922

шетки ферм и позволяют уменьшить в них усилия от нагрузок, прикладываемых после

усиления ферм.

Рис.5.56. Усиление стропильных ферм путем введения дополнительных элементов решетки (а) или шпренгельных элементов решетки:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- дополнительные элементы решетки

Наиболее распространенным способом усиления металлических ферм является

увеличение сечения их стержней, прикрепляя к ним трубы, уголки, листовую или круглую

сталь (рис.5.57).

Рис.5.57. Схемы усиления цен- трально-растянутых и централь- но-сжатых элементов металлических ферм увеличением их сечения:

1- усиливаемый элемент;

2- элемент усиления

При использовании этого способа желательно сохранить положение центра тяже-

сти сечения усиливаемого элемента фермы. Для этого элементы усиления устанавливают-

ся с двух сторон и равного сечения.

5.3.5. Варианты усиления металлических подкрановых балок

Необходимость усиления подкрановых балок возникает, как правило, при появле-

нии и накоплении в них недопустимых повреждений коррозионного, механического или

усталостного характера.

Усиление металлических подкрановых балок может осуществляться теми же спо-

собами, которые применяются при усилении металлических балок и прогонов работаю-

щих на изгиб:

-изменения конструктивной схемы;

-увеличения площади сечения;

-местного усиления.

341

Изменение конструктивной схемы может быть выполнено:

-подведением дополнительных опор или подкосов;

-превращением статически определимых однопролетных балочных систем в не-

разрезные многопролетные;

- введением новых стержневых элементов для изменения статической схемы и пре-

вращением ее в шпренгельную систему;

- предварительным напряжением конструкции.

Подведение и установки дополнительных опор или подкосов позволяет уменьшить величину пролета и за счет этого повысить несущую способность подкрановых балок в 2-

4 раза и ликвидировать прогибы. Этот способ усиления возможен при наличии свободно-

го пространства под усиливаемой конструкцией, а также при аварийном усилении. Уста-

новку стационарных дополнительных опор необходимо осуществлять на самостоятельный фундамент.

Превращение статически определимых однопролетных подкрановых балок в не-

разрезные многопролетные повышает несущую способность усиливаемой системы на 15-

20%. Процесс усиления должен производиться при полной или частичной разгрузке усиливаемой подкрановой балки

(рис. 5.58).

Рис.5.58. Усиление подкрановых балок преобразованием их

внеразрезные конструкции:

1– усиливаемая балка; 2 – металлические пластины, жестко привариваемые к концам усиливаемой конструкции

Наиболее эффективными являются варианты усиления подкрановых балок пре-

вращением их в шпренгельные системы и предварительно напряженными высокопрочны-

ми затяжками, приведенными на рис. 5.59.

Шпренгельные системы изготавливаются треугольными, трапециидальными и с ломанным поясом (рис.5.59, а). Передача усилий от подкрановых балок на треугольный шпренгель передается через вертикальную стойку, установленную в середине пролета, а в трапециидальных шпренгелях - через две стойки, которые размещают в местах перелома шпренгельного пояса и которые позволяют более равномерно воспринимают нагрузку.

В местах передачи усилий в балках устанавливают элементы усиления в виде по-

перечных ребер, которые препятствуют местному изгибу стенки балки.

342

Предварительно напряженные высокопрочные затяжки, как правило, устанавлива-

ют вдоль нижнего пояса подкрановых балок (рис.5.59, б). Благодаря натяжению затяжек создается изгибающий момент, противоположный по знаку моменту от постоянных и временных нагрузок, что обеспечивает усиление подкрановых балок.

Рис.5.59. Усиление подкрановых балок шпренгельными системами (а) и предварительно напряженными высокопрочными затяжками (б):

1- вариант натяжения затяжки с помощью стяжных хомутов;2- вариант натяжения затяжки с помощью распорок

Затяжки могут иметь прямолинейное и ломаное очертание. В первом случае натя-

жения затяжки осуществляется с помощью натяжных муфт, а во втором - с помощью рас-

порок и стяжных хомутов.

Наиболее часто усиление подкрановых металлических балок осуществляется спо-

собом увеличения площади сечения путем прикрепления на сварке или болтах к полкам или стенке балок элементов усиления в виде труб, прокатных уголков или стальных пла-

стин (рис.5.60). Для эффективного использования металла элементы усиления целесооб-

разно располагать симметрично.

Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в работу, приварка этих элементов вызывает в сжатых поя-

сах дополнительные деформации, что снижает эффективност устения. Поэтому усиливае-

мый элемент приваривают точечной сваркой, а затем накладывают основной шов. При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые умень-

шают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу напавленного металла.

343

армированные волокнами различного типа. Наибольшее применение для усиления стро-

ительных конструкций получили композиционные материалы на основе углеродных во-

локон, приведенные в работах В.Л. Чернявского и Е.З Аксельрода [105, 106] и др.

Композитные материалы характеризуются исключительными физико-

механическими характеристиками (высокой прочностью на растяжение и сжатие, близким к стали модулем упругости - до 640 ГПа, значительным сопротивлением динамическим нагрузкам, неподвержены коррозии и стойки к химическим агентам (кислотным и щелоч-

ным). Обладают высокой степенью выносливости и усталостной прочности, термической и реологической устойчивостью.

Материалы на основе углеводородных волокон изготавливаются в виде ламинатов и холстов.

Ламинаты – углеродные волокна, строго ориентированные в одном направлении и омоноличенные (ламинированные) в полимере в виде жестких полос. Их применяют для восприятия растягивающих усилий изгибаемых, центрально и внецентренно сжатых эле-

ментов (плоских и ребристых плит, балок, ригелей, нижних поясов ферм и т.д.).

Холсты – гибкая ткань с однонаправленным и двунаправленным расположением углеродных волокон. Их используют для усиления строительных конструкций, работаю-

щих в сложном напряженном состоянии, для восприятия поперечной силы и сдвиговых усилий (колонн, стоек, приопорных частей балок и ригелей каркасных зданий и т.п.). Хол-

сты поставляют в рулонах и применяют при так называемом «мокром» способе. Они наклеиваются на усиливаемую поверхность конструкции послойно с помощью специаль-

ных эпоксидных, полиэфирных или винил-эфирных смол (адгезивы) с пропиткой каждого слоя. Для придавливания холстов используются рифленые валики, что способствует луч-

шему пропитыванию холстов и выходу вовлеченного воздуха из адгезионного слоя. После прикатки осуществляется выдержка в течение 30 мин, после чего укладывается следую-

щий слой адгезива и холста. По завершении наклейки всех слоем на верхний слой нано-

сится защитное покрытие из расчета 0,5 кг/м2. Для усиления сцепления холстов с кон-

струкцией производится установка бандажей и хомутов из холста. Композит формируется при отверждении эпоксидной смолы в естественных условиях.

Ламинаты изготавливают длиной до 250 м, шириной 5-15 см при толщине 1,2-1,5

мм. Их доставляют на объект свернутыми в рулон и разрезают на гильотинных ножницах или обрезной машиной на отрезки необходимой длины (рис.5.61).

345

Использование нанобетонов. Развитие нанотехнологий на сегодняшний день явля-

ется актуальной темой, позволяющей получить тот или иной материал с заранее заданной определенной структурой. Особенно широкое внедрение нанотехнологии нашли в строи-

тельстве при изготовлении новых строительных материалов с уникальными физико-

техническими свойствами [50, 55].

Принято считать нанобетоном такой материал, который содержит в своей структу-

ре наночастицы размером от 1 до 100 нанометров. Наиболее широким наномодификато-

ром для изготовления нанобетонов является микрокремнезем (МК), образующийся как побочный продукт при производстве ферросилиция, металлического кремния.

Для производства нанобетонов используются также фуллерены и фуллероиды.

Фуллерены являются упрочнителями цементного камня, но из-за своей высокой стоимо-

сти в широкой практике не используются. Фуллероиды в виде одно, и многослойных нанотрубок, более дешевые, чем фуллерены и применяются достаточно широко.

В результате исследований был разработан целый класс специализированных нанобетонов, включающих:

-легкие нанопенобетоны для индивидуального строительства и возведения легких перегородок в помещениях различного назначения;

-нанобетоны средней плотности, обладающие повышенной прочностью и другими качествами, делающими их перспективными для использования в строительстве мостов,

дорожных и аэродромных покрытий и т.д.

- нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности для лифтовых шахт, балок,

ферм, других несущих конструкций в жилищном и промышленном строительстве. Иссле-

дованиями установлено, что механическая прочность нанобетонов в 1,5 - 2 раза выше прочности обычного бетона. Вес конструкции, выполненной из такого бетона, снижается в 6 раз. Его характеристики жаропрочности, морозо- и водостойкости также лучше, чем у обычного бетона. К преимуществу данного материала можно причислить способность со-

хранения цвета зданий или конструкций, в течение длительного времени при условии агрессивного городского окружения. Перечисленные уникальные свойства нанобетонов высокой прочности позволяют изготавливать железобетонные конструкции меньшего се-

чения, снижать расход бетона и собственный вес конструктивных элементов. Уста-

новлено, что нанобетон может с успехом применяться при усилении старых железобетон-

ных конструкций. При нанесении нанобетона на поверхность железобетонных конструк-

ций происходит заполнение даже микропор в бетоне, в результате чего осуществляется процесс полимеризации и восстановление прочности бетона. Кроме того, вновь образо-

348

ванное вещество вступает в реакцию с коррозионным слоем проржавевшей арматуры и восстанавливает ее сцепление с бетоном.

Посредством данной технологии был отремонтирован мост через реку Волга в 2007

году в г. Кимры и мост «Дружба» через Сайменский канал в г. Выборг в 2011г. Выполне-

ны работы при реставрации Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге для защитной его облицовки. Суперлегкие нанобетоны были использованы при восстановлении очистной станции в Новочеркасске и укреплении зданий, расположенных в сейсмоопасных зонах

(Сочи). Выполнение работ по укреплению зданий производилось без предварительного расселения жильцов. Технология изготовления нанобетонов не требует нового технологи-

ческого оборудования. Приготовление бетонной смеси осуществляется в стандартных смесителях, причем в начале (не менее 10 мин) цемент и составляющие нанобетона сме-

шиваются "всухую", затем подаются вода, наполнители и различные добавки.

При усилении строительных конструкций нанобетон может наноситься на подго-

товленные бетонные поверхности методом торкретирования с помощью торкрет-пушки или бетонной смеси, нагнетаемой бетон-шприцмашиной. В отличие от торкрет-бетона смесь, наносимая набрызгом, помимо цементного раствора может содержать щебень крупностью до 25 мм.

Использование нанотехнологий способствует прогрессу в области создания новых строительных материалов и совершенствования уже имеющихся, повышению качества готовых изделий, увеличению прочности возводимых зданий, значительно увеличивая их эксплуатационную надежность.

5.5. Повышение гидроизоляционных и теплоизоляционных качеств покрытий промышленных зданий

Кровли промышленных зданий работают в тяжелых эксплуатационных условиях.

Помимо воздействий внешней и внутренней среды на прочность и долговечность кровли оказывают влияние неравномерная осадка здания, температурные деформации, усадка железобетонных настилов, вибрация и др. Как ограждающая конструкция, кровля испы-

тывает на себе воздействие разных температур. Как правило, температура ее нижней по-

верхности близка к температуре помещения, а температура наружной поверхности меня-

ется в весьма широком диапазоне: от -50 оС зимой до +100 оС в солнечный летний день.

При этом кровля должна надежно защищать внутреннее помещение от холода зимой и от жары летом.

Поэтому выбор материала и конструкции кровли является ответственным этапом проектирования при реконструкции промышленных зданий.

349

В отечественной и зарубежной практике наибольшее применение находят мягкие кровли. В производственных зданиях обычно применяют совмещенные покрытия стан-

дартной конструкции, которые экономически неприемлемы для использования из-за верхнего расположения гидроизоляционного ковра.

В качестве гидроизоляционного рулонного материала в плоских крышах еще не так давно самым доступным и наиболее дешевым считался рубероид. Как показала практика,

физико-механические свойства рубероида совершенно не соответствуют российским кли-

матическим условиям, его теплостойкость не превышает плюс 70 оС. Кроме того, ультра-

фиолетовое излучение и озон активизируют процессы старения рубероида, приводят к коксованию и растрескиванию поверхности материала. Под воздействием влаги, которая попадает через трещины, разрушается картонная основа рубероида, в результате чего че-

рез 3-5 лет вместо защитного покрытия образуется пропитанная водой смесь из битума и целлюлозы.

В результате на рулонной кровле образуются отслоения, вздутия, трещины и от-

верстия, которые требуют ремонта или полной замены кровельного покрытия. Ремонт кровли представляет собой одну из важнейших проблем реконструкции зданий.

Мелкие дефекты устраняют путем прорезания рулонного ковра, вскрытия и расчистки поврежденных участков до мест качественного сцепления склеенных слоев или до основа-

ния, просушки зоны повреждения и приклеивания дополнительного двухслойного гидроизо-

ляционного слоя на горячей битумной или холодной изоловой мастике внахлест до 100-150

мм на неповрежденные участки кровли. Заплаты на ремонтные участки перед наклейкой по-

крывают мастикой по всей поверхности.

Впадины и углубления глубиной до 15 мм устраняют путем вырезания всего де-

формированного участка, ремонта стяжки и наклейки 2-3 слоя гидроизоляционного мате-

риала на изоловой мастике внахлест до 100 мм на неповрежденные участки кровли с по-

следующей промазкой по периметру мастикой.

Материалы, используемые для ремонта, и материалы ремонтируемой кровли долж-

ны быть совместимы по химическому составу.

Полную замену кровельного рулонного покрытия производят при потере прочно-

сти или водопроницаемости гидроизоляционного ковра, а также при значительных отсло-

ениях кровельного покрытия. При смене кровельного покрытия предусматривают меро-

приятия по предотвращению увлажнения утеплителя.

В том случае, когда требуется заменить утеплитель, его разбирают, осматривают стяжку и при необходимости ее восстанавливают или заменяют на новую. Пришедшую в

350