4 Курс 2 семестр.

Особенности зданий из индустриальных конструкций.

Главной особенностью конструктивно-планировочных решений полносборных панельных зданий является их конструктивная схема, представляющая собой поперечные несущие стены, расположенные с малым шагом. Здания в этом случае жестко разделены на комнаты, которые невозможно расширять или объединять и соединять между собой дверными проемами. В настоящее время структура таких домов не соответствует уровню жилищной обеспеченности (маленькие кухни, проходные комнаты, отсутствие балконов, жилые комнаты были заужены).

Особенностью конструкций зданий индустриального строительства является крупные размеры панелей, поэтому малейшие перекосы панелей длиной 3 и 6 метров могут вызвать сквозные щели, искривления и прогибы стен и как следствие деформацию перекрытий. Разработано несколько приемов обнаружения и контроля раскрытия швов между панелями. Достаточно точные результаты можно получить с помощью накладываемых на скрещение швов шаблона из прозрачного материала. Такой шаблон дает возможность обнаружить и измерить ширину всех четырех участков швов на пересечениях и установить их взаимное смещение и отклонение от нормативных пределов (минимум 10 мм, мах 20 мм). Визуальными наблюдениями выявляют трещины в панелях и особенности их расположения. Чтобы установить виды повреждения панелей от перекосов, прогибов и перегибов. Систематические наблюдения требуется вести за совмещенными, особенно на невентилируемыми покрытиями. Малейшее нарушение гидроизоляционного ковра открывает путь воде, начинается переувлажнение теплоизоляционного материала и как следствие потеря этим материалом теплозащитных свойств.

Для выявления дефектов применяют приборы неразрушающего контроля и ведут лабораторные исследования утепляющего материала, бетона и арматуры плит покрытий. Особенно внимательно следует наблюдать за балконами и системами их крепления в полносборных зданиях, так как устроены они достаточно сложно и рассчитаны экономично. Они имеют так же уязвимые места, что и балконы домов традиционной постройки.

Под усилением понимают повышение несущей способности и прочности конструкций, а улучшением считают повышение других ее свойств. Задача оценки качества усиления и улучшения конструкций заключается в том, чтобы в возможно большей степени сохранить ее составные части, а так же конструкции, связанные с ней.

Конструкции для усиления и улучшения элементов зданий.

Условия и способы усиления фундаментов и оснований.

После строительства зданий в течении ряда лет несущая способность оснований повышается в следствии уплотнения грунтов под нагрузкой. Большое количество обследований оснований старых зданий показывает, что в 30% объектов не используется и половины величины нормативного давления. Это объясняется тем, что через несколько лет после окончания строительства происходит уменьшение пористости грунта основания на 7-15%, что увеличивает их несущую способность до 25%. Поэтому в условиях реконструкции обычно можно повысить нагрузку на основание еще на 70-80% от нормативного. Усиливать основание требуется по следующим причинам:

1. Из-за уменьшения несущей способности грунта, в основном от изменения гидрогеологических условий и состояния насыпного грунта, имеющегося под основанием здания;

2. При ослаблении конструкции фундамента, особенно его кладки, что характерно для зданий традиционного строительства;

3. При намечаемом увеличении нагрузок в здании в случаях замены деревянных перекрытий на железобетонные, от изменения назначения здания, а так же при надстройке этажей.

Способы усиления оснований заключаются прежде всего в укреплении грунтов, что есть в связывании частиц, из которых они состоят. Сюда относятся:

- цементация, применяемая при наличии крупнообломочных пород;

- двухрастворная последовательная силикатизация, пригодная для укрепления средних и мелких песков;

- однорастворная силикатизация, принимаемая для лессов и суглинков;

- осмоление песков;

- глинизация лессов;

- электросиликатизация глин и суглинков.

Усиливать основания с помощью перечисленных методов можно путем образования отдельных укрепленных объемов грунта, радиусом до 80 см. именно на такую величину можно усилить основание с каждой стороны фундамента. Следует отметить, что разработка способа усиления оснований проводится для каждого конкретного случая в отдельности, так как это связано с пористостью грунта, его водопоглощением и механическими характеристиками.

Следующий способ укрепления грунтов – термический. Он заключается в сжигании топлива в скважинах и создания таким образом грунтовых столбов, которые являются переходной конструкции от основания к фундаментам.

Другой способ называется устройство буроинъекционных корневидных свай. Он представляет собой корневые сваи диаметром от 89 до 280 мм. При длине от нескольких метров до десятков метров (от 7 до 40 м). Для образования таких свай предварительно сверлят отверстия буровыми станками, в отверстия закладывают арматуру диаметром 12-16 мм, обетонирование ведут под давлением в 3-6 атмосфер через трубы диаметром 18-60 мм. В неустойчивых грунтах применяют обсадные трубы, которые в особых случаях не извлекаются обратно. Расстояние между сваями применяют от 3 до 5 их диаметров.

Работы по улучшению и укреплению фундаментов выполняют в следующих случаях:

- при разрушении отдельных участков фундаментов;

- размывании грунтов;

- ранее осуществляемых конструктивных изменениях в зданиях (устройство проемов и отверстий);

- при увеличении полезной нагрузки на здание.

Для усиления фундаментов применяются способы, сходные с усилением оснований. К таким способам можно отнести инъецирование фундаментов. Инъекции делаются цементным раствором составом от 1:10 до 1:1 под давлением от 2 до 10 атмосфер. При очень плохом состоянии фундамента раствор вводят непосредственно в разрушенные камни. В особенности в случаях, когда кладка была выполнена из мелких камней. При несколько лучшем состоянии и более крупных камнях, когда разрушены только швы и стыки кладки, инъекцию делают в места между камнями. Если в кладке фундамента разрушен только наружный слой, можно укрепить его торкретированием поверхности кладки цементным раствором для создания защитного слоя. Более сложные конструктивные изменения фундамента производят для их усиления при увеличении полезной нагрузки на здание.

В отдельных случаях производится замена отдельных участков фундамента небольшими (до 2-х метров) участками в строго определенной последовательности. При работе должна быть сохранена незатронутая часть длины фундамента, протяжением не менее двух уже замененных участков.

Восстановление и устройство гидроизоляции.

Необходимость улучшения, замены и устройства горизонтальной гидроизоляции возникает из-за уменьшения расстояния между уровнями пола первого надземного этажа и поверхностью земли вследствие роста культурного слоя, от чего гидроизоляция может оказаться погруженной в землю. Увеличение культурного слоя в городах объясняется в первую очередь постоянным добавлением толщины покрытия дорог и тротуаров, что характерно для работ по благоустройству. Заменять гидроизоляцию приходится в следствие разрушения гидроизоляционных материалов из-за местных разрушений их слоев, возникших при различных ранее осуществленных перестройках, отсутствия гидроизоляции со времени постройки, осадки стен на отдельных участках, в результате чего гидроизоляция прервана на границах участков.

Улучшают гидроизоляцию путем восстановления ее цельности и непрерывности.

Первым способом обеспечения гидроизоляции можно назвать насыщение кирпичной кладки химическим раствором для придания ей водонепроницаемости. Для этого применяют кремне-органические составы (раствор ГКЖ-30). По периметру стен на расстоянии около полуметра просверливают отверстие диаметром 25 мм и при помощи насоса вводят раствор. По имеющимся наблюдениям уже через 2 месяца влажность вышележащих участков стены уменьшается с 12 до 3 процентов. Недостаток этого способа – невозможность проверить непрерывность гидроизолирующего слоя в процессе работы.

Следующим способом является замена участков гидроизоляционного слоя. Для этого отбойным молотком пробивают ряд отверстий, обеспечивающих разборку одного-двух рядов кирпичей на участке длиной 1-1,5 метров с чередованием участков по правилу: на один разобранный участок должно приходится два аналогичных по длине целых участка. В полученные отверстия укладывают 2 слоя рулонного материала. Непрерывность гидроизоляционного слоя обеспечивают настилкой гидроизоляционного материала внахлестку, с соединением его концов при обработке соседнего участка. После укладки гидроизоляционного материала на каждом участке надо восстановить кладку и тщательно забить раствором зазор до низа сохраненной кладки стены. В место рулонного материала можно применять холодную асфальтовую мастику, а для устройства щели в стене – стенорезную машину. Это механические способы.

Следующий способ устройства гидроизоляции – электротермический способ. Для этого используют карборундовые стержни диаметром 25 мм длиной от 600 до 1200 мм, разогретые до температуры от 1400-1600⁰С. Стержень в начале работы помещают в подготовленное отверстие в стене и при достижении необходимой температуры от электрического тока, его продвигают по длине стены с помощью системы блоков и груза или электромоторов. Спорость резки кирпичной стены от 30 до 60 см/час. Для установления постоянной величины усилия равной 0,3 кгс/см² предусмотрено пружинное устройство, которое при малой или излишне большой величине усилия прекращает движение стержня. Пружинное устройство контролирует усилие от блоков или электромоторов. После продвижения в стене карборундового стержня остается слой расплавленного материала, являющегося отличной гидроизоляцией. Чтобы гидроизоляционный материал не вытекал из стены на поверхность, стержень ограничивают графитовыми планками-держателями, двигающимися вместе с ним.

Способы и конструкции для осушения стен.

Просушить стены можно с помощью естественного воздухообмена, проветриванием помещений, горячим воздухом, тепловыми инфракрасными лучами электрических и газовых установок. Для устранения капиллярного движения жидкости в стене применяется электрохимический способ, основанный на явлении электроосмоса, при этом используют разность электрических потенциалов, возникающих при погружении в электролит, которым является капиллярная влага стены двух стержней из разных металлов, оказывающихся электродами. Все металлы можно расположить в виде ряда напряжений, в котором каждый металл по отношении к любому из предыдущих имеет более высокий отрицательный заряд. Чем дальше металлы отстоят в этом ряду один от другого, тем больше разность их потенциалов, а следовательно, выше напряжение тока, возникающего между ними. Следует иметь в виду, что величина электродного потенциала зависит и от состава электролита, в который погружены электроды, а так как жидкость в стене не подбирают специально, то обычно разность потенциалов не будет достигать полного электронного потенциала. В растворах электричество перемещается вместе с частицами вещества электролита в направлении от менее отрицательного электрода к более отрицательному. С учетом этого конструкция для осушения стен будет представлять собой ряд стержней из менее отрицательно заряженных стержней, расположенных выше отмостки здания и ряда более отрицательных стержней, расположенных у подошвы фундамента. Эти два ряда стержней соединяют между собой изолированными проводами. В результате этого в сырой стене образуется замкнутая сеть электрического провода: это электрод менее отрицательный (медь) – электролит (стена) – электрод более отрицательный (алюминий) – изолированный провод. Таким образом, капиллярный подъем воды в стене между двумя рядами стержней-электродов будет уменьшаться, затем уравновешиваться и преодолеваться электроосмотическим движением стеновой влаги. Такой вид электроосмоса называется пассивным.

Для усиления действия электроосмоса целесообразно ввести в цепь электрического тока длительно действующие гальванические элементы в виде заземлителей с сильным отрицательным зарядом. Их называют протектором. Протекторы представляют собой стальные стержни, помещенные в специальные магниевые сплавы и заключенные в полиэтиленовые оболочки. В конструкции гальванического электроосмоса сохраняется верхний ряд электродов, но их соединяют изолированными проводами горизонтальной связью, а через 4-6 метров (до 15 метров включительно), располагаются протекторы, имеющие сильный отрицательный заряд. Протекторы можно располагать как внутри здания, так и с наружной стороны. Наибольший эффект осушения стен достигается электроосмосом с наложенным током с помощью подключения к рядам электродов источников постоянного тока, усиливающего потенциал верхнего и нижнего рядов.

Сушка с наложенным током дает необходимые результаты через несколько недель, после чего источник тока можно отключить и дальнейшее осушение или поддержание достигнутого состояния будет продолжаться по пассивной схеме.

Гидроизоляция в помещениях, полы которых заглублены ниже поверхности земли, при отсутствии напорных грунтовых вод, то есть при их уровне ниже пола помещения, устраивается по поверхности стен, обращенных в сторону помещения и под конструкцией пола. Гидроизоляцию выполняют виде обмазкой битумными или кремней-фтористыми составами, защитным слоем штукатурки или слоем штукатурки с добавлением хлорного железа, а так же облицовки стен керамическими плитками. Вертикальную и горизонтальную гидроизоляцию помещений при наличии напорных грунтовых вод обеспечивают путем применения противонапорных конструкций. При уровне грунтовых вод до полуметра выше уровня пола заглубленного этажа гидроизолирующую конструкцию выполняют в виде обмазки холодной асфальтовой мастикой или оклейкой рулонными материалами. Гидроизолирующие материалы защищают слоем бетона марки 50. Толщина слоя бетона зависит от уровня грунтовых вод над отметкой пола и составляет: до 100 мм уровень грунтовых вод – слой толщиной 30-50 мм, а более 100 мм – толщиной 50-70 мм. Гидроизоляционный материал накладывают на выровненную поверхность существующего пола и стены, а при отсутствии надежного пола устраивают основание под гидроизоляционным материалом в виде щебеночной подготовки или слоя бетона. В отдельных случаях устраивается гидроизоляция в виде водонепроницаемого цементно-бетонного слоя из специальных сортов цемента. Толщина этого слоя – 50-80 мм. При уровне грунтовых вод выше полуметра от отметки земли или отметки пола защищаемого этажа, гидроизоляционную конструкцию устраивают в виде монолитной железобетонной плиты. Толщина этой конструкции устанавливается расчетом в зависимости от существующего напора грунтовых вод для противодействия массы бетона напору воды. Конструктивно применяется примерно на каждые 100 мм превышения уровня грунтовых вод над полом добавляются 100 мм толщины плиты.

Улучшение влажностного режима в помещениях заглубленных этажей.

Осушение и аэрация помещений, заглубленных в землю, необходима по той причине, что в процессе эксплуатации здания такие помещения могут не удовлетворять имеющимся требованиям, предъявляемым к зданиям. Причины повышения влажности помещения могут быть самые разные. При строительстве зданий не редко нарушается целостность структуры грунта при отрывке котлована и обратной засыпке, что служит причиной проникновения грунтовой влаги и атмосферных осадков в помещение. Это может происходить тогда, когда пазухи засыпают грунтом, пропускающим воду, или когда не обеспечена защита подземной части стены глиняным замком.

Кроме того, в процессе эксплуатации даже при удовлетворительном выполнении обратной засыпки, отмостки могут отойти от стены или разрушиться или получить обратный уклон. Со временем может меняться уровень грунтовых вод. При изменении назначения заглубленного помещения может возникнуть потребность в улучшении влажностного режима. Прежде всего в таких случаях необходимо проверить и привести в порядок отмостку, ее сопряжение со стеной, уклон и по возможности увеличить ее ширину. Одним из мероприятий по улучшению влажностного режима помещений является устройство подземной водосточной системы, то есть кольцевого дренажа вокруг здания. Дренажная система представляет собой линии труб, уложенных вдоль здания на расстоянии около двух величин их заглубления. Заглублять трубы необходимо ниже уровня пола осушаемого помещения на 30-60 см, чтобы учесть депрессионную кривую, то есть обеспечить более низкий уровень грунтовых вод в середине расстояния между линиями дренажа. Расстояния зависят от вида грунта и не должны превышать 20-30 метров глинистых и суглинистых грунтах и 50-60 метров в супесях и песках. Трубы для дренажа применяют керамические не глазурованные. Внутренний диаметр 75-200 мм. Асбестоцементные трубы применяются с отверстиями. При укладке труб им придают уклон в сторону колодца водосточной системы, который должен составлять не менее 0,002. Дренажные трубы засыпают фильтрующем слоем щебня. Для аэрации устраивают воздушную щель у наружной стены.

При заглублении пола до 1 метра щель можно предусмотреть с наружной стороны стены, что удобнее и дешевле. При большем заглублении пола, щель делают с внутренней стороны стены. Места заложения вентиляционных каналов, закрываемые решетками, определяются контурами здания в плане: по одной решетки устанавливают у каждого перелома или угла здания и по 2 решетки на том участке здания, где воздушная щель ничем не прикрывается.

Улучшение и усиление конструкций стен и отдельных опор.

При наличии в стенах дефектов применяют следующие способы их устранения:

1. Усиление простенков и столбов;

2. Усиление перемычек и их ремонт;

3. Восстановление первоначального положения стен;

4. Увеличение жесткости стенового остова.

Кроме того, возможна перекладка отдельных участков стены, повышение теплозащитных свойств и улучшение эстетических качеств стены. При наличии в стене трещин давнего происхождения, но без следов продолжающегося их раскрытия и удлинения, когда стена в целом не потеряла своей формы и несущей способности, такие трещины заделывают.

При ширине раскрытия трещин до 40 мм, эту операцию выполняют путем нагнетания раствора под давлением 2,5 атмосферы. Раствор для заделки щелей состоит из цемента и воды в соотношениях 1:10 до 1:1. Места расположения отверстий для нагнетания раствора выбирают в зависимости от расположения трещин в стене. На участках с вертикальными или наклонными трещинами их делают через 80-150 см, а на горизонтальных трещинах – через 20-30 см. иногда при заделке трещин в наиболее видных участках стены укладывают несколько кирпичей (эта конструкция называется «замком»), а в длинных и широких трещинах устраивают «замок с якорем», выполненного из прокатного профиля и укрепленного в стене анкерами.

Если в стене обнаружены сквозные трещины в виде разрывов кладки в местах сопряжения наружных или внутренних стен, а так же в наружных углах, для укрепления применяют металлические накладки из полосовой стали. Концы накладок загибают в сторону стены для улучшения сцепления с ней, а затем фиксируют болтами, располагаемыми от трещины на расстоянии равном полторы толщины стены. В более простых случаях при сравнительно небольшом протяжении и ширине трещины, накладки можно прибить к стене ершами с одной стороны стены. Если стены отклоняются от вертикали, выправить их можно с помощью вертикальных накладок из прокатных профилей (швеллер №12-16) с креплением их ершами.

Дефекты стен в виде выпучиваний, нарушение их первоначальной формы устраняют путем накладки прокатных профилей с двух сторон стены в горизонтальном и вертикальном направлениях. Эти конструкции называются разгрузочные жесткие пояса. В случае устройства поясов в параллельных стенах здания, их можно стянуть между собой тяжами, устраиваемыми в уровне конструкции пола для увеличения жесткости всего стенового остова здания. Кроме системы жестких накладок, общее восстановление жесткости стенового остова как пространственной конструктивной системы производится с помощью предварительно напряженных поясов или тяжей из круглой арматурной стали. Пояса являются простыми по устройству и очень эффективными. Тяжи диаметром от 28 до 40 мм размещают в уровнях тех перекрытий, где имеются трещины. По углам здания устанавливаются уголки №12-15 длиной порядка 1,5 метра, к которым затем привариваются тяжи.

В плане здания пояса должны образовывать замкнутый контур, возможно более близкими к квадрату, с соотношением сторон не более, чем 1:1,5. Длина поясов по каждой из стен может достигать 12-18 метров. Предварительное напряжение поясов производят стальными муфтами (талрепы), имеющие левую и правую резьбу. Талрепы предусматривают обычно в средней части каждого участка по периметру пояса. Усилие напряжения контролируется динамометрическим ключом в соответствии с расчетной величиной. Система напряженных поясов образует в стеновом остове сжимающие усилия, которые гасят напряжения и деформации, имеющиеся в стене.

При укреплении стенового остова напряженными поясами уменьшается расход стали по сравнению с жесткими накладками. Конструкция напряженных поясов состоит из стандартных узлов, а работы на строительной площадке являются элементарными монтажными. Небольшие сечения металлических поясов позволяют сохранить поверхность фасада, для чего все составные части поясов можно помещать в заранее приготовленные борозды.

Частичная перекладка стен.

Она заключается в устройстве замков для закрытия крупных трещин. В результате этого способа можно менять внешний слой стены при его износе или отслоения облицовочных рядов с креплением крупных камней путем перевязки с существующей кладки или устройством анкеров. Более сложным мероприятием является замена отдельных участков стены (чаще всего простенков) при их разрушении от перегрузки или для изменения размеров. В первом случае без смены перекрытия здания над заменяемым местом вывешивают на временных стойках и балках участок стены и перекрытия. Потом меняемую часть стены разбирают и укладывают заново. Во втором случае, когда все перекрытия решено разобрать, участки стены заменяют поэтажно без временных креплений. Усиление простенков производят с помощью железобетонных или металлических обойм.

Железобетонная обойма является более эффективной, но и более дорогой. Для небольшого усиления стен стены оштукатуривают по металлической стороне стенки с сечением 150х150 мм и толщиной 4-6 см. диаметр стержней сетки порядка 5 мм. При соотношении сторон усиляемого простенка или столба более чем 1:2,5, необходимо сквозное соединение усиливающих конструкций в середине таких опор. С помощью обойм несущую способность сечения можно повысить в 1,5-2 раза.

При небольших размерах простенков и необходимости значительно повысить на них нагрузку, в простенках устраивают сердечник из ж/б или металлического профиля.

Усилить колонны и столбы можно с помощью обойм, сердечника, а так же с применением распора, создаваемого в обойме. Металлические накладки по углам делаются несколько длиннее расстоянием между верхним и нижнем поясом. Затем их сжимают с помощью болтов, чем и достигается лучшее предварительное напряжение конструкции, работающим на сжатие.

Одновременно с усилением отдельных опор, усиливают и их фундаменты, получая единое взаимосвязанное конструктивное решение.

Перемычки.

Перемычки усиливают и улучшают при наличии в них незначительных трещин путем заделки последних при больших деформациях, то есть сквозных трещинах по всей высоте перемычки, их усиливают путем крепления металлических уголков или введением сборного железобетона. Если при креплении перемычки с помощью болтов, трещина находится в середине ее пролета, уголки крепят с помощью тяжей из полосовой стали или арматуры к простенкам на анкерах.

Для повышения теплоизолирующей способности стен, выполненной из кирпичной кладки, сначала делают расшивку швов, что повышает теплоустойчивость до 20%. Лучшие результаты (порядка 30%) получают путем облицовки стен кирпичом, керамическими плитками и устройством навесных утепленных фасадов.

Стены можно укреплять изнутри здания напылением раствора с минеральной ватой или установкой плит утеплителя. Единственный недостаток такого способа – это уменьшение площади помещения и смещения точки росы внутрь помещения.

По результатам обследований материалы, укладываемые на внутреннюю поверхность стены, повышают температуру внутри помещения примерно на 2-3⁰С на каждый сантиметр толщины накладываемого здания.

Более эффективным является наружное утепление стен. Особое внимание необходимо уделять наружным углам стенового остова нередко повышение теплозащитных свойств стен заключается именно в утеплении их углов.

Усовершенствование конструкций перекрытий.

Во всех зданиях, которые из-за длительного времени их эксплуатации в настоящее время нуждаются в реконструкции, имеются перекрытия, состоящие из балок и заполнения между ними. Применяют несколько видов улучшения и усиления перекрытий, относящихся к составным частям и всему перекрытию: облегчение заполнения между балками, смена заполнения между балками, ремонт частей балок, усиление балок, усиление перекрытий полностью. Старые деревянные перекрытия имеют глиняные смазки и очень тяжелые засыпки, состоящие из глины и кирпича. Эти заполнения служат причинами прогибов перекрытий и появления зыбкости. Заменой заполнения большой массы современными материалами можно исправить данное положение и увеличить несущую способность перекрытий, что может понадобится при установке дополнительных перегородок и оборудования. Для заполнения перекрытий можно применять рулонные материалы вместо смазок и минеральные плиты на базальтовом заполнителе вместо засыпок. Все заполнения между балками заменяют только в отдельных местах перекрытий и при наличии металлических балок. Усиливают или заменяют части балок в отдельных местах перекрытий при наличии дефектов в большинстве балок, а когда повреждено более 80% балок, целесообразна замена всего перекрытия. Дефекты в балках чаще всего встречаются вблизи опирания их на наружные стены, а так же на излишне увлажненных участках.

Местное усиление деревянных и металлических балок производят с помощью установки накладок на вертикальные и горизонтальные плоскости. Наиболее целесообразным является установка накладок на горизонтальной плоскости, так как они не требуют замены перекрытий и балок наката. Горизонтальные накладки являются более эффективными, однако их не всегда можно применять, так как из-за них меняется высота перекрытия в отдельных местах. Накладки обычно делают на поврежденных участках балок для обеспечения из дальнейшей работы или усиления.

Установка металлических прутковых протезов. Применение этого метода дает возможность заменить дерево в дефектных местах на легкую металлическую конструкцию. Усиливать балки по всей их длине требуется при увеличении нагрузок на них от дополнительных перегородок или оборудования. Для общего усиления можно выполнять различные виды накладок, а для прогонов из разных материалов – специальные конструкции. Специальные конструкции представляют собой шпренгельные цепи или арки, которые выполняют в пределах высоты прогона или с выходом на нее, что возможно только при строгой увязке расположения прогонов с перегородками. Шпренгельные конструкции являются предварительно напряженными, так как тяжи стягивают их в горизонтальном и вертикальном направлениях. Усиление перекрытий в целом, то есть всей системы балок производят путем изменения их конструктивной схемы, перераспределения нагрузки на балки с помощью введения дополнительных прогонов.

Иногда для усиления применяют прогоны, перекрещивающиеся в двух направлениях. Прогоны можно выполнять с промежуточными дополнительными подпорками в пролете в виде подкосов из прокатных профилей или с помощью подвесов тяжей. В тех случаях, когда вводимый прогон нельзя опереть на стены из за их расположения, а так же состояния и нагрузки, приходится устраивать дополнительные опоры. Колонны, где это возможно, применяют сборные железобетонные или из монолитного бетона, а так же металлические колонны с защитным слоем бетона.

Расположение новых прогонов и опор необходимо строго согласовывать с планировкой всех этажей здания. Все эти конструкции должны совмещаться с перегородками, а так же увязываться с местами и размерами проемов. Конструктивное решение должно полностью отвечать объемно-планировочному.

Ремонт и усиление железобетонных перекрытий заключается в наращивании их сечения и установки дополнительной арматуры в балках и плитах. При усилении железобетонных перекрытий и их ремонте предварительно удаляют защитный слой бетона, арматуру очищают сжатым воздухом или пескоструйным аппаратом. Для бетонирования перекрытий применяют песчаный бетон состава 1:3. При усилении железобетонных прогонов применяют шпренгельные устройства.

Улучшение и усиление конструкций крыш, лестниц и балконов.

Конструкции крыш с деревянными стропилами усиливают, сохраняя последние, но заменяя кровельный материал. Усиление производят так же при наличии прогибов стропильных ног. Следует учитывать, что асбестоцементные листы имеют большую массу, чем металлические.

Кроме того, требуется увеличить их уклон (от 1 к 3,5 до 1 к 2). Новые стропильные ноги с большим уклоном и большей длиной при меньших сечениях соединяют с помощью накладок, следовательно, усиливается стропильная конструкция и увеличивается уклон крыши. Если требуется усилить только стропильную ногу без изменения уклона, можно применить шпренгельную цепь из тяжей и стягивающих устройств.

Способы улучшения и усиления лестниц состоят в ремонте отдельных ступеней, а так же в их замене или введение новых косоуров и площадочных балок (для лестниц с консольными ступенями). При длительной эксплуатации каменных ступеней на низ появляются изношенные участки на расстоянии примерно 0,5 метра от перил ограждения в самом удобном месте для хождения людей. Кроме того, на ступенях появляются механические повреждения в виде сколов на валиках ступеней. Исправляют ступени устройством накладок, облицовочных скорлуп, выполняющихся из железобетона или естественного камня. При таких исправлениях на концах маршей у площадок появляются повышенные и пониженные проступенки, с чем приходится мириться, сводя этот минус к минимуму.

Восстановление и усиление конструкций балконов производится тогда, когда это позволяют отметки помещений, в которые ведут балконные двери. Усиление балконов производят усилением дополнительной кладкой слоя бетона с арматурой. В балконах на консольных металлических балках чаще всего усиливают сами балки в наиболее уязвимом месте – в заделке.

Усиление производят путем наваривания накладок на стенки балок или уголков на нижние полки. Если плита балкона имеет поперечные трещины, то целесообразно установить дополнительные балки между консолями.

Исправление дефектов конструкций зданий индустриального строительства.

В нашей стране за последние 40-50 лет построено большое количество индустриальных зданий, имеющих различные конструкции. Среди них особое внимание требуют к себе отдельные серии 9-ти этажных крупнопанельных домов (К7, П32, П35).

Дома этих серий смонтированы из очень экономических прокатных панелей. Перекрытия состоят из двух панелей: пол и потолок. Эти конструкции по проектным данным должны обеспечить требуемые прочностные и звукоизоляционные качества перекрытия. Однако, большой дефект таких перекрытий – сверхнормативный прогиб (провисание плит потолка до 60 мм против 16 мм по нормам). Второй недостаток – недопустимая зыбкость полов в следствие невнимательной установки панелей пола, особенно из за некачественных уплотняющих прокладок в перекрытиях. Кроме того, звукопроводность в таких перекрытиях превышает нормативные переделы, в них появляется металлический звук (звон).

Для устранения прогиба панелей потолка было разработано множество решений:

1. Установка поперек панелей в двух местах небольших балок из двух уголков №75,которые потом оштукатурить. С помощью них панель можно довести не только до горизонтального положения, но и превысить средние части. Уголки привариваются к опорным уголкам №100, вставленных в зазор между несущей стеной и потолочной панелью. После установки вид потолка ухудшается и сам способ трудоемкий.

2. Размещение уголков в пропилах панели, что дает возможность уменьшить выступы балок с 110 до 30 мм.

3. Установка хомутов, прикрепляемых к поперечным ребрам потолочной панели и снабжаемых тяжами, с помощью которых можно выправить потолки. Затем к стержням приваривают сетку и оштукатуривают. Потолок получается гладким, но высота комнаты понижается на 40-50 мм.

4. Подтягивание потолочной панели к панели пола с помощью хомутов, надеваемых на пересечение ребер верхней панели. Уменьшение высоты – 25 мм и потолок гладкий. Способ возможен при целесообразности полной замены полов.

Для улучшения звукоизоляции была выявлена необходимость проверять и заменять прокладки между панелями стен и перекрытий, для чего приходится нарушать целостность конструкции пола, а потом восстанавливать ее.

Для устранения зыбкости пола было разработано 2 способа:

1. Снятие конструкции пола, очистка верхней панели с помощью пескоструйного аппарата и укладка слоя мелкозернистого бетона толщиной 20-25 мм. При больших размерах вибрации устраивается слой бетона 50 мм с устройством арматурной сетки. При этом приходится обнажать в ряде мест арматуру панелей, чтобы дополнительную арматуру соединить с имеющейся с помощью сварки. Металлический звук в перекрытиях возникает при невыполнении в ряде комнат предусмотренного проектом бетонирования крепежных деталей для электросветильников. Этот дефект устраняют путем надевания на крепежную деталь пластиковой трубки. Для этого пробивают отверстие в потолочной панели рядом с местом крепления светильника и изымают закладную деталь.

Такой дефект свойственен панельным домам серии 1-515. В домах данной серии чердачные перекрытия обычно выполнялись из плит марки НСП, представляющих собой тонкие прокатные панели с наложенным на них теплоизоляционным материалом. Такие плиты начали провисать. Разработан ряд способов и конструкций для выявления этих прогибов:

1. Укладка двутавровых балок №30 вдоль плит НЧП со стены на стену с шагом 6метров. По плитам в середине пролета укладывают 2 швеллера №20 и крепят к последним подвесами с винтами и гайками, что дает возможность подтягивать конструкции. Минус этого способа – для устранения прогибов требуется много прокатного металла.

2. Устройство борозд в двух соседних плитах с установкой в борозде каркаса и замоноличиванием или устройство ряда шпонок из монолитного железобетона. Перед осуществлением этих корректировок конструкций плиты НЧП требуется поднять до проектного положения с помощью стоек и клиньев.

Замена конструкций в перестраиваемых зданиях.

Причины замены конструкции и их виды.

Основными причинами замены различных конструктивных элементов в здании являются неодинаковые условия их эксплуатации, а так же различная долговечность материалов, из которых они изготовлены. В основном, в зданиях традиционной постройки заменяют деревянные перекрытия на железобетонные, которые имеют более высокую степень долговечности и являются несгораемыми. Замена перекрытий по различным причинам может быть частичной или полной. Частичная смена перекрытий необходима в помещениях с повышенной влажностью, а кроме того, приходится менять только чердачные и надподвальные перекрытия. Частичная замена перекрытия еще производится при перепланировке зданий, перемещении и устройстве новых санитарных помещений, изменении назначения отдельных помещений и всего здания. Полная смена перекрытий является коренной реконструкцией здания, благодаря которой должны стать примерно равными сроки службы всех его элементов. Полная смена оправдывается при наличии большого количества и общего удельного веса неисправных участков перекрытий, а так же при сплошном износе отдельных элементов перекрытия, то есть накатов, полов.

Смену перекрытий можно разделить на 2 вида:

1. Сплошная замена чисто деревянных перекрытий;

2. Частичная замена с сохранением металлических балок.

В обоих случаях обычно заменяют внутренние конструкции здания.

Работа по типизации и унификации ремонтных конструкций является сложной из за многочисленных размеров параметров строительных конструкций в зданиях. Для типизации конструкций перекрытий было изучено большое разнообразие пролетов с целью установления минимального, но достаточного количества изделий, с помощью которых можно перекрывать пролеты.

При типизации конструкций для перекрытий немалое значение имеют конструктивные решения. Они дают возможность назначать различные интервалы размеров изделий. Условия производства работ при замене конструкций являются разнообразными.

При частичной замене перекрытий приходится подавать детали через проемы в стенах на место монтажа и обеспечивать их горизонтальное перемещение внутри здания.

Для полной смены перекрытий применяют башенные краны для подачи изделий сверху в остов зданий. Виды изделий, применяемых при смене перекрытий можно разделить на три группы: мелкоразмерные (легкие), среднеразмерные, крупноразмерные (тяжелые).

Основные характеристики конструкций перекрытий и применяемого монтажа оборудования представлены в таблице.

Характеристики конструкций перекрытия	Мелкоразмерные	Среднеразмерные	Крупноразмерные
Масса изделия	До 200 кг	От 200 кг до 500 кг	Более 500 кг
Виды подъемных механизмов	Краны и подъемники в проемы		Башенные краны
Способ подачи к месту укладки	Вручную	Выдвигаемые балки
Виды замен перекрытия	Частичная	Частичная и полная	Полная
Виды конструкций	Балки с накатами и бруски	Балки с накатами и бруски	Настилы
Основания под полы	Предусмотрены в отдельных видах		Предусмотрены везде
Характеристика конструкций и основные материалы	Сборно-монолитные, сборные, железобетон и дерево		Сборные, железобетон

Многие из конструкций являются балочно-накатными, основанные на традиционных приемах, свойственных деревянным перекрытиям с деревянными и металлическими балками. Развитием этого вида конструкций является балочное перекрытие, но не с накатами, а с вкладышами, которые совмещают функции наката и основания пола. Основные показатели железобетонных изделий для замены перекрытий приведены в таблице.

Название сортамента и марка	Масса изделий, кг	Конструктивное решение	Перекрываемый пролет, м	Интервал размеров длины, мм	Высота несущего элемента, мм	Шаг балок настила и их ширина, мм	Число типоразмеров	Объем изделия, м3	Содержание стали, кг
КНП-510-750	1162-1841	Настил	4,8-7,2	100	12-220	1000	25	0,465	57
КНПД-510-750	700-1083	Настил	4,8-7,2	100	13-240	540	25	0,737	71
УКН-270-500	675-1225	Настил	2,4-4,7	100	13-240	1300	24	0,434	66
КНЭ-450-650	1480-2150	Настил	4,1-6.1	400	220	1000	6	0,49	79
КНЭД-690-750	1400-1500	Настил	6,5-7,1	400	220	600	3	0,86	66
КП-450-750	723-1286	Настил	4,1-7,1	200	240	1200	16	0,6 1,006 1,891	72 34 49

Мелкоразмерные конструкции для замены перекрытий.

Типовые мелкоразмерные легкие конструктивные системы представляют собой комплекты из балок и заполнения между ними, при обязательном условии, что масса любого изделия не превышает 200 кг. Если для перекрытий больших проемов размеры изделий не могут удовлетворять этому условию, применяют составные балки по длине или по ширине и замоноличивают стыки или пазухи.

При выборе формы сечения балок учитывают несколько условий:

1. Сечение должно обеспечивать восприятие нагрузки и надежную статическую работу;

2. Удобство укладки на балки элементов заполнения, для чего лучше подходят тавровые и уголковые сечения, тогда как двутавры швеллеры усложняют процесс укладки;

3. Балки усложненного сечения труднее и дороже изготовлять;

С начала образования сортамента, было предложено несколько конструктивных элементов. Одним из них была сборно-монолитная балка. Сборная часть представляла собой железобетонный брусок с выпущенным арматурным каркасом. Заполнение между балками в этой конструкции было предусмотрено в виде сводов из легкого бетона.

Конструкция потолка в начальном варианте была предусмотрена в виде деревянных щитов по черепным брускам, прикрепленным ………

Позднее было предложено заполнение из трехпустотных вкладышей. Этот сортамент рассчитан на перекрытия пролетов до 8 метров. Причем балки делят на 2 части, начиная с размеров 6,4 метра. Длина изделия в этом сортаменте длиннее перекрываемого пролета на 400 мм, однако, при опирании балок на железобетонные или металлические опоры длина опорной площадки может быть достаточной 100мм, поэтому перекрываемый пролет может быть увеличен на 200 мм. Балки имеют вид железобетонных досок с арматурными каркасами в форме стержней и хвостов.

Основной частью заполнения являются своды, образующие поверхность потолка при конструкции пола по лагам или железобетонным плитам. Позднее конструкция была усовершенствована путем укладки второго свода, так как первый являлся основанием пола. Расстояние между балками в этой конструкции менялись. Исследования показали, что расстояние 1,2 метра является оптимальным по стоимости, трудоемкости и расходу стали.

Вторым сортаментом было предусмотрено изготовление балок неполного сечения, которые следует увеличивать для восприятия полной нагрузки путем замоноличивания предусмотренных пазух между вкладышами с установками в них арматурных каркасов. Конструкции перекрытий были созданы из изделий этого сортамента при сохранении единых геометрических размеров сборной части. Для этого изменялись их армирование и высота монолитной части балок.

В следующем сортаменте конструкцией перекрытий являются парные швеллерные балки с наклонной стенкой. При продольном делении балок уменьшается их масса, а образующая клинообразная пазуха при замоноличивании обеспечивает их совместную работу. В качестве заполнений приняты накаты, а по верхним полкам для помещений всех видов – специальные плиты с зубчатым соединением, что увеличивает жесткость перекрытия. Недостатком этой конструкции является сложные контуры сечения балок и плит пола, что способствует удорожанию изделий.

Разработаны конструкции перекрытий, предусматривающие парные балки таврового сечения. Они проще по форме швеллерных балок и удобнее в изготовлении. Увеличение несущей способности предусмотрено методом замоноличивание пазух, а заполнением служат вкладыши. Расстояние между балками принято 600 мм.

Следующая конструкция перекрытия состоит из пары балок. Применение в этой конструкции балок из бетона марки 400 и ячеистого бетона для вкладышей позволило облегчить и уменьшить ее высоту при расстоянии между балками равном 1,2 метра.

Все рассмотренные конструкции являются разновидностями традиционной балочной конструкции. Оригинальным и очень простым решением перекрытием из мелкообъемных элементов является конструкция из железобетонных брусков. Этот сортамент разработан для смены перекрытий, характерных для массовой малоэтажной застройки, а так же для зданий с малым шагом несущих стен. Высота брусков в данном случае равна 70 мм. В верхней плоскости их ширина на 10 мм уже, чем в нижней, что обеспечивает более плотную укладку и хорошее замоноличивание перекрытий. Пол по такому перекрытию можно устраивать любой. Эти изделия длиннее перекрываемых пролетов на 250 мм.

Среднеразмерные конструкции для замены перекрытий.

Для укрупнения монтируемых элементов и применения подъемников большой мощности с выдвижными балками, обеспечивающих подачу изделий на место их укладки были созданы более тяжелый и крупные элементы.

Большинство предложенных конструкций этой группы представляют собой балочно-накатные перекрытия. Простой и удобной конструкцией, исходящей из структуры традиционных перекрытий, является сортамент балок типа БТ. Перекрытия состоят из тавровых балок, располагаемых с интервалами 800 мм и специальных плит наката. Плиты разработаны двух видов: железобетонные ребристые марки ВК и плоские из легкого бетона марки ВП. Конструкция пола в жилых комнатах, а так же в других помещениях с обычным влажностным режимом выполняется по деревянным лагам, а для санитарных помещений – полы по железобетонным плитам. Кроме того, возможны варианты с вкладышами. Сортамент балок БР, а так же плит и блоков колонн представлен в таблице.

Марка элемента	Перекрываемый пролет, мм	Размеры, мм			Расход материалов			Содержание стали в 1 м3, кг		Масса элемента, кг
		Длина	Ширина	Высота		Бетона, м3	Стали, кг
Балки
БР-40	3600	3980	105	320		0,072	10,49		218,54		180
БР-45	4100	4480	105	320		0,083	12,83		154,58		207
БР-50	4600	4980	105	320		0,090	18,1		201,11		225
БР-55	5100	5480	105	320		0,099	26,23		254,94		248
БРн-60	5600	5980	105	320		0,107	18,31		171,12		268
БРн-65	6100	6480	105	320		0,116	22,01		189,74		290
БРн­-70	6600	6980	105	320		0,125	27,82		222,56		313
Плиты
ПР-12	1200	1090	490	50		0,026	1,46		56,15		65
ПР-12к	1200	1090	490	90		0,023	1,37		59,56		58
БПС-13	1200	1190	990	50		0,065	6,13		96,31		162
Блоки колонн
БКР-1		550	500	300		0,086	2,27		26,39		215
БКР-2		550	500	400		0,115	2,38		20,69		286
БКР-3		550	500	500		0,176	4,87		95,56		190

Сортамент балок и плит для индустриального строительства представлен в таблице.

Марка элемента	Перекрываемый пролет, мм	Размеры, мм			Расход материалов			Содержание стали в 1 м3, кг		Масса элемента, кг
		Длина	Ширина	Высота		Бетона, м3	Стали, кг
БТ-300	2600	3000	180	220		0,067	8,3		123		167
БТ-320	2800	3200	180	220		0,070	8,8		125		175
БТ-340	3000	3400	180	220		0,072	9,2		127		180
БТ-360	3200	3600	180	220		0,075	9,8		130		187
БТ-380	3400	3800	180	220		0,078	10,3		132		193
БТ-400	3600	4000	180	220		0,081	14,5		180		202
БТ-420	3800	4200	180	220		0,084	15,3		182		210
БТ-440	4000	4400	180	250		0,103	20,2		192		258
БТ-460	4200	4600	180	250		0,108	21,3		197		270
БТ-480	4400	4800	180	250		0,121	30,3		250		282
БТ-500	4600	5000	180	250		0,117	29		248		292
БТ-520	4800	5200	180	250		0,126	31,4		248		312
БТ-540	5000	5400	180	250		0,126	30,3		250		303
БТ-560	5200	5600	180	300		0,145	32,6		225		362
БТ-580	5400	5800	180	300		0,150	42,2		282		374
БТ-600	5600	6000	180	300		0,156	43,7		280		390
БТ-620	5800	6200	180	340		0,181	45,4		253		450
БТ-640	6000	6400	180	340		0,187	45,8		262		469
БТ-660	6200	6600	180	360		0,203	48,5		263		510
БТ-680	6400	6800	180	360		0,209	61,7		294		522
БТ-700	6600	7000	180	360		0,217	63,4		292		542
ВК-1		495	705	120		0,113	1,3		-		22
ВП-1		495	705	190		0,031	0,9		-		48
ВП-2		495	905	120		0,035	1,7		-		24
ВК-2		495	905	190		0,035	1,7		-		56

Уменьшение расстояния между балками обеспечивает некоторое повышение жесткости перекрытия, но увеличивает количество изделий на единицу площади и трудоемкость монтажа. Сортаменты с тавровыми балками имеют размеры по длине от 4,6 м – 6,4 м с интервалом 0,2 метра. Масса таких балок составляет от 196 до 273 кг. В целях создания наиболее выгодного по своей статической работе сечения балок, был предложен сортамент на основе рельсовидных балок с предварительным напряжением арматуры.

В 60-х годах был налажен выпуск балок и плит сортамента БР (балки ремонтные). Балки были швеллерного сечения, парные, тонкостенные и одной высоты. Заполнение балок предусматривалось в виде ребристых или плоских плит. Конструкция пола – по лагам или плитам. Из-за сечения балок в виде двутавров, была усложнена форма плит наката. Их приходилось поворачивать при монтаже, чтобы они проходили между верхними полками балок, а плиты изготавливали со срезанными углами. В дальнейшем был разработан сортамент балок уголкового профиля, основанный на разделении сечения балок вдоль на две половинки. Уголковый профиль этих половинок более удобен при изготовлении и монтаже.

Средним решением между сортаментом БР и БУ являются полурельсовые балки. Заполнение между балками предусмотрено в виде одинаковых ребристых вкладышей.

Следующий сортамент марки БН состоит из балок-настилов таврового сечения. В первоначальном виде предлагались балки шириной 500 мм, а в более позднем сортаменте – 800 мм. Опирание на стены предусматривалось в виде выпусков вертикальных стенок-настилов, что позволило уменьшить размеры гнезд в стенах здания.

В качестве основания для пола на узких верхних полках настилов были рекомендованы лаги и зубчатые плиты. Размеры настила принимались на 500 мм длиннее перекрываемых пролетов.

Крупноразмерные конструкции для замены перекрытий.

Для зданий, в которых требуется полная смена перекрытий целесообразно применять крупноразмерные конструкции перекрытий, монтируя их с помощью башенных кранов. В тех случаях, когда возможно использовать для замены перекрытий сортаменты изделий, применяют конструкции как для нового строительства. При реконструкции зданий с разными пролетами, а так же косоугольных и криволинейных контуров, применяют специальные крупноразмерные конструкции.

В сортаментах изделий для нового строительства, интервалы между соседними размерами плит по их длине составляют 300 мм. В каталогах для реконструкции интервалы составляют 600 мм, а в отдельных каталогах – 1200 мм. Для того, чтобы сделать сортамент выпускаемых изделий для реконструкции зданий более практичным, стали выпускать конструкции с промежуточными размерами (интервал по длине составлял 200 мм).

Следующей проблемой применения в ремонтно-строительных работах изделий для нового строительства стала необходимость пробивки сплошных горизонтальных штраб в несущих стенах для укладки перекрытий. Пробивка штраб допустима только в наиболее старых зданиях, стены которых имеют большую толщину. Укладка плит и настилов в штрабы представляет собой сложный монтажный процесс, так как при наклонах и введениях в штрабы стен строительных изделий, требуется увеличить размер штраб и тем самым еще больше ослаблять стену.

Учитывая эти особенности, были разработаны специальные крупноразмерные изделия для реконструкции зданий. Были выпущены сортаменты настилов с консолями и выпускными ребрами. Для установки таких настилов в более нагруженные стены, требуются только отдельные гнезда для консолей с расстоянием порядка 1 метр при пробивки сплошных борозд на противоположных стенах. Гнезда устраивают в стенах, имеющих нагрузку с двух сторон.

Основным видом настилов с выпускными ребрами является сортамент консольных настилов, предварительно напряженных. Это двухпустотные плиты с овальными отверстиями. Применение предварительного напряжения арматуры позволяет уменьшить расход стали примерно на 30%. Усложнение изготовления оправдывается серийным производством изделий. Марка бетона в настилах применяется равной 300. Глубина заделки в сплошной штрабе – 120-130 мм, а в гнездах, куда укладываются ребра – 200-300 мм. Поэтому изделия получаются на 300 мм длиннее, чем размер пролета.

К этому сортаменту имеются еще 2 дополнительных сортамента. В них входят доборные однопустотные настилы тех же длин и высот, что и основные, но более узкие. Они предназначены для укладки в тех местах, где не помещаются основные двухпустотные настилы.

Следующим доборным сортаментом являются более широкие трехпустотные настилы. Они имеют меньший размер по длине и применяются при малых пролетах. Масса этих настилов оказывается близкой к массе остальных. Что удобнее для эффективной работы механизмов. Кроме того, эти настилы меньше по высоте и экономичнее по расходу металла. В отдельных случаях для того, чтобы снизить нагрузку на стены и фундамент, применяют изделия из легкого бетона. Главная нагрузка передается на балки, выполненные из бетона повышенной прочности, а заполнение, опираясь на них, работает как накат, только в пределах ширины настила.

Прогоны и вертикальные опоры в условиях реконструкции здания.

Сортаменты всех видов изделий для перекрытий рассчитаны на пролеты до 6-7 метров, что за частую бывает достаточно. Иногда требуется вводить дополнительные прогоны или вертикальные опоры, особенно при больших расстояниях между несущими стенами или рядами опор. Дополнительные опоры и прогоны требуются в тех зданиях, в которых необходимо усиливать перекрытие. Например, при наличии несущих перегородок из дерева.

Применение вертикальных опор для усиления перекрытий дает возможность разгрузить отдельные стены или их участки и заменить существующие столбы и колонны. Специально для ремонта созданы сортаменты прогонов, колонн и панели внутренних несущих стен. Прогоны имеют Т-образное сечение, вертикальная часть которого может быть скрыта толщиной перегородок, так как именнт такое размещение прогонов, то есть совмещение их с перегородками, предусматривается в переустройстве здания.

В сортамент прогонов водит 21 типоразмер. Длина прогонов от 3 до 7 метров с интервалом по длине 200 мм.

Колонны и внутренние колонны выпускают 19-ти типоразмеров, сечением 300-400 мм и высотой от 2,8 м до 4,5 м с интервалом 100 мм.

Сортамент панелей несущих стен состоит из элементов, выпускаемых на подобии перегородок. Эти элементы устанавливаются поэтажно однеа на другую, причем нижнюю панель помещают на спечиально сконструированные балки. Разработано 2 вида панелей: сплошные (без проема) и с дверными пролетами. В верзней части понелей – сплошные и . в верхней части панелей для укладки настилов перекрытий предусмотрены консольные выступы.

Для изготовления панелей применяют бетон марки 200.

Замена конструкций пола.

Конструкции пола заменяют, в случае неудовлетворительного их состояния и когда производится частичная или полная смена перекрытий. Для устройства полов по балкам в жилых зданиях с обычным влажностным режимом, применяют конструкцию по деревянным лагам, причем для жилых комнат общую конструкцию пола предусматривают более массивной и большей высоты, чем в общественных зданиях. Лаги под полы укладываются с расстоянием 400-500 мм, причем их толщина зависит от пролета между опорами. При пролете 0,8-0,9 метра толщина лаг не менее 400 мм, при пролете от 1м до 1,1 м – 50 мм, при пролете 1,2м-1,3 м – 60 мм.

При укладке деревянных лаг на металлические или железобетонные балки, необходимы прокладки из гидроизоляционного материала. Во всех жилых и рабочих помещениях при устройстве полов на лагах, предусматривают звукоизоляционную засыпку по бокам. Если бы полы на лагах застилали по плитам, для звукоизоляции засыпают под лагами слой песка или материал в виде минераловатных или базальтовых плит. В санитарных помещениях, полы обычно устраивают при балочно-накатных конструкциях по специальным железобетонным плитам и с обязательным гидроизоляционным слоем. Уровень пола в санитарных помещениях должен быть на 20 мм ниже, чем в соседних помещениях. С этой целью в помещениях обычного влажностного режима вводят прокладки под лагами из досок.

В слоистых конструкциях пола различных помещений, высоту регулируют подбором необходимой толщины подкладок или песчаного слоя. Для частичной смены перекрытий, необходимо учитывать уровень полов во всех помещениях, оказывающихся на сменяемых участках перекрытия, так как они должны совпадать с полами сохраняемых перекрытий, а в санитарных помещениях на 20 мм ниже.

Для конструкций перекрытий, которые образуют или обеспечивают основание под полы, то есть в настилах или балочных перекрытий с заполнением в виде вкладышей, равных по высоте балкам, можно применять любые виды слоистых конструкций пола, включая полы по лагам.

Если перекрытия представляют собой сплошную монолитную плиту или панель размером на комнату, то с учетом звукоизолирующих свойств таких перекрытий можно применять более простые и меньшие по толщине конструкции пола. Для нижних этажей, где устраивают полы по грунту, можно применять конструкции пола по столбикам. Сопрягать конструкции пола со стенами или перегородками можно прибивкой к стене или полу деревянных плинтусов, а так же профили из цемента или керамики при соответствующих материалах пола.

Замена конструкций крыш.

При реконструкции зданий крыш последние заменяют в нескольких случаях:

1. Замена кровельного материала. При замене кровельного материала нередко заменяют уклон кровли, усиливают деревянные стропила и переделывают водосточные желоба. В отдельных случаях, когда металлические кровли заменяют асбестоцементными, необходимо повышать уклон кровель. При переустройстве домов старой постройки заменяют стальные кровли на черепичные. Так же одним из вариантов является замена скатных крыш из традиционных материалов на скатные крыши, но уже из железобетонных элементов. Их монтируют из железобетонных балок, выполняющих функцию стропильных ног, а затем укладывают кровельные плиты, так же выполненные из железобетона.

2. К следующим способом переделки крыш относится их замена железобетонными крышами с малым уклоном и внутренним водостоком. В данном случае возможно несколько решений: совмещенные покрытия, конструкции с холодным неотапливаемым чердаком и конструкции с теплым чердаком или техническим этажом. Для высотных зданий наиболее эффективным считается конструкция с техническим чердаком. Для малоэтажных зданий целесообразно применение покрытия совмещенного типа с холодным чердаком. Для устройства полносборных железобетонных кровель над холодным чердаком разработаны несколько сортаментов тонкостенных панелей. В Ленинградском сортаменте используют при капитальном ремонте специальный сортамент ребристых панелей, имеющие два продольных ребра. Такие панели предусмотрены 16-ти типоразмеров. Они выпускаются длиной от 5 до 8 метров с интервалом по длине 200 мм. Ширина таких панелей составляет 1,2 метра. Панели можно укладывать непосредственно на продольные несущие стены, на поперечные стены, на балки, положенные вдоль или поперек оси здания. Кроме того, был разработан сортамент более легких изделий – это армоцементные панели для крыш шириной 1,5 метра и доборные панели, так же выполненные из армоцемента и шириной 750 мм. В следующем сортаменте в состав номенклатуры железобетонных изделий включены односкорлупные плиты покрытий. Кроме того, предусматриваются панели для теплых крыш. Они выполняются из керамзитобетона толщиной 350 мм. В отдельных случаях укладываются лотки крыш толщиной 500 мм.

Замена конструкций лестниц и балконов.

При замене лестниц основное решение заключается в максимальном применении сборных элементов. Из за большой разноразмерности лестниц, а так же маршей и ступеней по ширине, высоте и числу ступеней, применяются конструкции лестниц из отдельных ступеней по косоурам и площадочным балкам. Разработан специальный сортамент для полной замены внутренних конструкций и сооружений новых лестниц. Это дает возможность составлять почти все необходимые сочетания изделий, необходимые для лестниц в реконструируемых зданиях. Исходные данные для разработки сортамента приняты следующие: высота этажей от 2,7 м до 3,9 м; ширина лестничной клетки – 2,4-3 метра, градация маршей по высоте принята 150 мм, а в горизонтальной проекции – 300 мм. Ширина ступеней – 1,05-1,15 м. Площадки можно составить из основных изделий шириной 1,15 м и длиной 2,7-3,3 метра с градацией 200 мм. В отдельных случаях применяется доборный элемент шириной 600 мм.

Таким образом, общее количество изделий для полносборных лестниц реконструируемых зданий в данном сортаменте составляет: маршей – 10, основных площадок – 4, доборных элементов – 4.

Максимальная масса одного лестничного марша при высоте этажа 3,9 метра составляет 1,5 т., а площадки наибольшего размера – 1 тонна. Поэтому для их монтажа требуются башенные краны. Если учитывать последнее обстоятельство, необходимо для реконструкции зданий применять лестничные марши из отдельных ступеней, укладываемых по косоурам и площадок из различных плит, в основном, укладываемых по балкам.

Сборные ступени применяют обычные сплошного сечения и складчатые. Последние удобны в условиях реконструкции тем, что при некоторой сдвижке можно изменять уклон марша в сторону его увеличения (уклон от 1:2 до 1:1,5). Складчатые ступени применяют как для ходьбы по верхней части складки, так и по нижней. В качестве косоуров используют железобетонные или металлические балки прокатного профиля. Железобетонные обычно выполняются в виде брусков.

Заменять конструкции балконов в зданиях традиционной постройки с кирпичными стенами целесообразно балконами из железобетонных изделий, так как металлические консоли легко подвергаются коррозии, особенно в местах выхода из толщи стены, что является опасным фактором при длительной эксплуатации балкона. Можно различить 4 конструктивные схемы балконов:

1. Представляет собой плиту, заделываемую по всей длине. Это надежная и простая конструкция, распространена в современном строительстве, но в условиях реконструкции она мало пригодна, так как требуется устройство глубокой штрабы по всей длине балкона;

2. Представляет собой усовершенствованный вариант первой схемы, только консоль предусмотрена в специальной плите. Недостаток этой схемы – трудность организации изготовления специальных железобетонных изделий при небольшом из количестве;

3. Схема балкона в виде консолей и опирающихся на них плит. Она является наиболее универсальной, конструкция допускает устройство балконов из различных железобетонных изделий заводского изготовления, то есть из перемычек и ребристых плит;

4. Представляет собой балконные консоли с обвязочной балкой и укладкой мелких плит в поперечном направлении к стене здания. Эта конструкция отличается от предыдущих внешним видом, что может иметь значение при выборе вида балкона. Кроме того, балконы собирают из более легких деталей.

Проблемой при реконструкции является заделка консолей в существующую стену. При устройстве пола балкона необходимо тщательно укладывать гидроизоляционный материал между двумя цементными стяжками, а так же продумать систему стока воды с балкона и оборудовать края балкона капельниками, чтобы предотвратить подтеки по стене.

Замена перегородок в реконструируемых зданиях.

Для замены перегородок применяют все конструкции, детали и материалы, как для нового строительства. При полной смене внутренних конструкций и наличие башенного крана, желательно применять панельные гипсобетонные перегородки. Однако из за своеобразных размеров, габаритов и контуров реконструируемых зданий, более приемлимыми являются перегородки из блоков и плит. К ним можно отнести гипсовые плиты размером 800х400х80 мм, легкобетонные блоки для помещений с повышенной влажностью размером 200х200х80 мм и кирпич. В отельных случаях применяются деревянные перегородки в виде каркаса из досок толщиной 50 мм с заполнением минераловатной плитой или плитой на базальтном заполнителе и обшивкой сухой штукатуркой или деревянными досками. Перегородки всегда опирают на балки или ригели между ними, а на плитах устанавливают на основание под полы.

При всех сопряжениях полов и стен с перегородками, особое внимание следует уделять звукоизоляционным прокладкам. В каталоге изделий предусмотрено 4 типа блоков для санитарных помещений, однако, в условиях реконструкции, чаще требуются варианты санитарных помещений, имеющие отдельно расположенные ванные комнаты и туалеты. Применение объемных санитарно-технических кабин усложняется из за того, что высота этажей старых зданий очень различна. Как правило, высота больше высоты кабины. Поэтому их стены и трубопроводы приходится наращивать после установки кабины или предварительно перед установкой. Объемные блоки санитарно-технических кабин имеют массу порядка 3 тонн. Поэтому, в тех случаях, когда установка башенного крана не предусмотрена, целесообразно применять сборные плиты стен и потолков кабин.

Для устройства вентиляционных каналов, желательно применят вентиляционные блоки. Следует помнить, что при расположении кухонных и санитарных помещений, на местах, которые они занимали до перепланировки, нужно прежде всего проверять наличие и возможность дальнейшего использования существующих стенок каналов. Их расположение, состояние на планах и развертку стен, необходимо выявить и отобразить на обмерных чертежах.

Замену заполнений проемов, оконных переплетов и дверей, проводят обычно комплектами коробок с переплетами или дверными полотнами. В основу берут сечение брусков переплетов, их соединение и конструктивные решения полотен дверей. Габаритные размеры блоков определяются в соответствии с имеющимися проемами. Проемы в старых домах имеют различные размеры как по горизонтали, так и по вертикали, причем в проемы разнятся друг от друга лишь несколькими сантиметрами. На выбор оконных заполнений очень большое влияние оказывают стилевые особенности здания различных периодов, так как даже одинаковые по размеру окна домов отличаются рисунками переплетов. Иногда возникает необходимость увеличения высоты, ширины оконных и дверных проемов или устройство из заново.

Более сложной задачей является объединение двух или трех оконных проемов первого этажа для устройства витрин во вновь размещаемом объекте нежилого назначения. При сравнительно небольших размерах размещения проема, уменьшаемые простенки по его сторонам усиливают накладками или металлическими стойками с восприятием нагрузки от перемычки с помощью коротыша. При больших размерах проемов, простенки усиливают двумя металлическими профилями, а при возможности, металлическими стойками в средней части проема.

Конструктивные решения зданий, применяемые в практике реконструкции.

Все конструктивные решения предусматривают частичную или полную смену перекрытий. Именно это и определяет подход ко всей реконструкции зданий. Прежде всего, следует выделить конструктивные решения, приемлемые при хорошем состоянии полностью деревянных перекрытий для устройства дополнительных санитарных помещений и при перепланировке домов. В местах размещения ванных комнат и туалетов, полностью разбирают заполнение между деревянными балками, затем поверх них укладывают деревянный настил из досок толщиной 50 мм или из двух слоев досок: нижний – 40 мм и верхний диагональных 25 мм. Потом устанавливают перегородки санитарного узла и в пределах перегородок выполняют конструкцию пола. Основным элементом здесь является подстилка из пергамина, а так же тщательно уложенный гидроизоляционных ковер между цементными слоями. Гидроизоляционный материал требуется поднимать по всем сторонам на 200-250 мм. Состояние такого рода перекрытия хорошо контролируются с нижнего этажа. Можно устраивать участки железобетонного негниющего перекрытия при общем сохранении полностью деревянных перекрытий. Работы выполняют методом протезирования, то есть замены отдельных пристенных частей нескольких балок негниющими накладками. Негниющие накладки можно выполнять из прокатного металла, а в отдельных слачаях использовать железобетонные элементы. Более надежной является консольная конструкция перекрытий санитарного помещения, располагаемых около санитарных стен. Здесь возможны 2 варианта: с расположением имеющихся консолей вдоль имеющихся балок и поперек. В первом случае, опору для сохраняемых частей балок делают по концам консолей, а во втором, балки опирают на горизонтальную часть консолей. Опору для сохраняемых частей балок выполняют в виде коробов из листовой стали. Участки полностью деревянного перекрытия можно заменять введением дополнительных негниющих балок в замен деревянных.

Задача частичной смены перекрытий при наличие в доме металлических балок сводится к замене деревянного заполнения между ними в требуемых границах а железобетонные.

Накатные плиты перекрытия укладывают большей частью вдоль балок на специально укрепленные по их нижним полкам уголки. Уложить плиты перекрытия непосредственно на нижние полки балок не всегда предоставляется возможным, так как расстояние между балками часто не соответствует длине плит. Иногда расстояние между балками можно немного изменить, то есть пододвинуть. При совпадении длины плит с расстоянием между балками для укладки плит с помощью подъемного механизма, приходится на время монтажа вырезать участки верхних полок, затем опускать плиту, передвигать ее в проектное положение и в конце, после укладки всех плит, вваривать вновь вырезанные участки верхних полок.

Конструкция с уголками является более целесообразной. Это подтверждается и тем, что при введении опорных уголков для опирания плит на балки, можно вместо равномерно распределенной нагрузки на балки перейти на сосредоточенные места нагружения ближе к концам или опорам балок. Это дает большой выигрыш в их работе, в особенности на изгиб, благодаря чему можно уменьшить сечение балок.

При частичной смене перекрытий, конструкцию пола можно выполнять по лагам, а в помещениях с повышенной влажностью – по плоским плитам. В качестве основания под пол можно положить второй слой ребристых плит марки ПРТ ребрами вниз, а затем заполнить расстояние до верхней полки балок монолитным легким бетоном. Возможна даже частичная смена перекрытий путем применения в качестве вертикальных опор объемных блоков санузлов.

Блоки, усиленные в необходимой степени и установленные в предварительно сделанные отверстия в деревянных перекрытиях, служат опорой в сохраняемых участках. Основным направлением при полной смене перекрытий следует считать применение крупноразмерных элементов при их монтаже с помощью башенных кранах. Перекрытия могут быть выполнены из мелко и среднеразмерных элементов и только при целесообразности подачи этих элементов через оконные и дверные проемы.

Пристройки, перемещения и надстройки здания.

Пристройки, передвижки и подъемы здания.

Пристройки можно рассматривать как добавления к большим существующим объемам, а так же как включение небольших старых зданий в новые строительные комплексы. Пристройка может являться продолжением существующего здания без устройства новой параллельной стены. Иногда устраивают параллельные стены, особенно в тех случаях, когда пристройка должна быть выше существующего здания. Одной из главных конструктивных задач при проектировании пристройки является примыкание их фундаментов и стен к старым фундаментам и стенам.

В дореволюционный период действовало особое правило устройства фундаментов на меже владений. Такие фундаменты не должны были заходить за границу участка.

Перед началом сооружения пристройки или более позднего дома предписывалось устраивать прокладку из досок, то есть шпунтовый ряд или вплотную к существующим фундаментам. Подошва нового фундамента должна быть заложена на одном уровне с существующим фундаментом. Подобная конструкция допустима при наличии у существующего здания фундамента обычного симметричного сечения. В этом случае край стены пристройки можно расположить на консольной балке, длина которой определяется размерами существующего фундамента. Если у пристройки предусматривается новая своя стена, то под нее должна быть сделана консольная плита или опорный контур из балок.

В том случае, когда фундамент пристройки нужно располагать с учетом работы грунта, то есть под углом 30⁰ от существующего фундамента, фундамент пристройки закладывают ниже уровня подошвы существующего.

Допустимы пристройки, отстоящие от существующего здания на 1 конструктивно-планировочный шаг. В этом шаге концы перекрытий опирают одной стороной на стену существующего здания, а фундамент не устраивают.

Для надежного сопряжения стены пристройки с существующей стеной, в соединительном шве удобно применять анкер скользящего типа. Без данного устройства швы могут раскрываться и устранить этот дефект или сложен, или практически невозможен.

Передвижки.

Передвижка зданий – это изменение их места с размещением на новых фундаментах. В процессе перемещения здания возможен его подъем, то есть изменение отметок этажей. Передвижку применяют в тех случаях, когда требуется сохранить существующее здание, но изменить его место расположения по градостроительным причинам. Скорость перемещения здания оставляет обычно от 8 до 20 м/ч, а сроки перемещения здания на расстояние до 100 м занимают несколько рабочих часов.

Наиболее простым по техническому решению в выполнении передвижки являются перемещения зданий в прямом направлении, совпадающие с расположением капитальных стен и сдвижением по направлению узкой стороны дома. В этом случае пути и устройства для передвижки будут наиболее простыми и дешевыми.

Несколько сложнее передвигать здания с соблюдением тех же условий, но в направлении длинной стороны, так как при более сложных устройствах передвижения увеличивается трудоемкость, следовательно, затраты на передвижку.

Принцип конструктивного решения передвижки здания следующий: здание отрезают от фундамента и в уровне среза укрепляют переносными балками, в стенах, располагаемых поперек направления передвижки это будут парные рандбалки, а в стенах, оси которых совпадают с направлением движения, опорой служат поперечные балки. Масса здания воспринимается системой ходовых, укладываемых по направлению движения, балок, движущихся по каткам и рельсовым путям.

Ходовые балки скрепляют диафрагмами. Для выравнивания малейших перекосов, которые могут возникнуть при передвижении и для фиксирования правильного расположения всех элементов передвигаемого здания по рандбалкам и поперечным балкам, на ходовых балках закладывают стальные клинья, а в отдельных случаях и домкраты.

С помощью системы домкратов осуществляют так же подъем здания для увеличения высоты нижнего этажа.

Виды надстроек и их особенности.

Надстройка – это повышение отдельных частей здания или всего здания в целом в связи с изменяющимися условиями эксплуатации или по градостроительным требованиям. По конструктивным признакам, надстройки можно разделить на 3 вида: обычные, с изменением конструктивной схемы и ненагружающие.

Обычная надстройка – это продолжение здания в высоту с сохранением его внутренней структуры, а так же особенностей габарита, несущего стенового остова. Поэтому, почти все здания традиционной постройки в 2 этажа и более можно надстраивать на 1 и 2 этажа, исходя из состояния их оснований, фундаментов и стен. На 1-2 этажа можно увеличивать высоту зданий, которые были построены 10 лет назад и более. Такие надстройки возможны в следствие уплотнения грунта в основании в процессе эксплуатации здания, причем при удовлетворительном состоянии фундаментов и запасе прочности стен.

Нагрузки с изменением конструктивной схемы здания производятся путем освобождения от дополнительной нагрузки, то есть массы надстраиваемых этажей и передачей этой нагрузки на те конструкции, которые в существующем здании не были нагружены или слабо нагружены.

Такого вида надстройки целесообразно сооружать лишь тогда, когда необходимый объем надстройки нельзя осуществить обычным способом, что должно быть показано при обследовании при подготовке к проектированию. При обычных надстройках и с изменением конструктивной схемы, обязательно предусматривают устройство поясов жесткости поверху всех старых стен для увеличения жесткости стенового остова и более равномерной передачи нагрузок от надстройки.

В зависимости от состояния кладки стен, возможных размеров пояса по вертикали, учитывая величину и распределение нагрузки, выбирают один из перечисленных видов конструкции пояса жесткости:

1. Пояс – железокирпичный малой жесткости в виде 6-8 рядов кладки с армированием стержнями диаметром 10 мм;

2. Пояс железокирпичный большой жесткости – представляет собой такую же конструкцию, но при высоте 13-20 рядов кладки;

3. Пояс железобетонный в виде двух плит в один ряд высотой;

4. Пояс железобетонный высотой 150-300 мм;

5. Железобетонный пояс с жесткой арматурой в виде прокатных профилей.

В двух последних конструкциях необходимо проверять расчетом теплозащитные свойства стены в месте пояса и в случае необходимости применять теплоизоляционные прокладки.

Усиливаемое или вновь устраиваемое перекрытие под первым надстраиваемым этажом необходимо соединить с системой анкеров и поясами жесткости для создания жесткой диафрагмы.

В надстройках с изменением конструктивной схемы или системы восприятия нагрузки от настройки на элементы существующего здания, применяют прогоны различных видов по расположению и устройству. Прогоны дают возможность перераспределить нагрузку, чтобы в полной мере использовать свойства и резервы несущего остова существующего здания.

Для достижения хороших объемно-планировочных решений, удобно применять балки-стенки, которые являются эффективными по статической работе и расходу материалов. Балки-стенки выполняют по толщине, равные перегородкам, высоту их можно назначить двух видов, то есть от верха дверного проема до потолка и на всю высоту помещения со специально предусмотренными проемами для дверей и конструктивными проемами для устройства балок. Более удобными являются балки-стенки меньшей высоты, так как в процессе эксплуатации здания они дают возможность изменения и переноса дверных проемов. Перегородка из обычных материалов под ними является так же более удобной, чем из жесткого железобетона на всю высоту. По конструкции балки-стенки могут быть полностью из монолитного железобетона с обычным армированием или их можно заранее изготовить, если позволяют условия строительно-монтажных работ на данном объекте.

Удобными являются балки-стенки в виде легких ферм из прокатных профилей или труб с обетонированием. Такие фермы служат каркасом для опалубки или сами выполняют ее роль с помощью металлической сетки при подаче бетонной смеси насосами. В них удобно размещать места для дверных и оконных проемов.

При надстройках не редко приходится усиливать фундаменты, а при ненагружающих надстройках требуется сооружать специальные фундаменты для новых опор надстраиваемой части. Для этого учитывают условия расположения опор и особенности их сооружения.

Простой конструкцией является монолитный массивный фундамент под колонну. При этом в месте его расположения в существующем фундаменте предусматривают проем, перекрываемый балками. Другой конструкцией фундамента под колонны являются буронабивные или корневые сваи. Однако, такие конструкции являются значительно дороже предыдущих. Колонны надстройки можно устанавливать вплотную к конструкциям здания, но они не должны оказаться причиной их осадки и деформации. Колонны при ненагружающих надстройках применяются сборные железобетонные, а при больших нагрузках – монолитные. В отдельных случаях применяются металлические стойки. Если при возведении ненагружающей надстройки устраивают платформу основания, то как в любой каркасной схеме ее можно выполнить продольными или поперечными главными балками. Решение зависит от вида надстраиваемого здания, его конструктивной схемы и габаритов.

При выборе схемы предпочтительнее назначать разные размеры или пролеты главных балок. Количество главных балок всегда бывает меньше, чем других составных частей конструкции платформы, а из-за больших нагрузок для них требуется индивидуальное решение.

Второстепенные балки и плиты можно применять согласно каталогов. Главные балки платформы оказываются исходя из нагрузки, действующей на них, достаточно больших сечений. Их высота достигает 2-2,5 метра и допускает устройство технического этажа, отделяющие старые здания от надстраиваемых этажей. Технический этаж в надстройках, не повторяющий планировку и внутреннюю организацию существующих, необходим для размещения переводов вентиляционных каналов, труб, кабелей и для сопряжения верхних этажей с нижними. Поэтому при конструировании главных балок необходимо предусматривать отверстия в них для возможности свободного прохода по всей площади технического этажа.

Когда конструкции надстраиваемых этажей выполняют с помощью балок-стенок, перекрытия можно опирать на поэтажные балки или укладывать на верхний пояс. В отдельных случаях перекрытие укладывается на нижний пояс.

Таким путем, можно в двое сократить количество балок, устанавливая их через этаж. Если при ненагружающей надстройке предусмотрена полная смена перекрытий существующего здания, то уместны другие конструктивные решения:

1. Можно заменить внутренние конструкции путем применения несущих стеновых панелей и несущую систему продлить вверх, то есть в надстраиваемые этажи;

2. Возможен метод подъема перекрытий как для замены существующих, так и для возведения новых.

Если перекрытия надстраиваемого здания сохраняют, то при пропуске через него колонны для надстраиваемых этажей, они служат для гашения продольного изгиба колонн. В местах прохода колонн устраивают гильзы, то есть не предусматривают непосредственно соединение колонн с существующим перекрытием. В тех случаях, когда колонны надстраиваемых этажей размещают вне здания, приходится заботится о жесткости каркаса. Для этой цели используют ограждения лоджий, образующейся между колонной и стеной здания.

Схемы конструкции целесообразно изменять при необходимости повышения несущей способности и повышения эксплуатационных характеристик в целом. Однако, этот способ приводит к увеличению усилий в отдельных элементах и необходимости их местного усиления. Изменение схемы конструкции с целью усиления подразумевает изменение конструктивной схемы всего каркаса в результате чего меняется расчетная схема. Такой способ наиболее оправдан при значительном увеличении нагрузки на всю конструкцию или на каркас здания.

Изменение конструктивной и статической схемы можно выполнять следующими способами:

1. Установка дополнительных связей, диафрагм, ребер жесткости, установка дополнительных распорок по колоннам при гибкости более 80, диафрагм по длине колонны, устройства дополнительных разгружающих продольных ферм покрытия, постановка в стенки балок дополнительных ребер для повышения ее местной устойчивости;

2. Подведение дополнительных опорных стоек. Позволяет уменьшить пролет балочной системы и за счет этого в 2-3 раза повысить несущую способность балок и ферм. Введение дополнительных опор возможно при наличии свободного пространства под усиливаемой конструкцией и благоприятного состояния фундамента под существующими опорами;

3. Подвешивание существующей конструкции к дополнительным опорным конструкциям (желательно использовать для ригелей покрытия и пролетных строений галереи);

4. Превращение статически определимых однопролетных балочных систем в неразрезные многопролетные или в однопролетные статически определимые системы путем замоноличивания опорных узлов или превращение шарнирного опирания колонны в фундамент в заделку;

5. Введение новых стержневых элементов или систем для изменения схемы конструкции. Применение шпренгелей в ригелях и колоннах дает возможность повысить несущую способность конструкции на 40-60%;

6. Подведение дополнительных ферм или устройство только решетки и нижнего пояса с одновременным замоноличиванием опорного узла в балках применяется при необходимости демонтажа промежуточной опоры и дает возможность превратить подкрановую балку фермы, увеличить пролет подстропильных ферм и пролетное строение галереи;

7. Установка в фермах дополнительных элементов в виде шпренгелей с целью уменьшения расчетных длин сжатых стержней и для восприятия местной нагрузки;

8. Включение в работу стропильных ферм существующих или вновь устанавливаемых светоаэрационных фонарей в пролете ферм или над промежуточными опорами с замоноличиванием опорных узлов ферм. Данный способ позволяет повысить несущую способность ферм покрытия на 20-30%. Для надежного включения элементов фонаря в работу ферм, необходимо провести усиление узлов его опирания на ферму или элементов самой конструкции фонаря;

9. Изменение вида решетки ферм или решетчатых опор позволяет разгрузить элементы существующей решетки, имеющие недостаточную несущую способность и повысить жесткость всей конструкции;

10. Устройство защемления опорных узлов шарнирно опертых на колонну балок, включая ригели поперечных рам в производственных зданиях, повышает жесткость всего каркаса и снижает пролетный момент. Этих целей можно достичь либо за счет замоноличивания опорных узлов балок, либо путем постановки дополнительных подкосов. Благодаря полному защемлению балки или фермы на 2-х или одной опоре, пролетный момент может быть уменьшен в 2-3 раза, опорный – в 1,5 раза, а деформативность снижается в 2,5 раза. Эффект защемления балок при равномерно распределенной нагрузке представлен в таблице.

Схема балки	μ, %	f, %
Однопролетная, свободно опертая	0/100	100
Однопролетная, защемленная на опоре	67/33	20
Однопролетная с одной защемленной и другой свободно опертой	44/56	40

В числителе дроби приведены опорные моменты, в знаменателе – пролетные.

Следует учитывать, что добиться полного защемления практически невозможно, поэтому даже частичное упругое защемление разгружает балку или ригель поперечника. Жесткость поперечных рам можно повысить путем установки оттяжек. Необходимо иметь в виду, что оттяжки увеличивают площадь застройки, создают неудобства в работе предприятий и требуют устройства сложных анкерных систем.

11. Введение шарниров в рамные и неразрезные балочные системы применяется для повышения несущей способности опорных зон примыкания ригелей к стойкам в рамных системах и неразрезных балках в случае появления значительных непрогнозируемых осадок и просадок фундамента. Введение шарниров в рамы приводит к снижению жесткости рамы, что в ряде случаев необходимо компенсировать постановкой дополнительных связей. Кроме того, изменение статической схемы ригеля требует его усиления;

12. Введение затяжек в распорные системы и подвеска к стойкам рам ограждающей конструкции снижают пролетный момент в ригеле за счет разгружающего влияния дополнительного изгибающего момента.

Усиление способом изменения сечения.

В тех случаях, когда несущая способность каркаса или конструкции определяется одним или несколькими элементами (прочностью или устойчивостью стержней) целесообразно проводить не общее усиление, а увеличить сечение наиболее слабых элементов. При этом площадь сечения усиливаемого элемента (А₀) с расчетным сопротивлением R_y0 увеличивается дополнительным элементом с площадью А_r и соответственно увеличиваются другие геометрические характеристики сечения. Эффективность усиления может быть оценена коэффициентами:

- k_y=(G/G₀)(N/N₀);

- k_y=(G/G₀)(M/M₀);

- для центрально сжатых элементов: k_y=(G/G₀)(Y_x/Y_x0)^1/2(A/A₀)^1/2;

- для внецентренно сжатых элементов при необходимости усиления с целью повышения устойчивости в плоскости действия изгибающего момента: k_y=(G/G₀)(e/e₀)(A/A₀)^3/2(Y_x/Y_x0)^3/2(W_x/W_x0);

- для внецентренно сжатых элементов при необходимости усиления с целью повышения устойчивости из плоскости действия изгибающего момента: k_y=(G/G₀)/////

В данных формулах коэффициенты – это соответственно моменты инерции, моменты сопротивления, площади сечения, массы элементов, эксцентриситеты продольных сил до усиления и после усиления.

Чем больше k_y, тем эффективнее усиление. С целью обеспечения безопасности работ по усилению необходимо, чтобы фактические максимальные напряжения в усиливаемых конструкциях были меньше R_y0. В противном случае требуется предварительная разгрузка конструкции.

Усиление балок.

Наиболее рациональными по расходу стали являются двухсторонние симметричные или близкие к симметричным схемы усиления с расположением усиливающих элементов по возможности дальше от центра тяжести первоначального сечения балки. Как правило, усиление балок нет необходимости проводить по всей ее длине. Можно ограничится только участком с максимальным изгибающим моментом. Усиление составных балок с ребрами жесткости требует либо вырезки ребер, либо точной подгонки элементов усиления по длине панели, а при необходимости, усиление верхней зоны стенки в связи с увеличением местных нагрузок.

Подкрановые балки можно усиливать путем укладки по верхнему поясу дополнительного элемента из прокатного колонного профиля, работающего по неразрезной схеме и соединенного с балкой на болтах или сварке. Для повышения несущей способности верхней зоны стенок подкрановых балок с режимами работы кранов 1К-5К (легкого и среднего режима) и повышения местной устойчивости стенки, усиление можно производить ламелями, прикрепляемыми к балке болтами (к стенке), а к верхнему поясу, к ребрам жесткости – сваркой. Верхняя кромка ламелей должна быть плотно подогнана к верхнему поясу. Болты ставятся конструктивно в соответствии со СНиПом.

Усиление подкрановых балок с усталостными трещинами в верхних зонах стенки рекомендуется лишь при режимах работы кранов 6К-8К (тяжелый режим) и то, как временное, то есть в случае отсутствия возможности быстрой замены их на новые, а для других режимом работы кранов это усиление может являться капитальным.

В сварных подкрановых балках с режимами работы кранов 6К-8К при необходимости снизить напряжение от местного кручения и увеличить ресурс балки по выносливости целесообразно устанавливать ламели к верхнему поясу балки. Ламели крепятся к поясу конструктивным швом, а к ребрам жесткости, включая дополнительные ребра из уголков, расчетным швом с полным проплавлением.

Усиление ферм, рам и арок.

При усиление центрально растянутых элементов рассматриваемых конструкций необходимо стремиться к сохранению как центровки в узлах основных конструкций, так и положения центра тяжести сечения после усиления путем установки дополнительных элементов в требуемой площади. Крепление элементов усиления в пределах основного стержня для конструкций 3 и 4 групп может проводится прерывистым шпоночным сварным швом или на болтах для конструкций 1 и 2 групп. Усиление конструкций 1 и 2 групп с большими деформациями и повреждениями производится комбинированным способом, то есть сплошным швом и на болтах. При усилении центрально сжатых стержней необходимо располагать элементы усиления таким образом, чтобы максимально увеличить радиус инерции сечения при минимальном смещении центра тяжести. Если усиление производится из за недостаточной устойчивости, но прочность основного сечения обеспечена, то усиливающие элементы можно не доводить до примыкающих узлов.

Усиление внецентренно сжатых колонн и стоек.

При усилении этих конструкций желательно одновременно увеличивать их площадь сечения и момент инерции. Учитывая существующее влияние эксцентриситета продольной силы на несущую способность, следует использовать способы усиления, которые приводят к уменьшению эксцентриситета или хотя бы не увеличивают его. Это достигается несимметричным усилением.

Усиление соединений.

Сварные соединения.

Стыковые швы, выполняемые на всю толщину соединяемых элементов, усилению не подлежат, так как наплавка металла не увеличивает расчетную высоту шва, а создает дополнительную концентрацию напряжений. При необходимости усиления таких швов нужно переходить на другие методы и виды соединений.

Усиление угловых швов, находящихся под нагрузкой, возможно при выполнении следующих условий:

- для шва: τσ­_W≤0,6R_wfγ_wf;

- для основного металла σ≤0,6R_y0.

Усиление главных швов можно производить путем их удлинения или увеличения катета. При увеличении длины швов может оказаться необходимо введение дополнительных элементов. В таком случае, когда удлинение швов не дает нужного результата, нужно увеличить катет существующих швов. При этом следует иметь ввиду, что во время наплавки из работы выключаются участки шва, разогретые до температуры 550⁰С и выше.

Болтовые и заклепочные соединения.

Усиление обычных болтовых соединений возможно путем замены болтов нормальной прочности на высокопрочные с предварительным натяжением или существующих болтов такими же, но более высокого класса по прочности или большего диаметра. В отдельных случаях допускается увеличения количества болтов. Усиление клепаных соединений производится заменой заклепок высокопрочным болтами диаметром 20-27 мм с предварительным натяжением. При частичной замене заклепок нельзя создавать смешанное клепано-болтовое соединение, в котором болты располагались бы по одну сторону продольной оси симметрии элемента, а заклепки по другую. Замену можно производить только полностью для одного или нескольких поперечных рядов заклепок.

Необходимость усиления для повышения ресурса по выносливости возникает обычно у подкрановых балок с режимом работы 6-8К. Для сварных балок эта задача может решаться путем увеличения сечения верхней зоны балок за счет установки ламелей, что приводит к снижению локальных напряжений стенки балки от местного кручения. Повышение выносливости верхней зоны стенки обеспечивается постановкой более мощного кранового рельса, а так же укладки под рельс низкомодульной прокладки из армированной резины, постановкой между подошвой рельса и поясом балки тангенциальной прокладки, исключающих появление эксцентриситета между осью рельса и стенкой балки и обеспечивающего равномерную передачу давления рельса крана на стенки балки.

Выносливость балок можно повысить путем искусственного регулирования напряжений, когда изменяя амплитуду циклических напряжений, меняют в благоприятную сторону коэффициент асимметрии, а соответственно, усталостную прочность материала балки. Этой же цели добиваются путем деконцентрации напряжений.

Усиление нагрузок под нагрузок с помощью сварки возможно только в том случае, если абсолютное наибольшее значение напряжений в усиливаемом элементе не будет превышать следующих величин:

- для группы сварных конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (подкрановые балки при режиме работы 7К-8К, элементы бункерных и разгрузочных эстакад) – σ₀≤0,2R_y0;

- для элементов сварных конструкций, непосредственно воспринимающих нагрузку, но не входящих в первую группу (крановые балки для кранов с режимом работы 1К-6К, пролетные строения галерей, балки рабочих площадок) – σ₀≤0,4R_y0;

- для всех остальных элементов – σ₀≤0,8R_y0.

Если эти условия не выполняются, то до начала усиления нужна разгрузка конструкции до соответствующего уровня. При конструктивном оформлении усиления необходимо:

- обеспечить надежную работу как основных элементов, так и элементов усиления, в том числе по общей и местной устойчивости;

- необходимо обеспечивать неизменяемость сечения (установка ребер и диафрагм);

- назначать места обрыва элементов усиления;

- не допускать резких концентраций напряжения;

- принимать решения, позволяющие производить качественную антикоррозионную защиту элементов конструкций.

При проектировании и усилении необходимо соблюдать следующие требования:

1. Элементы усиления необходимо располагать таким образом, чтобы не нарушать центровку элементов в узлах стержневых систем, а так же не изменять положение центра тяжести основного элемента;

2. При усилении под нагрузкой запрещается накладывать сварные швы поперек растянутых усиливающих элементов, а катет сварного шва при одном проходе должен быть не более 6 мм;

3. При накладки дополнительных слоев на существующие швы, необходимо ограничивать нагрев. Для этого применяют электроды диаметром не более 4 мм, слой толщиной до 2 мм наплавляют при сварочном токе от 200 до 220А участками по 50-70 мм с перерывами для остывания. Сварку каждого последующего слоя шва производят после полного охлаждения раннее выполненного шва до температуры не более 100⁰С;

4. Сварка спокойной и полуспокойной стали толщиной до 30 мм производится при температуре окружающего воздуха не ниже -15⁰С;

5. Для снижение опасности хрупкого разрушения сварных соединений при пониженных температурах, новые швы следует располагать по возможности дальше от мест существующей концентрации напряжений (изменение сечений, вырезы, ребра). Расстояние между параллельными угловыми швами должно быть не менее 100 мм (такое же расстояние должно быть между новыми стыковыми швами и существующими швами крепления ребер). В остальных случаях следует придерживаться расстояния между швами не менее 4-6 толщин элементов, к которым привариваются новые детали. В местах пересечения швов должно быть выполнено отверстие диаметром 20-30 мм;

6. При производстве сварочных работ по усилению балок и ферм во избежании дополнительных остаточных прогибов, в первую очередь выполняют швы, крепящие детали усиления к нижнему поясу, а в последнюю – к верхнему. С целью уменьшения прогибов гибких сжатых элементов при сварке швы следует накладывать участками по 50-80 мм с перерывами для их остывания.

Присоединение новых элементов сваркой рекомендуется производить в следующей последовательности:

1. Установка нового элемента и крепление его с помощью струбцин;

2. Приварка на сварных прихватках длиной 10-20 мм через 300-500 мм;

3. Сварка от концевых участков к середине;

4. Установка новых болтов и анкерных устройств;

Присоединение новых элементов усиления на болтах необходимо вести с минимально возможным ослаблением сечения основного элемента. Для этого сначала следует прикрепить болтами концы деталей усиления, а затем выполнить промежуточное усиление. Сверлить каждое следующее отверстие необходимо только после установки болта в просверленное.

Комбинированное соединение равной жесткости (болтовое или заклепочное в комбинации со сварным) выполнять запрещается. Применение высокопрочных болтов в узлах с передачей на них одновременно сдвигающих и отрывающих усилий не допускается. Высокопрочные болты устанавливают не позже, чем через трое суток после очистки контактных поверхностей деталей (новые детали и основная конструкция). Коэффициент трения рекомендуется применять 0,35. Основные требования монтажной технологичности при проектировании усиления являются:

1. Необходимость обеспечения беспрепятственной загонки деталей усиления при их установке в проектное положение;

2. Доступность мест для выполнения и контроля качества всех технологических процессов и операций;

3. Обеспечение собираемости конструктивного приема.

Желательно также исключение ………….., отсутствие или …., удаление и последующему восстановлению отдельных элементов, минимальное количество и максимальная заводская готовность элементов усиления, удобство установки и временного закрепления элементов усиления, транспоратбельность, устойчивость, неизменяемость и жесткость элементов усиления; отсутствие или минимум работ по сбору и индивидуальной подгонке элементов усиления, а так же по сверлению и рассверловке отверстий в усиливаемых конструкциях.

Расчет усилений металлических конструкций.

При расчете конструкций, усиливаемых под нагрузкой, необходимо учитывать уровень загружения существующих элементов и последовательность включения в работу дополнительных деталей, начальные и дополнительные деформации основных конструкций, возникающие на стадии усиления.

Принятая расчетная схема усиливаемых конструкций должно отражать текущее состояние и действительные условия работы, выявленные при обследовании. В зависимости от уровня напряжения в существующих конструкциях принимается решение о необходимой степени их разгрузки (полной или частичной). Методика оценки несущей способности конструкции рассматривается для двух периодов: А и Б.

Для периода работы конструкции А (не более, чем на 3 года предстоящей эксплуатации) допускается уменьшать значение снеговых, ветровых и температурных нагрузок как для стадии усиления при новом строительстве и принимать пониженное значение нагрузок в тех случаях, когда нормы допускают применение двух значений.

Нормативные значения эквивалентных равномерно распределенных нагрузок от оборудования и складируемых материалов принимается по фактическим величинам не менее 3 кПа для плит и второстепенных балок и не менее 2 кПа для ригелей и колонн.

Нормативное значение кратковременных нагрузок для периода работы конструкции Б (более 3 лет), определяются по нормам, а расчетное значение снеговой и ветровой нагрузок согласно СНиП «Нагрузки и воздействия». При проверке прочности и устойчивости несущих конструкций коэффициент условия работы принимается по нормам. В расчетах на общую устойчивость коэффициент принимается равным 0,9. Коэффициент надежности по назначению принимается для обоих периодов работы как для конструкций 3 класса ответственности и составляет 0,8, если продолжительность работ по реконструкции не превысит 3-х лет.

При наличии сертификатов на сталь, инженерно-механические характеристики определяются согласно этому документу, а при отсутствии – на основе механических испытаний. В зависимости условий эксплуатации и допустимости использования пластической стали при работе материалов конструкции, в процессе усиления элементы подразделяются на 4 группы.

Группа 1 – сварные конструкции, работающие в особо тяжелых условиях эксплуатации – подкрановые балки и др. В этих конструкциях допускается учитывать пластические деформации, а остаточные деформации принимаются равными нулю. Расчеты в этом случае производятся только в упругой стадии работы стали.

Группа 2 – конструкции, работающие на подвижные и динамические нагрузки и не входящие в первую группу. Относительные остаточные деформации нормируются в пределах 0,001.

Группа 3 – элементы конструкций, работающие на статическую нагрузку кроме элементов, в которых не удовлетворяются требования норм по обеспечению общей и местной устойчивости в процессе развития пластических деформаций. Для этих конструкций остаточные деформации принимаются равными 0,002.

Группа 4 – элементы конструкций, которые работают на статическую нагрузку и не вошедшие в 3 группу. Для них остаточные деформации принимаются равными 0,004.

При усилении конструкций 3 группы в случае использования мероприятий по обеспечению местной и общей устойчивости (установка ребер, диафрагм, связей) их можно рассчитывать как элементы 4 группы.

Расчет конструкций, работающих в условиях низких температур (-40⁰С и ниже) с целью обеспечения их надежности целесообразно производить с учетом только упругой стадии работы стали.

При ограничении работы технологического оборудования или при замене на новое, а так же при замене ограждающих конструкций на более легкие, загруженность конструкций уменьшается без изменения схем их работы.

Расчет при косвенном усилении и изменении схемы конструкции.

Расчет при косвенном усилении производится с учетом фактических нагрузок, действительной схемы работы конструкции, установленных геометрических характеристик сечения и механических свойств стали. Статический расчет конструкций, усиленных путем изменения расчетной и конструктивной схем без полной разгрузки, выполняется в 2 этапа:

- нагрузки, действующие во время работ по усиления

- нагрузки, действующие по завершению усиления.

Применение способов подведения дополнительных опор под существующие конструкции в том числе гибких арок, приводит не только к уменьшению пролета усиливаемых конструкций, но и к уменьшеию……… и к появлению неразрезности или увеличению степени статической неопределимости.

Последнее обуславливает в балочной схеме и в самой балке изменение знаков усилия в опорных сечениях и появление дополнительной опорной реакции. Появление сжимающих усилий в верхней зоне балок и ферм может вызвать необходимость постановки дополнительных связей, а при новой опорной реакции становится целесообразно местное усиление опорных сечений.

При подведении подкосов к балкам, система превращается в подкосно-рамную, в усиливаемой конструкции появляются продольные усилия, поэтому ее необходимо проверить на прочность с учетом нового усилия и на общую устойчивость.

Способ замоноличивания опорных сечений в балках и фермах приводит к превращению однопролетных систем в неразрезные. Введение дополнительных элементов в работу усиливаемых конструкций приводит либо к превращению существующих систем в статически неопределимые, либо к повышению степени их неопределимости. При введении шпренгеля происходит перераспределение усилий в конструкциях. Необходимо иметь ввиду, что включение в работу ферм светоаэрационных фонарей, расположенных в пролете, равноценно введению в существующую конструкцию местной шпренгельной системы. Включение в работу ферм фонарей, расположенных над средними опорами, при одновременном замоноличивании опорных сечений превращает ригель в балочную неразрезную систему с увеличенной жесткостью на участке фонаря.

При изменении типа решетки в фермах и колоннах происходит превращение усиливаемой конструкции во внутреннюю статически неопределимую. Статический расчет такой системы проводится методом сил с учетом фактической жесткости решетки. В случае постановки в фермах дополнительных элементов в виде шпренгелей с целью восприятия местной нагрузки или уменьшение расчетной длины сжатых стержней требуется, чтобы элементы усиления имели достаточную жесткость, что обеспечивается следующим условием:

0,5l₀³/(EI₀)≥50c

c=l_r/(EA_rsin²α)

I₀ и l₀ – это момент инерции и фактическая длина раскрепляемого стержня;

С – податливость системы;

A_r, l_r – площадь и длина элемента усиления, α – угол между раскрепляемым и усиливающим стержнями.

Если раскрепляемый элемент имел местную погибь, то его устойчивость проверяется после постановки усиливающего стержня с учетом фактического искривления. Заделка шарнирного сопряжения колонны с ригелем увеличивает степень статической неопределимости на количество вновь введенных связей. Постановка оттяжек в поперечной раме равносильна введению в верхней части упругой опоры. При введении дополнительной затяжки статический расчет ригеля должен производится с учетом ее грубой податливости.

Расчет элементов конструкций при их усилении способом увеличения сечения.

Расчет прочности элементов в зависимости от их принадлежности к той или иной группе по предельной норме развития пластических деформаций производится для конструкций второй и третьей групп в виде проверки прочности по критерию краевой текучести. Для элементов четвертой группы проверка прочности производится по критерию развития пластических деформаций. При оценке прочности развития пластичности в сечении усиливаемого элемента допускается, но ограничивается введением специальных коэффициентов: γ_N, γ_M, гарантирующих уровень пластических деформаций в пределах ε=0,0004. Значения γ_N, γ_M принимаются в зависимости от схемы усиления, а так соотношению прочностных характеристик стали, уровня и условия нагружения. Прогибы усиливаемых элементов определяются в общем виде с помощью формулы: f=f₀+f_W+Δf, где f₀ – начальное отклонение или прогиб, определяется по данным обследования, либо расчетом элементов на действие начальных нормативных нагрузок по фактическим геометрическим характеристикам сечения усиливаемого элемента, f_W – дополнительное отклонение или прогиб при усилении с помощью сварки, Δf – приращение перемещения от нормативных нагрузок, приложенных после усиления.

Проверка прочности балок по критерию текучести производится по следующей формуле:

M/W_п≤R_y0γ_cγ_M

M=M₀+M_r, где

W_п – момент сопротивления усиливаемого сечения.

Проверка прочности конструкций четвертой группы по критерию распределения пластических деформаций производится по формуле:

M≤[M]c_τγ_c

[M]=[A_ocy_oc+A_opy_op+α(A_rcy_rc+A_rpy_rp)]R_yo­γ_M

A_oc=0,5[A₀-α(A_rc-A_rp)], где

A_oc - площадь нетто сжатой зоны усиливаемого сечения

A_op – площадь нетто растянутой зоны

A_rc, A_rp - площади нетто элементов усиления, расположенных соответственно со стороны сжатой или растянутой зоны. Для несимметричных односторонних схем усиления со стороны сжатых или растянутых фибр принимается равным A_op=0, A_rp=0

Все y – это расстояния от центров тяжести ребер до нейтральной оси усиливаемого элемента.

γ_М=0,95 для симметричного усиления, γ_М=0,95-2β₀(α-1) – при одностороннем усилении со стороны растянутых фибр, γ_М=0,95-0,1(α+β₀-1) – со стороны сжатых фибр.

α=R_уr/R_y0 – соотношение расчетных сопротивлений стали усиливающего и основного элементов;

с_τ – это поправочный коэффициент, учитывающий влияние поперечных сил. Для двутаврового сечения принимается равным 1, при условии, что τ≤0,4R_s0. Кроме того, для остальных сечений с_τ определяется с учетом того, что τ>0,4R_s0:

R_s0 – расчетное сопротивление срезу усиливаемого элемента, которое определяется по формуле:

R_s0=0,58R_yr0/γ_M0, где

R_yr0 – расчетное сопротивление по пределу текучести усиливаемой конструкции, γ_M0=1,1.

Проверка прочности на срез стенки на действие местных и приведенных напряжений проводится согласно СНиП, но с учетом изменившихся характеристик сечения. Деформативность балок проверяется по формуле:

f/l≤[f/l].

Предельный прогиб проверяется либо по нормам, либо устанавливается на основе исследований фактической работы балок в конкретных условиях эксплуатации должна обеспечивать нормальную эксплуатацию и определяется с учетом прогиба от сварки: f_w=[aVl_r(2l=l_r)Σn_iy_i]/8I, где

l_r – длина элементов усиления,I – момент инерции усиливаемого сечения, n_i­ – расстояние от i-того шва до нейтральной оси усиливаемой балки, n_i – коэффициент, учитывающий начальное напряженно-деформированное состояние балки и схему ее усиления.

Где u – принимается равным 1,5 – это для швов, расположенных в растянутой зоне сечения, 0,7 – при оценке устойчивости, 1 – для швов, расположенных в растянутых и сжатых зонах; ξ_i – коэффициент, характеризующий уровень начальных напряжений в зоне i-того шва в наиболее нагруженном сечении, определяется по следующей формуле: ξ_i=

- расстояние от нейтрального укороченного элемента от наложения одиночного шва;

V- это параметр, характеризующий продольное укорочение элемента от наложения одиночного шва;

k_f - катет шва при усилении;

a - средний коэффициент прерывистости шпоночного шва, равный отношению длины шва к шпонке к шагу шпонке. Для сплошных швов принимается равным 1.

При необходимости увеличения прочности стенки балки, работающей на статические нагрузки, и повышения ее местной устойчивости, можно установить наклонные ребра, которые допускается располагать вдоль диагоналей растянутой и сжатой зон. Размеры наклонного ребра определяются следующим образом:

- ширина ребра

- толщина ребра

- момент инерции ребра:

При необходимости увеличения местной прочности верхней зоны балок, работающих на статическую нагрузку, и повышения местной устойчивости стенок, необходимо провести расчет верхней зоны стенки. В этом случае высота листа будет определяться как:

А толщина листа назначается из условия прочности верхней зоны стенки от местных нагрузок. Местные напряжения в балке с учетом действия силы F определяется по формуле:

Где h_wef принимается по нормам, а стенка проверяется на местную устойчивость с учетом эквивалентной высоты сечения по формуле:

- принимается равным 0,9.

При усилении подкрановых балок с режимами работы кранов 7К и 8К рекомендуется оценивать ресурс балок по выносливости, то есть находить их расчетную долговечность.

Допустимое число нагружений сварных подкрановых балок определяется усталостным ресурсом верхней зоны стенки у поясного шва по формуле:

N₀- принимается равным 9,5_*10⁶ и соответствует точке перелома кривой Веллера;

- предельное напряжение сварных балок, соответствующее неограниченной долговечности и принимается равным 45МПа;

- параметр кривой усталости отказа балок. Принимается равным 76,1;

- среднестатическое напряжение в верхней зоне стенки от фактической крановой нагрузки. Определяется по формуле:

Составляющая вычисляется от среднестатистической крановой нагрузки, характеризуемой давлением колес крана F_экс, либо могут быть получены по данным измерений в течении нескольких суток. Допускается определять давление по следующей формуле

- нормативное значение давлений колес крана, принимаемая по ГОСТ на соответствующий кран;

- понижающий коэффициент, принимаемый для большинства кранов 0,7.

Пригодность подкрановой балки определяется сравнением эксплуатационного числа нагружений с ресурсом: N_э≤N_r.

Число циклов нагружений устанавливается по наблюдениям частоты движения крана в течении 15-30 суток. Среднестатистическая величина умножается на весь предшествующий до усиления период эксплуатации.

При недостаточном ресурсе сварных подкрановых балок желательно снизить уровень местных напряжений в верхней зоне стенки и в случае невозможности прямого усиления сечения балок целесообразно применять улучшенный способ крепления подкранового рельса, то есть установить тангенциальные или низкомодульные прокладки. В случае появления усталостных повреждений в верхней зоне стенки сварных подкрановых балок с режимами работы кранов 6К-8К, можно существенно продлить срок их нормальной эксплуатации, усилив верхнюю зону ламелями. Смысл этого способа заключается в том, что постановка ламелей, прикрепляемых к верхнему поясу и поперечным ребрам, создает жесткий на кручение брус швеллерного сечения, в которых реакция от местного крутящего момента передаются на все сечения балки через ребра жесткости, стенка же при этом практически выключается из работы, а значение напряжений σ_Fy резко уменьшается. Учитывая, что удельный вес этих напряжений достигает 30% и более, за счет такого способа можно повысить ресурс подкрановых балок с усталостными повреждениями в 2-4 раза.

При усилении по этому способу h листа принимается (1/8-1/10)а, где а – шаг поперечных ребер. Минимальная толщина ламелей назначается в соответствии с указаниями норм как для пластин с неокаймленным свесом. Расстояние а принимается с учетом фактической ширины ребер и расположения отверстий для крепления рельсов.

Ресурс балки, усиленной ламелями, определяется выносливостью одностороннего сварного шва, прикрепляющего ламели к ребрам. Ресурс сварного шва N_w определяется в зависимости от коэффициента α:

	2,55	2,15	1,84	1,71	1,61	1,46	1,36	1,26	1,19	1,08	1
Nw, млн. циклов	0,3	0,5	0,8	1	1,2	1,6	2,0	2,5	3,0	4,0	5,0

Коэффициент α вычисляется по формуле:

- расчетное сопротивление по выносливости данного типа соединения. Принимается по СНиП.

- коэффициент, принимается равным 1,1

- равнодействующая срезающих напряжений в сварном шве крепления ламелей к ребрам. Вычисляется по следующей формуле:

- составляющая, вызванная нормальными напряжениями из за невозможности депланации сечения усиленного пояса в месте крепления к ребрам. Определяется по формуле:

- составляющая от общего кручения усиленного пояса, вычисляется по формуле:

В данной формуле М_t будет определяться следующим образом:

е – фактический эксцентриситет, принимаемый по материалам обследования, но не менее 15 мм;

с – расстояние до центра кручения усиливаемого пояса; определяется как

Момент инерции I_f будет определяться по следующей формуле:

Сумма собственных моментов кручения рельса I_t и верхнего пояса ламелей I_f находится по фактическим данным.

β_а=β_t=1

Для многоколесных кранов при минимальном расстоянии между колесами больше, чем шаг поперечных ребер значения коэффициента β_а, если же расстояние между колесами меньше, чем шаг поперечных ребер, то значения коэффициентов β_а и β_t принимаются по таблице:

а, м	1,2	1,5	2,0
βа	1,05	1,28	1,56
βt	1,1	1,43	1,65

Величина β_л зависит от соотношения а/2r и принимается по таблице:

а/2r	0,2	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	3,0
βл	0,06	0,12	0,15	0,17	0,20	0,23	0,25	0,28	0,33	0,37	0,41	0,45	0,48	0,61
γл	0,2	0,38	0,46	0,54	0,60	0,66	0,72	0,76	0,83	0,89	0,92	0,95	0,96	1,0

Проверка прочности стенки усиленной балки выполняется в соответствии со СНиП, а проверка ресурса производится с учетом изменившихся геометрических характеристик, при этом напряжения от местного кручения определяются по формуле:

Расчет усиления стержней ферм и центрально сжатых стоек.

Проверка прочности стержней по критерию текучести в случаях усиления под нагрузкой является условной, так как наличие начальных и сварочных деформаций предопределяет упруго-пластическую работу усиленных элементов и фактически отвечает критерию малых пластических деформаций. Эту проверку для центрально растянутых или центрально сжатых симметрично усиленных элементов можно выполнить по следующей формуле:

- коэффициент, учитывающий уровень и знак начальных напряжений. Принимается равным 0,95 при усилении без сварки и 0,95-0,25β₀ при усилении с помощью сварки;

R_y – расчетное сопротивление стали.

При несимметричном усилении, когда за счет смещения центра тяжести, когда появляются в общем случае дополнительные изгибающие моменты:

Х,У – расстояния от центра тяжести усиленного сечения до наиболее напряженной точки сечения.

При значении (N/A_nR_y0)>0,6, величина γ_N, γ_m принимается равными 1.

Проверка прочности по развитию пластических деформаций производится по формулам:

- для центрально растянутых и центрально сжатых симметрично усиленных элементов: ;

- для элементов с несимметричным усилением: .

Значения γ_n принимается равным значению γ_m=0,95 – для усиления без сварки, для усиления со сваркой γ_n=0,95-0,1(α+β₀-1).

Формула

- абсолютные значения усилий в стержне после усиления.

А_on, A_rn – площадь сечения брутто основного и усиливающего элемента.

Расчет на устойчивость симметрично усиленных сжатых стержней ферм и сплошностенчатых стоек производится по следующим формулам:

- принимается по нормам с учетом изменившихся геометрических характеристик сечения;

R_y – осредненное значение расчетного сопротивления, определяется по формуле:

При близких характеристиках стали R_y принимается равным R_y0, а γ_с=0,9.

При несимметричном усилении в стержнях возникают добавочные изгибающие моменты от смещения центра тяжести сечения относительно осей действия продольной силы. Поэтому расчет на устойчивость производится как для сжато-изогнутых или внецентренно сжатых стержней.

Расчет усиления внецентренно сжатых колонн и стоек на прочность выполняется в зависимости от допустимого критерия работы стали. Устойчивость внецентренно сжатых колонн сплошного сечения в плоскости действия момента выполняется по формуле:

γ_с принимается равным 0,9, а φ_е определяется по СНиП в функции и

m_f определяется по следующей формуле:

W_c – момент сопротивления наиболее сжатой фибры, e_f – эквивалентный эксцентриситет, который определяется по формуле:

e - эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести усиленного сечения. Если положение центра тяжести после усиления не изменилось, то е принимается равным е₀, если изменилось, то

f₁ - результирующий прогиб после присоединения элементов усиления. Определяется:

f₀- начальный фактический прогиб усиливаемого элемента, определяемый при обследовании, но не менее 1/750 от длины пролета;

- это сумма моментов инерции элементов усиления, присоединяемых одновременно относительно их главных осей.

- эйлерова критическая сила для усиливаемого стержня, определяется по формуле:

- дополнительный остаточный прогиб из за приварки элементов усиления

- гибкость усиливаемого стержня в плоскости изгиба. Определяется по формуле

- коэффициент, учитывающий тип присоединения. При непрерывных швах принимается равным 1, а при сварных шпонках принимается равным отношению длины шпонки к ее шагу.

Устойчивость внецентренно сжатых колонн из плоскости действия момента выполняется в соответствии с формулами СНиП. Если отмечается высокий уровень нагружения, то при проверке устойчивости сжатых элементов в процессе усиления с помощью сварки значение усилия N заменяется на N₀. Проверка устойчивости сквозных колонн с решетками в плоскостях параллельно плоскости изгиба определяется по формуле:

A- площадь сечения усиливаемых ветвей;

- принимается по формуле функции:

- гибкость усиленной колонны относительно оси перпендикулярной плоскости изгиба.

- принимается по нормам

- площадь усиленного сечения раскосов, расположенных в плоскости изгиба;

- расстояние между узлами решетки.

- радиус инерции сечения усиливаемой ветви относительно оси перпендикулярной плоскости изгиба.