Ашрабов А. А., Раупов Ч. С. Методы диагностики, восстановления и усиления конструкций зданий и сооружений ташкент – 2005 гажк «Узбекистон темир Йуллари»
Предупреждение аварий и повреждений конструкций зданий в техническом аспекте состоит в заблаговременном их усилении при увеличении нагрузок, износе, появлении неисправностей. В состав основных ремонтно–восстановительных работ включается: восстановление (ремонт) – придание конструктивным элементам первоначальных качеств и характеристик; усиление – придание конструкциям качеств и характеристик повышенных (улучшенных) по сравнению с первоначальными; замена конструкций новыми. Необходимо отметить, что усиление может производиться как при восстановлении, так и при модернизации и реконструкции зданий. При замене конструкций может проводиться и усиление вместе с изменением расчетной схемы. К основным элементам зданий – несменяемым конструкциям – относятся только восстановление и усиление. Усиление и замена могут производиться как с сохранением существующей конструктивной системы, так и с ее заменой. Основные принципы ремонта и усиления конструкций могут быть сформулированы в в виде нижеследующих пунктов.
1. Виды и методы ремонта и усиления элементов зданий и сооружений зависят от обеспечения требуемого уровня эксплуатационной надежности, которое включает возможные изменения объемно–планировочных решений, нагрузок и условий эксплуатации. При этом необходимо стремиться к максимальному сохранению существующих конструктивных решений сооружений и конструкций, что обеспечивает минимальные затраты на восстановительные работы.
2. При выборе оптимального способа ремонта и усиления конструкций важно установить действительный характер их работы, фактически действующие нагрузки. При этом необходимо учитывать влияние фактических узлов сопряжения на усилия в конструкциях и соответствие выбранных расчетных схем реальным условиям их работы. В частности, расчет существующих колонн по деформированной схеме позволяет существенно повысить их расчетную несущую способность.
3. Определенным резервом снижения материалоемкости и трудозатрат при реконструкции является учет прочностных характеристик бетона и стали при выполнении проверочных расчетов. Однако использование реальных прочностных характеристик материалов должно осуществляться без ущерба для эксплуатационной надежности отдельных конструкций и сооружения в целом.
4. При усилении следует отдавать предпочтение индустриальным способам, которые не требуют разгрузки конструкций, методам, связанным с изменением статической схемы конструкций, использованию предварительного напряжения, высокопрочным сталям, полимеры фибробетону, напрягающим цементам и другим эффективным материалам.
5. Усиление конструкций предварительным напряжением следует производить, применяя такие конструктивные решения и методы производства работ, при которых соблюдается плавное включение элементов усиления в работу с существующими конструкциями. Для этой цели следует выполнить временную разгрузку усиливаемых конструкций или использовать искусственное регулирование усилий.
6. Усиление и восстановление строительных и, в частности, железобетонных конструкций является, как правило, трудоемким и дорогостоящим процессом, поэтому принятию решения по усилению и восстановлению должен предшествовать тщательный анализ возможности использования существующих конструкций в новых условиях эксплуатации. Этого можно добиться за счет более рационального размещения технологических нагрузок, применения временных приспособлений для демонтажа и монтажа тяжелого оборудования, принятия обоснованных ограничений на сочетание различных временных нагрузок, путем снижения эффектов динамических воздействий за счет эффективной виброизоляции и т. п.
7. При выборе вариантов усиления следует отдавать предпочтение решениям с четкой расчетной схемой, обеспечивающей совместную работу усиливаемой конструкции с элементами усиления и позволяющей достоверно определить дополнительно воспринимаемую нагрузку. При этом рекомендации по усилению должны учитывать не только перспективу увеличения нагрузок, но и ликвидировать обнаруженные на стадии обследования дефекты изготовления, монтажа и эксплуатации. К последним относятся: отклонения от проекта в величине защитного слоя, ошибки в армировании по диаметрам, классам и количеству арматуры, снижение проектного класса бетона, сверх допустимое отклонение колонн по вертикали, наличие трещин, отколов и каверн в бетоне и т. п.
8. Проект ремонта, усиления или реконструкции разрабатывается с учетом многих исходных данных: рабочих чертежей строительных конструкций и исполнительных схем, отклонений фактических размеров сечений и узлов от проектных решений, инженерно– и гидрогеологических условий площадки, геодезической съемки здания для определения осадок, прогибов, кренов, смещений и т. п., сроков эксплуатации конструкций, а также величины и характера технологических нагрузок, физико–механических характеристик бетона и арматуры каждого конструктивного элемента, характера технологических процессов в помещениях реконструируемого объекта, интенсивности и распределения нагрузок, прогнозов изменений гидрогеологического режима в процессе ремонта, реконструкции и последующей эксплуатации, информации об имевших место дефектах строительных конструкций и мероприятиях по их устранению. К последним относятся повышенные прогибы и перемещения, недопустимое раскрытие трещин, раздробление в сжатой зоне, отслоение защитного слоя бетона, коррозия арматуры и бетона, обрыв рабочей арматуры, нарушение сцепления бетона и арматуры, отклонения в геометрии и армировании и т. п.
9. Усиление конструкций может осуществляться по двум схемам: возведение новых разгружающих или заменяющих конструкций, которые полностью или частично воспринимают дополнительные нагрузки; увеличение несущей способности существующих конструкций. В свою очередь увеличение несущей способности конструкций может осуществляться: без изменения и с изменением расчетной схемы и напряженного состояния; с применением специальных методов усиления.
10. Для элементов усиления без предварительного напряжения рекомендуется применять рабочую арматуру классов A–I, А–II, A–III; для предварительно напряженных конструкций усиления (шпренгелей, затяжек) – А–IIIв, A–IV, A–V, A–VI, арматурные канаты классов К–7 и К–19 и др. В конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных условиях, рекомендуются стали Ат–IVK, Ат–VCK, Ат–VIK. При длине усиливаемой конструкции до 12м рекомендуются все виды арматуры; свыше 12м – канаты из проволоки диаметром не менее 2,5 мм. Стержневая свариваемая арматура может применяться со стыковкой по длине при усилении конструкций любых пролетов. Конструкции усиления из канатов и пучков высокопрочной проволоки, расположенных открыто или в пазах, следует применять только в неагрессивных и слабоагрессивных средах.
11. Расчет железобетонных конструкций усиления выполняется с учетом фактических характеристик прочности и армирования материалов. Бетон усиления должен приниматься на один класс выше, чем условный класс прочности бетона усиливаемого элемента, но не ниже В15 – для надземных конструкций и В12.5 – для фундаментов. Кроме того, при агрессивных условиях эксплуатации класс бетона должен отвечать требуемой плотности и стойкости, соответствующим требованиям эксплуатационной среды. Раствор для заделки отверстий, защитной штукатурки и т.п. принимается не ниже марки 150. При усилении бетонных и железобетонных конструкций наращиванием, «рубашками» и обоймами следует использовать портландцемент марки не ниже 400.
12. Расчет конструкций усиления производится по первой и второй группам предельных состояний. Для конструкций, находящихся в обычных условиях эксплуатации, усиление которых вызвано дефектами и снижением несущей способности, расчет производится только по первой группе предельных состояний. Расчет усиленных конструкций должен учитывать изменение их статической схемы и напряженного состояния. При этом в усиленных статически неопределимых конструкциях необходимо учитывать возможность перераспределения усилий.
13. При повреждении площади сечений элементов или арматуры более чем на 50 % несущая способность существующей конструкции в расчетах не учитывается и вся нагрузка передается на элементы усиления. При приварке к существующей арматуре стержней усиления ее расчетное сечение следует снижать на 25 % в связи с возможным пережогом при сварке. Расчетное сечение существующей арматуры следует принимать с учетом возможных повреждений вследствие коррозии и других причин. Особенно опасны коррозионные повреждения для высокопрочной проволоки. При их обнаружении арматуру усиления следует рассчитывать на полную нагрузку, не учитывая существующее армирование из высокопрочной проволоки.
14. Как и в обычных конструкциях, расчет прочности усиленных элементов производится для сечений нормальных и наклонных к продольной оси элемента, а также на местное действие нагрузки, вызывающее смятие, продавливание, отрыв. При наличии крутящих моментов следует проверить прочность пространственных сечений.
15. При применении комплексного усиления (бетон – металл) следует учитывать в расчетах податливость узлов сопряжения, которая при металлических упорах на бетон через слой раствора принимается в пределах 1. 5 мм/узел, а при сопряжении металла с помощью болтов – 1 мм/узел.
7. Методы ремонта и усиления конструкций гражданских зданий
В практике ремонта, модернизации и реконструкции зданий накоплен достаточный арсенал конструктивных решений по восстановлению, усилению и замене конструкций. Среди них имеются решения, доведенные до уровня типовых, в которых многократно использовались и такие проекты как напряженные обоймы, надстройка, передвижка и выравнивание домов, напряженные пояса, разные типы перекрытий с использованием существующих балок, усиление фундаментов и замена перекрытий участками, крупноразмерные конструкции перекрытий, напряжение перекрытий и др. Разработка, анализ и систематизация конструктивных решений по усилению, восстановлению и замене конструкций проводятся в значительных объемах рядом проектных институтов СНГ, где разработаны альбомы типовых решений.
Обобщение типовых решений позволяет разделить их на следующие группы (рис. 10): выполнение инъекций, включая штукатурку и торкретирование; увеличение сечений конструктивных элементов; дополнительные конструкции усилений – обоймы, шпонки, пояса, затяжки и т. д.; изменение схемы передачи нагрузок; замена конструкций.
Выбор рационального решения обычно затрудняется разнотипностью старых конструктивных решений объектов, подлежащих ремонту. Однако эти трудности можно преодолеть путем систематизации основных принципов восстановления однородных конструкций и разработки, эффективных по их усилению и модернизации в условиях продолжающейся эксплуатации зданий на базе использования достижений современной строительной науки и техники. Применительно к отдельным конструкциям зданий каждое из этих типовых решений имеет определенную рациональную область применения. В табл. 8–12 приведены примеры систематизации типовых решений для основных конструкций жилых зданий.
Практическая работа отдельных несущих конструкций или их комплексов в общей системе зданий и сооружений в ряде случаев может отличаться от работы, предусмотренной проектом. Это происходит под влиянием неучтенных факторов или их сочетаний; которые определяют работу конструкций в условиях эксплуатации объектов промышленного или гражданского назначения. Так, например, наиболее часто встречаются случаи неточного учета характера длительных деформаций грунтов оснований сооружений, приводящие к появлению в конструкциях трещин и других повреждений.
Практическая работа отдельных несущих конструкций или их комплексов в общей системе зданий и сооружений в ряде случаев может отличаться от работы, предусмотренной проектом. Это происходит под влиянием неучтенных факторов или их сочетаний, которые определяют работу конструкций в условиях эксплуатации объектов промышленного или гражданского назначения. Наиболее часто встречаются случаи неточного учета характера длительных деформаций грунтов оснований сооружений, приводящие к появлению в конструкциях трещин и других повреждений.
Рис. 10. Классификация методов ремонта конструкций зданий
Методы ремонта и восстановления деформированных фундаментов и стен можно условно разделить на три группы: 1) ремонт отдельных деформированных участков; 2) углубление подвала, частная перебивка или расширение проемов при локальных ремонтах и реконструкциях; 3) усиление стен и фундаментов при увеличении нагрузок (при настройках, реконструкциях с заменой перекрытий или полезных нагрузок и т. д.). Для каждого из этих случаев практикой накоплены экономичные и эффективные способы ремонта и усиления. Сочетание технически простого и экономически целесообразного решения сегодня становится главной проблемой проектирования ремонта. Установлено, например, что при износе стен и фундаментов более 35 – 40 % их ремонт экономически нецелесообразен. При проектировании ремонта стен и фундаментов необходимо учитывать большую трудоемкость этих работ.
Классификация основных методов усиления оснований фундаментов эксплуатируемых зданий