Усиление металлических балок при реконструкции здания (стр. 1 из 2). Усиление балок металлических

21. Усиление металлических прогонов и балок в балочных клетках

Усиление металлических балок и прогонов может быть местным и общим. Местное усиление осуществляется с помощью металлических накладок, ребер, обетонирования и т.д., а общее – путем установки шпренгелей, затяжек или жесткого опорного закрепления.

Наиболее простым способом усиления металлических балок и прогонов является увеличение их сечения на участках наибольших напряжений с помощью приварки или крепления на высокопрочных болтах специальных усиливаемых элементов из прокатных профилей (уголков, труб, швеллеров и двутавров), варианты которых приведены на рис.3.10.

Наиболее рациональны схемы двустороннего усиления балок, не приводящие к значительному смещению центра тяжести сечения (рис.3.10, а).

В случаях, когда усиление верхнего пояса по схеме (рис.3.10, а ) связано с необходимостью частичного или полного демонтажа настила, возможно выполнить усиление по типу схем (рис.3.10, б-г). Недостатком схем (рис.3.10, б-г) является большой объем сварочных работ, связанных с наложением потолочных швов, и значительное ослабление сечений при сварке под нагрузкой. Кроме того, эти схемы связаны с трудоемкими операциями по обрезке и надставке ребер жесткости (рис.3.10, в, г; детали Б и В).

 Рис.3.10. Варианты усиления изгибаемых элементов путем увеличения сечения

а-г - схемы двустороннего усиления; д-ж - то же, одностороннего усиления; 1- существующее ребро жесткости; 2- линия обреза ребра; 3- надставка ребра

 К несимметричному одностороннему усилению по схеме (рис.3.6, д) прибегают в тех случаях, когда двустороннее усиление экономически и технически нецелесообразно. Несимметричное одностороннее усиление обычно осуществляют с помощью швеллеров, тавров и двутавров по типу схем (рис.3.10, е-ж). Недостатком такого усиления является сложность прикрепления элементов усиления с помощью потолочных швов или высокопрочных болтов. Кроме того, такой способ усиления связан с необходимостью предварительного выгиба прокатных элементов усиления в соответствии с формой изгиба усиливаемых балок, а поэтому при усилении под нагрузкой требует применения мощных домкратов или иных натяжных устройств.

Для повышения местной устойчивости и недостаточной несущей способности участков стенок балок устанавливают на этих участках короткие поперечные, продольные или наклонные ребра жесткости, ограничивая их продольными ребрами (рис.3.11).

Рис.3.11. Схемы местного усиления стенок двутавровых балок

1-дополнительные накладки; 2-5 дополнительные поперечные, продольные и наклонные ребра

 Дополнительные ребра к стенке балки можно прикреплять с помощью высокопрочных болтов, прерывистых или сплошных сварных швов. Сварные соединения более технологичны, но приводят к ослаблению сечения усиливаемого элемента в процессе сварки.

Достаточно простым и эффективным способом усиления металлических балок является преобразование разрезных балок в неразрезные многопролетные (рис.3.13).

Он выполняется без увеличения строительной высоты, но требует свободного доступа к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) внутренней и наружной стороны полок металлическими пластинами (рис.3.13, а). Металлические накладки должны заходить на каждый элемент не менее чем на 100 мм от стыка. При этом способе в балках и прогонах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций (рис.3.13, б ).

Рис.3.13. Схема усиления металлических балок путем замены шарнирной заделки на жесткую

а)- схема усиления; б)- изгибающие моменты; 1- элемент усиления

 Более эффективным способом повышения несущей способности металлических балок (прогонов) является изменение их конструктивной схемы за счет установки в пролете балки дополнительной опоры (рис.3.14, а) или дополнительных усиливающих элементов в виде подкосов (рис.3.14, б).

 Рис.3.14. Усиление балок установкой дополнительных опор (а) или подкосов (б):

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- элемент усиления; 5- подкос

 В этих случаях уменьшается величина пролета балок с превращением их в многократно статически неопределимые системы и значительно увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис. 3.14, а) связано с постановкой в пролете балки дополнительной опоры, но применять такой способ не всегда допустимо по технологическим причинам. Установка подкосов более целесообразно, так как не загораживает центр пролета и не нуждается в устройстве дополнительного фундамента (рис. 3.14, б).

Наряду с дополнительными опорами и длинными подкосами для усиления металлических балок применяют подвески, короткие подкосы, и кронштейны, за счет установки которых также уменьшается величина пролета балок (рис. 3.15).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряжение, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.3.15, б) или оттяжки консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей постановкой прокладок (рис.3.15 в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать величину предварительного напряжения в кронштейнах.

 Рис. 3.15. Усиление металлических балок постановкой подкосов(а, б, г), подвесок (в) и кронштейнов (д)

1- подкосы; 2- существующие колонны; 3- подвески; 4- стяжные устройства; 5- кронштейны

 В усиливаемых балках для получения желаемого распределения моментов и поперечных сил рекомендуется регулировать усилия за счет выбора мест установки дополнительных опор или поперечных балок, как это показано на рис.3.16. Увеличение количества дополнительных опор в значительной мере снижает величину изгибающего момента в пролетах с возникновением его на опорах.

 Рис.3.12. Расчетные схемы и схемы усиления балок при введении дополнительных опор (а) и поперечных балок (б)

1-усиливаемые конструкции; 2- существующие опоры; 3- дополнительные опоры

 Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых элементов или превращения их в шпренгельные системы (рис.3.13).

Рис.3.13. Усиление металлических балок установкой дополнительных усиливаемых элементов (а, б, в, г) или превращением их в шпренгельные системы (д, е, ж)

1– усиливаемый элемент; 2 - 3 – шпренгель

 Эти приемы рекомендуется применять при недостаточной жесткости конструкций и отсутствия ограничений в габаритах цеха. Усиление возможно выполнять как без нагрузки, так и под нагрузкой, с предварительным напряжением шпренгельной системы и без него. В качестве дополнительных элементов используют, как правило, прокатные профили, которые прикрепляют к стенке (рис.3.13, а), полке (рис.3.13, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.3.13, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные системы устраивают треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.3.13, е,ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.3.13, е -ж.

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обычно устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали, которые устанавливают попарно на 5-10 см ниже или выше полок балок или прогонов, приваривая одни концы к полкам, а другие – к стяжным болтам (рис.3.14).

Рис.3.14. Усиление металлического прогона предварительным напряжением

1 – металлический прогон; 2 –металлический упор; 3 – затяжка из круглой стали; 4 – болт с гайкой для предварительного натяжения затяжки; 5 – бетонная заделка; 6 – упор из круглой стали

 Это конструктивно удобный и эффективный метод усиления, который может осуществляться под нагрузкой и без нагрузки. Предварительное напряжение в затяжках обеспечивают с помощью натяжных болтов и тарированных гайковертов, которые создают заданное усилие.

Зазор между полками балок или прогонов и затяжкой образуется за счет металлических упоров из уголков или круглой стали, привариваемых к нижним или верхним полкам усиливаемых конструкций на расстоянии 1 м от опор.

Эффективным способом усиления сплошных балок является распорное устройство, выполненное в виде сектора с гнездами, образующими с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок (рис.3.15).

В результате в нижних поясах балок возникают продольные усилия S, выгибающие балку вверх и уменьшающие величину изгибающего момента. Распорные устройства обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек.

Рис.3.15. Схема распорного устройства

1- усиливаемая балка; 2- шарнир; 3- упоры; 4- сектор; 5- трос; 6- груз

 Для компенсации продольных усилий нижних поясов балок необходимо в крайних пролетах установить новые связи (рис.3.16).

 

Рис.3.16. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 7- новые связи

 Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения поддерживающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый профиль (рис.3.17). В местах передачи нагрузки от большепролетных балок на арочные системы должны устанавливаться дополнительные элементы усиления стенок в виде вертикальных ребер жесткости, которые крепятся с двух сторон стенки и не доводятся до верхнего пояса балок.

Арочные системы опираются и передают нагрузку на фундаменты смежных колонн, поэтому такой способ может потребовать усиления фундаментов из-за возникающих распорных усилий.

Рис.3.17. Усиление большепролетных балок введением арочных систем с ломанным (а) и полукруглым профилем (б)

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- поддерживающая арочная система

 Эффективным методом усиления металлических балок больших пролетов является устройство над усиливаемой конструкцией тросовых систем (рис.3.18). Этот метод применяется при возможности свободного размещения тросовой системы над усиливаемой конструкцией. Основные сложности при устройстве тросовых систем связаны с восприятием и передачей распорных усилий, возникающих в системах. С этой целью целесообразно закреплять окончания тросов вне здания.

Рис.3.18. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

 Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.3.19, а) или устройства междубалочного заполнения монолитным бетоном (рис.3.19, б). Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры железобетонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную конструкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок.  .

Рис.3.19. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б)

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

 Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных балок

studfiles.net

Усиление металлических балок и прогонов производственных зданий

Металлические балки и прогоны обычно применяются в многоэтажных производственных зданиях и в различных этажерках химической промышленности (рис.3.9).

 

Рис.3.9. Типы сечений металлических балок перекрытий пролетом до 12 м (а)

и более 12 м (б)

1- усиленная балка в сечении с максимальным изгибающим моментом; 2- усиленная балка железобетонной плитой перекрытия

 

Усиление металлических балок и прогонов может быть местным и общим. Местное усиление осуществляется с помощью металлических накладок, ребер, обетонирования и т.д., а общее – путем установки шпренгелей, затяжек или жесткого опорного закрепления.

Наиболее простым способом усиления металлических балок и прогонов является увеличение их сечения на участках наибольших напряжений с помощью приварки или крепления на высокопрочных болтах специальных усиливаемых элементов из прокатных профилей (уголков, труб, швеллеров и двутавров), варианты которых приведены на рис.3.10.

Наиболее рациональны схемы двустороннего усиления балок, не приводящие к значительному смещению центра тяжести сечения (рис.3.10, а).

В случаях, когда усиление верхнего пояса по схеме (рис.3.10, а ) связано с необходимостью частичного или полного демонтажа настила, возможно выполнить усиление по типу схем (рис.3.10, б-г). Недостатком схем (рис.3.10, б-г) является большой объем сварочных работ, связанных с наложением потолочных швов, и значительное ослабление сечений при сварке под нагрузкой. Кроме того, эти схемы связаны с трудоемкими операциями по обрезке и надставке ребер жесткости (рис.3.10, в, г; детали Б и В).

 

 

 

Рис.3.10. Варианты усиления изгибаемых элементов путем увеличения сечения

а-г - схемы двустороннего усиления; д-ж - то же, одностороннего усиления; 1- существующее ребро жесткости; 2- линия обреза ребра; 3- надставка ребра

 

К несимметричному одностороннему усилению по схеме (рис.3.6, д) прибегают в тех случаях, когда двустороннее усиление экономически и технически нецелесообразно. Несимметричное одностороннее усиление обычно осуществляют с помощью швеллеров, тавров и двутавров по типу схем (рис.3.10, е-ж). Недостатком такого усиления является сложность прикрепления элементов усиления с помощью потолочных швов или высокопрочных болтов. Кроме того, такой способ усиления связан с необходимостью предварительного выгиба прокатных элементов усиления в соответствии с формой изгиба усиливаемых балок, а поэтому при усилении под нагрузкой требует применения мощных домкратов или иных натяжных устройств.

Для повышения местной устойчивости и недостаточной несущей способности участков стенок балок устанавливают на этих участках короткие поперечные, продольные или наклонные ребра жесткости, ограничивая их продольными ребрами (рис.3.11).

Рис.3.11. Схемы местного усиления стенок двутавровых балок

1-дополнительные накладки; 2-5 дополнительные поперечные, продольные и наклонные ребра

 

Дополнительные ребра к стенке балки можно прикреплять с помощью высокопрочных болтов, прерывистых или сплошных сварных швов. Сварные соединения более технологичны, но приводят к ослаблению сечения усиливаемого элемента в процессе сварки.

Достаточно простым и эффективным способом усиления металлических балок является преобразование разрезных балок в неразрезные многопролетные (рис.3.13).

Он выполняется без увеличения строительной высоты, но требует свободного доступа к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) внутренней и наружной стороны полок металлическими пластинами (рис.3.13, а). Металлические накладки должны заходить на каждый элемент не менее чем на 100 мм от стыка. При этом способе в балках и прогонах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций (рис.3.13, б ).

Рис.3.13. Схема усиления металлических балок путем замены шарнирной заделки на жесткую

а)- схема усиления; б)- изгибающие моменты; 1- элемент усиления

 

Более эффективным способом повышения несущей способности металлических балок (прогонов) является изменение их конструктивной схемы за счет установки в пролете балки дополнительной опоры (рис.3.14, а) или дополнительных усиливающих элементов в виде подкосов (рис.3.14, б).

 

Рис.3.14. Усиление балок установкой дополнительных опор (а) или подкосов (б):

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- элемент усиления; 5- подкос

 

В этих случаях уменьшается величина пролета балок с превращением их в многократно статически неопределимые системы и значительно увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис. 3.14, а) связано с постановкой в пролете балки дополнительной опоры, но применять такой способ не всегда допустимо по технологическим причинам. Установка подкосов более целесообразно, так как не загораживает центр пролета и не нуждается в устройстве дополнительного фундамента (рис. 3.14, б).

Наряду с дополнительными опорами и длинными подкосами для усиления металлических балок применяют подвески, короткие подкосы, и кронштейны, за счет установки которых также уменьшается величина пролета балок (рис. 3.15).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряжение, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.3.15, б) или оттяжки консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей постановкой прокладок (рис.3.15 в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать величину предварительного напряжения в кронштейнах.

 

 

Рис. 3.15. Усиление металлических балок постановкой подкосов(а, б, г), подвесок (в) и кронштейнов (д)

1- подкосы; 2- существующие колонны; 3- подвески; 4- стяжные устройства; 5- кронштейны

 

В усиливаемых балках для получения желаемого распределения моментов и поперечных сил рекомендуется регулировать усилия за счет выбора мест установки дополнительных опор или поперечных балок, как это показано на рис.3.16. Увеличение количества дополнительных опор в значительной мере снижает величину изгибающего момента в пролетах с возникновением его на опорах.

 

 

Рис.3.12. Расчетные схемы и схемы усиления балок при введении дополнительных опор (а) и поперечных балок (б)

1-усиливаемые конструкции; 2- существующие опоры; 3- дополнительные опоры

 

Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых элементов или превращения их в шпренгельные системы (рис.3.13).

Рис.3.13. Усиление металлических балок установкой дополнительных усиливаемых элементов (а, б, в, г) или превращением их в шпренгельные системы (д, е, ж)

1– усиливаемый элемент; 2 - 3 – шпренгель

 

Эти приемы рекомендуется применять при недостаточной жесткости конструкций и отсутствия ограничений в габаритах цеха. Усиление возможно выполнять как без нагрузки, так и под нагрузкой, с предварительным напряжением шпренгельной системы и без него. В качестве дополнительных элементов используют, как правило, прокатные профили, которые прикрепляют к стенке (рис.3.13, а), полке (рис.3.13, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.3.13, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные системы устраивают треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.3.13, е,ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.3.13, е -ж.

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обычно устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали, которые устанавливают попарно на 5-10 см ниже или выше полок балок или прогонов, приваривая одни концы к полкам, а другие – к стяжным болтам (рис.3.14).

Рис.3.14. Усиление металлического прогона предварительным напряжением

1 – металлический прогон; 2 –металлический упор; 3 – затяжка из круглой стали; 4 – болт с гайкой для предварительного натяжения затяжки; 5 – бетонная заделка; 6 – упор из круглой стали

 

Это конструктивно удобный и эффективный метод усиления, который может осуществляться под нагрузкой и без нагрузки. Предварительное напряжение в затяжках обеспечивают с помощью натяжных болтов и тарированных гайковертов, которые создают заданное усилие.

Зазор между полками балок или прогонов и затяжкой образуется за счет металлических упоров из уголков или круглой стали, привариваемых к нижним или верхним полкам усиливаемых конструкций на расстоянии 1 м от опор.

Эффективным способом усиления сплошных балок является распорное устройство, выполненное в виде сектора с гнездами, образующими с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок (рис.3.15).

В результате в нижних поясах балок возникают продольные усилия S, выгибающие балку вверх и уменьшающие величину изгибающего момента. Распорные устройства обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек.

Рис.3.15. Схема распорного устройства

1- усиливаемая балка; 2- шарнир; 3- упоры; 4- сектор; 5- трос; 6- груз

 

Для компенсации продольных усилий нижних поясов балок необходимо в крайних пролетах установить новые связи (рис.3.16).

 

Рис.3.16. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 7- новые связи

 

Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения поддерживающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый профиль (рис.3.17). В местах передачи нагрузки от большепролетных балок на арочные системы должны устанавливаться дополнительные элементы усиления стенок в виде вертикальных ребер жесткости, которые крепятся с двух сторон стенки и не доводятся до верхнего пояса балок.

Арочные системы опираются и передают нагрузку на фундаменты смежных колонн, поэтому такой способ может потребовать усиления фундаментов из-за возникающих распорных усилий.

 

Рис.3.17. Усиление большепролетных балок введением арочных систем с ломанным (а) и полукруглым профилем (б)

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- поддерживающая арочная система

 

Эффективным методом усиления металлических балок больших пролетов является устройство над усиливаемой конструкцией тросовых систем (рис.3.18). Этот метод применяется при возможности свободного размещения тросовой системы над усиливаемой конструкцией. Основные сложности при устройстве тросовых систем связаны с восприятием и передачей распорных усилий, возникающих в системах. С этой целью целесообразно закреплять окончания тросов вне здания.

Рис.3.18. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

 

Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.3.19, а) или устройства междубалочного заполнения монолитным бетоном (рис.3.19, б). Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры железобетонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную конструкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок. .

Рис.3.19. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б)

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

 

Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных балок.

Усиление металлических ферм

Для восстановления и повышения несущей способности элементов металлических стропильных ферм обычно используют аналогичные схемы, что и для усиления стальных балочных конструкций.

Обычно усиление металлических ферм осуществляют путем превращения их в статически неопределимые системы за счет:

- подведения дополнительных опор;

- объединения концов ферм смежных пролетов и превращения их

в многопролетные конструкции;

- подведения подкосов или подвесок;

- надстройки поддерживающих тросовых систем;

- установки поддерживающих арочных конструкций;

- введения шпренгельных элементов;

- введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличением сечения отдельных элементов.

Подведение новых конструкций устраивают в том случае, когда другие способы усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима установка дополнительных промежуточных опор (рис.3.19). Дополнительные опоры следует устанавливать в узловых соединениях фермы симметрично от максимального изгибающего момента. В местах передачи узлы фермы усиливаются дополнительными

элементами.

Рис.3.19. Усиление ферм способом установки дополнительных промежуточных опор

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- дополнительный элемент усиления фермы; 5- металлическая балка; 6- мостовой кран

 

Когда по технологическим причинам нельзя установить в пролете дополнительные опоры, прибегают к подведению подкосов (рис.3.20, а) или подвесок (рис.3.20, б), что также способствует повышению несущей способности стропильных ферм.

Рис.3.20. Усиление ферм способом установки подкосов (а) и подвесок (б)

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- подкос; 4- элемент усиления фермы; 5- пилон; 6- подвеска

 

 

Установка дополнительных подкосов или подвесок требует дополнительного усиления раскосов фермы в местах, в которых они устанавливаются. Кроме того, при установке подвесок появляется необходимость вскрытия кровли и защиты от коррозии элементов усиления, находящихся на открытом воздухе, а при установке подкосов - дополнительного усиления фундаментов.

 

Установка поддерживающих арочных конструкций позволяет более равномерно разгрузить нижний пояс фермы и дает возможность не загромождать пролет цеха (рис.3.21).

 

Рис.3.21. Усиление стропильных ферм путем установки поддерживающей арочной конструкции

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- арочная конструкция; 4- передаточные стойки

 

Более простым и эффективным способом усиления металлических стропильных ферм является объединение концов ферм смежных пролетов и превращения их в неразрезные многопролетные конструкции (рис.3.21, а) или надстройка висячих (вантовых) систем, к которым подвешивается усиливаемая поддерживающих тросовых конструкция (рис.3.21, б).

В первом случае необходим свободный доступ к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) верхних и нижних поясов фермы металлическими элементами усиления (поз.3, рис.3.21). Металлические элементы усиления должны заходить на смежные полки верхних и нижних поясов ферм. При этом способе в фермах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций.

 

Рис.3.21. Усиление стропильных ферм путем превращения их в неразрезные многопролетные конструкции или надстройки висячих (вантовых) систем

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- элементы усиления; 4- закрепление тросов

 

 

При устройстве висячих систем необходимо прочное закрепление окончаний тросов за пределами здания, что приводит к увеличению габаритов здания. Этот способ особенно эффективен в том случае, когда ванты можно подвешивать к рядом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.

В тех случаях, когда имеется возможность установки элементов усиления стропильных ферм снаружи здания, то прибегают к устройству подпорок или оттяжек (рис.3.25). Для установки подпорок необходимо устройство дополнительного фундамента, а также горизонтальных и наклонных поддерживающих элементов. Установка оттяжек требует устройства специальных анкеров, препятствующих выдергиванию оттяжек.

 

Рис.3.24. Пример усиления стропильной фермы установкой наружных подпорок и оттяжек

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- оттяжка; 4-подпорка; 5- анкер, препятствующий выдергиванию оттяжки

 

Увеличения несущей способности стальной фермы можно достичь путем установки шпренгельной системы (третьего пояса) в пределах высоты фермы или в нижних опорных узлах (рис.3.25). Для передачи усилия от ферм на шпренгельные системы необходимо выполнить местное усиление стоек фермы.

 

 

Рис.3.25. Усиление стропильных ферм путем установки шпренгельных систем

а)- крепление шпренгеля в верхних узлах фермы; б)- крепление шпренгеля в нижних опорных узлах фермы

1-усиливаемая ферма; 2-шпренгельная система; 3- элементы местного усиления

 

Наиболее эффективного повышения несущей способности стальных ферм достигается с помощью установки предварительно напряжнных затяжек (рис.3.26).

 

Рис.3.26. Усиление стропильных ферм путем установки преднапряженных затяжек а)- при расположении вдоль нижнего пояса фермы; (б) и (в)- то же, в плоскости фермы при креплении затяжек в верхних и нижних опорных узлах фермы:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3-затяжка

 

Затяжки могут располагаться при расположении вдоль нижнего пояса или в пределах высоты фермы. Крепление затяжек осуществляют в пределах нижнего пояса или в верхних и нижних опорных узлах фермы. При повышении несущей способности элементов верхнего пояса металлической фермы с помощью установки шпренгельных элементов работы должны выполняться с обязательным снятием нагрузки на ферму.

Усиление стропильных ферм путем установки предварительно напряженных затяжек не требует дополнительных опор и может осуществляться из высокопрочных канатов, круглой стали или прокатного профиля, обеспечивая минимальную материалоемкость усиления.

При размещении затяжек вдоль нижнего пояса достигается разгрузка только нижних поясов ферм (рис.3.26, а). Введение затяжек в уровне нижнего пояса ригеля эффективно в том случае, когда нижний пояс ригеля имеет ломаное очертание (рис.3.26, в), что ведет к изменению усилий в большем количестве стержней. Ломаное очертание нижнего пояса ригеля позволяет значительно уменьшить изгибающие моменты в стойках и ригеле от воздействия вертикальных нагрузок на ригель.

На рис.3.27 приведены детали крепления предварительно напряженных затяжек с креплением их на верхние узлы стропильной фермы. При креплении затяжек на верхние узлы стропильной фермы необходимо к надопорной стойке и в средней части нижнего пояса фермы приварить детали усиления из прокатного профиля, дополнительные фасонки и анкерные устройства, к которым прикрепляют металлические тяжи (рис.3.27, узел 1 и 2).

Рис.3.27. Усиление металлических стропильных ферм установкой предварительно напряженных тяжей

1-усиливаемая ферма; 2- новая фасонка; 3- стержни усиливаемой фермы; 4- преднапряженные тяжи; 5- анкерное устройство; 6- деталь усиления; 7- надопорная стойка

 

Предварительное напряжение в тяжах создается с помощью натяжных муфт или тельферных напрягающих устройств, которые должны включаться в совместную работу одновременно.

Усиление ферм можно добиться включением в совместную работу со стропильными конструкциями светоаэрационных фонарей, к которым подвешивают верхний пояс стропильных ферм (рис.3.28).

Рис.3.28. Варианты усиления стропильных ферм путем включением в работу светоаэрационных при расположении их в центре пролета (а) или на границе смежных пролетов (б): 1-усиливаемая ферма; 2- новые стержни; 3-фонарь

 

Такой способ усиления служит для разгрузки поясов ферм и может применяться при наличии светоаэрационных фонарей, расположенных в центре или на границе смежных пролетов. Недостатком включения фонарей в совместную с фермой работу требует усиления фонарных конструкций.

Для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы и усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб используют введение дополнительных элементов решетки (вторая решетка) (рис.3.29, а). Когда же требуется снизить величину изгибающих моментов в полках верхнего пояса ферм при их работе на местный изгиб и уменьшить расчетные длины сжатых элементов полок и раскосов, то прибегают к устройству шпренгельных элементов решетки (рис.3.29, б). Эти приемы служат для разгрузки элементов и узлов решетки ферм и позволяют уменьшить в них усилия от нагрузок, прикладываемых после усиления ферм.

Рис.3.29. Усиление стропильных ферм путем введения дополнительных элементов решетки (а) или шпренгельных элементов решетки

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- дополнительные элементы решетки

 

Наиболее распространенным способом усиления металлических ферм является увеличение сечения их стержней, прикрепляя к ним трубы, уголки, листовую или круглую сталь. Он является эффективным в том случае, когда требуется усилить лишь отдельные наиболее напряженные или дефектные элементы фермы.

Часто применяемые способы усиления элементов стальных ферм путем увеличения их сечения приведены на рис. 3.31. При использовании этого способа желательно сохранить положение центра тяжести сечения усиливаемого элемента фермы.

 

Рис.3.31. Схемы усиления центрально-растянутых и центрально-сжатых

элементов металлических ферм увеличением их сечения

1- усиливаемый элемент; 2- элемент усиления

 

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

zdamsam.ru

Техническое обслуживание и усиление балок, перекрытий

Колонны, балки, перекрытия, фермы являются наряду со стенами и крышами основными несущими элементами зданий, а потому исправному их состоянию должно уделяться п о - стоянное внимание. Они отличаются материалами и разнообразными конструктивными решениями. Их износ, а также увеличение полезных нагрузок при реконструкции сооружений и установке нового технологического оборудования, выявление дефектов, допущенных в проекте и при возведении, приводят к необходимости ремонта или усиления. При выборе способа усиления любых несущих конструкций должны быть учтены многие факторы, и прежде всего обеспечены:минимальная длительность остановки технологического процесса;максимальное выполнение подготовительных работ за пределами зоны ремонта;технологичность конструктивных решений усиления, серийность и простота изготовления новых конструкций; необходимые монтажные средства; высокое качество ремонтных работ; ремонтопригодность новой конструкции.

Следует учесть также возможность осуществления профилактических мер как временного, так и постоянного характера, в частности снятие или уменьшение временных и постоянных нагрузок на ремонтируемые конструкции (тогда при загрузке элементы усиления лучше включаются в работу), очистка их от снега, пыли, увеличение расстояния между подвижными нагрузками (кранами, тельферами), ограничение их грузоподъемности, а также устранение технологических воздействий путем снижения агрессивности среды, перепадов температур и т. п.

Эффективность выбранного способа усиления любых конструкций, затраты на его проведение, как и на ремонтные работы в целом, трудно точно заранее определить по действующим расценкам из-за плохо поддающихся расчету убытков вследствие нарушения ритма производства, непредвиденных осложнений при ремонте и пр. И все же экономические расчеты должны проводиться, так как они дают наиболее полное

И достоверное представление об эффективности усиления ПЛИ ремонта конструкции.

Рассмотрим способы усиления балок, перекрытий, ферм из металла, железобетона и дерева. Металлические балки можно усилить несколькими способами (табл. 12.4): установкой дополнительных опор;увеличением сечения накладками, особенно на высокопрочных болтах; шпренгельными системами;

изменением опорных сопряжений посредством перевода разрезных балок в неразрезные;регулированием напряжений натяжными и распорными устройствами.

Повышение несущей способности изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении элементов усиления или создании симметрии относительно нейтральной оси. При этом должна быть обеспечена надежная совместная работа нового сечения с балкой и конструкция защищена от коррозии.

Усиление металлических балок (рис. 12.8) может быть местным (путем установки накладок и ребер) или общим (посредством шпренгелей, изменением опорного сопряжения; наиболее эффективна затяжка вдоль нижнего пояса, при которой несущая способность балки может быть увеличена до 80% при минимальных затратах материала). Весьма эффективным и перспективным усилением балочных систем является изменение их расчетной схемы путем создания неразрезной системы и опорных подкреплений, а также регулирования напряжений натяжными и распорными устройствами. Эти устройства еще мало разработаны, но обладают важными достоинствами в условиях реконструкции действующих объек тов, в частности простотой и доступностью приемов и контроля регулирования усилий, исключением громоздкого оборудования при производстве работ, использованием домкратов, муфт и пр.

Усиление металлических ферм для повышения их жесткости и несущей способности может быть местным, (отдельных стержней) или общим (главным образом путем усиления нижнего пояса). Для усиления используются накладки с целью увеличения сечений и моментов сопротивления отдельных элементов решетки, дополнительные пояса, шпренгели, сокращающие длину растянутых или сжатых элементов. 

Рис. 12.8. Способы усиления металлических балока, б — накладками; в — обетонированием; г — шпренгелем; д, рах; ж, з — сопряжением балок на опорах

Из рассмотренных способов усиления металлических конструкций наиболее трудоемко и металлоемко по совокупному эффекту увеличение сечений усиливаемых элементов, так как оно требует сплошного или прерывистого скрепления их по длине, точной подгонки и т. п.

Эффективны и разнообразны приемы усиления конструкций с изменением расчетных схем и регулированием напряжений в процессе усиления. Общие затраты и их материалоемкость в несколько раз ниже, чем других способов, а потому дальней шему изучению и разработке таких способов необходимо уделять больше внимания.

Усиление железобетонных балок намного сложнее, чем металлических, вследствие их монолитности и наличия скрытой арматуры. Можно выделить два основных способа усиления или восстановления несущей способности железобетонных балочных конструкций (рис. 12.9): усиление без изменения первоначальной конструктивной схемы; усиление с ее изменением.

Первый способ заключается в увеличении поперечного сечения усиливаемого элемента, что достигается установкой хомутов или устройством специальных рубашек, обойм, накладок, наращиваний с добавлением арматуры, расширением опор; все это приводит к уменьшению пролета. 

Рис. 12.9. Способы усиления железобетонных балока, в — обетонированием; б — хомутами; г, д, е, ж — заделкой и сопряжением на опорах

Второй способ состоит в установке дополнительных горизонтальных или шпренгельных затяжек с предварительным натяжением либо комбинированных затяжек, сочетающих оба упомянутых способа.

Оба способа усиления обладают существенными достоинствами, поскольку используемые при этом элементы конструктивно просты, изготавливаются из арматуры или фасонного проката вне реконструируемого объекта, устанавливаются с минимальными трудовыми затратами, сразу же включаются в работу после установки и натяжения или увеличения сечения без применения других приспособлений, в 2—2,5 раза повышают первоначальную несущую способность изгибаемых элементов, не нарушают интерьеров помещений, могут быть скрыты подвесным потолком и т. п., занимают мало места и незначительно увеличивают сечение или высоту конструкций.

Усиление деревянных балок и стропил чаще всего производится по их концам: концы балок, заделанные в кирпичные стены, загнивают вследствие использования сырой древесины, закупорки торцов, увлажнения балок влагой кирпичной кладки или атмосферными осадками и т. п.

Можно выделить два варианта усиления (протезирования) балок: накладками и прутковыми протезами [16 и 18]. Первый способ применяют при усилении одиночных балок, а второй — многих балок, когда протезы заготавливают в механических мастерских. В обоих случаях сгнившие концы балок удаляют, до начала протезирования перекрытия укрепляют временными стойками. Древесину, пораженную грибами, необходимо н е - медленно сжечь, а для усиления рекомендуется воздушносухая или антисептированная древесина.

Усиление стропильных ног и мауэрлатов может быть осуществлено по одному из трех вариантов [16 и 18]: с помощью деревянных накладок на стропильные ноги; прутковыми протезами, как и деревянными балками; посредством накладок и подбалки. Во всех вариантах кровля разбирается захватками, так чтобы работы закончить в течение дня и не замочить перекрытие возможными атмосферными осадками.

Усиление перекрытий можно производить сверху или снизу конструкции: это зависит от высоты и назначения помещения, цели усиления и др.

Перекрытия по металлическим балкам можно усилить снизу путем установки дополнительных опор под балками, связав их, в неизменяемую систему. Более сложно устройство снизу железобетонных сводов. Сверху перекрытие усиливается дополнительным армированием и бетоном. При этом над металлическими или железобетонными балками (рис. 12.10, а, б) производится дополнительное армирование по ширине в обе стороны от балки для восприятия опорных изгибающих моментов.

Железобетонные перекрытия тоже могут быть усилены сверху путем устройства дополнительной железобетонной плиты, как показано выше. Снизу плоские железобетонные перекрытия усиливаются металлическими предварительно-напряженными тяжами, заделанными в опорные части панелей, настилов. Балочные железобетонные перекрытия можно усилить дополнительным армированием и обетонированием балок, но чаще для этого используют шпренгели, располагая их по обе стороны балки,а снизу под балкой стягивая для придания им предварительного напряжения и включения в работу (рис. 12.10, в—г). Поперечное стягивание шпренгелей не так эффективно и приводит к смятию бетона на боковых гранях балки. Автор предложил составные по длине шпренгели с натяжением их в продольном направлении (рис. 12.10, д).

Весьма эффективно усиление балок шарнирно-стержневой цепью (рис. 12.10, е), разработанное Ю. И. Лозовым и Е. Р. Хило [10]. По характеру работы такое усиление является предварительно-напряженным шпренгельного типа. Все соединения усиления выполняются шарнирными, и если тангенсы углов наклона звеньев начиная от середины относятся как 1:3:5 и т. д., то усилия в подвесках и стойках оказываются одинаковыми. В цепи делают три-семь промежуточных узлов в зависимости от пролета балки. Подвески располагаются с разных сторон балки и соединяются снизу планкой. При натяжении всей цепи последней натягивают среднюю подвеску. Иногда требуется несколько попыток для осуществления равномерного, замеренного динамометром усилия натяжения всех подвесок.

Автор предложил улучшить работу такой конструкции путем подведения под подвески швеллера-подкладки, а по концам усиливаемой балки — постановки напряженных хомутов (рис. 12.10, ж). Швеллер-подкладка объединяет работу всех подвесок воедино и устраняет обмятие бетона под отдельными подвесками, а хомуты по концам позволяют усилить балку на перерезывающую силу.

Металлические конструкции усиления перекрытий, в частности тяжи, могут быть скрыты дополнительным потолком, штукатуркой по закрепленной сетке или листами сухой штукатурки. Они могут быть, особенно в производственных помещениях, выкрашены и оставлены открытыми.

 

ПРОДОЛЖЕНИЕ >>>

www.remontlib.ru

Усиление металлических балок при реконструкции здания

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет Промышленного и Гражданского строительства

Кафедра металлических конструкций

Курсовая работа по курсу

«Металлические конструкции»

«Усиление металлических балок при реконструкции здания»

Выполнил:

студент гр. Э-15

Казаков Вячеслав Юрьевич

Проверил:

Вершинин В.П.

Москва 2009 г.

Исходные данные.

Шаг балок настила

Пролет балок настила

Толщина железобетонного настила

Плотность бетона

Нормативная временная

распределенная нагрузка

Увеличение временной нагрузки после реконструкции здания

Материал металл. конструкций

-балки настила

-листовые элементы усиления

-бетонная подушка

а = 1,6 м;

l = 6,3 м;

tn = 0,2 м;

ρ=24 кН/м3 ;

Р=16 кН/м2 ;

60%

сталь класса С245 Ry =24 кН/см2 ;

сталь класса С235 Ry =23 кН/см2 ;

бетон класса Б20 R пр =0,9 кН/см2 .

1. Расчет балки настила

1.1 Определение нагрузки и расчетных усилий, воспринимаемых балками настила до реконструкции здания

Балки настила воспринимают следующие нагрузки: постоянная нагрузка - вес настила и собственный вес балки; временная нагрузка - вес оборудования, людей и др.

При определении постоянной нагрузки исходим из того, что настил состоит из железобетонных плит сплошного сечения. Тогда вес 1 м2 настила:

g '= tn ·ρ = 2,20·24=4,8 кН/м2 ;

где tn -толщина плиты (м), ρ =0,24 кН/м3 -объемный вес железобетона.

Собственный вес балки настила приближенно принимаем равным 2% от полной нагрузки на балку:

g "= ( P + g ') ·0,02= (16+4,8)·0,02=0,416 кН/м2 .

Нормативная постоянная нагрузка на балку, приведенная к 1 м2 перекрытия:

g =( g '+ g ")= 4,8+0,416=5,216 кН/м2 .

Суммарная (временная и постоянная) погонная нормативная нагрузка:

q н =( P + g ) · a = (16+5,216) · 1,6=33,9 кН/м;

где a - шаг балок настила (м).

Суммарная расчетная нагрузка:

q = (P·np +g·ng ) ·a= (16· 1,2+5,216· 1,1) · 1,6=39,9 кН/м;

где np =1,2 и ng =1,05 - коэффициенты перегрузки для временной и постоянной нагрузки.

Максимальный изгибающий момент в балке от расчетной нагрузки:

;

где l = 6,3 м – пролет балок настила.

Местоположение опорных реакций определяем из условия, что опорное давление распределяется по стене равномерно по всей площадке контакта балки и стены. Глубину заделки балку в стену принимаем 0,3 м.

1.2 Подбор сечения балки настила

Расчет балок производим в предположении упругой или упругопластической работы материала. В этом случае, прочность балок проверяем по следующей формуле:

,

где с1 - коэффициент, учитывающий развитие пластических деформаций в расчетном сечении балки;Ry = 240МПа- расчетное сопротивление для С245.

Определяем требуемый момент сопротивления балки, принимая приближенно с1 =1,1:

.

По сортаменту прокатных двутавров подбираем двутавр с Wx W тр .

Таблица 1. Характеристики выбранного двутавра. Балка горячекатаная двутавровая по ГОСТ 8239-89

Принятое сечение балки проверяем по второму предельному состоянию:

Предельный относительный прогиб для балок перекрытий принимается по СНиП II-23-81:

.

Фактический относительный прогиб зависит от геометрических параметров балки и нормативной нагрузки:

.

Принятое сечение удовлетворяет СНиП II-23-81 по прочности и жесткости.

усиление конструкция балка сечение

2. Расчет и конструирование усиления балок

2.1 Определение нагрузок и расчетных усилий, воспринимаемых балками настила после реконструкции здания

По условию задания на проектирование временная нагрузка на перекрытие в результате реконструкции здания увеличивается на 60%:

Р1 =Р·1,6=16·1,6=25,6 кН/м2 .

При определении постоянной нагрузки предполагается, что толщина настила после реконструкции не изменяется, а увеличением массы балки в результате ее усиления можно пренебречь. Погонная нормативная нагрузка на балку:

q 1н =(Р1 + g ) ·а=(25,6+5,216)·1,6=49,3 кН/м.

Погонная расчетная нагрузка:

q 1 = (Р1 · np + g·ng ) ·a=(25,6·1,2+5,216·1,1) ·1,6=58,3 кН/м.

Максимальный изгибающий момент в балке от расчетной нагрузки:

кНм.

Максимальная поперечная сила:

кН.

Проверка прочности балки на увеличенную нагрузку:

Усиление балок необходимо.

2.2 Усиление балки увеличением сечения

Усиление балки путем увеличения сечения проводится двумя листовыми элементами. Ширину листов принимаем различными для верхнего и нижнего пояса балки - для удобства выполнения сварочных работ. Сварка при этом выполняется в нижнем положении. Площади сечения элементов усиления для верхнего и нижнего поясов проектируем одинаковыми, чтобы центр тяжести сечения балки не смещался, нормальные напряжения от нагрузки в этом случае будут иметь наиболее рациональное распределение. Элементы усиления изготавливаем из материала с расчетным сопротивлением, близким расчетному сопротивлению материала балки.

Расчет усиления ведем с учетом пластической деформации материала, принимаем с1 =1,1.

Площадь сечения элементов усиления зависит от требуемого момента сопротивления:

;

где Ry = 230 M П a - расчетное сопротивление листовых элементов усиления.

Момент сопротивления сечения связан с моментом инерции и высотой сечения:

;

откуда:

;

в свою очередь:

;

где Аус - площадь сечения одного листа усиления:

Ширину верхнего и нижнего листов усиления принимаем с таким расчетом, чтобы разместить фланговые швы. Для этого ширину площадок, на которых располагаются фланговые швы, принимаем 10 мм.

Таким образом, для верхнего листа:

b в = ( bf - 2 · 10) = 155 - 20 = 135мм,

для нижнего листа:

b н = ( bf + 2 · 10) = 155 + 20 = 175мм,

При этих размерах b в и b н требуемая толщина листов:

; .

Окончательно принимаем: верхний лист - 135 х 4 мм Аус.в = 5,4· 10-2 м2 ;

нижний лист - 175 х 4 мм Аус.н = 7,0· 10-2 м2 .

При определении размеров листов усиления их ширину принимаем кратной 10 мм., толщину принимаем по сортаменту.

2.3 Определение длины элементов усиления

Теоретическая длина элементов усиления определяется длиной участка балки, на котором выполняется условие МхМпр ,

где Мх - изгибающий момент в балке от внешней нагрузки в точке с координатой «х»;

Мпр - предельный изгибающий момент, который может воспринять балка без элементов усиления.

.

Находим продольный изгибающий момент из условия (принимая с1 = 1):

Мпр = Wx · Ry = 953·10-3 ·240=228,72кНм.

Для определения теоретического места обрыва усиления решаем уравнение Мх = Мпр относительно координаты «х», получаем:

где М1мах - максимальный изгибающий момент в пролете от расчетной нагрузки.

mirznanii.com

Усиление металлических балок и прогонов производственных зданий

Металлические балки и прогоны обычно применяются в многоэтажных производственных зданиях и в различных этажерках химической промышленности (рис.3.9).

 

Рис.3.9. Типы сечений металлических балок перекрытий пролетом до 12 м (а)

и более 12 м (б)

1- усиленная балка в сечении с максимальным изгибающим моментом; 2- усиленная балка железобетонной плитой перекрытия

 

Усиление металлических балок и прогонов может быть местным и общим. Местное усиление осуществляется с помощью металлических накладок, ребер, обетонирования … и т.д., а общее – путем установки шпренгелей, затяжек или жесткого опорного закрепления.

Наиболее простым способом усиления металлических балок и прогонов является увеличение их сечения на участках наибольших напряжений с помощью приварки или крепления на высокопрочных болтах специальных усиливаемых элементов из прокатных профилей (уголков, труб, швеллеров и двутавров), варианты которых приведены на рис.3.10.

Наиболее рациональны схемы двустороннего усиления балок, не приводящие к значительному смещению центра тяжести сечения (рис.3.10, а).

В случаях, когда усиление верхнего пояса по схеме (рис.3.10, а ) связано с необходимостью частичного или полного демонтажа настила, возможно выполнить усиление по типу схем (рис.3.10, б-г). Недостатком схем (рис.3.10, б-г) является большой объем сварочных работ, связанных с наложением потолочных швов, и значительное ослабление сечений при сварке под нагрузкой. Кроме того, эти схемы связаны с трудоемкими операциями по обрезке и надставке ребер жесткости (рис.3.10, в, г; детали Б и В).

 

 

 

Рис.3.10. Варианты усиления изгибаемых элементов путем увеличения сечения

а-г — схемы двустороннего усиления; д-ж — то же, одностороннего усиления; 1- существующее ребро жесткости; 2- линия обреза ребра; 3- надставка ребра

 

К несимметричному одностороннему усилению по схеме (рис.3.6, д) прибегают в тех случаях, когда двустороннее усиление экономически и технически нецелесообразно. Несимметричное одностороннее усиление обычно осуществляют с помощью швеллеров, тавров и двутавров по типу схем (рис.3.10, е-ж). Недостатком такого усиления является сложность прикрепления элементов усиления с помощью потолочных швов или высокопрочных болтов. Кроме того, такой способ усиления связан с необходимостью предварительного выгиба прокатных элементов усиления в соответствии с формой изгиба усиливаемых балок, а поэтому при усилении под нагрузкой требует применения мощных домкратов или иных натяжных устройств.

Для повышения местной устойчивости и недостаточной несущей способности участков стенок балок устанавливают на этих участках короткие поперечные, продольные или наклонные ребра жесткости, ограничивая их продольными ребрами (рис.3.11).

Рис.3.11. Схемы местного усиления стенок двутавровых балок

1-дополнительные накладки; 2-5 дополнительные поперечные, продольные и наклонные ребра

 

Дополнительные ребра к стенке балки можно прикреплять с помощью высокопрочных болтов, прерывистых или сплошных сварных швов. Сварные соединения более технологичны, но приводят к ослаблению сечения усиливаемого элемента в процессе сварки.

Достаточно простым и эффективным способом усиления металлических балок является преобразование разрезных балок в неразрезные многопролетные (рис.3.13).

Он выполняется без увеличения строительной высоты, но требует свободного доступа к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) внутренней и наружной стороны полок металлическими пластинами (рис.3.13, а). Металлические накладки должны заходить на каждый элемент не менее чем на 100 мм от стыка. При этом способе в балках и прогонах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций (рис.3.13, б ).

Рис.3.13. Схема усиления металлических балок путем замены шарнирной заделки на жесткую

а)- схема усиления; б)- изгибающие моменты; 1- элемент усиления

 

Более эффективным способом повышения несущей способности металлических балок (прогонов) является изменение их конструктивной схемы за счет установки в пролете балки дополнительной опоры (рис.3.14, а) или дополнительных усиливающих элементов в виде подкосов (рис.3.14, б).

 

Рис.3.14. Усиление балок установкой дополнительных опор (а) или подкосов (б):

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- элемент усиления; 5- подкос

 

В этих случаях уменьшается величина пролета балок с превращением их в многократно статически неопределимые системы и значительно увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис. 3.14, а) связано с постановкой в пролете балки дополнительной опоры, но применять такой способ не всегда допустимо по технологическим причинам. Установка подкосов более целесообразно, так как не загораживает центр пролета и не нуждается в устройстве дополнительного фундамента (рис. 3.14, б).

Наряду с дополнительными опорами и длинными подкосами для усиления металлических балок применяют подвески, короткие подкосы, и кронштейны, за счет установки которых также уменьшается величина пролета балок (рис. 3.15).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряжение, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.3.15, б) или оттяжки консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей постановкой прокладок (рис.3.15 в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать величину предварительного напряжения в кронштейнах.

 

 

Рис. 3.15. Усиление металлических балок постановкой подкосов(а, б, г), подвесок (в) и кронштейнов (д)

1- подкосы; 2- существующие колонны; 3- подвески; 4- стяжные устройства; 5- кронштейны

 

В усиливаемых балках для получения желаемого распределения моментов и поперечных сил рекомендуется регулировать усилия за счет выбора мест установки дополнительных опор или поперечных балок, как это показано на рис.3.16. Увеличение количества дополнительных опор в значительной мере снижает величину изгибающего момента в пролетах с возникновением его на опорах.

 

 

Рис.3.12. Расчетные схемы и схемы усиления балок при введении дополнительных опор (а) и поперечных балок (б)

1-усиливаемые конструкции; 2- существующие опоры; 3- дополнительные опоры

 

Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых элементов или превращения их в шпренгельные системы (рис.3.13).

Рис.3.13. Усиление металлических балок установкой дополнительных усиливаемых элементов (а, б, в, г) или превращением их в шпренгельные системы (д, е, ж)

1– усиливаемый элемент; 2 — 3 – шпренгель

 

Эти приемы рекомендуется применять при недостаточной жесткости конструкций и отсутствия ограничений в габаритах цеха. Усиление возможно выполнять как без нагрузки, так и под нагрузкой, с предварительным напряжением шпренгельной системы и без него. В качестве дополнительных элементов используют, как правило, прокатные профили, которые прикрепляют к стенке (рис.3.13, а), полке (рис.3.13, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.3.13, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные системы устраивают треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.3.13, е,ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.3.13, е -ж.

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обычно устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали, которые устанавливают попарно на 5-10 см ниже или выше полок балок или прогонов, приваривая одни концы к полкам, а другие – к стяжным болтам (рис.3.14).

Рис.3.14. Усиление металлического прогона предварительным напряжением

1 – металлический прогон; 2 –металлический упор; 3 – затяжка из круглой стали; 4 – болт с гайкой для предварительного натяжения затяжки; 5 – бетонная заделка; 6 – упор из круглой стали

 

Это конструктивно удобный и эффективный метод усиления, который может осуществляться под нагрузкой и без нагрузки. Предварительное напряжение в затяжках обеспечивают с помощью натяжных болтов и тарированных гайковертов, которые создают заданное усилие.

Зазор между полками балок или прогонов и затяжкой образуется за счет металлических упоров из уголков или круглой стали, привариваемых к нижним или верхним полкам усиливаемых конструкций на расстоянии 1 м от опор.

Эффективным способом усиления сплошных балок является распорное устройство, выполненное в виде сектора с гнездами, образующими с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок (рис.3.15).

В результате в нижних поясах балок возникают продольные усилия S, выгибающие балку вверх и уменьшающие величину изгибающего момента. Распорные устройства обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек.

Рис.3.15. Схема распорного устройства

1- усиливаемая балка; 2- шарнир; 3- упоры; 4- сектор; 5- трос; 6- груз

 

Для компенсации продольных усилий нижних поясов балок необходимо в крайних пролетах установить новые связи (рис.3.16).

 

Рис.3.16. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 7- новые связи

 

Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения поддерживающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый профиль (рис.3.17). В местах передачи нагрузки от большепролетных балок на арочные системы должны устанавливаться дополнительные элементы усиления стенок в виде вертикальных ребер жесткости, которые крепятся с двух сторон стенки и не доводятся до верхнего пояса балок.

Арочные системы опираются и передают нагрузку на фундаменты смежных колонн, поэтому такой способ может потребовать усиления фундаментов из-за возникающих распорных усилий.

 

Рис.3.17. Усиление большепролетных балок введением арочных систем с ломанным (а) и полукруглым профилем (б)

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- поддерживающая арочная система

 

Эффективным методом усиления металлических балок больших пролетов является устройство над усиливаемой конструкцией тросовых систем (рис.3.18). Этот метод применяется при возможности свободного размещения тросовой системы над усиливаемой конструкцией. Основные сложности при устройстве тросовых систем связаны с восприятием и передачей распорных усилий, возникающих в системах. С этой целью целесообразно закреплять окончания тросов вне здания.

Рис.3.18. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

 

Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.3.19, а) или устройства междубалочного заполнения монолитным бетоном (рис.3.19, б). Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры железобетонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную конструкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок. .

Рис.3.19. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б)

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

 

Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных балок.

refac.ru

Усиление металлических балок и прогонов производственных зданий

Металлические балки и прогоны обычно применяются в многоэтажных производственных зданиях и в различных этажерках химической промышленности (рис.3.9).

 

Рис.3.9. Типы сечений металлических балок перекрытий пролетом до 12 м (а)

и более 12 м (б)

1- усиленная балка в сечении с максимальным изгибающим моментом; 2- усиленная балка железобетонной плитой перекрытия

 

Усиление металлических балок и прогонов может быть местным и общим. Местное усиление осуществляется с помощью металлических накладок, ребер, обетонирования и т.д., а общее – путем установки шпренгелей, затяжек или жесткого опорного закрепления.

Наиболее простым способом усиления металлических балок и прогонов является увеличение их сечения на участках наибольших напряжений с помощью приварки или крепления на высокопрочных болтах специальных усиливаемых элементов из прокатных профилей (уголков, труб, швеллеров и двутавров), варианты которых приведены на рис.3.10.

Наиболее рациональны схемы двустороннего усиления балок, не приводящие к значительному смещению центра тяжести сечения (рис.3.10, а).

В случаях, когда усиление верхнего пояса по схеме (рис.3.10, а ) связано с необходимостью частичного или полного демонтажа настила, возможно выполнить усиление по типу схем (рис.3.10, б-г). Недостатком схем (рис.3.10, б-г) является большой объем сварочных работ, связанных с наложением потолочных швов, и значительное ослабление сечений при сварке под нагрузкой. Кроме того, эти схемы связаны с трудоемкими операциями по обрезке и надставке ребер жесткости (рис.3.10, в, г; детали Б и В).

 

 

 

Рис.3.10. Варианты усиления изгибаемых элементов путем увеличения сечения

а-г - схемы двустороннего усиления; д-ж - то же, одностороннего усиления; 1- существующее ребро жесткости; 2- линия обреза ребра; 3- надставка ребра

 

К несимметричному одностороннему усилению по схеме (рис.3.6, д) прибегают в тех случаях, когда двустороннее усиление экономически и технически нецелесообразно. Несимметричное одностороннее усиление обычно осуществляют с помощью швеллеров, тавров и двутавров по типу схем (рис.3.10, е-ж). Недостатком такого усиления является сложность прикрепления элементов усиления с помощью потолочных швов или высокопрочных болтов. Кроме того, такой способ усиления связан с необходимостью предварительного выгиба прокатных элементов усиления в соответствии с формой изгиба усиливаемых балок, а поэтому при усилении под нагрузкой требует применения мощных домкратов или иных натяжных устройств.

Для повышения местной устойчивости и недостаточной несущей способности участков стенок балок устанавливают на этих участках короткие поперечные, продольные или наклонные ребра жесткости, ограничивая их продольными ребрами (рис.3.11).

Рис.3.11. Схемы местного усиления стенок двутавровых балок

1-дополнительные накладки; 2-5 дополнительные поперечные, продольные и наклонные ребра

 

Дополнительные ребра к стенке балки можно прикреплять с помощью высокопрочных болтов, прерывистых или сплошных сварных швов. Сварные соединения более технологичны, но приводят к ослаблению сечения усиливаемого элемента в процессе сварки.

Достаточно простым и эффективным способом усиления металлических балок является преобразование разрезных балок в неразрезные многопролетные (рис.3.13).

Он выполняется без увеличения строительной высоты, но требует свободного доступа к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) внутренней и наружной стороны полок металлическими пластинами (рис.3.13, а). Металлические накладки должны заходить на каждый элемент не менее чем на 100 мм от стыка. При этом способе в балках и прогонах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций (рис.3.13, б ).

Рис.3.13. Схема усиления металлических балок путем замены шарнирной заделки на жесткую

а)- схема усиления; б)- изгибающие моменты; 1- элемент усиления

 

Более эффективным способом повышения несущей способности металлических балок (прогонов) является изменение их конструктивной схемы за счет установки в пролете балки дополнительной опоры (рис.3.14, а) или дополнительных усиливающих элементов в виде подкосов (рис.3.14, б).

 

Рис.3.14. Усиление балок установкой дополнительных опор (а) или подкосов (б):

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- элемент усиления; 5- подкос

 

В этих случаях уменьшается величина пролета балок с превращением их в многократно статически неопределимые системы и значительно увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис. 3.14, а) связано с постановкой в пролете балки дополнительной опоры, но применять такой способ не всегда допустимо по технологическим причинам. Установка подкосов более целесообразно, так как не загораживает центр пролета и не нуждается в устройстве дополнительного фундамента (рис. 3.14, б).

Наряду с дополнительными опорами и длинными подкосами для усиления металлических балок применяют подвески, короткие подкосы, и кронштейны, за счет установки которых также уменьшается величина пролета балок (рис. 3.15).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряжение, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.3.15, б) или оттяжки консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей постановкой прокладок (рис.3.15 в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать величину предварительного напряжения в кронштейнах.

 

 

Рис. 3.15. Усиление металлических балок постановкой подкосов(а, б, г), подвесок (в) и кронштейнов (д)

1- подкосы; 2- существующие колонны; 3- подвески; 4- стяжные устройства; 5- кронштейны

 

В усиливаемых балках для получения желаемого распределения моментов и поперечных сил рекомендуется регулировать усилия за счет выбора мест установки дополнительных опор или поперечных балок, как это показано на рис.3.16. Увеличение количества дополнительных опор в значительной мере снижает величину изгибающего момента в пролетах с возникновением его на опорах.

 

 

Рис.3.12. Расчетные схемы и схемы усиления балок при введении дополнительных опор (а) и поперечных балок (б)

1-усиливаемые конструкции; 2- существующие опоры; 3- дополнительные опоры

 

Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых элементов или превращения их в шпренгельные системы (рис.3.13).

Рис.3.13. Усиление металлических балок установкой дополнительных усиливаемых элементов (а, б, в, г) или превращением их в шпренгельные системы (д, е, ж)

1– усиливаемый элемент; 2 - 3 – шпренгель

 

Эти приемы рекомендуется применять при недостаточной жесткости конструкций и отсутствия ограничений в габаритах цеха. Усиление возможно выполнять как без нагрузки, так и под нагрузкой, с предварительным напряжением шпренгельной системы и без него. В качестве дополнительных элементов используют, как правило, прокатные профили, которые прикрепляют к стенке (рис.3.13, а), полке (рис.3.13, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.3.13, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные системы устраивают треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.3.13, е,ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.3.13, е -ж.

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обычно устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали, которые устанавливают попарно на 5-10 см ниже или выше полок балок или прогонов, приваривая одни концы к полкам, а другие – к стяжным болтам (рис.3.14).

Рис.3.14. Усиление металлического прогона предварительным напряжением

1 – металлический прогон; 2 –металлический упор; 3 – затяжка из круглой стали; 4 – болт с гайкой для предварительного натяжения затяжки; 5 – бетонная заделка; 6 – упор из круглой стали

 

Это конструктивно удобный и эффективный метод усиления, который может осуществляться под нагрузкой и без нагрузки. Предварительное напряжение в затяжках обеспечивают с помощью натяжных болтов и тарированных гайковертов, которые создают заданное усилие.

Зазор между полками балок или прогонов и затяжкой образуется за счет металлических упоров из уголков или круглой стали, привариваемых к нижним или верхним полкам усиливаемых конструкций на расстоянии 1 м от опор.

Эффективным способом усиления сплошных балок является распорное устройство, выполненное в виде сектора с гнездами, образующими с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок (рис.3.15).

В результате в нижних поясах балок возникают продольные усилия S, выгибающие балку вверх и уменьшающие величину изгибающего момента. Распорные устройства обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек.

Рис.3.15. Схема распорного устройства

1- усиливаемая балка; 2- шарнир; 3- упоры; 4- сектор; 5- трос; 6- груз

 

Для компенсации продольных усилий нижних поясов балок необходимо в крайних пролетах установить новые связи (рис.3.16).

 

Рис.3.16. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 7- новые связи

 

Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения поддерживающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый профиль (рис.3.17). В местах передачи нагрузки от большепролетных балок на арочные системы должны устанавливаться дополнительные элементы усиления стенок в виде вертикальных ребер жесткости, которые крепятся с двух сторон стенки и не доводятся до верхнего пояса балок.

Арочные системы опираются и передают нагрузку на фундаменты смежных колонн, поэтому такой способ может потребовать усиления фундаментов из-за возникающих распорных усилий.

 

Рис.3.17. Усиление большепролетных балок введением арочных систем с ломанным (а) и полукруглым профилем (б)

1- усиливаемая балка; 2- колонна; 3- поддерживающая арочная система

 

Эффективным методом усиления металлических балок больших пролетов является устройство над усиливаемой конструкцией тросовых систем (рис.3.18). Этот метод применяется при возможности свободного размещения тросовой системы над усиливаемой конструкцией. Основные сложности при устройстве тросовых систем связаны с восприятием и передачей распорных усилий, возникающих в системах. С этой целью целесообразно закреплять окончания тросов вне здания.

Рис.3.18. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

 

Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.3.19, а) или устройства междубалочного заполнения монолитным бетоном (рис.3.19, б). Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры железобетонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную конструкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок. .

Рис.3.19. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б)

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

 

Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных балок.

Похожие статьи:

poznayka.org

Методы усиления металлических конструкций

 

При недостаточной несущей способности отдельных элементов, конструкций или зданий и сооружений производится их усиление, при этом, так же как и при конструкциях из других материалов, необходимо предусмотреть минимальные потери из-за остановок технологического цикла.

Элементы сварных конструкций, испытывающие растяжение, сжатие или изгиб, могут быть усилены увеличением сечений путем приварки новых дополнительных деталей. Несущая способность элемента при этом возрастает с увеличением его сечения или жесткости. Однако нагрев элемента в процессе сварки может снижать его несущую способность. Степень снижения зависит от режима сварки, толщины и ширины элемента, направлениясварки. Для продольных швов снижение прочности не превышает 15%. для поперечных может достигать 40%. Поэтому наложение швов поперек элемента при его усилении под нагрузкой категорически запрещается.

В связи с некоторой потерей прочности элементов при сварке, а также перераспределением напряжений как по сечению элемента, так и между элементами усиление под нагрузкой производят при напряжениях, не превышающих 0,8Ry, где Ry — расчетное сопротивление для стали, из которой изготовлен элемент.

 

Усиление сжатых стоек

 

Эффективным средством усиления сжатых стальных стержней является применение предварительно напряженных телескопических труб и элементов из других жестких профилей.

Рис. 11.1. Усиление предварительно напряженной

стойкой: 1 — предварительно напряженная стойка; 2 —сварной шов; 3 — накладки

 

Сущность способа (рис. 11.1) заключается в том, что разгружающая предварительно напряженная стойка состоит из двух труб требуемого диаметра, причем внутренняя труба сжата, а наружная растянута. Достигается это следующим образом: наружную трубу устанавливают в горизонтальное положение, с одного торца трубы приваривают фланец с центральным отверстием диаметром 30...40 мм, с другого торца на расстоянии 2...3 м строго по оси наружной трубы устанавливают внутреннюю трубу чуть меньшего диаметра, чтобы она могла с небольшим зазором входить в наружную. Затем газовыми горелками производят нагрев наружной трубы до расчетного удлинения, вводят в нее внутреннюю трубу и обваривают по всему периметру свободного торца. Сокращаясь при остывании, наружная труба обжимает внутреннюю. В таком виде предварительно напряженный элемент устанавливают рядом с усиливаемой стойкой и плотно подклинивают под разгружаемую конструкцию. Затем двумя газовыми горелками наружную трубу разрезают в нижней части по окружности, освобождая таким образом усилие предварительного напряжения во внутренней трубе. Удлиняясь, она разгружает рядом стоящую стойку. После этого наружная труба в сечении разрезки заваривается и в состоянии воспринять часть добавочной нагрузки на колонну (стойку) после усиления. Этот способ может применяться также при усилении внецентренно сжатых элементов.

Эффективным способом увеличения жесткости каркасов промышленных зданий является устройство предварительно напряженных тяжей и оттяжек. Однако оттяжки требуют массивных анкерных устройств, увеличения площади застройки, а также они увеличивают сжимающие усилия в колоннах. Более эффективны тяжи, которые крепятся к соседним устойчивым зданиям. Натяжение таких затяжек осуществляют механическим, электротермическим или комбинированным способом, а контроль эффективности усиления — по уменьшению смещений верхних узлов каркаса при горизонтальных нагрузках.

Повышения жесткости продольных и поперечных рам возможно добиться установкой крестовых диагональных жестких связей, а когда это невозможно, — жестких распорок (ригелей) в сочетании с диагональными раскосами.

Эффективный способ увеличения прочности и жесткости металлических ригелей — подведение под них прокатных или сварных балок с приваркой под нагрузкой в нагретом состоянии. При ограниченных габаритах помещений усиливающую балку устанавливают сверху, вскрывают пол и приваривают ее к верхней полке усиливаемого ригеля в предварительно напряженном состоянии. Усиливающие балки в первом и во втором случаях заводят и жестко закрепляют в узлах рамы.

Повышения несущей способности стропильных балок и ригелей перекрытия возможно добиться устройством сплошного железобетонного настила, жестко связанного с верхним поясом балки. В этом случае жесткость ригеля существенно повышается, и его можно рассматривать как тавровую железобетонную балку с жесткой арматурой.

Наиболее часто требуют усиления сжатые стальные элементы. Традиционным способом их усиления является увеличение сечения приваркой полос, уголков и других элементов без предварительного напряжения. Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в работу, приварка этих элементов вызывает в сжатых стойках дополнительные деформации, что снижает эффективность усиления. Поэтому традиционные способы усиления применяют, если временная нагрузка на стойки составляет не менее 40 % от постоянной и во время выполнения работ по усилению она отсутствует.

Усиление стальных стоек ненапряженными элементами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины, при этом следует стремиться к максимальному увеличению радиусов инерции сечения (рис. 11.2). При выполнении усиления нагрузка на стойке не должна превышать 60...60 % расчетной.

 

Рис. 11.2. Схемы усиления стоек ненапряженными элементами

 

При небольшой гибкости усиливаемого элемента необходимо уменьшать эксцентриситет от смещения, а при гибкости λ > 80 — увеличивать его устойчивость.

Присоединение элементов усиления осуществляют в основном сваркой. Сварочный прогиб для элементов, которые усиливаются под нагрузкой, является нагружающим фактором, поэтому сначала усиливаемый элемент приваривают точечной сваркой, а затем накладывают основной шов. При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые уменьшают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу наплавленного металла.

 

Усиление балок

 

Усиление металлических балок осуществляют увеличением сечения, при этом необходимо выполнить их разгрузку не менее чем на 60 % или установить временные дополнительные опоры. При проектировании усиления необходимо придерживаться следующих технологических правил: объем сварки должен быть минимальным, сварные швы следует располагать в удобных доступных местах, необходимо избегать потолочной сварки, сначала надо усиливать нижний пояс, а затем верхний, что исключает прогиб балки в момент усиления.

Рис 11.3. Схемы усиления балок симметричными накладками

 

Наиболее простой способ усиления — симметричными накладками (рис. 11.3), однако при этом возникает необходимость в большом объеме потолочной сварки. При большой ширине нижней накладки можно избежать потолочных швов, однако ширина ее не должна превышать 506, в противном случае возникает значительная концентрация напряжений по кромкам балки.

Проверку прочности и устойчивости усиленной балки производят как для цельного сечения, так как критические усилия не зависят от величины напряжении, существовавших до усиления.

Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами (рис. 11.4).

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек. Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки. Один из вариантов усиления представлен на рис. 11.5. Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнездами, образующих с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располагают внутри колонны. Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует минимальных трудовых и материальных затрат.

 

Рис. 11.4. Местное усиление балок: 1,2 —ребра жесткости

 

Рис. 11.5. Схема распорного устройства:

1 — усиливаемая балка; 2 —шарнир; 3 — упоры; 4 — сектор; 5 — трос; 6 — груз

 

Усиление ферм

 

Усиление стальных ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличением сечений отдельных элементов. Выбор того или иного способа усиления зависит от причин, вызвавших усиление стропильных конструкций.

Подведение новых конструкций осуществляют в том случае, если другие способы усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима установка дополнительных промежуточных стоек.

Дополнительные элементы решетки вводятся для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы, для усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб, а также для увеличения жесткости и несущей способности фермы в целом. Усиление нижнего пояса осуществляют, как правило, увеличением его сечения. Верхний пояс усиливают шпренгельной решеткой. Дополнительную перекрестную решетку устанавливают для повышения несущей способности и жесткости фермы в целом. В этом случае ферма превращается в статически неопределимую систему и возникает опасность перераспределения усилий в элементах решетки (растянутые элементы испытывают сжимающие усилия, и наоборот). Поэтому иногда возникает необходимость дополнительного усиления отдельных элементов решетки.

Наиболее распространенный характер повреждений стропильных ферм — погнутость стержней решетки, которая достигает 50...70 мм. В этом случае увеличивают сечение решетки или устанавливают предварительно напряженные элементы, снижающие искривления элементов решетки.

Существенного увеличения несущей способности фермы можно добиться установкой третьего пояса (шпренгельной системы) в пределах высоты фермы или (если допускает высота помещения) путем его закрепления в нижних опорных узлах. Такое усиление не требует дополнительных опор и может выполняться из высокопрочных канатов (пучков), обеспечивая минимальную материалоемкость усиления. Стойки шпренгельной системы выполняют из жестких профилей. Разгрузку существующей фермы осуществляют предварительным напряжением третьего пояса, поэтому его сечение должно быть достаточным для воспринятия максимальных напряжений при полной нагрузке фермы. Усилия в различных элементах конструкции суммируются из усилий, возникающих при предварительном напряжении третьего пояса, а также усилий, в статически неопределимой усиленной конструкции от всех нагрузок, приложенных после усиления.

Одним из способов усиления ферм является надстройка висячих (вантовых) систем, к которым подвешивается усиливаемая конструкция. Этот способ особенно эффективен, если ванты можно подвешивать к рядом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.

Усиления ферм можно добиться включением в их работу светоаэрационных фонарей. Наиболее эффективен этот метод при расположении фонарей не по середине пролета, а над колоннами в двух- и многопролетных цехах.

Как уже отмечалось, усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения в его работу железобетонных плит покрытия.

 

Похожие статьи:

poznayka.org

---

• 
  Строительство кровли и стропил
• 
  Планировка дома из контейнеров
• 
  Стройка моя
• 
  Оконные проемы размеры
• 
  Саморезы для металлопластиковых окон
• 
  Саморезы для крепления пластиковых окон
• 
  Обсадка окна в деревянном доме
• 
  Окна как установить
• 
  Как установить дверной замок на межкомнатную дверь
• 
  Расчет перекрытий деревянных
• 
  Внутренняя отделка окон пластиковых