925

ние. В жестких распорках при этом создаются растягивающие напряжения, которые воспринимают часть нагрузки от горизонтальных ригелей и тем самым способствуют усилению колонн. После выпрямления жестких распорок, их сваривают с колонной, после чего снимают горизонтальные тяжи, траверсы, домкрат и винтовое устройство.

Индивидуальный переносной шпренгель состоит из элемента усиления в виде прокатного профиля, стального шпренгеля и винтового устройства (рис.5.31, в). В отличие от предыдущих устройств предварительное напряжение в индивидуальном переносном шпренгеле создается до установки в проектное положение за счет раскручивания винтового устройства. После установки шпренгеля в проектное положение винтовое устройство скручивается и в элементе усиления создается растягивающее напряжение, которое передается на балки перекрытия, разгружая при этом усиливаемую колонну.

Преимуществом таких устройств является выигрыш в силе, а также возможность простого и достаточно точного контроля. Напряжение в элементах усиления контролируют с помощью тензодатчиков или по изменению стрелки прогиба шпренгелей.

Для усиления металлических колонн одноэтажных промышленных зданий обычно изменяют их конструктивную схему или увеличивают поперечное сечение /35/. Сущность первого способа заключается в введении в

конструктивную схему отдельной ветви, которая не нарушая целостности ослабленной части усиливаемой колонны, позволяет увеличить ее несущую способность (рис.5.32).

Рис.5.32. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий введением дополнительных элементов усиления:

1 – усиливаемая колонна; 2 – элемент усиления колонны

Этот способ рекомендуется применять, когда нерационально увеличивать сечение старой колонны или использовать иные приемы усиления. В качестве дополнительных ветвей усиления обычно используют металлические трубы (рис.5.32, а), элементы таврового (рис.5.32, б) или двутаврового

341

(рис.5.32, в) сечения, а также подкосы в виде соединения из двух швеллеров (рис.5.32, г) или стойки из парных двутавров (рис.5.32, д).

Если колонна имеет деформации, не препятствующие ее нормальной эксплуатации, ее усиливают путем введения дополнительных элементов усиления решетки (рис.5.33). Дополнительные элементы устанавливают в виде второй раскосной решетки снаружи из уголков или пластин (рис.5.33, а, б), так и внутри колонны, соединяя наружные элементы решетки

(рис.5.33, в).

Рис. 5.33. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий усилением решетки колонны:

1 – усиливаемая колонна; 3- элемент усиления решетки колонны

Наиболее простым и часто употребляемым способом повышения несущей способности сплошных и сквозных колонн является способ, основанный на увеличении поперечного сечения колонн с помощью прикрепления к ним на сварке или высокопрочных болтах дополнительных элементов усиления из профильного или листового проката /35, 48/. Такой способ является достаточно эффективным и может применяться практически при любом повышении нагрузок (рис. 5.34).

Рис. 5.34. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения:

1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент

342

На рис.5.35 изображены варианты усиления металлических колонн квадратного и круглого сечения увеличением их поперечного сечения:

Рис. 5.35. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения:

1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент

Для усиления решетчатых колонн применяют способы увеличения сечения, представленные на рис.5.36.

Недостатком метода увеличения сечения колонн является необходимость частичной разгрузки на время усиления из-за возможности дополнительного изгиба свариваемых элементов под влиянием сварочных напряжений, которые могут привести к потере несущей способности элементов металлических колонн. Поэтому такое усиление колонн должно проводиться с частичной разгрузкой, чтобы напряжение в них не превышало 40 % расчетного сопротивления старого металла. Кроме того, большая протяженность сварных швов и необходимость в некоторых случаях разбирать стеновое ограждение и устраивать подмости по всей высоте колонн повышают трудоемкость работ по их усилению.

Рис. 5.36. Схемы усиления металлических сквозных колонн способом увеличения сечения:

1- усиливаемая колонна; 2- усиливаемый элемент

Этот способ усиления требует выполнения большого объема сварочных работ на месте усиления, что может вызвать необходимость остановки производственного процесса.

343

5.4.2. Усиление металлических балок и прогонов производственных зданий

Металлические балки и прогоны обычно применяются в многоэтажных производственных зданиях и в различных этажерках химической промышленности (рис.5.37).

Рис. 5.37. 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 /60/.

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. 5.38.

Рис. 5.38. 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

344

Наиболее рациональны схемы двустороннего усиления балок, не приводящие к значительному смещению центра тяжести сечения (рис.5.38, а). По данным А.В. Бирюлева /60 / при усилении балок нет необходимости выполнять эту работу по всей длине, достаточно ограничиться только участками длиной 2/3 длины балки с максимальным изгибающим моментом.

В случаях, когда усиление верхнего пояса по схеме (рис.5.38, а) связано с необходимостью частичного или полного демонтажа настила, возможно выполнить усиление по типу схем (рис.5.38, б-г). Недостатком схем (рис.5.38, 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.5.38, в, г, детали Б и В).

К несимметричному одностороннему усилению по схеме (рис.5.38, 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.5.38, е-ж). Недостатком такого усиления является сложность прикрепления элементов усиления с помощью потолочных швов или высокопрочных болтов. Однако, схемы (е-ж) наиболее эффективны, так как обеспечивают значительное увеличение высоты сечения балок.

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.5.39).

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.

Рис.5.39. Схемы местного усиления стенок двутавровых балок:

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

345

Достаточно простым и эффективным способом усиления металлических балок является преобразование разрезных балок в неразрезные многопролетные (рис. 5.40). 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.5.40, 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.5.40, б ).

Рис. 5.40. 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.5.41, а) или дополнительных усиливающих элементов в виде подкосов, приведенных в работах А.А. Калинина /35/ и В.В. Бирилева /60/ и на рис.5.41, б.

Рис. 5.41. 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

346

увеличивается несущая способность усиливаемых конструкций. Усиление по схеме (рис.5.41, 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. 5.41, 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. 5.42).

Для подкосов и кронштейнов рекомендуется устраивать предварительное напряжение, которое может осуществляться за счет стяжных устройств (рис.5.42, б) или оттяжки консолей кронштейнов путем подвески к ним монтажных пригрузов с последующей постановкой прокладок (рис.5.42 в). Изменяя величину пригрузов, можно регулировать величину предварительного напряжения в кронштейнах.

Рис. 5.42. 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

Значительного повышения несущей способности металлических балок и прогонов можно достичь путем подведения под нижний пояс дополнительных усиливаемых элементов или превращения их в шпренгельные системы, приведенных в работе /35/ и на рис.5.43.

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.5.43, а), полке (рис.5.43, в) или с помощью уголковых подвесок (рис.5.43, б) к усиливаемой балке. Шпренгельные си-

347

стемы устраивают треугольного или трапецеидального вида, прикрепляя их к стенке или нижнему поясу усиливаемых балок (рис.5.43, е, ж). В местах установки шпренгельных систем с целью обеспечения местной устойчивости стенок балок необходимо устраивать вертикальные ребра жесткости, как это показано на рис.5.43, е -ж.

Рис.5.43. 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

Создание предварительного напряжения в металлических балках (прогонах) обычно устраивается с помощью стальных затяжек, изготовленных из круглой стали /82/, 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.5.44).

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.

348

Рис. 5.44. 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

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.5.45).

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 /35/.

Рис. 5.45. 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. 5.46).

Рис. 5.46. Усиление металлических балок с помощью распорного устройства:

1- усиливаемая конструкция; 2- распорное устройство; 3- новые связи

349

Усиление большепролетных балок можно осуществить с помощью введения поддерживающих арочных систем, которые могут иметь ломанный или полукруглый профиль (рис.5.47). 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 /35, 60/.

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

Рис. 5.47. 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. 5.48). 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. 5.48. Схемы усиления большепролетных балок устройством тросовых систем

Для повышения несущей способности металлических балок можно использовать устройство железобетонных обойм (рис.5.49, а) или устройства междубалочного заполнения монолитным бетоном (рис.5.49, б). Во втором случае существующие балки играют роль жесткой арматуры желе-

350