Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Изобретение относится к области строительства и реконструкции зданий и сооружений, имеющих в плане преимущественно круглое сечение, например градирен, резервуаров и отстойников, и может быть использовано для повышения несущей способности зданий и сооружений.

Известны устройства для усиления одноэтажного промышленного здания, включающего каркас в виде поперечных рам, составленных из металлических колонн и опирающегося на них покрытия, продольные связи между металлическими колоннами, подкрановые балки, закрепленные на металлических колоннах, и элементы связей, соединяющие ниже закрепления подкрановых балок металлические колонны и основание и расположенные под углом к основанию, причем элементы связей установлены попарно с одной стороны каркаса и выполнены жесткими. При этом парные элементы связей расположены симметрично относительно плоскости поперечной рамы и соединены с металлическими колоннами листовыми диафрагмами [Авторское свидетельство СССР №1357526, МПК Е04G 23/00, опубл. 07.12.87 г.]

Однако они предназначены для усиления только зданий прямоугольного сечения в плане.

Известны также устройства для усиления конструкции градирни, включающие консоли, которые представляют собой балки, прикрепленные к несущим элементам конструкции. При этом консоли расположены в радиальных направлениях конфузора градирни, причем каждая консоль установлена наклонно к горизонтали и жестко прикреплена к несущим элементам конфузора верхним концом и в одном или нескольких местах в средней части консоли. Нижний конец консоли оставлен свободным и оперт через подкладку на наклонно выполненную кромку кольцевой опоры. Свободные концы смежных консолей последовательно связаны друг с другом посредством соединительных планок, которые образуют в плане замкнутый многоугольник. Свободный конец консоли соединен посредством дополнительного стержня с несущими элементами конфузора с образованием треугольника жесткости [Патент РФ №2239033, МПК Е04Н 5/12, опубл. 27.10.04 г.].

Однако указанные устройства не позволяют усиливать цилиндрические части сооружений.

Известно устройство для усиления крупнопанельного здания, включающее каркас усиления в виде стоек, установленных на фундаменте вдоль вертикальных стыков наружных панелей и соединенных горизонтальными поясами жесткости, расположенными вдоль горизонтальных стыков панелей, и горизонтально напряженные тяжи, причем оно снабжено предварительно напряженными распорками и ограничителями сжатия, последние из которых расположены в направлении тяжей между горизонтальными поясами жесткости, при этом тяжи выполнены цельными и расположены в поперечном направлении здания на нижней поверхности плит перекрытия, пропущены через внутреннюю продольную стену и закреплены концами на горизонтальных поясах жесткости, каждый ограничитель сжатия выполнен в виде пакета арматурных стержней, размещенных в стальной обойме, которая жестко закреплена на нижней поверхности плиты перекрытия и зафиксирована на горизонтальном поясе жесткости и продольной внутренней стене, каркас выполнен из стали, а продольная внутренняя стена усилена с обеих сторон предварительно напряженными распорками, соединенными между собой в уровне перекрытий и стянутыми с каркасом усиления торцевых панелей, при этом каркас, тяжи, ограничители и распорки покрыты слоем бетона и/или штукатурки для образования единой конструкции с наружными панелями, внутренней продольной стеной и плитами перекрытия [Патент РФ №2081274, МПК Е04G 23/00, опубл. 10.06.97 г.].

Указанное устройство обладает следующими недостатками:

а) оно предназначено для усиления только крупнопанельных зданий прямоугольного сечения в плане;

б) устройство не обладает достаточной пространственной жесткостью;

в) используются предварительно напряженные элементы, что усложняет технологию сборки;

г) требуется обеспечение монолитности конструкции устройства с корпусом усиливаемого здания.

Задачами данного изобретения являются повышение несущей способности сооружений, предотвращение разрушения находящихся в эксплуатации зданий и сооружений и увеличение их долговечности.

Указанные задачи достигаются тем, что в устройстве для усиления зданий и сооружений, включающем каркас усиления в виде вертикальных стоек, соединенных горизонтальными поясами жесткости, и раскосы, горизонтальными поясами опоясана усиливаемая цилиндрическая часть сооружения с окаймлением усиливаемой части, при этом горизонтальные пояса прикреплены к элементам сооружения с опиранием на выступающие части сооружения при их наличии, причем соседние пояса соединены друг с другом решетками, сформированными в виде расположенных по периметру сооружения отдельных ячеек из пары раскосов, между которыми размещены связывающие соседние пояса стойки. В первом варианте исполнения ячейки решетки выполнены V-образной структуры, а именно они состоят из двух соединенных нижними концами друг с другом наклонных раскосов, верхние концы которых состыкованы с соответствующими верхними концами раскосов смежной ячейки. Во втором варианте ячейки решетки выполнены Х-образной структуры, а именно наклонные раскосы состыкованы в средних точках между собой, а нижние и верхние концы их связаны с соответствующими концами наклонных раскосов смежной ячейки. В третьем варианте ячейки составлены из чередующихся ячеек Х-образной и V-образной структуры. На одном уровне с основными поясами могут быть выполнены дополнительные пояса, которые соединены с основными поясами посредством анкеров.

На фиг.1 представлена схема устройства для усиления зданий и сооружений (на примере градирни) с ячейками V-образной структуры; на фиг.2 показано горизонтальное сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.2; на фиг.4 - то же, с дополнительным (внутренним) поясом; на фиг.5 показано горизонтальное сечение А-А с учетом наличия дополнительного пояса; на фиг.6 изображен фрагмент В стыковки элементов устройства; на фиг.7 представлен вариант устройства для усиления зданий и сооружений (на примере градирни) с ячейками Х-образной структуры.

Устройство для усиления зданий и сооружений, например градирни, выполнено в виде каркаса. Каркас включает в себя основные горизонтальные пояса жесткости 1, которые опоясывают усиливаемую цилиндрическую часть 2 сооружения. Пояса 1 выполнены из профилей, например из уголков, швеллеров, тавров, двутавров, полос, труб и т.д. В реальном исполнении пояса 1 обычно выполняются составными и изготавливаются из кусков указанных профилей. Форма пояса 1 выбирается с учетом конфигурации усиливаемой части 2 сооружения или здания. В одном случае пояса 1 могут быть изготовлены криволинейной формы, облегающей усиливаемую часть 2 сооружения, и состоять из криволинейных кусков профилей. В другом случае пояса 1 могут быть выполнены из прямолинейных кусков профилей и в целом представляют собой многоугольник, окаймляющий усиливаемую часть 2 сооружения и непосредственно соприкасающийся с поверхностью усиливаемой части 2 сооружения лишь в некоторых точках.

Соседние пояса соединены друг с другом решетками, сформированными в виде равнорасположенных по периметру сооружения отдельных ячеек из пары раскосов 3, между которыми размещены связывающие соседние пояса вертикальные стойки 4. Раскосы 3 и стойки 4 могут быть прикреплены к поясам 1, например, при помощи резьбовых соединений или сваркой с использованием косынки 5.

В первом варианте исполнения ячейки решетки выполнены V-образной структуры, а именно они состоят из двух соединенных нижними концами друг с другом наклонных раскосов 3, верхние концы которых состыкованы с соответствующими верхними концами раскосов смежной ячейки.

Во втором варианте ячейки решетки выполнены Х-образной структуры, а именно наклонные раскосы 3 состыкованы в средних точках между собой, а нижние и верхние концы их связаны с соответствующими концами наклонных раскосов смежной ячейки.

В третьем варианте ячейки составлены из чередующихся ячеек Х-образной и V-образной структуры.

Структуру ячеек рекомендуется выбирать в зависимости от типа здания или сооружения, их габаритов и распределения действующих нагрузок.

В соответствии с выбранной схемой выполнения поясов 1 раскосы 3 могут быть или прямолинейными (для многоугольных поясов), или криволинейными (для криволинейных поясов).

Если цилиндрическая часть усиливаемого сооружения (например, вентиляторной градирни) состоит из отдельных цилиндрических панелей 6 и 7, а также опорных верхнего 8 и нижнего 9 колец, то каркас может крепиться к панелям 6 и 7 сооружения и опираться на выступающие части 8 и 9 сооружения. Если в цилиндрической части отсутствуют выступающие части, то каркас крепится непосредственно к панелям 6 и 7.

При наличии выступающих частей 8 и 9 целесообразно пояса 1 выполнить из уголковых профилей в виде верхнего 10 и нижнего 11 поясов, а промежуточные пояса из тавровых профилей в виде средних поясов 12, к которым наиболее удобно присоединять стойки 4 и раскосы 3, что облегчает монтажные работы.

Сами стойки 4 и раскосы 3 также могут быть непосредственно прикреплены к элементам усиливаемой части 2 сооружения.

На одном уровне с основными поясами 1 могут быть выполнены дополнительные пояса 13, которые соединены (стянуты) со средними поясами 12 посредством анкеров 14. В простейшем случае дополнительные пояса 13 выполнены из полосового материала.

С учетом конструктивных особенностей и схемы нагружения устройство может иметь дополнительные упоры, выступы, крепления или связи (на чертежах не показаны).

Устройство для усиления зданий и сооружений работает следующим образом.

Нагрузки, приходящиеся на цилиндрическую часть здания или сооружения, частично воспринимаются каркасом устройства, а именно нагрузки через вышестоящие пояса 1 передаются через стойки 4 и раскосы 3 на нижестоящие пояса (например, средние пояса 12 и нижний пояс 11). Кроме того, стойки и раскосы удерживают цилиндрическую часть от ее разрушения и потери устойчивости. Пояса воспринимают в основном растягивающие нагрузки и частично могут воспринимать локальные изгибные напряжения. Раскосы 3 и стойки 4 воспринимают преимущественно нагрузки сжатия. Косынки 5 являются связующими элементами между поясами, стойками 4 и раскосам 3 и передают соответствующие нагрузки.

Каркас в целом кроме восприятия нагрузок сжатия и изгиба предотвращает выпучивание отдельных панелей, то есть исключает потерю устойчивости элементов усиливаемой части. Наличие дополнительного пояса 13 в увязке со средними поясами 12 существенно увеличивает жесткость самого устройства, а также удерживает панели от возможных смещений.

Таким образом, устройство эффективно включается в работу сооружения и воспринимает как нагрузки сжатия, возникающие от веса конструкции и оборудования, так и изгибные нагрузки, появляющиеся вследствие действия на сооружение бокового ветра. При возможном разрушении здания или сооружения устройство выполняет страховочную роль.

Устройство можно использовать не только для предотвращения разрушения эксплуатируемых сооружений, но и закладывать схему устройства в разрабатываемый проект нового сооружения в качестве эффективно воспринимающего нагрузку узла конструкции.

Предлагаемое устройство обладает высокой пространственной жесткостью, поскольку элементы устройства (пояса, раскосы и стойки) образуют между собой жесткие треугольники. Оно обеспечивает восприятие части нагрузки, действующей на здание или сооружение, предотвращая его разрушение. Конструкция каркаса обладает малой металлоемкостью, поскольку ее элементы работают в основном на сжатие и растяжение, а не на изгиб, а также не требуется применение массивных металлических колонн.