Вся электронная библиотека >>>

 Усиление каркасов зданий >>

 

НАУКА-СТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника



 

6.5. УСИЛЕНИЕ КОЛОНН

 

 

Как показывают результаты обследований, повреждения колонн от силовых воздействий достаточно редки, что объясняется значительной недогруженностью колонн промышленных зданий и наличием в них определенных резервов несущей способности. Поэтому во многих случаях при реконструкции производственных зданий не требуется усиливать или заменять колонны и для обеспечения их дальнейшей нормальной эксплуатации можно ограничиться лишь небольшими ремонтными работами по ликвидации отдельных повреждений.

Необходимость усиления колонн возникает, как правило, только при значительном увеличении нагрузок, а также в случае существенного коррозионного износа конструкций. Поскольку колонны воспринимают нагрузки от всех вышележащих конструкций, их полная разгрузка крайне сложна, поэтому основной задачей при выборе способа усиления колонн является обеспечение возможности выполнения работ под нагрузкой или с частичной разгрузкой (например, снятие временных нагрузок).

Как и для других конструкций, усиление колонн может быть выполнено методом увеличения сечения, изменением конструктивной схемы или комбинированным методом. Наиболее распространенный способ повышения несущей способности колонн — увеличение сечения элементов. При усилении центрально-сжатых колонн должно быть обеспечено минимальное смещение центра тяжести усиленного сечения от линии действия сжимающих усилий, в связи с чем для них рационально симметричное усиление.

Если несущая способность колонн определяется устойчивостью относительно оси х то наиболее простым является усиление по схемам а, ж, и, л. При этом габариты колонн практически не возрастают, наряду с увеличением площади сечения возрастает радиус инерции относительно оси х и снижается гибкость. В связи с малой жесткостью элементов усиления по этим схемам могут быть усилены также колонны, получившие искривления.

 




 

При усилении внецентренно сжатых колонн с преобладающими моментами одного знака целесообразна несимметричная схема усиления со смещением центра тяжести усиленного сечения в сторону действия момента. Если моменты различных знаков близки по абсолютной величине, то, как и в случае центрально-сжатых   колонн, следует использовать симметричную или близкую к ней схему усиления.

В некоторых случаях центрально-сжатые или сжатые с небольшим эксцентриситетом колонны могут быть усилены обетонировкой. При конструировании усиления необходимо обеспечить совместную работу бетона усиления и основного стержня, в этом случае колонна после усиления может рассматриваться как железобетонный стержень с жесткой арматурой.

При условии обеспечения прочности колонн элементы усиления могут не доводиться до узлов (базы, оголовка). Крепление элементов усиления колонн осуществляется, как правило, на сварке. Сдвигающие усилия в швах невелики, поэтому их следует принимать минимальной высоты. В конструкциях, эксплуатируемых при температуре выше — 30°С, в неагрессивной и слабоагрессивной средах допускается применять прерывистые швы. Для предотвращения щелевой коррозии места примыкания элементов на участках между шпонками следует герметизировать.

Усиление колонн способом увеличения сечения достаточно эффективно и может выполняться практически при любом повышении нагрузок. Однако большая протяженность вертикальных швов, необходимость устройства подмостей по всей высоте колонны повышают трудоемкость работ по усилению. Кроме того, при усилении колонн, заделанных в стене, приходится проводить разборку стенового ограждения.

В результате приварки элементов усиления в колоннах возникает остаточный сварочный прогиб, приводящий к появлению дополнительного эксцентриситета приложения нагрузки. Направление остаточного прогиба противоположно направлению прогиба элемента непосредственно в процессе сварки, поэтому в тот или иной период времени сварочный прогиб для колонн, усиливаемых под нагрузкой, представляет собой догружающий фактор.

Сварочный прогиб зависит от жесткости стержня и погонной энергии при наложении швов. Для снижения влияния сварочных прогибов рекомендуется после сборки элементов усиления осуществить вначале их точечную приварку и лишь затем приступить к наложению основных швов. Это обеспечивает совместную работу элементов усиления и основного стержня и способствует снижению сварочных деформаций. Применение шпоночных швов также приводит к значительному уменьшению прогибов и сокращает сроки выполнения сварочных работ.

Усиление колонн способом изменения конструктивной схемы достаточно разнообразно. В высоких однопролетных зданиях с кровлей малой жесткости (волнистые листы с креплением на кляммерах) ужесточением связей по нижним поясам ферм (схема а) можно существенно увеличить эффект пространственной работы и уменьшить моменты от крановых нагрузок в нижнем сечении колонн до 50%. Особенно целесообразен этот прием в коротких зданиях при устройстве жестких торцов. В этом случае верхний конец колонн может считаться несменяемым, что приводит к уменьшению расчетной длины колонны в плоскости рамы.

Как показано в гл, 5, значительно повышается эффект пространственной работы каркаса также при устройстве неразрезных подкрановых конструкций. При этом благодаря введению дополнительной упругой опоры на уровне тормозных конструкций расчетная длина колонны в плоскости рамы снижается на 15—20%. Расчетную длину колонн из плоскости рамы можно уменьшить постановкой дополнительных распорок.

Для повышения поперечной жесткости каркаса и уменьшения расчетной длины колонн могут использоваться предварительно напряженные оттяжки. Однако такое усиление увеличивает в стойках продольные усилия в результате натяжения оттяжек, требует устройства сложных анкерных креплений и загромождает прилегающую к зданию территорию. Применение этого способа оправдано в исключительных случаях, когда другие методы усиления не могут быть использованы.

Одним из способов усиления колонн является снижение в них продольных усилий, благодаря введению дополнительных стоек или подкосов. Для уменьшения продольных усилий от крановых нагрузок дополнительными стойками или подкосами подкрепляются подкрановые балки. Этот способ целесообразен при необходимости одновременного усиления подкрановых конструкций. Если балки опираются на консоли колонн, то для их разгрузки могут быть установлены подкрановые стойки, соединенные с основной колонной гибкими связями.

В пролетах без мостовых кранов на дополнительные стойки могут быть переданы нагрузки от покрытия. Установка дополнительных стоек загромождает пространство цеха и требует устройства отдельных фундаментов. Кроме того, для включения элементов усиления в работу необходимо плотно подогнать их к вышележащим конструкциям подклиниванием или домкратами. Все это усложняет производство работ и повышает их трудоемкость. При значительном повышении крановых нагрузок целесообразно устройство отдельной крановой эстакады, воспринимающей все вертикальные нагрузки от кранов, при этом пролет мостовых кранов должен быть несколько уменьшен.

Разгрузка колонн введением дополнительных стоек может быть рекомендована в случае, если колонны при эксплуатации получили существенные повреждения и их усиление методом увеличения сечения не может быть выполнено   (большой коррозионный износ, низкая свариваемость стали и т.д.). После разгрузки поврежденные колонны могут быть усилены бетоном. В некоторых случаях для усиления колонн может быть использован эффект предварительного напряжения. Такое усиление имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами. Это: разгрузка элементов конструкций и снятие опасных напряжений; включение элементов усиления в работу конструкций непосредственно после их прикрепления; увеличение зоны упругой работы конструкций; снижение объема сварочных работ при монтаже элементов усиления; рациональное использование свойств материалов высокой прочности, применяемых для элементов усиления.

К наиболее эффективным способам усиления колонн предварительно напрягаемыми элементами, относятся [9]: увеличение сечений предварительно напрягаемыми распорками; введение в работу усиливаемых колонн предварительно напряженных элементов из труб и других жестких профилей; комбинированное усиление — разгрузка колонны вводимыми в ее работу предварительно напрягаемыми элементами с последующим ее усилением увеличением сечений.

Предварительно напрягаемые распорки впервые предложены Н.М. Онуфриевым для усиления железобетонных колонн. Эффективность усиления ветвей нижней части стальных колонн предварительно напрягаемыми распорками возрастает пропорционально значению внешней нагрузки в момент усиления. Увеличение трудоемкости усиления, связанное с созданием усилия стягивания распорок для получения заданного предварительного напряжения, незначительно. Предварительное напряжение распорок усиления обеих ветвей производят синхронно. Усилие предварительного напряжения распорок каждой ветви пропорционально действующей в ней нормальной силе в момент усиления. Концевые крепления выполняют в пределах башмака и траверсы колонны. Иногда целесообразно разгружающие распорные системы устанавливать в плоскости, перпендикулярной той, в которой производится усиление.

Введение в работу усиливаемой колонны предварительно напрягаемых элементов трубчатого или другого жесткого профиля дает возможность разгрузить ее на любую заданную величину и позволяет избежать больших объемов сварочных работ, обычно имеющих место при традиционном усилении увеличением сечений.

При значительном увеличении крановых нагрузок в некоторых случаях рационально применять комбинированное усиление — разгрузку обеих ветвей колонны введением в работу нижней ее части предварительно напрягаемых жестких элементов с последующим увеличением сечений ветвей. Предварительно напряженные усиливающие элементы обеспечивают заранее заданный уровень снятия начальных деформаций и напряжений в усиливаемом стержне, что позволяет безопасно соединить основной и добавляемый элементы сваркой. Несущая способность сжатых стержней, усиленных с предварительным напряжением увеличивается за счет повышения зоны ее упругой работы, полной совместной работы старого и нового сечений и уменьшения начального прогиба усиливаемого стержня.

Усиление конструкций колонн изложенными способами отличается достаточно высокими затратами на производство работ по усилению, что ограничивает область их применения (в особенности для колонн одноэтажных промышленных зданий). МакИСИ предложен способ усиления, позволяющий расширить применение эффекта предварительного напряжения при усилении колонн и их отдельных элементов (в частности, при увеличении вылета подкрановой консоли, усилении поврежденных участков колонны и т.п.).

Суть способа состоит в следующем. В состав колонны вводится предварительно сжатый элемент усиления, при этом, после закрепления элемента усилие предварительного сжатия снимается и становится разгружающим усилием для существующей колонны. На усиливаемую колонну одевается обойма из уголков, скрепленных планками. Осуществляется опирание обоймы на фундамент и предварительное напряжение ее ветвей металлическими тяжами. Усилие предварительного напряжения контролируется динамометрическими ключами. После достижения расчетного усилия верхняя часть обоймы приваривается к колонне. Обойма включается в работу разрезанием тяжей. Растягивающие усилия элемента усиления оказывают разгружающее действие на существующую колонну.

Способ усиления колонн предварительно напряженными элементами позволяет решить ряд инженерных задач, возникающих при усилении конструкций колонн промышленных зданий, к числу которых относятся:

общее усиление колонн для увеличения расчетных нагрузок, вызванное изменением режима эксплуатации (повышение грузоподъемности мостовых кранов и т.п.);

выключение из работы всей колонны или ее отдельных участков, получивших повреждение при эксплуатации;

изменение геометрических параметров колонн (увеличение вылета подкрановой консоли и т.п.).

Этот способ был применен при усилении колонн чугуно-литейного цеха машиностроительного завода. При реконструкции цеха возникла необходимость увеличения вылета консоли колонн. Для восприятия дополнительного изгибающего момента, обусловленного смещением подкрановых балок относительно существующего положения, в состав колонн вводится предварительно напряженный подкос, состоящий из двух швеллеров № 18. Усилие предварительного напряжения в подкосе, создаваемое динамометрическими ключами, подбиралось таким, чтобы компенсировать дополнительный изгибающий момент. Установка и приварка заранее изготовленных подкосов была проведена практически без остановки технологического процесса, что дало значительный экономический эффект.

Проверка несущей способности сплошных колонн, усиливаемых методом увеличения сечения производится аналогично изложенному в п. 4 этой главы. При усилении сквозных колонн остаточные сварочные деформации появляются как в стержне в целом, так и в отдельных ветвях. Для оценки их несущей способности может быть использована методика расчета сквозных стержней по деформированной схеме, предложенная В.В, Горевым.

Значения остаточных сварочных прогибов могут определяться в соответствии с методикой, предложенной в работе [38]. С достаточной для практических расчетов точностью влияние остаточных сварочных деформаций на устойчивость усиленного стержня может быть учтено коэффициентом условий работы у = = 0,8. В этом случае значения вычисляются без учета остаточных сварочных прогибов. Расчет колонн, усиленных с использованием предварительного напряжения, изложен в работе

 

 

 МОНТАЖ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ. Металлические конструкции ...

Монтаж колонн. До начала монтажа колонн проверяют правильность установки фундаментов и ... Закончив усиление приступают к строповке и подъему фермы. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-3/38.htm

 

 Каркасные здания. Связи по поясам ферм. Ригели, распорки и ...

Сплошные изготовляют из прокатных двутавров с усилением верхнего пояса уголками или плоскими листами. Их применяют при шаге колонн 6 м и кранах ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/25.htm

 

 КОЛОННЫ. Колонны каркаса. Выбор высоты колонны

Колонны каркаса приняты сечением 400X400 мм, высотой в один или два этажа для ..... Увеличение марки бетона до М 600 и усиление косвенного армирования ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-156-karkas/8.htm

 

К содержанию книги:  Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

 

Смотрите также: