Дополнительная горизонтальная предварительно напряженная арматура в ферме покрытия

Содержание

1. Задание на контрольную работу

2. Применение усилений

3. Повреждения стропильных ферм

4. Усиление ферм предварительно напряженными гибкими элементами

5. Последовательность выполнения работ по усилению фермы

6. Контроль качества и приемка работ

7. Техника безопасности

Список использованных источников

1. Задание на контрольную работу

Произвести усиление фермы покрытия дополнительной горизонтальной предварительно напряженной арматурой.

Исходные данные:

район строительства – г.Медногорск;

назначение здания – промышленное производственное;

размер здания – 48м.× 72м.

План здания.

Разрез 1-1.

2. Применение усилений

В ближайшие годы стране предстоит большая работа по реконструкции действующих предприятий. При этом рост производства может быть достигнут, в значительной степени, за счет усовершенствования технологических процессов, производственных режимов и максимального использования существующих площадей. Но всякая реконструкция сопровождается, как правило, изменением нагрузок на строительные конструкции и изменением их первоначальных конструктивных схем, что приводит, в свою очередь, к необходимости увеличения несущей способности конструкций и, следовательно, их усиления.

Необходимость усиления строительных конструкций в процессе эксплуатации возникают не только при реконструкции, но и по причине их преждевременного износа в результате непредусмотренных проектом изменений технологии производства при действующем оборудовании, различных повреждений и т.п.

К усилению железобетонных конструкций следует прибегать лишь после того, как будут исчерпаны все возможности их надежной эксплуатации (ограничение технологических нагрузок, введение временных разгружающих опор при монтаже – демонтаже оборудования, снижение уровня вибрации и т.д.).

Определение возможности и целесообразности усиления, а также выбор способов и схемы усиления производятся в каждом отдельном случае с учетом фактического состояния конструкций, агрессивности среды и пожароопасности производственных помещений, недопустимости запыленности и сварочных работ во взрывоопасных помещениях, а также возможности выполнения усиления без остановки основного производства, величины полезных нагрузок, свободных габаритов и условий производства работ по усилению.

При усилении ферм покрытий возможны следующие варианты:

- усиление ферм в целом,

- сквозное усиление одного из поясов,

- усиление отдельных элементов и узлов.

Растянутые стойки и раскосы чаще всего усиливают преднапряженными затяжками, сжатые элементы — стальными обоймами-распорками, опорные и промежуточные узлы — внешними хомутами. Для ферм с параллельными поясами весьма эффективной усиливающей конструкцией является шпренгель, располагаемый по линиям нисходящих (растянутых) опорных раскосов и средних панелей нижнего пояса. В тех случаях, когда требуется значительное увеличение несущей способности ферм (например, при аварийном состоянии или необходимости подвески тяжелого оборудования), их усиливают с помощью дополнительных металлических ферм, устанавливаемых с боков.

3. Повреждения стропильных ферм

Соединение элементов фермы в узлах создает предпосылки для концентрации в них разнородных по знаку и характеру напряжений: сжимающих, растягивающих, касательных. В результате концентрации напряжений узлы подвержены наиболее интенсивному трещинообразованию и требуют значительного расхода арматуры. Большие растягивающие усилия в нижнем поясе приводят к появлению сквозных вертикальных трещин, а сжимающие усилия в верхнем поясе — к появлению несквозных горизонтальных трещин. Картина трещинообразования в раскосной стропильной ферме сегментного очертания представлена на рис. 1.

Трещины опорного узла ферм по своей природе близки к трещинам на опорах балок. Появление горизонтальных трещин в нижнем напряженном поясе 6 свидетельствует об отсутствии или недостаточности поперечного армирования в обжатом бетоне. Нормальные (перпендикулярные к продольной оси) трещины типа 9 появляются в растянутых стержнях при необеспеченности трещиностойкости элементов.

Причем следует обратить внимание на то обстоятельство, что снятие внешней нагрузки на ферму, уменьшая растягивающие усилия в нижнем поясе, приводит к закрытию трещин типа 9, но при этом может вызвать увеличение раскрытия трещин типа 4, 5.

Появление повреждений в виде лещадок типа 13 свидетельствует об исчерпании прочности бетона на отдельных участках сжатого пояса или на опорах.

Рис. 1. Картина трещинообразования в стропильной раскосной ферме.

Наклонные трещины опорного узла:

1 — низкий класс бетона, недостаточное количество поперечной арматуры: большой шаг стержней, малый диаметр;

2 — недостаточное преднапряжение продольной арматуры, проскальзывание ее в зоне заанкеривания, недостаточное количество поперечной арматуры;

3 — нарушение анкеровки преднапряженной арматуры: низкий класс бетона, недостаточная прочность бетона на момент обжатия.

Лучеобразные вертикальные трещины:

4 — недостаточное косвенное армирование от усилий обжатия пред-напряженной арматуры.

Горизонтальные трещины:

5 и 6 — отсутствие косвенного армирования (сетки, замкнутые хомуты) в зоне заанкеривания преднапряженной арматуры, низкая прочность бетона на момент обжатия, наклонные трещины в верхнем поясе;

7 — недостаточное косвенное армирование узла поперечными стержнями (сетками).

Трещины, перпендикулярные оси элементов фермы:

8 — недостаточное заанкеривание рабочей арматуры растянутого элемента в узле фермы, слабое косвенное армирование узла;

9 — недостаточное преднапряжение нижнего пояса, перегрузка фермы.

Продольные трещины в сжатых элементах:

10 — низкий класс бетона, перегрузка фермы. Монтажные трещины;

11 — изгиб из плоскости фермы при монтаже, перевозке, складировании.

Нормальные трещины в растянутых элементах:

12 — перегрузка фермы, смещение арматурного каркаса относительно продольной оси элемента;

13 — откол лещадок.

4. Усиление ферм предварительно напряжёнными гибкими элементами

Усиление растянутых железобетонных элементов рекомендуется проводить металлическими затяжками. Наиболее эффективны предварительно напряженные затяжки (рис.2). Предварительное напряжение затяжек можно создавать механическим, термомеханическим и электротермическим способами. Выбор того или иного способа определяется условиями производства работ и наличием необходимого оборудования.

Рис. 2. Усиление поясов ферм

1 – усиливаемая ферма; 2 – плиты покрытия; 3 – металлическая обойма; 4 – предварительно напряженные затяжки; 5 – анкерное устройство на опорном узле; 6 – ребро жесткости; 7 – хомут для фиксации затяжек; 8 – фиксатор.

Продольные затяжки в виде арматурных стержней или прокатных профилей располагают вдоль растянутой грани ферм (балок) и закрепляют на торцах. Под воздействием внешней нагрузки балка прогибается, а ее опорные сечения (торцы) поворачиваются (рис. 3). При повороте торцы увлекают за собой затяжку, удлиняют ее и вызывают в ней растягивающее усилие, которое, в свою очередь, действует на балку в виде сжимающей силы Р. От этой силы в балке возникает разгружающий момент М_p=-Р_е, где е — расстояние от силы Р до центра тяжести сечения. В отличие от усиления шпренгелем, поперечные силы здесь не уменьшаются и разгружение опорных участков (наклонных сечений) не происходит.

Чем больше снято нагрузки с балки до начала усиления, тем больше последующие углы поворота торцов, тем больше и усилие Р. Разумеется, при этом требуется заранее устранить (выбрать) начальную слабину затяжки. Но даже и при условии полного предварительного снятия нагрузки напряжения в затяжке достигнут небольшой величины — как правило, не более 100 МПа. Ведь она работает как внешняя арматура без сцепления с бетоном, у которой растягивающие напряжения по длине постоянны, в то время как рабочая арматура балки в опасных сечениях испытывает куда более высокие напряжения. Поэтому в затяжках создают предварительное напряжение, которое позволяет значительно увеличить силу обжатия Р и, соответственно, увеличить разгружающий момент M_p.

Расчет затяжек можно выполнять приближенно. Из требуемой величины разгружающего момента M_p находят величину Р, а далее из выражения Р = ((100ΔM_m/M_tot) + σ_sp) A_ssγ_ss £ 0,8R_sA_ss. находят требуемую площадь сечения A_ss стержней затяжки, задавшись величиной их предварительного напряжения σ_sp. Здесь ΔM_m и М_tot — величины соответственно дополнительного изгибающего момента, возникающего от прикладываемой после усиления нагрузки, и изгибающего момента от полной нагрузки (без учета M_p), γ_ss=0,85 — коэффициент, учитывающий потери напряжений. Размерность в формуле приведена в Н и мм, при размерности в кг и см коэффициент 100 заменяется на 1 000.

Рис. 3. Усиление поясов ферм

1. усиливаемая ферма (балка);

2. затяжка.

Усилие предварительного натяжения создают взаимным сближением (стягиванием) ветвей затяжки с помощью стяжных болтов на величину а, по которой контролируют и величину самого усилия N.

Ветви можно натягивать также с помощью домкратов и нарезных муфт, но в последнем случае для контроля величины σ_sp необходимо применять специальные приборы (а не динамометрические ключи, которые дают слишком большую погрешность). Независимо от способов натяжения, величина предварительного напряжения σ_sp не должна превышать 0,9R_sn для мягкой стали (имеющей физический предел текучести) и 0,7R_sn для высокопрочной стали. Максимальные напряжения в стержнях затяжки (после вычета потерь напряжений и добавления напряжений от дополнительно приложенной нагрузки) должны быть не более 0,8R_s.

5. Последовательность выполнения работ по усилению фермы

Усиление ферм предварительно напряженными гибкими элементами ведут в следующей последовательности:

Анкерные устройства затяжек усиления крепятся на опорных узлах в торцах фермы; в промежуточных узлах положение стержней затяжек, после предварительного напряжения, должно быть зафиксировано с помощью специальных хомутов-фиксаторов на сварке. Анкерные устройства рекомендуется ставить на выравнивающий слой цементного раствора класса 25. При плотном сопряжении опорной части с бетонной поверхностью по всей площади допускается установка анкеров без раствора «насухо». При установке анкерных устройств на раствор напряжение затяжек следует производить после набора раствором прочности не менее 70 %.

Анкерные устройства должны быть простой технологической конструкции, достаточно жесткими и несмещаемыми (рис.2). Опорные пластины анкерных устройств рекомендуется принимать толщиной 12 - 24 мм. При больших усилиях в затяжках жесткость опорных пластин необходимо увеличивать постановкой ребер жесткости.

При значительном повреждении сжатых или растянутых поясов их восстановление производится после установки под узлы фермы временных подпорок.

При монтаже затяжек следует предусматривать мероприятия, не допускающие их прогиба. Для выбора начальной слабины затяжек рекомендуется давать предварительное напряжение до 20 МПа.

Выбор начальных деформаций анкеров (обмятие бетона) следует производить подтягиванием затяжек на 0,5 мм через 2...3 дня после их установки.

Предварительное натяжение стержней затяжек усиления должно создавать в них напряжение не менее 70 % их расчетного сопротивления. Контроль величины усилия в затяжках осуществляется по общему удлинению.

При усилении одного элемента затяжкой, состоящей из нескольких ветвей, натяжение их следует выполнять одновременно.

При напряжении затяжек гайками концы затяжек с резьбой следует выполнять из коротышей диаметром, превышающим диаметр затяжек на 4 мм. Соединение коротышей с затяжкой необходимо выполнять с помощью сварки при соблюдении условия равнопрочности стыка основному металлу сечения затяжки.

Натяжные гайки по высоте должны составлять не менее полутора диаметров наконечника по нарезанной части. Между гайками и упорами необходимо поставить шайбы. Гайки и шайбы следует изготовлять из твердых сталей, чтобы избежать смещения шайб и гаек.

После завершения напряжения фиксируют положение элементов усиления и красят их.

6. Контроль качества и приемка работ

Контроль качества работ выполняется в три этапа: входной (предварительный), операционный (в ходе выполнения работ) и приемочный.

При входном контроле строительных конструкций, изделий, материалов и оборудования следует проверять внешним осмотром соответствие их требованиям стандартов или других нормативных документов и рабочей документации, а также наличие и содержание паспортов, сертификатов и других сопроводительных документов.

Операционный контроль должен осуществляться в ходе выполнения строительных процессов или производственных операций и обеспечивать своевременное выявление дефектов и принятие мер по их устранению и предупреждению, осуществляют производители работ и мастера с привлечением представителей геодезической службы и строительной лаборатории.

При операционном контроле следует проверять соблюдение технологии выполнения строительно-монтажных процессов; соответствие выполняемых работ рабочим чертежам, строительным нормам, правилам и стандартам. Особое внимание следует обращать на выполнение специальных мероприятий при строительстве на просадочных грунтах, в районах с оползнями и карстовыми явлениями, вечной мерзлоты, а также при строительстве сложных и уникальных объектов. Результаты операционного контроля должны фиксироваться в журнале работ. Основными документами при операционном контроле являются нормативные документы СНиП, технологические (типовые технологический) карты и схемы операционного контроля качества. Схемы операционного контроля качества, как правило, должны содержать эскизы конструкций с указанием допускаемых отклонений в размерах, перечни операций или процессов, контролируемых производителем работ (мастером) с участием, при необходимости, строительной лаборатории, геодезической и других служб специального контроля, данные о составе, сроках и способах контроля.

Приемочный контроль – контроль, выполняемый по завершении этапа строительства, скрытых работ, других объектов контроля и объекта целиком. По его результатам принимается документированное решение о пригодности объекта контроля к эксплуатации или выполнению последующих работ.

Результаты приемочного контроля фиксируются в актах освидетельствования скрытых работ, актах промежуточной приемки ответственных конструкций, актах испытания пробной нагрузкой и других документах, предусмотренных действующими нормативами по приемке строительных работ, зданий и сооружений.

Приемочный контроль осуществляют: мастер (прораб), геодезист, работник отдела контроля качества СМР, представители технадзора заказчика.

При производстве работ состав контролируемых показателей, допустимые отклонения, объем, и методы контроля должны соответствовать требованиям ГОСТ и СНиП.

7. Техника безопасности

При выполнении работ по усилению конструкций кроме соблюдения общих правил техники безопасности в строительстве согласно главе СНиП III-4-80 требуется соблюдение особых правил, связанных со спецификой и условиями выполняемых работ. Технологические процессы, выполняемые на территории действующего предприятия и в действующих цехах относятся к работам повышенной опасности и должны производиться по нарядам-допускам. Рабочие строительных организаций должны быть ознакомлены с проектами производства работ и пройти дополнительный инструктаж по технике безопасности в связи с повышенной опасностью производства работ при реконструкции предприятий.

Работники предприятия, в свою очередь, должны пройти инструктаж по правилам безопасного поведения в зоне производства строительно-монтажных работ.

Основанием для производства работ по усилению в действующем цехе должен быть приказ (распоряжение) по предприятию (цеху) с указанием лиц, ответственных за подготовку оборудования и конструкций к указанным работам, за проведение мероприятий, необходимых для обеспечения безопасности этих работ и для оперативной связи с подрядчиком.

На объекте, где работы по усилению производятся несколькими подрядными организациями или смешанными силами подрядных организаций и заказчика, общую координацию работ должен осуществлять начальник объекта или лицо, назначенное им.

На проведение работ по усилению на действующем предприятии перед началом работ администрация цеха должна выдать подрядной организации наряд-допуск к работе, который является письменным разрешением на производство работ в отведенной зоне (участке, отделении объекта). Наряд-допуск оформляется администрацией предприятия (цеха) на период, необходимый для выполнения указанного объема работ. Все работники подрядной организации, имеющие допуск на территорию предприятия, имеют право выполнять работы только на тех рабочих местах и объектах, которые предусмотрены нарядом-допуском.

Для обеспечения безопасности занятых на производстве работ по усилению конструкций рабочих и производственного персонала предприятия зона производства работ должна бить ограждена. При этом граница опасной зоны определяется исходя из минимально необходимого размера рабочей зоны и с учетом возможного падения предметов при работе на высоте в соответствии с СНиП III-4-80. Все находящиеся в рабочей зоне силовые линии, коммуникации и технологическое оборудование необходимо перенести или оградить.

При производстве работ на действующих предприятиях необходимо выполнять требования пылегазового и других режимов, действующих на реконструируемом предприятии.

При усилении без остановки производства во взрывоопасных и пожароопасных производствах сварочные работы допускаются в исключительных случаях по письменному разрешению представителя заказчика, которое выдается ежедневно при одновременном согласовании плана работ, связанных со сваркой.

Инженерные сети в рабочей зоне должны быть, как правило, отключены, закорочены, а оборудование и технологические трубопроводы освобождены от взрывоопасных, горючих и вредных веществ и нейтрализованы.

Взрывные работы, вибропогружение и забивку свай, трамбовку грунта в действующем цехе разрешается производить в исключительных случаях и только при соответствующем обосновании и письменном согласовании с заказчиком.

Несущие конструкции до начала подготовки к усилению (при необходимости) должны быть разгружены путем подведения дополнительных опор, демонтажа оборудования, вышележащих конструкций и т.п. При усилении несущих конструкций покрытия одноэтажных зданий необходимо устраивать временные защитные перекрытия по нижним поясам ферм.

При монтаже конструкций необходимо обеспечить устойчивость и неизменность смонтированной части на всех стадиях монтажа, а также безопасность ведения монтажных работ.

При обнаружении в процессе производства работ деформаций, которые могут привести к аварийному состоянию, необходимо определить границы опасной зоны, немедленно принять меры к обеспечению устойчивости и прочности здания или конструкции, до выполнения которых прекратить работы в опасной зоне, вывести рабочих, одновременно уведомив об этом проектную организацию, выбрать и осуществить способ усиления, обеспечивающий: наименьшее нарушение существующих конструкций, наибольшую степень усиления и быстрейшее завершение работ по усилению и передаче нагрузки.

При пробивке проемов или отверстий в перекрытиях на нижележащем этаже должны устраиваться ограждения или крытые переходы. Проемы в наружных стенах и выносные площадки для приема и подачи нового технологического оборудования и строительных материалов следует ограждать перилами высотой 1 м. Проемы в кирпичных стенах допускается устраивать только после устройства металлических перемычек, заводимых с обеих сторон в штрабы и соединенных болтами.

При производстве работ по усилению над рабочими зонами действующего предприятия ниже места усиления должны быть устроены защитные настилы. Если усиление выполняется с применением сварки, настилы в радиусе не менее 5 м от места ее выполнения должны быть освобождены от сгораемых материалов.

Перекрытия над подвалами в зоне действия строительного транспорта и кранов должны быть заранее дополнительно усилены.

При установке монтажных элементов в проектное положение вручную масса монтажного элемента не должна превышать 60 кг.

Рабочие, занятые на подготовке поверхности бетона, должны быть снабжены спецодеждой с индивидуальными средствами защиты, а участки производства работ очищены от пыли.

При усилении с использованием дополнительной напрягаемой арматуры во время ее натяжения не допускается пребывание посторонних людей в рабочей зоне.

Временное складирование демонтируемого технологического оборудования разрешается на участках перекрытий, указанных в ППР, имеющих достаточную прочность.

Временное подключение оборудования для строительных целей ко всем действующим инженерным сетям выполняется при их подключении и письменно согласовывается с заказчиком.

Работы по усилению конструкций на реконструируемом предприятии необходимо выполнять только при наличии и в соответствии с разработанным ППР.

ППР должен включать разработку:

совместных мероприятий генподрядчика и заказчика по производству работ на действующем предприятии;

схем безопасного движения людей к рабочим местам;

зон действия грузоподъемных механизмов, воздушных линий электропередачи, хранения взрывоопасных и горючих материалов, а также вредных веществ и других опасных зон, условия работы в которых требуют внимания к обеспечению безопасности рабочих; при усилении, без остановки производства, должны быть определены безопасные границы движения мостовых кранов или принято решение о прекращении их эксплуатации, а их движение в зоне усиления (при необходимости) согласовано графиком их работы по времени;

схем безопасного движения транспортных средств; такие схемы должны быть установлены у въезда на строительную площадку, а на площадке - соответствующие дорожные знаки; при необходимости совмещение движения строительного транспорта и транспорта действующего предприятия должно согласовываться схемой в плане и графиком по времени;

выполнения разгрузочных работ, временного закрепления усиливаемых конструкций, ограждения проемов, устройства освещения рабочей зоны;

безопасных способов удаления отходов строительных материалов и продуктов разборки конструкций;

способов защиты технологического оборудования от механического повреждения;

дополнительных защитных мероприятий при производстве работ в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также при выполнении работ в аналогичных условиях вне помещения;

средств защиты работающих от воздействия вредных производственных факторов;

обеспыливания и вентиляции рабочего места;

применения маломощного ручного, преимущественно электрического инструмента при выполнении подготовительных работ.

Режим работы рабочих, занятых на усилении конструкций в действующем цехе, их индивидуальные средства защиты должны быть увязаны с режимом работы и индивидуальными средствами защиты рабочих основного производства.

Список использованных источников

1. Реконструкция промышленных предприятий. В 2 т. Т. 1 / В.Д. Топчий, Р.А. Гребенник, В.Г. Клименко и др.; Под ред. В.Д. Топчия, Р.А. Гребенника. – М: Стройиздат, 1990. – 591 с.: ил. – (Справочник строителя).

2. Реконструкция промышленных предприятий. В 2 т. Т. 2 / В.Д. Топчий, Р.А. Гребенник, В.Г. Клименко и др.; Под ред. В.Д. Топчия, Р.А. Гребенника. – М: Стройиздат, 1990. – 623 с.: ил. – (Справочник строителя).

3. Кутуков В.Н. Реконструкция зданий: Учебник для строительных вузов. – М.: Высш. школа, 1981. -263 с.: ил.

4. Байков В.Н., Сигалов Э.Е Железобетонные конструкции: Общий курс Учебник для вузов. – 4‑е изд. перераб. – М.: Стройиздат, 1985. – 728 с.: ил.

5. Рекомендации по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1989г.