные расчеты усиленных конструкций производятся с учетом имею­щихся проектных данных, данных по изготовлению конструкций и их натурных обследований, а также с учетом изменения статической схемы и напряженного состояния согласно требованиям [4, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 14, 15]. Расчет усиливаемых конструкций следует выполнять для двух стадий работы:

— до включения в работу элементов усиления — на нагрузки, определенные с уче­том возможной разгрузки конструкции, и от элементов усиления (по предельным состояниям первой группы);

— после включения в работу элементов усиления — на полные эксплуатационные нагрузки (по предельным состояниям первой и второй группы).

Для конструкций, находящихся в обычных условиях эксплуатации, усиление которых вызвано дефектами и снижением несущей способности, расчет допускается производить только по первой группе предельных состояний.

Для сильно поврежденных конструкций (при повреждении площади сечений элементов или арматуры более чем на 50%) элементы усиления следует рассчитывать на полную действующую нагрузку, т.е. без учета остаточной несущей способности су­ществующей конструкции.

VI.При применении комплексного усиления (бетон-металл) следует учиты­вать в расчетах податливость узлов сопряжения, которая при металлических упорах на бетон через слой раствора принимается в пределах 1. 5 мм/узел, а при сопряжении металла с помощью болтов — 1 мм/узел.

|	следующая лекция ==>
Демонстрація XML – документів з використанням таблиць стилів CSS	|	Примеры решения задач. Сходимость и сумма ряда.

Дата добавления: 2016-04-14 ; просмотров: 3406 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

5. Усиление строительных конструкций

5.1. Факторы, вызывающие необходимость усиления конструкций

Под усилением строительных конструкций подразумеваются меро­приятия, способствующие повышению несущей способности, жесткости, трещиностойкости и других физических качеств строительной конструк­ции. Необходимость усиления строительных конструкций вызывают сле­дующие основные факторы:

надстройка и пристройка зданий; изменение габаритов помеще­ний, пролетов, высот, шага колонн; устройство больших проемов и т. д.;

потеря эксплуатационных свойств конструкций вследствие фи­зического износа при значительных сроках эксплуатации, агрессивности среды и других неблагоприятных для работы конструкций условий;

замена физически и морально устаревших ограждающих конст­рукций; улучшение гидро-, тепло-, звуко- и других видов изоляции;

увеличение расчетных нагрузок, вызванное модернизацией тех­нологии или изменением назначения помещений зданий;

ошибки при проектировании, изготовлении, монтаже и эксплуа­тации, снизившие несущую способность конструкций;

изменение расчетной схемы и условий эксплуатации по сравне­нию с проектными, вызванное большими остаточными деформациями при нагреве, осадках грунтов и т. д.;

улучшение освещенности, аэрации, снижение уровня шума, вибрации и т. д.;

выявление неблагоприятных качеств материала эксплуатируе­мых конструкций;

9) особые условия: землетрясения, тайфуны, взрывы и т. д.

При разработке проекта по усилению конструкций сталкиваются с трудностями, которых нет при новом строительстве.

Во-первых, еще недостаточно разработана инструктивно-нормативная литература по усилению конструкций, слабо освещены вопро­сы расчета, конструирования, технологии выполнения и т. д.

Во-вторых, усиливать приходится конструкции, изготовленные ра­нее, механические свойства и типоразмеры их могут отличаться от приме­няемых в период усиления.

В-третьих, следует учитывать стесненность выполнения работ при реконструкции, необходимость как можно меньших остановок основного производства, устройства подстраховочных лесов, согласования графикаработ и т. д.

В-четвертых, при выполнении работ необходим специальный на­бор механизмов, инструментов, приспособлений, особые технологическиеприемы и т. д.

В-пятых, вопросы обеспечения безопасного ведения работ длястроителей и эксплуатационников должны быть четко проработаны.

5.2. Основные способы усиления конструкций

Несмотря на многообразие строительных конструкций, существу­ют общие для них приемы усиления, которые могут быть применены для различных видов конструкций [20—30, 34—40]. Основными способами усиления конструкций являются:

увеличение сечения элементов и их соединений за счет присое­динения к ним новых элементов;

введение дополнительных элементов (связей, ребер, диафрагм и т. д.), уменьшающих расчетные длины несущих элементов конструкций и повышающих их устойчивость;

разгрузка конструкций за счет замены тяжелых плит или утепли­ теля на легкие; установка ограничителей, изменяющих расположения колес двух кранов, снижение их грузоподъемности; снятие части тяжелого обору­дования; создание разгружающих консолей;

изменение схемы передачи нагрузки с помощью дополнитель­ных распределительных устройств, в том числе автоматических, при управлении работой конструкции;

изменение закрепления концов стержней, например, шарнирного на жесткое, превращение однопролетных систем в многопролетные и т. д.;

6) устройство дублирующих элементов;

7) введение затяжек, шпренгелей, тяжей с созданием предвари­ тельного напряжения в конструкциях;

применение распорных устройств, снижающих расчетное усилие в сечениях элементов, а также подкосов, оттяжек, расчалок;

включение в совместную работу соприкасающихся элементов, например плит с балками или фермами, и т. д.;

регулирование высотой (осадками) опор в статически неопре­делимых системах;

превращение рам и арок в фермы или ферм в распорные систе­мы;

завальцовка или вклеивание растянутой проволоки;

упругий выгиб отдельных частей с последующим их соедине­нием;

введение дополнительных элементов или конструкций, обеспе­чивающих пространственную работу покрытия или всего каркаса;

изменение свойств материала, например, упрочнение грунтов, древесины и т. д.;

16) замена дефектных частей протезами или новыми элементами. Приведенный перечень не является законченным, т. к. возникают

все новые способы усиления или их усовершенствования. Особенно широ­ко применяются способы усиления, основанные на предварительном натя­жении с помощью затяжек и шпренгелей. Передаваемые затяжками и стой­ками шпренгеля реакции на конструкцию вызывают в ней снижение напря­жения в момент усиления или ее разгрузку. При этом можно добиться нетолько полной разгрузки наиболее опасных сечений в конструкции, но и создания напряжений обратного знака, вплоть до величины, равной расчет­ному сопротивлению. Таким образом, общий прирост напряжений превы­сит величину расчетного сопротивления. Такого эффекта нельзя получитьпри изготовлении предварительно напряженных новых конструкций.

Ниже представлены примеры применения различных способов усиления эксплуатируемых конструкций, том числе предложенных нами, как с использованием преднапряжения, так и без преднапряжения.

5.3. Увеличение сечения элементов и их соединений

Все элементы конструкции из любого материала могут быть усиле­ны присоединением дополнительных элементов или наращиванием свар­ных швов и других видов соединений.

К стержням металлических конструкций (колонн, балок, ферм и др.) при усилении с помощью сварки или болтов (заклепок) дополнительноприсоединяют элементы усиления из различных профилей: полос, уголков, швеллеров, двутавров, арматуры и т. д. (рис. 5.1). Аналогично этим схемам было проведено усиление некоторых раскосов ферм пространственногопокрытия Центрального рынка в г. Волгограде. Усиление узловых соедине­ний возможно увеличением габаритов фасонок и длины дополнительных

сварных швов. При присоединении новых элементов сечения необходимо предусмотреть такие меры, чтобы конструкция, находящаяся под нагруз­кой, не получила от разогрева металла во время сварки дополнительных деформаций или не произошло потери ее несущей способности. Сварку производят при напряжениях в сечениях менее0,7R. Осуществляют ее по­этапно, за несколько приемов. Например, приваривают шов длиной 20 мм, затем его охлаждают, снова накладывают шов 20 мм и т. д. В каждом кон­кретном случае должна быть разработана технология присоединения эле­ментов усиления к существующей конструкции и отражена в технических указаниях на чертежах.

В железобетонных конструкциях этот прием усиления также широ­ко применяется. Балки, колонны и другие конструкции могут быть усилены наращиванием бетона в сжатой зоне и присоединением дополнительной арматуры и защитного слоя бетона в растянутой зоне (рис. 5.2). Перед набетонкой существующие бетонные поверхности очищают и обрабатывают для обеспечения схватывания нового слоя бетона со старым. Армируют

новый слой бетона сеткой, которую прикрепляют дюбелями или анкерами к старому бетону.

После предварительной очистки участков арматуры длиной 50— 100 мм с шагом 300—500 мм от защитного слоя бетона к существующей арматуре приваривают через прокладки (из коротышей арматуры) новую арматуру, которую в дальнейшем защищают новым слоем мелкозернистого бетона по сетке.

В пустотелых железобетонных панелях (рис. 5.2, в) можно пробитьщели в пустоты и завести туда дополнительно каркасы, забетонировать их с набетонкой по сетке сверху плиты. Таким образом, можно увеличить все сечение железобетонной конструкции — растянутую и сжатую зоны.

В деревянных и пластмассовых конструкциях присоединяют на клею, нагелях (гвоздях, шурупах, болтах и т. д.) элементы усиления в виде досок, пластин, листов фанеры, ДВП и т. д. (рис. 5.3). Часто усиливают де­ревянные конструкции металлическими профилями: полосами, уголками, швеллерами и т. д. Вклеивают в пропиленные борозды арматуру, иногда, предварительно растянутую.

Каменные и бетонные конструкции: стены, столбы, фундаменты наращивают присоединением к ним новых элементов в виде кирпичных пилястр, дополнительных стен из кирпича, бетона или железобетона (рис. 5.4а, 6).

Например, кирпичная стена одноэтажной части корпуса А Волго­градского инженерно-строительного института усилена с внутренней сто­роны железобетонной стенкой толщиной 10 см, связанной анкерами со ста­рой стенкой и опирающейся на усиленные фундаменты.

Фундаменты наращивают с нескольких сторон или с частичным подведением под существующие фундаменты. При этом необходимо рас­пределить нагрузку от вышележащих конструкций на дополнительные час­ти фундамента, либо непосредственно от новых стен или стоек на фунда­менты, либо через поперечные распределительные траверсы — балки, про­пущенные через стены поверх фундаментов (рис. 5.2,д).

Кирпичные и бетонные столбы и простенки можно усиливать обоймой из железобетона или цементного раствора по сеткам, а также из металлических уголков, объединенных планками (рис. 5.4в, г, д). Металли­ческие уголки могут выполняться изогнутыми и при установке стягиваться поперечными болтами с передачей распора на нижележащие и вышележа­щие конструкции, что обеспечивает их включение в работу и разгрузкуусиливаемых столбов.

Целесообразно элементы усиления выполнять предварительно на­пряженными инвентарными затяжками, которые после прикрепления эле­ментов усиления снимают с конструкции. В этом случае, снимая затяжки, создают эффект разгрузки усиливаемой конструкции за счет загрузки элементов усиления.

Необходимо отметить, что все элементы усиления, увеличивая рас­четную площадь сечения несущего элемента, повышают также его жест­кость и, следовательно, снижают гибкость, что для сжатых и сжато-изогнутых элементов конструкции имеет большое значение. Поэтому, если даже элементы усиления по каким-либо причинам не могут воспринимать непосредственно расчетное усилие или воспринимают только его часть от загружения дополнительной временной нагрузкой, все равно, снижая гиб­кость .элемента, они повышают его несущую способность. Отсюда вытека­ет, что иногда можно увеличивать жесткость элемента только в его средней части, например, усиливая сжатые раскосы ферм, не доводить элементы усиления до узлов, если затруднено присоединение их к фасонкам. В этом случае элементы усиления не воспринимают усилий, но снижают гибкостьстержней, предохраняя их от потери устойчивости, тем самым, повышая их несущую способность.

Источник