Усиление стального каркаса

Когда говорят про усиление стального каркаса, многие сразу представляют себе просто наварку дополнительных пластин. Но на деле всё начинается с причин: почему каркас пошёл волной, где именно потерял устойчивость, и — что часто упускают — как его нагрузка изменилась с момента постройки. Особенно это касается старых теплиц, где снеговая нагрузка росла, а металл усталость накопил.

Ошибки, которые дорого обходятся

Самый частый промах — начать усиливать без полноценного обследования. Видишь, скажем, прогиб фермы и думаешь: ?приварю швеллер и дело с концом?. А потом выясняется, что проблема была в фундаменте или в узловых соединениях, и твоё усиление только перераспределило напряжения, создав новые точки риска. У нас был случай на одном из объектов под Тверью — тепличный комплекс середины 90-х. Каркас ?играл? после каждого снегопада. Хозяева уже готовы были заказывать новые колонны, но когда сняли обшивку, обнаружили, что основные ригели целы, а вот связи между ними были установлены с нарушением схемы — их просто не доварили когда-то. Усиливать пришлось не основные элементы, а восстанавливать расчётную схему работы каркаса в целом.

Ещё один момент — материалы. Не всякая сталь, которую предлагают на рынке, хорошо сваривается со старым каркасом, особенно если неизвестна марка исходного металла. Бывало, брали условный С245, а на каркасе стоял устаревший ВСт3сп, и после сварки в зоне шва пошли микротрещины от переразницы в химическом составе. Теперь всегда требуем спектральный анализ, если проект серьёзный. Да, это удорожает работу на первом этапе, но зато избегаешь аварийных ситуаций после сдачи.

И конечно, игнорирование коррозии. Кажется, что ржавчина поверхностная, зачистил и усилил. Но часто под ней — потеря сечения, особенно в нижних поясах колонн, у самой земли, или в местах конденсата. В таких случаях простое наращивание сечения без вырезки деградировавшего металла — это полумера. Приходится локально менять участки, а уже потом думать об усилении. Это технологически сложнее, требует временных подпорок, перераспределения нагрузок на время работ.

Практические методы: что работает, а что — только на бумаге

В практике чаще всего идём по пути увеличения сечения элементов. Для колонн — это устройство обойм из уголков или швеллеров с последующей обваркой и заливкой цементно-полимерным раствором в зазор, если нужно жёсткое соединение. Для ферм — установка дополнительных раскосов или дублирование поясов. Но здесь ключевое — не перегрузить существующие фундаменты. Иногда усиление каркаса ведёт к необходимости усиливать и основание, а это уже другой масштаб работ.

Интересный метод — предварительное напряжение элементов. Например, для аварийных балок перекрытия в административных корпусах мы применяли установку дополнительных тяжей из высокопрочной арматуры с последующей их натяжкой домкратами. Это позволяет перераспределить нагрузку, ?разгрузить? повреждённый участок. Но в условиях действующего производства, особенно в тепличных комплексах с их высокой влажностью и агрессивной средой, к этому методу надо подходить осторожно — защита от коррозии для таких напряжённых элементов должна быть безупречной.

Часто спасает изменение расчётной схемы. Была, допустим, шарнирная опора, а мы делаем её жёсткой, вваривая дополнительные диафрагмы. Или добавляем новые связи, превращая отдельно стоящие рамы в пространственную систему. Это эффективно, но требует очень точного расчёта, потому что меняются усилия во всех смежных элементах. Однажды пришлось переделывать такой узел на ходу, потому что проектировщик не учёл температурные деформации длинного тепличного блока — после жёсткой фиксации колонн в торцах, на средних секциях пошли трещины в сварных швах от напряжений. Пришлось вводить элементы скольжения.

Специфика тепличных комплексов: влажность, химия и постоянные нагрузки

Здесь усиление стального каркаса — это отдельная песня. Агрессивная среда от поливной воды, удобрений, высокая влажность и конденсат — всё это съедает металл в разы быстрее. Часто усиление идёт рука об руку с антикоррозийной защитой, причём не просто покраской, а с полной зачисткой, грунтовкой в несколько слоёв и покрытиями на основе эпоксидных смол. Иначе все твои новые швеллеры через пять лет будут в таком же состоянии, как и старые.

Ещё важный момент — минимальный простой. Теплица — это живой производственный организм, остановка на месяц равносильна потере урожая. Поэтому все работы часто разбиваются на этапы, каркас усиливается секциями, иногда под работающим оборудованием. Это накладывает жёсткие требования к безопасности и точности монтажа. Используем много временных креплений, домкратов для плавного перераспределения нагрузки. Сложнее, но бизнес клиента не страдает.

Кстати, о клиентах. Когда работаешь с профильными компаниями, которые сами понимают в конструкциях, работать проще. Например, ООО Чэнду Цзюйцан Агротехнологическая Компания (сайт их можно посмотреть на jcny666.ru) — они как раз из таких. Компания занимается проектированием и строительством тепличных комплексов под ключ, поэтому их специалисты всегда чётко формулируют задачу: не просто ?укрепить?, а ?обеспечить возможность монтажа дополнительных систем светокультуры с увеличением нагрузки на фермы на 15%?. Это современное высокотехнологичное предприятие, и подход у них соответствующий — всё по расчёту, с оглядкой на будущие модернизации. С такими заказчиками и работать в удовольствие, потому что они ценят не только скорость, но и правильное инженерное решение.

Инструменты и материалы: без чего не обойтись

Из инструмента — кроме очевидных сварочных аппаратов (желательно с возможностью работы в режиме MIG/MAG для более качественного шва на тонком металле), обязательно используем геодезическое оборудование. Нивелиры, теодолиты, лазерные сканеры — чтобы контролировать геометрию до, во время и после усиления. Смещение на пару миллиметров в ключевом узле может свести на нет всю работу.

Из материалов в последнее время часто применяем высокопрочные болты для фрикционных соединений, особенно там, где сварка нежелательна из-за пожароопасности или сложности подвода тока. Также в ходу композитные материалы на основе углеволокна — для локального усиления балок без значительного увеличения массы. Но это пока дорого, и применяем выборочно, чаще в реконструкции исторических зданий, где важно сохранить оригинальный вид.

И никогда не экономим на крепеже для временного раскрепления. Это страховка от непредвиденного просечения. Используем мощные винтовые стойки, гидравлические домкраты с манометрами для контроля усилия, толстостенные трубы для подпорок. Лучше перестраховаться, чем потом разгребать последствия обрушения.

Мысли вслух и выводы, которые никуда не годятся

Иногда кажется, что усиление стального каркаса — это ремесло на стыке инженерии и искусства. Ни один расчёт не даст полной картины, пока не вскроешь обшивку и не увидишь реальное состояние узлов. Опыт подсказывает, где искать трещины (часто — в районе монтажных отверстий, которые ослабили сечение), где ждать наибольшей коррозии (зоны с постоянным конденсатом или подтекания воды).

Главный вывод, который я для себя сделал — не бывает двух одинаковых объектов. Даже если каркасы типовые, их история эксплуатации, качество первоначального монтажа, микроклимат — всё разное. Поэтому шаблонные решения работают плохо. Нужно каждый раз смотреть, считать, пробовать на нагрузку (хотя бы выборочно) и только потом предлагать решение.

И ещё — никогда не давать гарантий ?на века?. Усиленный каркас — это всё же ремонт, а не новое строительство. Его ресурс ограничен состоянием основного металла. Лучше честно сказать клиенту: ?Сейчас мы приведём конструкцию в расчётное состояние, но лет через десять нужно будет делать повторное обследование, особенно если нагрузки вырастут?. Так и работаем. И, судя по повторным обращениям и рекомендациям, такой подход ценится. Особенно теми, кто, как ООО Чэнду Цзюйцан, строит на десятилетия вперёд и понимает, что надёжность каркаса — это основа всего тепличного бизнеса.