Методичка и пособия / Усиление строительных конструкций при реконструкции и калитальном ремонте зданий

Если определение класса арматуры производилось по данным проекта, то нормативное сопротивление арматурной стали Rsn устанавливают по нормам 16 .

Расчетное сопротивление арматуры растяжению Rs определяют по классу арматурной стали.

Если проводились испытания арматурной стали, то нормативное значение предела текучести получают путем деления среднего значения предела текучести (физического или условного) на коэффициенты: 1,1 для классов A-I, A-II, A-III, A-IIIв, Aт-III; 1,2 для других классов арматурной стали. При этом полученные нормативные значения предела текучести не должны превышать установленных нормами 16значений для исследуемых классов стали.

При отсутствии проекта и невозможности отбора образцов допускается назначать расчетное сопротивление арматурной стали в зависимости от ее профиля. В нормах 16рекомендуется в этом случае для гладкой горячекатанной арматурной стали принимать Rs = 155 МПа, для арматурной стали периодического профиля при профиле по винтовой линии (т.е. класса А-II) Rs = 245 МПа и для профиля «елочкой» (т.е. класса А-III) Rs = 295 МПа.

б) Определение расчетных сопротивлений стали стальныхконструкциях

Для определения механических свойств стали поврежденных конструкций рекомендуется использовать методы испытания стандартных образцов, вырезанных из элементов конструкций, и поверхностного слоя металла на твердость.

Характеристики механических свойств стали элементов: предел текучести у, временное сопротивление и и относительное удлинение после разрыва получают испытанием на растяжение образцов по ГОСТ 1497-84*.

Расчетные сопротивления стали Rу находят путем деления нормативных значений предела текучести Rуп на коэффициент надежности по материалу m, который принимают: для конструкций, изготовленных до 1932 г., и для сталей, у которых полученные при испытаниях значения предела текучести ниже 215 МПа,

1,2; для конструкций, изготовленных в 1932 1982 гг., 1,1 для сталей с пределом текучести ниже 380 МПа и 1,15 для сталей с

112

пределом текучести выше 380 МПа; для конструкций, изготовленных после 1982 г., по нормам 17 .

Для элементов конструкций, имеющих коррозийный износ с потерей более 25% площади поперечного сечения или остаточную после коррозии толщину 5 мм и менее, расчетные сопротивления умножают на коэффициент d, принимаемый равным 0,95 для слабоагрессивных, 0,9 для среднеагрессивных и 0,85 для сильноагрессивных сред.

Расчетные сопротивления сварных соединений назначают с учетом марки стали, сварочных материалов, видов сварки, положения швов и способов контроля, используя указания норм 17 . При отсутствии этих данных для угловых швов можно принять, что нормативное значение временного сопротивления металла швов Rwun равно нормативному значению временного сопротивления стали элемента Ruп, коэффициент надежности по материалу

швов расчетное сопротивление металла шва по пределу текучести Rwy = 0,55Ry для конструкций, изготовленных до 1972 г., и Rw y = 0,85Ry для конструкций, изготовленных после 1972 г. 17 .

Расчетное сопротивление срезу Rbs и растяжению Rbt болтов, а также сжатию элементов, соединенных болтами, Rbp определяют по нормам 17 . Если класс прочности болтов установить невозможно, то расчетное сопротивление принимают как для болтов класса прочности 4,6 при расчете на срез и класса прочности 4,8 при расчете на растяжение 11 .

4.6. Определение фактических нагрузок

Определить действительные нагрузки и возможные их сочетания можно опытным путем и руководствуясь нормами.

а) Постоянная нагрузка

Нормативное значение массы конструкций определяют по результатам обмеров. Замеряют толщины не менее чем в 5 сечениях (пола, кровли, стен) конструктивных слоев: стяжек, утеплителя, досок, плит перекрытия и т.д. Умножают эти толщины на объем-

113

ный вес материалов, взятый из справочников или определяют массу 1 м2 конструкций, взвешивая его слои: пол, засыпку, стяжку, плиту и т.д. Коэффициенты надежности по нагрузке принимают по указаниям СНиП 2.01.07-85* 14 .

Массу стальных конструкций устанавливают по чертежам КМД, а при их отсутствии – по замерам сечений с введением строительного коэффициента , учитывающего также узловые соединения, стыки и швы. Этот коэффициент можно принимать для ферм = 1,25 1,35, колонн сплошных – 1,3; сквозных – 1,7; балок прокатных – 1,05; сварных – 1,2.

б) Временные нагрузки

Нагрузки от веса оборудования, трубопроводов, мостовых и подвесных кранов определяют по паспортным данным и обмерочным чертежам с учетом их реальной схемы размещения и опирания на конструкции.

Нормативные значения атмосферных нагрузок (ветра и снега) можно принимать по СНиП 2.01.07.-85* 14 , но уточнять по данным организаций Госкомгидромета.

Необходимо учитывать в промышленных зданиях нагрузку от пыли. Опыт показывает, что она бывает соизмеримой со снеговой. Поэтому необходимо выявлять места с максимальным скоплением пыли, снега и льда на кровлях зданий и принимать меры по их уборке.

При обследовании конструкций необходимо также выяснить, как приложены нагрузки к несущим конструкциям. Бывают случаи, когда в период эксплуатации заменяют деревянные прогоны и обрешетку на оцинкованные штампованные настилы. При этом они, опираясь на верхний пояс ферм, вызывали в нем дополнительный, не учтенный ранее, изгибающий момент. Часто встречаются случаи подвески к панелям ферм трубопроводов в промежутке между узлами, что может привести к перенапряжению и деформативности этих элементов.

В процессе обследования составляются обмерочные чертежи, дефектные ведомости и таблицы. Производятся поверочные расчеты основных несущих конструкций здания 4, 5 .

114

По результатам обследования здания, после анализа полученных материалов составляется заключение о техническом состоянии объекта (см. Приложение).

5. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ КОНСТРУКЦИЙ

5.1. Деформации конструкций от повышенных температур и огня

От высоких температур (более 250 С) и при пожарах в зданиях возможны большие деформации и обрушения.

Нагрев металлических конструкций приводит к падению их прочности и чрезмерному удлинению, что ведет к изменению геометрии конструкций и большим деформациям.

В соответствии с «Рекомендациями по оценке состояния и усилению строительных конструкций промышленных зданий и сооружений» 13степень повреждения металлических конструкций после пожара характеризуется показателями, приведенными в таблице 5.1.

Т а б л и ц а 5.1

115

Окончание табл. 5.1

Примечание. После длительного воздействия температур около 1400 С на поверхности стальных элементов появляются твердая и хрупкая пленка серо-синего или черного цвета, а также участки с губчатой структурой, что свидетельствует о пережоге стали.

Повреждения в железобетонных конструкциях

При воздействии высоких температур ухудшаются эксплуатационные качества конструкций, снижается прочность материала, сила сцепления арматуры с бетоном, уменьшаются размеры рабочего сечения. Из-за неравномерного температурного нагрева может изменяться расчетная схема элементов, работающих в составе неразрезных систем.

Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материалом. Однако под воздействием высоких температур снижают-

116

ся его прочность и защитные свойства по отношению к заключенной в нем арматуре. Кроме того, при продолжительном пожаре сильно нагревается сама арматура, в которой появляются значительные пластические деформации. В результате этого изгибаемые элементы получают недопустимые прогибы и чрезмерно раскрытые трещины, а внецентренно сжатые элементы теряют устойчивость.

В соответствии с 13 степень повреждения железобетонных конструкций после пожара характеризуется показателями, приведенными в табл. 5.2.

117

Каменная кладка при ограниченных деформациях испытывает большие температурные напряжения, что вызывает потерю их несущей способности. Кладка также становится хрупкой из-за мгновенного изменения объема кварцевой составляющей при температуре более 500С. А тушение пожара водой неравномерно охлаждает каменные конструкции и вызывает в них появление трещин.

Воздействие огня и воды приводит к охлаждению верхнего слоя каменной кладки, образованию оплавлений и разрушению раствора в швах кладки.

Если несущие конструкции защищены огнестойкими материалами, то при пожаре они длительное время сохраняют свои эксплуатационные качества. Поэтому при реконструкции эксплуатируемых зданий необходимо прорабатывать вопросы огне-

118

защиты строительных конструкций, а также противопожарные мероприятия.

5.2. Влияние отрицательных температур на основания и конструкции зданий

При отрицательных температурах основания под фундаменты, состоящие из глинистых и пылеватых грунтов, мелких и среднезернистых песков, промерзают, что может вызвать пучение грунтов. А это может привести к разрушению фундаментов и вышележащих стен.

Каменные и бетонные конструкции, соприкасающиеся с воздухом или грунтом, тоже могут увлажняться и промерзать. От этого в них возникают большие напряжения и трещины. Чем меньше пористость материала, тем сопротивление разрушению, т.е. морозостойкость конструкции, повышается.

Для металлических конструкций также неблагоприятны низкие температуры. Поэтому необходимо строго выполнять требования СНиП по назначению соответствующих марок сталей в зависимости от типов конструкций и температуры эксплуатации. Также важно выполнять конструктивные мероприятия, которые препятствуют хрупкому разрушению конструкций при низких температурах.

5.3. Коррозийные разрушения конструкций

Существуют различные причины коррозийного разрушения металлических и неметаллических (бетонных, каменных) конструкций. Они возникают от физических, химических, электрохимических и биологических воздействий. Следует отметить, что граница между химической и электрохимической коррозией часто бывает условной и зависит от многих параметров окружающей среды.

Процессы коррозии неметаллических материалов отличаются от процессов коррозии металлов. Если для металлов коррозия происходит на границе металла и среды, то коррозия неметаллов

119

происходит и на границе со средой и в глубине материала. Все зависит от природы материала и агрессивной среды.

Особенно вредное воздействие на конструкции оказывают:

углекислый газ, сернистый ангидрид, фтористый водород, а также щелочи и кислоты;

масла, нефть, растворители, различные виды удобрений. Железобетонные конструкции постоянно подвергаются воз-

действию внешней среды, в результате которого возникает коррозия материала.

При химической коррозии происходит непосредственное химическое взаимодействие между материалами конструкции и агрессивной средой, не сопровождающееся возникновением электрического тока.

При электрохимической коррозии коррозионные процессы протекают в водных растворах электролитов, во влажных газах, в расплавленных солях и щелочах. Характерным является возникновение электрических токов как результат коррозионного процесса.

Механическая коррозия (деструкция) имеет место в материалах неорганического происхождения (цементный камень, растворная составляющая бетона, заполнитель) и вызывается напряжениями внутри материала, достигающими предела его прочности на растяжение. Внутренние напряжения в пористой структуре материала возникают вследствие разных причин, среди которых кристаллизация солей, отложение продуктов коррозии, давление льда при замерзании воды в порах и капиллярах.

а) Коррозия бетона

Бетон как искусственный конгломерат по составу исходных материалов достаточно долговечен и не нуждается в специальном уходе, если эксплуатируется в нормальных температурновлажностных условиях и отсутствии агрессивной среды.

Для большинства конструкций промышленных предприятий свойственны агрессивная и слабо агрессивная среды, характеристика которых по степени их воздействия на бетон представлена на рис. 5.1.

120

Характеристика среды и ее воздействие на конструкции

Рис. 5.1. Характеристики среды и ее воздействие на конструкции

Различают три вида физико-химической коррозии.

Под влиянием агрессии в бетоне развиваются физикохимические и физико-механические деструктивные процессы, представленные на рис. 5.2.

Коррозия I вида. Внешним ее признаком является белый налет, на поверхности бетона в месте испарения или фильтрации свободной воды. Коррозия вызывается фильтрацией мягкой воды сквозь толщину бетона и вымыванием из него гидрата окиси кальция.

Коррозия II вида. Характерным для коррозии II вида является химическое разрушение компонентов бетона (цементного камня и заполнителей) под воздействием кислот и щелочей.

121