Усиление и ремонт строительных конструкций при реконструкции здания

  Федеральное агентство по образованию  

  Государственное образовательное учреждение

  высшего профессионального образования

  Воронежский государственный архитектурно-строительный университет 
 

  Кафедра проектирования конструкций, оснований и фундаментов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Пояснительная записка и расчеты

к курсовой работе на тему:

«Усиление и ремонт строительных конструкций

при реконструкции здания» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                    Выполнил:

студент группы 1051              

                Пилипенко А.С. 

Принял:

Иванов  Ю.В. 
 
 
 
 

Воронеж, 2010г.

 

Содержание

    Введение…………………….....………………………………..………….…………………..….…....3

1.Конструктивное решение реконструируемого здания……………………….………………………5

2.Техническое решение по усилению стальной балки перекрытия БМ4 в осях Б/2-3 на отметке +8,100м…………………………………………………………………...…………….…………………..8

2.1.Конструктивное  решение стальной балки………………….…………………………………....8

  2.2.Определение геометрических характеристик сечения стальной балки с учетом коррозионных повреждений……………………………………………………………………………………... 9

2.3.Определение  нагрузок на стальную балку  перекрытия…………………………………….... 10

2.4.Определение  расчетных усилий, возникающих в  стальной балке…………………………... 11

  2.5.Определение расчетных характеристик стали балки………………………………………… 12

2.6.Определение  остаточной несущей способности  стальной балки и необходимости  проведения усилений……………………………………………………………………………………….…12

  2.7.Определение длины элементов усиления для восприятия максимальных нормальных напряжений…………………………………………………………………………………………..…. 13

2.8.Порядок производства  работ при усиление балки БМ4……………………………………….14

 3. Конструирование и расчет усиления ребристой плиты перекрытия ПКЖ в осях А-В/4-5……...16

 3.1.Конструктивное решение ребристой плиты перекрытия……………….. …………………...16

3.2.Определение  нагрузок на ребристую плиту  перекрытия...………………………………...…17

3.3.Определение  расчетных характеристик материалов  ребристой плиты перекрытия………………………………………………………………………………………………...….. 18

3.4.Определение  расчетных усилий, возникающих в  ребристой плите перекрытия…………………………………………………………………………………………….……… 19

3.5.Определение  несущей способности ребристой  плиты перекрытия с учетом  повреждений и дефектов, выявленных  при обследовании………………………………………………………….20

      3.6.Расчет усиления плиты подведением  разгружающих балок……………………….…………21

  3.7. Порядок производства работ по усилению плиты………………………………...………….24

 4. Выбор варианта усиления, конструирование и расчет кирпичного столба в осях Б/3….……….27

  4.1. Результаты обследования кирпичной конструкции и определение нагрузок………...…….27

  4.2.Определение расчетных характеристик кирпичной кладки………………………...………..29

  4.3.Определение нагрузок, действующих на кирпичный столб Б/3…………………….………..30

  4.4. Определение остаточной несущей способности кирпичного столба…………….…………35

4.5. Принятие  технического решения по усилению  кирпичного столба и описание  порядка производства работ по  усилению……………………………………………………….…………..37

 5.Техническое решение по устройству изоляции наружных стен от воздействия влаги…...……...39 
 
 
 

            ГОУВПО   ВГАСУ  06-10-936, КР
           
           
            Усиление  и ремонт строительных конструкций при реконструкции здания Стадия Лист Листов
           
У 2  
Должность Фамилия Подпись Дата
Зав. каф. Борисов    
Руковод. Иванов Ю.В.    
Консул. Иванов Ю.В.      
Пояснительная записка 		 
Кафедра СКОиФ 
Выполнил Пилипенко А    
       
 
 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

    Реконструкция зданий и сооружений - сложная комплексная задача, реализация которой требует специальных знаний, получаемых после изучения многих дисциплин. Работы по реконструкции зданий можно разделить на несколько этапов:

  • технико-экономическое обоснование проведения реконструкции;
  • проведение детального обследования конструкций здания и инженерного оборудования, определение технического состояния. По результатам обследования дается оценка физического и морального износа строительных конструкций и инженерного оборудования здания и рекомендации по дальнейшему их использованию;
  • определение резерва несущей способности конструкций здания, производится расчет конструкций на новые нагрузки с учетом результатов обследования (дефектов и повреждений), выявляются конструкции, требующие усиления или замены;
  • разрабатываются архитектурно-строительные чертежи по перепланировке помещений с учетом современных требований и задания заказчика;
  • разрабатывается проект усиления строительных конструкций;
  • разрабатывается проект производства работ при реконструкции.
 

    Факторы, вызывающие необходимость  усиления конструкций

    Основные  факторы, вызывающие необходимость  усиления конструкций, могут быть объединены по следующим признакам:

  • изменение условий эксплуатации - увеличение нагрузки, изменение режима эксплуатации, вызванные реконструкцией и т.п.;
  • начальные конструктивные дефекты; дефекты проектирования, изготовления и монтажа; недостаточная жесткость и устойчивость конструкций или их элементов; наличие погнутостей, прогибов в отдельных элементах конструкций и т.п.;
  • эксплуатационный износ - изнашивание, потеря прочности в результате действия динамических и вибрационных нагрузок, действие высокой или низкой температуры, действие различных химических реагентов и т. п.;
  • случайные повреждения - выход из строя отдельных элементов, повреждения стихийного характера;
  • приобретенные конструктивные дефекты - неправильная эксплуатация.

    Для выбора наиболее оптимального проектного решения усиления конструкций необходимо разработать и проанализировать несколько вариантов усиления и сравнить их технико-экономическую эффективность и технологичность выполнения усиления. 
 

    Основные  принципы проектирования усиления

    строительных  конструкций. Классификация.

    Усиление - есть совокупность мероприятий, направленных на повышение несущей способности конструкции в целом или ее отдельных элементов. Усиленная конструкция должна удовлетворять современным требованиям в отношении прочности, жесткости, устойчивости и другим специальным требованиям.

    Усиление  конструкций может  осуществляться по двум схемам:

  • возведение новых разгружающих или заменяющих конструкций, которые полностью или частично воспринимают дополнительные нагрузки;
  • увеличение несущей способности существующих конструкций.

    В свою очередь, увеличение несущей способности конструкций может осуществляться:

  • увеличением поперечного сечения конструкции без изменения расчетной  схемы и напряженного состояния;
  • изменением расчетной схемы и напряженного состояния;
  • применением специальных методов усиления
 

    Основные  данные, необходимые  для проектирования реконструкции

    Перед проведением работ по проектированию усиления конструкций необходимо собрать следующие данные по реконструируемому объекту:

  • имеющиеся архивные материалы и документацию по реконструируемому зданию, срокам эксплуатации конструкций;
  • общие габариты здания или сооружения, его конструктивную схему, обмерочные чертежи здания: планы, разрезы, фасады с разбивочными осями; монтажные схемы расположения колонн, подкрановых путей, конструкций перекрытий и покрытий; схемы несущих конструкций зданий и узлов опирания и сопряжения с замером сечений; рабочие чертежи и фактические схемы работы усиляемых конструкций;
  • карты и ведомости дефектов, повреждений и отклонений от первоначального проекта с причинами их появления.
  • физико-механические характеристики строительных материалов и грунтов основания, результаты химических анализов образцов материалов и анализы среды, окружающей конструкции;
  • отчет по геодезической съемке здания с выявленными прогибами, кренами, смещениями, осадками конструкций;
  • гидрологические условия площадки, отчеты об инженерно-геологических изысканиях по грунтам оснований фундаментов с расчетными характеристиками грунтов;
  • расчеты строительных конструкций, величины потери несущей способности.
 
 
 
  1. КОНСТРУКТИВНОЕ  РЕШЕНИЕ РЕКОНСТРУИРУЕМОГО  ЗДАНИЯ
 

    Реконструируемое здание в осях А-В/1-5, трехэтажное, двухпролетное, прямоугольное в плане, со смешанной конструктивной схемой. Несущими продольными и поперечными конструкциями являются кирпичные стены толщиной 510 мм и кирпичные столбы (рис. 1.1). 

    

    Рис. 1.1 Разрез 1-1 
 
 
 
 
 
 
 

    Перекрытие  первого этажа на отметке +4,800 м (рис. 1.2) выполнено из пустотных плит марки ПК42 размерами 1,2х4,2 м, толщиной 300 мм (в осях А-Б/1-3). В осях 3-4 уложены плиты ПК60 размерами 1,2х6,0 м толщиной 300 мм. В осях 4-5 уложены ребристые плиты ПКЖ размерами 1,5х6,0 м и высотой 300 мм. Плиты перекрытия опираются: в осях А-Б на железобетонные балки БЖ1, пролетом 5,7 м; в осях Б-В на металлические балки БМ2 двутаврового профиля пролетом 6,3 м. Монолитные, железобетонные и металлические балки перекрытия опираются по осям А и В на несущие кирпичные стены, по оси Б на кирпичные столбы.  
 
 
 
 
 
 
 
 

    

 
 

    Рис. 1.2 План перекрытий на отметках +4,800м  
 
 
 
 
 
 
 
 

    Перекрытие  второго этажа на отметке +8,100 м (рис. 1.3) выполнено из пустотных плит марки ПК57 с размерами 1,2х5,7 м (в осях А-Б/1-4), в осях Б-В/1-4 из пустотных плит марки ПК63 с размерами 1,2х6,3 м. Плиты перекрытия опираются: в осях Б/1-3 на стальные двутавровые балки БМ4 пролетом 4,2 м, в осях Б/3-4 на железобетонные балки БСП6 пролетом 6,0 м. Балки перекрытия опираются на кирпичные столбы по осям Б/2-4 и несущие кирпичные стены поперечные стены по осям Б/1 и Б/5. По осям А и В плиты перекрытия опираются на несущие кирпичные стены.  

    

 

                            Рис. 1.3 План перекрытий на отметках +8,100м 
 
 
 
 
 
 
 

  1. ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ПО УСИЛЕНИЮ СТАЛЬНОЙ БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЯ БМ4 В ОСЯХ Б/2-3 НА ОТМЕТКЕ +8,100М
 
    1. Конструктивное  решение стальной балки 
 

    Стальная  балка БМ4 в осях Б/2-3 на отметке +8,100м (рис. 2.1.1, 2.1.2.) опирается на несущие кирпичные стены и столб, глубина опирания мм. Пролет балки м, ширина грузовой площади м. На балку опираются пустотные плиты марок ПК57 и ПК63 шириной 1,2 м. По плитам уложены конструкции пола с нагрузкой кПа.

    

Рис. 2.1.1 Балка БМ4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2.1.2

    В результате проведенного обследования были определены следующие исходные данные для расчета: класс стали С245, двухсторонняя коррозия выявлена и равна 0,8 мм.

    Нагрузка, действующая на балку и определенная в ходе обследования, определяется по формуле: 

    где – постоянная расчетная нагрузка от конструкций перекрытия и пола, определяемая по формуле:

    ,

    где - расчетная нагрузка от собственного веса железобетонной пустотной плиты перекрытия. кН/м2;

     - расчетная нагрузка от собственного веса пола, приведенная в задании на курсовую работу. кПа;

     - расчетная  временная нагрузка на перекрытие, приведенная в задании на курсовую  работу. кПа.

      кН/м2;

      кН/м.

    По  величине нагрузки кН/м2, действующей в момент обследования, определяем номер профиля двутавровой балки по [1, прил.3, табл.п.3.1]. Принимаем двутавр № 20К2. 

    1.  Определение геометрических характеристик сечения стальной балки с учетом коррозионных повреждений.

 

h=198мм;      A=59,70 см2

 в=200мм;      IХ=4422 см4

 d=7,0 мм;      WХ=447 см3

 t=11,5мм;       SХ=247 см3

              Масса1м  m=46,9кг 
               
               

    Учет  влияния коррозионных повреждений  производим уменьшением площади  поперечного сечения. При равномерном  коррозионном износе балки геометрические характеристики сечения определяем по формулам:

  1. Расчетная приведенная площадь поперечного сечения балки равна:

    ,

    где - площадь поперечного сечения балки по сортаменту. см2;

     - коэффициент слитности сечения для двутавра, равный отношению периметра, контактирующего со средой, к площади поперечного сечения балки, определяемый по формуле:

    ;

     - величина проникновения  коррозии, определяемая  по формуле:

    ;

     см;

    ;

      см2.

  1. Расчетный момент сопротивления определяется по формуле:

    ,

    где - момент сопротивления балки по сортаменту. см3;

     - коэффициент изменения  момента сопротивления  вследствие коррозионного износа, определяемый в зависимости от вида прокатного профиля по [1, табл.3.1]. Для двутавра № 20К2 .

      см3.

  1. Момент инерции поперечного сечения балки с учетом коррозии равен:

    ,

    где - высота сечения балки с учетом коррозии. мм.

     cм4=38,25*106  мм4

  1. Статический момент полусечения балки с учетом коррозии равен:

    ,

    мм3 

    1. Определение нагрузок на стальную балку перекрытия.
 

    Определения нормативных и расчетных нагрузок проводим в табличной форме (табл. 2.3.1) по принятому конструктивному решению стальной балки (рис. 2.1).

    Таблица 2.3.1

    Определение нагрузок на стальную балку перекрытия

Наименование

нагрузки

 Нормативная

нагрузка, кН/м2

 Коэффициент надежности по нагрузке Расчетная

нагрузка, кН/м2

  I Постоянные нагрузки:
  1. Пол
 1,08 1,2 1,3
  1. Плиты перекрытия марок ПК57 и ПК63 на отм. +8,100м
 3,0 1,1 3,3
  1. Собственный вес балки
 0,067 1,05 0,07
  1. Подвисной потолок устраив. после реконструкции здания
 0,5 1,2 0,6
ИТОГО: 4,647   5,27
  II Временные нагрузки
  1. До реконструкции
 2,91 1,2 3,5
  1. После реконструкции с увеличением на 60%
 4,66 1,2 5,6
ВСЕГО:

До  реконструкции

После реконструкции

 
7,557

9,307

    
8,17

10,87

 

    Нагрузку  от собственного веса балки определяем по формуле:

    ,

    где - масса 1 м балки. кг;

      кН/м2. 

    1. Определение расчетных усилий, возникающих в  стальной балке.
 

    

 

рис. 2.4.1 Расчетная схема балки БМ/4

        Определение расчетных нагрузок, действующих в момент проведения  усиления:

        , 

    = кН*м.

    Определение полных расчетных нагрузок:

    ; ,

    где – расчетное значение постоянных и временных нагрузок, приведенное к погонному метру умножением значения (см. табл.2.3.1) на ширину грузовой площади . кН/м.

     - расчетная длина балки. мм.

  кН; кН*м.

    1. Определение расчетных характеристик стали балки.
 

     

    Таблица 2.5.1

    Расчетные характеристики стали*

Класс стали Нормативные

сопротивления, МПа

 Расчетные

сопротивления, МПа

 Модуль  упругости , МПа
       
С245 370 245 240 135,3 2,06*105

    *Расчетные характеристики стали определяем по [2, прил.1, табл.51*]. Расчетное сопротивление стали сдвигу [2, табл.1]. – коэффициент надежности по материалу. [2, табл.2].

      МПа 

    1. Определение остаточной несущей способности  стальной балки и необходимости проведения усилений.
 
 

                                                                                                

                                                                                                
 
 

    

Рис. 2.6.1 Эпюра напряжений балки БМ/4 

  1. Проверка  несущей способности по нормальным напряжениям:
 

    ;

     МПа – условие не выполняется

  1. Проверка несущей способности по касательным напряжениям:
 

    ;

     МПа –  условие выполняется.

    Исходя  из результатов поверочных расчетов делаем вывод, что несущая способность по нормальным напряжениям не обеспечена. Требуется провести усилие в пролете.

    Проверяем возможность усиления балки с  применением сварки с удалением на время проведения работ по усилению всех нагрузок, за исключением нагрузки от ж/б плиты перекрытия и собственного веса балки, т.е. от момента Мd: 

    МПаМПа-усилие выполняется, следовательно, можно проводить усиление балки при помощи сварки. 

    1. Определение длины элементов  усиления для восприятия максимальных нормальных напряжений.
 

    Т.к. эпюра изгибающих моментов имеет  форму параболы с максимальным изгибающим моментом в середине пролета, элементы усиления можно не доводить до опор. Определим расстоянии x от опоры до точки теоретического начала элементов усиления. Несущая способность неусиленной балки перекрытия с учетом коррозионных повреждений равна:

    * 

    Изгибающий  момент в балке от действия равномерно распределенной нагрузки на расстоянии от опоры равен: 

    Приравнивая можно из полученного квадратного уравнения определить : 

    Решив квадратное уравнение, получим значение м.

     м. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Порядок производства работ  при усиление балки  БМ4.
 

     Для усиления применим швеллер Ш22. Присоединение элементов усиления к балке осуществляется при помощи сварки, электродами Э46А. Катет шва назначаем согласно (8, п. 12.8) kf=6 мм. Расчетное сопротивление металла шва Rw=180 МПа.

     Так как усиляемая конструкция воспринимает только статические нагрузки, следовательно, можно использовать прерывистые (шпоночные) сварные швы.

     

    Рис. 2.8.1. Уселение металлической балки  БМ4: 1- усиливаемая балка,

    2- элемент усиления, 3- сварные швы, 4- пустотная плита перекрытия,

    5- конструкция пола, 6- несущие кирпичные стены. 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 2.8.2. Разрез 1-1: 1- усиливаемая балка, 2- элемент усиления,

     3- сварные швы, 4- пустотная плита перекрытия, 5- конструкция пола,

    6- несущие кирпичные стены. 

     Порядок производства работ:

     1. Перед началом работ по усилению с перекрытия должны быть удалены кратковременные нагрузки.

     2. Усиляемая балка должна быть  очищена от продуктов коррозии  механическим или ручным способом.

     3. Элементы усиления подготовить  в соответствии с размерами,  приведенными в проекте.

     4. Перед проведением приварки швеллера  к поясу балки необходимо элемент  усиления присоединить по всей  длине к балке при помощи  струбцин.

     5. Привариваем стальной швеллер  к нижнему поясу балки.

     6. Сварку производить, начиная с  концевых участков шпоночных  швов, а потом наложить промежуточные  швы.

     7. После выполнения сварочных работ  провести зачистку швов и нанести лакокрасочное покрытие.