Усиление элементов раскосной решетки, поясов и узловых сопряжений деревянных и металлодеревянных ферм.

Усиление деревянных конструкций необходимо при: изменение начального технологического режима эксплуатации; значительном возрастании нагрузки от конструкций и материалов; превышение несущей способности конструкций; допущении серьезных ошибок при проектировании, в результате которых несущая способность оказалась заниженной; недоброкачественных конструкциях, когда была применена древесина с недопустимыми пороками или соединения выполнены с нарушением технологии и опасными дефектами; эксплуатации конструкций в ненормальных условиях; значительных перегрузках, увлажнений, механических повреждениях, загнивании, приведших к снижению несущей способности.

Разгрузка конструкций является первым необходимым этапом производства работ по усилению. При этом исключается опасность обрушения, обеспечивается необходимая безопасность работ по усилению и включение в работу элементов усиления наравне с основными элементами конструкций после их обратного нагружения. Разгрузку производят в большинстве случаев путем подпирания или вывешивания конструкций временными стойками из бревен или брусьев, при помощи клиньев (рис.1) или домкратов, на которые передается вся нагрузка, действующая на конструкцию, включая их собственную массу. При подпирании конструкции поднимаются до такого положения, когда их прогиб не исчезает.

 

Рис. 1. Вывешивание конструкции: 1 – временные стойки; 2 – поперечина; 3 – гвозди; 4 – бобышка; 5 – клинья из твердой древесины.

Фермы, арки, рамы рекомендуется подпирать стойками двойного сечения с ветвями, располагаемыми по обе стороны конструкций, в фермах близ узлов верхнего пояса. Стойки чаще устанавливают на парные, горизонтально положенные, острые широкие клинья из пород твердой древесины, встречная забивка которых позволяет поднимать стойки вместе с конструкциями. При необходимости подъема конструкций на большую высоту применяют винтовые домкраты.

Усиление опорных частей поргнов и балок, опертых на наружные стены и пораженных гниением, производят следующим образом (рис. 2). После подпирания балки близ опоры пораженный гниением конец отрезают и сжигают. Удаленный конец балки заменяют новым металлическим или деревянным.

Металлический протез состоит из швеллера или двух уголков, которые прикрепляются к концу балки двумя болтами, а между металлом и древесиной прокладывается слой гидроизоляции.

Расчет металлического протеза производя на изгиб от действия изгибающего момента, который определяют в зависимости от величины опорной реакции балки R и расстояния от оси опоры до первого болта а из выражения M = Ra.

 

 

 

Рис. 2. Усиление концов балок перекрытий: а) – нижний конец; б) – верхний конец; в) – расчетная схема; 1 – балка; 2 – стальная накладка; 3 – болт.

Один из болтов – второй от опоры, если протез расположен внизу, и ближайший к опоре, если протез расположен вверху, является растянутым. Он рассчитывается на растяжение, шайба на изгиб, а древесина на смятие от действия усилий N₁ в первом и N₂ во втором болте, определяемых с учетом расстояния b между ними по формуле:

N₁= Ra/b; N₂ = R(a+b)/ b.

Отрезанный конец балки можно заменить двумя дощатыми накладками. Их прибивают к балке двумя группами гвоздей, причем первая группа гвоздей располагается у конца балки на расстоянии а от оси опоры, а вторая – на расстоянии b от первой группы. Количество симметрично изгибаемых двухсрезных гвоздей определяют в зависимости от величины усилий N₁ и N₂. Если позволяют габариты перекрытия, то конец балки может быть усилен деревянным брусом, расположенным выше или ниже усиляемой балки и соединенной с ней болтами, расчет которых производят так же, как расчет болтов металлического протеза.

Усиление нижних поясов ферм. Нижние деревянные пояса ферм чаще других ферм нуждаются в усилении. Они являются самыми ответственными растянутыми элементами конструкции. Однако в практике строительства их иногда изготовляют из древесины несоответствующей категории качества с недопустимыми пороками. В этом случае они требуют обязательного усиления, местного или общего. Местное усиление применяют в тех случаях, когда недопустимые дефекты концентрируются в отдельных точках пояса. Усиление в этом случае производят путем установки в этих точках дощатых накладок на болтах. Площадь сечения накладок принимают не меньше, чем площадь сечения усиляемого элемента. В некоторых случаях для уменьшения податливости соединения применяют натяжные стыки из отдельных дощатых накладок на болтах стянутых стальными тяжами с гайкой и уголковыми траверсами (рис. 3). Растягивающее усилие находят как несущую способность нижнего пояса, ослабленного отверстиями для болтов, из выражения N = FR_P.

Общее усиление нижнего пояса применяют в тех случаях, когда оно имеет по длине многочисленные дефекты, и выполнение местных усилений нецелесообразно (рис. 4). В этом случае вдоль всего нижнего пояса ставят с боков два тяжа из арматурной стали, которые при помощи гаек крепят к поперечным траверсам из прокатного металла, опирающегося на опорные узлы фермы. Во избежание провисания, тяжи укладывают на уключья, прикрепленные к нижнему поясу фермы. Стальные тяжи рассчитывают на полное растягивающее усилие, которое может возникнуть в нижнем поясе фермы. В случае разрыва пояса все усилие растяжения воспринимается тяжами усиления. Сечение тяжей подбирается с учетом их ослабления нарезкой. Опорные траверсы обычно имеют сварное сечение и рассчитываются на изгиб как однопролетные балки, опирающиеся на гайки тяжей и нагруженные усилием в нижнем поясе фермы. Для включения в работу нижнего пояса тяжи при установке натягивают до величины расчетного усилия.

 

Рис. 3. Усиление дефектного участка растянутого нижнего пояса фермы стальными тяжами: 1 - стальные тяжи; 2 – болты; 3 – уголковые траверсы; 4 – деревянные накладки.

Рис. 4. Усиление нижнего пояса фермы стальными затяжками: 1 – ферма; 2 – стальные затяжки; 3 – хомут; 4 – опорная траверса

Усиление верхних поясов ферм. Сжатые или сжато-изгибаемые стержни верхних поясов ферм, имеющие составное сечение, в ряде случаев при недостаточном количестве или качестве соединений теряют проектную форму и выходят из своей плоскости. Их усиление заключается в установке рядом с ними, со стороны, противоположной выпучиванию, дополнительного бруса на болтах, препятствующему росту прогибов. Можно также путем натяжения этих болтов или при помощи домкрата предварительно выпрямить элемент.

Сжато-изогнутые элементы конструкций, прогибающиеся в направлении изгиба, усиляют двусторонними фанерными или дощатыми обшивками на гвоздях.

Усиление опорных узлов ферм (рис. 5). Опорные узлы ферм, опирающиеся на наружные стены, нередко систематически увлажняются и подвергаются гнилостным поражениям. Это ставит под угрозу несущую способность всей конструкции. Усиление дефектных опорных узлов производят путем замены их стальными протезами. После того как ферма полностью разгружена и стоит на подпорках, дефектный опорный узел обрезается.

Рис. 5. Усиление опорного узла фермы стальным протезом: 1 – стальной протез из швеллеров; 2 – ферма; 3 – болты.

Новый опорный узел – протез – в большинстве случаев изготовляют из прокатной стали сварной конструкции. Он может состоять из двух горизонтальных и наклонных швеллеров, расставленных на ширину сечения поясов фермы. Верхний пояс фермы вводится между наклонными швеллерами протеза, упирается торцом в диафрагму и закрепляется монтажными болтами. Нижний пояс фермы вводится между горизонтальными швеллерами и соединяется с ними двумя рядами расчетных болтов.

Элементы этого стального протеза работают на максимальные усилия растяжения и сжатия в опорных панелях верхнего и нижнего поясов фермы. Наклонные швеллеры работают на сжатие и устойчивость, горизонтальные – на растяжение, а упоры на – изгиб со значительными запасами прочности, т.к. их сечения принимаются по конструктивным соображениям из условий расстановки болтов большими, чем требуется расчетами. Торец верхнего пояса, упертый в диафрагму, работает на смятие от сжимающего усилия вдоль волокон, как правило с избыточным запасом прочности. Требуемое количество симметрично изгибаемых двухсрезных болтов, которыми нижний пояс крепится к горизонтальным швеллерам, определяют по величине растягивающего усилия.

Усиление конструкции в целом (рис. 6) производят при многочисленных дефектах и недостаточной общей несущей способности. Конструкции таких усилений всегда строго индивидуальны. Во многих случаях эффективным является усиление конструкции стальными тяжами с нарезками и гайками на концах. Такие тяжи могут вводится в состав решетки ферм в виде дополнительных растянутых раскосов или стоек. Они могут образовывать дополнительные растянутые пояса, так называемые подпружные цепи, тянущиеся от одной опоры до другой. В пролете подпружные цепи могут быть опущены при помощи дополнительных стоек ниже нижней кромки конструкции. При этом общая высота конструкции увеличивается и усилия сжатия в ее верхнем поясе уменьшаются.

Усиление дефектных гибких арок может быть произведено путем установки ниже их дополнительной решетки, благодаря чему арка превращается в более жесткую сегментную ферму. В случаях, когда дефекты настолько серьезны, что ее усиление нецелесообразно, конструкцию удаляют и заменяют новой.

 

Рис. 6. Усиление конструкции стальными тяжами (подпружной цепью): 1 – конструкция; 2 – опорная траверса; 4 – промежуточная опора конструкции.