А-усиление опорных узлов; б-усиление нижних поясов стальными тяжами; 1-пояса фермы; 2-стальной протез; 3-сварка; 4-болты; 5-ферма; 6-стальные тяжи; 7-стальные траверсы.

бщее усиление нижнего пояса(рис. 4, б) применяют в тех случаях, когда он имеет по длине многочисленные дефекты, и выполнение местных усилений нецелесообразно. В этом случае вдоль всего нижнего пояса ставят с боков два тяжа из арматур­ной стали, которые при помощи гаек крепят к поперечным тра­версам из прокатного металла, опирающимся на опорные узлы фермы.

Усиление опорных узлов ферм(рис. 4, а). Опорные узлы ферм, опирающиеся на наружные стены, нередко систематически увлажняются и подвергаются серьезным гнилостным пораже­ниям. Это ставит под угрозу несущую способность всей конструк­ции. Усиление дефектных опорных узлов производят путем заме­ны их стальными, называемыми протезами. После того как ферма полностью разгружена и стоит на подпорках, дефектный опорный узел отрезается.

Новый опорный узел - протез - в большинстве случаев изго­товляют из прокатной стали сварной конструкции. Он может состоять из двух горизонтальных и двух наклонных швеллеров, расставленных на ширину сечений поясов фермы. К горизонталь­ным швеллерам приваривают опорный лист. Между наклонными швеллерами приваривают стальную диафрагму. Верхний пояс фермы вводится между наклонными швеллерами протеза, упи­рается торцом в диафрагму и закрепляется монтажными бол­тами. Нижний пояс фермы вводится между горизонтальными швеллерами и соединяется с ними двумя рядами расчетных болтов.

Усиление верхних поясов ферм. Сжатые и сжато-изгибаемые стержни верхних поясов ферм, имеющие составное сечение, в ряде случаев при недостаточном количестве или качестве соеди­нений теряют проектную форму и выходят из своей плоскости. Их усиление заключается в установке рядом с ними, со стороны, противоположной выпучиванию, дополнительного бруса на бол­тах, препятствующего росту прогибов. Можно также путем натя­жения этих болтов или при помощи домкрата предварительно выпрямить элемент.

Сжато-изогнутые элементы конструкций, прогибающиеся в направлении изгиба, усиливают двусторонними фанерными или дощатыми обшивками на гвоздях аналогично составным балкам.

Усиление конструкции в целом производят при многочислен­ных дефектах и недостаточной общей несущей способности. Кон­струкции таких усилений всегда строго индивидуальны. Во мно­гих случаях достаточно эффективным является усиление конст­рукции стальными тяжами с нарезками и гайками на концах. Такие тяжи могут вводиться в состав решетки ферм в виде дополнительных растянутых раскосов или стоек. Они могут обра­зовывать непрерывные дополнительные растянутые пояса, так называемые подпружные цепи, тянущиеся от одной опоры до другой. В пролете подпружные цепи могут быть опущены при помощи дополнительных стоек значительно ниже нижней кромки конструкции. При этом общая высота конструкции увеличива­ется и соответственно усилия сжатия в ее верхнем поясе суще­ственно уменьшатся.

Усиление дефектных гибких арокможет быть произведено путем установки ниже их дополнительной решетки, благодаря чему арка превращается в значительно более жесткую сегмент­ную ферму. В случаях, когда дефекты конструкции настолько серьезны, что ее усиление нецелесообразно, конструкцию удаля­ют и заменяют новой.

Усиление металлических колонн может осуществляться путем: уменьшения расчетной длины; введением затяжек и оттяжек; устройства переносных преднапряженных устройств; установки предварительно напряженных распорок; обетонирования колонн; увеличением сечения колонн.

Схему усиления колонн выбирают с учетом конкретных условий, состояния усиливаемых конструкций, причин, вызвавших необходимость усиления, а также экономических соображений.

Для группы колоннцелесообразно использовать способ установки дополнительных связей или с помощью жестких предварительно напряженных раскосов и распорок, так как при этом помимо усиления происходит повышение их устойчивости (рис.3.1, а-б).

Для высоких колоннбольшой гибкости необходимо вводить предварительно напряженные оттяжки (рис.3.1, г) или шпренгельные затяжки (рис.3.1, д, е).

Рис.3.1. Схемы усиления металлических сжатых колонн

а - гибкими раскосами и распорками; б - предварительно напряженными жесткими раскосами и распорками; в- жесткими подкосами ; г - предварительно напряженными оттяжками; д, е - шпренгельными затяжками;

1-существующие колонны; 2- существующие связи; 3- дополнительные диагональные связи; 4- дополнительные распорки; 5- подкосы; 6- оттяжки; 7- шпренгельные затяжки

Возможен вариант превращения шарнирных баз колонн в жесткиепутем усиления башмака колонны дополнительным армированием с последующим обетонированием этой конструкции. При этом рекомендуется вводить хомуты для обеспечения монолитного соединения башмака с фундаментом. Для восприятия значительной нагрузки на колонну одновременно с усилением башмака колонны необходимо увеличить размер опорной плиты и установить дополнительные ребра на сварке.

В настоящее время для усиления колонн многоэтажных промышленных зданий наиболее часто применяют следующие предварительно напряженные элементы: телескопический и инвентарный шпренгели и жесткие распорки с поддомкрачиванием (рис.3.2).

Рис.3.2. Усиление металлических колонн с помощью индивидуальных предварительно напряженных шпренгелей

а - телескопической опорой; б - жесткими распорками; в - индивидуальным шпренгелем: 1- усиливаемая колонна; 2- элемент усиления из трубы; 3- напрягаемая внутренняя труба; 4- тяж для стягивания стоек усиления; 5- распорные усиливающие стержни;; 6- элемент усиления; 7- шпренгельная тяга;

8- винтовое устройство

Телескопические предварительно напряженные трубырекомендуется использовать для усиления под полной эксплуатационной нагрузкой как центрально, так и внецентренно сжатых колонн. При усилении центрально сжатых колонн опоры из телескопических труб необходимо устанавливать симметрично, а при внецентренно сжатых – в сторону эксцентриситета. Усиливаемый элемент изготавливают из двух телескопически соединенных труб, оба нижних торца которых приваривают к башмаку. Затем наружную трубу удлиняют нагреванием и приваривают ее верхний конец к оголовку внутренней трубы. При остывании наружная труба сжимает внутреннюю, в результате чего создается предварительно напряженный элемент усиления. Его устанавливают в проектное положение, расклинивают и соединяют с усиливаемой колонной хомутами. Затем наружную трубу разрезают по окружности для освобождения внутренней трубы от сжатия наружной и передачи части нагрузки с усиливаемой колонны на внутреннюю трубу. После чего разрез наружной трубы заваривают, образуя опору из двух совместно работающих телескопических труб.

Усиление колонн с помощью жестких распорок(рис.3.2, б), изготовленных из прокатных профилей, осуществляют в следующей последовательности. Жесткие распорки устанавливают симметрично с обеих сторон колонны на опорные уголки, временно раскрепляют, а затем с помощью домкрата и винтового устройства обеспечивают им вертикальное положение. В жестких распорках при этом создаются растягивающие напряжения, которые воспринимают часть нагрузки от горизонтальных ригелей и тем самым способствуют усилению колонн. После выпрямления жестких распорок, их сваривают с колонной, после чего снимают горизонтальные тяжи, траверсы, домкрат и винтовое устройство.

Индивидуальный переносной шпренгельсостоит из элемента усиления в виде прокатного профиля, стального шпренгеля и винтового устройства (рис.3.2, в). В отличие от предыдущих устройств предварительное напряжение в индивидуальном переносном шпренгеле создается до установки в проектное положение за счет раскручивания винтового устройства. После установки шпренгеля в проектное положение винтовое устройство скручивается и в элементе усиления создается растягивающее напряжение, которое передается на балки перекрытия, разгружая при этом усиливаемую колонну.

Преимуществом таких устройств является выигрыш в силе, а также возможность простого и достаточно точного контроля. Напряжение в элементах усиления контролируют с помощью тензодатчиков или по изменению стрелки прогиба шпренгелей.

Для усиления колонн одноэтажных промышленных зданийобычно изменяют их конструктивную схему или увеличивают поперечное сечение.

Сущность первого способа заключается в введении в конструктивную схему отдельной ветви, которая не нарушая целостности ослабленной части усиливаемой колонны, позволяет увеличить ее несущую способность (рис.3.3, а-д).

Этот способ рекомендуется применять, когда нерационально увеличивать сечение старой колонны или использовать иные приемы усиления. В качестве дополнительных ветвей усиления обычно используют металлические трубы (рис.3.3, а), элементы таврового (рис.3.3, б) или двутаврового (рис.3.3, в) сечения, а также подкосы в виде соединения из двух швеллеров (рис.3.3, г) или стойки из парных двутавров (рис.3.3, д).

Рис.3.3. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий введением дополнительных элементов усиления

1 – усиливаемая колонна; 2 – элемент усиления колонны

Возможен вариант усиления решетчатых колонн с помощью звеньев телескопических труб, которые устанавливают внутри колонны. После установки в проектное положение звенья труб соединяют между собой в единую опору, которую расклинивают. Верхняя прокладка должна плотно прилегать к торцу телескопической опоры, а нижняя - к плите башмака колонны. Затем наружные трубы разрезают одновременно двумя газовыми резаками, обеспечивая плавную передачу усилий внутренней сжатой трубы на усиливаемую колонну.

Если колонна имеет деформации, не препятствующие ее нормальной эксплуатации, ее усиливают путем введения дополнительных элементов усиления решетки(рис. 3.5). Дополнительные элементы устанавливают в виде второй раскосной решетки снаружи из уголков или пластин (рис. 3.5, а, б), так и внутри колонны, соединяя наружные элементы решетки (рис. 3.5, в).

Рис.3.5. Повышение несущей способности металлических колонн одноэтажных зданий усилением решетки колонны

1 – усиливаемая колонна; 3- элемент усиления решетки колонны

Наиболее простым и часто употребляемым способом повышения несущей способности сплошных и сквозных колонн является способ, основанный на увеличении поперечного сечения колонн с помощью прикрепления к ним на сварке или высокопрочных болтах дополнительных элементов усиления из профильного или листового проката. Такой способ является достаточно эффективным и может применяться практически при любом повышении нагрузок.

Наиболее распространенные способы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля представлены на рис.3.6, а-п:

Рис.3.6. Схемы усиления металлических колонн сплошного сечения двутаврового профиля способом увеличения сечения