925

зобетонных конструкций (как правило, с добавочным армированием). Этот способ основан на превращении стальных балок и железобетонного настила в единую комплексную конструкцию путем надлежащего их соединения с помощью упоров, препятствующих сдвигу настила относительно балок.

.

Рис. 5.49. Усиление металлических балок устройством железобетонной обоймы (а) или междубалочного заполнения монолитным бетоном (б):

1- металлические балки; 2- монолитный железобетон

Способ эффективен при усилении дефективных или сильно корродированных балок.

5.4.3. Усиление металлических стропильных ферм

Для восстановления и повышения несущей способности элементов металлических стропильных ферм обычно используют аналогичные схемы, что и для усиления стальных балочных конструкций /35, 82 /.

Обычно усиление металлических ферм осуществляют путем превращения их в статически неопределимые системы за счет:

-подведения дополнительных опор;

-объединения концов ферм смежных пролетов и превращения их

вмногопролетные конструкции;

-подведения подкосов или подвесок;

-надстройки поддерживающих тросовых систем;

-установки поддерживающих арочных конструкций;

-введения шпренгельных элементов;

-введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличением сечения отдельных элементов.

Подведение новых конструкций устраивают в том случае, когда другие способы усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима установка дополнительных промежуточных опор (рис.5.50). Дополнительные опоры следует устанавливать в узловых соединениях фермы симметрично от максимального изгибающего момента. В

местах передачи узлы фермы усиливаются дополнительными элементами.

351

Рис. 5.50. Усиление ферм способом установки дополнительных промежуточных опор:

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- дополнительная опора; 4- дополнительный элемент усиления фермы; 5- металлическая балка; 6- мо-

стовой кран

Когда по технологическим причинам нельзя установить в пролете дополнительные опоры, прибегают к подведению подкосов (рис.5.51, а) или подвесок (рис.5.51, б), что также способствует повышению несущей способности стропильных ферм.

Рис. 5.51. Усиление ферм способом установки подкосов (а) и подвесок (б):

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- подкос; 4- элемент усиления фермы; 5- пилон; 6- подвеска

Установка дополнительных подкосов или подвесок требует дополнительного усиления раскосов фермы в местах, в которых они устанавливаются. Кроме того, при установке подвесок появляется необходимость вскрытия кровли и защиты от коррозии элементов усиления, находящихся на открытом воздухе, а при установке подкосов - дополнительного усиления фундаментов.

Поддерживающие арочные конструкции позволяют более равномерно разгрузить нижний пояс фермы и дают возможность не загромождать пролет цеха (рис.5.52).

352

Рис. 5.52. Усиление стропильных ферм путем установки поддерживающей арочной конструкции:

1- усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- арочная конструкция; 4- передаточные стойки

Более простым и эффективным способом усиления металлических стропильных ферм является объединение концов ферм смежных пролетов и превращения их в неразрезные многопролетные конструкции (рис.5.53, а) или надстройка висячих (вантовых) систем, к которым подвешивается усиливаемая поддерживающих тросовых конструкция (рис. 5.53, б).

Рис. 5.53. Усиление стропильных ферм путем превращения их в неразрезные многопролетные конструкции или надстройки висячих

(вантовых) систем:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- элементы усиления; 4- закрепление тросов

В первом случае необходим свободный доступ к узлам сопряжения. Преобразование осуществляется путем жесткого крепления (сварка) верхних и нижних поясов фермы металлическими элементами усиления (поз.3). Металлические элементы усиления должны заходить на смежные полки верхних и нижних поясов ферм. При этом способе в фермах возникает изгибающий момент меньшей величины, что способствует повышению несущей способности усиливаемых конструкций.

При устройстве висячих систем необходимо прочное закрепление окончаний тросов за пределами здания, что приводит к увеличению габа-

353

ритов здания. Этот способ особенно эффективен в том случае, когда ванты можно подвешивать к рядом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.

В тех случаях, когда имеется возможность установки элементов усиления стропильных ферм снаружи здания, то прибегают к устройству подпорок или оттяжек (рис.5.54). Для установки подпорок необходимо устройство дополнительного фундамента, а также горизонтальных и наклонных поддерживающих элементов. Установка оттяжек требует устройства специальных анкеров, препятствующих выдергиванию оттяжек.

Рис. 5.54. Пример усиления стропильной фермы установкой наружных подпорок и оттяжек:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- оттяжка; 4-подпорка; 5- анкер, препятствующий выдергиванию оттяжки

Увеличения несущей способности стальной фермы можно достичь путем установки ненапрягаемых шпренгельных систем (третьего пояса) в пределах высоты фермы или в нижних опорных узлах (рис. 5.55). Для передачи усилия от ферм на шпренгельные системы необходимо выполнить местное усиление стоек фермы.

Рис. 5.55. Усиление стропильных ферм путем установки шпренгельных систем:

а)- крепление шпренгеля в верхних узлах фермы; б)- крепление шпренгеля в нижних опорных узлах фермы 1-усиливаемая ферма; 2-шпренгельная система; 3- элементы местного усиления

Наиболее эффективного повышения несущей способности стальных ферм достигается с помощью установки предварительно напряженных затяжек, приведенных в работе /35/ и на рис.5.56.

354

Рис. 5.56. Усиление стропильных ферм путем установки преднапряженных затяжек: а)- при расположении вдоль нижнего пояса фермы; (б) и (в)- то же, в плоскости фермы при креплении затяжек в верхних и нижних опорных узлах фермы:

1-усиливаемая ферма; 2- колонна; 3- затяжка

Затяжки могут располагаться при расположении вдоль нижнего пояса или в пределах высоты фермы. Крепление затяжек осуществляют в пределах нижнего пояса или в верхних и нижних опорных узлах фермы. При повышении несущей способности элементов верхнего пояса металлической фермы с помощью установки шпренгельных элементов работы должны выполняться с обязательным снятием нагрузки на ферму.

Усиление стропильных ферм путем установки предварительно напряженных затяжек не требует дополнительных опор и может осуществляться из высокопрочных канатов, круглой стали или прокатного профиля, обеспечивая минимальную материалоемкость усиления.

При размещении затяжек вдоль нижнего пояса достигается разгрузка только нижних поясов ферм (рис.5.56, а). Введение затяжек в уровне нижнего пояса ригеля эффективно в том случае, когда нижний пояс ригеля имеет ломаное очертание (рис.5.56, в), что ведет к изменению усилий в большем количестве стержней. Ломаное очертание нижнего пояса ригеля позволяет значительно уменьшить изгибающие моменты в стойках и ригеле от воздействия вертикальных нагрузок на ригель.

При креплении затяжек на верхние узлы стропильной фермы необходимо к надопорной стойке и в средней части нижнего пояса фермы приварить детали усиления из прокатного профиля, дополнительные фасонки и анкерные устройства, к которым прикрепляют металлические тяжи (рис.5.57, узел 1 и 2).

Предварительное напряжение в тяжах создается с помощью натяжных муфт или тельферных напрягающих устройств, которые должны включаться в совместную работу одновременно.

355

Рис. 5.57. Усиление металлических стропильных ферм установкой предварительно напряженных тяжей:

1-усиливаемая ферма; 2-новая фасонка; 3-стержни усиливаемой фермы; 4- преднапряженные тяжи; 5- анкерное устройство; 6- деталь усиления; 7- надопорная стойка

Усиление ферм можно добиться включением в совместную работу со стропильными конструкциями светоаэрационных фонарей, к которым подвешивают верхний пояс стропильных ферм (рис. 5.58).

Рис. 5.58. Варианты усиления стропильных ферм путем включения в работу светоаэрационных фонарей:

1-усиливаемая ферма; 2- новые стержни; 3-фонарь

Такой способ усиления служит для разгрузки поясов ферм и может применяться при наличии светоаэрационных фонарей, расположенных в центре (а) или на границе смежных пролетов (б). Недостатком включения фонарей в совместную с фермой работу требует усиления фонарных конструкций.

Для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы и усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб используют введение дополнительных элементов решетки (вторая решетка) (рис. 5.59, а). Когда же требу-

356

ется снизить величину изгибающих моментов в полках верхнего пояса ферм при их работе на местный изгиб и уменьшить расчетные длины сжатых элементов полок и раскосов, то прибегают к устройству шпренгельных элементов решетки (рис.5.59, б). Эти приемы служат для разгрузки элементов и узлов решетки ферм и позволяют уменьшить в них усилия от нагрузок, прикладываемых после усиления ферм.

Рис. 5.59. 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. Он является эффективным в том случае, когда требуется усилить лишь отдельные наиболее напряженные или дефектные элементы фермы.

Часто применяемые способы усиления элементов стальных ферм путем увеличения их сечения приведены в работах /35, 60/ и на рис. 5.60. При использовании этого способа желательно сохранить положение центра тяжести сечения усиливаемого элемента фермы.

Рис. 5.60. Схемы усиления центрально-растянутых и центрально-сжатых элементов металлических

ферм увеличением их сечения:

1- усиливаемый элемент;

2- элемент усиления

5.4.4. Варианты усиления металлических подкрановых балок

Необходимость усиления подкрановых балок возникает, как правило, при появлении и накоплении в них недопустимых повреждений коррозионного, механического или усталостного характера.

357

Усиление металлических подкрановых балок может осуществляться теми же способами, которые применяются при усилении металлических балок и прогонов работающих на изгиб /35/:

-изменения конструктивной схемы;

-увеличения площади сечения;

-местного усиления.

Изменение конструктивной схемы может быть выполнено:

-подведением дополнительных опор или подкосов;

-превращением статически определимых однопролетных балочных систем в неразрезные многопролетные;

-введением новых стержневых элементов для изменения статической схемы и превращением 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 свободного пространства под усиливаемой конструкцией, а также при аварийном усилении. Установку стационарных дополнительных опор необходимо осуществлять на самостоятельный фундамент.

Превращение статически определимых однопролетных подкрановых балок в неразрезные многопролетные повышает несущую способность усиливаемой системы на 15-20%. Процесс усиления должен производиться при полной или частичной разгрузке усиливаемой подкрановой балки

(рис. 5.61).

Рис. 5.61. 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 превращением их в шпренгельные системы и предварительно напряженными высокопрочными затяжками, приведенными в работе /35/ и на рис. 5.62.

Шпренгельные системы изготавливаются треугольными, трапециидальными и с ломанным поясом (рис.5.62, а). Передача усилий от подкра-

358

новых 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.

Рис. 5.62. 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

В местах передачи усилий в балках устанавливают элементы усиления в виде поперечных ребер, которые препятствуют местному изгибу стенки балки.

Предварительно напряженные высокопрочные затяжки, как правило, устанавливают вдоль нижнего пояса подкрановых балок (рис.5.62, б). Благодаря натяжению затяжек создается изгибающий момент, противоположный по знаку моменту от постоянных и временных нагрузок, что обеспечивает усиление подкрановых балок.

Затяжки могут иметь прямолинейное и ломаное очертание. В первом случае натяжения затяжки осуществляется с помощью натяжных муфт, а во втором - с помощью распорок и стяжных хомутов.

Наиболее часто усиление подкрановых металлических балок осуществляется способом увеличения площади сечения путем прикрепления на сварке или болтах к полкам или стенке балок элементов усиления в виде труб, прокатных уголков или стальных пластин (рис.5.63). Для эффектив-

359

ного использования металла элементы усиления целесообразно располагать симметрично.

Рис. 5.63. Усиление подкрановых металлических балок способом увеличения сечений:

1- усиливаемый элемент; 2- элемент усиления; 3- ребро жесткости

При небольшом (до10 т) увеличении крановых нагрузок усиливается только верхний пояс подкрановой балки, а при большом - верхний и нижний пояса. При недостаточной прочности и устойчивости стенки осуществляют усиление стенки и нижнего пояса балки.

5.4.5. Усиление металлических рамных каркасов промышленных зданий

При длительной эксплуатации каркасы промышленных зданий от воздействия внешних и внутренних усилий расшатываются и нуждаются в усилении. Исследованиями В.В. Бирюлева, И.И. Кошина, И.И. Крылова и А.В. Сильвестрова /60/ установлены следующие основные способы усиления рамных каркасов промышленных зданий:

-увеличение степени статической неопределенности рам;

-повышение жесткости элементов рам;

-увеличение связности системы рам;

-перераспределение усилий в отдельных рамах или в системе в це-

лом.

Повысить жесткость каркаса промышленного здания можно за счет устройства продольных горизонтальных связей в плоскости нижних поясов

360