Причины повреждения стальных конструкций зданий в основном заключаются в следующих аспектах:
I. Причины, связанные с проектированием
Нерациональное проектирование
Неправильный выбор типа конструкции: например, в районах с сильными ветровыми нагрузками был выбран неподходящий тип конструкции, что привело к нерациональному распределению усилий в стальной конструкции под воздействием ветровой нагрузки и легкому повреждению. Например, в прибрежных районах, подверженных частым тайфунам, если выбран легкий стальной цех открытого типа без должного учета влияния тайфунов, это может привести к частичному разрушению или даже полному обрушению стальной конструкции под воздействием сильного ветра.
Вычислительные ошибки: неточный выбор параметров расчета конструкции, неполный учет нагрузок и т.д. могут привести к недостаточной прочности конструкции. Например, при расчете несущей способности стальной конструкции заниженная величина снеговой нагрузки может привести к деформации или даже обрушению кровли стальной конструкции в случае сильного снегопада.
Недостатки в проектировании узлов
Нерациональные способы соединения узлов: например, при сварке несоответствие качества сварного шва стандартам или неправильный выбор количества и размера болтов при болтовом соединении могут привести к разрушению узла под нагрузкой. Например, в некоторых стальных конструкциях большого пролета недостаточное количество болтов в ключевых узлах не позволяет выдержать внутренние усилия, передаваемые конструкцией, что приводит к разрушению узла и влияет на устойчивость всей конструкции.
Сложная конструкция узлов: слишком сложная конструкция узлов может привести к увеличению сложности строительных работ и трудностям в обеспечении качества строительства. Кроме того, сложные узлы под нагрузкой легко подвержены концентрации напряжений, что может привести к разрушению узлов. Например, узлы в некоторых пространственных решетчатых конструкциях из-за сложности конструкции легко допускают отклонения в процессе обработки и монтажа, что приводит к несоответствию напряженного состояния узла проектному, и, следовательно, к повреждению узла.
II. Причины, связанные со строительством
Проблемы с качеством строительства
Низкое качество сварки: сварка является одним из наиболее распространенных способов соединения при строительстве стальных конструкций. Если технология сварки не соответствует требованиям, уровень квалификации сварщиков недостаточен или качество сварочных материалов не соответствует требованиям, это может привести к появлению трещин, пор, шлаковых включений и других дефектов в сварном шве, что серьезно повлияет на прочность и устойчивость стальной конструкции. Например, при строительстве крупных стальных мостов из-за проблем с качеством сварки в сварном шве могут появиться усталостные трещины в процессе эксплуатации, что приведет к разрушению конструкции.
Ненадежное болтовое соединение: недостаточное затягивание болтового соединения в соответствии с проектными требованиями или недостаточная точность обработки болтовых отверстий могут снизить прочность болтового соединения. Например, при строительстве стальных цехов недостаточный крутящий момент затяжки болтов может привести к ослаблению болтов под нагрузкой, что повлияет на общую устойчивость конструкции.
Низкая точность обработки элементов: если при обработке элементов стальной конструкции допущены слишком большие отклонения размеров, неправильная форма и т.д., это повлияет на качество монтажа элементов и несущие характеристики конструкции. Например, слишком большое отклонение вертикальности стальной колонны может привести к появлению дополнительных изгибающих моментов в конструкции под действием вертикальной нагрузки, что приведет к разрушению конструкции.
Ненадлежащее управление строительством
Нарушение строительных норм: выполнение строительных работ без соблюдения проектной документации и строительных норм, произвольное изменение строительных решений могут создать угрозу безопасности стальных конструкций зданий. Например, при монтаже стальных конструкций несоблюдение установленного порядка монтажа или преждевременный демонтаж опор могут привести к потере устойчивости конструкции.
Беспорядочное управление материалами: ненадлежащее управление материалами, такими как сталь, сварочные материалы, болты и т.д., на строительной площадке может привести к использованию некачественных материалов или смешиванию материалов, что повлияет на качество стальной конструкции. Например, смешивание стальных материалов разных классов прочности может привести к тому, что прочность конструкции не будет соответствовать проектным требованиям, что может легко привести к повреждению.
III. Причины, связанные с эксплуатацией
Перегрузка
Добавление дополнительных нагрузок: в процессе эксплуатации стальных конструкций зданий без согласия проектной организации самовольно добавляются дополнительные нагрузки, такие как оборудование, трубопроводы, подвешивание тяжелых предметов и т.д., что может привести к превышению расчетных значений нагрузки на конструкцию и, следовательно, к повреждению конструкции. Например, в промышленных цехах, если собственник для увеличения производственного оборудования добавляет большое количество сосредоточенных нагрузок на кровлю или перекрытия, это может привести к деформации или даже разрушению балок, колонн и других элементов стальной конструкции.
Изменение функционального назначения: изменение функционального назначения первоначально спроектированного офисного здания на склад, цех и т.д. может привести к изменению нагрузки на конструкцию. Если конструкция не может соответствовать новым требованиям к нагрузке, это может легко привести к повреждению. Например, после переоборудования офисного здания в склад нагрузка на перекрытия значительно увеличивается, что может привести к образованию трещин в плитах перекрытия, деформации балок и т.д.
Ненадлежащее техническое обслуживание
Недостаточные меры по защите от коррозии и пожара: стальные конструкции, длительно эксплуатируемые в естественной среде, легко подвержены коррозии и пожарам. Если меры по защите от коррозии и пожара недостаточны, это снизит прочность и долговечность стальной конструкции. Например, в стальных цехах некоторых химических предприятий из-за воздействия коррозионных газов защитное покрытие поверхности элементов стальной конструкции повреждается, что приводит к ржавлению и коррозии стали и, следовательно, влияет на безопасность конструкции.
Несвоевременный осмотр и техническое обслуживание: стальные конструкции зданий в процессе эксплуатации требуют регулярного осмотра и технического обслуживания для своевременного выявления и устранения повреждений конструкции. Если своевременный осмотр и техническое обслуживание не проводятся, мелкие проблемы могут постепенно перерасти в серьезные проблемы, что в конечном итоге приведет к повреждению конструкции. Например, если проблема протечки кровли стальной конструкции не решается своевременно, это может привести к длительному воздействию влаги на конструкцию кровли, что ускорит коррозию стали и, следовательно, повлияет на несущие характеристики кровли.
IV. Причины, связанные с окружающей средой
Стихийные бедствия
Землетрясения: землетрясения являются стихийными бедствиями с огромной разрушительной силой. Стальные конструкции зданий под воздействием землетрясений могут деформироваться, разрушаться или даже обрушиваться. Например, в сейсмически активных районах стальные конструкции зданий должны быть специально спроектированы для обеспечения сейсмостойкости, чтобы повысить сейсмостойкость конструкции, иначе при землетрясении они могут быть серьезно повреждены.
Ветровые нагрузки: сильный ветер может оказывать значительное воздействие на стальные конструкции зданий, особенно на высотные, крупнопролетные стальные конструкции и легкие стальные конструкции. Ветровые нагрузки могут привести к деформации и разрушению конструкции. Например, в районах, подверженных тайфунам, некоторые стальные рекламные щиты, временные сооружения и т.д. могут быть разрушены сильным ветром.
Пожары: пожар может быстро повысить температуру стальной конструкции, а прочность и жесткость стали снижаются с повышением температуры. При достижении определенной температуры стальная конструкция может деформироваться и обрушиться. Например, на некоторых заводах, складах и т.д. из-за недостаточных мер пожарной безопасности в случае пожара стальные конструкции зданий могут быть серьезно повреждены.
Химическая коррозия
Коррозия в промышленных условиях: в некоторых промышленных районах воздух содержит большое количество коррозионных газов, пыли и т.д., что может привести к серьезной коррозии стальных конструкций. Например, стальные конструкции зданий, расположенные рядом с химическими заводами, гальваническими цехами и т.д., легко подвергаются воздействию кислых газов, соляного тумана и т.д., что приводит к повреждению антикоррозионных покрытий на поверхности стали и, следовательно, к ускорению коррозии стали.
Коррозия в морской среде: стальные конструкции, находящиеся в морской среде, подвергаются длительному воздействию морской воды, морского ветра, морского тумана и т.д., скорость коррозии относительно высока. Например, стальные сооружения в прибрежных портах, морских мостах и т.д. требуют специальных мер защиты от коррозии для противодействия коррозии в морской среде.
Для решения проблемы повреждения стальных конструкций зданий можно принять следующие меры по усилению:
1. Усиление увеличением сечения
Принцип метода: увеличение площади сечения и количества арматуры исходного элемента для повышения несущей способности и жесткости элемента. Этот метод применим для усиления балок, колонн, плит и других элементов.
Этапы строительства:
Во-первых, очистите поверхность исходного элемента, удалив масло, ржавчину и другие примеси, чтобы обеспечить хорошее соединение старого и нового бетона.
Затем закрепите арматуру на поверхности исходного элемента, чтобы увеличить прочность соединения нового бетона с исходным элементом.
Затем установите опалубку, залейте новый бетон и проведите уход за ним.
Наконец, после достижения бетоном проектной прочности снимите опалубку.
Преимущества и недостатки:
Преимущества: простой технологический процесс, широкий спектр применения, может значительно повысить несущую способность и жесткость элемента.
Недостатки: длительный строительный цикл, определенное влияние на внешний вид и полезную площадь конструкции.
2. Усиление путем наклеивания стальных пластин
Принцип метода: использование специального конструкционного клея для приклеивания стальных пластин к поверхности стального элемента, чтобы стальная пластина и исходный элемент работали совместно, повышая несущую способность и жесткость элемента. Этот метод применим для усиления балок, колонн, плит и других элементов.
Этапы строительства:
Во-первых, обработайте поверхность исходного элемента, сделав ее ровной, сухой и без масла.
Затем, в соответствии с проектными требованиями, нанесите конструкционный клей на поверхность исходного элемента и приклейте стальную пластину к конструкционному клею.
Затем используйте болты или зажимы для прижимания стальной пластины, чтобы обеспечить плотное прилегание стальной пластины к исходному элементу.
Наконец, обработайте приклеенную стальную пластину антикоррозионным покрытием.
Преимущества и недостатки:
Преимущества: простой и быстрый монтаж, незначительное влияние на внешний вид и полезную площадь конструкции.
Недостатки: долговечность и жаростойкость конструкционного клея нуждаются в дальнейшем улучшении, а вес стальной пластины относительно велик, что может увеличить собственный вес конструкции.
3. Усиление путем наклеивания углеродного волокна
Принцип метода: использование углеродного волокна, характеризующегося высокой прочностью и высоким модулем упругости, для наклеивания на поверхность стального элемента, чтобы углеродное волокно и исходный элемент работали совместно, повышая несущую способность и жесткость элемента. Этот метод применим для усиления балок, колонн, плит и других элементов.
Этапы строительства:
Во-первых, обработайте поверхность исходного элемента, удалив масло, ржавчину и другие примеси, чтобы обеспечить хорошее сцепление углеродного волокна с исходным элементом.
Затем, в соответствии с проектными требованиями, вырежьте углеродное волокно до нужных размеров и нанесите на него конструкционный клей.
Затем приклейте углеродное волокно к поверхности исходного элемента и используйте валик или скребок для уплотнения конструкционного клея и удаления пузырьков воздуха.
Наконец, проведите уход и антикоррозионную обработку наклеенного углеродного волокна.
Преимущества и недостатки:
Преимущества: простой и быстрый монтаж, минимальное влияние на внешний вид и полезную площадь конструкции, хорошая коррозионная стойкость.
Недостатки: высокая стоимость углеродного волокна, а также его адгезионные свойства со стальной конструкцией в значительной степени зависят от качества строительных работ.
4. Усиление путем изменения силовой схемы конструкции
Принцип метода: изменение силовой схемы конструкции, регулировка распределения внутренних сил, снижение нагрузки на исходный элемент, тем самым повышение общей несущей способности конструкции. Этот метод применим для усиления стальных конструкций зданий большой прочности и высокой напряженности.
Этапы строительства:
Во-первых, проведите силовой анализ исходной конструкции, определите участки, требующие усиления, и разработайте方案 усиления.
Затем, в соответствии с планом усиления, добавьте опорные элементы, тяги, фермы и другие элементы, изменив силовую схему конструкции.
Наконец, соедините и закрепите вновь добавленные элементы, чтобы обеспечить их совместную работу с исходной конструкцией.
Преимущества и недостатки:
Преимущества: может значительно повысить общую несущую способность конструкции, минимальное изменение исходной конструкции.
Недостатки: высокая сложность строительных работ, требуется профессиональная проектная и строительная группа, а также возможное влияние на функциональность конструкции.
5. Усиление предварительным напряжением
Принцип метода: создание предварительного напряжения в стальном элементе конструкции для создания обратной деформации элемента, компенсирующей часть напряжений, создаваемых внешней нагрузкой, что повышает несущую способность и жесткость элемента. Этот метод применим для усиления стальных конструкций зданий большой прочности и высокой напряженности.
Этапы строительства:
Во-первых, в соответствии с проектными требованиями установите на стальном элементе конструкции анкерные устройства и оборудование для натяжения предварительного напряжения.
Затем натяните предварительно напряженную арматуру, создав предварительное напряжение.
Затем закрепите предварительно напряженную арматуру на анкерных устройствах, поддерживая состояние предварительного напряжения.
Наконец, проведите приемку и мониторинг конструкции после усиления предварительным напряжением.
Преимущества и недостатки:
Преимущества: может значительно повысить несущую способность и жесткость элемента, уменьшая деформацию конструкции.
Недостатки: высокие требования к технологиям строительства, требуется профессиональное оборудование и персонал, а также сложность контроля потерь предварительного напряжения.