Техническое обслуживание и усиление балок, перекрытий, стропил и ферм

Колонны, балки, перекрытия, фермы являются наряд) со стенами и крышами основными несущими элементами зданий, а потому исправному их состоянию должно уделяться по­стоянное 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 а 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 или ремонта конструкции.

Рассмотрим способы усиления балок, перекрытий, ферм из металла, железобетона и дерева. Металлические балки можно усилить несколькими способами (табл. 13.4): установкой дополнительных опор;

увеличением сечения накладками, особенно на высокопроч­ных болтах; шпренгельными системами;

Таблица 13.4. Основные способы усиления балок

Способ	Характеристика способа	Условия применения
Установка дополни­тельных опор Увеличение сечения балок Установка тяжей, шпренгелей, шарнирно- стержневых систем   Изменение конструк­тивной схемы балок на опорах	Для уменьшения про­летов балок и моментов инерции. Дополнительные на­кладки, обетонирование. Разгрузка балок с по­мощью предварительно­ напряженных тяжей, шпренгелей, шарнирно­стержневых систем. Замена шарнирного сопряжения балок	Кроме железобетонных балок   Пригоден для любых ба­лок   Для усиления железо­бетонных и других балок     Кроме деревянных ба­лок

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. 13.8) мо­жет быть местным (путем установки накладок и ребер) идя 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 объектов, 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. 13.8. Способы усиления металлических балок

а)б) накладками; в) обетонированием; г) шпренгелем; д)е) заделкой на опорах; 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 % п.

Эффективны и разнообразны приемы усиления конструкций с изменением расчетных схем и регулированием напряжений в процессе усиления. Общие затраты и ях материалоемкость ъ несколько раз ниже, чем других способов, а потому дальней­шему 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. 13.9. Способы усиления железобетонных балок

а)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.

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. 13.10 а. б) производится дополнительное армирование по ширине ¹ /₄ l 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, 13.10, 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. 13.10, д).

Рис. 13.10. Способы усиления железобетонных перекрытий

а)б) наращиванием арматуры и бетона сверху покрытия: 1 – существующее перекрытие; 2 дополнительная арматура и бетон;

в)г)д) установкой шпренгелей снизу перекрытия: 1 – существующее перекрытие; 2 – стяжная муфта; 3 – тяжи; 4 – опорный узел; 5 – натяжные гайки;

е) шарнирно-стержневая предварительно-напряженная система; 1 – балка; 2 – колонна; 3 – тяжи; 4 – подвески; 5 – подкладки гайками на подвесках; 6 – крепление на опорах

ж) предварительно напряженная шарнирно-стержневая система с швеллером-подкладкой и напряженными хомутами на концах балки: 1 – балка; 2 – колонна; 3 – напряженный хомут; 4 – тяж; 5 – напряженная подвеска; 6 – швеллер-подкладка; 7 – поперечная планка и гайки на подвесках; 8 – крепление тяжа на колонне.

Весьма эффективно усиление балок шарнирно-стержневой цепью (рис. 13.10, е), разработанное Ю. И. Лозовым I Е. Р. Хило [10]. По характеру работы такое усиление является предварительно-напряженным шпренгельного типа. Все соединения усиления выполняются шарнирными, н если тангенсы углов наклона звеньев начиная от середины относятся как 1:3:5 и т. д., то усилия в подвесках и стойках оказываются одинаковыми, 8 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.

Необходимую степень разгрузки балки перекрытия или ве­личину дополнительного усиления находят из условия ее фак­тической прочности. Усилие в подвесках и стойке, считая, что они одинаковы, определяют по формуле

где М — полный расчетный момент в усиливаемом элементе; Л1пр — предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением усиливаемой балки; I — пролет балки, м; п — число промежуточных узлов цепи.

Подробный расчет усиления конструкций приведен в [10].

Автор предложил улучшить работу такой конструкции пу­тем подведения под подвески швеллера-подкладки, а по кон­цам усиливаемой балки — постановки напряженных хомутов (рис. 13.10, 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.