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

который, реагируя с жидким стеклом, образует труднорастворимый гидросиликат кальция CaO SiO2 2,5H2O и нерастворимый гель кремнезема SiO2 nH2O. Силикатизация используется для залечивания трещин в конструкциях, работающих в агрессивных и слабоагрессивных средах.

Битумизация заключается в нагнетании в конструкцию разогретого до 200 230 С битума марки III, причем конструкция должна иметь низкую влажность, чтобы не было парообразования. Битумизация не увеличивает прочности конструкции, однако она является хорошим средством повышения ее водонепроницаемости и коррозийной стойкости.

Смолизация состоит в нагнетании в трещины и пустоты компаундов эпоксидных смол, что является надежным способом повышения коррозийной стойкости и существенного увеличения прочности конструкции.

Цементация трещин представляет собой наиболее распространенный способ залечивания конструкций, при котором используется цементная смесь разных составов в зависимости от ширины раскрытия трещин. Цементная смесь готовится на портландцементе или тампонажном цементе марок 400 и 500, засыпаемых в воду с последующим интенсивным перемешиванием в течение 2 3 мин. Готовая смесь процеживается через сито с ячейками 0,5 1 мм. Смесь должна быть использована в течение

30 мин.

6. УСЛОВИЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПО УСИЛЕНИЮ И ЗАМЕНЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Усиление строительных конструкций (железобетонных, каменных, металлических) достаточно сложная инженерная задача, при решении которой используются как широко известные, так и нетрадиционные методы.

Причин усиления конструкций много. Наиболее часто встречающиеся отражены на рис. 6.1.

142

Рис. 6.1. Причины усиления строительных конструкций

Из условий, определяющих принципиальное решение по усилению и замене конструкций, выделим три:

техническая и экономическая необходимость и целесообразность замены или усиления;

условия строительной площадки;

143

необходимость обеспечения требуемой прочности и устойчивости коробки здания на всех этапах проведения работ по реконструкции и ремонту.

Целесообразность замены конструкций определяется с учетом их перспективных эксплуатационных возможностей 6 .

Техническая целесообразность зависит от физического износа конструкций, а экономическая определяется из сравнения затрат на капитальный ремонт (реконструкцию) 1 кв. м. общей площади со стоимостью 1 кв. м. нового строительства, отвечающего современным требованиям и построенного на той же территории, где находится данный объект.

Условия строительной площадки диктуют возможность использования тех или иных подъемных механизмов и соответственно массы и габаритов монтируемых элементов. Поэтому проектирование реконструкции и ремонта зданий в отличие от нового строительства начинается с разработки ПОС.

Важнейшим этапом проектирования реконструкции и ремонта зданий является обеспечение прочности и устойчивости стен или каркаса на всех этапах демонтажа и последующего монтажа.

В проекте должна быть представлена последовательная схема изменения конструктивной системы по мере разработки конструкций и связей.

Все варианты конструктивной системы должны быть проверены расчетом на прочность и устойчивость (включая основания и фундаменты).

При необходимости сохраняемые конструкции до разборки смежных усиливаются временными связями.

Последовательность разборки и мероприятия по временному усилению сохраняемых конструкций отражаются в проекте производства ремонта (ППР).

7. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

После принятия решения об усилении в каждом отдельном случае необходимо разработать такую конструкцию усиления, которая бы отвечала требованиям прочности, долговечности и эстетического восприятия.

144

Различают несколько принципиально отличных способов усиления строительных конструкций, классификация которых представлена на рис. 6.2.

Повышение прочности конструкций в рассмотренных случаях обычно достигается двумя путями: за счет передачи всей полезной нагрузки или ее части на конструкцию усиления или за счет увеличения несущей способности существующей конструкции. Оба пути, которые подробно будут рассмотрены ниже, в той или иной степени используются при реконструкции и капитальном ремонте зданий.

145

Рис. 6.2. Способы усиления строительных конструкций

146

8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ

При усилении строительных конструкций часто применяют приемы по регулированию усилий, используют затяжки, шпренгели, тяжи, распорные элементы, т.е. применяют приемы предварительного напряжения конструкций. При этом большего эффекта от преднапряжения можно добиться при усилении конструкций, находящихся под нагрузкой, изменяя их напряженное состояние в больших диапазонах. Крайние волокна сечения нагруженных элементов можно разгрузить до нуля, а затем загрузить до напряжений обратного знака, равных расчетному сопротивлению. В новых конструкциях такого эффекта достичь нельзя. Однако при сравнении вариантов усиления конструкций необходимо учитывать, что на предварительное напряжение конструкций затрачивается дополнительная энергия и требуется контроль величин натяжения затяжек.

Предварительно напряженными называются конструкции, в которых напряжения от расчетной нагрузки складываются с дополнительными напряжениями, искусственно созданными различными способами в период изготовления, монтажа или эксплуатации конструкции. В отличие от обычных, где напряжения возникают только от расчетной нагрузки, в сечениях предварительно напряженных конструкций принудительно создаются новые напряжения либо до работы конструкции, либо в период ее работы под нагрузкой. При этом напряжения в наиболее загруженных сечениях имеют чаще всего другой знак, чем от нагрузки.

Можно ли считать, что предварительно напряженные конструкции более прочные, чем обычные?

Нет, если они запроектированы на одну и ту же расчетную нагрузку. Например, балки перекрытия могут быть с преднапряжением и без, однако их несущая способность одинакова.

Да, если обычная конструкция получает дополнительное напряжение.

В то же время надо иметь в виду, что неточности изготовления, монтажа обычных конструкций могут вызвать дополнительные напряжения, неучтенные расчетом, что может повысить, а в

147

некоторых случаях – понизить несущую способность. Таким образом создается ненамеренное предварительное напряжение конструкций, что отражается на их несущей способности.

Существующие в настоящее время способы создания предварительного напряжения конструкций можно разбить на следующие группы:

упругое деформирование (растяжением, сжатием, выгибом) отдельных частей конструкций с последующим их соединением в единую конструкцию большей жесткости, чем суммарная жесткость отдельных частей;

введение затяжек из арматуры, канатов или других элементов из высокопрочных сталей;

постановка шпренгелей; введение распорных систем;

изменение уровня опор для статически неопределенных систем;

временное загружение в процессе монтажа; комбинация вышеизложенных способов.

Эти же идеи могут реализовываться и другими способами. Ниже приведен пример приема преднапряжения.

Усиление балок предварительно напряженными затяжками широко используется при реконструкции зданий, при этом практически не уменьшается полезный объем помещения, и монтаж ведется без остановки производственного цикла. Затяжки делают шпренгельные, горизонтальные и комбинированные.

Основным элементом затяжек являются горизонтальные тяжи, изготавливаемые из стержневой арматуры классов АIII, АIV диаметром 18 40 мм или прокатных профилей уголкового и швеллерного типов. Тяжи располагаются у боковых поверхностей элемента и закрепляются с помощью анкерных устройств в торце.

Балка, усиленная затяжкой, превращается из изгибаемого элемента во внецентренно сжатую комбинированную систему, напряженное состояние которой является функцией нескольких параметров, в том числе и усилия предварительного обжатия затяжкой.

148

При достаточном преднапряжении и надежном заанкеривании затяжки предполагается, что напряжения в ней, а также в рабочей арматуре усиливаемой балки нарастают пропорционально и достигают расчетного сопротивления одновременно.

Величину предварительного напряжения затяжки n можно установить по табл. 8.1 в зависимости от нормативного сопро-

Т а б л и ц а 8.1

Величины относительных напряжений в затяжке

На рис. 8.1 (п. 1 и 2) рассмотрены варианты усиления балки шпренгельной и горизонтальной затяжками, при наличии в балке нормальных трещин.

Работа по усилению производится в следующей последовательности:

заготавливаются детали усиления: стержни, натягивающие муфты (гайки), анкерные устройства;

максимально разгружается перекрытие в зоне усиления балки;

монтируются элементы конструкции усиления (поз. 1 6,

рис. 8.1, п. 1);

производится натяжение затяжки механическим или электромеханическим способом;

все элементы конструкции усиления окрашиваются защитными покрытиями: эмалью, перхлорвиниловым лаком и др.

Усиление шпренгелем

149

9. УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

9.1. Увеличение сечения элементов и их соединений

Все элементы конструкций из любого материала могут быть усилены присоединением дополнительных элементов или наращиванием сварных швов и других видов соединений.

К стержням металлических элементов (колонн, балок, ферм и др.) при усилении с помощью сварки дополнительно присоединяются элементы усиления из различных профилей: полос, уголков, швеллеров, двутавров, арматуры и т.д. (рис. 9.1). При присоединении новых элементов сечения необходимо предусмотреть меры, при которых конструкция (находящаяся под нагрузкой) не получала дополнительных деформаций от разогрева металла во время сварки. Сварку необходимо производить при напряжениях в сечении 0,7 R, осуществляя ее поэтапно.

Рис. 9.1. Усиление металлических элементов: 1 – уголок; 2 – арматура; 3 – полоса; 4 – швеллер; 5 – двутавр; 6 – труба

151