архитектура и строительство

Комбинированные системы ремонта и усиления металлоконструкций при реконструкции зданий и сооружений

Реконструкция|Работы по ремонту и усилению несущих металлоконструкций зданий и сооружений в настоящее время получили большое распространение в связи с тем, что основные фонды предприятий недопустимо изношены, и, кроме того, началась массовая реконструкция гражданских зданий и сооружений.

Усиление и ремонт металлоконструкций обычно происходит путем приварки к ослабленным конструкциям усиливающих элементов. Однако у этого метода есть целый ряд недостатков, к которым можно отнести следующие. Усиливающие элементы зачастую весьма трудно включить в работу усиливаемой конструкции, вследствие того что конструкцию надо предварительно разгрузить, а это не всегда осуществимо, или в усиливающих элементах перед приваркой нужно создать каким-либо способом предварительное напряжение. Если этого не сделать, то напряжения в усиливающем элементе при работе его под нагрузкой будут небольшими, и усиливающая роль его также невелика, а сечение элемента придется назначать неоправданно большим.

В целом ряде случаев применение электросварки подчас бывает недопустимо, либо затруднительно, либо слишком дорого. Например, при усилении металлических балок перекрытий жилых зданий, где весьма трудно избежать возникновения пожара, в помещениях с огнеопасной и взрывоопасной средой, и в тех случаях, когда металлоконструкции настолько изношены и повреждены коррозией, что любое воздействие на них может вызвать их обрушение.

Все эти обстоятельства побудили разработать комбинированные методы ремонта и усиления металлоконструкций, когда усилия с усиливаемой конструкции передаются на усиливающие элементы через бетонные прослойки или бетон включается непосредственно в работу усиливаемого элемента.

Наибольший интерес для инженерной общественности, на наш взгляд, могут представлять следующие конструктивные решения комбинированных конструкций усиления, разработанные и реализованные автором на практике.

 Усиление конструкций стоек каркаса теплицы в совхозе "Егорьевский". Тепличный комплекс состоит из шести блоков, рабочая площадь каждого из них равна 1 га. На каркас теплицы воздействуют нагрузки от остекления, системы трубопроводов отопления и полива растений, снеговая нагрузка отсутствует, так как при интенсивном отоплении снег на остеклении тает.

Конструкция рам каркаса теплицы показана на рис. 1. Элементы рам изготовлены из С-образных холодногнутых оцинкованных профилей /, которые соединены в узлах на сварке и болтах. Опорные части стоек рам снабжены приваренными фланцами 2 из неоцинкованного стального листа толщиной 3 мм, в котором устроено отверстие диаметром 16 мм. Фундаменты - миниатюрные железобетонные сваи 3 сечением 70х70 мм и длиной около 1 м, которые армируются одиночным стержнем из арматурного прутка 4 класса А1 диаметром 10 мм, выступающим из торца сваи на 40-50 мм. Фланцы опорных частей стоек рам надеты на выступающие концы арматурных стержней и обварены. Такой узел не обеспечивает достаточно жесткого защемления опорного конца стойки. Поскольку связи между рамами устроены только по контуру блока теплицы, то общая устойчивость каркаса обеспечивается лишь включением остекления в работу каркаса, что явно недостаточно для надежной устойчивости конструкции. Весной 2000 г. каркас одного блока теплицы потерял устойчивость и упал. Встал вопрос о сохранении остальных пяти блоков.

Один из проектных институтов бывшего Минсельхоза предложил конструкцию усиления: вплотную к железобетонным сваям забить стержни из неоцинкованных стальных уголков, приварить к ним нижние части стоек рам и защитить их от коррозии либо напылением цинка плазменной горелкой, либо окраской двухкомпонентным эпоксидным лаком с предварительной зачисткой металлическими щетками. Этот метод оказался дорогим и трудоемким. Нами был предложен вариант усиления, который позволил снизить материалоемкость, трудоемкость и стоимость в несколько раз.

Конструкция рам каркаса теплицы

Способ усиления заключается в том, что на узел описания стойки надевается обойма из гнутого С-образного профиля 2. Открытая часть профиля изнутри закрывается "ширмой" 3 из толстого рубероида, а полость между стойкой и обоймой заполняется высокомарочным мелкозернистым бетоном 4, имеющим консистенцию "литой" смеси. Конструкция узла обеспечивает восприятие опорного момента за счет передачи усилий с усиливаемой стойки 1 на усиливающую обойму через бетон и надежного защемления ее в земле. Этот метод реализован на практике и примерно в 3 раза снизил стоимость работ по усилению.

Усиление конструкций стоек каркаса теплицы

 Усиление колонн промышленной технологической этажерки в цехе варки целлюлозы Соломбальского целлюлозно-бумажного комбината в Архангельске. Металлоконструкции технологической этажерки высотой 25 м эксплуатировались более 38 лет и за это время практически ни разу не окрашивались. Первоначальная защита от коррозии была рассчитана на эксплуатацию в слабоагрессивной среде (по атмосферным воздействиям), но в условиях реальной эксплуатации происходят постоянные выбросы из баков высокой концентрации целлюлозы, насыщенной щелочными жидкостями. Она налипает на поверхность металлоконструкций, и жидкая щелочная среда энергично разрушает металл. На сегодняшний день коррозионный износ металлоконструкций зачастую превышает 50 % площади поперечного сечения элементов колонн и балок. Конструкции находятся в аварийном состоянии.

Кроме того, выяснилось, что при попытке проведения усиления традиционными методами с очисткой поверхности от продуктов коррозии пескоструйкой или механическими щетками и приваркой элементов усиления неизбежно произойдет обрушение конструкций. Единственный возможный вариант усиления был связан с необходимостью устройства подкрепляющих кружал, последовательным демонтажем элементов каркаса и их заменой. Этот вариант скорее всего потребовал бы остановки технологического процесса, значительного объема строительно-монтажных работ, большого расхода материалов и, в конечном итоге, огромных финансовых затрат.Нами разработан вариант усиления конструкций, лишенный перечисленных выше недостатков. Он состоит в том, что поверхность усиливаемых колонн очищают скребками и ручными металлическими щетками от продуктов коррозии, толщина которых достигает 5-8 мм. Затем поверхность обрабатывают преобразователем ржавчины. Вокруг колонны Не расстоянии 50 мм по периметру устраивается "рубашка" 2, собираемая на сварке из элементов-"скорлуп" длиной 1,2 м.

Усиление колонн в цехе Соломбальского целлюлозно-бумажного комбината

Расстояния от колонны до "скорлуп" фиксировали путем приварки пластин ^толщиной 10 мм, которые одновременно улучшали передачу усилий с колонны на "рубашку". Затем в образовавшуюся полость заливали пластифицированный бетон 3 марки 400. После твердения бетона цикл повторяли.

Суммарную площадь поперечного сечения "рубашки" назначали равной площади поперечного сечения колонны. Для балок, опирающихся на колонны, в "рубашке" делали соответствующие вырезы, а щели между ней и балкой закрывали пластинами 6, которые приваривали к "рубашке".

Снизу к балке вплотную подводили привариваемые к "рубашке" опорные пластины 7. В случае "проседания" колонны до набора бетоном расчетной прочности усилие опорного давления с балки передавалось опорной пластиной на "рубашку", которая по несущей способности превосходила колонну. Бетон в данном случае служил в качестве среды, передающей усилие с колонны на "рубашку" весьма равномерно, практически без концентраторов напряжений. Это конструктивное решение реализовано на практике и позволило получить реальную экономию материальных, трудовых и финансовых ресурсов, в сотни раз превосходящую затраты на НИОКР.

 Усиление металлических балок междуэтажного перекрытия жилого здания. При реконструкции жилого дома в Москве возникла необходимость повысить примерно в 2,5 раза несущую способность междуэтажного перекрытия, в котором балочная клетка из стальных двутавров служила несущими элементами. При этом совершенно исключалось применение электросварки, увеличение габаритов по высоте, а также протечки в квартиру, расположенную ниже, где недавно произвели евроремонт. Нами разработаны конструкция и метод усиления балок перекрытия, отвечающий всем вышеперечисленным требованиям.

Усиление балок перекрытия

В верхние пояса стальных двутавров 1 для увеличения сцепления с бетоном завинчивали самонарезающие болты 2 диаметром 6 мм с шагом 300 мм. Вокруг верхних поясов балок была устроена деревянная опалубка 3. Арматурные стержни 4 укладывали в облицованную полиэтиленовой пленкой опалубку, и заполняли ее бетоном 5, замешанным на расширяющемся цементе НЦ400.

Бетонирование осуществлялось одновременно по всей длине балки без перерывов. После укладки бетона ежедневно производили нивелировку по серединам балок. По мере набора бетоном прочности отмечался подъем середин балок, который через три недели составил 12 мм для двутавровой балки N 30 пролетом 8 м. Это свидетельствует о том, что в бетоне развились достаточно большие сжимающие напряжения, а в стальной балке - изгибающий момент обратного знака по сравнению с моментом от внешней нагрузки. Расчет усиленной балки производился как изгибаемого железобетонного элемента с внешним армированием с учетом предварительного напряжения, вызванного расширяющимся цементом. Это конструктивное решение было реализовано в 2000 г. и позволило быстро и экономично выполнить реконструкцию перекрытия. На наш взгляд, применение комбинированных систем усиления металлоконструкций при их ремонте весьма эффективно и зачастую не имеет альтернативы.

Автор: В. И. Кудишин, канд. техн. наук, эав. отделои изучения действительной работы металлоконструкций Источник: "Промышленное и гражданское строительство", июнь 2001




Как выбрать современное креслоБольшинство из нас работают с утра и до вечера и...
Современное оборудование, предназначенное для обеспечения безопасности дома и офиса Как обезопасить объект от недоброжелателей и взять под контроль ситуацию?...
Аренда офиса в бизнес центре Cabinet LoungeCabinet Lounge - пожалуй, первый офис клубного типа, расположенный в...
Песок - от природного происхождения к искусственному материалуЗнакомый с детства по сооружению замков в песочнице стройматериал, оказывается...
Ландшафтный дизайн участкаКогда речь идёт про ландшафтный дизайн участка, имеют в виду...