Для определения технико-экономических показателей стальных конструкций усиления необходимо знать следующие основные исходные данные:

- геометрические характеристики и массу усиливаемых элементов и конструкций.

- материал элементов усиления.

- профиль элементов усиления.

Рассмотрим определение показателей трудоемкости и стоимости изготовления, трудоемкости и стоимости монтажа, стоимости усиления в «деле».

Трудоемкость изготовления элементов усиления определяется формулой:

              (1)

где К_т- коэффициент повышения удельной трудоемкости изготовления для конструкций с применением сталей повышенной прочности;

К_н.р - коэффициент, учитывающий нерасчетные операции. К_н.р=1.1;

φ_т - строительный коэффициент трудоемкости;

 - соответственно трудоемкость обработки, сборки и сварки основных деталей.

Стоимость основных материалов в общем случае определяется формулой:

,

где С_пр - оптовая цена набора профилей проката;

К_пр - коэффициент приплат к основным ценам;

К_отх - коэффициент отходов.

Стоимость изготовленных стальных элементов и конструкций с учетом транспортных расходов представляется формулой:

,

где G – масса деталей усиления;

Т – трудоемкость изготовления;

С_тр- стоимость транспортировки 1 т конструкции.

Трудоемкость монтажа деталей определяется по формуле:

              (2)

где – соответственно трудоемкость установки, выполнения монтажных соединений и укрупнения; коэффициент 1.15 учитывает выполнение работ в стесненных условиях.

где а,b – коэффициенты, полученные на основании ЕНиР;

n - число монтируемых деталей;

G – общая масса деталей;

К – поправочный коэффициент, зависящий от типа применяемых монтажных механизмов.

Трудоемкость устройства монтажных соединений складывается из трудоемкости монтажной сварки и постановки болтов.

Стоимость монтажа элементов усиления в общем виде определяется по формуле:

,

где а_м - среднечасовая зарплата монтажников;

К_н.н - коэффициент накладных расходов на з/плату;

С_мех - стоимость эксплуатации монтажных механизмов.

Стоимость конструкций в «деле» складывается из стоимости изготовленных конструкций, стоимости монтажа и транспортирования с завода на место монтажа:

где К_з.с, К_н, К_п – коэффициенты, учитывающие соответственно

заготовительно-складские расходы завода-изготовителя, накладные расходы, плановые накопления монтажной организации.

Пользуясь приведенными формулами, можно легко и быстро определять технико-экономические показатели различных методов усиления стальных конструкций, в данном случае металлических ферм, и выполнять сравнение вариантов усиления. При этом не требуется детальной разработки проектов усиления, составления смет, калькуляций и т.д.

Предлагается оценку эффективности различных способов усиления металлических ферм предлагается выполнить по укрупненным показателям на основе обобщенной формулы путем вычисления коэффициента эффективности:

                     (3)

где ΔP_кр- приращение параметра критической нагрузки вследствие усиления фермы;

Т_ус- коэффициент, учитывающий трудоемкость изготовления и монтажа элементов усиления.

Т_ус = Т + Т_м,

где Т и Т_м вычисляются соответственно по формулам (1) и (2).

Назначению схемы усиления конструкций, в частности металлических стропильных ферм, должен предшествовать анализ несущей способности не усиленной конструкции. С этой целью, прежде всего, требуется произвести ее статический расчет и расчет на устойчивость с учетом действительной расчетной схемы на различные комбинации нагрузок (включая нагрузки, воздействие которых предполагается после усиления). Такой расчет может осуществляться в рамках линейной постановки в предположении неограниченной упругости элементов фермы. Выбрав расчетные сочетания усилий для каждого элемента системы, выявляются те из них, несущая способность которых недостаточна и минимизирует несущую способность системы в целом.

Установление степени перегрузки каждого из элементов, недостаточная несущая способность которых в наибольшей степени влияет на несущую фермы в целом, и отношения их количества к общему числу элементов позволяет оценить усиливаемую конструкцию с точки зрения равнопрочности и дает общее представление о выборе схемы усиления. Очевидно, если в системе больше 20% стержней, у которых несущая способность недостаточна, то наиболее рационально принять схему усиления с изменением конструктивной схемы фермы, ведущим к существенному перераспределению усилий в конструкции.

В другом случае выбор падает на иные методы усиления, такие как увеличение сечений стержней фермы, введение дополнительных элементов без существенного изменения статической схемы. Оценка размещения стержней с недостаточной несущей способностью в общей схеме фермы является также важным этапом анализа. Такая оценка дает представление о характере желаемого перераспределения усилий (разгрузка опорных или пролетных зон ферм), и следовательно, может служить основанием для выбора схемы усиления.

Установление вида предельного состояния также оказывает влияние на этот выбор. Например, если для группы сжатых элементов одновременно не выполняются условия прочности и устойчивости, то необходимы, либо соответствующая их разгрузка за счет изменения схемы конструкции, либо усиление увеличением сечения. Необеспеченность только устойчивости может свидетельствовать или о необходимости развития системы связей, или о рациональности введения дополнительных шпренгельных элементов в систему.

С точки зрения эффективности разгрузки элементов системы рациональны схемы, максимально увеличивающие жесткость конструкции. В первую очередь этому условию отвечают схемы, связанные с подведением дополнительных опор, затем с введением дополнительных элементов и, наконец, непосредственным увеличением сечений элементов в соответствующих зонах фермы.

Ввод в конструкцию фермы предварительно напряженных затяжек позволяет эффективно влиять на перераспределение усилий в ней. Однако при использовании методов предварительного напряжения при усилении следует учесть, что сложность работ по осуществлению и контролю преднапряжения не демонтируемых конструкций (тем более в условиях действующего производства), возможность перераспределения части усилий на смежные и ограждающие конструкции и их потерь за счет обжатия и обмятия элементов и деталей существенно влияет на эффект усиления. Практика обследования усиленных конструкций показывает, что в ряде случаев введенные предварительно напряженные затяжки через несколько месяцев эксплуатации теряю значительную долю усилий предварительного напряжения.

Выбор схемы усиления сжатых стержней стропильных металлических ферм определяется в общем случае формой их поперечного сечения, условием загружения, соотношениями и величинами жесткостей. Теоретическим обоснованием выбора рациональной схемы усиления ферм с позиции устойчивости и максимального повышения критической нагрузки служит то, что различные сжатые элементы не одинаково эффективно участвуют в обеспечении общей устойчивости ее. Поэтому прежде чем решить, какую схему усиления наиболее выгодно выбрать, нужно выявить те элементы конструкции, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение устойчивости всей фермы в целом, а значит и на повышение значения критической нагрузки.

Существуют несколько методов определения слабых частей и элементов ферм. Один из методов определения слабых частей – определение главных реакций, а также их производных по формуле:

Сравнивая их значения можно судить о наиболее слабых частях ферм, усиление которых в наибольшей степени повлияет на повышение критической нагрузки. Для определения наиболее слабых стержней или элементов фермы предлагается определить долю участия каждого элемента в обеспечении общей устойчивости.

Это реализуется определением коэффициентов эффективности f_kкак компонент вектора градиента критической силы. Сравнивая значения коэффициентов активности можно решить вопрос о выборе рациональной схемы усиления. Усиление элементов с незначительными коэффициентами активности приведет к небольшому повышению критической нагрузки. На основе определения коэффициентов активности с использованием градиента критического состояния, а также энергетическим методом также можно решать вопрос о выборе схемы усиления металлических стропильных ферм.