НАУКА-СТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Балки широко применяются в промышленных зданиях в конструкциях рабочих площадок, покрытий и перекрытий. Усиление балок можно выполнить как увеличением сечения, так и изменением конструктивной схемы, а также совместным применением обоих методов.

Увеличение сечений балок — традиционный и наиболее отработанный способ усиления. Для эффективного использования металла усиления целесообразно располагать элементы усиления по возможности дальше от центра тяжести сечения балки.

Применение того или иного варианта усиления в значительной степени определяется местом опирания элементов перекрытия или покрытия.  

Несимметричное усиление по схеме з возможно только при небольшом увеличении нагрузки и его следует использовать лишь в случае, когда невозможно применение других вариантов. Усиление составных   сварных балок, имеющих ребра жесткости, по схемам в, г требует либо вырезки ребер, либо подгонки элементов усиления по длине панели, что усложняет работу по усилению.

Рациональным представляется вариант усиления по схеме е, а при необходимости увеличения прочности верхней части стенки (в месте передачи нагрузки) — по схем еж,

Достоинство способа усиления увеличением сечения — возможность его применения при ограниченной строительной высоте.

Недостаток — невозможность его использования (без предварительной разборки конструкций) при опирании элементов перекрытия по нижнему поясу балок.

Усиление способом изменения конструктивной схемы можно применять независимо от места опирания плит настила, но при этом, как правило, увеличивается строительная высота перекрытия.

Достаточно эффективным может оказаться усиление превращением разрезных балок в неразрезные, что не увеличивает строительной высоты, но требует обеспечения свободного доступа к узлам сопряжения балок

Возможны два варианта такого усиления — короткими подкосами, опирающимися на колонны, и длинными подкосами, которые опираются на фундаменты колонн. Длинные подкосы, работающие на сжатие, получаются весьма громоздкими (особенно при большой высоте колонн), но при этом уменьшаются усилия в колоннах, что может оказаться полезным при их недостаточной несущей способности. Расход стали на короткие подкосы меньше, чем на длинные, но при усилении короткими подкосами в крайних и промежуточных колоннах при разной загрузке балок возникают изгибающие моменты от горизонтальной составляющей усилия в подкосе. Избежать этого можно постановкой затяжек (схема г), что возможно при наличии свободного пространства под балкой. Если под балками имеется свободное пространство, то могут оказаться эффективными схемы усиления одностоечным и двустоечным шпренгелем и предварительно напряженной затяжкой (схемы е, ж, з).

Рассмотрим вопросы расчета усиления балок, вызванного увеличением нагрузок. Нагрузки, действующие на балку до и после усиления, приняты равномерно распределенными по ее длине. Считаем, что увеличение нагрузки, вызывающее необходимость усиления балок, происходит из-за возрастания временной нагрузки. Усиление балок производится при отсутствии временной нагрузки

Расчет балок, усиленных под нагрузкой способом увеличения сечения, может выполняться как в упругой стадии, так и с учетом развития пластических деформаций. Расчет в упругой стадии следует производить для балок, изготовленных из кипящей стали или из стали, не имеющей площадки текучести, а также для балок, которые эксплуатируются при температуре ниже —30°С или работают под действием динамической и вибрационной нагрузок.

За критерий прочности в этом случае принимается равенство напряжений в поясе балки расчетному сопротивлению стали R. Поэтому для усиления балок, рассчитываемых в упругой стадии, нецелесообразно применение сталей с расчетным сопротивлением, превышающим расчетное сопротивление стали усиливаемой балки.

Так как элементы усиления балки устанавливаются обычно лишь на части ее длины, то определять прогибы следует как для балки переменного сечения. Если элементы усиления (площадь сечения и длины) приняты по расчету и без дополнительных запасов, то изменение сечения по длине может не учитываться и прогиб вычисляется как для балки постоянного сечения с моментом инерции сечения

Расчет в упругопластической стадии балки, усиленной под нагрузкой, можно производить, если балка эксплуатируется при температуре >-30°С под действием статической нагрузки, и стали, из которых изготовлена балка и элементы усиления, имеют площадку текучести. По нашему мнению, не следует рассчитывать в упругопластической стадии усиленные балки, изготовленные из кипящей стали. Известно, что кипящая сталь более склонна к старению и после значительного срока эксплуатации балок до усиления пластические свойства материала снижаются. За критерий прочности балки, усиленной под нагрузкой и рассчитанной в упругопластической стадии, может быть принято достижение напряжением в элементе усиления расчетного сопротивления. При этом в поясах и части стенки существующей балки появляются пластические деформации. Если расчетное сопротивление стали усиления не более чем на 15% превышает расчетное сопротивление материала существующей балки, то согласно нормам,сечение можно рассчитывать   как   единое  целое  на  суммарный   изгибающий  момент.

Если при увеличении нагрузок не обеспечены прочность стенки на срез или местная прочность стенки в зоне передачи нагрузки, то необходимо усилить стенку балки. Местную прочность стенки на сжатие наиболее просто обеспечить постановкой дополнительных поперечных ребер. Для увеличения несущей способности балки по срезу можно усилить стенку в опорных панелях приваркой дополнительных листов. Однако этот способ требует повышенного расхода стали и достаточно трудоемок, так как для обеспечения совместной работы элементов усиления и стенки необходимо стянуть их болтами. Рациональным методом повышения прочности стенки является  постановка наклонных ребер

В расчетах балок, усиленных под нагрузкой способом изменения конструктивной схемы, за критерий прочности балки принято достижение напряжениями значения расчетного сопротивления стали. В отличие от балок, усиленных увеличением сечений, здесь в сечениях балки нет нового металла, сдерживающего развитие пластических деформаций. Во многих случаях неизвестна история загружения балок, что делает опасным расчет в упругопластичес-кой стадии.

В основе идеи усиления балок предварительно напряженной затяжкой лежит эффективное использование прочности стали, работающей на растяжение. Понятно, что чем больше прочность затяжки, тем эффективнее усиление. Анализ же показывает, что при усилении не рационально принимать для затяжки сталь, имеющую прочность, которая в 4 раза и более превышает прочность стали усиливаемой балки.

При большой доле временной нагрузки необходимо также проверить местную устойчивость стенки после предварительного напряжения затяжки,

Проектирование усиления балки одностоечным шпренгелем начинается с определения оптимального угла наклона раскоса шпренгеля а, соответствующего наименьшему расходу стали на усиление. Расчеты показывают, что для балок пролетом 6—9 м оптимальное значение угла а находится в пределах 20—30°, а для балок пролетом 12 м и более 15—20°.

Усилия в стойке и раскосах шпренгеля от нагрузки, приложенной после усиления, определяются обычными методами строительной механики.

В соответствии с полученными усилиями уточняются площади сечения стойки и раскосов по формулам, компонуются сечения и проверяются их прочность и устойчивость. Если полученные площади сечений существенно отличаются от значений, вычисленных по [NCT] mjn, то следует уточнить усилия NCT и Np. Однако изменение площади сечения стойки на 20% практически не влияет на значение усилий, а изменение площади сечения раскосов на 20% приводит к изменению усилий в раскосах и стойке на 10%. Скомпоновав сечение и проверив прочность и устойчивость стойки и раскосов, проверяют прочность балки в пролете и в месте крепления стойки шпренгеля. Расстояние х от опоры до наиболее опасного сечения в пролете определяется по формуле

Жесткость балки, усиленной шпренгелем, заведомо обеспечена и в проверке не нуждается.

Проектирование усиления балок двустоечным шпренгелем начинается с назначения основных параметров, определяющих работу этой системы — угла наклона раскосов и расстояния от опоры до стойки шпренгеля. Из условия наименьшего расхода стали на усиление рекомендуется принимать шпренгель с углом наклона раскоса a = 30° и расположением стоек на расстоянии 0,3-0,35 1от опор

Для принятой конструктивной схемы определяется минимально необходимое усилие в стойках шпренгеля из условия обеспечения прочности балки в середине пролета

Усиление с помощью предварительного напряжения становится рациональным при больших пролетах (1> 9 м), увеличении временной нагрузки [в диапазоне 1,2 < С < 1,6 и большой доле постоян: ной нагрузки (а > 0,5)1. Усиление одностоечным шпренгелем может быть эффективно использовано при большой начальной нагрузке и значительном увеличении временной (С > 2) нагрузки для любых пролетов. Усиление балок двустоечным шпренгелем экономично по расходу стали при малых начальных нагрузках и значительном увеличении временной нагрузки (С > 1,3) для любых пролетов балок.

 Ремонт междуэтажного перекрытия включает замену штукатурки потолка ...

 Ремонт опор и балок