Проектирование стальных напряженных поясов

Размещено на Аllbest.ru

Введение

При строительстве и эксплуатации каменных зданий и сооружений часто наблюдаются повреждения конструкций, снижающие прочность, устойчивость, долговечность и эксплуатационную надежность, как всего сооружения, так и его отдельных частей. Указанные повреждения являются следствием различных дефектов и нарушений, допущенных при инженерно-геологических изысканиях на площадке строительства, проектировании сооружения, изготовлении строительных материалов и деталей, строительно-монтажных работах, а также в экстремальных ситуациях (при пожаре, взрыве), возникающих в процессе эксплуатации вооружении.

Для обеспечения достаточной прочности, устойчивости зданий и возможности их эксплуатации необходимо усилить поврежденные конструкции.

В настоящей работе необходимо выполнить проектирование стальных напряженных поясов для здания с деформированными кирпичными стенами при характере деформаций соответствующих перегибу.

Причина деформаций - ослабление грунта вследствие его замачивания под торцевой частью здания.

Расчет поясов необходимо выполнить для случая, когда они компенсируют недостаточную величину отпора грунта основания в месте замачивания.

В практике эксплуатации зданий с кирпичными стенами достаточно часто встречаются случаи, когда происходит деформация стен и создается предаварийная ситуация.

Общие сведения

В практике эксплуатации зданий с кирпичными стенами достаточно часто встречаются случаи, когда происходят деформации стен и создается предаварийная ситуация. Деформации стен проявляются в виде трещин и разрушений несущих межоконных простенков и других участков стен, в отклонениях или выпучиваниях стен по вертикали, а также в смещениях отдельных участков здания.

Одной из основных причин подобных деформаций являются неравномерные осадки грунтов оснований, например, в результате их замачивания при эксплуатации. При неравномерных осадках оснований в стенах зданий возникают растягивающие напряжения и, как следствие, в силу того, что материал стен обычно имеет малую прочность на растяжение, образуются трещины. При наличии сквозных трещин здание разделяется на блоки, нарушается устойчивость стен и пространственная жесткость здания в целом.

Различают три основных вида деформаций зданий, происходящих из-за неравномерных осадок оснований (рисунок 1):

Перегиб - трещины вертикальные или наклонные с началом у карнизной части стен;

Перекос - трещины вертикальные с одинаковым раскрытием по высоте или парные между смежными по высоте проемами;

Прогиб - трещины наклонные и вертикальные или параболического очертания с началом внизу здания.

Кроме указанных в практике встречаются также деформации кручения.

Рисунок 1 - Схема деформаций при неравномерных осадках оснований: а - прогиб; б - перегиб; в - перекос; г - кручение

Так как здание во всех этих случаях разделяется на отдельные части (блоки), при решении вопроса об обеспечении пространственной жесткости и устойчивости необходимо рассматривать равновесие каждого блока. При этом следует иметь ввиду, что каждому из указанных выше повреждений соответствует своя схема отделения блока от сохранившейся части здания (рисунок 2). Например, при перегибе, как правило, прямоугольный осевший блок отделен трещиной не на всю высоту стены. Часть кладки или тело фундамента под трещиной не разорваны. При перекосе осевший блок отделен сплошной вертикальной трещиной по всей высоте до подошвы фундамента. При прогибе осевший блок очерчен сверху и по бокам параболической трещиной, а снизу - горизонтальным отрезком прямой.

Рисунок 2 - Схема отделения блоков (заштриховано) от сохранившейся части здания при деформации: а - перегиба; б - перекоса; в - прогиба

Наиболее эффективным методом усиления зданий с нарушенной пространственной жесткостью является метод устройства стальных напряженных поясов. Метод во многих случаях позволяет избежать трудоемких работ по усилению оснований и фундаментов и укреплению местных участков стен прокатным металлом.

Вид повреждения стен и характер деформаций грунтов оснований определяются при натурном обследовании зданий путем установления общей картины деформаций здания. При этом желательно построить схемы расположения трещин по всем стенам здания и определить место положения и размеры отколовшихся блоков.

Эпюра напряжений в грунте основания под подошвой фундамента отколовшейся части определяется характером деформаций и при перегибе может иметь вид трапеции, а при перекосе - трапеции или прямоугольника (рисунок 3).

Значения R, К0 и К1 находятся по результатам инженерно-геологического обследования грунтов основания под подошвой фундамента.

Рисунок 3 - Эпюры напряжения в грунте основания под подошвой отколовшегося блока при деформациях: а - перегиба; б - перекоса.

Для нахождения усилий в стержнях поясов необходимо составить уравнение равновесия относительно точки «0», положение которой определяется исходя из вида деформаций. При перекосе точка «0» располагается на подошве фундамента в месте границы откола. При перегибе она условно находится в середине оставшейся ниже конца трещины части здания (рисунок 3). Усилия во всех стержнях поясов можно принять равными между собой.

В общем случае, при известных величинах расчетного сопротивления грунта в зоне повреждения, расчетная схема при деформациях перегиба приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Расчетная схема усиления напряженными поясами здания, поврежденного при деформациях перегиба

Решая уравнение равновесия, можно определить усилия в тяжах, а затем по известным характеристикам стали определить их требуемые сечения.

После определения сечения тяжей производится расчет и конструирование остальных элементов пояса.

Определение расчетных напряжений грунтов оснований под подошвой фундаментов

Сбор нагрузок на один погонный метр основания под подошвой фундамента дан в таблицах 1-3.

Таблица 1 - Нагрузки на один погонный метр основания под подошвой фундамента наружной стены

Таблица 2 - Нагрузки на один погонный метр основания под подошвой фундамента внутренней стены

Таблица 3 - Нагрузки на один погонный метр основания под подошвой фундамента торцевой стены

Расчетные напряжения в грунте основания под подошвами фундаментов:

- наружной стены

- внутренней стены

Среднее расчетное напряжение под подошвой фундаментов

Определение усилий в тяжах

Принимаем, что тяжи установлены в уровне перекрытий и усилия в них одинаковы. Расчетная схема для определения усилий в тяжах при условии деформаций перегиба приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Расчетная схема (а) и схема плана к определению размеров (б)

Расчетное сопротивление грунта в зоне замачивания:

Тогда усилия в тяжах:

Расчет и проектирование элементов пояса

Подбор сечения тяжа

Тяжи принимаем из круглой стали по ГОСТ 27772 с расчетным сопротивлением растяжению Ry= 320 МПа (сталь С-345) [4, табл. В. 5].

С учетом ослаблений на резьбу принимаем окончательно тяж с диаметром 20 мм. Расчетная площадь тяжа (в месте резьбы)

Подбор уголка для крепления тяжей на углах здания

Схема крепления тяжа к уголку приведена на рисунке 6. Принимаем для крепления равнобокий уголок из стали марки С-345. Толщину и ширину полки уголка находим из условий необходимой длины сварного шва. Сварка выполняется электродами Э50 по ГОСТ 9467 [4, табл. Г. 1].

Определяем длину сварного шва из условия среза по металлу шва:

= 0, 9 - коэффициент, учитывающий вид сварки, при расчете среза по металлу шва [4, табл. 39];

- минимальный катет сварного шва [4, табл. 38];

= 18, 5 кН/см2 - расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу шва [4, табл. Г. 2];

гwf = 1 - коэффициент условия работы [4].

Определяем длину сварного шва из условия среза по границе сплавления:

= 1, 05 - коэффициент, учитывающий вид сварки, при расчете среза по границе сплавления [4, табл. 39];

= 0, 45· = 0, 45·46 = 20, 7 кН/см2 - расчетное сопротивление угловых швов срезу по металлу границы сплавления [4, табл. 4];

= 46 кН/см2 - временное сопротивление стали С345 [4, табл. В. 3];

гwz = 1 - коэффициент условия работы [4].

Принимаем ширину полки уголка из условия

Конструктивно принимаем равнополочный уголок 90х6 по ГОСТ 8509-93 с .

Рисунок 6 - Схема крепления тяжей к уголку

Принимаем муфту в виде трубы с левой и правой резьбами. Схема муфты приведена на рисунке 7. Площадь поперечного сечения муфты должна быть равна площади поперечного сечения тяжа с учетом ослабления резьбой = = см2. Внутренний диаметр муфты dB = 26 мм. Муфта ослаблена четырьмя отверстиями с d0 = 12 мм. Определяем наружный диаметр dH из условия

Принимаем наружный диаметр муфты 48 мм.

Рисунок 7 - Конструктивное решение трубчатой стяжной муфты

Подбор элементов поперечного тяжа

Так как отношение длины здания L = 33 м к его ширине B = 9, 6 м, равное 33/9, 6 = 3, 4: 1, больше чем 1, 5: 1, необходима установка поперечного тяжа. Диаметр поперечного тяжа и конструкции муфт принимаем аналогичными конструкциям основного пояса. Место расположения тяжа показано на плане и фасаде здания.

В месте расположения поперечного тяжа тяж основного пояса разрывается и прикрепляется к уголку 125х80х10 (ГОСТ 8509-93), длина которого определяется конструктивно исходя из необходимой длины приварки тяжей основного пояса и установки прокладки под гайку поперечного тяжа. Суммарная длина сварного шва, как рассчитано ранее, не должна быть менее 6 см при сварке электродами Э50 с катетом шва 8 мм.

Расчет минимально допустимой величины расчетного сопротивления ослабленного грунта основания для случая устройства пояса с тяжами большего сечения, чем требуется из условия равновесия

Для определения величины Rpmin используем расчетную схему, аналогичную схеме на рисунке 5.

Принимаем конструктивно диаметр тяжа d = 40 мм. Расчетный диаметр с учетом ослаблений резьбой равен 36 мм. Рабочая площадь тяжа Fт = 10, 18 см2. Расчетное сопротивление Ry = 320 МПа (сталь С-345).

Усилие в тяжах

Из условия равновесия моментов относительно точки “0” находим Rpmin:

Таким образом, при диаметре тяжа d = 40 мм усилие можно производить, если расчетное сопротивление ослабленного участка грунта под подошвой фундамента будет не менее чем.

Конструктивное решение и технологическая последовательность установки поясов

проектирование пояс

Конструктивное решение поясов разработано для случая их открытой прокладки по стенам.

Усиление производится двумя поясами, установленными в уровнях чердачного и междуэтажного перекрытий. Пояса проложены открыто на штырях, размещенных с шагом 1, 00 - 2, 00 м.

Пояса запроектированы с тяжами из круглой стали С-345 диаметром 20 мм. На углах тяжи закрепляются к равнополочным уголкам 90Ч6 длиной 50 см. Суммарная длина сварного шва в месте крепления тяжа к уголку должна быть не менее 6 см с катетом шва 8 мм. Сварку выполнять электродами Э50 (ГОСТ 9467).

Поперечные тяжи поясов выполнить из круглой стали С-345 диаметром 20 мм. В месте расположения поперечного тяжа в наружном поясе устанавливается равнополочный уголок 90Ч6 (ГОСТ 8509-93). Крепление тяжей пояса к уголку производится сваркой электродами Э50 с катетом шва 10 мм.

Натяжение поясов и поперечных тяжей обеспечивается стяжными муфтами. Расстояние между муфтами должно быть не более 6, 0 м. Трубчатые муфты выполняются из стали С-345. Наружный диаметр муфты 48 мм. Отверстия в муфте для рычага натяжения диаметром не более 12 мм.

Установка поясов должна выполняться в следующей технологической последовательности.

1. Проводятся предварительные работы по ликвидации причин ослабления грунтов основания - в данном случае их замачивания.

2. Усиливаются по специальному проекту все поврежденные конструкции стен (простенки, перемычки и т. д.).

3. В заводских условиях выполняются все элементы поясов со сваркой всех деталей и окраской антикоррозионным покрытием.

4. На здании проводится разметка мест положения элементов поясов, пробивка отверстий для пропуска тяжей. В местах установки уголков сбивается штукатурный слой.

6. На растворе устанавливаются уголки пояса и подвешиваются тяжи с муфтами.

7. Производится натяжение поясов с помощью динамометрического ключа или рычагом длиной 1, 5 м с усилием на него 300 - 400 Н. Натяжение осуществляется одновременно по всему периметру пояса. Усилие натяжения должно быть в пределах 50 кН. Тяж можно считать напряженным, если он не имеет провисания и при простукивании излучает чистый звук высокого тона.

8. Учитывая возможность потери напряжения в поясах, не ранее чем через 1 месяц проводится их дополнительная подтяжка.

9. После повторной подтяжки пояса все штрабы и отверстия заделываются раствором марки М150.

Список литературы

1. СП 20. 13330. 2016 Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2. 01. 07-85*.

2. СП 15. 13330. 2012 Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*.

3. Иванов Ю. В. Реконструкция зданий и сооружений: усиление, восстановление и ремонт/ Учебное пособие. - М. : Издательство АСВ, 2013 г., 312 стр.

4. СП 16. 13330. 2017 Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*.

5. Травин В. И. Капитальный ремонт и реконструкция жилых и общественных зданий - Ростов-на-Дону, 2004 г., 251 стр.

6. Юдина А. Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений - Москва, 2010 г.

Размещено на Аllbest.ru