Тема 5. Дефекты и повреждения металлических конструкций

Введение

Данный курс лекций охватывает вопросы обеспечения надежности и дол­говечности существующих (эксплуатирующихся) металлических конструкций.

В курсе лекций рассматриваются следующие аспекты:

1. Проблематика надежности и долговечности строительных конструкций с учетом экономических аспектов.

2. Методы натурного обследования металлических конструкций, расчета и оценки технического состояния.

3. Организация обслуживания и обеспечения эксплуатационной пригодно­сти существующих конструкций.

4. Методы повышения несущей способности существующих конструкций.

Тема 1. Эксплуатация, надежность и аварии существующих кон-
струкций

Место дисциплины в жизненном цикле здания. Жизненный цикл включа­ет: инженерные изыскания, проектирование, строительство, эксплуатацию, снос здания и восстановление территорий. Наибольшее время занимает экс­плуатация здания. Для промзданий стоимость эксплуатации может превышать стоимость первоначального строительства. С экономической точки зрения эксплуатация рациональна до тех пор, пока суммарные эксплуатационные расходы не превысят прибыль от использования здания. Этот предел находится вне срока службы нормальной эксплуатации, так как связан со значительными повреждениями, препятствующими эксплуатации.

Задачи эксплуатации:

1. Обеспечение надежности и долговечности в течение необходимого сро­ка службы..

2. Предохранение зданий и сооружений от преждевременного физического износа.

3. Обеспечение требуемого уровня безопасности при минимуме затрат.

Срок службы - планируемое время использования строительного объекта.

Ресурс - наработка до наступления отказа (может измеряться в циклах, го­дах и т.д.).

Различные виды деятельности, связанные с эксплуатацией:

- осмотр;

- обследование;

- диагностика, оценка техсостояния;

- проектирование усиления;

- строительно-монтажные работы (ремонт, усиление, реконструкция);

- авторский надзор.

Отличия в оценке надежности проектируемых и существующих конст­рукций

1. При проектировании используются данные о ранее существовавших конструкциях, поэтому неизвестными являются реализации свойств материала, значения нагрузок, действительная расчетная схема, значения отклонений раз­меров от проекта (реализация допусков).

2. Существующие конструкции - при обследовании определяются действительные характеристики материалов, нагрузок, схем, поэтому неопределен­ность возникает из-за выборочности исследований.

Износ - ухудшение качеств строительных конструкций с течением време­ни. Основные виды износа:

1. Ухудшение свойств материала, может проявляться в виде:

- снижения прочности;

- снижения пластичности и др.

2. Накопление случайных механических повреждений из-за воздействия технологического процесса.

3. Коррозионный износ - проявляется в уменьшении поперечного сечения элементов.

4. Усталостный износ - появление трещин и повреждений.

В процессе износа уменьшается надежность конструкций. Изменение на­дежности проявляется в снижении несущей способности, недопустимых де­формациях, т.е. в появлении какого-либо предельного состояния. Условие на­дежности имеет вид (см. рис. 1):

Nэ <Ф_Э <Ф₀ , (1)

где Nэ - максимальное усилие в конкретной конструкции или ее элементе, обусловленное условиями эксплуатации и отличающееся от проектного в большую или меньшую сторону;

Ф_Э - фактическая несущая способность конструкции на данный период эксплуатации;

Ф₀ - проектная несущая способность.

Рис.1 Изменение надежности (несущей способности) с течением времени

Изменение надежности вызывает необходимость ее оценки в процессе эксплуатации здания и сооружения.

Цель оценки надежности - определить возможность и условия дальней­шего использования здания. Авария - отказ любого вида, вызывающий полное или частичное разру­шение конструкций или здания. График интенсивности отказов (количество от­казов в единицу времени) в зависимости от срока службы зданий представлен на рис. 2.

График имеет три области, которые отличаются по интенсивности отказов и их причинам:

I - период приработки - аварии и отказы обусловлены дефектами проек­тирования и строительства.

II - период нормальной работы - интенсивность отказов снижается, аварии обусловлены случайными воздействиями.

III - период нарастания износа - аварии обусловлены снижением несущей способности.

Рис. 2. График интенсивности отказов.

Стадии возникновения аварий

- монтаж конструкций (строительство);

- эксплуатация;

- запуск в эксплуатацию после перерыва;

- выполнение работ по реконструкции.

Причины аварий - всегда существует несколько причин, которые можно классифицировать следующим образом:

1. По стадии возникновения ошибки, вызвавшей аварию:

- ошибки при выполнении изыскательских работ;

- ошибки проектирования:

- снижение несущей способности, недостаточная долговечность;

- дефекты изготовления и монтажа;

- ошибки эксплуатации.

2. По источнику возникновения ошибки

- человеческий фактор;

- недостаточное знание свойств конструкций;

- недостаточное знание нагрузок;

- износ конструкций.

3. По воздействию, вызвавшему аварию

-случайное;

-ветер или снег;

-перегрузка или пылевые отложения;

-пожары.

Дефекты инженерно-геологических изысканий оснований приводят к авариям в результате:

- недостаточных исследований геологических и гидрогеологических усло­вий площадки строительства;

- неправильной конструкции фундаментов;

- недостаточного учета влияния подземных коммуникаций, расположен­ных вблизи строящихся зданий.

К недостаткам и ошибкам проектов и проектных решений можно отне­сти:

- применение неполноценных конструктивных решений;

- изменение проектов в процессе строительства;

- недостаточное обеспечение жесткости и устойчивости сборных зданий как в процессе возведения, так и при эксплуатации;

- недостаточную деталировку чертежей отдельных ответственных узлов несущих конструкций и сооружений;

- неправильный учет нагрузок, действующих на конструкцию или соору­жение;

- ошибки в расчетах конструкций;

- отсутствие в проектах указаний о мероприятиях по обеспечению устой­чивости конструкций при строительстве на просадочных грунтах и др.

Низкое качество, а также дефекты строительных работ происходят в ре­зультате:

- отсутствия на строительстве квалифицированного технического персо­нала, я также частой его смены;

- нарушения требований нормативных документов к производству работ;

- отступления от проектов и, в частности, применения материалов недос­таточной прочности;

- несоблюдения последовательности монтажа зданий и сооружений из сборных железобетонных конструкций, в частности каркасных зданий;

- отсутствия контроля за качеством поступающих на строительство строи­тельных материалов и изделий;

- неудовлетворительного качества выполнения отдельных конструкций или их элементов;

- неточной разбивки осей несущих конструкций зданий и сооружений;

- замены материалов конструкций или их частей без санкции проектной организации и др.

Одной из причин некоторых аварий было недостаточное исследование научно-исследовательскими организациями работы некоторых конструкций и сооружений под нагрузкой. К таким авариям можно отнести:

- обрушение подкрановых балок в связи с усталостью металла и недоста­точностью учета горизонтальных нагрузок от мостовых кранов;

- обрушение силосов для цемента вследствие недостаточной изученности силовых воздействий на их стенки;

- обрушение стальных резервуаров для воды и нефтепродуктов, вызванное неудовлетворительным качеством сварных швов и недостаточным исследова­нием работы тонкостенных оболочек;

- обрушение стальных конструкций галерей вследствие недостаточной изученности явлений хрупкого разрушения металла;

- обрушение железобетонного монолитного шедового покрытия из-за того, что не было экспериментальной проверки этой конструкции и др.

Аварии, вызванные неправильной эксплуатацией зданий и сооружений, происходят из-за:

- перенапряжений конструкций и их элементов вследствие установки до­полнительного оборудования, не предусмотренного проектом; замены одного оборудования другим с большей динамической нагрузкой;

- дополнительной пробивки различного рода отверстий, борозд в конст­рукциях;

- значительной вибрации оборудования, вредно отражающейся на некото­рых конструкциях и сооружениях;

- несвоевременного выполнения надзора за конструкциями и их ремонта.

Некоторые примеры аварий:

1. Происходят аварии покрытий цехов цементных заводов вследствие скопления на кровле значительного количества цементной пыли и несвоевре­менной ее уборки в процессе эксплуатации.

2. Случались аварии металлических конструкций покрытий промышлен­ных и общественных зданий, а также транспортных галерей. Они происходили в основном при монтаже, но были случаи обрушений и в процессе эксплуата­ции зданий. Основными причинами обрушений покрытий являются грубые от­ступления от требований строительных норм и правил в части производства ра­бот по изготовлению и монтажу металлических конструкций. К авариям приво­дит совокупность таких нарушений, как недостаточный учет особенностей со­временных проектных решений; утяжеление строительных конструкций при их устройстве; произвольная замена сечений элементов стальных конструкций; отступления от чертежей конструкций металлических (КМ) при разработке чертежей металлических конструкций, деталировочных (КМД), приводящих к ослаблению сечений элементов конструкций, узлов, сварных швов и других се­чений; изменение расчетной схемы работы конструкций; неудачные проектные решения конструкций покрытий; нарушение порядка монтажа конструкции.

3. Примером деформации инженерных сооружений вследствие грубых де­фектов, допущенных при проектировании, может служить авария на складе влажного концентрата горно-обогатительного комбината. Вследствие игнори­рования законов строительной механики и строительных норм и правил по рас­чету основания штабеля концентрата и фундаментов несущих конструкций на устойчивость, а также по учету возможности колебания грунтовых вод в про­цессе эксплуатации сооружения произошла потеря устойчивости основания и вследствие этого деформация стальных трехшарнирных арок.

Система предупреждения аварий включает:

1. Контроль проектной документации дублирование работ и расчетов, контроль заказчика.

2. Контроль качества материалов, изготовления и выполнения строитель­ных работ.

3. Надзор за зданиями и сооружениями.

4. Профилактика процессов износа путем своевременного выполнения ре­монтных мероприятий.

5. Недопущение аварийных ситуаций, которое включает:

- выполнение правил обслуживания;

- слежение за деформациями оснований;

- недопущение изменения свойств оснований;

- поддержание исправности технологического оборудования.

Вопросы к разделу:

1. Задачи эксплуатации конструкций.

2. Основные виды износа

3. Каковы причины возникновения аварий зданий и сооружений?

4. Примеры аварий

Тема 2. Методы оценки технического состояния

В процессе эксплуатации конструкций возникает необходимость установ­ления возможности использования конструкций по назначению в конкретных условиях и на определенный прогнозируемый срок, определяемый условиями эксплуатации или реконструкции. Такая возможность может быть установлена проверкой надежности и долговечности конструкций, которая называется оценкой технического состояния конструкций. Оценка технического состояния конструкций является самостоятельным разделом строительной деятельности. Необходимость такой оценки вызвана физическим и моральным износом строительных конструкций и изменением условий эксплуатации, а также отсутствием в строительных нормах в явном ви­де учета фактора времени. Согласно [1] состояние отдельных элементов конструкций может быть классифицировано: - исправное - при выполнении всех требований, норм и государственных стандартов; -работоспособное - при частичном отступлении от требований проекта и действующих норм, но без нарушения требований предельных состояний пер­вой группы, а также при нарушении требований второй группы, не ограничи­вающих нормальное функционирование производства; -ограниченно работоспособное - состояние, при котором обеспечение технологического процесса осуществляется при контроле над состоянием кон­струкций; ограничение продолжительности эксплуатации и ограничение пара­метров технологического процесса; -аварийное - при имеющихся нарушениях требований первой группы предельных состояний. Строительные конструкции имеют ряд отличительных особенностей, за­трудняющих оценку техсостояния:

1. Огромное разнообразие конструктивных форм, затрудняющих выработ­ку единых подходов

2. Значительная неопределенность расчетных моделей, связанная с вероят­ностным характером материалов, нагружений и условий эксплуатации.

3. Невозможность в большинстве случаев проверки работоспособности конструкций прямыми методами. Оценка технического состояния любой конструктивной формы осуществ­ляется следующими основными методами:

1. По факту наличия повреждений, т.е. попринципу «допустим - недопус­тим».

2. Сопоставление дефектов и повреждений конструктивной формы с до­пустимыми величинами, зафиксированными в нормах или проектах. Возможно выполнить для

- материала конструкций;

- соединения элементов в конструкции.

3. Расчетная оценка влияния дефектов и повреждений на несущую способ­ность конструкций - для конструкций и их элементов. Этот метод является наиболее универсальным. Путем общего анализа дефектов и повреждений, а также результатов про­верочных расчетов определяется техническое состояние отдельных конст­рукций здания:

- состояние конструкции I - нормальное. Фактические усилия в элементах и сечениях не превышают допустимых по расчету. Отсутствуют дефекты и по­вреждения, препятствующие нормальной эксплуатации или снижению несущей способности и долговечности;

- состояние конструкции II -удовлетворительное. По несущей способно­сти и условиям эксплуатации отвечают состоянию I. Имеют место дефекты и повреждения, которые могут снизить долговечность конструкций. Необходимы мероприятия по защите конструкций;

- состояние конструкции III - непригодное для эксплуатации. Конструкция перегружена или имеют место дефекты и повреждения, которые свидетельст­вуют о снижении ее несущей способности. Или на основе проверочных расче­тов и анализа повреждений возможно обеспечение ее целостности на момент усиления;

- состояние конструкции IV - аварийное. То же, что и для состояния кон­струкции III. Или на основе проверочных расчетов и анализа дефектов и по­вреждений невозможно гарантировать целостность конструкций на период усиления, особенно если возможен «хрупкий» характер разрушения. Необхо­димо вывести людей из зоны возможного обрушения, выполнить немедленно разгрузку, принять другие меры безопасности.

Здания (сооружения) в целом рекомендуется относить к одному из сле­дующих состояний в зависимости от состояния несущих и ограждающих кон­струкций:

I- нормальное: у здания отсутствуют несущие и ограждающие конструк­ции, которые отвечают состояниям конструкций II, III и IV;

II- удовлетворительное: у здания отсутствуют несущие и ограждающие конструкции, которые отвечают состояниям конструкций III и IV ;

III - непригодное для нормальной эксплуатации: у здания (сооружения)

отсутствуют несущие и ограждающие конструкции, которые отвечают состоя­нию конструкций IV;

IV- аварийное: в здании есть несущие и ограждающие конструкции, ко­торые отвечают состоянию конструкций IV .

В отличие от случая проектирования новых конструкций, когда их надеж­ность подтверждается только путем расчета, для характеристики уже сущест­вующих конструкций могут применяться методы, основанные на:

- анализе опыта эксплуатации;

- использовании методов проверочного расчета;

- проверке пробной нагрузкой.

Прогнозируемый срок эксплуатации конструкций принимается по од­ному из следующих вариантов:

- до исчерпания установленного нормативного срока функционирования здания или сооружения;

- до ближайшего планируемого капитального ремонта;

- до установленного в процессе оценки срока, по истечении которого кон­струкция вновь подлежит оценке с целью проверки возможности продлить до­пускаемый срок эксплуатации.

Структурные части процедуры оценки технического состояния при ис­пользовании расчетного метода оценки:

1. Натурное обследование конструкций, выявляющее их действительное состояние и условия эксплуатации.

2. Проверочные расчеты с учетом результатов натурных исследований.

3. Оценка технического состояния с установлением возможности и усло­вий эксплуатации конструкций.

4. Рекомендации по ремонту и усилению конструкций с использованием остаточной несущей способности конструкций.

Натурные исследования являются сбором данных о техническом состоя­нии конструкций и могут быть разделены на следующие части:

1. Уточнение характеристик материалов, поскольку реальные свойства ма­териала отличаются от проектных и изменяются во времени: усталость, старе­ние и т.д.

2. Уточнение нагрузок и воздействий. Необходимость этого диктуется от­личием нагрузок, реализуемых в процессе эксплуатации, от принятых при про­ектировании.

3. Техническая диагностика или натурные освидетельствования конструк­ций, целью которых является выявление дефектов и повреждений, а также оп­ределение количественных характеристик конструкций.

Вопросы к разделу:

1. Какие существуют виды технического состояния элементов металло­конструкций и зданий в целом?

2. В какой последовательности выполняется оценка технического состоя­ния?

3. Какие существуют методы оценки технического состояния?

4. В чем состоят задачи эксплуатации зданий и сооружений и что включа­ет эксплуатация?

5. Какими мероприятиями можно предупредить появление аварий?

6. Как и в какой последовательности выполняются проверочные расчеты существующих конструкций?

Тема 3. Уточнение характеристик стали

Основными свойствами стали, важными с точки зрения ее работы в строительных металлических конструкциях, являются:

- прочность;

- пластичность;

- склонность к хрупкому разрушению;

- усталостная прочность;

- свариваемость.

Свойства стали могут быть установлены на основании испытаний, прове­денных

- по прямой методике - путем исследования проб и образцов, взятых из конструкций;

- косвенными методами - путем использования неразрушающих методов контроля. Показатели, которые определяются при исследовании и испытании ме­талла: а) химический состав с выявлением углерода, кремния, марганца, серы и фосфора (для всех сталей), хрома, никеля и меди (для низколегированных ста­лей), а также азота (для бессемеровской и томасовской конвертерной углероди­стой стали и в необходимых случаях - для низколегированной стали); б) предел текучести, временное сопротивление и относительное удлинение при испытании на растяжение; в) ударная вязкость при температуре -20°С для углеродистой стали и - 40°С для низколегированной; г) ударная вязкость после механического старения; д) распределение сернистых включений способом отпечатков по Бауману; е) микроструктура. Отбор проб и образцов

1. Для определения химического состава стали, из конструкций отбирается стружка, получаемая сверлением определенных мест конструкций. Масса гото­вой пробы должна быть не меньше 50 г.

2. Для испытания на растяжение из конструкций вырезаются заготовки, из которых могут быть изготовлены цилиндрические образцы, диаметром 3 мм и более, или плоские, толщиной 0,5 мм и более.

3. Для определения ударной вязкости необходимы образцы, формы и раз­мер которых регламентированы ГОСТ 9454-78*.

4. Заготовки и пробы вырезаются из мало напряженных зон наиболее нагруженных элементов. Например, в элементах ферм из уголков образцы отби­раются из выступающих полок уголков в узлах; для поясов разрезных балок - в приопорных сечениях. Вырез должен быть плавным, без надрезов, в необходи­мых случаях места вырезки должны быть усилены.

2-2 4-4

1 -1

образцы

3-3

Рис. 3. Места вырезки образцов

По результатам химического анализа проб можно оценить свариваемость стали. Обычно свариваемость стали оценивают по углеродному эквиваленту:

C_Э=A_C Σ , (2)

где C_Э- углеродный эквивалент;

A_C =12 - атомный вес углерода

U_i - процентное содержание i-го элемента

A_i - атомный вес i-го элемента

Сталь считается хорошо свариваемой при Сэ < 0,45 %.

Основные прочностные характеристики стали устанавливаются по ре­зультатам механических испытаний на растяжение в разрывных машинах: нормативное R_n и расчетное R сопротивления стали: , (3) где и - среднее значение и среднее квадратичное отклонение предела текучести выборки; к - число стандартов, которое необходимо взять для получения за­данной обеспеченности. , (4) где у_т - коэффициент надежности по материалу. Значения γ_т для существующих конструкций регламентируются таблицей 3 СП 16.133330.2011 ” Стальные конструкции”. Пластичность стали оценивается по величине относительного удлинения. Склонность стали к хрупкому разрушению выявляется по результатам испытаний на ударную вязкость. При удовлетворительных результатах испыта­ний сталь может быть признана годной для дальнейшей эксплуатации, даже ес­ли марка стали не соответствует указаниям СП 16.133330.2011. По результатам химического анализа и механических испытаний и сопос­тавления этих результатов с требованиями ныне действующих норм, устанав­ливается соответствие материала конструкций условиям эксплуатации и новым условиям при реконструкции. При этом в необходимых случаях, вводятся огра­ничения на эксплуатацию.

Экспресс-анализ и косвенные методы оценки прочности стали

Изложенные выше методы, как уже было отмечено, обладают весьма вы­сокой трудоемкостью и не всегда могут быть выполнены. В условиях эксплуа­тации и реконструкции следует переходить на косвенные неразрушающие ме­тоды.

Замена традиционного химического анализа лабораторным способом представляется возможным на основании использования лазерной техники. Экспресс-анализ, основанный на лазере, заключается в следующем: на выбран­ном и очищенном участке поверхности конструкции лучом лазера сжигается металл, пары которого анализируются спектрографом.Такой метод позволит значительно расширить количество проб и повысить, таким образом, надеж­ность исследований.

Для получения наиболее полной информации о механических свойствах стали можно воспользоваться косвенными методами оценки прочности без вы­резки образцов. Одним из таких методов является оценка прочности стали по результатам измерения твердости. Наиболее распространенными способами оценки твердости являются ме­тоды Бринеля и Польди. Основным недостатком метода является определение твердости и прочности только поверхностных участков проката, которые из-за деформирования в процессе прокатки имеют улучшенные механические свой­ства.

Другой метод основан на определении усилия, необходимого для среза резьбы с записью диаграммы деформирования и позволяет получить характе­ристику прочностных и пластических свойств стали.

Определение характеристик стали без испытаний

Испытания стали могут не производится, если имеются достоверные дан­ные по примененным материалам, в этом случае нормативные характеристики прочности R_yn и R_un принимаются следующим образом:

1. В рабочих чертежах имеются данные о примененных марках стали - в этом случае характеристики прочности принимаются по СП 16.133330.2011 ” Стальные конструкции” таблица В.5 зависимости от марки стали. Должны отсутство­вать повреждения, свидетельствующие о низком качестве металла. 2. Характеристики прочности принимаются непосредственно по данным испытаний, которые приводятся в сертификатам на партию металла (при их на­личии). 3. Уровень напряжений не превышает 1700 кгс/см для конструкций 3 группы. Расчетные сопротивления R_y и R_u , для проверочных расчетов определяется по формуле

R=R_n γ_d/γ_m , (5)

где γ_т - коэффициент надежности по материалу γ_d - коэффициент, учитывающий коррозионные повреждения.

Остальные сопротивления принимаются по таблице 2 СП 16.133330.2011 в зависимости от значений R_y и R_u.

Вопросы к разделу

1. Какие основные свойства стали оцениваются при обследовании?

2. Как определяются свойства прочности и пластичности сталей при об­следовании?

3.Как оценивается свариваемость сталей при обследовании?

4. Каковы косвенные методы оценки прочности стали?

Тема 4. Уточнение нагрузок и воздействий

Уточнение действующих нагрузок и воздействий на строительные конст­рукции производится на основании анализа конкретных условий эксплуатации и имеет целью выявить:

- фактические величины действующих нагрузок и воздействий;

- соответствие характера и величины фактических нагрузок проектным;

- соответствие нагрузок действующим нормативным документам;

- наличие нагрузок и воздействий, не учтенных при проектировании;

- возможные изменения нагрузок.

Уточненные значения нагрузок необходимы для выполнения проверочных расчетов существующих конструкций.

Собственный вес металлических конструкций может быть определен по чертежам КМД с учетом контрольных замеров сечений. Коэффициент надеж­ности по нагрузке принимается равным единице.

При отсутствии документации собственный вес металлических конструк­ций принимается по результатам обмеров основных деталей.

К основным деталям относятся элементы, геометрические характеристики которых вносятся в расчет:

- в ферме - пояса и элементы решетки;

- в балках и сплошных колоннах - пояса и стенка;

- в сквозных колоннах - пояса;

- в связях - пояса и элементы решетки.

Полный нормативный вес конструкций определяется по формуле:

G=ψ_вG_oд , (6)

где G_oд –вес основных деталей;

ψ_в – строительный коэффициент веса.

Строительный коэффициент веса учитывает максимальные отношения объема основных и конструктивных деталей. При определении расчетного веса конструкций коэффициент надежности по нагрузке должен учитывать плюсо­вые допуски проката и принимается равным 1,05.

Собственный вес железобетонных конструкций плит, настилов, асбесто­цементных листов, армоцементных плит и т.п. определяется по чертежам и ка­талогам, действовавшим в период строительства обследуемого объекта, т. е. определяются или проверяются величины, принятые при проектировании. Ко­эффициенты перегрузки при этом принимаются по СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия”

При отсутствии технической документации, использовании нестандартных элементов или уточнении нагрузок производится обмер конструкций (замеря­ются толщина плиты, размер и расстояние между ребрами и т.д.) и лаборатор­ное определение плотности бетона.

Вес утеплителя, выравнивающей стяжки и гидроизоляционного ковра яв­ляется наиболее изменчивой частью нагрузки от покрытия и может значительно отличаться от принятого при проектировании, поэтому даже при наличии тех­нической документации необходимо произвести вскрытие кровли.

Q_кр= 9,8 Σ р _i t _i , (7)

где р _I и t _I - плотность и толщина отдельного слоя (кг/м³ и м).

Нормативные нагрузки от веса стационарного оборудования и комму­никаций определяются на основании анализа технической документации и ре­зультатов осмотра. Составляются схемы их расположения с указанием способа передачи нагрузок на конструкции и для каждого элемента конструкций опре­деляется наиболее невыгодное расположение оборудования.

В цехах черной металлургии, особенно вблизи пылепроизводящих агрега­тов (сталеплавильные печи, вагранки и т.п.) возникают не учитываемые проек­тами и нормами пылевые нагрузки, воздействующие как непосредственно на конструкции в виде отложений, так и через кровлю в виде отложений и снега, смешанного с пылью. Толщина слоев пыли замеряется и наносится на план расположения конструкций.

Нагрузки от снега и ветра определяются по зависимости от снегового (ветрового) района с соответствую­щими коэффициентами конфигурации кровли и коэффициентами надежности по нагрузке.

Следует отметить, что снеговые районы, разработанные в условиях быв­шего СССР, покрывают огромные площади и могут не отражать конкретные условия нагружения зданий и сооружений. При уточнении нормативная величина снеговой нагрузки на 1 м² земной поверхности может быть определена на основании статистической обработки данных ближайших метеостанций, веду­щих длительные наблюдения за состоянием снежного покрова и имеющей со­ответствующие данные в виде снегосъемок.

При расположении здания на открытой местности допускается определе­ние ветровой нагрузки с учетом его фактической ориентации. Для этого формируются выборки месячных максимумов скорости ветра по каждому из на­правлений (С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, 3, СЗ), а затем по формулам вычисляются соответствующие расчетные скорости ветра v(T) и расчетные значения ветрово­го давления w(T).

Нагрузки от ветра должны приниматься на основании анализа застройки территории, в которой в настоящее время находится рассматриваемое здание или сооружение с корректированием эпюр ветрового давления

­ Нагрузки от мостовых кранов являются основными для большинства конструкций каркасов промышленных зданий и их уточнение - одна из глав­ных задач выявления фактического напряженного состояния конструкций.

Основной величиной при расчетах на вертикальную крановую нагрузку является нормативное давление кранового колеса F_n, определяемое по пас­портным данным.

При оценке технического состояния существующих конструкций про­мышленных зданий, в которых имеется конкретный технологический процесс, следует определять загружения конструкций путем анализа конкретных усло­вий эксплуатации, считая мостовые краны элементом технологического про­цесса.

Определение расчетного давления колеса мостового крана осуществляется с учетом величины полезного груза на крюке крана:

F= , (8)

где G - максимальная величина фактически поднимаемого полезного груза на крюке крана;

у_r - коэффициент надежности по поднимаемому грузу;

у_к - коэффициент надежности по собственному весу тележки и моста крана; у - реальное приближение тележки к оси рассматриваемого ряда, опреде­ляемого расстановкой технологического оборудования.

Величина горизонтальных сил, называемых тормозными, для группы ре­жимов работ 1К-6К определяется процессом торможения тележки и вычисля­ется по формуле:

, (9)

где Q - грузоподъемность крана; g_тел ~ вес тележки; n_t - число тормозных колес крана;

μ - коэффициент трения качения; при μ = 0,1 и п_t = 2 формула (9) превращается в Т = 0,05 Q g _тел.

Для 7К-8К горизонтальная поперечная сила определяется по формуле:

, (10)

Где F_n - полное нормативное значение вертикальной нагрузки на колесо.

При проектировании новых конструкций совместная работа кранов учиты­вается их максимальным сближением с введением коэффициента сочетаний. Такая методика практически игнорирует технологический процесс, определяя умозрительное наиневыгоднейшее загружение конструкций. В действующем производстве движение кранов и, как следствие, их сближение диктуется ре­альным технологическим процессом.

В зависимости от технологических операций, работа кранов может быть разделена на два типа:

1. Взаимозависимая работа, при которой перемещаются грузы, превы­шающие грузоподъемность каждого крана.

2. Независимая работа, при которой каждый кран обслуживает отдельный участок технологического процесса.

В случае первого типа движения кранов нагрузка на подкрановые конст­рукции определится схемами и размерами приспособлений (траверс), жестко связывающих крановый поезд.

Во втором случае уточненная оценка сближения может быть произведена анализом технологических процессов по методу синхронных циклограмм.

Если при обследовании установлено, что воздействия оборудования носят ощутимый динамический характер, необходимо уточнить величину и характер этих воздействий с использованием специальных методик. Дополнительные на­грузки, передаваемые на конструкции каркаса при проведении реконструкции, определяются по технологическому проекту на реконструкцию.

Расчет 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.

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

, (11)

Где S_c и S _в - усилия от неблагоприятно действующих расчетных снеговых и вет-ровых нагрузок;

S_k - суммарное усилие от всех неблагоприятно действующих крановых на­грузок, определенное по СП 20.13330.2011 “Нагрузки и воздействия”;

ψ - коэффициент сочетания усилий, определяемый по формуле:

( 12)

где - усилия от неблагоприятно действующих расчетных снеговых и ветровых нагрузок;

С_с, С_в, С_к - доли усилий или напряжений в сечении, учитывающие удельное влияние снеговой, ветровой и крановой нагрузок;

Коэффициенты определяются по реальным статистическ