В связи с наращиванием темпов промышленного производства, в настоящее время остро стоит вопрос о создании различных способов и устройств для повышения долговечности подкрановых балок. В Пензенском государственном университете архитектуры и строительства решением этих вопросов занимается профессор Нежданов К. К. Среди работ можно отметить [1], [2], [3], [4].
Управление неравномерными осадками зданий, а так же восстановление их первоначального проектного положения и несущей способности является, в настоящее время, существенными проблемами особенно при эксплуатации промышленных зданий. Это связанно с тем, что неравномерные осадки самым неблагоприятным образом сказываются на эксплуатации подкрановых путей, особенно с неразрезными подкрановыми балками.
Особенно данные проблемы актуальны для промышленных зданий в связи с особыми условиями эксплуатации (повышенные динамические нагрузки, агрессивные среды и т. д.) и общего износа фонда зданий и сооружений предназначенных для нужд промышленности. Вследствие неравномерных осадок, в раме может возникнуть неблагоприятное напряженное состояние, которое приводит к потере устойчивости и прочности, и способствует появлению аварийных ситуаций на производстве. Важно создать такие конструкции, в которых возможна была бы регулировка напряженного состояния.
С помощью описанного ниже способа можно управлять и устранять неравномерные осадки здания, и производить рихтовку неразрезных подкрановых балок. Задача по реализации способа управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, объединёнными ростверком, жёстко соединёнными с колонной, реализуют следующим образом.
Ветви колонны, выполненные из овальных в сечение труб, закрепляют на независимых друг от друга ростверках ветвей, объединяющих сваи под ними. Устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и опалубку ростверка-стопора, объединяющего сваи под ним, и являющегося макрорегулятором, и бетонируют его. Причём верхняя поверхность его выступает выше поверхности пола на 600…700 мм.
Устанавливают на ростверк-стопор по вертикальной оси колонны столбики-стопоры, устанавливают по шаблону пространственные арматурные каркасы и анкерные болты, закреплённые на них, и опалубку ростверков ветвей, причём верхняя поверхность их совпадает с поверхностью пола.
Контролируют правильность установки анкерных болтов, навинчивают на анкерные болты нижние рихтующие гайки, контролируют отметку их верхней грани нивелиром, безвыверочно монтируют колонну, совмещая отверстия в её базе с анкерными болтами. Опускают колонну до упора её плиты в рихтующие гайки и закрепляют базу колонны крепёжными гайками.
В случае возникновения неравномерных осадок колонн, определяют нивелировкой величину осадки и крена каждой колонны, устанавливают сверхнормативные отклонения осадок отдельных колонн, составляют таблицу величин необходимой стимуляции осадок колонн, получивших минимальную осадку и исказивших прямолинейность рельсовых путей кранов и их проектных отметок, и вызвавших неблагоприятные напряжения в каркасе здания.
Для выравнивания осадок всех колонн, монтируют домкратную балку, соединяющую ветви, устанавливают на ростверк-стопор, домкраты-пульсаторы под домкратной балкой, производят вдавливание ростверка-стопора на проектную величину 
, соответствующую необходимой дополнительной осадке этой колонны; контролируемую по нивелиру, вместе с соединёнными с ним сваями в грунтовое основание.
Разгружают домкраты-пульсаторы, и этим полностью разгружают ростверк-стопор, передают всю вертикальную сжимающую силу от колонны только на ростверки ветвей колонны. Этим вызывают их автоматическую дополнительную осадку и колонны на величину до упора домкратной балки в столбики-стопоры и автоматического стопорения и остановки осадок при достижении колонной проектной отметки, затем циклы повторяют с другими колоннами.
На рис.1 показан один из фундаментов на сваях, являющийся макрорегулятором для сооружения; на рис.2 показан вид А-А на рис.1; на рис. 3 показан вид Б-Б на рис.1.
Колонна 1 закреплена на независимых друг от друга ростверках, соединяющих сваи, являющихся макрорегуляторами.
Рис. 1.
Колонна 1 содержит левую 2 и правую 3 ветви, соединенные друг с другом домкратной балкой 4. Каждая из ветвей снабжена опорными таврами 5. Опорные тавры 5 соединены с ветвями сваркой. Контактирующие поверхности опорных тавров 5 фрезерованы и опираются на фрезерованные поверхности фланцевых гаек 7. Фланцевые гайки навертываются на анкерные болты из трубчатой арматуры 8. Трубчатая арматура 8 с винтовыми гребнями снабжена петлевыми анкерами 9. Сваи 10 ветвей колонны 1 объединяют ростверки ветвей 11.
На сваях под колонну 1 устанавливают по шаблону опалубку и пространственные арматурные каркасы ростверков 11 ветвей, объединяющих сваи 10 под ними. Ростверк-стопор 12 объединяет сваи 13 под ним. Причём верхняя поверхность ростверка-стопора выше поверхности пола на 600…700 мм. Ростверк-стопор 12 является макрорегулятором.
Рис. 2.
Устанавливают на ростверк-стопор по вертикальной оси колонны столбики-стопоры 14, являющиеся стопорами осадок.
Анкерные болты 8 сделаны из арматуры периодического профиля, с винтовыми гребнями [7]. Винтовые гребни обеспечивают, как и у стержневой арматуры периодического профиля [8], хорошее сцепление с бетоном. Расположение гребней по винтовой линии правой или левой позволяет выполнять стыки такой арматуры без трудоёмкого процесса сварки. Особенно эффективна арматура периодического профиля с гребнями по винтовой линии для анкерных болтов.
Сваи 10 объединены ростверками ветвей под каждой из ветвей колонн.
Анкерные болты 8 замоноличены в ростверках ветвей 11 точно по шаблону с контролем установки, например, лазерным нивелиром.
Контролируют правильность установки анкерных болтов 8, навинчивают на анкерные болты верхние 7 фланцевые рихтующие гайки. Контролируют отметку их верхней грани лазерным нивелиром, безвыверочно монтируют колонну 1, совмещая отверстия в её базе с анкерными болтами 8, опускают колонну 1 до упора её опорных тавров 5 в рихтующие гайки, закрепляют базу колонны крепёжными болтами 6.
В случае возникновения неравномерных осадок колонн, определяют нивелировкой величину осадок и крена каждой колонны. Устанавливают сверхнормативные отклонения осадок отдельных колонн, составляют таблицу величин необходимых дополнительных осадок отдельных колонн.
Отставание осадок колонн 1, получивших минимальную осадку, исказило прямолинейность рельсовых путей кранов и проектные отметки их. Неравномерные осадки вызвали неблагоприятные напряжения в каркасе здания. Для выравнивания осадок всех колонн, необходимо стимулировать осадку колонн 1, получивших минимальную осадку. Для этого ветви колонны соединяют домкратной балкой.
Устанавливают на ростверк-стопор 12, являющийся макрорегулятором, домкраты-пульсаторы 15 по центру или с эксцентриситетом. Производят вдавливание ростверка-стопора 12 на проектную величину , соответствующую необходимой дополнительной осадке этой колонны; контролируемую по лазерному нивелиру, вместе с соединёнными с ним сваями 13.
Рис. 3.
Разгружают домкраты-пульсаторы 15, и этим полностью разгружают ростверк-стопор 12 и передают всю вертикальную сжимающую силу только на ростверки 11 ветвей колонны. Этим вызывают их автоматическую дополнительную осадку и колонны 1 на величину до упора домкратной балки в столбики-стопоры 14 и автоматического стопорения и остановки осадки при достижении колонной проектной отметки. Затем циклы повторяют с другими колоннами.
После запланированного вдавливания ростверка-стопора на величину над столбиками-стопорами появляются зазоры , равные по величине требуемой дополнительной осадке колонн. После разгрузки домкратов-пульсаторов ростверк-стопор также разгружается от сил, передаваемых от каркаса сооружения. Силы передают только на ростверки ветвей и на сваи под ними. Происходит увеличение сил на ростверки ветвей колонны в 2…2,5 раза, а, следовательно, и на сваи под ними. Такое увеличение сил на сваи вызывает их автоматическую дополнительную осадку на запланированную величину по отношению к нулевой отметке сооружения. Дополнительная осадка на величину происходит не мгновенно, а постепенно в течение нескольких дней.
Осадка свай продолжается до полного закрытия зазора и упора домкратной балки в столбики-стопоры, и включения в работу ростверка-стопора, выполняющего функции макрорегулятора, и свай под ним. После закрытия зазора осадка автоматически стопорится, так как ростверки и сваи 10 под ними, разгружаются на 40…50 %, поэтому их осадка автоматически стопорится.
Цель достигнута, и неравномерные осадки всех фундаментов выровнены. Вредные избыточные напряжения, вызванные в каркасе и конструкциях здания, полностью устранены и восстановлена нормальная надёжная эксплуатация здания. Новый свайный фундамент под колонну выполнил функции макрорегулятора и устранил избыточные напряжения в каркасе здания и его узлах.
Сопоставление нового способа управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, являющимися макрорегуляторами, с прототипом показывает следующие существенные отличия, а именно:
- ростверк состоит из трёх не соединённых друг с другом участков: двух ростверков ветвей, и ростверка-стопора, объединяющих сваи под ним по центру;
- каждый из ростверка имеет осадку, независимую от других ростверков;
- выравнивание осадок фундаментов и колонн выполняют или посредством сообщения, мало осевшим сваям, дополнительных осадок , или посредством поддомкрачивания избыточно осевших колонн;
- осадку автоматически стопорят ростверком-стопором закрытием зазора.
Экономический эффект возник из-за следующего:
- устранена возможность обрушения здания;
- свайный фундамент является макрорегулятором, управляющим напряжённым состоянием каркаса здания, а, следовательно, он позволяет оптимизировать напряжённое состояние каркаса сооружения и этим уменьшить его материалоёмкость.
На данный метод получен патент РФ [9],в настоящее время ведутся работы по внедрению данного метода в производство.
Литература:
1. Нежданов К. К., Кузьмишкин А. А., Гарькин И. Н. Трёхглавый рельсовый блок для подкрановых балок // Региональная архитектура и строительство- Пенза: ПГУАС.- № 1.2012- С.66–68.
2. Нежданов К. К., Нежданов А. К., Гарькин И. Н. Экстремальное повышение моментов инерции рельсов при кручении \\ Строительная механика и расчёт сооружений. Москва ЦНИСК им.Курчеренко, № 6–2011
3. Нежданов К. К., Гарькин И. Н. Способ проката двутаврового профиля из низколегированной стали// Строительная механика и расчёт сооружений.:-2011№ 4 Москва ЦНИСК им.Курчеренко
4. Нежданов К. К., Гарькин И. Н., Мостовой кран, исключающий возникновение усталостных трещин в подкрановых балках [Текст]: XL Неделя науки СПбГПУ: матер.междунарй.науч.-практ.Конф.Ч. IV. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — 300 с., С.253–255
5. Кудзис А. П. Железобетонные и каменные конструкции: Учеб. для строит. спец. вузов. Ч.2. Конструкции промышленных и гражданских зданий и сооружений. — М.: Высшая шк.,1989. — 264 с.: ил.
6. Маслов Н. Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. Высшая школа. — М.1968–630 с.
7. Нежданов К. К., Нежданов А. К., Кострыкин П. А., Туманов В. А. Способ управления осадками осевшего фундамента. Патент России № 2230157 Бюл.№ 16. 10.06.2004.
8. Нежданов К. К., Туманов В. А., Нежданов А. К., Кострыкин П. А. Узел соединения двухветвевой внецентренно нагруженной колонны и способ восстановления проектной отметки фундамента. Патентный документ Ru.2002 119942, 28.07.2002.
9. Нежданов К. К., Нежданов А. К., Каледин К. И. Способ управления перемещениями, осадками и креном сооружения фундаментами на сваях, являющимися макрорегуляторами Патент России 2416696 Бюл.№ 11 20.4.2011
