Государственный проектный и научно-исследовательский институт

(Укрниипроектстальконструкция) Госстроя СССР

ПОСОБИЕ

по проектированию усиления стальных конструкций

(к СНиП II-23-81*)

скачать Проектирование усиления стальных конструкций

 

Утверждено приказом Укрниипроектстальконструкции Госстроя СССР № 65 от 22 октября 1987 г.

 

Рекомендовано к изданию секцией научно-технического совета Укрниипроектстальконструкция Госстроя СССР.

Даны рекомендации, детализирующие основные положения по проектированию усиления стальных конструкций и проведению предпроектных обследований, технологии производства работ по их усилению.

Для инженерно-технических работников проектных организаций, высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов.

 

Разработано Укрниипроектстальконструкция (д-р техн. наук А. В. Перельмутер, кандидаты техн. наук В. Б. Барский, Ю. С. Борисенко, В. А. Лимаренко, А. Н. Харин) при участии ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова (кандидаты техн. наук И. В. Левитанский, В. И. Кудишин, Л. И. Гладштейн, И. В. Порядин, инженеры О. Н. Дмитриев, И. О. Эсаулов); ЦНИИСК им. Кучеренко (д-р техн. наук В. И. Трофимов, кандидаты техн. наук Г. Е. Бельский, Л. А. Гильденгорн); МИСИ им. Куйбышева (д-р техн. наук Е. И. Беленя, кандидаты техн. наук Б. Ю. Уваров, В. Н. Валь, П. Д. Окулов); Днепрпроектстальконструкция (инж. М. Б. Трапер); Ленпроектстальконструкция (инж. Р. С. Зекцер); Сибпроектстальконструкция (канд. техн. наук А. И. Конаков); ЛИСИ (кандидаты техн. наук Г. И. Белый, И. С. Ребров); МакИСИ (кандидаты техн. наук Е. В. Горохов, И. Р. Рухович); ДИСИ (д-р техн. наук А. В. Сильвестров, канд. техн. наук В. Д. Сургучев); НИСИ (д-р техн. наук В. В. Бирюлев, кандидаты техн. наук И. И. Крылов, А. И. Репин, инж. В. А. Чумаков); ЧПИ (кандидаты техн. наук В. Ф. Сабуров, К. А. Шишов, инж. В. И. Камбаров); ПолтИСИ (канд. техн. наук В. А. Пашинский); ЯГУ (канд. техн. наук В. В. Филиппов); Львовского политехнического института (канд. техн. наук М. Р. Бельский); Липецкого политехнического института (д-р техн. наук В. В. Горев, кандидаты техн. наук В. М. Путилин, В. И. Бабкин, инж. В. В. Зверев); СЗО Энергосетьпроект Мичэнерго СССР (канд. техн. наук К. П. Крюков, инж. Е. Н. Колбанев).

 

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. Настоящее Пособие дополняет, развивает и детализирует раздел «Дополнительные требования по проектированию конструкций зданий и сооружений при реконструкции» СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

Приведенные в Пособии положения распространяются на эксплуатируемые стальные конструкции, которые сохраняются (с усиленней или без него) в составе несущих конструкций зданий и сооружений после их реконструкции, а также на имеющие существенный физический износ стальные конструкции, для которых усиление является мерой, обеспечивающей их соответствие требованиям дальнейшей нормальной эксплуатации.

1.2. Элементы конструкций, вводимые дополнительно или взамен демонтируемых, должны проектироваться в соответствии с указаниями действующих норм и государственных стандартов.

Сохраняемые конструкции проверяются с учетом требований СНиП II-23-81* и дополнительных положений настоящего Пособия. В Пособии приведены отмененные нормативные документы (ГОСТы, СНиПы и др.), которые могут быть использованы только в качестве справочного материала.

1.3. При разработке проектной документации следует:

предусматривать меры по обеспечению надежности и долговечности зданий и сооружений;

принимать конструктивные решения и методы производства работ, реализуемые, как правило, без остановки производственного процесса в эксплуатируемых зданиях и сооружениях или совмещаемые по времени с технологическими остановками таких процессов;

учитывать перспективы развития производства, возможность повторных (в будущем) реконструкций и модернизаций;

принимать проектные решения, обеспечивающие экономное расходование материалов, топливных и энергетических ресурсов, снижение стоимости, трудоемкости и сокращение сроков выполнения работ по усилению;

учитывать условия производства работ по усилению (стесненность монтажной площадки, возможность использования механизмов, дополнительные мероприятия по технике безопасности и охране труда, необходимость контроля качества работ и т. п.).

1.4. Основные технические решения, принимаемые при разработке проектов реконструкции и усиления, следует обосновывать путем сравнения конкурентоспособных вариантов, учитывая при этом последствия (стесненность монтажной площадки или остановку производства на время выполнения работ по усилению).

1.5. Проектирование усиления стальных конструкций по Сравнению с обычным проектированием имеет ряд существенных особенностей, которые должны учитываться как при организации проектных работ, так и в процессе разработки и оформления проектной документации.

Основные из них:

проведение большого объема изысканий, связанных с обследованием усиливаемых конструкций, выявлением их фактического состояния, характеристик металла, из которого они выполнены, анализом причин появления имеющихся дефектов и повреждений и оценкой технического состояния конструкций;

выполнение расчетов по нескольким вариантам расчетных схем для оценки возможного отрицательного влияния обычно не учитываемых факторов (податливости или несмещаемости фундаментов, возможного проявления эффектов неразрезности, участия в работе каркаса ограждающих конструкций и оборудования и т. п.);

учет уровня фактической нагруженности усиливаемых под нагрузкой конструкций в процессе выполнения работ по усилению и учет влияния действующих во время усиления напряжений на несущую способность усиливаемой конструкции;

влияние последовательности и технологии выполнения работ по усилению на поведение усиливаемой конструкции, необходимость комплексного решения вопросов конструирования и выбора способа усиления с обязательным отражением этих вопросов в проектной документации.

1.6. Проектная документация с учетом изменения параметров и свойств конструкций и режимов эксплуатации должна охватывать следующие стадии работы конструкций:

А – предшествующая началу работ по усилению, на 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;

Б – соответствующая периоду выполнения работ по усилению, на которой следует разработать необходимые мероприятия, обеспечивающие работоспособность конструкций по временной схеме;

В – соответствующая режиму эксплуатации конструкций после усиления, на которой необходимо обеспечить работу конструкций в изменившихся условиях.

В необходимых случаях, с целью выявления фактического положения конструкций, возможного роста деформаций и изменения напряженного состояния, проектом должно быть предусмотрено проведение инструментальных наблюдений за состоянием конструкций на стадиях А и Б, а также с использованием приборов и специальных контрольно-сигнальных устройств – на стадии В.

 

2. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

2.1. Проект усиления стальных конструкций разрабатывается с учетом заключения о техническом состоянии эксплуатируемых конструкций, составленного по результатам их обследования и проверочных расчетов. В необходимых случаях для уточнения расчетной схемы, выявления особенностей работы, оценки несущей способности и уточнения свойств конструкции могут быть использованы результаты специально проведенных натурных и лабораторных экспериментов и испытаний материалов.

2.2. Обследование конструкций включает:

подготовительные работы (получение и анализ задания на проведение обследования, ознакомление с объектом обследования в натуре, подбор и анализ технической документации, составление рабочей программы и др.);

освидетельствование конструкций в натуре (обмер, определение отклонений положения конструкций и их геометрических размеров от проектных, определение отклонений от проекта конструктивного исполнения элементов и соединений, выявление повреждений элементов и соединений, составление исполнительной документации, ведомостей дефектов и повреждений, обмерочных чертежей);

определение свойств стали;

уточнение фактических и прогнозирование будущих нагрузок, воздействий и условий эксплуатации, включая температурно-влажностный режим и степень агрессивности окружающей среды;

составление заключения о техническом состоянии обследованных конструкций, нагрузках и условиях эксплуатации.

Объем и степень детализации данных обследования зависят от наличия технической и эксплуатационной документации, состояния и степени поврежденности эксплуатируемых конструкций и должны соответствовать намечаемому комплексу проектных работ.

2.3. В зависимости от цели (общее ознакомление, освидетельствование и др.) обследования могут быть выборочными или полными.

Объем выборочного обследования назначается с учетом опыта эксплуатации однотипных конструкций в аналогичных условиях. При этом обследованию подлежит не менее 20% однотипных конструкций, в том числе все элементы, находящиеся в наиболее неблагоприятных условиях по уровню напряжений, особенно в зонах возможных механических повреждений, агрессивности воздействий внешней среды, повышенной вибрации и т. п.

2.4. Выборочное обследование должно быть заменено полным, если в процессе его выполнения обнаружены:

резкая неравномерность значений измеряемых параметров технического состояния, свойств материалов, степени агрессивности окружающей среды, условий нагружений;

наличие дефектов и повреждений, существенно снижающих несущую способность и эксплуатационную пригодность конструкций (трещины, большие прогибы, существенный коррозионный износ, отсутствие элементов и соединений и т. п.).

2.5. Проверочные расчеты необходимо выполнять по фактическим расчетным схемам сооружения (конструкции, элемента) и фактическим сечениям с учетом влияния обнаруженных дефектов и повреждений, по уточненным значениям расчетных сопротивлений материала конструкций и соединений, действующих нагрузок и их сочетаний. Проверочные расчеты выполняются в объеме, обеспечивающем достоверный вывод о возможности продолжения эксплуатации сохраняемой конструкции или обоснованную рекомендацию о необходимости ее усиления (замены).

 

ОБСЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ

 

2.6. Обследование эксплуатируемых стальных конструкций проводится специализированными организациями с целью получения необходимых данных для оценки технического состояния и принятия проектных решений по реконструкции объекта.

При обследовании используются результаты осмотров и наблюдений, проводимых службой эксплуатации зданий и сооружений в соответствии с действующими на предприятии ведомственными указаниями, данные проектной и исполнительной документации, имеющейся в отделе капитального строительства или иных подразделениях, а также вспомогательная информация (данные службы ремонта, инспекции Госгортехнадзора, санитарной инспекции и т. п.).

2.7. Обследование проводится с помощью физических методов контроля, в необходимых случаях применяются измерительные инструменты. Подробные указания и приемы выполнения работ при техническом освидетельствовании даны в специальных инструкциях и рекомендациях.

2.8. Дефекты стальных конструкций в основном являются следствием отступлений от правил производства работ, ошибок, допущенных при проектировании, изготовлении и монтаже конструкций. Наиболее характерные дефекты, влияющие на работоспособность и эксплуатационную пригодность конструкций:

трещины, вырезы и вырывы;

отклонения геометрических размеров от проектных;

непрямолинейность элементов;

отклонения от проектного положения конструкций и их элементов;

неточная подгонка элементов в узлах сопряжении, расцентровка;

отсутствие отдельных элементов или необходимых соединений;

некачественное выполнение сварных швов (неполномерность швов, подрезы, непровары, прожоги, трещины, шлаковые включения, поры и др.) и болтовых или заклепочных соединений (ослабление, отсутствие болтов или заклепов и др.);

дефекты антикоррозионной защиты и др.

2.9. Повреждения стальных конструкций, появляющиеся и развивающиеся во время их эксплуатации, являются, как правило, следствием грубых нарушений правил технической эксплуатации или ошибок, допущенных при проектировании. Причинами их могут быть также дефекты изготовления, транспортирования и монтажа. Характерными повреждениями, влияющими на работоспособность и эксплуатационную пригодность конструкции, считаются:

разрушение защитных покрытий и коррозии металла;

разрывы и трещины в основном металле и швах;

искривления, местные погибы, коробление;

ослабление болтовых и заклепочных соединений;

вырезы в элементах или полный демонтаж элементов;

пережоги расплавленным металлом;

деформации, вызванные перегрузками или неравномерными осадками и креном фундаментов;

абразивный износ и др.

2.10. Обнаруженные во время осмотра дефекты и повреждения должны оперативно оцениваться с точки зрения опасности разрушения конструкций. В тех случаях, когда такая опасность существует, требуется принять срочные меры по ее ликвидации (разгрузка конструкций, временное раскрепление, ремонт и т. п.).

 

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИЙ И СОЕДИНЕНИЙ. НАЗНАЧЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

 

2.11. Оценку качества материалов эксплуатируемых, конструкций следует проводить по рабочим чертежам, данным заводских сертификатов или по результатам испытаний образцов.

Испытания образцов проводятся при отсутствии исполнительной документации или сертификатов, а также при недостаточности имеющихся в них сведений или при обнаружении повреждений, которые могли быть вызваны низким качеством материала конструкций и соединений.

2.12. При исследовании и испытании металла следует определять следующие характеристики:

химический состав с выявлением содержания элементов, предусмотренных государственными стандартами или техническими условиями на сталь по ГОСТ 22536.1-77*, ГОСТ 22536.2-87, ГОСТ 22536.3-77* и др.;

предел текучести, – временное сопротивление и относительное удлинение при испытаниях на растяжение (рекомендуется проводить их с построением диаграммы работы стали) – по ГОСТ 1497-84*;

ударную вязкость для температур, соответствующих группе конструкций и климатическому району по табл. 50 СНиП II-23-81*, и после механического старения в соответствии с государственными стандартами или техническими условиями на сталь.

Для конструкций 1 и 2 групп табл. 50 СНиП II-23-81*, выполненных из кипящей стали толщиной свыше 12 мм и эксплуатирующихся при отрицательных температурах, дополнительно следует определять:

распределение сернистых включений способом отпечатка по Бауману по ГОСТ 10243-75*;

микроструктуру с уточнением размеров зерен по ГОСТ 5639-82*.

2.13. Механические свойства стали допускается определять и другими методами, обеспечивающими надежность результатов, соответствующую испытаниям на растяжение.

При оценке прочностных свойств стали без отбора образцов (по твердости в соответствии с ГОСТ 22762-77, по срезу резьбы и т. п.) для каждого вида профиля (лист, уголок, балка и т. п.) проводятся контрольные испытания не менее трех образцов с определением предела текучести и временного сопротивления по стандартной методике. По результатам контрольных испытаний выполняется корректировка зависимостей между пределом текучести (временным сопротивлением) и параметрами, измеряемыми при испытаниях без отбора образцов (глубиной или диаметром отпечатка, по срезу резьбы и т. п.).

2.14. Испытания могут проводиться для определения свойств стали отдельных (обычно, наиболее нагруженных) элементов либо для установления марки и оценки качества стали, использованной во всех конструкциях того или иного вида. В последнем случае для уточнения нормативных сопротивлений могут использоваться статистические методы обработки результатов испытаний.

2.15. Отбор проб химического анализа и образцов для механических испытаний производят из элементов конструкций отдельно для каждой партии металла.

К партии металла относятся элементы одного вида проката (по номерам профилей, толщинам и маркам стали), входящие в состав однотипных элементов конструкций (поясов ферм, решеток ферм, поясов подкрановых балок и т. п.) одной очереди строительства. Партию металла должны составлять не более 50 однотипных отправочных марок общей массой не более 60 т. Если отправочные марки представляют собой простые элементы из прокатных профилей (прогоны, балки, связи и т. п.), их количество в партии может быть до 250.

Число проб и образцов от каждой партии металла должно быть не менее, чем указано в табл. 1. При отборе проб и образцов необходимо соблюдать требования ГОСТ 7564-73* и ГОСТ 7565-81*.

Места отбора проб и образцов, а также необходимость усиления мест вырезки образцов определяются организацией, проводящей обследование конструкций.

Таблица 1

 

Вид испытаний	Количество элементов, проверенных в партии	Количество проб образцов
		от элемента	всего от партии
Химический анализ	3	1	3
Испытания, на растяжение	2(10*)	1	2(10*)
Испытания на ударную вязкость	9**	3**	6**
Отпечаток по Бауману	2	1	2

 

* При определении предела текучести стали и временного сопротивления по результатам статистической обработки данных испытаний образцов.

** Для каждой проверяемой температуры и для испытаний после механического старения.