8. Список литературы. 30

1. Введение. Дефекты каменных конструкций. Причины их возникновения.

Всякая реконструкция, как правило, изменением нагрузок на строительные конструкции, изменением их первоначальных конструктивных схем. Все это, в свою очередь, приводит к необходимости определения технического состояния строительных конструкций, увеличения несущей способности и усиления.

Необходимость усиления строительных конструкций в процессе эксплуатации возникает не только при реконструкции и техническом перевооружении предприятий, но и вследствие преждевременного коррозионного или механического их износа, в результате усложнений или не предусмотренных проектом изменений условий технологии производства при действующем оборудовании, различных повреждений и т.п. Все это вызывает повышенный интерес к проблеме усиления существующих строительных конструкций.

Причины дефектов каменных конструкций различны: неравномерная осадка отдельных частей зданий; конструктивные ошибки, связанные с применением разнородных по прочности и жесткости стеновых материалов (например, керамических блоков совместно с силикатным кирпичом), обладающих различными физико-механическими и упругими свойствами; применение стеновых материалов, не удовлетворяющих требованиям действующих стандартов в отношении прочности и морозостойкости; низкое качество производства каменных работ и др. Для устранения осадок, вызванных выносом грунта из-под фундамента, зазоры между основанием и фундаментом обычно заполняют грунтом с последующим уплотнением его глубинными вибраторами. В отдельных случаях для предотвращения полного разрушения кладки под все несущие стены подводят набивные железобетонные сваи.

Совместное применение керамических облицовочных камней и силикатного кирпича в нагруженных простенках многоэтажных жилых зданий приводило к тому, что появлялись трещины, облицовка простенков выпучивалась, а затем обрушалась.

Применение кирпича, прочность которого ниже предусмотренной проектом, и раствора низкого качества или разбавленного после схватывания значительно снижает прочность и монолитность кладки и может привести к деформации и обрушению каменных конструкций.

Одна из основных причин возникновения дефектов в каменных конструкциях – неудовлетворительное качество каменных работ. Наиболее частыми являются такие дефекты каменной кладки, как утолщенные швы, пустошовка глубиной более 2 см, отсутствие или неправильное сетчатое армирование, отклонения от проекта при устройстве узлов опирания прогонов на столбы или стены и др. Наличие пустошовки приводит к тому, что кирпич в каменных конструкциях начинает работать на изгиб, а прочность его при работе на изгиб значительно ниже, чем на сжатие. Бывают случаи, когда предусмотренные проектом сетки из арматуры диаметром 3–4 мм заменяют сетками из арматуры диаметром 5–6 мм, считая, что такая замена увеличит несущую способность кладки. Однако в этом случае кирпич лежит не на постели из раствора, а на прутках, поэтому в нем появляются значительные местные напряжения смятия, которые приводят к появлению в кладке большого числа вертикальных трещин.

2. Усиление фундаментов зданий.

Усиление фундаментов зданий относится к самым тонким операциям. Поэтому, если эта проблема возникает при решении задач реконструкции, исходят от обратного - снижением нагрузок стремятся избежать усиления фундаментов.

Всякое усиление фундамента связано с подвижками существующего здания, что приводит к изменениям его состояния и до достижения состояния устойчивого равновесия создает трудности в эксплуатации квартир.


При осуществлении полной реконструкции следует стремиться к разгружению фундаментов в процессе проектирования облицовок, устройства перегородок. При застройке чердачного пространства необходимо применять суперсовременные легкие материалы таким образом, чтобы добавочная масса не превышала 10-15 %, что даст возможность использовать старые, но находящиеся в хорошем состоянии фундаменты без нарушения их состояния полной консолидации, без каких-либо разрушений.

Если усиление фундамента становится необходимым, целесообразно здание, из которого отселены жильцы, одновременно с этим реконструировать, учитывая продолжительность и экономичность ремонтных работ. В этом случае невыгодно выбирать более дорогие и имеющие меньшую продолжительность жизни решения, призванные снижать нагрузку.

Таким образом, усиление фундамента может производиться следующими методами:

- повышение несущей способности грунта;

- увеличение несущей площади фундамента (расширение фундамента, обойма);

- разгружение фундамента;

- ремонт, усиление фундаментной конструкции, не имеющей необходимой прочности.

Рассмотрим первый метод - повышение несущей способности грунта.

Она может быть повышена двумя способами:

1. Укрепление грунта путем химических добавок. В грунт вокруг фундаментов запрессовывают цементное молоко или химическое вещество (например, жидкое стекло), которые, заполняя поры, повышают прочность грунта. Закреплению грунта должны предшествовать подробные исследования. Проектирование и выполнение этой работы следует поручать специализированной организации.

^ 2. Уплотнение грунта с помощью запрессовки свай небольшого размера . Оборудование для запрессовки свай обычно опирается на плоскость первого перекрытия, поэтому этот метод применим лишь при наличии тяжелого, массивного перекрытия. Следует проверить, соответствуют ли такой нагрузке конструкции вокруг опоры перекрытия. Обычно используют только собственную массу перекрытия, либо с помощью соответствующего разгрузочного оборудования нагрузку от стен, нагружающих фундамент.

Заглубление свай может производиться и забивкой, но в этом случае необходимо досконально обследовать здание на восприятие динамических нагрузок. Бурозабивное оборудование используют реже, так как оно требует много места для размещения.

^ Второй метод - расширение фундамента, обойма.

Методом, обеспечивающим усиление слабого, пониженной прочности или разрушенного фундамента, является обкладка (см.рис.1). Этим достигается увеличение площади опирания фундамента на грунт, а также повышение прочности фундамента, окруженного оболочкой. Такой метод наилучшим образом пригоден для массивных фундаментов, но его с успехом используют и для ленточных фундаментов.

Важно, чтобы бетонные накладки по бокам фундамента (обкладки) соединялись снизу стяжками, выполненными по расчету. Соединительная арматура по высоте не должна быть менее 4-5-кратной толщины обкладок. По расчету эта арматура должна выдерживать до 10 % нагрузки на фундамент в данном сечении.

При проведении работ по обкладке фундамента около него вынимается грунт. Вдоль ленточного фундамента грунт должен выбираться только ступенчато; при монолитном фундаменте, как правило, следует устраивать. разгружающую крепежную стенку в районе столбов, которая проектируется на основании анализа динамических сил в узле соединения перекрытия над столбом.

^ Рис. 1. Обкладка слабых и рыхлых фундаментов.

а - обычная обкладка ленточного фундамента; б - обкладка массивного фундамента; I, II, III - порядок обкладки;

1 - стена; 2 - стальные двутавровые балки, распределяющие нагрузку; 3 - старый фундамент; 4 - железобетонная обкладка; 5 - нижняя стяжная арматура; б - колонна; 7 -обкладка колонны; 8 - закладные балки; 9 - старый массивный фундамент; 10 - железобетонная обкладка.

^ Третий метод - разгружение фундамента.

Для усиления фундамента, потерявшего прочность, может быть применен метод разгружения (например, при повреждении бетона сульфатами). Фундаментную стенку перекрывают в необходимых местах горячекатанными профильными балками, опирая их концы на дополнительно уложенные фундаменты.

Этот метод применим и для разгружения столбов и столбчатых фундаментов, в значительной степени потерявших свою прочность.

Наиболее часто применяется решение, когда со столба снимают поверхностный слой и на эту шероховатую поверхность накладывают слой хорошо армированного железобетона, обкладывая столб, принимающий на себя нагрузку, со всех сторон. К этой оболочке в дальнейшем можно пристроить перемычки из стальных балок, которые перераспределяют нагрузку со столба на новые фундаменты (см.рис.2).

^ Рис. 2. Усиление фундамента путем укрепления колонн.

1 - часть колонны, удовлетворяющая требованиям; 2 - поверхность старой колонны; 3 - старая колонна после удаления защитного слоя бетона; 4 - усиливающая обкладка (обмуровка) старой поврежденной ослабленной колонны; 5 - перекрытие; б - старый слабый фундамент, требующий усиления; 7 - железобетон, усиливающий фундамент; 8 - стальные балки, передающие усилия от колонн на обкладку фундамента; 9 - уровень пола подвала (усиливающая обкладка может быть поднята и выше.

^ Четвертый способ - изменение типа фундамента.

При наличии перенагруженного грунта может возникнуть необходимость изменить тип фундамента (например, вместо ленточного укладка плиты), В качестве новой конструкции целесообразно закладывать в проект стальную из-за меньших ее размеров, большей жесткости и высокой прочности на срез (например, при укладке плиты опорные выступы оформляются с помощью стальной обетонированной балки, проходящей по фундаментной стене).

Вместо изогнутой плиты фундамент может быть дополнен бочарной оболочкой. Фундамент-оболочка выгоден с точки зрения экономии бетона и стали, но необходимо аккуратно выполнять его поверхность потому что оболочка прогибается под воздействием локальных нагрузок. Под дополнительную плиту до несущего грунта насыпается гравий или укладывается тощий бетон. Грунт вблизи фундамента можно вынимать только отдельными участками.

В качестве дополнения к фундаменту устраивают буровые, дисковые и пробковые сваи небольшого размера. Их разгружающая способность такая же, как и у дополнительных фундаментов (см.рис.3).

^ Рис.3. Усиление фундамента дополнительными сваями.

1 - фундаментная стена (кирпичная или бетонная); 2 - старый фундамент; 3 - микросваи; 4 - дисковые сваи; 5 - "штопорная" свая (с проходкой скважины); 6 - инъецированный бетон; 7 - стальная балка, распределяющая нагрузку; 8 - железобетонная распределительная головка; 9 - первоначальные сваи.

4. Виды усиления стен.

А) Усиление стен врезными колоннами.

Если вследствие перегрузок (замена перекрытий, надстройка этажей) стеновые конструкции не соответствуют требованиям по прочности, имеющиеся кирпичные стены следует усиливать железобетонными или стальными колоннами. При изготовлении врезной (вставной) колонны сначала в имеющейся стене или колонне выдалбливают вертикальную штрабу, затем в нее встраивают новый железобетонный или стальной столб, устраивая обычно при этом предохранительное крепление. Такого рода колонны можно проектировать только в тех случаях, когда над колонной и под ней имеется венечная железобетонная или стальная балка. Врезные колонны на каждом этаже необходимо прикреплять к перекрытиям. Новые столбы рассчитывают в соответствии с действующими стандартами. На каждом этаже следует принимать меры против продольного изгиба колонн, устраивая подвижные вертикальные швы. При расчете фундаментов под новые столбы надо учитывать нагрузку от них на имеющиеся старые фундаменты.

В сильно нагруженную стену здания, определяющую его жесткость, необходимо встраивать венечную балку или растянутый стержень, которые могут передавать растягивающие усилия стене, вертикально опертой на перекрытие (см.рис.7).

^ Рис. 7. Ужесточение сильно нагруженной стены здания.

а - железобетонный венец; б - сечение через железобетонный венец; в - сечение с растянутым стержнем; 1 - трещины.

^ В) Усиление и перестройка стен и колонн.

Образование горизонтальных и наклонных трещин из-за температурных деформаций предупреждается частично ремонтом теплоизоляции плоской крыши, частично подведением под существующее перекрытие нового железобетонного венца (см.рис.8).

^ Рис.8. Ремонт повреждений, возникающих из-за температурных деформаций

1 - новый железобетонный венец; 2 - теплоизоляция; 3 - упругое перекрытие; 4 -слой, обеспечивающий скольжение.

Скрученные или внецентренно смещенные в результате теплового воздействия колонны, признанные неработоспособными на основании контрольных статических расчетов, следует усиливать. Если в результате пожара из-за подвижек перекрытия стеновая конструкция покоробилась, но кирпичи, кроме трещин и царапин, не имеют более серьезных повреждений, постепенно она частично восстановит свою форму. Стену восстанавливают устранением швов с обеих сторон и заделкой их новым портландцементным раствором.

^ Г) Обетонирование колонн.

Преимущество наиболее часто применяемого метода в том, что он легко выполняется, а новая конструкция непосредственно участвует в восприятии нагрузки; недостаток - для работ необходимо много места, конструкция уменьшает полезную площадь и не лучшим образом сказывается на облике фасадов.

Толщина слоя обетонирования должна быть не меньше 8 см (см.рис.9).

^ Рис.9. Конструкционная схема и схема армирования железобетонной оболочки

x=4v, но min 50 см; v=a/10, но min 8 см; диаметр арматуры хомута min 50 мм; расстояние между хомутами равно 12-кратному диаметру продольной арматуры (диаметр продольной арматуры 12 см, но As=min 0,06 Аb).

Устройство железобетонной оболочки одинаково приемлемо для дефектных кирпичных и железобетонных столбов. Перед началом работ с колонны удаляют отваливающиеся куски, затем в соответствии с расчетом устанавливают арматуру. Следует точно выдерживать расстояния между хомутами (поскольку они воспринимают усилия, направленные в сторону оболочки) из-за возможного в дальнейшем разрушения столба. Обычно поэтому диаметр хомутов больше нормативных величин (8-10 мм). После армирования дефектную колонну следует обеспылить и соответствующим образом увлажнить.

Бетон в зависимости от высоты колонны укладывают в несколько приемов. Во время уплотнения следует применять вибрирование опалубки, а при отсутствии вибратора аккуратно обстукивать опалубку со всех сторон деревянной киянкой. Все эти трудности делают целесообразным применение более пластичной (водоцементное отношение около 0,7) бетонной смеси, но, конечно, при дозировке цемента, соответствующей расчетной "кубиковой" прочности.

При определении гранулометрического состава инертных следует учитывать частоту арматуры при небольшой толщине оболочки, поэтому наибольший размер щебня должен составлять 15 мм. Гранулометрический состав инертных должен быть равномерным.

^ Д) Усиление стен и колонн с помощью торкретированного бетона.

Способ пригоден для усиления как вертикальных, так и горизонтальных несущих конструкций (стены, колонны, перекрытия, висячие коридоры-галереи и т. д.) из кирпича и бетона. Преимущество его по сравнению с обетонированием заключается в том, что нанесение торкретированного бетона не требует опалубки. Технология усиления с помощью торкретированного бетона описана на страницах сайта на примере висячих коридоров (галерей).

^ Е) Обойма.

Обойма пригодна для восприятия небольших усилий, окружает колонну в виде обруча. Места требует меньше, чем железобетонная оболочка, дешевле. Непосредственного участия в восприятии нагрузок не принимает; толщина 4-6 см. На каркас из арматуры закрепляют сетку Рабитца и наносят на нее мелкозернистый бетон, иногда путем торкретирования.

Если из-за недостатка места невозможно выполнить железобетонную оболочку, а несущая способность оболочки по системе Рабитца по своим статическим характеристикам недостаточна, тогда усиления добиваются накладкой по углам стальных уголков на цементном растворе с последующей стяжкой их хомутами из полосовой стали (см. схему ниже).

^ Рис. 10. Схема армирования оболочки со стяжкой с использованием профильной стали.

x?a или 50 см; хомут из полосовой стали стягивается расклиниванием или болтами вокруг продольно установленных уголков

5. Усиление перекрытий.

Ремонт перекрытий включает все работы, начиная с устройства крепежа и кончая заменой всего перекрытия.

Устройство крепежа - один из быстрых, но не экономичных и нежелательных методов с точки зрения создания условий безопасности. Воспринятые крепежом нагрузки необходимо передавать до самого грунта, следовательно, например, при креплении чердачного перекрытия бывает, что построение крепежа приходится вести через все квартиры и лишь в подвальном помещении принятую нагрузку передавать на грунт.

Другим быстрым методом по предупреждению опасности при ремонте перекрытий является применение конструкций, заменяющих крепеж. В качестве такой конструкции теоретически может применяться любая балка, которая передает воспринимаемые нагрузки на несущие стены. Учитывая необходимость быстрого монтажа, для этих целей наиболее часто применяют консольные усиливающие упругие балки.

Конструкции, усиливающие перекрытия, вне зависимости от их конструктивных решений, различают по величине воспринимаемых нагрузок. Они могут выступать в качестве подвесного потолка, подвесного потолка против опадения штукатурки, либо как усиливающая, повышающая несущую способность конструкция или воспринимающая полностью нагрузку конструкция, т. е. конструкция, заменяющая перекрытие. Требования к подвесным потолкам под усиливаемыми конструкциями с точки зрения пожарной безопасности на строительной площадке определяются Управлением пожарной охраны (Госпожнадзор).

Замена перекрытия представляет собой наиболее дорогостоящий и длительный по исполнению метод реконструкции. Приходится уничтожать материальные ценности, заключенные в самом перекрытии (несущие конструкции, покрытия, санитарно-техническое оборудование и т. д.), а их обломки к тому же надо и удалять. Применение этого метода оправдано лишь в исключительных случаях.

Междуэтажные перекрытия в первую очередь целесообразно попробовать усилить. Усиление это может быть не только точечным или линейным, но и распространяться на всю площадь. Балки, подгнившие у мест опирания, можно опереть на прогоны, параллельные главным несущим стенам (см.рис.11).

В углубления в несущих стенах помещают гильзы из стальных труб, которые служат для заделки консолей, поддерживающих прогоны. Совместную работу старой и новой конструкции обеспечивают элементы для установки, регулировки уровня и перераспределения нагрузки. Линейные прогоны, естественно, могут опираться не только на консоли, но и на балки. Способы усиления с использованием стальных хомутов и стальных букс могут варьироваться.

Конструкция из хомутов представляет собой пространственную систему, одной верхней точкой соединяющуюся со стеной, а другой верхней точкой опирающуюся на верхнюю плоскость стальной балки, подпирающей прогон. Нижней точкой конструкция с помощью винта прижимается к нижней плоскости балки (см.рис.12).

^ Рис. 11. Подпирание поврежденных балок перекрытия.

1 - перекрытие; 2 - стена; 3 - ниша; 4 - гильза; 5 - элементы для установки и регулирования уровня; 6 - консоль; 7 - вкладыш для восприятия и передачи нагрузки; 8 - прогон

^ Рис.12. Усиление балочного перекрытия с помощью стальной колоды.

1 - нижняя плоскость перекрытия; 2 - стена; 3 - прогон; 4 - основная балка; 5 - винт; 6 - болты крепления к стене.

Стальная букса представляет собой башмак, в который входит балочный элемент. Букса перемещается по отношению к концу балки с помощью болтов, и таким путем балка прижимается к стене (см.рис.13).

^ Рис.13. Усиление балочного перекрытия с помощью буксы.

1 - нижняя плоскость перекрытия; 2 - стена; 3 - прогон; 4 - основная балка; 5 - стяжной винт; 6 - болты крепления к стене; 7- болт соединения прогона и основной балки.

На участках балочного перекрытия с настилом, пришедших в негодность, в первую очередь встраивают обычно две стальные балки, которые соединяют с второстепенными элементами, распределяющими нагрузку. К второстепенным элементам они крепятся в нижней плоскости перекрытия стяжными болтами или цангами из листовой стали. В обоих случаях болты передают нагрузку и служат регулирующим уровень устройством.

В последние годы исследователи, занимающиеся современными методами усиления перекрытий, пришли к выводу, что усиливающую конструкцию целесообразно выбирать вне зависимости от степени старения материала и конструктивных особенностей старых перекрытий. Такое абстрагирование, с одной стороны, открывает широкий путь типизации, с другой - путем целесообразного использования типовых элементов (от усиления подвесных потолков, частичного повышения несущей способности и вплоть до полного принятия нагрузки от старого перекрытия) можно получить большое количество разных вариантов.

Общая черта таких конструкций заключается в том, что они в равной степени применимы для точечного, линейного или поверхностного усиления. Все элементы производятся заводским способом, поэтому монтаж их занимает минимальное время. Консольные элементы вкладываются в отверстия в стенах, высверливаемые механически; несущие элементы всегда короче пролета между стенами и легче 50 кг. При необходимости они могут быть дополнены облицовочными элементами из любых материалов, которые в интересах равномерного распределения нагрузки соединяются с нижней поверхностью старого перекрытия с помощью упругопластичных швов.

^ Рис.14. Усиление перекрытия жесткими консолями.

1 - усиливаемое перекрытие; 2 - наружная капитальная стена; 3 - внутренняя капитальная стена; 4 - стальная втулка; 5 - устройство для установки и регулирования уровня; 6 - консоль; 7 - прогон; 8 - подбалка; 9 - устройство для изменения уровня и передачи нагрузки (9а - труба с наружной резьбой; 9б - труба с внутренней резьбой); 10 - упругопластичный слой; 11 - поверхностный элемент; 12 - подвесной потолок; 13 - предохранительный уступ.

По материалам сайта: http://www.studmed.ru