Бухарев Владимир Николаевич - главный инженер ООО СКБ "Высота"
Реконструкция зданий и сооружений промышленных предприятий.
Общие указания по усилению стальных конструкций.
В современной экономической ситуации, когда строительство новых производственных площадей не всегда оправданно, единственным выходом становиться - реконструкция существующих. К сожалению, большинство собственников игнорируют рекомендации ГОСТ 31937-2011 уделяя мало внимания мониторингу технического состояния зданий и сооружений и их текущему ремонту. Всё это ведет к значительным капиталовложениям при реконструкции и сопоставимо, на первый взгляд, с новым строительством. Однако, если в процессе разработки проекта на реконструкцию использовать немалый опыт обобщенный ведущими проектными институтами и придерживаться рекомендаций о которых речь пойдёт ниже, то удастся существенно снизить капиталовложения и продлить срок службы существующих конструкций, а также обеспечить условия для их дальнейшей нормальной эксплуатации.
Разработке проекта реконструкции или усиления предшествуют работы по обследованию и оценке технического состояния эксплуатируемых конструкций, включающие:
- подготовительные работы, изучение сохранившейся проектной документации, выявление и уточнение цели обследования;
- натурные освидетельствования конструкций;
-оценка качества стали;
- определение фактических и прогнозирование будущих нагрузок, воздействий и условий эксплуатации;
- оценка технического состояния конструкций
- поверочный расчет конструкций, с учетом выявленных при обследовании отклонений, дефектов и повреждений, качества материалов и соединений.
При натурном освидетельствовании конструкций и выполнении подготовительных работ должны быть проанализированы причины и факторы влияющие на появление имеющихся дефектов, повреждений и отказов конструкций. Как следствие, проектом усиления, должны предусматриваться мероприятия по устранению в дальнейшем этих причин, либо проектироваться новые конструкции нечувствительные к влиянию этих факторов.
По результатам освидетельствования и поверочного расчета конструкций оценивается их техническое состояние, которое можно отнести к одному из пяти типов согласно [1]:
Исправное состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся отсутствием дефектов и повреждений, влияющих на снижение несущей способности и эксплуатационной пригодности.
Работоспособное состояние - категория технического состояния, при которой некоторые из численно оцениваемых контролируемых параметров не отвечают требованиям проекта, норм и стандартов, но имеющиеся нарушения требований, например, по деформативности, а в железобетоне и по трещиностойкости, в данных конкретных условиях эксплуатации не приводят к нарушению работоспособности, и несущая способность конструкций, с учетом влияния имеющихся дефектов и повреждений, обеспечивается.
Ограниченно работоспособное состояние - категория технического состояния конструкций, при которой имеются дефекты и повреждения, приведшие к некоторому снижению несущей способности, но отсутствует опасность внезапного разрушения и функционирование конструкции возможно при контроле ее состояния, продолжительности и условий эксплуатации.
Недопустимое состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся снижением несущей способности и эксплуатационных характеристик, при котором существует опасность для пребывания людей и сохранности оборудования.
Аварийное состояние - категория технического состояния строительной конструкции или здания и сооружения в целом, характеризующаяся повреждениями и деформациями, свидетельствующими об исчерпании несущей способности и опасности обрушения.
В процессе разработки проектов реконструкции или усиления стальных конструкций следует:
- предусматривать требования по обеспечению надежности и долговечности зданий и сооружений,
- предусматривать конструктивные решения и методы производства работ, реализуемые, как правило, без остановки производства в эксплуатируемых зданиях и сооружениях или совмещаемые по времени с технологическими остановками производства,
- учитывать перспективы развития производства, возможность его повторных реконструкций и технического перевооружения,
- принимать проектные решения, обеспечивающие экономное расходование материалов, снижение стоимости и трудоемкости работ по реконструкции и усилению, уменьшению эксплуатационных затрат. Основные технические решения, принимаемые при разработке проектов реконструкции и усиления стальных конструкций, следует обосновывать путем сравнения технико-экономических показателей конкурентоспособных вариантов с учетом экономических последствий от стеснения или приостановки основного производственного процесса во время проведения работ по усилению.
Проектной документацией на усиление должны охватываться несколько стадий работы конструкций с учетом изменения параметров и свойств конструкций, а также режимов эксплуатации:
- стадия «А», предшествующая началу работ по усилению, во время которой требуется проверить, с учетом фактического состояния, возможность эксплуатации конструкций до их усиления или замены и разработать, в необходимых случаях, временные мероприятия по содержанию конструкций и ограничению режимов эксплуатации;
- стадия «Б», соответствующая периоду выполнения работ по усилению, с определением необходимых мероприятий по обеспечению работоспособности конструкций по временной схеме;
- стадия «В», соответствующая режиму эксплуатации конструкций после усиления с обеспечением работы в изменившихся условиях;
В необходимых случаях, с целью выявления фактического положения конструкций, возможного роста деформаций и изменения напряженного состояния, в проекте предусматривают проведение инструментальных наблюдений за состоянием конструкций на стадиях «А», «Б»и «В» с использованием приборов и датчиков. Которые позволят в оперативном режиме реагировать на те или иные изменения в НДС конструкции.
В расчетах усиления стальных конструкций обычно выполняют расчеты по нескольким вариантам расчетных схем для оценки возможного неблагоприятного влияния обычно не учитываемых факторов (такие как податливость фундаментов, появление эффекта неразрезности, влияние жесткости конструкций и т.д.). Учитывают уровень фактической нагруженности усиливаемых под нагрузкой конструкций в процессе выполнения работ по усилению, а также поведение конструкции в процессе ремонта и влияние последовательности технологии выполнения работ по усилению.
В конечном итоге комплексное решение вопросов конструирования вместе с выбором способа реализации усиления должно обязательно быть отражено в проектной документации.
Поверочные расчеты должны выполняются по фактическим расчетным схемам сооружений (конструкций, элементов) и фактическим сечениям с учетом влияния обнаруженных дефектов и повреждений, по уточненным значениям расчетных сопротивлений материала конструкций и соединений, действующих нагрузок и их сочетаний. Расчеты должны выполняться в объеме обеспечивающим достоверный вывод о возможности продолжения эксплуатации сохраняемых конструкций или обоснованные рекомендации об их усилении (замене) для всех стадий («А, Б, В») работы конструкций
Чтобы сократить объем работ по усилению, либо отказаться от усиления, необходимо выявить и использовать резервы несущей способности сохраняемых конструкций путем:
- уточнение усилий, действующих в перенапряженных элементах за счет учета пространственной работы каркаса, фактических условий соединения и закрепления, учета фактических значений нагрузок, воздействий и их сочетаний;
- уточнения прочностных характеристик материала конструкций и соединений, фактических размеров сечений и габаритов элементов;
- включения в работу ограждающих конструкций и других вспомогательных элементов зданий и сооружений.
Одновременно с этим следует проводить мероприятия по улучшению условий работы несущих конструкций, а именно
- уменьшение нагрузок, действующих на каркас или его отдельные элементы (ограничения грузоподъемности кранов, степени их сближения при совместной работе, изменение схемы расположения кранов путем установки крана малой грузоподъемности между кранами большей грузоподъемности, изменение конфигурации кровли и ликвидация перепадов между соседними пролетами для уменьшения снеговых мешков и т.д.)
- уменьшение нагрузок от массы ограждающих конструкций конструкций путем их замены более легкими (например, железобетонные плиты покрытия с керамзитобетонным утеплителем на кровлю по стальному оцинкованному настилу с легким эффективным утеплителем)
Все мероприятия по уменьшению крановых и других технологических нагрузок не должны ухудшать технологический процесс производства.
Мероприятия по ограничению грузоподъемности, степени сближения мостовых кранов или ограничение хода крановых тележек должны предусматривать методы контроля за их выполнением (контроль за уровнем нагрузок)
К основным способам усиления конструкций относятся:
- увеличение площади сечений отдельных элементов;
- изменение конструктивной схемы каркаса или его отдельных элементов с изменением расчетной схемы
- регулирование напряжений
Способы эти могут применять самостоятельно или в комбинации.
В частности при усилении конструкций способом увеличения площади сечений необходимо:
- обеспечить надежную совместную работу элементов усиления и усиливаемых элементов,
- избегать резких концентраторов напряжений в местах обрыва элементов усиления,
- предусматривать решения способствующие проведению антикоррозионных мероприятий,
- учитывать наличие ребер, прокладок, а также возможность увеличение габаритов конструкций (особенно габаритов приближений к кранам и др. движущемуся оборудованию, габаритов проходов и т.д.)
- учитывать технологию проведения работ по усилению – доступность сварки, возможности сверления отверстий под болты, использования монтажных инструментов и т.д.
При усилении конструкций с изменением конструктивной схемы необходимо:
- учитывать перераспределение усилий в конструкциях, элементах, узлах, а также в опорах, включая изменение нагрузок на фундаменты;
- учитывать возможность появления температурных воздействий на конструкции, элементы, узлы;
При усилении конструкций регулированием напряжений уменьшают усилия, действующие в конструкции. При этом следует учитывать возможность увеличения нагрузок в ряде других конструкций или их элементах. Усиление этим способом можно производить, как правило, без разгрузки конструкций и без остановки технологического процесса.
Соединение деталей усиления с существующими конструкциями выполняются на сварке, болтах (класс точности А и В) или высокопрочных болтах. Допускается также применение дюбелей и самонарезающих винтов. Если существующие конструкции выполнены без применения сварки и отсутствуют данные о свариваемости стали то при их усилении сварку можно применять только после оценки ее свариваемости.
Для обеспечения высокого качества работ по усилению, элементы и детали усиления необходимо проектировать, как правило, ориентируясь на их изготовление в заводских условиях. В особых случаях допускается изготовление деталей усиления с припуском и последующей обработкой на монтаже по месту установки.
Список литературы:
1) ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».
2) СП 13-102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений».
3) «Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций по внешним признакам» ЦНИИПРОМЗДАНИЙ
4) «Рекомендации по обследованию стальных конструкций производственных зданий» ЦНИИПСК им. Мельникова