ПОСОБИЕ
по проектированию
усиления стальных конструкций

(к СНиП II-23-81*)

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

Москва Стройиздат 1989

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

пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*)/Укрниипроектстальконструкция.-М.: Стройиздат, 1989.

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.

Ил. 44, табл. 39.

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

* 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.

2.16. Допускается не проводить испытания металла для конструкций, напряжения в которых не будут превышать 165 МПа (1700 кгс/см²) при расчетных температурах выше минус 30 °С для конструкций группы 3 по табл. 50 СНиП II-23-81* и выше минус 40 °С для конструкций группы 4, а также для конструкций 3 и 4 групп при расчетных температурах выше минус 65 °С при их усилении без применения сварки. При этом конструкция должна находиться в эксплуатации не менее трех лет.

2.17. Предел текучести или временное сопротивление стали по результатам статистической обработки данных испытаний (с отбором образцов или без отбора по п. 2.13) вычисляется по формуле

,                                                            (1)

где R_no - предел текучести R_yno или временное сопротивление R_upo;  - среднее арифметическое значение предела текучести или временного сопротивления по данным испытаний;  - среднее квадратичное отклонение результатов испытаний; s_ic - предел текучести или временное сопротивление, полученное при испытании i-го образца; a_S - коэффициент, учитывающий объем выборки и определяемый по табл. 2.

Если отношение S_R/s_n>0,1, то использование результатов, полученных по формуле (1) не допускается, поскольку такой большой разброс свойств образцов свидетельствует о том, что они не относятся к одной партии металла.

При проведении испытаний образцов для определения свойств стали отдельных элементов конструкции (см. п. 2.14) в качестве нормативного сопротивления в рассматриваемом элементе допускается принимать минимальное значение предела текучести или временного сопротивления, полученное при испытаниях не менее двух образцов, отобранных из этих элементов.

2.18. Расчетное сопротивление проката и труб, из которых изготовлены конструкции, следует определять по формулам, приведенным в табл. 1 СНиП II-23-81*. При этом значения предела текучести R_yo и временного сопротивления R_uo определяются по п. 2.17, если выполнено достаточное число испытаний. В противном случае принимаются:

для сталей, у которых приведенные в сертификатах или полученные при контрольных испытаниях значения предела текучести и временного сопротивления удовлетворяют требованиям государственных стандартов или технических условий на сталь, действовавшим во время строительства, - по минимальному значению этих характеристик, указанных в упомянутых документах (прил. 1);

для сталей, у которых приведенные в сертификатах или полученные при испытаниях значения предела текучести и временного сопротивления ниже, чем предусмотренные государственными стандартами или техническими условиями на сталь, действовавшими во время строительства, - по минимальным значениям предела текучести, приведенным в сертификатах или полученным при испытаниях.

Коэффициент надежности по материалу следует принимать:

для конструкций, изготовленных до 1932 г., и сталей, у которых полученные при испытаниях значения предела текучести ниже 215 МПа (2200 кгс/см²) - g_m = 1,2;

для конструкций, изготовленных в период с 1932 по 1982 гг. - g_m = 1,1 для сталей с пределом текучести ниже 380 МПа (3850 кгс/см²) и - g_m = 1,15 для сталей с пределом текучести выше 380 МПа (3850 кгс/см²);

для конструкций, изготовленных после 1982 г., - по табл. 2 СНиП II-23-81*.

2.19. Для элементов конструкций, имеющих коррозионный износ с потерей более 25% площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мм и менее, расчетные сопротивления снижаются путем умножения на коэффициент g_d, принимаемый по табл. 3.

Таблица 2

Примечания: 1. Для промежуточных значений т коэффициент a_S определяется линейной интерполяцией. 2. Коэффициент a_S определяет нижнюю одностороннюю допустимую границу интервала, содержащую с доверительной вероятностью 0,95, то есть не менее 95% значений нормально распределенной случайной величины со средним значением s_n и дисперсией S²_R.

Таблица 3

2.20. Расчетные сопротивления сварных соединений конструкций, подлежащих реконструкции или усилению, следует назначать с учетом марки стали, сварочных материалов, вида сварки, положения шва, примененных в конструкции.

При отсутствии данных, установленных нормами, допускается принимать:

для угловых швов - R_wun = Run; g_wn = 1,25; b_f = 0,7; b_z =1,0 считая при этом g_c = 0,8;

для растянутых стыковых швов конструкций, изготовленных до 1972 г., R_wy = 0,55 R_yo, изготовленных после 1972 г., R_wy = 0,85 R_yo.

Допускается уточнять несущую способность сварных соединений по результатам испытаний.

2.21. Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов, а также смятию элементов, соединяемых болтами, следует принимать по табл. 58 и 59 СНиП II-23-81*. Если невозможно установить класс прочности болтов, то значения расчетных сопротивлений следует принимать как для болтов класса прочности 4.6 - при расчете на срез и класса прочности 4.8 - при расчете на растяжение.

Допускается уточнять расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов по результатам испытаний болтов на разрыв. При этом должны быть испытаны не менее пяти болтов от каждой условной партии, составленной из болтов и гаек одного типоразмера, одинаковой формы исполнения, установленных в однотипных конструкциях одной очереди строительства (но не более 2000 болтов).

Расчетное сопротивление болтов растяжению R_bt принимается по минимальному значению предела прочности, полученному при испытаниях, а расчетное сопротивление срезу R_bs = 0,8R_bt.

Таблица 4

Примечания: 1. К группе В относятся соединения, в которых заклепки поставлены в отверстия, просверленные в собранных элементах или в деталях по кондукторам. К группе С относятся соединения, в которых заклепки поставлены в продавленные отверстия, сверленные без кондуктора в отдельных деталях. 2. При применении заклепок с потайными или полупотайными головками расчетные сопротивления заклепочных соединений срезу и смятию понижаются умножением на коэффициент 0,8. Работа указанных заклепок на растяжение не допускается.

2.22. Расчетное сопротивление заклепочных соединений следует принимать по табл. 4. Если в исполнительной документации отсутствуют указания о способе обработки отверстий и материале заклепок и установить их не представляется возможным, расчетные сопротивления принимаются как для соединения на заклепках группы С из стали марки Ст2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК И ВОЗДЕЙСТВИЙ

2.23. В соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85 при разработке проектов реконструкции и усиления нагрузки и воздействия определяются на основе результатов обследований, при этом атмосферные нагрузки допускается принимать с учетом данных Госкомгидромета с учетом предполагаемого срока службы конструкций.

Расчетную нагрузку следует определять как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке g_f, определяемый по указаниям СНиП 2.01.07-85. При наличии статистических данных допускается определять расчетные значения нагрузок непосредственно по заданной вероятности их превышения.

Таблица 5

Примечание. Пояс подкрановой балки в состав основных элементов тормозной конструкции не включается.

2.24. В случаях, когда определить значения нагрузок по данным обследований Госкомгидромета не представляется возможным или целесообразным (отсутствие наблюдений, относительно небольшая доля нагрузки в общем уровне нагружения и т. п.), они определяются по указаниям СНиП 2.01.07-85 как для вновь проектируемых конструкций.

2.25. Нормативная нагрузка от собственного веса конструкций определяется по результатам обмеров. Коэффициенты надежности по нагрузке принимаются по указаниям СНиП 2.01.07-85.

Собственный вес стальных конструкций допускается устанавливать по чертежам КМД с обязательными контрольными замерами сечений, а при отсутствии этих чертежей - по результатам обмеров основных элементов конструкции (табл. 5). При этом вес определяется по формуле

,                                                              (2)

где G₀ - вес основных элементов, кH; y_с - строительный коэффициент веса, принимаемый по табл. 5.

2.26. Постоянные нагрузки от собственного веса стационарно установленного оборудования, трубопроводов, промышленных проводок и агрегатов определяются по паспортным данным или рабочим чертежам с учетом фактической схемы их размещения и опирания на конструкции и согласовываются со службой эксплуатации зданий и сооружений.

Данные о нагрузках от оборудования, принятые в расчете, приводятся в проектной документации и в необходимых случаях подкрепляются приводимыми в проекте усиления указаниями (рекомендациями) по эксплуатации.

Коэффициенты надежности по нагрузке для указанных выше воздействий принимаются равными единице.

Таблица 6

Примечания: 1. Для промежуточных значений т коэффициент (определяется линейной интерполяцией. 2. Коэффициент t определяет односторонний доверительный интервал для среднего значения нормально распределенной величины с доверительной вероятностью 0,95.

Таблица 7

2.27. Постоянные нагрузки от веса покрытий (перекрытий) принимаются с учетом результатов вскрытий кровли (ограждений) и установления состава слоев.

Нормативные значения этих нагрузок определяются взвешиванием образцов и обработкой результатов взвешивания по формуле

,                                                           (3)

где  - среднее арифметическое значение веса образцов;  - среднее квадратичное отклонение от результатов взвешивания; Р_i - вес i-го образца, кН; т - количество образцов (не менее 5); t - коэффициент, учитывающий объем выборки и определяемый по табл. 6.

Знак «плюс» в формуле (3) принимается при неблагоприятном действии увеличенной нагрузки, знак «минус» - при благоприятном.

Коэффициент надежности по нагрузке g_f нормативной нагрузке g_n, определенной по формуле (3), принимается равным единице.

2.28. Кратковременные нагрузки на площадки, переходные мостики и лестницы, в том числе нагрузки от толпы, устанавливаются по результатам обследования и анализа технологического процесса и учитываются в полном объеме только при проверке конструкций, непосредственно воспринимающих эти нагрузки.

2.29. Нормативные вертикальные нагрузки, передаваемые колесами мостовых и подвесных кранов, определяются по паспортным данным или по результатам взвешивания кранов.

При взвешивании вертикальное расчетное давление мостового крана определяется по формуле

,                                        (4)

где m_k - количество колес с одной стороны крана; g_т, G_кр - собственный вес тележки и моста крана; L - пролет моста крана; d - минимально возможное расстояние от оси тележки до оси рассматриваемого ряда; G_г - максимальная величина фактически поднимаемого полезного груза на крюке крана; g’_k - коэффициент надежности по собственному весу тележки и моста крана, принимаемый g’_k = 1 при определении веса по результатам взвешивания и g’_k = 1,05 при определении веса по паспортным данным (если проводилось усиление конструкций крана, то следует учесть вес элементов усиления); g_г - коэффициент надежности по поднимаемому грузу, принимаемый по результатам специальных исследований, а при отсутствии данных по табл. 7 для мостовых крюковых кранов и по табл. 8 для грейферных и магнитных кранов.

Значение F, определяемого по формуле (4), принимается не больше указанного в государственных стандартах на краны.

При определении вертикальных крановых нагрузок допускается учитывать фактическое размещение зон обслуживания кранов и приближение тележки к ряду колонн, если размещение и габариты постоянно установленного в здании оборудования таковы, что нарушение этих ограничений физически невозможно, или установлены ограничители перемещений кранов по путям и тележек по мосту крана.

2.30. Нормативные значения атмосферных нагрузок рекомендуется уточнять на основании данных организаций Госкомгидромета. Обработка данных выполняется по методикам, приведенным в прил. 2 и 3.

При определении ветровых нагрузок допускается учитывать фактическую ориентацию зданий и сооружений на местности и затенение от соседних стационарных зданий и сооружений.

2.31. Расчет конструкций на совместное действие нагрузок от снега, ветра и мостовых кранов допускается выполнять с использованием коэффициентов сочетания, определенных с учетом реальных статистических данных и удельного влияния действующих нагрузок.

Таблица 8

Расчетное усилие любого вида (продольная или поперечная сила, изгибающий или крутящий момент) в сечении или элементе конструкции от одновременного действия снеговой, ветровой и крановой нагрузок рекомендуется определять по формуле

,                                                           (5)

где N_с и N_в - усилия от неблагоприятно действующих расчетных снеговой и ветровой нагрузок; N_к - суммарное усилие от всех неблагоприятно действующих крановых нагрузок, определенное по правилам СНиП 2.01.07-85; y - коэффициент сочетания усилий, определяемый по формуле

,

где b_с, b_в, и b_к, - коэффициенты, зависящие от вероятностных свойств нагрузок; С_с, С_в, С_к, - доли усилий или напряжений в сечении, учитывающие удельное влияние снеговой, ветровой и крановой нагрузок.

Коэффициенты b_в, b_с и b_к определяются по реальным статистическим данным о снеговой, ветровой и крановой нагрузках и обеспечивают равнонадежность элементов конструкций, запроектированных на различные комбинации усилий. В запас надежности для всех типов мостовых кранов и всей территории СССР допускается принимать b_с = 1,45; b_в = 1,45; b_к = 1,85.

При вычислении коэффициента сочетания усилий j удельное влияние снеговой, ветровой и крановых нагрузок учитывается их долями:

;                    ;                  .

При сложных видах деформации, когда в сечении действуют несколько разнородных силовых факторов, в приведенные формулы вместо усилий N_с, N_в и N_к от снеговой, ветровой и крановых нагрузок следует представлять максимальные краевые напряжения в сечении от действия соответствующих расчетных нагрузок.

При расчете на другие виды нагрузок и воздействий коэффициенты сочетаний принимаются по указаниям СНиП 2.01.07-85.

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ

2.32. Проверочный расчет конструкций с учетом влияния дефектов выполняется с целью установления:

возможности дальнейшей эксплуатации конструкций без каких-либо ограничений;

необходимости усиления конструкций;

возможности ограничений эксплуатации конструкций до плановых ремонтно-восстановительных работ:

необходимости немедленного прекращения эксплуатации в аварийной ситуации.

2.33. Проверку прочности элементов, имеющих ослабления в виде вырезов, вырывов, подрезов и т. п., следует проводить по площади нетто с учетом эксцентриситетов от смещения центра тяжести ослабленного сечения относительно центра тяжести первоначального сечения в соответствии с указаниями п. 5.25 СНиП II-23-81*.

Допускается вместо формулы (49) по СНиП II-23-81* применять формулу с использованием компенсирующих добавок усилий ,  и :

,                                 (6)

где , , , .

В формулах обозначено:

x_c y_с - координаты наиболее напряженной точки реального поперечного сечения, составленные относительно главных осей х - х и у - у неослабленного сечения; А, I_x, I_y - геометрические характеристики неослабленного сечения; х^осл, у^осл - координаты центра тяжести площади ослабления A^осл в осях х - х, у - у; ,  - моменты инерции ослабления;  - напряжение в центре тяжести площади ослабления A^осл, вычисленное для неослабленного сечения при действии заданных усилий.

Значения п, c_х и с_y принимаются по табл. 66 СНиП II-23-81* для неослабленного сечения.

2.34. Учет влияния коррозионных повреждений производить уменьшением расчетной площади поперечного сечения с учетом требований пп. 2.19 и 2.46 настоящего Пособия.

При равномерном коррозионном износе элементов расчетную площадь поперечного сечения допускается определять по формуле

,                                                          (7)

где А₀ - площадь поперечного сечения элемента без учета коррозионных повреждений; k - коэффициент слитности сечения, равный отношению периметра, контактирующего со средой, к площади поперечного сечения. Приближенно величину коэффициента k_SA можно принимать для уголков - 2/t, для замкнутых профилей - 1/t, для швеллеров и двутавров - 4/(t + d), здесь t и d - толщины полки и стенки соответственно.

Расчетный момент сопротивления для проверки прочности изгибаемых элементов допускается определять по формуле

,                                                       (8)

где W₀ - момент сопротивления сечения без учета коррозионных повреждений; k_SW - коэффициент изменения момента сопротивления вследствие коррозионного износа;

Коэффициенты k_SW для некоторых типоразмеров прокатных профилей приведены в табл. 1 прил. 4.

Величина проникновения коррозии D* в формулах (7) и (8) принимается:

D* = D - при односторонней коррозии замкнутых профилей;

 - при двусторонней коррозии открытых профилей (двутавров, швеллеров, уголков и т. п.), где D - уменьшение толщины элемента, равное разнице между номинальной и фактической толщинами элемента.

2.35. Сжатые сплошностенчатые элементы стальных конструкций, имеющие общее искривление, следует рассчитывать как внецентренно сжатые. Отличие работы искривленных стержней от внецентренно сжатых (рис. 1) рекомендуется учитывать умножением стрелки искривления стержня f₀ в ненагруженном состоянии на коэффициент k перехода от максимальной стрелки, искривления к эквивалентному эксцентриситету, принимая т_ef=khm_f, где т_f = f₀A/W.

Коэффициент вычисляется по формуле

,                                                         (9)

где  - условная гибкость стержня в плоскости искривления; h - коэффициент влияния формы сечения, принимаемый по табл. 7.3 СНиП II-23-81*.

2.36. Стрелка искривления стержня в ненагруженном состоянии определяется по формуле

,                                                              (10)

где f'_из - полная стрелка искривления, замеренная при нагрузке стержня силой N’₀ (см. рис. 1); y - коэффициент (0 £ y₀ £ 1), вычисляемый по формуле

,                                                       (11)

где  - напряжения в стержне в момент замера стрелки f’_из; R_yo - расчетное сопротивление стали.

Если усилие в стержне N’₀ в момент замера стрелки определить невозможно, следует принимать y₀ = 1.

Рис. 1. Сжатый стержень с общим искривлением

а - нагруженный; б - ненагруженный; в - эквивалентный внецентренно-сжатый

2.37. Расчет на устойчивость сжатых стержней из двух спаренных уголков, расположенных в тавр и имеющих искривление в двух плоскостях более указанных в табл. 2 прил. 4, следует выполнять по формуле

,                                                          (12)

где j_uv - коэффициент снижения несущей способности, определяемый по табл. 3-5 прил. 4 в зависимости от условной гибкости в плоскости симметрии сечения

и условных относительных стрелок искривлений в двух плоскостях

;                           ;

при этом для элементов решетки ферм (кроме опорных раскосов и опорных стоек) следует учитывать упругое защемление в поясах, принимая в плоскости фермы коэффициент приведения расчетной длины m = 0,8 и используя данные табл. 4 прил. 4.

При определении стрелок искривления стержня в ненагруженном состоянии f_x0 и f_y0 следует руководствоваться указаниями п. 2.36.

Не допускается принимать значения коэффициентов j_uv больше значений коэффициентов j для центрально-сжатых стержней, приведенных в п. 5.3 СНиП II-23-81*.

2.38. Проверку устойчивости стержней из спаренных равнополочных уголков, имеющих кроме пространственного искривления оси еще и местные дефекты в виде вырезов или локальных погибей полок, для случая m_x = m_y = 1 рекомендуется выполнять по формуле

,                                                        (13)

где j_uv - коэффициент, определяемый по табл. 3 прил. 4; k_осл - коэффициент, учитывающий влияние местного выреза полки, принимаемый равным; k_осл = 1 - если вырез расположен на концевом участке стержня (в пределах узловой фасонки); по табл. 7 прил. 4 - если вырез расположен в пределах средней трети длины стержня; по интерполяции - в прочих случаях; А₀ - площадь неослабленного сечения. Для стержней, не имеющих местных дефектов и повреждений, следует считать k_осл = 1.

Учет влияния местного дефекта в виде локального искривления полок осуществляется путем перехода к эквивалентному вырезу с параметрами l_осл и b_осл, определяемыми по погиби l_m и f_ом (табл. 8 прил 4).

2.39. Расчет сквозных стержней на устойчивость в плоскости соединительной решетки следует выполнять по общей формуле

,                                                       (14)

где j - коэффициент, характеризующий устойчивость сквозного стержня в целом; j_вет - коэффициент, учитывающий особенности работы ветвей на участках между узлами соединительной решетки.

Влияние общих искривлений сквозного стержня в целом учитывается при определении коэффициента j, который принимается по СНиП II-23-81* с учетом требований п. 2.41:

при центральном сжатии - в функции от условной приведенной гибкости

;                                                      (15)

при внецентренном сжатии - в функции от условной приведенной гибкости, вычисляемой по формуле (15) и относительного эксцентриситета

,                                                            (16)

где а_с - расстояние от главной оси сечения, перпендикулярной плоскости изгиба, до оси наиболее сжатой ветви.

2.40. Влияние локальных дефектов и повреждений, изменяющих условия работы отдельных ветвей (погибы ветвей и решетки, вырезы, расцентровки и т. п.), учитывается при определении коэффициента j_вет который следует принимать по СНиП II-23-81* в зависимости от гибкости отдельной ветви на участке между узлами соединительной решетки в случае, если ветвь работает на центральное сжатие, и в функции от условной гибкости  приведенного относительного эксцентриситета m_ef для ветви, работающей на сжатие с изгибом. Значения m_ef принимаются с учетом требований пп. 2.42-2.44.

Для двухветвенных колонн с ветвями двутаврового и швеллерного сечения, работающими на центральное сжатие, коэффициент j_вет вычисленный по СНиП II-23-81*, следует умножать на коэффициент, принимаемый:

 при                                             (17)

где  - условная гибкость ветви на участке между узлами соединительной решетки.

Для решетчатых колонн производственных зданий при отсутствии повреждений элементов решетки допускается принимать l_ef = l.

2.41. Сжатые сквозные элементы стальных конструкций в случае их общего искривления в плоскости соединительной решетки следует рассчитывать по аналогии со сплошностенчатыми (см. п. 2.35). Коэффициент k к относительному эксцентриситету вычисляется по формуле

.                                                      (18)

2.42. Проверку устойчивости сквозного стержня, имеющего местное искривление ветви или ее ослабление на участке между узлами соединительной решетки, следует выполнять по формуле (14), причем коэффициент j_вет должен вычисляться с учетом требований п. 2.40. Для сквозных стержней с дефектами, уменьшающими площадь поперечного сечения ветви, в расчет следует вводить геометрические характеристики сечения нетто.

2.43. Несущая способность сквозного стержня с дефектами или повреждениями раскосов оценивается проверкой устойчивости сквозного стержня в целом по рекомендациям п. 2.39 и дополнительной проверкой несущей способности поврежденного (дефектного) раскоса с требованиями пп. 2.35-2.38. При этом для раскосов из одиночных уголков в формулу (12) подставляются значения j_uv, принимаемые по табл. 6 прил. 4.

В случае невыполнения условия устойчивости для поврежденного раскоса следует считать, что он не участвует в работе и поперечная сила воспринимается ветвями, работающими на изгиб. При этом коэффициент j_вет в формуле (14) должен определяться как для сжато-изогнутого элемента. Приведенный относительный эксцентриситет для определения j_вет допускается находить в зависимости от максимального изгибающего момента в ветви m_вет вычисляемого по формуле

,                                                              (19)

где Q - поперечная сила в сквозном стержне; l_вет - длина ветви, принимаемая равной расстоянию между узлами соединительной решетки.

В тех случаях, когда несущая способность раскосов не обеспечивается в двух или более смежных панелях, эксплуатация сквозного стержня не допускается независимо от результатов других проверок.

2.44. Устойчивость сквозных стержней с дефектами изготовления в виде расцентровки раскосов (рис. 2), следует проверить по формуле (14), при этом коэффициент j_вет должен определяться как для сжато-изогнутого элемента с учетом изгибающего момента M_вет вычисляемого по формуле

,                                                          (20)

где t - величина расцентровки раскосов, равная половине расстояния между соседними пересечениями осей раскосов с осью ветви (рис. 2); k_р - коэффициент, учитывающий влияние степени расцентровки c = t/l₁ (l₁ - проекция раскоса на ветвь) и принимаем

;                                                                   (21)

k_ж - коэффициент, учитывающий влияние жесткости примыкающих раскосов, определяется по формуле

,                                                           (22)

где I_S - сумма погонных жесткостей элементов решетки, примыкающих к узлу; I_вет - погонная жесткость ветви.

Рис. 2. Сквозной стержень с расцентровкой решетки

Для колонн каркаса промышленных зданий допускается принимать в формуле (20) отношение k_р/k_ж = 1.

При определении коэффициентов j_вет следует учитывать форму эпюры изгибающих моментов по длине ветви между узлами соединительной решетки.

2.45. Расчетная проверка на хрупкую прочность для центрально и внецентренно растянутых элементов, а также зон растяжения изгибаемых элементов, имеющих технологические дефекты конструктивных форм, обладающих пониженной хладостойкостью (табл. 9 прил. 4), выполняется, если температура при эксплуатации может быть ниже критической температуры хрупкости (табл. 10 прил. 4). Проверку на прочность с учетом сопротивления хрупкому разрушению следует выполнять по формуле

,                                                       (23)

где s_max - наибольшее растягивающее напряжение в расчетном сечении элемента, определяемое по сечению нетто без учета коэффициентов динамичности и снижения, расчетных сопротивлений; b - коэффициент, учитывающий снижение конструкционной прочности стали при пониженных температурах.

Коэффициент b рекомендуется определять по формуле

,                                                     (24)

где Т - расчетная отрицательная температура эксплуатации, принимаемая как средняя температура наиболее холодной пятидневки; Т_cr - критическая температура хрупкости, определяемая по табл. 10 прил. 4 в зависимости от толщины элемента t, типа и модификации конструктивной формы (табл. 9 прил. 4); y_т - коэффициент температурной зависимости, принимаемый 0,005 град ^-1 для стали марки Вст3кп, 0,0044 град ^-1 для стали марки 09Г2С.

Для низколегированных сталей других марок коэффициент y_т допускается определять по линейной интерполяции в соответствии с расчетным сопротивлением R_yo, используя y_т = 0,0041 при R_yo = 234 МПа и y_т = 0,0028 при R_yo = 310 МПа.

Если условие (23) не выполняется или коэффициент b вычисляемый по формуле (24), оказывается меньше предельно допускаемой величины b* = R_yo/R_uo, дальнейшая эксплуатация конструкции не разрешается без применения специальных мер повышения хладостойкости или снижения напряжений.

Таблица 9

Специальные способы усиления конструкций с целью повышения их хладостойкости приведены в табл. 11 прил. 4. В случае применения специальных способов усиления, уменьшающих площадь расчетного сечения рабочего элемента, необходимо произвести проверку несущей способности элемента по ослабленному сечению. При недостаточной несущей способности площадь сечения элемента следует увеличить, соблюдая при этом требования п. 6.8 настоящего Пособия.

2.46. Учет влияния коррозионных повреждений на снижение сопротивляемости хрупкому разрушению при пониженных температурах (при остаточной после коррозии толщине 5 мм и менее, или если коррозионный износ превышает 25%) следует производить по изменению критической температуры хрупкости T_cr. В этом случае T_cr, определенную по табл. 10 прил. 4