4 Общие положения по проектированию усиления стальных конструкций зданий и сооружений

4.1 Настоящее Пособие детализирует требования и дополняет основные положения СНиП II-23 по выполнению расчетов, конструированию и производству работ при проведении усилений существующих стальных конструкций. При разработке настоящего Пособия использованы материалы научно-исследова­тельских и проектных институтов стран СНГ 1—7 (приложение Г).

4.2 Необходимость ремонта или усиления существующих конструкций или их элементов может возникнуть в следующих случаях:

• увеличение нагрузок и воздействий, изменение условий и режима эксплуатации в связи с изменением габаритов здания, расположения оборудования и интенсификации технологического процесса при реконструкции;

• наличие недопустимых конструктивных отклонений и дефектов, имеющих место при проектировании, изготовлении и монтаже;

• эксплуатационный износ — приобретение повреждений и дефектов при нарушении условий нормальной эксплуатации, изнашивание, потеря прочности и жесткости в результате действия динамических и вибрационных нагрузок, воздействия химических реагентов, высоких температур и т. п.;

• случайные повреждения, вызванные стихией, ударами при монтаже оборудования и т. п.

4.3 Основанием для разработки проекта усиления существующих конструкций являются материалы детального натурного обследования, выполненные в соответствии с требованиями СНБ 1.04.01 и 3.

4.4 При реконструкции здания или сооружения проектирование конструкций или элементов, вводимых дополнительно к существующим или взамен демонтируемых, должно осуществляться в соответствии с указаниями действующих норм и государственных стандартов.

Проектирование усилений сохраняемых конструкций должно осуществляться с учетом требований СНиП II-23 и положений настоящего Пособия.

4.5 Выбор оптимального варианта усиления существующей конструкции следует принимать, исходя из анализа по экономическим критериям нескольких конкурентоспособных решений, учитывая при этом возможность остановки производства на время выполнения работ, стесненность монтажной площадки, трудоемкость и безопасность выполнения работ, использование механизмов, экономное расходование материалов, топливных и энергетических ресурсов.

4.6 При проектировании усилений стальных конструкций должны учитываться особенности их работы в составе каркаса здания.

К ним относятся:

• уровень фактической нагруженности усиливаемых конструкций в процессе выполнения работ, учет влияния начальных напряжений на несущую способность усиливаемых конструкций и на выбор конструктивного решения типа усиления;

• общие деформации, полученные элементами системы к моменту усиления, и особенности распределения напряжений и деформаций в сечениях элементов;

• возможность появления дополнительных напряжений в элементах или конструкциях вследствие не учета податливости опор, появления эффекта неразрезности и т. п.;

• степень влияния усиливаемых конструкций на общую устойчивость и жесткость каркаса здания;

• влияние последовательности и технологии выполнения работ при усилении на напряженно-деформированное состояние усиливаемой конструкции.

4.7 Для сокращения объемов работ по усилению, а в некоторых случаях и отказа от усиления, необходимо использовать резервы несущей способности сохраняемых конструкций, которые выявляют:

• перерасчетом несущей способности существующих конструкций по современным нормам с уточнением прочностных характеристик материала конструкций и соединений, фактических размеров сечений и элементов;

• уточнением расчетных усилий в перенагруженных элементах за счет влияния податливости узлов и соединений, учета пространственной работы каркаса на действие фактических нагрузок и воздействий;

• включением в совместную работу ограждающих конструкций (железобетонных плит покрытия, настилов) или других вспомогательных элементов зданий;

• изысканием возможности уменьшения нагрузок, действующих на все здание или отдельные элементы его (ограничение грузоподъемности кранов, их сближения между собой, ограничение хода тележки, изменение конфигурации кровли для уменьшения снеговых мешков, мероприятия по борьбе с отложением промышленной пыли и т. д.);

• уменьшением нагрузок от веса ограждающих конструкций путем замены их более легкими, в особенности в тех случаях, когда замена ограждающих конструкций связана с их неудовлетворительным состоянием.

Мероприятия, связанные с уменьшением крановых и других технологических нагрузок, не должны ухудшать нормальных условий производства и должны быть обязательно согласованы со службой эксплуатации, включая приемы и методы контроля над уровнем нагрузок.

4.8 Для оценки качества материала стальных конструкций, не имеющих сертификатов или паспортов, проводят контрольные испытания специально вырезанных образцов стали для определения механических характеристик, химического состава, марки стали, степени раскисления и степени свариваемости.

4.9 Усиление существующих конструкций может быть аварийным, временным, капитальным и перспективным.

Аварийное усиление производится в экстремальных случаях для срочного восстановления несущей способности конструкций. В этом случае применяются наиболее простые и технологичные решения, рассчитанные на сравнительно короткий срок эксплуатации — до текущего ремонта.

Временное усиление обычно применяется для конструкций, нормальную эксплуатацию которых в плановом порядке необходимо обеспечить до начала капитального ремонта. Временное усиление производится и в процессе монтажа для тех конструкций, которые при подъеме, строповке, передвижке работают в иных условиях, чем в период эксплуатации.

Капитальное усиление конструкций используется в тех случаях, когда для здания или сооружения решают текущие задачи при ремонте или реконструкции.

Перспективное усиление конструкций применяется тогда, когда с течением времени предполагается изменение технологии производства и увеличение технологических нагрузок.

4.10 Усиление конструкций может выполняться под нагрузкой, с частичной или с полной разгрузкой.

Усиление под нагрузкой является наиболее сложным видом усиления, так как требует детального обследования усиливаемой конструкции, тщательной оценки ее напряженно-деформированного состояния и разработки специальных приемов усиления, позволяющих эффективно включить элементы усиления в совместную работу с существующей конструкцией. С экономической точки зрения такое усиление наиболее эффективно, поскольку обычно не приводит к остановке технологического процесса.

Усиление с частичной разгрузкой предполагает отсутствие во время усиления какой-либо из временных нагрузок. Так, например, усиление ферм, ригелей и прогонов покрытия необходимо производить при отсутствии снеговой нагрузки, усиление колонн производственных зданий — при отсутствии крановой и снеговой нагрузок, усиление балок перекрытия — при отсутствии полезных (технологических) нагрузок и т. д.

Усиление с полной разгрузкой, как правило, применяют при аварийно-восстановительных работах, когда допускается остановка технологического процесса, а также для конструкций (например, подкрановые балки, резервуары и т. п.), в которых основной является технологическая нагрузка.

4.11 Усиление конструкций под нагрузкой с применением сварки производится при абсолютном значении напряжений в усиливаемом элементе (конструкции) от действующих нагрузок ₀, удовлетворяющих следующим условиям:

• для 1 группы сварных конструкций по таблице 50* СНиП II-23, работающих в особо тяжелых условиях эксплуатации и подвергающихся непосредственному воздействию динамических вибрационных или подвижных нагрузок (подкрановые балки для кранов режимов работы 7К, 8К, элементы конструкций бункерных и разгрузочных эстакад, балки под краны гидротехнических сооружений и т. п.) ₀  0,2R_y0; для остальных элементов сварных конструкций этой же группы (подкрановые балки для кранов режимов работы 1К—6К, балки рабочих площадок, пролетные строения галерей и т. п.) ₀  0,4R_y0;

• для 2, 3, 4 групп конструкций (по таблице 50* СНиП II-23), работающих при статических нагрузках, ₀  0,8R_y0.

Если эти условия не выдерживаются, то перед началом работ по усилению необходима обязательная разгрузка конструкций до указанных уровней напряжения в усиливаемом элементе или проведение дополнительных страховочных мероприятий.

4.12 Классификация основных способов усиления стальных конструкций приведена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Классификация основных способов усиления стальных конструкций

Способ усиления	Подразделы	Методы реализации усиления
1  Изменение конструктивной схемы	1.1	Подведение дополнительных опор, подкосов или подвесок
	1.2	Постановка дополнительных связей, распределительных систем и распорок
	1.3	Превращение статически определимых систем в статически неопределимые
	1.4	Введение новых стержневых систем для изменения статической схемы конструкции
	1.5	Включение в совместную работу конструкции фонарей, введение дополнительных элементов