922

ренных с планками уголков-стоек, которым придан расчетный выгиб. Затем стяжными болтами стягивают уголки-стойки, приводя их в вертикальное положение. При этом в стойках создается напряженное состояние сжатия, которое передается через опорные планки на плиты перекрытия, разгружая усиливаемую колонну. Плотное прилегание предварительно напряженных распорок к телу колонны, а также их совместную работу обеспечивают приваркой к ним металлических планок с противоположных сторон колон-

ны. Шаг планок принимают равным минимальному размеру сечения колонны.

Усиление сборных железобетонных балок и прогонов. Восстановление железобе-

тонных балок и прогонов связано с частичной потерей несущей способности в результате коррозионного или иного разрушения, а усиление – с увеличением нагрузки на перекры-

тие при изменении функционального назначения здания. Восстановлению подлежат балки и прогоны, в которых произошло выкрашивание бетона при эксплуатации или появились трещины и отколы бетона в растянутой зоне и на углах балок.

Для усиления сборных железобетонных балок и прогонов применяются аналогич-

ные методы, что и для усиления железобетонных колонн.

К наиболее часто применяемым способам усиления сборных железобетонных ба-

лок и прогонов относятся:

-изменение схемы работы конструкции;

-увеличение сечения с помощью устройства железобетонной обоймы;

-установка стальных хомутов или решетчатых стальных каркасов;

-установка стальных напряженных затяжек;

Усиление сборных балок и прогонов с помощью изменения схемы работы кон-

струкции /40/ производят путем превращения шарнирного крепления балок и прогонов в жесткое, что способствует уменьшению величины изгибающего момента (рис.4.88).

Рис.4.88. Усиление сборных железобетонных балок и прогонов путем изменения шарнирной заделки на жесткую

Усиление железобетонных балок с помощью устройства железобетонной обоймы (а) и установки стальных хомутов приведено на рис. 4.89.

292

вают с помощью металлических упоров, которые устанавливают на расстоянии около 1 м

от опор.

С помощью напрягаемых затяжек изменяется статическая схема работы усиливаемой конструкции, благодаря чему, возрастает ее несущая способность.

4.5.Усиление и реконструкция деревянных перекрытий

Впроцессе эксплуатации деревянные перекрытия утрачивают прочностные, де-

формативные, тепло- и звукоизоляционные свойства, а также подвергаются загниванию,

грибковым заболеваниям и т.п., поэтому, чтобы продлить их срок службы, необходимо выполнить ряд мероприятий по ликвидации вышеуказанных недостатков.

При незначительных биологических повреждениях древесины элемента конструк-

ции (загнивание на глубину от 1 до 3 см) рекомендуется механическим способом снять загнивший поверхностный слой древесины с захватом здоровых слоев на глубину 2-3 см и обработать этот участок антисептиком.

В случае значительного гнилостного поражения элемента конструкции (на глуби-

ну до ¼ сечения элемента) загнившая часть древесины удаляется полностью с захватом здоровых слоев на 2-3 см и прилегающих участков длиной до 0,3 м здоровой на вид дре-

весины. Проверочным расчетом решается вопрос об усилении ослабленного сечения ме-

таллическими или деревянными накладками (рис. 4.91).

Рис.4.91. Усиление деревянных балок деревянными (а) и металлическими (б) накладками:

1- накладка; 2- поперечины из швеллера; 3- усиливаемая балка; 4- болты; 5- гвозди; 6- антисептированная подкладка; 7- теплоизоляционный слой

Поврежденные части балок отпиливают и заменяют протезами. Длину протезов принимают на 10% больше двойной длины обрезанного конца балки.

Наиболее часто для замены удаленного дефектного участка деревянных балок ис-

пользуют металлические протезы (рис. 4.92).

Металлические протезы представляют собой жесткие обоймы решетчатой кон-

струкции треугольной или прямоугольной формы из круглой стали и прокатных профилей со сплошными опорными площадками.

294

При протезировании поврежденные части балок отпиливают, оставшиеся концы

антисептируют и подготавливают для установки протеза или нового участка балки. При

установке протезов балкам обязательно придают строительный подъем.

Рис. 4.92. Усиление опорных концов деревянных балок с помощью металлических протезов:

а) – пруткового протеза С.Д.Дайдбекова; б) – протеза из жесткихпрофилей конструкции Н.А.Ануфриева; в) – протез из швеллеров

Деревянные протезы устраивают путем сращивания на накладках и болтах новых

частей балок со старыми или присоединением к старым балкам тем же способом двух

накладок меньшей толщины (рис.4.93).

Рис.4.93. Усиление деревянной балки с помощью концевого деревянного протеза:

1 – накладка; 2 – поперечины из швеллера; 3 – усиливаемая балка; 4 – болты; 5 – шурупы или гвозди; 6 – деревянная антисептированная подкладка по слою гидроизоляции; 7- теплоизоляционный слой

В том случае, когда возникает необходимость в сохранении исторического ценного

потолка в деревянном перекрытии, то данная задача, по данным Н.П. Шепелева [108], ре-

шается путем устройства несгораемого перекрытия в виде монолитной железобетонной

ребристой плиты или железобетонной плиты по стальным балкам (рис.4.94).

В первом случае (рис.4.94, а) в реконструируемом перекрытии разбирается пол,

убирается звукоизолирующая засыпка и к деревянным балкам прибиваются металличе-

ские строительные скобы таким образом, чтобы верхний отгиб скоб находился после бе-

тонирования в монолитной железобетонной плите, что предохраняет деревянные балки от

295

прогибов при их дальнейшей эксплуатации. Затем через опорные прокладки устанавлива-

ется несъемная опалубка для балок железобетонного перекрытия и монолитной железобе-

тонной плиты, в которую после установки рабочей арматуры заливают бетонную смесь

Рис.4.94. Устройство несгораемого перекрытия при частичном или полном сохранении исторического деревянного перекрытия:

а – из монолитной железобетонной ребристой плиты; б – железобетонной плиты по стальным балкам: 1 – деревянные балки; 2 – черепные бруски; 3 – накат; 4 – засыпка; 5 – штукатурка; 6 – демонтируемый пол; 7 – монолитные железобетонные балки, заделанные в гнезда несущих стен; 8 – монолитная железобетонная плита; 9 – деревянная опалубка; 10 – опорные прокладки; 11 – пол; 12 – стальные скобы подвески деревянных балок к монолитному перекрытию; 13 – стальная балка

Для соединения железобетонной плиты и балок со стеной в последней пробивают

горизонтальные штрабы (для плиты) и гнезда (для балок), в которые также заводится ар-

матура. Вместо монолитных железобетонных балок могут применяться стальные профили-

рованные балки, которые как и монолитная железобетонная плита заводятся в специально

вырубленные в стене гнезда (рис.4.94, б).

296

Глава 5 Усиление конструктивных элементов 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 могжет быть вызваны сле-

дующими 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 динами-

ческих, вибрационных нагрузок или агрессивной воздушной среды и т.п.;

- возникновение конструктивных дефектов в результате неправильной эксплуата-

ции конструкций (разбрызгивание и разлив агрессивных жидкостей);

- случайные повреждения (выход из строя отдельных конструктивных элементов при демонтаже, транспортировке и установке технологического оборудования).

Усилению конструкций производственных зданий посвящены работы многих уче-

ных, в том числе М.Н. Лащенко [44], Е.В. Горохова [18], В.Т. Гроздова [21[, А.А. Калини-

на [34], В.В. Бирюлева [60], Р.С.Санжаровского и В.М. Улицкого [78] и др. Для оценки состояния и усиления строительных конструкций промышленных зданий и сооружений разработаны специальные рекомендации, приведенные в работах [65, 66] и др.

Для усиления конструкций обычно требуется значительно меньше затрат, чем за-

мена их новыми. Однако усиление конструкций связано с выполнением сложных строи-

тельных процессов, которые могут выполняться без остановки или при кратковременных остановках производства.

5.1. Общие методы и приемы усиления несущих конструкций промышленных зданий

Усиление конструктивных элементов промышленных зданий и сооружений вклю-

чает 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).

297

Решения по усилению конструкций или их замене должны быть обоснованы проек-

том.

Повышение несущей способности конструкций и придания им надежной эксплуа-

тации 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 непо-

средственного 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 тяже-

лых кровельных настилов, перекрытий, утеплителей, стенового ограждения и т.д. на более легкие (например, замена легкобетонных стеновых панелей или железобетонных плит покры-

тия на сэндвич панели);

- уменьшения технологических нагрузок на конструкции за счет изменения расста-

новки 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 про-

цессов по их усилению.

Изменение конструктивной и расчетной схемы сооружения применяется, как пра-

вило, за счет наложения дополнительных связей на существующие конструкции и являет-

ся 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;

298

замыкания шарниров в рамных и арочных покрытиях; установка дополнительных элемен-

тов 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, ре-

бер, диафрагм и т.д.

- постановки дополнительных связей с целью повышения пространственной жест-

кости и устойчивости конструкций.

Метод регулирования усилий в конструкциях основан на оптимизации условий ра-

боты 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 являет-

ся самым распространенным и применяется как самостоятельно, так и в сочетании с дру-

гими методами усиления. Он осуществляется путем увеличения поперечного сечения от-

дельных элементов конструкций с целью придания им повышенной жесткости на сжатие,

растяжение и изгиб. Усиление узловых соединений обеспечивается либо увеличением не-

сущей 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, смонтиро-

ванных непосредственно на реконструируемом участке или в мастерской. Этот способ

299

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 уси-

лению конструкция или ее элемент устанавливается в проектное положение и включается в эксплуатацию.

Ряд конструкций может усиливаться без демонтажа в проектном положении, но по-

сле 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 осуществ-

ляться при действии на конструкцию только постоянных; постоянных и временных дли-

тельных; постоянных, временных длительных и части временных кратковременных нагрузок. Частичная разгрузка конструкции от постоянных и временных нагрузок дости-

гается 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 ненапрягае-

мых элементов осуществляется способом увеличения поперечного сечения усиливаемого элемента, введением дополнительных стержней, шпренгельных элементов, связей, раско-

сов и стоек приведено в работе А.А. Калинина /35/.

Для усиления балочных конструкций целесообразно введение предварительно напряженных гибких элементов в виде установки и напряжения затяжек, постановки от-

тяжек и гибких связей, а также надстройки висячих и вантовых систем /60/.

Усиление строительных конструкций в виде введения предварительно напряжен-

ных жестких элементов осуществляется путем установки предварительно напряженных диагональных раскосов или телескопических труб, установки и напряжения шпренгелей,

а также усиления косыми стойками /34/.

300