Введение

Стальные каркасы нашли широкое применение в зданиях различного назначения, что объясняется хорошо известными и описанными в специальной литературе [4, 5] достоинствами стали как конструкционного материала. Скорость возведения зданий и сооружений с металлическим каркасом значительно выше, чем с монолитным железобетоном, уменьшение сроков строительства обеспечивает более скорый ввод в эксплуатацию зданий со стальным каркасом. Для промышленных предприятий уменьшение времени строительства часто влияет на окупаемость проектов. Перечисленные преимущества делают выгодным использование стали в качестве основного материала для несущих конструкций каркасов производственных зданий. В промышленном строительстве, реализуемом зачастую в условиях значительного сокращения сроков, на стадии проектирования, изготовления строительных конструкций или при монтаже возможно появление ошибок. В данной работе рассмотрены вопросы усиления балок покрытия стального каркаса главного корпуса дрожжевого завода, построенного в 2016-2017 гг. в Липецкой области. Необходимость усиления вызвана ошибкой при выполнении проекта на стадии КМД (конструкции металлические деталировочные).

1. Объект исследования

Многопролетное здание главного корпуса состоит из двух разновысотных блоков, разделенных по деформационному шву противопожарной стеной. Размеры в плане складской одноэтажной части здания составляют 68х107 м, а многоэтажная производственная часть имеет размеры 78,5х98,5 м. Стальной каркас здания выполнен по рамно-связевой схеме, такая схема имеет широкую практику применения [4, 6, 11]. Пространственная устойчивость и геометрическая неизменяемость в поперечном направлении обеспечена рамами без шарниров, в продольном направлении – вертикальными связями между колоннами, горизонтальными дисками железобетонных перекрытий и дисками покрытий из стального профилированного настила по прогонам. Колонны и балки, входящие в состав поперечных рам каркаса выполнены из прокатных двутавров и, как было сказано выше, имеют жесткое сопряжение между собой. Материал несущих рам - сталь класса С345.

Рамные узлы обеспечивают передачу с ригелей на колонны каркаса поперечных, продольных сил и изгибающих моментов и запроектированы фланцевыми по серии 2.440-2 [9], с вутами и без них. В серийных узлах [3] поперечные силы передаются на опорный столик из листа толщиной 40 мм через торцы опорных фланцев, изгибающий момент и продольные силы - через фланцы и высокопрочные болты на полку и стенку колонны, укрепленную поперечными, а в случае необходимости и диагональными ребрами жесткости. При проектировании таких соединений, согласно Серии 2.440-2 выпуск 7, учитывается реальная изгибная жесткость узлов. За предельный узловой момент принимается наименьшее значение, полученное из следующих условий: образования пластического шарнира во фланце или в полке колонны, достижения предела текучести в стенке колонны или достижения разрушающих усилий в наиболее нагруженных болтах.

В складской, пониженной части здания проектом предусмотрены рамные узлы с вутами (рис. 1). Такое решение узла обеспечивает увеличение высоты опорного сечения балки и, как следствие, подбор сечения ригеля не по максимальному опорному моменту, а по сниженной его величине. Применение узла с вутом, помимо уменьшения расхода стали на ригели, дает возможность использовать прокатные двутавры в тех случаях, когда применение узла без вута привело бы к необходимости перехода на сварные сечения или к поиску другого решения жесткого узла.

Рис. 1. Общий вид рамного узла сопряжения балок покрытия с колоннами складской части здания

Технологический проект дрожжевого завода, как и в случае других производств, является основополагающей частью для всех остальных разделов проекта промышленного здания. Данный проект выполнялся испанской компанией, что усложняло проработку архитектурных и конструктивных решений по нормативным требованиям Российской Федерации и потребовало больших затрат времени на начальном этапе проектирования. Сжатые сроки реализации проекта главного корпуса обусловили «работу с листа» предприятия-разработчика документации КМД, производителя металлоконструкций и монтажной организации. При выполнении деталировочной стадии рабочей документации - проекта КМД, в зоне повышенных снеговых отложений у перепада высотной отметки (рис. 2) двутавры №70Б0 были ошибочно заменены на двутавры №55Б1. Таким образом, рамные балки по осям 15 и 15/1 заменили на балки меньшего сечения, которые должны были располагаться по осям 14 и 14/1 (рис. 3). Шаг рам складского блока составляет 6,5 м, пролеты балок по рассматриваемым осям – 13 и 14 м, рама разбита противопожарной стеной на двухпролетную и трехпролетную части.

Рис. 2. Общий вид перехода от складского блока к производственной части здания

Рис. 3. Схема фрагмента расположения балок покрытия складской части здания в осях 14-15/1

(повернуто на 90°)

Ошибка была обнаружена в процессе технического и авторского надзора, когда балки и покрытие были смонтированы, а контур складского блока здания практически закрыт. Замена установленных балок меньшего сечения на балки, заложенные в проекте, на момент выявления ошибки вызывала затруднения в связи с необходимостью демонтажа значительного количества несущих и ограждающих конструкций.