Способы повышения несущей способности конструкций

Способы повышения несущей способности конструкции

Основные методы и способы усиления конструкций зданий и сооружений

Комплекс строительных работ и организационно-технических мероприятий, связанных с изменением основных технико-экономических показателей (нагрузок, планировки помещений, строительного объема и общей площади здания, инженерной оснащенности), с целью изменения условий эксплуатации, максимального восполнения утраты от имевшего место физического и морального износа, достижения новых целей эксплуатации здания, называется реконструкцией.

Комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение несущей способности и эксплуатационных свойств строительной конструкции или здания и сооружения в целом по сравнению с фактическим состоянием или проектными показателями, называется усилением.

Комплекс мероприятий, обеспечивающих повышение эксплуатационных качеств конструкций, пришедших в ограниченно работоспособное состояние, до уровня их первоначального состояния, называется восстановлением.

Основы усиления конструкций и зданий и общие принципы усиления несущих конструкций

Конструкции существующих зданий и сооружений усиливаются в двух случаях:

Первый — когда в процессе эксплуатации в силу разных причин в них возникли дефекты и повреждения: трещины, искривления, провисания, коррозия и т. п. Способы усиления в этом случае зависят от вида и степени повреждений, а сами конструкции усиления и сечения их элементов определяются расчетами, которые учитывают остаточную несущую способность существующих конструкций и действующие на них нагрузки. Здесь также же следует отметить то, что иногда при аварийном состоянии эксплуатируемых конструкций усиление представляет собой проведение неотложных оперативных противоаварийных мер временного характера, когда вопрос стоит о предотвращении обрушения, и времени для тщательной разработки, изготовления и монтажа усиливающих конструкций не всегда остается, тогда зачастую приходится принимать решения, наиболее простые и быстро осуществимые.

Второй случай — когда предполагается увеличить нагрузки на конструк-ции (при реконструкции зданий, надстройке, перепланировке помещений, замене оборудования и т. п.). В этом случае необходимость усиления конструкций определяется расчетом их действительной несущей способности (с учетом характеристик материалов, наличия дефектов и фактических размеров сечений) и сравнением ее с усилиями от новых ожидаемых нагрузок.

Проектирование усиления или восстановления зданий и сооружений следует производить на основе следующих данных:

— технического обследования и обмеров поврежденных конструктивных элементов здания;

— наличия у заказчика или у строительной организации необходимых для восстановления строительных конструкций и материалов, в том числе номенклатуры строительных конструкций и материалов, централизованной поставки;

— имеющихся в распоряжении строительной организации необходимых строительных машин и механизмов;

— геологических и климатических условий района строительства;

— технико-экономического обоснования восстановления.

Следует также использовать имеющуюся в наличии ранее разработанную проектную документацию, паспорта и чертежи конструкций.

Усиливающие конструкции проектируют с использованием различных материалов: обычно металла и железобетона, реже из каменной кладки, древесины и полимеррастворов. Технология усиления монолитным железобетоном требует мокрых процессов, как правило, случаев устройства опалубки, иногда использования строительных лесов и времени для набора бетоном проектной прочности, что неизбежно приводит к продолжительному выводу из эксплуатации помещений или их отдельных участков. Поэтому когда есть возможность выбора вариантов, на практике отдают предпочтение металлу, хотя по стоимости и эксплуатационным затратам он дороже железобетона, а во многих слу-чаях нуждается и в специальной защите от огня и коррозии.

С целью сокращения объемов работ по усилению, а в некоторых случаях и отказа от усиления необходимо выявлять и использовать резервы несущей способности усиливаемых конструкций путем:

— уточнения усилий, действующих в перенапряженных элементах, за счет учета пространственной работы каркаса;

— уточнения 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.

Для этого 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.

Основные методы усиления строительных конструкций

Основными методами усиления конструкций являются: увеличение площади поперечного сечения элементов конструкции; изменение конструктивной схемы здания (каркаса или отдельных элементов его), в результате чего меняется расчетная схема; регулирование напряжений.

Каждый из этих методов может применяться самостоятельно или в комбинации с другим. При выборе метода, способа усиления и разработке проекта усиления необходимо учитывать требования монтажной технологичности.

Требования, предъявляемые к конструкциям при их усилении перечисленными методами, например при усилении стальных конструкций, следующие.

При выполнении усиления путем увеличения сечений требуется:

— 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.);

— принимать решения, которые не затрудняют 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.

При усилении конструкций путем изменения конструктивной схемы необходимо:

— 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.

Метод 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.

Элементы усиления необходимо проектировать, как правило, ориентируясь на полное изготовление их в заводских условиях. В отдельных случаях допускается изготовление деталей усиления с припуском и последующей обработкой на месте установки.

Присоединение деталей усиления к усиливаемым металлическим конструкциям выполняется с помощью сварки, на болтах или с использованием полимеррастворов. В некоторых случаях при соответствующем обосновании допускается применение дюбелей и самонарезающих винтов.

Аналогичные требования предъявляются к конструкциям и при усилении железобетонных, каменных и деревянных конструкций, учитывая особенности конструктивного решения зданий, материалов усиляемых конструкций и элементов усиления, технологий усиления и др.

19 Способы усиления ферм, балок и плит покрытия

Источник

Увеличение несущей способности увеличением сечений

без изменения конструктивной схемы

Широко применяются способы усиления железобетонных элементов путем увеличения их поперечного сечения (рис. 5.3). Такое усиление возможно при наличии надежной связи нового бетона или элементов наращивания (стальных листов, углепластиковых холстов, ламелей) со старым бетоном по поверхности их соприкасания.

Увеличение поперечного сечения железобетонных элементов осуществляется односторонним или двусторонним наращиванием, устройством обойм, рубашек.

Увеличение несущей способности методом наращивания могут производиться следующими способами:

— с установкой дополнительных арматурных стержней, которые непосредственно привариваются к основной арматуре (рис. 16,а) шпоночными швами через 50 — 100 см или с помощью прокладок в виде коротышей из круглой стали длиной 10 — 20 см;

— путем приварки к существующей продольной арматуре наклонных стержней или пластинок (рис. 16,б).

— увеличением рабочей высоты сечения элемента путем наращивания бетона сжатой зоны.

Рис. 16. Установка дополнительной арматуры в растянутой зоне
а) крепление дополнительной арматуры с помощью коротышей; б) с помощью наклонных хомутов;
1 — усиливаемая конструкция; 2 — арматура усиливаемой конструкции; 3 — дополнительная рабочая арматура; 4 — коротыши; 5 — наклонные стержни (коротыши); 6 — поперечные стержни

Способ усиления с установкой дополнительной арматуры, приваренной непосредственно к основной (в том числе и через коротыши) позволяет увеличить, главным образом, количество растянутой арматуры и в меньшей мере высоту сечения (на 2-8 см).

При усилении сечения путем установки дополнительной арматуры, которая приваривается с помощью отогнутых стержней, достигается существенное увеличение несущей способности сечения как за счет увеличения количества растянутой арматуры, так и за счет увеличения рабочей высоты сечения. Однако данный способ более трудоемок при производстве работ за счет необходимости установки опалубки, укладки и уплотнения бетона.

При наращивании сечения со стороны сжатой зоны необходимо обеспечить совместную работу старого и вновь уложенного бетона. Для этого производят обработку поверхности бетона с целью придания ему необходимой шероховатости в виде насечки с помощью перфоратора или зубила. Перед бетонированием поверхность бетона очищают от пыли и тщательно промывают водой.

Набетонка армируется металлической сеткой из стержней диаметром 4-8 мм.

Наращивание сечения можно проводить установкой внешней листовой арма­туры на полимеррастворе (рис. 5.3, в). В этом способе необходимо предварительно подготовить нижнюю поверхность конструкции, просверлить гнезда под анкерные свя­зи (поз. 7) и закрепить связями на полимеррастворе стальной лист (поз. 6). После этого выполнить антикоррозионное покрытие стали.

Кроме стальных элементов для усиления железобетонных изгибаемых конст­рукций способом наращивания рекомендуется применять наклейку на растянутую зону углепластиковых холстов или ламелей (полос) (рис. 5.3, г). Основные преимущества данного способа заключаются в следующем: очень высокая прочность на растяжение холстов и ламелей; высокий модуль упругости и усталостная прочность; устойчивость к воздействию щелочей и отсутствие коррозии, очень малая толщина (1. 2 мм), плот­ность материала в пять раз ниже плотности стали. Перед наклеиванием необходимо подготовить поверхность, на которую производится наклейка. Поверхность подверга­ется пескоструйной обработке или шлифованию для удаления загрязнений, масляных пятен, цементного молочка и слабых фрагментов основания. Поверхность должна быть выровнена специальными составами, поры и трещины заделаны.

Обойма (рис. 5.3, д, е, ж, и) представляет собой конструктивное решение, ко­гда усиливаемый элемент (колонна, балка) охватывается с четырех сторон железобето­ном с установкой продольной рабочей (поз. 11, 15) и поперечной (хомутов) арматуры (поз. 12, 13). При усилении элементов железобетонных конструкций обоймами попе­речное армирование обойм следует конструировать, как правило, замкнутым. При вы­полнении обоймы из углепластиковых холстов (рис. 5.3, и) необходимо тщательно под­готовить поверхность бетона, срезать и выровнять углы под радиус 10 мм.

Конструктивное решение, известное как рубашка, представляет собой незамкнутую с одной стороны обетонку. Рубашки рекомендуется применять в тех же случаях, что и обоймы, когда по каким-либо причинам не имеется возможности охватить усиливаемый элемент со всех четырех сторон, например колонна, примыкающая одной стороной к стене

Увеличение несущей способности с изменением первоначальной конструктивной схемы Увеличение первоначальной несущей способности может зависеть от рацио­нального изменения конструктивной схемы, которое может касаться самой статической схемы или ее напряженно-деформированного состояния.

Применяемые способы усиления элементов сооружений путем изменения их конструктивной схемы заключаются в устройстве:

-дополнительных жестких или упругих опор (см. рис. 5.2, а, в, г);

-регулировочных приспособлений на опорах (см. рис. 5.2, е, 5.4, а);

-регулировочно-разгрузочных натяжных и распорных конструкций (рис. 5.4, б. е).

Дополнительные опоры, выполняемые в виде отдельных стоек (см.рис. 5.2, а), жестких портальных рам (см. рис. 5.2, в), подкосов (см. рис. 5.2, г), изменяют первона­чальную статическую схему конструкции, являясь одновременно разгружающими кон­струкциями. Устройство таких конструкций является довольно простым, но имеет су­щественный недостаток: уменьшается свободное пространство помещения.

Эффективным средством усиления изгибаемых элементов являются разгру­жающие преднапряженные двухконсольные кронштейны (см. рис. 5.2, е), которые ус­танавливаются на промежуточные опоры. Высота кронштейнов равна высоте усили­ваемой конструкции на опоре, а их длина принимается равной 1/4. 1/6 их пролета. Конструкция кронштейнов включает (см.рис. 5.2, е): опорную стойку (поз. 16), ветви кронштейна (поз. 15), выполняемые из уголков или гибкой арматуры, устройство для натяжения (поз. 17) и объединительные связи (поз. 18). Включение кронштейнов в ра­боту производится натяжением болтов (поз. 17) или домкратами. На промежуточных опорах многопролетных разрезных изгибаемых элементов возможно создание неразрезности (рис. 5.4, а), которая осуществляется приваркой дополнительной арматуры (поз. 4) к оголенной арматуре усиляемых элементов (поз. 3) и установкой расклини­вающих стальных пластин (поз. 5) в шов между элементами. Данный способ необхо­димо осуществлять при максимальной разгрузке усиляемой конструкции.

Дополнительные предварительно напряженные стальные профильные эле­менты или арматура могут быть (рис. 5.4, б. г):

в виде прямолинейных стержней, привариваемых к продольной арматуре усиливаемого ненапряженного элемента (рис. 5.4, б, г); в виде шпренгельной системы (рис. 5.4, в); в виде шарнирно-стержневой цепи (рис. 5.4, д).

При устройстве преднапряженных затяжек (горизонтальных, шпренгельных или комбинированных) усиливаемые элементы изменяют свою первоначальную конструк­тивную схему. Благодаря этому обычные изгибаемые элементы становятся внецен- гренно сжатыми. На их опорах создаются дополнительные изгибающие моменты, ко­торые влияют на первоначальные пролетные моменты.

Для включения элементов усиления в совместную работу с усиляемыми конструк-циями применяется предварительное напряжение элементов усиления, которое осу­ществляется механическим (стяжной хомут поз. 15, гайка поз. 19) или электро­механическим способами. Основными элементами усиления в этих способах являются ржи (рис. 5.4, поз. 6, 7, 12, 16), выполняемые из двух арматурных стержней диаметром до 36 мм из сталей класса А-240. А-600(А1 . А-1У) или из прокатных профилей уголкового или швеллерного типа. Концы тяжей, соединяясь на опорах с усиливаемой конструк­цией при помощи сварки (рис. 5.4, г) или специальных опорных устройств (рис. 5.4, б, в), передают им свои реактивные усилия, создавая сжатие в усиляемых элементах, тогда как сами тяжи всегда растянуты.

При усилении конструкций шарнирно-стержневой цепью (рис. 5.4, д) усиляемой конструкции сообщается антинагрузка в виде ряда сосредоточенных сил. Усили­ваемая конструкция превращается в комбинированную статически неопределимую систему и воспринимает нагрузку, прикладываемую после усиления. Этот способ можно рекомендовать для конструкций, загруженных почти полной нагрузкой, но имею­щих различные дефекты.

Преднапряжение создается подвеской к среднему узлу тарированного груза, с последующей фиксацией положения узла при помощи гаек или прокладок.

Предварительно напряженные металлические распорки (см. рис. 5.4, е) при­меняются для усиления сжатых элементов (колонн, стоек) и представляют собой кон­струкции из стальных уголков, расположенных вдоль граней по углам (поз. 24), соеди­ненных между собой по периметру приваренными после создания в них предваритель­ного напряжения стальными планками (поз. 26) из листового металла. При усилении металлическими обоймами последние рассчитывают как самостоятельные конструк­ции, а их гибкость принимают в зависимости от расположения креплений к усиливае­мой железобетонной конструкции.

Конструктивная система представляет собой взаимосвязанную совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые совместно обеспечивают его прочность, жесткость и устойчивость. СТЕНОВАЯ, КАРКАСНАЯ, ОБЪЕМНО-БЛОЧНАЯ, СТВОЛЬНАЯ, ОБОЛОЧКОВАЯ.

Источник