Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах   (стр. 13 из 17)

а - смятие цилиндрической оболочки (трубы); б - деформация двутавровой балки от сосредоточенной; нагрузки; в - изгиб колонны под нагрузкой

Рисунок 9.24 - Местная потеря устойчивости металлической конструкции от чрезмерного изгибающего момента

9.4.10 При недостаточной жесткости сжимаемой конструкции или первоначальной ее деформации (например, стойки), возникшей при перевозке или во время выполнения монтажных работ, происходит потеря ее устойчивости из плоскости (рисунок 9.24). Чтобы избежать при сейсмическом воздействии подобного развития событий, конструкция должна быть рассчитана на продольный изгиб с учетом ее гибкости при определении соответствующей критической силы.

Аналогичный процесс при сейсмическом воздействии может происходить в металлических конструкциях покрытия. На рисунке 9.25 показана потеря обшей устойчивости элементов фермы в большепролетном покрытии, где деформация фермы из своей плоскости вызвана недостаточной прочностью поперечных связей или нарушениями, допущенными при монтаже покрытия.

а - фронтальный вид раскосной фермы; б - расположение ферм в плане со схемой потери устойчивости формы одной фермы из ее плоскости; 1 - вертикальные связи; 2 - фермы; 3 - форма потери

Рисунок 9.25 - Потеря общей устойчивости фермы в составе покрытия

4.11 Разрушение сварных швов происходит или непосредственно по шву в результате его среза, или по основному металлу конструкции в зоне шва вследствие возникновения концентрации напряжений, вызванных сваркой или хрупкостью металла. Такие дефекты, как правило, являются результатом неправильной технологии сварочных работ, применения неподходящей к конкретным условиям марки электродов или низкой квалификации сварщиков.

Разрушение по металлу как первопричина обрушения конструкции возникает в результате ее изготовления (даже отдельной ее части) из металла непрокатной марки или вследствие ошибки в расчете.

9.4.12 В отношении стальных конструкций понятие «восстановление» применимо лишь в небольшой мере, так как в основном это касается вспомогательных связей. Металлоконструкцию можно усилить, заменить новой, но восстанавливать разрушившийся элемент, как это делается обычно в каменной стене или в железобетонной конструкции, приходится редко, так как после разрушения даже одного стыка или элемента основной несушей конструкции, как правило, следует общее обрушение. Поэтому в настоящем пункте и в пп. 9.4.13 - 9.4.18 рассматриваются только способы усиления. Что же касается восстановления отдельных разрушившихся элементов, если в целом конструкция сохранилась, то она просто приводится в первоначальное проектное состояние, возможно с некоторым усилением.

9.4.13 Для уменьшения усилий в наиболее нагруженных или поврежденных элементах в существующую конструкцию вводят дополнительные несущие элементы. На рисунке 9.26, а показано подведение дополнительных балок, предназначенных для разгрузки существующих балок, а на рисунке 9.26, б показана схема устройства напрягаемой затяжки для уменьшения изгибающего момента в пролете балки.

Для разгрузки колонны каркаса при отсутствии домкратов используют способ подведения дополнительных преднапряженных стоек, которые состоят из вложенных одна в другую двух труб, сваренных по концам. Трубы должны быть сварены тогда, когда температура специально нагреваемой наружной трубы достигнет (400 - 500) °С, а потому после остывания внутренняя труба оказывается сжатой. Установив и раскрепив такую преднапряженную стойку, наружную трубу разрезают по окружности возле нижнего шва, после чего внутренняя труба, упертая в ригель, расширяясь, разгружает колонну. Затем наружная труба по разрезанному поясу сваривается накладками и также включается в работу. Такая процедура может быть выполнена также с помощью обычной стойки и домкрата. Во всех случаях должны быть предусмотрены страховочные мероприятия. На рисунке 9.26, г показано усиление фермы, повышающее несущую способность верхнего пояса в одном случае и опорного участка - в другом.

а - усиление с помощью дополнительных балок; б - усиление балки с помощью напрягаемой затяжки; в - схема подведения дополнительных преднапряженных стоек для разгрузки каркаса; г - усиление фермы введением дополнительных элементов в решетку; 1 - дополнительные разгружающие балки; 2 - талреп; 3 - дополнительные элементы решетки; 4 - сварка; 5 - преднапряженные стойки; 6 - крепления при монтаже; 7 - разрезка после установки стойки; 8 - внутренняя сжатая труба

Рисунок 9.26 - Схема введения дополнительных несущих элементов в усиливаемую конструкцию

9.4.14 Усиление металлических конструкций часто выполняют установкой дополнительных связей, ребер, диафрагм, распорок и т.п. и применяют для восстановления или усиления пространственной системы большепролетных несущих металлоконструкций. Главное его предназначение - это дополнительное увеличение жесткости и устойчивости отдельных плоских конструкций и элементов, не связанных между собой, и объединение их в единую трехмерную систему. Установка дополнительных связей также способствует лучшему распределению усилий между плоскими несущими конструкциями, составляющими пространственную систему. Например, на рисунке 9.27, а показаны дополнительные ребра, повышающие устойчивость стенки сварной двутавровой балки. На рисунке 9.27, б приведена схема установки дополнительных вертикальных связей между фермами покрытия. Для увеличения общей жесткости покрытия в плоскости нижнего пояса ферм на рисунке 9.27, в показана схема устройства дополнительных связей.

9.4.15 При повреждении стыков, изменении конструктивной схемы, увеличении нагрузки на конструкцию и т.п. применяют усиление соединений элементов. Усиление соединений может осуществляться путем сварки или использования высокопрочных болтов, что во многих случаях предпочтительнее. На рисунке 9.28, а показано усиление двумя металлическими полосами сварного таврового профиля, изготовленного из листовых элементов. На схеме рисунка 9.28, б приведен вариант усиления стыка прокатных двутавровых балок с помощью накладок, приваренных к полкам и стенкам двутавра, а на рисунке 9.28, в показан способ усиления узла сварной фермы путем наращивания узловой фасонки для возможности увеличения длины сварных швов и соответственно увеличения жесткости узла.

9.4.16 Если необходимо повысить общую несущую способность конструкции широко применяют при восстановительных работах усиление сечения элементов. При этом должны соблюдаться следующие основные правила:

а) усиление сечения конструкции не должно нарушать ее центровку;

б) в растянутых элементах усиление должно быть доведено до узлов крепления;

в) усиление изгибаемых элементов достаточно выполнить на участках, перекрывающих участок максимальных моментов, при этом сварку по присоединению усиливающих элементов следует начинать с растянутой зоны;

г) внецентренно сжатые элементы должны быть усилены так, чтобы уменьшался эксцентриситет рабочего сечения;

д) варианты усиления сечения должны выбираться из соображений удобства ведения работ и технологичности сварки.

а - увеличение пространственной жесткости балки усиливающими ребрами; б - усиление ферм покрытия диагональными стяжками; в - схема усиления перекрытия полосами диагональных связей между фермами для увеличения горизонтальной жесткости; 1 - дополнительные ребра жесткости; 2 - дополнительные связи; 3 - фермы

Рисунок 9.27 - Усиление конструкции добавлением элемента жесткости и связи

а - усиление таврового стыка листовыми элементами; б - усиление стыка двутавровых балок накладками из листового металла; в - усиление узла сварной фермы путем наращивания фасонки; 1 - усиливаемое соединение; 2 - элементы усиления; 3 -усиливающие накладки

Рисунок 9.28 - Усиление стыка и соединительных элементов

Примеры усиления сжатых и изгибаемых элементов приведены на рисунке 9.29. Для ускоренного усиления металлического элемента, а также при отсутствии металла или сварочного оборудования используют деревянные брусья, которые жестко крепят хомутами или болтами, обеспечивающими их совместную работу. Усиление швеллерной балки возможно осуществить ее обетонированием с дополняющим арматурным каркасом, прикрепленным к балке; усиление элементов верхнего пояса металлической фермы несложно выполнить размещением между уголками сплошной полосы, которую соединяют прерывистой сваркой с двух сторон; при необходимости можно усилить выборочно элементы фермы при недостаточном восприятии ими сейсмических и других нагрузок.

9.4.17 Изменение конструктивной схемы является наиболее радикальным способом увеличения несущей способности существующей конструкции. Это усиление связано с введением дополнительных несущих элементов и, как следствие, с изменением напряженного состояния основных частей конструкции.