/
Автор: Валовой О.І.
Теги: навчальний посібник будівництво будівельні конструкції інженерні споруди
ISBN: 966-7103-99-4
Год: 2003
Похожие
Текст
0.1. Валовой
ЕФЕКТИВНІ МЕТОДИ
РЕКОНСТРУКЦІЇ
промислових будівель
та інженерних споруд
Кривий Ріг 2003
О. І. Валовой
ЕФЕКТИВНІ МЕТОДИ
РЕКОНСТРУКЦІЇ ПРОМИСЛОВИХ
БУДІВЕЛЬ ТА ІНЖЕНЕРНИХ
СПОРУД
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України
як навчальний посібник для студентів вищих навча-
льних закладів
Кривий Ріг
“Мінерал”
2003
ББК 38.681-09 я 1\
В-15
УДК 69.059.25 (075.8)
Рецензенти: завідувач кафедри інлізобстонних та кам’яних конструкцій
Київського Національної о університету будівництва і архі-
тектури, доктор течи, наук, професор А. Я. Барашиков;
головний інженер державного інституту по проектуванню
підприємств гірничорудної промисловості “Кривбаспроект”
канд. техн. наук. Б. Н. Римарчук
Валовой О. І.
В-15 Ефективні методи реконструкції промислових будівель та ін-
женерних споруд. Навчальний посібник для студентів вищих на-
вчальних закладів за напрямком “Будівництво”. - Кривий Ріг:
Мінерал. 2003. - 270с. Іл. 132, табл. 16, бібліогр.: 21 назв.
І8ВК 966-7103-99-4
Викладено методи обстеження та визначення необхідності підсилен-
ня основ і конструкцій при реконструкції будівлі. Описано способи за-
кріплення грунтів основ під фундаменти. Розглянуті конструктивні рі-
шення з підсилення фундаментів та несучих конструкцій з усіх матеріа-
лів. Наведено способи розрахунку конструкцій підсилення.
Навчальний посібник призначається студентам ВУЗів будівельних
спеціальностей, науковим, інженерно-технічним працівникам проектних
і будівельних організацій, робітникам відділів капітального будівництва.
ББК 38.683-09 я 73
<
Гриф надано 13.0199 №24 першим заступником міністра
Міністерства освіти і науки України В. П. Андрущенко
© О. І. Валовой, 2003
© Художнє оформлення А. Г. Лідневич, 2003
18ВИ 966-7103-99-4 © Видавництво “Мінерал” АГИ України, 2003
ЗМІСТ
Передмова.............................................. 5
Вступ......................................................6
Розділ 1. Оцінка стану будівельних конструкцій
і основ будівель і споруд...............................8
1.1. Класифікація дефектів будівельних конструкцій,
будівель і споруд..........................................8
1.2. Обстеження будівельних конструкцій і основ...........60
1.3. Визначення несучої здатності та експлуатаційної
придатності основ і конструкцій...........................81
1.4. Матеріали для посилення і відновлення конструкцій...104
Розділ 2. Зміцнення основ будівель, які реконструюють,
та аварійних будівель.................................109
2.1. Закріплення грунтів основ...........................109
2.2. Конструктивні методи зміцнення основ................115
Розділ 3. Підсилення фундаментів.........................127
3.1. Класифікація способів підсилення............-.......127
3.2. Відновлення несучої здатності фундаментів...........128
3.3. Збільшення несучої здатності фундаментів............134
3.4. Розвантаження конструкцій фундаментів...............142
Розділ 4. Підсилення несучих конструкцій будівель і споруд.150
4.1. Варіанти посилень................................. 150
4.2. Конструктивні рішення щодо підсилення
несучих елементів..........................................153
4.2.1. Покриття..........................................153
4.2.2. Стіни і стовпи....................................172
4.2.3. Колони............................................182
4.2.4. Балки і прогони...................................192
4.2.5. Перекриття...................................... 205
4.2.6. Вузли сполучень...................................213
4.3. Розрахунок конструкцій підсилення...................221
4.3.1. Залізобетонні конструкції.........................221
З
4.3.2. Кам’яні і армокам’яні конструкції....................249
4.3.3. Металеві конструкції.................................251
4.3.4. Дерев’яні конструкції................................263
Література..................................................268
4
Передмова
Сучасний розвиток промислового виробництва, модернізація
громадського та житлового фонду пов’язані з реконструкцією,
розширенням, технічним переобладнанням і поліпшенням умов праці
і мешкання на діючих підприємствах, у житлових, адміністративних і
громадських будівлях. Тенденція до безперервного скорочення
термінів оновлення технологічного обладнання, перебудова морально
та фізично застарілого житла та робочих приміщень робить
реконструкцію діючих підприємств, житлових, громадських
приміщень, інженерних споруд вельми важливим напрямком
будівельної справи.
Всіляка реконструкція будівлі або споруди супроводжується, як
правило, зміненням навантажень на будівельні конструкції, зміною їх
первинних конструктивних схем. Все це призводить до необхідності
визначення технічного стану будівельних конструкцій, визначення
залишкового ресурсу їх експлуатаційних якостей, прийняття рішення
про їх подальшу долю, про підсилення, відновлення або заміну.
Необхідність підсилення або відновлення будівельних
конструкцій виникає не тільки при реконструкції або технічному*
переоснащенні, але і внаслідок передчасного корозійного або
механічного зношення. Втрата експлуатаційних якостей може
виникнути внаслідок ускладнень або непередбачених проектом змін
технології виробництва або мешкання, різних пошкоджень та дефектів
тощо. Усе це викликає підвищений інтерес до проблеми підсилення та
відбудови існуючих будівельних конструкцій.
Пропонований навчальний посібник має своєю метою
привернути студентів до широкого і глибокого вивчення і
впровадження сучасних способів підсилення будівельних конструкцій
будівель і споруд. Книга заповнює суттєву нестачу технічної, учбової
та методичної літератури, що відчувається сьогодні. Недостатність
літератури з цієї актуальної проблеми стримує підготовку фахівців,
які б відповідали сучасним вимогам.
Посібник призначений не тільки студентам, аспірантам і
викладачам вузів, але й буде корисним для інженерів-будівельників,
які працюють у галузі реконструкції та модернізації будівель і споруд.
Автор висловлює щиру* подяку д.т.н. проф. А. Я. Барашикову за
корисні зауваження і рекомендації під час роботи над цим навчальним
посібником.
5
Вступ
Необхідність підсилення та відновлення будівельних
конструкцій, основ та фундаментів будівель і споруд визначається
такими основними чинниками:
1. реконструкцією або модернізацією обладнання промислового
підприємства, зміною функціонального призначення окремих
приміщень, цілих будівель або споруд;
2. помилками у проектуванні, виготовленні, транспортуванні, а
також при виконанні будівельних і монтажних робіт,
3. фізичним зношенням конструкцій внаслідок інтенсивної або
довготривалої експлуатації;
4. різними ушкодженнями конструкцій внаслідок порушень
правил експлуатації;
5. зношенням констоукшй внаслідок ураження корозією;
6. локальним або новим ушкодженням конструкцій внаслідок
томпературно-вологосних впливів;
7. іншими причинами пошкоджень конструкцій або умовами,
які вимагають підсилення або відновлення конструкцій або будівель у
цілому.
У процесі реконструкції часто потрібна зміна встановленої у
проекті схеми роботи або геометричних розмірів конструкцій. Заміна
застарілого обладнання на підприємствах або змінення
функціонального призначення приміщень спричиняє збільшення
навантажень, які діють на конструкції. Усе це вимагає ретельного
вивчення ситуації для розробки раціонального конкурентноздатного
варіанту* підсилення.
Конструкції треба підсилювати лише після того, як будуть
вичерпані усі можливості забезпечення їх експлуатації в нових умовах
без підсилення. До таких можливостей відносяться: раціональне
розподілення технологічних навантажень; уведення тимчасових
розвантажувальних елементів і пристроїв при демонтуванні або
монтуванні обладнання; обмеження зближення кранів, яке не порушує
технологічний процес; обмеження одночасного тимчасового
навантаження великих площ перекрить; зниження рівня вібрації та
динамічних навантажень шляхом застосування ефективної
віброізоляції машин та низка інших заходів.
б
Усі роботи з підсилення конструкцій рекомендується
виконувати при наявності проекту організації будівництва (ПОБ) та
проекту виконання робіт (ПВР) і у повній відповідності до них.
Підсилення будівельних конструкцій в умовах реконструкції та
технічного переобладнання діючих підприємств потрібно проектувати
з урахуванням таких факторів:
• виконання робіт у мінімальні терміни;
- урахування масовості (серійності) робіт з підсилення;
- максимального урахування на стадії проектування вимог
технології та умов виконання робіт,
- уніфікації елементів підсилення і деталей з урахуванням
відхилення розмірів підсилюванних конструкцій від проектних;
• урахування вартості зупинки виробництва, яка у більшості
випадків значно перебільшує вартість матеріалів і виконання робіт з
підсилення.
Ступінь суміщення робіт з підсилення конструкцій з основною
діяльністю підприємства визначають з урахуванням об’ємно*
планувального і технологічного компонування будівлі, можливості
улаштування прорізів і проїздів для будівельних машин і механізмів;
умов виконання робіт (обмеженість ділянки, наявність у зоні
виконання робіт діючого технологічного обладнання, внутрішнього
цехового транспорту; устаткувань з високим напруженням тощо);
агресивності середовища підприємства (ступінь концентрації у повітрі
робочого пилу' і газів, температурно-вологосний режим, ступінь
вибухо- або пожеженебезпечності тощо); вимог техніки безпеки.
На виробництві з часто змінюваним технологічним обладнанням
проектування конструкцій підсилення рекомендується здійснювати з
урахуванням можливості подальшого збільшення навантажень, а у
вказівках з експлуатації підсилених конструкцій відзначати граничні
значення навантажень і можливі способи збільшення несучої
здатності.
В нових умовах господарювання та підвищення економічної
зацікавленості підприємств і міських служб масове упровадження
ефективних способів підсилення та відновлення конструкцій та
споруд стримується відсутністю систематизованих розробок з
конструктивних і технологічних рішень, методів розрахунку, слабкою
підготовкою фахівців - будівельників у цій галузі.
7
Розділ 1. Оцінка стану будівельних конструкцій, основ
будівель і споруд
1.1. Класифікація дефектів будівельних конструкцій,
будівель і споруд
У процесі експлуатації будівель і споруд можна розглядати два
основних види пошкоджень. Перший відноситься до всього будинку чи
споруди у цілому. Другий - визначає дефекти окремих несучих
конструкцій [2,3].
У першому випадку характерні деформації будинків виникають
у залежності від умов їхнього будівництва і експлуатації чи від зміни
фунтових умов. Серйозні пошкодження з’являються в існуючих
будинках, які експлуатуються, при зведенні в безпосередній
близькості нового будинку (рис. 1.1).
Рис. 1.1 Деформації будівлі у випадку її будівництва біля нової споруди;
1 - нова споруда, що будується; 2 - існуюча споруда; 3 - місця появи тріщин і
розвитку ушкоджень конструкцій; 4 - епюра осідання фундаментів; 5 - епюра
додаткових осідань фундаментів.
У цьому випадку, за рахунок додаткових просідань фундаментів
існуючого будинку з боку будинку, що зводиться, можуть з’явитися
тріщини і пошкодження в стінах, перекриттях та інших несучих
конструкціях. Аналогічні пошкодження викликають деформації, що
з'являються при зведенні будинків, які будують поруч у кілька черг.
Тут також виникають додаткові просідання фундаментів у будинку.
8
побудованому першим, за рахунок навантаження будинком чи
спорудою другої черги. У процесі реконструкції підприємств чи
житлових комплексів часто доводиться зносити існуючі будинки чи
споруди і на їхньому місці зводити нові. У цих випадках необхідно
враховувати розміри знову зведеної споруди на місці знесеної. Якщо
розміри нової перевищують розміри знесеної, можуть розвиватися
деформації основ за межами знесеного об'єкта за рахунок різного
ступеня ущільнення ґрунту. У межах знесеного будинку ґрунт
ущільнився за роки існування старого об'єкта. За цими межами ґрунт
залишився в природному неущільненому стані. Тому' на межах старої і
нової будівель, у знову зведеної споруді, можуть з'явитися тріщини та
інші дефекти.
Деформації основ можуть викликати зустрічний нахил (крен)
суміжних висотних будинків, якщо межі зон ущільненого ґрунту обох
будинків перетинаються (рис. 1.2). У цьому випадку7 з'являється зона
додаткового ущільнення основи, що дає великі просідання.
6
Рис. 1.2 Деформації будівлі у вигляді зустрічного нахилу при будуванні
суміжних висотних будівель:
1 - проектне положення будівель; 2 - положення будівель після їх нахилу
(крену), який викликаний взаємним впливом тиску від фундаментів; 3 - межі зони
ущільненого грунту, 4 - зона додаткового ущільнення основи.
Надбудова існуючих житлових і громадських будівель у даний
час стала одним з найбільш популярних видів реконструкції, з метою
збільшення корисної площі будівлі, Однак, при такому виді
реконструкції з'являється небезпека виникнення пошкоджень у
випадку- надбудови різної кількості поверхів чи нерівномірного
навантаження за площею старої будівлі. У результаті, у більш
9
навантаженій частині з'являються додаткові деформації основ, що
спричиняє появу тріщин і інших дефектів конструкцій.
У виробничих будівлях і спорудах найбільш характерним
впливом, шо викликає додаткові деформації, а звідси і пошкодження,
є перевантаження перекрить, побудова фундаментів з наступним
встановленням важкого устаткування, що особливо спричиняє
динамічні навантаження (рис. 1.3) тощо.
Рис. 1.3 Деформації від спорудження фундаментів під важке обладнання:
1 - будівля, що експлуатується; 2 - обладнання. яке встановлюється
додатково; З - епюра осідань фундаментів будівлі, шо експлуатується, 4 - епюра
осідань фундаментів будівлі після встановлення важкого обладнання; 5 - межа зони
ущільнення ґрунту; б - положення будівлі після його деформацій.
При зміні ґрунтових умов, деформації у вигляді прогину чи
згину з'являються при наявності в основах центральної частини
будинків, відповідно слабкою чи навпаки, слабостисливого грунту.
Наявність у частині основ під будинком чи спорудою слабкого грунту7
може привести до різних видів деформації будівлі: перекосу,
крутінню, крену' тощо (рис. 1.4). Найбільш небезпечними в цьому
плані уявляються результати регулярного чи аварійного замочування
основ. У таких ситуаціях пошкодження будівель за рахунок
деформації основ бувають найбільш важкими (рис. 1.5).
10
Рис. 1.4 Деформації у випвді прогину (а) або перекосу (б) будівлі, якщо в її
основі слабкий грунт:
1,2- відповідно положення будівлі до і після деформації; З - місця появи
тріщин та розвитку; 3 - місця появи тріщин та розвитку пошкоджень конструкцій;
4 - слабкий грунт (лінза, ділянка додаткового замочування, тощо).
Рис. 1,5 Деформації у вигляді вигину (в) або розлому (б) будівлі, якщо в його
основі малостисливнй грунт (в) або при аварійному замочуванні основи (б):
1,2 - відповідно положення будівлі до і після деформації; 3 -- місця появи і
розвитку пошкоджень конструкцій; 4 - малостисливнй грунт (а) або аварійне
замочування грунтів основи на різних ділянках плями забудови.
Результати описаних вище деформацій можуть привести до
появи серйозних пошкоджень несучих конструкцій, будівель і споруд.
Однак дефекти будівельних конструкцій, що виникають у процесі
експлуатації, далеко не вичерпуються результатами перелічених
аварійних ситуацій, а з'являються і за рахунок багатьох інших причин:
старіння матеріалу, фізичного зношення, хімічних, біологічних,
і емпературно-вологосних та інших впливів.
Нижче наведена класифікація дефектів будівельних конструкцій
з матеріалів масового застосування: каменю, залізобетону, металу і
дерева.
11
Трохи окремо в цьому плані розглядають дефекти й
пошкодження фундаментних конструкцій. Найбільш часто тут
зустрічаються розшарування кладки фундаментів чи розриви по
висоті. Причинами таких явиш, як правило, виявляються відсутність
перев'язки кам'яної кладки фундаменту, втрата міцності розчину
кладки внаслідок тривалої експлуатації, впливу агресивного
середовища чи систематичного замочування. Часто розшарування
кладки фундаменту пов'язано з перевантаженням, що з'являється в
зв'язку з надбудовою будівлі, заміною несучих конструкцій більш
важкими, збільшенням навантаження. Розрив фундаменту по висоті
може відбутися за рахунок морозного здимання, наприклад. при
використанні для засипання пазух мерзлого ґрунту, підтопленні, при
підвищенні рівня грунтових вод, замочуванні тошо. Вплив
агресивного середовища на фундамент (наприклад, при витікання в
основу' хімічних розчинів чи наявності агресивних ґрунтових вод)
може привести до руйнування бічних поверхонь фундаменту1. Такий
же результат з'являється при відсутності гідроізоляційних покрить
фундаменту1. При перевантаженні, недостатній висоті або площі
арматури в плиті фундаменту (рис. 1.6) можуть з'являтись нормальні
або похилі тріщини.
Рис 1.6. Тріщини у плитній частині фундаменту:
1 - залізобетонна опорна плита; 2 - тріщини у плитній частині фундаменту.
Нарешті відзначимо можливі деформації фундаментної стіни
(стіни підвалу), обумовлені втратою міцності цегляної кладки,
12
додатковим навантаженням поверхні основи у безпосередній
близькості від будівлі, а також морозним здиманням при неправильній
експлуатації підвального приміщення (наприклад, при підвищеній
іемпературі і вологості), які часто зустрічаються і уявляють значну
небезпеку для експлуатації будівлі.
При визначенні характерних дефектів і пошкоджень кам'яної
кладки стін важливо з'ясувати основні причини, які призводять до
їхньої появи. Поява коротких тріщин у цегельній кладці під опорами
балок і плит перекриття які часто зустрічаються (рис. 1.7), свідчить
про місцеве зминання кладки, внаслідок перевантаження перекриття,
відсутності опорної подушки чи недостатній площі обпирання.
Рис. 1.7. Роздрібнення кладки внаслідок місцевого зминання від
перевантаження, відсутності опорної подушки або при малій глибині опирання балок:
1 - стіна; 2 - несуча балка; 3 - короткі тріщини під опорною частиною балки.
Вертикальні тріщини в місцях сполучення повздовжньої стіни з
поперечною чи примикання пілястри до стіни (рис. 1.8), як правило,
з'являються в результаті різної навантаженості або впливу
температурно-вологосних деформацій.
13
Рис. 1.8. Вертикальні тріщини в місцях дотику поздовжньої і поперечної
стін (а) і у примиканні пілястри до стіни (б):
1 - поздовжня стіна; 2 - поперечна стіна (а) або пілястра (б); 3 - тріщина;
4 - несуча балка.
При таких дефектах варто звернути увагу на наявність зв'язків,
що у більшості випадків відсутні. Горизонтальні тріщини в цегляній
стіні можуть з’явиться в результаті відриву шарів кладки, які
розташовані нижче (рис. 1.9), за рахунок місцевих деформацій ґрунту
основи, зсуву кладки під дією горизонтальних навантажень або
розшарування кладки, різні види інших дефектів можуть бути
обумовлені різними зовнішніми впливами кесилового характеру-.
14
Рис. 1,9. Горизонтальна тріщина:
1 - стіна; 2 - горизонтальна тріщина.
Так, унаслідок корозії, в агресивному середовищі арматури
армованої кам'яної кладки з'являється мережа вертикальних і
горизонтальних тріщин, з одночасним здиманням кладки (рис. 1.10),
різна деформативність облицювання і кладки, а також поява
новоутворень (льоду, солі тощо) під облицюванням приводить до
появи відшарування облицювання, особливо в тому випадку, якщо
роботи виконувалися в зимовий час (рис. 1. 11).
1-1
Рис. 1.10. Тріщина уздовж арматури з випинанням арматури:
І- стіна; 2 - арматура; 3 - тиск продуктів корозії арматури; 4 - тріщини
уздовж арматури; 5 - шари кладки, які випинаються.
15
Рис. 1.11. Відшарування облицювання:
1 - стіни; 2 - ділянки зовнішньої стіни, які відшарувалися.
Нарешті, поперемінне заморожування і відтавання кладки,
вилив грунтової вогкості й агресивного середовища спричиняє
вивітрювання, лущення поверхні кладки, випадінню окремих
каменів(рис. 1.12).
а) б) М
Рис. 1.12. Дефекти цегляної кладки:
а) вивітрювання; б) лущення; 1 - стіна; 2 - вивітрювання кладки та
випадіння окремих каменів (а) або ділянки стіни, яка замочується (б).
16
в)
1 Іродовження рис. 1.12. Дефекти цегляної кладки:
в) вивітрювання, випадіння окремих каменів, лущення та замокання цегляної
11 іки па прикладі галереї №5 ініллецького гірничо-збагачувального комбінату'; 1
і пі.і. 2 вивітрювання кладки та випадіння окремих каменів або ділянки стіни, яка
..Іп'ІМ ївся.
Нерівномірні просідання основи, гемпературно-вологосні.
І річ пізні впливи можуть привести до серйозних ушкоджень кам'яних
і пі таких як поява вертикальних і похилих тріщин, відхилення стін
ні । вертикалі (рис. 1.13).
17
Рис. 1.13. Виникнення тріщин (а, б) та відхилення від вертикалі (в) стін
внаслідок нерівномірного осідання (а, б), температурно-усадочних деформацій (в):
1 - зовнішні стіни або простінки; 2 - тріщини в стіні; 3 - плити покриття;
4 - розпірна конструкція даху; 5 склепінчасті перекриття.
18
І)
Продовження рис. 1.13. Виникнення тріщин на прикладі замокання основи
. імен ту на прикладі стіни галереї №6 ІнГЗК (():
І іовкініня стіна; 2 - тріщини в стіні.
19
До важких наслідків для протяжних кам'яних будинків мож
привести відсутність темпсратурно-осідальних швів (рис. 1.14).
Рис. 1.14. Вертикальні тріщини по всій висоті будівлі:
1 - зовнішня стіна будівлі; 2 - вертикальна тріщина розкриття 1 Омм і більше.
Одним з розповсюджених дефектів у кам'яних будинках
особливо з підвалами, є випинання стін, що утворюється в процес
експлуатації, часто з розшаруванням (рис. 1.15).
а>
Рис. 1.15. Випинання (а) та розшарування стін з випинанням окремих шарів (б)
І сгіна будівлі; 2 перекриття; 3 - боковий тиск; 4 - заскладований матеріал
5 - шарп стін, які випнулись.
Це явище - наслідок бічного тиску грунту, складуванні
матеріалів у межах призми обвалення стін підвалів, перевантаженні
стін, збільшення гнучкості стін за рахунок виключення з роботі
проміжних зв'язків (наприклад, поперечних стін, пілястр (див. рис.
1.8)), температурних деформацій, утворень у стіні солей, льоду у
20
ііпішдку промерзання стін. Поява численних тріщин різної
конфігурації (вертикальних, похилих, криволінійних) (рис. 1.16) може
шдбуїися в результаті ослаблення спи прорізами, штрабами, нішами,
особливо, якщо ці ослаблення влаштовуються в процесі експлуатації,
ііпілогічні дефекти з'являються при температурно-осідальних
деформаціях монолітних залізобетонних плит і балок.
« б>
Рис. 1 16. Вертикальні похилі (а) та криволінійні (б) тріщини у стінах.
1 - стіна, 2 - простінки; 3 перемички (балки); 4 - тріщини у стіш; 5 - відколи
\ владні, 6 - прорізи, отвори, нпраби, ніші.
Наприкінці 50-х на початку- 60-х років минулого сторіччя на
юриіорії колишнього СРСР почалося масове будівництво
га-чшюпанельних будівель, яке продовжується і в даний час.
Ініенсифікація темпів виготовлення збірних стінових панелей, а також
рнке підвищення швидкості зведення великопанельних будинків,
привело до численних дефектів конструкції за рахунок недбалості
ніііоговлення. транспортування і монтажу. Поспішне зведення
(лдівель і, супроводжуюче його зниження контролю якості збірних
шлізобе іонних конструкцій, обумовило установку багатьох
бракованих виробів у будинках. У результаті дефектів виготовлення,
іріінсгюртування. зменшення проте проектної міцності розчинів, швів
пилину усадочних і темпера гурно-вологоснн.х деформацій в
експлуатованих нині великопанельних будинках, виявляється маса
пошкоджень: раковини, відколи у швів і ребер панелей, розшарування,
і призонтальні і вертикальні тріщини, мережа тріщин уздовж арматури
іі> рахунок заниженого захисного шару бетону та ін. (рис. 1.17).
21
5)
Рис. 1.17. Характерні дефекти та пошкодження кам'яних стін:
а - усадочні тріщини, б - температурні тріщини: в - роздрібнення бетону
стінових панелей у платформних стиках; г - відколи кутів та ребер панелей, раковини;
д - горизонтальні тріщини; е - тріщини уздовж арматури, патьоки іржі.
Крім того, у процесі експлуатації з'явилися нові пошкодження
панельних стін (рис. 1.18), внаслідок згаданих вище впливів на
будівлю нерівномірних деформацій ґрунтових основ; перевантаження
простінків і перемичок, за рахунок перевантаження і малого
обпирання плит перекриття; механічних ушкоджень тощо.
22
Рис. 1.18. Деформації та тріщини великопанельних будівель:
а - деформації стіни, б - відхилення стін від вертикалі; в - вертикальні та
похилі тріщини у внутрішніх стінах; г - вертикальні тріщини у місцях сполучення
подовжніх та поперечних стін.
Сюди варто додати ставші більш частими випадки
розшарування багатошарових зовнішніх стінових панелей (рис, 1.19) у
результаті порушення зв'язку між шарами за рахунок корозії чи
недостатньої анкеровки.
Залізобетонні конструкції складають близько 80% несучих
елементів, які експлуатуються у даний час у промислових та
цивільних будівлях і спорудах. Тому слід з особливою старанністю
проаналізувати характерні дефекти й пошкодження залізобетонних
конструкцій. Руйнування, що відбуваються у збірних залізобетонних
балках і плитах у період експлу-атації, виготовлення, транспортування
і монтажу-, практично однакові.
23
Рис. 1.19. Розшарування багатошарових стінових панелей:
1 - зовнішня стіна; 2 - перекриття; 3 - розшарування зовнішніх стінових
панелей; 4 - пошкоджені внутрішні зв'язки панелей.
Найбільш часто зустрічаються такі дефекти й пошкодження:
• нормальні тріщини в розтягнутій зоні бетону* при дії
згинаючого моменту вище розрахункового, а також за рахунок
зниження міцності бетону чи арматури внаслідок корозії (рис. 1.20);
24
Рис. 1.20. Нормальні тріщини у розтягнутій зоні плит (а) та балок (б).
• похилі тріщини біля опор при дії поперечних сил і згинаючого
моменту вище розрахованих у випадку’ недостатнього перетину’
поперечної арматури (рис. 1.21);
Рис. 1.21. Похилі тріщини в зоні опирання плит (а) та балок (б).
• приопорні тріщини через порушення зчеплення і проковзання
робочої повздовжньої арматури (рис. 1.22);
Рис. 1.22. Тріщини в зоні опирання плит (а) та балок (б).
25
• усадочні тріщини як результат темисратурно-вологосних
Рис. 1.23. Усадочні тріщини в плитах (а) та балках (б).
• нормальні тріщини в стиснутій зоні бетону з'являються в
попередньо напружених балках і плитах через великі зусилля
обтиснення, а також при транспортуванні, неправильному-' складуванні
і монтажі (рис. 1.24);
Рис. 1.24. Нормальні тріщини у стиснутій зоні плит (а) та балок (б).
26
• |к>цр<)6.1СІШЯ бетону МІЖ ПОХИЛИМИ Іріїпинами в несучих
і Ь|»п (иілок і плні. і появою головних сіискаючи.х напружень вите
і |ін\' нкових чи недостатній міцності бетону (рис 1 25);
ю
Рис і 25 Роздроблення бетону між похилими тріщинами плит (а), балок (б) та
її іиі» перекриття (в) На прикладі галереї Хгб ІнГЗК.
! - Нижній пояс ферми. 2 руйнування бетону продольного ребра шптгк.
і іі’.!.ісення рабочої арматури; 4 - поличка плити.
27
• гріщмйи уздовж арматури в результаті корозії арматури або
недостаїньої товщини захисного шару, у цьому випадку на поверхні
конструкції з'яи.іякпься іржаві нлями чи патьоки {.рис, 1,26),
1
Рис 126 Тріщини уздовж арматури внаслідок порушення її захисного шару м
тиску жаоутнорень у балках (в) та плитах (б) на іфшсаді плити перекриття галереї
ІпґЗК 1 - тріпони поздовж бики (а), ірішіна поздовж робочої арматури
г-родсльвого ребра іічигн (бг. 2 - поличка плити (6)
28
• поверхневі дефекти у вигляді відшарування захисного шару
о. н>п\ або лешадок, лущення поверхні бетону тощо, що з'являються в
। .піке і експлуатації за рахунок механічних пошкоджень, корозії,
і< мнсрагурно-вологосних чи вогневих впливів (рис. 1.27).
Рис. 1.27. Відколки захисного шару бетону, відшарування лешадок. лущення
поверхонь збірних (а) та монолітних ділянок плит (б) на прикладі монолітної ділянки
пгпекриття галереї №6 ІнГЗК.
29
з
Продовження рис. 1.27. Відколки захисного шару бетону, відшарування
лещадок, лущення поверхонь балок (в, г).
Крім описаних дефектів у попередньо-напружених балках часто
зустрічається подрібнення бетону опірних частин через недостатнє
непряме армування або внаслідок зниженої міцності бетоне (рис
1.28).
1
Рис. і .28. Подрібнення бетону опірних частин попсредньонапружених
залізобетонних балок.
ЗО
У свою чергу до характерних дефектів, властивих тільки
«пінобетонним плитам (як збірним, так і монолітним) відносяться
і|ііщиии в полицях плит, що можуть мати різні напрямки. Відсутність
І" мопту дефектів плит призводять до їх руйнування (рис. 1.29)/
Рис. 1.29. Дефекти в поличках залізобетонних плит:
а) тріщини в поличках залізобетонних плит.
31
о)
Продовження рис. 1.29. Дефекпі в поличках іалічобегоппих пліп
б) іріїципи в по.пічкі чалпобеїопііої п.ппи перекрпгія на прикладі і алереї Х»7
іііі ЗК; ні руйнування в по иімкі іаниобсіонпої іі іиіи иерекрипя на нрикла.іі іапсреї
N6 ІнІ ЗК
Збірні залізобетонні ферми покрить виробничих будівель, як
правило, досить добре захищені плитами покрить від атмосферних
впливів. Тому найбільші характерні руйнування таких конструкцій
відбуваються внаслідок помилок у проектуванні, виготовленні,
перевезенні чи експлуатації. Так, збільшення навантаження на ферму
понад розрахункове, а також недостатня попередня напруга нижнього
поясу приводить до появи нормальних і повздовжніх тріщин у нижніх
поясах ферм (рис. 1.30).
Рис. 1.30. Нормальні (а) та поздовжні (б) тріщини у залізобетонних фермах
внаслідок перевантаження або недостатнього попереднього напруження нижнього
поясу.
33
Невиправдане розрахунками напруження нижнього пояса ферм
або недостатнє непряме армування опорного вузла ферми може
викликати утворення повздовжніх тріщин у нижньому поясі або
похилих тріщин в опорному вузлі (рис. 1.31).
Рис. 1.31. Поздовжні (а) та похилі (б) тріщини у залізобетонних фермах від
розколюючих зусиль попереднього обтиску або порушення анкерування.
Появі зазначених ушкоджень .може сприяти неправильне
складування чи перевезення конструкції. Вузли збірних
залізобетонних ферм € одними з найбільш складних і відповідальних
елементів. Тому при проеіпуванні і виготовленні вони вимагають
особливої уваги. У випадках помилок у вузлах залізобетонних ферм
з’являються тріщини в місцях примикання до вузлів розкосів і поясів
за рахунок порушення анкеровки арматури розтягнутих розкосів чи
недостатнього армування (рис. 1.32).
34
Рис. 1.32. Тріщини в вузлах залізобетонних ферм (а) та у місцях примикання
розтягнутих розкосів до вузлів (б).
Особливу' небезпеку уявляє непередбачене проектом
позавузлове прикладення навантаження, ідо може викликати появу
нормальних тріщин у верхніх поясах ферм (рис. 1.33), не
розрахованих на дію згинаючих моментів.
Крім зазначених руйнувань у збірних залізобетонних фермах
можуть з'являться інші дефекти, аналогічні згаданим вище дефектам
балок і плит, такі як тріщини уздовж арматури, відколи, відшарування
тощо, обумовлені корозійним впливом, усадкою, механічними
пошкодженнями, вогневим впливом та ін.
35
Рис. 1.33. Нормальні тріщини у нижній частині нижнього поясу ферми:
1 - тріщини; 2 ~ підвіски вантажів, не передбачених проектом.
Залізобетонні колони каркасних промислових і цивільних
будівель є основними несучими елементами. У той же час вони
піддаються найбільш серйозним руйнуванням на всіх стадіях своєї
роботи: при виготовленні, транспортуванні, монтажі та експлуатації.
Не виключаються і помилки проектування. Нормальні і похилі
тріщини в консолях колон можуть з'являтися від дії згинаючих
моментів і поперечних сил вище розрахункових. а також через
зменшення діаметрів повздовжньої, поперечної і відігнутої арматури
консолі внаслідок корозії (рис. 1.34).
Рис. 1.34, Нормальні (а) та похилі (б) тріщини в консолях залізобетонних колон.
Серйозну небезпеку для колон промислових будівель і уявляють
механічні ушкодження мостовими кранами або напільними
траверсами, а також у результаті перевантажень, порушень правил
перевезення чи монтажу. У цьому випадку з’являються відколи на
ребрах, зтесування частини перерізу або обриви закладних деталей
(рис. 1.35)
Рис. 1.35. Характерні дефекти та пошкодження залізобетонних колон:
а - відколи бетону на ребрах; б - стісування частин перерізів; в - обрив
закладних деталей; г - обрив випусків арматури.
37
Продовження рис. 1.35. Характерні дефекти та пошкодження залізобетонних
колон: д відшарування лещадок бетону; е - душення поверхні бетону; ж -
руйнування захисного слою колон на прикладі рудозбагачувальної фабрики ІнГЗК.
38
Перевищення навантаження на колону чи зниження міцності
бетону в порівнянні з проектною може привести до появи повздовжніх
або нормальних тріщин (рис. 1.36).
Рис. 1.36. Характерні тріщини у залізобетонних колонах:
а - поздовжні по всьому перерізу; б - поздовжні у стиснутій зоні;
в - нормальні - у розтягнутій зоні; г - нормальні - у розтягнутій зоні, поздовжні - у
стиснутій зоні.
39
Продовження рис, 1.36. Характерні тріщини у залізобетонних колонах: д -
тріщиноутворення в колоні на прикладі рудозбагачовальної фабрики ІнГЗК.
Як видно з рис. 1.36 б. в, г, д руйнування може відбутися і при
непередбаченому в проекті збільшенні повздовжнього
ексцентриситету, а також при помилках у визначенні гнучкості
колони з площини дії розрахункового моменту. Як і у випадках з
балками і фермами, велику небезпеку для міцності колон уявляють дії
місцевого навантаження. При недостатньому непрямому армуванні
торців колон, консолей чи вузлів у місцях прикладення зосереджених
навантажень можуть з'являться ознаки руйнування від місцевого
стиску (зминання) у вигляді коротких тріщин, (рис. 1.37).
40
а і
Рис. 1 37 Утворення тріщин у залнобетоннпх колонах від усадки бетону (а),
від місцевого стиску (б) у місцях опирання вантажів іа від дії агресивного
середовищаів)
Як і у всіх залізобетонних конструкціях, у колон
спостерігаються описані вище дефекти: відшарування лешадок,
пушення, усадочні тріщини, тріщини уздовж прокоректувавшої
арматури, іржаві пат ьоки тощо.
41
Основними причинами ушкоджень сталевих конструкцій [5] £
перевантаження, відступ від проектних рішень при центруванні і
закріпленні вузлів, а також втомне руйнування металу. При цьому
виключається зниження міцності конструкцій, експлуатованих у
неагресивних умовах, за рахунок недостатнього антикорозійного
захисту’. У результаті підвищення у порівнянні з передбаченими
проектом експлуатаційних навантажень, а також за рахунок втомних
руйнувань і механічних ушкоджень у сталевих балках можуть
з'являться неприпустимі прогини чи вигини з площини (рис. 1.38),
тріщини в стінці або зварних швах (рис. 1.39), місцеві прогини в
наслідок втрати місцевої стійкості (рис. 1.40).
Рис. 1.38. Недопустимі прогини у площині (а) та вигани із площини (б)
сталевих балок:
1 - сталева балка; 2 ~ вісь «навантаженої балки; 3 - вісь деформованої балки
у своїй площині (а) та із площини (б).
42
Рис. 1.39. Утворення тріщин у сталевих балках:
а - у зварних швах; 6-у нижньому поясі; в - у стінці.
43
Рис. 1.40. Місцевий прогин верхнього поясу (а) та стінки (б) сталевої балки.
44
При обстеженні сталевих конструкцій можна зустріти групі
порушення правил експлуатації будівель і споруд.
Одним із прикладів такого порушення € пропуск
непередбаченого проектом технологічного устаткування, за рахунок
зменшення перерізу (вирізів у полиці чи стінці) несучого елемента
(рис. 1.41).
Рис. 1.41. Виріз у поясах та стінці сталевої балки для пропуску технологічного
обладнання:
1 - сталева балка; 2 - технологічне обладнання; 3 - виріз у нижньому поясі та
стінці.
Негативний вплив на несучу здатність і деформативність балок
(рис. 1.42) може справній неврахований розрахунком вплив високих
температур або агресивних середовищ.
45
Рис. 1.42. Дефекти сталевих балок:
(а) внаслідок дії підвищених температур (втрата стійкості); (б) агресивного
середовища (ослаблення корозією), 1 - сталева балка, 2 полка, стінка, або ребро
жорсткості.
46
в)
Г)
Продовження рис. 1.42. Дефекти сталевих балок:
(в) замокання (бурульки) балок перекриття технічною водою змиву на
прикладі галереї № 7 ІнГЗК; (г) ослаблення корозією верхньої та нижньої полок
стінки та руйнування ребер жорсткості балки перекриття на прикладі галереї № 6
ІнГЗК.
47
При обстеженні сталевих ферм виявляють дефекти й
ушкодження властиві сталевим балкам і залізобетонним фермам. Так,
при позавузловому обпиранні прогонів покрівельного покриття і
розцентруванні осей елементів у вузлах ферми, з'являються
скривлення верхнього пояса і косців, ферми, тріщини у фасонках
(рис. 1.43).
Рис. 1.43. Характерні дефекти та пошкодження сталевих ферм:
а - викривлення верхнього поясу та решітки жорсткості внаслідок
позавузлового опирання прогону; б - те ж саме, внаслідок розцентрування осей
елементів у вузлах ферми при виготовленні; в - тріщини у фасонках ферм.
Порушення правил експлуатації, перевезення і монтажу може
призвести до зсуву поясів ферм від проектного положення,
скривленню косців, прогинів полиць куточків і інших, не менш
небезпечних ушкоджень (рис. 1.44).
48
Рис. 1.44. Деформації елементів решіток сталевих ферм внаслідок порушення
правил перевезення, монтажу, експлуатації: .
Р а - зміщення верхнього поясу; б - викривлення стержнів ферми
49
в)
Продовження рис. 1.44. Деформації елеменіїв ренії юк сталевих ферм
внаслідок порушення правил перевезення, моїпажу, експ іу і пінії
в - прогини поличок, кутиків, елементів ферми
50
І)
Продовження рис. 1.44 Деформації елементів решіток сталених ферм
внасті.ток порушення пранії і переве іеиия. монтажу, ексичуаіаніг
і викривлення сішки ферми на прикладі і алсреї № 2Х І ні ЧІ<
Я
л)
1 Іро ювження рис 1.44 Деформації елеменіів ренії и»к смісвпх ферм
впас іі;юк порушення правил перевезення, моніажх, ексил\а іації
і викрив іення розкос) ферми на нрик кілі і Л.ісреї \г‘’ _’Ч І ні П>
Продовження рис. 1.44. Деформації елементів решіток сталевих фер?л
внаслідок порушення правил перевезення, монтажу, експлуатації:
е - викривлення стійки ферми на прикладі галереї № 6 ІнГЗК.
53
І
До відзначеного варто додати дефекти від причин, що
згадувалися раніше: перенапруження перерізів і зварних швів, розриви
або вирізи в несучих елементах, утворення грязьових мішків у
конструктивних зазорах, на полицях, у щілинах (рис. 1.45).
Рис. 1.45. Дефекти елементів ферм:
а), б) корозія елементів поясів, решітки, фасонок внаслідок утворення
грязьового мішка.
54
І Іродовження рис. 1.45. Дефекні елементів ферм:
в) утворення грязьовою мішка на нижньому поясі ферми на прикладі галереї
Сталеві колони у період експлуатації піддаються тим же
впливам, що діють на балки і ферми. У результаті перевантажень,
ударів, втомних руйнувань з'являються: втрата стійкості, місцеві
вигини, розриви елементів решітки в наскрізних колонах, утворення
тріщин у стінах і полицях суцільних колон (рис. 1.46).
Рис. 1.46. Характерні дефекти та пошкодження сталевих колон:
а втрата стійкости: б - місцевий прогін стінки; в - місцевий прогін полички;
г - вирізи у поличці та стінці
56
д)
Продовження рис. 1.46. Харктерні дефекти та пошкодження сталевих колон:
д - розриви стержнів з’єднувальної решітки; е - утворення тріщин у
зварювальних швах; ж - розриви поличок, стінок, тріщини, пробоїни; з - корозія
стінки та поличок.
57
Аналогічно балкам і фермам, несуча здатність колони може
знижуватися за рахунок необгрунтованих проектом вирізів у полицях і
стінах, а також при корозійному і температурно-вологосному впливах
зовнішнього середовища.
Обсяг несучих дерев'яних конструкцій, що знаходяться в
експлуатації, на даний час дуже обмежений, а нові дерев'яні
конструкції практично не використовують в зв'язку з дефіцитом
деревини в Україні. Дерев'яні настили, що залишилися в будинках
старої будівлі, заміняються більш сучасними з металу або
залізобетону. У зв'язку з цим має сенс розглядати лише ті дерев'яні
елементи, які можна підсилити або відновити. Дерев'яні балки, як і
сталеві, можуть деформуватися у своїй площині, а також із площини
внаслідок перевантаження чи недостатнього закріплення. Однак, при
обстеженні дерев’яних балок відзначаються дефекти й ушкодження,
обумовлені специфікою роботи матеріалу. Серед них. у першу чергу',
варто виділити утворення повздовжніх тріщин, місць загнивання (рис.
1.47), зв'язаних зі зміною температурно-воло гоєного режиму
(наприклад, поява підвищеної вологості), порушення гідроізоляції і
природної вентиляції в місцях контакту зі стіною тощо У складених
дерев'яних балках, з'єднаних болтами або клеєм, часто можна
спостерігати розшарування, порушення щільності з'єднання за
рахунок усихання або, навпаки, намокання (рис. 1.48).
58
1-1
Рис. 1.47. Характерні дефекти та пошкодження дерев'янів балок:
а - поздовжні тріщини від усихання; б - загнивання деревини у прольоті
балки; в - те ж саме у опорних частинах.
Рис. 1.48. Розшарування складених дерев’яних балок:
а - порушення щільності з’еднань; б - розшарування та жолоблення клеєних
балок.
59
1.2. Обстеження будівельних конструкцій і основ
Підсилення, відновлення будівельних конструкцій і основ
починається, як і для будь-якого виду’будівництва, з проекту [2. 3].
Підготовку вихідних даних дяя проектування посилення або
відновлення конструкцій, основ, будівель і споруд викопують у
такому порядку:
• роблять інженерно-геологічні та інженерно-геодезичні
вишукування для заданих об'єктів;
• роблять натурні обстеження конструкцій;
• визначають навантаження і впливи з урахуванням фактичних
умов;
• визначають вимоїн основного виробництва до проектних
рішень конструкцій.
Інженерно-геологічні вишукування і дослідження ґрунтів основ
майданчиків, на яких підсилюють, відновлюють або реконструюють
будівлі. роблять у випадках, коли:
* у результаті обстеження конструкцій виявлена деформація
фундаментів, нерівномірні просідання, значні відносні зсуви
фундаментів і споруд відповідно до ознак, наведених у п. 1.1 (див.
рис. 1.2...15);
• навантаження на фундаменти або безпосередньо на основи
істотно зростають;
• передбачається розширення площі підошви фундаментів або
інші вили їхнього посилення;
• передбачають великі планувальні роботи (зрізання, насипи);
• поблизу7 існуючих будинків чи тих. які реконструюють,
зводять нові (див. рис. 1.1);
• мас місце вплив на основи і фундаменти агресивних рідин
(кислот, лугів тощо);
• відбувається зміна гідрогеологічного режиму території.
Для одержання найбільш повної картини про фізико-мехаючні
властивості грунту і гідрогеологічні умови майданчику
використовують матеріали інженерно-геологічних вишукувань,
отримані в період проектування і будівництва посилюваної або
відновлюваної споруди, наступних вишукувань, а також дослідження
під час реконструкції. Вишукування показують, що на забудованих
територіях рівень Грушових вод істотно підвищується. Швидкість
60
цього підвищення досягає 0.3...1.5м.‘рік. Причиною є зміна природних
підґрунтових водостоків фундаментами і підземними частинами
будівель і споруд, постійне дренування ВОЛОГИ З інженерних мереж,
наявність мокрих процесів у будівлях виробничого і побутового
призначення. Істотний вплив на підвищення рівня ґрунтових вод
роблять асфальтові та інші покриття, які створюють концентрацію
атмосферних вод на визначених ділянках, перешкоджають конденсації
води і її вільному випаруванню. Води, що фільтруються в грунт на
територіях діючих підприємств і житлових утворень, мають різний
хімічний склад і часто містять елементи та їхні з’єднання, що
агресивно впливають на конструкції фундаментів. Замочування
просадних, тих, що набухають, засолених і подібних грунтів
приводить до різкої зміни їх міцносних і деформаційних
характеристик, появі карстових порожнин, що може негативно
вплинути на нормальну експлуатацію об'єкта.
Дослідження властивостей ґрунтів можна вести методом
шурфування, що дає можливість відібрати зразки грунту непорушеної
структури, а також методом обстеження конструкції фундаментів.
Глибину розробки шурфів приймають на 0.5м нижче підошви
фундаменту. Якщо при розробці зустрічається слабкий грунт
(насипний, заторфовакий, пухкий тощо), то в шурфі бурять
свердловину*. Мінімальні розміри в плані шурфів прямокутного
перетину приймають 1..,1,2м, мінімальний діаметр круглих шурфів
(«дудок») - 0,65...їм. Площа перетину шурфу А -залежить від його
глибини Н: При Н<1,5м А=1.25м2, при Н>2.5м - А> 2.5,м *.
Для лабораторних досліджень відбирають зразки грунтів
непорушеного складу з захисних стінок, дна і безпосередньо з-під
підошви фундаменту?. Відібрані зразки повинні мати правильну форму
куба чи паралелепіпеда, з мінімальним розміром сторони 200м.м для
піщаних, пилувато-глинистих і великоуламкових (жорств’яних і
гравійних) грунтів, і 300мм для щебеневих і галечникових.
Допускається вибір зразків неправильної форми, але при дотриманні
зазначених вище розмірів. При однорідних за глибиною шурфу
ґрунтах зразки відбирають на рівні підошви фундаменту і на 0,5м
нижче цієї відмітки. При дослідженні ґрунтів основ під додаткові,
знову проектовані фундаменти моноліти грунту відбирають від
позначки низу фундаменту через 0,5.,0.8м. але не менш, ніж через 0,4Ь
(Ь- мінімальний розмір фундаменту1 в плані) на всю глибину товщі, що
обтискуються, яка може бути приблизно прийнята по таблггі 1.1
61
Тапяиця 1.1.
Глибина стиснутої тонші Грунту
Навантаження на фундамент Глибина стиснутої товщі в основі і фундаменту, м
ПІД колону, кН стрічковий, кН/м піп ь-ппліIV 1 птпіикпагп'А
г 500 100 4...6 н Л-6 ,і
1000 200 5...7 6... 8
2500 500 7...9 9...12 ї
5000 1000 9... 13 12...17
[ 15000 2000 12... 16 17... 20
500000 18...26 * :
Дослідження грунтів в умовах їхнього природного залягання
можна робити засобами динамічного і статистичного зондування,
описаними у спеціальній літературі [16].
Найбільш розповсюдженим видом інженерно-теологічних
вишукувань при відновленні і реконструкції об'єктів різного
призначення є буріння, яке виконують спеціальними буровими
установками, змонтованими на автомобілях, або ручними буровими
стійками. Число і глибину свердловин визначають у залежності від
складності ділянки, конструктивної схеми будинку і навантажень на
нього.
Глибина проходки свердловини визначають співвідношенням:
/7-й + йв+-Л, (1.1)
де А глибина закладання фундаменту від планувальної
позначки; 1іа - глибина стисливої товщі (див. табл.І.Г); Д - постійна
величина, м. яку* приймають при обстеженні житлових будівель
висотою до трьох поверхів рівною 2, висотою більше трьох поверхів і
будинків виробничого призначення - 3.
Дтя каркасних будівель глибину буріння від рівня підошви
фундаменту визначають по таблці 1.2
62
Глибина буріння, м
Таблиця 1.2.
Навантаження на стійку, кН Одноповерхові будівлі Багатоповерхові із загальною і шириною по осях крайніх стійок. м 6 |” 12 і 18
1000 7 6 7 8
1000... 2500 9 7 8 9
2500... 5000 11 9 10 11
5000... 10000 13 11 12 1_... н. 1
10000 та більше 15 13 14
Якщо рівень дна свердловини виявляється в шарі грунту з
модулем деформації Е < ЮМПя в просадочному груші, то глибина
буріння повинна бути не менш ніж на їм нижче рівня залягання
зазначених грунтів.
Дія буріння свердловин глибиною 10...20м і діаметром 89 і
і 27мм застосовують механічні бурові установки, змонтовані на
автомобілі, свердловин глибиною до 10м і діаметром 89мм
механічні установки УПВ-25. У обмежених умовах буріння
свердловин широко використовують комплект ручного устаткування.
Результати отримані в процесі буріння заносять у буровий
журнал, а потім при камеральній обробці складають розрізи окремих
свердловин, а також геологічні профілі за окремими напрямками,
необхідними для ухвалення рішення при проектуванні посилення чи
відновлення об'єкта.. Для дослідження хімічного складу підземних вод
відбирають проби у скляний посуд, а потім в лабораторних умовах
визначають наявність розчинених речовин, що викликають корозію
металу і бетону підземних частин будівель і споруд.
На момент обстеження будівельних конструкцій, будівель чи
споруд їхній технічний стан може бути віднесений до одного з
чотирьох типів у залежності віл ступеня втрати ними експлуатаційних
властивостей [2].
1. Справне виконуються усі вимоги діючих норм і державних
стандартів. Відсутні дефекти й ушкодження. що свідчать про
зниження несучої здатності та експлуатаційної придатності
конструкцій.
63
2. Задовільне - задовольняються вимоги діючих норм і
державних стандартів у частині придатності за граничними станами
першої групи, з урахуванням фактичних властивостей матеріалів, не
задовольняються вимоги за граничними станами другої групи, але
забезпечуються нормальні умови для експлуатації в даний момент, у
конкретних умовах функціонування. Відсутні дефекти й ушкодження,
що свідчать про зниження несучої здатності, але є дефекти й
ушкодження, шо свідчать про зниження захисних властивостей
матеріалів, порушений антикорозійний захист. Вимагаються заходи
щодо відновлення захисту та експлуатаційної придатності.
3. Несправне - не задовольняються вимоги діючих норм і
державних стандартів стосовно міцності; за граничними станами
першої групи існують дефекти й ушкодження, що свідчать про
зниження несучої здатності та експлуатаційної придатності; на
момент обстеження відсутня небезпека крихкого несподіваного
руйнування, відсутня безпосередня загроза безпеки працюючих. Для
функціонування конструкцій і основ необхідне проведення
спеціальних (допустимих за умовами експлуатації) заходів щодо
контролю за станом конструкцій, за параметрами технологічного
процесу (обмеження по навантаженням, тепловим і вологосним
впливами тошо), із зазначенням тривалості функціонування. Потрібно
посилення конструкцій і відновлення їхніх експлуатаційних
властивостей.
4. Неприпустиме - можлива реалізація граничної несучої
здатності за міцностю й обвалення конструкції. Є наявні дефекти й
ушкодження, що свідчать (за їх видами і параметрами) про небезпеку
перебування людей у зоні розташування конструкцій. Потрібно
негайне видалення людей з можливої зони обвалення, розвантаження
конструкцій, їхній знос, улаштування тимчасового посилення,
підпірок, опор тощо.
При визначенні категорій стану’ слід особливу’ увагу звергати па
дефекти й ушкодження, що свідчать про можливість крихкого
руйнування. На підставі встановленої категорії стану приймають
рішення по безпеці функціонування конструкцій, а також вибирають
технічні рішення по посиленню, відновленню чи заміні
експлуатованих конструкцій чи їхніх частіш.
Обстеження будівельних конструкцій веде спеціально
підготовлена група людей, що представляє проектну
організацію, яка виконує проект посилення чи відновлення
64
разом із представниками служб обстежуваного підприємства; у
відповідальних випадках до обстежень залучають спеціалізовані
науково-дослідні підрозділи ИДІ і вузів.
Обстеження будівельних конструкцій, будівель і споруд
виконують, як правило, у два етапи: 1-й етап *- попереднє або
загальне обстеження; 2-й етап - детальне або технічне
обстеження [2.3].
Процес попереднього, загального обстеження містить огляд
будівлі і споруди в натурі й ознайомлення з наявними матеріалами. До
складу цих матеріалів, за можливістю, повинні бути включені дані з
історії будівництва і функціонування будівлі або споруди, з об'смно-
планувальних і конструктивних рішень, із систем інженерного
устаткування. Для більш повного аналізу роботи конструктивних
елементів у процесі експлуатації на стадії попереднього обстеження
варто зібрати такі дані:
• про природнокліматичні впливи на будівельні конструкції,
реалізовані в процесі експлуатації;
• про навантаження, у тому числі, про системи передачі
навантажень на будівельні конструкції і їхні елементи і про
навапіаження, не передбачені проектом;
• про вплив технологічних процесів. розмішених у будівлях або
спорудах;
* про прогнозовані нерівномірні деформації в складних
інженерно-геологічних умовах:
• про порушення правил експлуатації будівлі або споруди;
» про деформації будівель або споруд, про найбільш характерні
дефекти й ушкодження, ймовірні причини їхнього виникнення.
У процесі проведення детального (технічного) обстеження
будівельних конструкцій виконують детальні виміри геометричних
характеристик будівельних конструкцій, шо встановлюють їхнє
положення в плані і по висоті. На базі інженерно-геодезичних вимірів
визначають просідання, переміщення, зсуви тощо, роблять вимір і
контроль основних перерізів чи елементів Оцінюють параметри
технічного стану' будівельних конструкцій з визначенням фізико-
механічних характеристик неруйнівними методами. Тут особливо
важливо детально виміряти параметри дефектів і пошкоджень
конструкцій. їхніх вузлів і сполучень. Часто буває необхідно розкрити
конструкції на характерник ділянках, таких як фундаменти, підземні
65
конструкції. Одночасно роблять відбір і лабораторні іспити зразків
матеріалів конструкцій для уточнення фізико-механічних
характеристик матеріалів. Потім виконують розрахунки несучих
елементів для встановлення відповідності граничним станам, на
основі даних натурних обстежень. За результатами детального
обстеження складають звіт з висновком про технічний стан
конструкцій, із зазначенням типу стану.
Перелік обстежень, що проводять при встановленні фактичних
характеристик будівельних матеріалів і конструкцій, повинен
відповідати призначенню конструкції кожного виду і містити
параметри, які регламентовані нормами будівельного проектування та
використані при розрахунках конструкцій. Так, для несучих
конструкцій варто встановлювати характеристики міцності,
деформативності і жорсткості при впливі статичних і динамічних
навантажень, параметри, іцо характеризують довговічність,
вогнестійкість тощо.
Для зовнішніх огороджувальних конструкцій повинні бути
також оцінені їхня теплотехнічна і гідроізоляційна характеристики, а
для світлопрозорих огороджувальних конструкцій, крім того,
світлотехнічні. Для внутрішніх стін, перегородок, перекрить,
підвісних стель варю встановити акустичні, гідроізоляційні,
пилоізоляційні та пароізоляційні властивості, а для підлог стійкість
до механічних і теплових впливів, непроникність до проникнення
рідин, діелектричність, рівність, теплову активність та ін.
При проведенні обстежень будь-яких видів будівельних
конструкцій (бетонних і кам'яних, залізобетонних, металевих,
дерев'яних) необхідно виявляти і фіксувати такі дефекти й
ушкодження:
• деформації конструкцій, що перевищують припустимі;
« відхилення положень і розмірів конструкцій, вузлів
обпирання і з'єднань від проектних:
• порушення суцільності (раковини, отвори, відколи ге ін.);
• руйнування заповнення стиків і швів, розшарування
матеріалів там, де воно не допускається:
• зволоження й обмерзання поверхонь конструкцій і їхніх
елементів:
• підвищену повітропроникність зовнішніх огороджувальних
конструкцій:
66
• специфічні дефекти конструкцій з конкретних матеріалів,
зазначені в п. 1.1 цієї глави.
У процесі обстежень будівельних конструкцій встановлюють і
фіксують у матеріалах обстеження причини дефектів і пошкоджень.
Встановлення причин дефекту чи пошкодження необхідно для
прогнозування можливості подальшої експлуатації конструкцій,
призначення заходів щодо усунення причин пошкоджень, їхньої
стабілізації. з посилення конструкцій, обмеженню навантажень та ін.
Нижче наведені особливості обстеження основних видів
несучих будівельних конструкцій.
При відсутності робочих креслень фундаментів і виконавчих
документів по їхньому зведенню, при обстеженні передбачають
проходження окремих шурфів для розкриття фундаментів і оцінки
ґрунтів в основі фундаментів, включаючи сусідні і суміжні будівлі. У
процесі розкриття фундаменту визначають тип фундаменту, розміри,
глибину закладення від планувальних та існуючих позначок, від
підлоги підвалу, наявність гідроізоляції, виконання підведення
підсилення га інших пристроїв (ростверки. штучні основи тощо). Для
пальового фундаменту визначають діаметр паль, їхній крок і кількість
у фундаменті. При визначенні фактичної довжини палі
рекомендується віддавати перевагу геофізичним методам у тих
випадках, коли їхнє застосування можливе. Фундаменти будівель і
споруд розкривають у найбільш навантажених місцях і на
неня вантажених ділянках, у тому числі під зовнішніми і внутрішніми
стінами. При наявності деформацій стін і фундаментів виконують
проходження шурфів у місцях виявлених деформацій. У звіті та
висновку про технічний стан основ і фундаментів приводять
конструктивні рішення фундаментів, глибину закладання, механічні
характерності матеріалу ющо.
При натурних обстеженнях кам'яних конструкцій визначають
їхній загальний стан, відповідність проекту. наявність дефектів.
Неспіввісність конструкцій, відхилення ві.д вертикалі, а також
неплощинність установлюють за допомогою обмірювань.
Особливу увагу приділяють дефектам і пошкодженням. До
дефектів виконання робіт відносять відсутність прив'язки, погане
заповнення швів розчином, відсутність у необхідних місцях
армування. При перевантаженнях конструкцій у них виникають
тріщини , що розвиваються вздовж дії сили (див. рис. 1.13,6; 1.15,6).
Наявність таких тріщин у простінках і стовпвх свідчить про початок
67
їхнього руйнування і необхідності посилення. Причинами появи
гріщин у кам'яній кладці можуть бути також нерівномірні просідання
фундаментів, температурно-вологосні деформації тощо,
(див. рис. 1.1З,а; 1.14; 1.16). Оцінка ступеню пошкодження кам'яних
конструкцій, а також рекомендації з їхнього усунення наведені в
таблиці 1.3.
Таблиця 1.3.
Оцінка ступеня ушкодження кам'яних конструкцій
Ступінь ушкод- ження Характеристика ушкоджень Рекомендації з відновлення
1 2 3
слабка Знижуюча несучу' здатність до 15% - розморожування і вивітрювання кладки, відша- рування облицювання на глибину' до 15% товщини; вертикальні і косі тріщини (незалежно від довжини і ширини розкриття), що перетинають не більш двох рядів кладки. Тимчасових посилень не робити, якщо розрахунком підтверд- жена достатня несуча здатність конструкцій.
середня Знижуюча несучу здатність до 25% - розморожування і вивітрювання кладки, відша- рування облицювання на глибину до 25% товщини; вертикальні і косі тріщини в несучих стінах та стовпах на висоту не більш 4-х рядів кладки; випинання і похилість стін і фундаментів у межах не більш 1/6 їхньої товщини; місцеві ушкодження кладки на глибину до 2см під опорами ферм, балок, протонів і перемичок; обриви і висмикування в'язів; При тимчасовому' підси- ленні - встановлення додаткових стійок, упо- рів, стягелів, розчалю- вань. Відновлення пошкоджених ділянок, замурування тріщин.
68
Продовження таблиці 1.3.
1 'У Лг 3
середня вертикальні тріщини на кінцях опор, що перетинають не більш 2-х рядів кладки; зсув плит перекрить на опорах не більш 1/5 глибини закладення, але не більш 2см.
сильна Знижуюча несучу здатність до 50% - великі обвали в стінах; розморожування і вивіт- рювання на глибину до 40%; вертикальні і косі тріщини в несучих стінах і стовпах на висоту’ більш 8-ми рядів кладки; випинання і нахили стін у межах поверху на І З їхньої товщини і більш; зсув (зрушення) стін, стовпів, фундаментів по горизонталь- ним швам або косій штрабі; відрив повздовжніх стін від поперечних у місцях їхнього перетину, розрив або висми- кування сталевих в'язів і анкерів; пошкодження кладки під опорами ферм, балок, перемичок на глибину більш 2см, утворення вертикальних і косих тріщин; зсув перекрить на опорах більш 1/5 глибини закладення в стіні. Потрібно зробити капі- тальне відновлення 3 посиленням за проек- том.
повна Знижуюча несучу’ здатність понад 50% і повна втрата несучої здатності - руйну- вання окремих конструкцій і частин будинку’ Конструкції підлягають розбиранню
69
При загальних обстеженнях бетонних і залізобетонних
конструкцій фіксують і встановлюють такі дані:
* площа і ступінь ушкодження захисних покрить, гідроізоляції,
покрівлі, підлог (пузирі, відшарування. корозія тощо);
• тріщини в бетоні в конструкціях і зоні конструкцій, у яких
вони не допускаються, або тріщини, ширина, яких перевищує
величини, передбачені нормами |17|, зокрема, нормальні тріщини в
розтягнутій зоні із шириною розкриття, що перевищує передбачені
нормами (див. рис. 1.20). похилі тріщини від поперечних сил із
шириною розкриття, що перевищують передбачену нормами (див,
рис. 1.21), поперечні і похилі тріщини за висотою перерізу елементів
(див. рис. 1.22; 1.24), повздовжні тріщини в стиснутій зоні й у
стиснутих елементах (див. рис. 1.26: 1.30; 1.36), повздовжні тріщини
вздовж повздовжньої арматури (див. рис 1.25; 1.31) та ін.;
• руйнування захисного шару бетону, оголення арматури, у тому
числі в зонах анкеровки напруженої арматури;
• виколи, відколи бетону7 механічного характеру (див. рис.
1.35,а. б);
• каверни, раковини, сторонні включення в бегонії
• порушення зчеплення арматури з бетоном;
• відсутність зчеплення між старим і новим бетоном у стиках,
збірно-монолітних конструкціях, швах бетонування тощо;
• зниження міцності бетону;
• пошкодження арматури і закладних деталей (надрізи, вириви)
механічного характеру (див. рис. 1.35. г), зміщення арматури і
закладних деталей, невідповідність закладення закладних деталей
проекту, неспіввісність випусків та інші ушкодження у вузлах
сполучення;
• наявність мокрих і маслянистих плям на бетоні, висолів і
випинання бетону (див. рис. 1.27);
• невідповідність площадок обпирання збірних елементів
проектним розмірам;
• корозійні ушкодження арма тури і закладних деталей;
• випинання арматури;
• ділянки корозійного ушкодження бетону, зміна його кольору;
• глибину нейтралізації бетону7 (абсолютну і стосовно товщини
захисного шару).
70
При визначенні на стадіях загальних обстежень стану арматури і
закладних деталей, виявляють основний характер корозійних
пошкоджень (тонкий наліт іржі, окремі плями корозії, шарувата
корозія - пластини іржі, місцева у виді виразок, крапкова у вигляді
піттінгів), а також товщину продуктів і глибину корозійних
ушкоджень.
У процесі детальних обстежень, крім перерахованих відомостей,
встановлюють:
• міцність бетону за результатами випробувань зразків
неруйнівними методами і шляхом їхнього відбору з конструкцій з
наступним визначенням умовного класу бетону у відповідності зі
СНиП 2.03.01-84 [17];
• межу текучості або умовну межу’ текучості арматури та її клас
відповідно до вимог СНиП 2.03.01-84;
• стан антикорозійного захисту;
• ширину розкриття тріщин на поверхні бетону без ділянок
прокородованого бетону, які вимагають видалення;
• ступінь корозії арматури, закладних і сполучних деталей,
зварних швів зі встановленням фактичних нспрокородованих
перерізів і встановленням стадії корозійного ушкодження арматури
(табл. 1.4).
• вид, ступінь та глибина корозії бетону;
• фактичний робочий переріз бетону' без ділянок
прокородованого бетону, які погребують видалення.
Таблиця 1.4.
Стадії корозійного ушкодження арматури
Стадії корозійного ушкодження арматури Стан захисних шарів бетону і товщина шару продуктів корозії на арматурних стержнях
1 2
У захисних шарах бетону є окремі тріщини з шириною розкриття до 0,3 мм, що розташовані
1 стадія вздовж арматурних стержнів. Товщина шару продуктів корозії на арматурних стержнях до 0,5мм. _______
71
Продовження тсшиці 1.4.
1 2 і
2 стадія У захисних шарах бетону є багаточисельні тріщини і з шириною розкриття до Змм. що розташовані вздовж арматурних стержнів. Товщина шару продуктів корозії на арматурних стержнях до Змм.
і 3 стадія Сталося часткове чи повне відшарування захисних шарів бетону. Товщина шару продуктів корозії на арматурних стержнях перевищуєЗмм.
В залежності від ступеню розвитку перелічених ознак,
залізобетонні конструкції поділяють на слабоушкоджені,
середньоушкоджені. сильноушкояжені та повністю зруйновані, які
відповідають згаданим вище чотирьом типам технічних станів-
справному. задовільному, несправному та неприпустимому.
Орієнтовно ступінь ушкодження залізобетонних конструкцій і
характер заходів з їх відновлення можна приймати за таблицею 1.5.
Таблиця 1.5.
Характеристика пошкоджень за.гізобетонних конструкцій і
заходи щодо & відновленню
Ступінь , ПСШКОД- і ження Характеристика пошкоджень Заходи щодо відновлення
1 2 3
Слабка і ! І 1 Не знижує несучу’ здатність конструкцій - невеликі відколи в межах товщини захисного шару бетону: тріщини в розтягнуїій зоні шириною до 0.5 мм, у ненапружених і до 0,2мм - у попередньо напру- жених елементах без пошкодження _аЕЖЇЖ.____. Ремонт із шпа- руванням і шту- катуркою відко- лів цементним розчином
72
Продовження таблиці 1.5.
і . 1. 2 3
Середня : і і і Знижуюча несучу здатність конст- рукції - відколи, що досягають 30% усього перерізу елемента, розрив до 30% робочої арматури (або її корозія на 30% площі); тріщини з розкриттям до 0,5мм у попередньо напружених розтягнутих і зги- нальних елементах; наскрізні тріщини шириною розкриття до 1 мм. із прогинами до 1/50 прольоту. Ремонт із част- і ковим розби- ранням бетону, виправленням пошкодженої ар- ( матури, перебе- і тонуванням сколених місць, ; ін’єктуванням | тріщин, збіль- шенням перері- . зів або посилен- і ням елементів і конструкції І
Сильна І [ Значно знижує несучу здатність конструкції - руйнування понад 30% усього перерізу елемента, розриви (або ушкодження корозією) відЗО до 50° о робочої арматури; прогини понад 1 -50 прольоту з розкриттям тріщин у розтягнутій зоні більш І мм. Ремонт зі збіль- ' шенням перері- ’ зів елементів, і зведенням ДО- і даткових опір, розпірок, підси- ленням армату- ри. а також замі- на окремих еле- ментів або кон- струкцій новими і
Повна і 1 Які свідчать про критичний стан конструкції - руйнування понад 50% перерізу стиснутої зони бетону; розриви (або ураження корозією) понад 50% перерізу робочої .арматури, Відновлення і недоцільне. і І - _І
Для оцінювання технічного стану сталевих конструкцій роблять
візуальні і візуально-інструїментальні обстеження. У разі потреби
виконують натурні випробування конструкцій.
При візуальному обстеженні оцінюють загальний стан
конструкцій, їхню відповідність до проекту, визначають можливість
73
підсилення Особливу увагу приділяють ділянкам конструкцій, які
мають розриви елементів по всьому перерізі (див. рис. 1.46,а);
викривлення по всій довжині (див. рис. 1.44); місцеві вм'ятини,
тріщини, пробоїни (див. рис. 1.39; 1.40; 1.46) і т.п. При цьому
особливо ретельно досліджують болтові, заклепочні та зварні
з'єднання. Під час візуально-інструментальних обстежень за
допомогою теодоліта, нівеліра і виска визначають відповідність
проектному положенню окремих конструкцій га їхніх елементів, як у
просторі, так і один відносно одного (див. рис. 1.43,6; 1.44.а).
Відзначають неприпустимі прогини елементів (див. рис. 1.38), місця
випинання суцільних стінок (див. рис. 1.40.6; 1.42; 1.46.Д). місця
ураження корозією (див. рис. 1.45). При оцінці технічного стану
сталевих конструкцій варто враховувати, що незначні вм'ятини і
скривлення другорядних елементів не знижують їхню несучу
здатність. Це - слабкий ступінь ушкодження. при якому ремонт не
потрібен.
При середньому- ступені ушкодження необхідний ремонт, який
можна проводити на місці, тобто без демонтажу- конструкції. До
ушкоджень середнього ступеня відносять ушкодження, що знижують
несучу здатність, але не супроводжуються руйнуваннями - розриви
другорядних елементів по всьому перерізі або їхнє скривлення на
великій довжині. місцеві скривлення основних елементів, результати
ураження корозією тощо.
Сильний ступінь ушкодження сталевих конструкцій
супроводжується повното втратою несучої здатності при
експлуатаційних навантаженнях і характеризується руйнуванням
вузлів і з'єднань, розривом за усім перерізом або скривлення на
великій довжині основних елементів. Ремонт таких конструкцій
роблять, як правило, з їх демонтажем.
При повному ушкодженні конструкцій відбувається
руйнування. Такі конструкції підсилювати чи відновлювати не
доцільно.
Дані для кількісної оцінки ушкоджень сталевих конструкцій за
ступенем небезпеки їхньої подальшої експлуатації. а також способи
відновлення наведені в таблиці 1.6,
74
Таблиця /.б.
Дані для оцінки ступеня небезпеки пошкоджень
сталевих конструкцій
1 і Вид конструкції та пошкодження і Величина і характеристика пошкодження критим-і значно- ного і го Спосіб виправ- і леиня псшкод- • ження
ї 2 3 4
І 1. Прогини згинальних елементів (у частках прольоту)
! Прогони при наявності наванта- ження від покрівлі (викривлення в і напрямку найбільшого моменту і інерції перерізу) і 1 /> 100 1 /<— 100 1 1 Демонтаж і ; виправлення ;
і Те ж, при відсутності • навантаження від покрівлі 1 /> 150 1 /<— 150 т 1 Геж
Головні балки робочих площадок промислових будівель, міжповерхових перерізів тощо. (скривлення в площині ; найбільшого моменту інерції перерізу) 1 /> 300 1 /< 300 Теж 1 І —1
Підкранові балки (скривлення в площині найбільшого моменту інерції перерізу) 1 /> 500 1 /<— 500 Теж
І Ферма при наявності навантаження на покрівлю і (осідання у вертикальній площині) І 1 200 1 /< 200 Зменшення прогину до 1/500 ; І
?5
Продовження таблиці 1.6.
Г .... 1 . .. ...... ! . 2... 1 з. ... .4 !
і 1 2. Скривлення стиснутих і розтягнутих стержнів ферми (у частках довжини)
Стиснуті стержні 1 />— 1 /і— та 1 Виправлення ,
400 400 стержнів
1 1 і
Розтягнуті стержні ./> 100 М 100 Теж
Дерев'яні конструкції повинні надійно працювати протягом
усього терміну експлуатації, встановленою нормативними
документами (для капітальних споруд - 50 років, для тимчасових
будівель - 10 років). Доброякісно виготовлені і експлуатовані в
нормальних умовах дерев’яні конструкції можуть надійно
експлуатуватися значно довше цих термінів. У багатьох житлових
будівлях ще зараз зустрічаються добре збережені несучі дерев'яні
елементи (балки, крокви тощо) будівлі початку минулого сторіччя.
Нормальними умовами експлуатації є такі, при яких температура,
вологість і діючі навантаження не перевищують припустимих значень
протягом усього терміну експлуатації. У такому випадку- дерев'яні
конструкції не ушкоджуються, зберігаючи несучу здатність.
Ретельний огляд дерев'яних конструкцій роблять при прийманні
їх в експлуатацію, потім перевіряють періодично, не рідше двох разів
у рік навесні і восени. При огляді фіксують основні фактори, що
впливають на працездатність конструкцій: відхилення розмірів від
проектних значень; наявність неприпустимих пороків і ушкодження
деревини (див. рис. 1 47,в, г. д); неправильно виконані і з'єднання, що
розійшлися (див. рис. 1.48): зони зволоження; надмірні деформації
(див. рис. 1.47.а); перевантаження конструкцій і відсутність
необхідної твердості як у своїй площині, гак і в перпендикулярному
напрямку; порушення нормального температурно-вологосного
режиму; недостатню вологопароізолянію; наявність перегріву і центру
загнивання деревини.
При огляді особливу увагу звертають на розміри і якість
основних розтягнутих елементів конструкції, Несучи здаїнісіь ЯКИХ
76
особливо чутлива до ушкоджень і неприпустимих пороків деревини
При виявленні таких дефектів роблять перевірочний розріїхуноіі
конструкції з урахуванням їх ослаблення. У випадку недосннішої
несучої здатності обмежують діючі навантаження чи ріяііміі,
підсилення конструкції.
При експлуатації конструкцій, виготовлених з деревини
підвищеної вологості, в елементах при висиханні можуть виникну ні
тріщини від усушки (див. рис. 1.47,6). При ширині їхнього роїкрш і>
більш 5мм тріщини зашпаровують, уклеюють в них на водос і ійкомс
клеї клиноподібні вкладиші.
В перші роки експлуатації дерев'яних конструкцій, інтенсивні
відбувається процес обм’яття навантажених поверхонь з’єднань. і
також усихання, при використанні деревини підвищеної волоіосн І
результаті щільність з'єднань може буди порушена, болти і іяж
втрачають первісний натяг, з'являються щілини, зазори мія
з'єднаними елементами (див. рис. 1.4Яа). Ослаблі болти повинні бмі
підтягнуті, первісна щільність з'єднань відновлена.
Перевантаження конструкцій особливо довгоіривалін
навантаженням, істотно знижує надійність їхньої роботи, іомс щ<
тривала міцність деревини значно нижче короткочасної. Прі
зовнішніх оглядах необхідно особливо ретельно визначати діляпкі
перевищення розрахункових навантажень. Збільшення зовнішньої)
навантаження проти розрахункового може бути викликано не іількі
порушенням проекту, але й умовами експлуатації, наприклад
замочуванням утеплювача При виявленні перевантажень, юішіїніїї»
проявом яких є неприпустимо великі прогини, варіо ВИКОІІПП
розрахунок конструкцій з урахуванням фактичних навантажені, і їчн
підсилення.
Температурно-вологосний режим має вирішальне значення дн
довговічності дерев’яних конструкцій. оскільки його порушення вед
до зволоження, перегріву чи .загнивання. і. як наслідок, до ослабленії
деревини. Необхідно усувати протечі. конденсатні іволожєнн
деревини, особливо в несучих конструкціях, що спираються II
зовнішні стіни (див. рис. 1.48,г). У зонах підвищеного зволоженії
перевіряють наявність центрів гниття. Для виявлення .........
центрів гниття просвердлюють елементи дерев'яних консірукцій І Ір
незначному ступені ураження деревини гниттям. підсиленії
конструкції, як правило, не роблять. Однак відсутність необхідні* 11
підсиленні варто довести розрахунком з урахуванням послабленії
77
перегину. При середньому ступені ураження деревини
дереворуйнуючи.ми грибками, конструкції підсилюють, а сильно і
цілком зруйновані елементи - замінюють.
В усіх випадках необхідні заходи щодо запобігання процесу
гниття. Найбільш радикальним засобом є стерилізація деревини, тобто
її прогрівання до температури не менш '80°С. Усі спори грибків при
цьому гинуть. При неможливості стерилізації вологість деревини
знижують шляхом її висушування до 20% при якій грибки не
розвиваються. Надалі використовують усі засоби, що запобігають
зволоженню.
При виявленні ділянок деревини, ушкоджених впливом комах,
роблять розрахунок конструкцій з урахуванням їхнього фактичного
ослаблення і вирішують питання про їхнє підсилення.
Навантаження і впливи при проектуванні підсилення чи
відновлення будівель і споруд приймають відповідно до положень
діючих нормативних документів з навантажень і впливів [14].
Нормативні навантаження приймають за нормами, що діють на
момент проектування підсилення чи відновлення в таких випадках
1 При відсутності необхідності встановлення й уточнення
навантажень, що діють на існуючі та конструкції, які експлуатуються
за даними обстежень.
2. При проектуванні нових додаткових елементів та їхніх частин.
3. Для навантажень, що діють на конструкції, фундаменти і
основи, що підлягають підсиленню і при експлуатації після
підсилення чи відновлення (наприклад, від вага знову
встановлюваного устаткування).
Навантаження і впливи, що діють на конструкції, фундаменти і
основи, які підлягають посиленню або відновленню будівель і споруд,
уточнюють у процесі проведення обстежень у випадках, коли:
а) відсутня первісна технічна документація або за нею
неможливо визначити значення діючих навантажень:
б) є відомості про наявність неврахованих раніше навантажень і
впливів або про зміну їхніх величин і видів, у порівнянні з
передбаченими у первісній технічній документації;
в) виявлені дефекти й пошкодження, які могли б викликати
зміну характеру й інтенсивності навантажень і впливів, у порівнянні з
прийнятими в первісній технічній документації;
78
Г) Є МОЖЛИВІСТЬ зменшити обсяг робіт з підсилення,
улаштування додаткових конструкцій за рахунок уточнення
навантажень і впливів і встановлення їхніх фактичних величин і видів.
При обстеженні визначають види, способи, додатки, схеми
розташування і значення фактично діючих навантажень (постійних,
від устаткування і матеріалів, людей, кранів тощо), а також збирають
дані найближчих служб Держкомгідромета про зареєстровані
атмосферні навантаження (вітрові, снігові, температурні і кліматичні).
Навантаження від власної ваги конструкцій при обстеженні
встановлюють на підставі визначення середньої щільності матеріалу і
фактичних розмірів елементів. Середня щільність матеріалу
визначається по зразкам, відібраним з конструкції - для матеріалів, що
характеризуються істотною мінливістю щільності (бетон, камінь
тощо) або по довідковим даним - для матеріалів зі стабільним
показником середньої щільності.
Навантаження від ваги стаціонарного устаткування, трубо-
проводів, аїрегатів тощо, установлюють за паспортними даними або
робочим кресленням, з урахуванням фактичної схеми розміщення, при
цьому встановлюють також можливі зміни схеми навантаження.
Навантаження від ваги покриття або перекриття приймають та
результатами розкриття покрівлі або перекрить і фактичних значень
середніх щільностей і розмірів шарів. Зазначені навантаження можна
визначити на основі відбору зразків, що містять шари і складові
покриття чи перекриття. Місця відбору зразків встановлюють таким
чином, щоб у результаті відбору можна було б визначити дійсну
середню щільність або дійсну вагу.
При випадковому відборі зразків, місця відбору вибирають так
щоб отримана сукупність задовольняла умовам випадкового вибору
для статистичної обробки (1]. Кількість зразків при випадковому
відборі повинна бути не менш 5. при цьому нормативна величина
навантаження визначаюь за формулою:
К„=Р„±Р^, (12)
І т
де = — “сеРеДнс арифметичне значення щільності або
ваш;
79
5 =--------->(/' “/;,)*-середнє квадратичне відхилення
рп-1м
результатів зважування;
/’ щільність або вага і-го зразка;
т кількість зразків (не менш 5);
р - коефіцієнт, що враховує обсяг вибірки (табл. 1.7).
Знак «плюс» у формулі (1.2) приймають у випадку
несприятливої дії збільшеного навантаження, знак «мінус» - при
сприятливій його дії.
Топяиця 1.~
Значення коефіцієнта р
Кількість зразків Р Кількість зразків Г !
| - 5 0,95 15 0,45 1
і б 0,82 20 6,39 ’
і 7 0,73 25 0,34
8 0,67 зо 0,31
9 0,62 40 0.27 ;
0.52 60 і більше ... ^2
Примітки: 1. Для проміжних -значень т величина р визначається
за лінійною інтерполяцією. 2. Коефіцієнт р визначає однобічний
довірчий інтервал для середньою значення нормально розподіленої
величини з довірчою ймовірністю 0,95.
Коефіцієнти надійності за навантаженням до значення
нормативного навантаження "п визначають таким чином:
якщо коефіцієнт надійності за навантаженням віл власної ваги
за діючими нормами у > 1. Іабоу -< 0,9.то
у,-у ±0.1. (1.3)
якщо 1.0 £ у < 1к«ю0,9 < у < 1,то
7г КО. (1.4)
Знак «мінус» у формулі (1.3) приймають, якщо у >1,0. а знак
«плюс» - якщо у <1.0.
80
У будівлях і спорудах, де за умовами власного виробництва або
поруч розташованих виробництв (наприклад, цементних заводів, шахт
тощо) відбувається осідання технологічною пилу на покрівлях,
нормативне навантаження призначають з урахуванням даних
натурних спостережень за інтенсивністю нагромадження пилу і снігу;
а також з урахуванням періодичності, яка обговорюється в проекті,
збирання пилу і снігу з покрівлі. У будівлях і спорудах, у яких
температура зовнішньої поверхні покрівель на ділянках осідання
пилу, при працюючому устаткуванні. позитивна (наприклад, для
виробництв із надлишковим тепловиділенням), при визначенні
нормативного навантаження від пилу-’, враховують усі можливі
варіанти завантаження, маючи на увазі відсутність тепловиділення
прн зупинці технологічного устаткування, тобто наявність на покрівлі
тільки пилу або пилу зі снігом.
Якщо при обстеженні, встановлені деформації конструкцій, що
змінюють схеми прикладання навантажень, їх враховують при
проектуванні підсилення. У розрахунках конструкцій необхідно також
врахувати додаткові зусилля. що можуть з’явитися за рахунок
підвищення деформацій основ або конструкцій, що лежать нижче.
1,3. Визначення несучої здатності та експлуатаційної
придатності основ і конструкцій
Дослідження ґрунтів підсилених і відновлюваних будівель і
споруд виконують відповідно до вимог діючих нормативних
документів [16].
У звіті про інженерно-геологічні дослідження вказують дані про
послідовність нашарування ґрунтів знижуваної товщі основ, у формі
їхнього залягання, розмірах у плані і по глибині, у віці, походженні і
номенклатурі виду. Для деяких шарів ґрунту; особливо розташованих
на рівні підошви фундаменту, повинні бути такі фізико-механічні
характеристики: кут внутрішнього тертя <р. град.; нормативне питоме
зчеплення для глин або нормативний параметр лінійності для пісків С,
МПа; модуль деформації Е. МПа; коефіцієнт фільтрації Кф. см/с;
коефіцієнт консолідації С\, смУрік. для водо-насичепих пилувато-
глинистих ґрунтів при показнику текучості > 0, заторфованих
ґрунтів і мулів; щільність р, гм; коефіцієнт пористості /. природна
вологість й". частки одиниці; вологість на межі розкочування И), і на
межі текучосгі Д). частки одиниці; ступінь загіорфованості ступінь
81 '
розкладання заторфованих грунтів %; відносна иросадочність. а
також початковий просадний тиск і початкова критична вологість для
просадочних грунтів: відносне набрякання, тиск набрякання і лінійна
усадка для грунтів, що набухають. Характеристики грунтів повинні
бути представлені їх нормативними значеннями, а щільність, кут
внутрішнього тертя і питоме зчеплення також і розрахунковими
значеннями.
У лабораторних умовах досліджують основні показники
агресивності підземних вод стосовно кладки фундаментів, тимчасову
(карбонатну) твердість, вміст сульфатів, магнезіальних солей і вільної
вуглекислоти. Кількісним показником концентрації кислотних і
лужних розчинів служить водневий показник рН, який чисельно
дорівнює десятковому логарифму цієї концентрації, виражений у
грамах на 1 літр. У кислих водах рН менше 7, у лужних рН більше 7.
Тимчасова (карбонатна) твердість визначається наявністю розчинених
у воді солей лужних металів - кальцію і магнію. Твердість вимірюють
у мі - еквівалентах на 1л (мг - зкв-Л). Вміст сульфату у воді, що
виражається в мг на 1л. (мг-іл), може викликати в бетоні корозію
цементного каменю. Особливо агресивною є вода, до складу якої
входить сульфат кальцію.
Вода, що містить магнезійні солі, викликає корозію бетону
Магнезіальна корозія виникає тільки при високій концентрації у воді
іонів магнію (до декількох грам -іонів на 1л.). Вуглекислота у воді
знаходиться у вигляді з’єднання Н2СО3. Велика частина СО: уявляє
молекулярно - розчинений газ. Збільшення його понад рівноважного
стану приводить до появи вільної або агресивної вуглекислоти (мг/я),
що викликає корозію бетону. Оцінка ступеня агресивного впливу
Грунтових вод на бетонні і залізобетонні фундаменти здійснюють
відповідно до норм [16].
Характеристики грунтів при розрахунках основ визначають за
результатами досліджень [7]. Для попередніх розрахунків значення
міцносних і деформаційних характеристик ґрунту можуть прийматися
за діючими нормативними документами [11].
При обстеженні фундаментів, у першу чергу визначають
нерівномірні просідання будівлі (різниця просідань для каркасних
будівель) або прогин (перегин) несучих стін безкаркаснних будинків
(див. рис. 1.1... 1.5). При цьому виконують інженерно-геодезичне
нівелювання третього класу, що проводять по горизонтальній лінії
82
цоколя. карнизу або віконних переплетень короткими променями, при
відстані від нівеліра до рейки 4.,.30м.
Рис 1.49 Схема визначення прогину фундаменту-
а - снметричногхх б - несиметричного. 1 2 - лінії нульової відмітки;
У - 2’ - лінії прогину Фундаменту
Абсолютний прогин (перегин) То стрічкових фундаментів
(рис. 1.49) обчислюють за формулами:
для симетричною прогину
0-5)
де 5е5Л5у - відмітки точок 0. ]'.2' щодо лінії нульової відмітки:
для несиметричного прогину
<5,+5.\ „ о
“ /'"77 (г +‘ 4Г (’6)
у «і +у 2;
де її і І2 - відстань від точки максимальної
проби, м;
Відносний прогин (перегин) £і встановлюють за формулою:
де / довжина частини стіни, що зігнулася.
Припустимий тиск на грунти основ до моменту підсилення чи
відновлення будинку- визначають з урахуванням обтиснення
довготривалого діючого навантаження.
Тиск на ґрунти основ для кожної ділянки розраховують за
такими формулами:
для будівель із жорсткою конструктивною схемою [7]
83
V +Р+Р +Р
р = 0.1—1!
М
я
для будівель з пружною конструктивною схемою
р = 0.1 —!----------————- ± —------
(1.8)
(1.9)
У формулах (1.8) і (1.9): ЛУнормативне навантаження від усіх
поверхів, які розташовані вище: - вага першого перекриття; Р2- вага
стіни підвалу або першого поверху; Р3 вага фундаменту; Ь - ширина
підошви фундаменту; Іл - відстань між осями сусідніх вікон
(розрахункова довжина стіни); А/ - згинаючий момент від сил Лд. Р,
Р2 Рз з урахуванням фактичного ексцентриситету щодо вертикальної
осі, яка проходить через центр ваги перерізу.
Розрахунковий опір на ґрунти основ для різних розрахункових
ділянок фундаментів обчислюють за нормами (16), а середній тиск за
формулою:
к -Ь". і, О. П <чч
де Ні- розрахунковий опір на грунти основ на різних ділянках
фундаментів А,- площа фундаментів з опором £4- сумарна площа
фундаментів.
Якщо найбільший тиск на якій-небудь ділянці фундаменту ртах
на 40% перевищу* середній тиск Ет, то навантаження
перерозподіляють на менш навантажені ділянки фундаментів,
змінюючи конструкції посилення, вводять нові опори, підсилюють
фундаменти тощо.
Ступінь використання розрахункової о опору на ґрунти основ
будівлі аналізується як за середнім значенням відносини діючих
тисків на грунт і розрахунковому р^Е^. гак і на окремих ділянках
Рг'Е. Розрахункові просідання будівлі або споруди обчислюють до
підсилення чи після нього. Розрахункове осідання фундаментів від
діючого до посилення чи відновлення визначають з урахуванням
деформаційних властивостей фунтів підвалин у природному стані, не
приймаючи до уваги наступні ущільнення. Припустимий новий тиск
на грунти підвалин існуючих фундаментів обчислюють за формулою:
Е'^Етк, (1.11)
де Е ~ розрахунковий опір, отриманий за нормами, як для
нового будівництва; т - коефіцієнт, який враховує зміну фізико-
84
механічних властивостей ґрунтів основ під підошвою фундаментів за
період експлуатації будівлі; к коефіцієнт. обумовлений відношенням
розрахункового осідання при тиску, рівному розрахунковому 5* До
гранично припустимого осідання
Для .юсових просадочних грунтів, що знаходяться під дією
тривалого навантаження від споруди, розрахунковий опір грунту
приймають за формулою:
(1.12)
де гпг коефіцієнт, шо враховує збільшення розрахункового
опору ґрунту в залежності від терміну служби будівлі або споруди.
Значення коефіцієнтів т.к.т-, наведені в спеціальній і довідковій
літературі.
При проектуванні житлових і громадських будівель враховують
щільність розміщення фундаментів і умови їхнього взаємовпливу.
Просідання в житлових будинках із щільністю розміщення
фундаментів більш 60% допускається визначати як просідання
суцільних фундаментних плит. У цьому випадку зиск під підошвою
фундаменту приймають рівним:
де У, С - вата будинку; А^- площа забудови будинку.
Міцність існуючих фундаментів при підсиленій або відновленні
перевіряють на розрахункові навантаження. Допускається визначати
ці навантаження з коефіцієнтом 1.2 до нормативного. Тиск під
підошвою фундаменту' стіни або колони залежить від конструктивної
схеми будівель і діючих навантажень.
Для будівель жорсткої конструктивної схеми:
на ділянці зі стрічкового фундаменту стіни довжиною 1 м
на фундамент колони
0’5)
Для будівель із пружною конструктивною схемою формули
(1.14)і(1.15) відповідно приймають вигляд:
85
ГПЙ>. з г х » Л
(1-16)
<^=“±7^ (117)
А И
У формулах (1.14)...(1.17): Ь; - ширина фундаменту стіни;
А - площа перерізу фундаменту колони; інші позначення відповіданії ь
формулам (1.8). (1.9).
Міцність фундаменту забезпечена, якщо дотримуються умови
де /? - розрахунковий опір матеріалу фундаменту, обумовлений
нормами [17. 18].
Висоту уступів перевіряють, приймаючи, що зріз кладки
відбувається по неперев'язаному шві:
<119>
де ку =1 - для однобічного розширення; ку.=1,1- для фундаменту'
з двостороннім розширенням: міцність кладки на зріз [7].
Площу перерізу робочої арматури підошви фундаменту
визначають з розрахунку на вигин консольного виступу фундаменту
де М) ~ згинаючий момент у перерізі консольного виступу по
грані стіни або колони; /?<г робоча висота розглянутого перерізу;
/?,- розрахунковий опір арматури.
Розрахунок на продавлювання фундаменту роблять з умови:
МЖ,. (1.21)
де Р- сила, що продавлює ; а- коефіцієнт, який залежить від
виду- бетону (17]; У„- середнє арифметичне значення периметрів
верхньої і нижньої основ піраміди продавлювання
У процесі діагностики й огляду будівельних конструкцій,
будівель і споруд для визначення фізико-механічних і фізико-хімічних
властивостей матеріалів. геометричних характеристик, прогинів і
переміщень, дефектоскопії, застосовують різноманітні прилади Й
устаткування. Докладні відомості про прилади та інструменти, що
86
використовують при обстеженні, наведені в навчальній, спеціальній і
довідковій літературі з випробування конструкцій і споруд [1,2].
Основні найпростіші технічні засоби, які застосовують при
обстеженні будівель і споруд, наведені в таблиці 1.8.
Таблиця 1.8.
Технічні засоби, що застосовуються при обстеженні
будівель та споруд
Назва технічних засобів і приладів Визначаючий параметр або призначення
Слюсарний молоток, зубило Поверхнева міцність матеріалу, цілісність і монолітність конструкції
Еталонний молоток Кашкарова, молоток Фізделя, прилад КН, прилад ДПГ-4, прилади ГПНС- 4, ГПНС-5, стержні для молотка Кашкарова - 10 іпт. Поверхнева міцність бетону
Прилади УКБ-1, УКБ-ім, УК- 16П, УФ-90ПЦ. Бетон-8-УРЦ та ін. Міцність і однорідність матеріалу конструкції, дефектоскопія конструкції
Прилади УСМ-1, УЗС-10Н, переносні бетатрони та ін. Місцезнаходження і переріз арматури, а також металу в конструкціях
Рулетка стальна довжиною 10- 20 м, стальна лінійка довжиною 0,5-1м Розміри конструкцій
Кутовий масштаб Діаметр відбитку кульки молотка
Штангенциркуль, штангенглибиномір Товщина захисного шару бетону, діаметр стержнів. розміри дефектів
Вітчизняний мікроскоп, лупа з поділками через 0,1 мм Ширина розкриття тріщин
Лінзовий ендоскоп РВП-451 Огляд конструкції у важкодоступних місцях
87
Продовження та&иаа 1.8.
і 2
Електричний ліхтар Огляд конструкції у затемнених місцях
Ножівка по металу’, напилок, кусачки Відбір зразків арматури
Бінокль або фотоапарат з телеоб'єктивом Огляд віддалених конструкцій ... . . _|
Фотоапарат, відеокамера Фотографування конструкцій з і дефектами
Стальний дріт з лінійкою, нівелір з оптичною насадкою, гідравлічний прогиномір, механічні прогиноміри Прогин будівельних конструкцій
Висок з лінійкою, теодоліт 3 ; оптичною насадкою Відхилення і випинання будівельних конструкцій
; Перевірочні кутники 90° і Перпендикулярність поверхні конструкції
і Шаблони, щупи, перевірочні і лінійки, індикатор годинникового типу Виявлення непрямолінійності і неплоскісності поверхні конструкції
Лінійка дерев’яна довжиною 0,3м з поділками через 1 мм Масштабна зйомка будівельних конструкцій
Прогиноміри Н.Н. Аістова або Н. Н. Максимова, індикатор і годинникового типу Спостереження за ростом прогинів конструкції
і Назва технічних засобів і і приладів Визначаючий параметр або призначення
і Гіпсові і металеві маяки, і стрілкові важільні маяки, і індикатори годинникового типу І з насадками, відрахунковий ! мікроскоп МГІБ-2 Спостереження за утворенням і ; розкриттям тріщин
| Блокнот, олівець. ручка Для запису розмірів конструкції, результатів обстеження Для розмітки написів на конструкції
і Крейда, олівець 1
88
____________________________________Продовження таблиці 1.8.
і Набір технічних засобів і пристроїв для обстеження дефектів
будівельних конструкцій
І - ножівка по металу.
2 - налнпок,
З - штангенииркуиь
4 - метр стальний складний.
5 - лінійка.
6-кутник.
7 - кусачки;
8 - бухта стального дроту,
9 - маяки;
10 - коробка з і шести.
12 - крейда,
13 - блокнот;
14 -олівець.
15 - ручка,
16 - тарувальний графік дая молотка
Кашкароаа;
і" слюсарний молоток.
18 - зубило.
19 - молоток Каморам;
20 • стержні для молотка Кашкарова;
21 - кутова масштабна лінійка;
22 - висок,
23 - ліхтар електричний,
24 - рулетка стальна;
2. 5 - лупа збільшення,
26 - фотоапарат;
27 - запасні гепвки;
28 - бінокль;
29 - індикатор годинникового типу;
ЗО - прогиномір Н.Н. Максимом
струбциною;
31 - відрахунковий мікроскоп МПБ-2;
32 - лінзовий ендоскоп,
33 - ящик з гнидами.
в
Оцінку' якості матеріалів експлуатованих конструкцій, що
містить у собі визначення властивостей матеріалу, виявлення
відповідності цих властивостей умовам експлуатації конструкції,
призначення розрахункових опорів, роблять руйнівними та
неруйнівними методами.
89
При використанні руйнівних методів застосовують зразки,
вийняті з конструкції, які випробують у лабораторних умовах.
Нормативний опір матеріалів за результатами іспитів,
отриманих у натурі, при проведенні обстежень або за результатами
іспитів зразків конструкцій, як правило, визначають статистичними
методами.
Середню міцність матеріалів у серії іспитів обчислюють як
середнє арифметичне одиничних іспитів міцності за формулою:
де одиничний результат іспиту при визначенні міцності
матеріалу: я- число результатів (не менш 5).
Середнє квадратичне відхилення для кожної вибірки іспиту
матеріалу обчислюють за формулою:
(1.23)
ї п 1 м
Нормативний опір матеріалів призначається по гарантованому
мінімальному значенню із забезпеченістю 0,95 і визначають за
формулою:
= (1.24)
де /і- коефіцієнт, який враховує обсяг іспитів, знаходиться по
таблиці 1.9.
Таблиця 1.9.
Значення коефіцієнта 0
Кількість і зразків Кількість зразків 0
5 3,336 . н. ._. _ ... 2,438
6 3,039 12 2,387
7 2,901 15 2,282
і 8 2,689 20 2,160 |
1 9 2,584 зо 2,043 *
10 .. 2,503 .^.(більше 1,940 і
90
Способи переходу від нормативного опору до розрахункового і
величини коефіцієнтів надійності за матеріалом встановлюють
відповідно до норм проектування конструкцій з конкретних
матеріалів, з урахуванням застосовуваних методів контролю, періодів
зведення існуючих конструкцій і особливості роботи матеріалу в
конструкції.
Пошкоджені кам'яні й армокам 'ті конструкції підлягають
конструктивному підсиленню, якщо несуча здатність недостатня для
сприйняття діючих на них навантажень, тобто коли
(1.25)
де Р- навантаження, яке діє на розглянуту конструкцію;
Ф - розрахункова несуча здатність неармованої чи армованої кладки
без урахування пошкоджень; коефіцієнт зниження несучої
здатності кам'яної конструкції при наявності ушкоджень, що
стабілізувалися в часі, прийнятої по таблицям, приведених у
спеціальній і довідковій літературі [2,3].
Несучу здатність кладки Ф визначають за нормами [18]
підстановкою в розрахунку формули фактичних значень міцності
матеріалів, площ перерізу кладки, арматури, ексцентриситетів,
гнучкості тощо, що характеризують вид напруженого стану. У
формули для розрахунку конструкції підставляють середню межу
міцності кладки К, отриману за допомогою методів руйнівних і
неруйнівних. Зразки кладки, каменю або розчину' відбирають у
недонапруженних місцях , якнайближче до ослабленого перетину.
Найбільш ефективним є відбір зразків для іспиту безпосередньо з
дефектної ділянки кладки, однак, при цьому необхідно передбачити
тимчасове підсилення конструкції. Якщо марка цегли і розчину’
відомі, середню міцність кладки К приймають рівною подвоєному
значенню розрахункового опору кладки. Під фактичною площею
перерізу варто розуміти цілу неушкоджену частину перерізу, що
залишається після розчищення і видалення роздроблених,
розморожених і зруйнованих шарів кладки.
Дефекти виготовлення також враховують множенням несучої
здатності на коефіцієнт зниження міцності, який приймають по
таблиці 1.10.
91
Таблиця 1.10.
Коефіцієнти зниження несучої здатності
Характеристика дефекту виготовлення Коефіцієнт зниження несучої здатності
Відсутність перев'язки рядів кладки (тичкових рядів, арматурних сіток):
у 5-6 радах (400...450мм) 1.0
у 8-9 радах (600...650мм) 0,9
у 10-11 рядах (750.. ,800мм) 0,75
Відсутність заповнення розчином вертикальних швів 0,9
Товщина горизонтальних швів більш 20мм (3-4 шва на їм висоти кладки):
при марці розчину’ шва Мр75 і більш 1.0
те ж, Мр25-50 0.9
те ж, Мр менш 25 0,8
Основні градації ступеня ушкодження і загальних рекомендацій
з визначення необхідності посилення кам'яних і великоблочних
конструкцій, у залежності від зниження несучої здатності наведені в
табл. 1.3.
Визначення фактичної міцності бетону виконують одним з
методів місцевого руйнування малих об'ємів (витягнутих зразків,
відривом зі сколюванням), сколюванням ребра конструкції, методом
пластичних деформацій (молотком Кашкарова або Физделя,
склерометром тощо), а також за допомогою інших неруйнівних
методів [І].
Число іспитів бетону в межах однієї ділянки приймають, як
правило, не менш ЗО, при цьому’ 3-5 іспитів виконують методами
руйнування малих об’ємів безпосередньо в конструкції. На основі
результатів цих іспитів визначають коефіцієнт відповідності
результатів, отриманих різними способами:
92
де Яіе - міцність бетону при конкретному іспиті методами
руйнування малих об'ємів; міцність бетону’ при конкретному
іспиті, отримана непрямими неруйнівними методами.
Якщо коефіцієнт відповідності ке змінюється в межах 0,9 <
^<1,1, то міцність бетону, отримана у всіх інших зонах ділянки
непрямими неруйнівними методами не коректується. Якщо значення
цього коефіцієнта 0,9>Ар-1,1, то міцність бетону’, обумовлена у всіх
інших зонах ділянки непрямими неруйнівними методами коректують,
з урахуванням значення коефіцієнта відповідності:
(1.27)
Іспити з визначення міцності бетону неруйнівними методами
роблять при позитивній температурі бетону.
Розрахунковий опір арматури підсилюваних чи відновлюваних
елементів визначають за результатами іспиту- зразків, вирізаних з цих
конструкцій. При відсутності проектних даних і неможливості відбору
зразків, розрахунковий опір арматури дозволяється призначати в
залежності від її профілю: для гладенької арматури
/?,=155МПа(І600кгс/см2); для арматури періодичного профілю, що має
виступи з однаковим заходом з обох боків профілю («гвинт») К3 =245
МПа (2500кгосм"), що має виступи з одного боку- - правий, з іншого
боку’ - лівий заходи («ялинка») К3 =295 МПа (ЗОООкгс/см2).
Розташування і діаметр арматурних стержнів визначають після
розкриття і прямого виміру, а також електромагнітним або
радіографічними методами [2].
При оцінці залишкової несучої здатності та експлуатаційної
придатності залізобетонних конструкцій необхідно звертати увагу на
характер виявлених дефектів. Варто враховувати, що одні й ті самі
дефекти можуть вказувати на незадовільний стан, як за несучою
здатністю, так і за придатністю до нормальної експлуатації. Так,
ширина розкриття тріщин, нормальних до повздовжньої осі
залізобетонного згинального елемента, без попереднього напруження
в розтягнутій зоні > 0,4 мм, може одночасно свідчити про
непридатність до експлуатації в другій трупі граничних станів і про
досягнення межі текучості робочої арматури класу А- П, тобто про
втрату несучої здатності.
Найбільш характерними видимими дефектами залізобетонних
конструкцій є тріщини і прогини (див. рис. 1.20... 1.26; 1.28...1.37).
Розрізняють тріщини кесилового і силового характеру. До
тріщин кесилового характеру відносять тріщини, що з'являються в
93
залізобетонних конструкціях у процесі виготовлення (усадочні,
технологічні), у результаті температурних деформацій (при
відсутності температурних швів або помилках у розрахунках статично
невизначених систем на температурні впливи), непередбачених
просідань основ та у інших випадках. Тріщини, обумовлені силовими
впливами виникають від експлуатаційних навантажень, а також
можуть бути викликані неправильним складуванням,
транспортуванням і монтажем у випадках, якщо конструкції
піддавалися силовим впливам від власної ваги за схемами, не
передбаченими проектом.
У залежності від характеру утворення і розкриття силових
тріщин, залізобетонну' конструкцію можна вважати непридатною до
експлуатації в наступних випадках:
- утворилися нормальні тріщини в розтягнутій зоні (див. рис.
1.20) та їхня причина обумовлена текучістю арматури, межу текучості
арматури встановлюють за шириною розкриття тріщин при
=1,5 мм і більше:
- відбулося роздроблення бетону' стиснутої зони в нормальному
перерізі (див. рис. 1.24; 1.30; 1.36,г);
- відбувся розрив розтягнутої арматури;
- утворилися похилі тріщини (див. рис. 1.21; 1.32; 1.34) та їхня
причина обумовлена текучістю повздовжньої і поперечної арматури,
межа текучості встановлюється за шириною розкриття тріщин при
=1,5мм і більше;
- відбулося роздроблення стиснутої зони бетону' над похилою
тріщиною (див. рис. 1.25);
- утворилися тріщини в приопорній зоні (див. рис. 1,22) і
відбулося роздроблення бетону стиснутої зони та їхня причина
обумовлена порушенням анкеровки арматури.
Якщо ширина розкриття нормальних або похилих тріщин
більше припустимих величин, встановлюваних нормами [17], але
менше 1,5мм. залізобетонна конструкція вимагає підсилення, оскільки
зафіксовані тріщини погіршують експлуатаційні властивості,
сприяють фізичному зношенню і знижують довговічність
конструкцій.
У тих випадках, коли прогини перевищують припустимі
значення, установлені нормами [17], необхідне підсилення або заміна
залізобетонної конструкції. Причиною цього може бути текучість
арматури, що може спричинити збільшення прогину' більш 1'50
94
прольоту або роздроблення бетону від стиску з текучістю арматури,
що характеризується прогином конструкції який в 1,5 і більш раз
перевищуює нормативний.
З умови хиткості, додатковий прогин для незв'язаних із
сусідніми елементами плит перекриттів, сходових маршів,
майданчиків тощо, від короткочасно діючого зосередженого
навантаження ІкН при найбільш невигідній схемі її прикладання, не
повинний перевищувати 0,7мм.
Визначення несучої здатності та експлуатаційної придатності
залізобетонних конструкцій роблять відповідно до діючих
нормативних документів, з використанням даних, отриманих при
обстеженні. Розрахунки виконують в один чи два етапи.
На першому егапі визначають несучу-' здатність перерізів,
ширину розкриття тріщин і інші необхідні параметри.
Умови, при яких залізобетонна конструкція вважається
придатною до експлуатації без підсилення або відновлення. має
вигляд:
<128)
~ (1-29)
/<[/]. (1.30)
де Р - фактичне зовнішнє зусилля (повздовжня сила А’,
згинаючий момент А/, поперечна сила Оу. Ри - теоретична несуча
здатність перерізу елемента; 5 фактичні геометричні характеристики
перерізу. Я/,„ - нормативний опір бегону, що визначається за
фактичною середньою кубмковою міцністю бегону /? ; коефіцієнт
надійності за бетоном; - коефіцієнт умов роботи бетону; -
коефіцієнт надійності за арматурою; у,.> - коефіцієнт умов роботи
арматури; /?,„ - нормативний опір арматури, що обчислюється за
нормами за результатами механічних іспитів; - відповідно
розрахункова ширина розкриття тріщин і прогин, обчислені при
фактичних міцносних характеристиках бетону та арматури,
геометричних розмірів з урахуванням знижуючих коефіцієнтів, що
враховують зміну властивостей бетону, арматури і зчеплення
арматури з бетоном [1,14].
У розрахунках приймають фактичну площу перерізу арматури
множенням на коефіцієнт, який враховує ступінь ослаблення площі
перерізу арматури корозією
95
лі г 12
к = _<^_Д.*100%! (1.31)
де і/й- вихідний діаметр арматури: аК середній збережений
діаметр прокородуваної арматури, що обчислюють. використовуючі
формулу- (1.2)
* к К (1.32)
сі ~—УХ* - середнє арифметичне значення ослабленого
т /=і
діаметра; р - коефіцієнт, що враховує обсяг вибірки (див. табл.1.7);
- середнє квадратичне відхилення.
У тому- випадку, коли збережений діаметр арматури складає
.менш 50% вихідного, ці стержні в розрахунках не враховуються.
Якщо в результаті розрахунків на першому етапі не
задовольняється хоча б одна з вимог граничних станів, а при цьому
різниця між отриманим і припустимим за нормами значенням не
перевищує 25% , виконують другий етап. При різниці більш 25%
розрахунки другого етапу не роблять, а конструкція підлягає
підсиленню.
На другому етапі методами статистичного моделювання
(методом лінеаризації чи методом Монте-Карло) [1] визначають
надійність конструкції, тобто початкову ймовірність безвідмовної
роботи за першою Р> і за другою А групами граничних станів, на
момент обстеження. При одночасному виконанні двох нерівностей
Рі> 0,9986 і Рз2:0.95 залізобетонна конструкція вважається
придатною до подальшої експлуатації, у протилежному випадку
потрібно підсилення.
Розрахунки сталевих конструкцій , що мають дефекти,
виконують з метою встановлення:
• можливості експлуатації конструкції без обмеження;
• необхідності підсилення конструкції;
• можливості експлуатації конструкції з обмеженнями до
моменту ремошно-відновлювальних робіт;
» необхідності негайного припинення експлуатації конструкції
з метою попередження аварійної ситуації.
96
При випробуванні сталі експлуатованої конструкції
встановлюють: хімічний склад з визначенням вмісту елементів,
передбачених державними стандартами [19], межу текучості о;„
тимчасовий опір <Т| і відносне видовження Є. шляхом випробування на
розтягання, ударну в'язкість. Зразки для іспиту- вирізують з мало
напружених зон сталевих елементів. При ньому' вирізи повинні бути
плавними, без надрізів, місця вирізки зразків повинні бути посилені
(рис. 1.50).
Рис. 1.50 Місця відбору зразків
а - у байках, 6-у фермах, 1 зразки, які були вирізані.
Відбір проб для іспитів сталі проводять окремо для кожної
партії сталі, до якої відносяться елементи одного виду прокату, що
входять в однотипні елементи конструкції однієї черги будівництва.
Кількість зразків і проб у кожній партії сталі повинні бути для
конструкції і партії відповідно не менш: для визначення хімічного
97
складу - 1,3: механічних характерне гик - 1.10; ударної в'язкості - 3,6,
розподілу сірчистих включень - 1,2.
Для іспиту на розтягання використовують пропорційні
циліндричні або плоскі зразки діаметром чи товщиною в робочій
частині 3,0 мм і більше, з початковою розрахунковою довжиною
- 5.65^4^ чи £0 = 1де Ац - площа поперечного перерізу
зразка в робочій частині.
Межа текучості і тимчасовий опір сталі за результатами іспитів
зразків обчислюють за формулою:
ЯПС>=СТП-Д5Л, (133)
де - межа текучості або тимчасовий опір
Ои- середнє арифметичне значення межі текучості оу чи тимчасового
опору су, за даними іспитів: 5Л - середнє квадратичне відхилення
результатів іспитів (див. формулу (1.23)); [і - коефіцієнт, що враховує
обсяг вибірки і визначається по табл.1 9.
Фізичну межу текучості при іспиті визначають за формулою:
(134)
де Л«м - мінімальне навантаження, при якому з'являються
пластичні деформації зразка.
Тимчасовий опір при іспиті зразку визначають за формулою:
р /
СТН = "““У}- (1.35)
де Рпт - розривне зусилля.
Дія елементів, що мают ь корозійне зношення із утратою площі
перетину понад 25% або залишкову після корозії товщину 5 мм і
менш, розрахункові опори сталі знижують, множачи на понижуючий
коефіцієнт уа, який приймають рівним: при слабко агресивному
середовищі %г 0.95: при середньо агресивному середовищі у, =0.9; при
сильно агресивному - у,г=0,85.
Розрахунковий опір зварних швів конструкцій, які підлягають
посиленню, допускається приймати: для розтягнутих стиків швів
конструкцій, виготовлених до 1972 року.
=0.75^:/^, =1.25;^ =0.7^; =1.0;Гг =О.8[5,8]
98
Перевірку міцності центрально розтягнутих і центрально
стиснутих елементів, які мають симетричні ослаблення перерізів,
виконують за формулою:
“ <136>
4/
де .¥ - повздовжня сила; - розрахунковий опір сталі
підсилюваного елементу; % - коефіцієнт умов роботи; 4/ - площа
ослабленого перерізу (вирізи, надрізи, корозія).
При рівномірному корозійному зношенні розрахункову площу
поперечного перетину визначають за формулою:
4/=А(1“М*)> (1,37)
де Ас - площа поперечного неослабленого перерізу; км -
коефіцієнт злитості перерізу, який дорівнює відношенню периметра,
що контактує із середовищем, до площі поперечного перерізу;
приблизно величину коефіцієнта км можна приймати рівною: для
кутиків - 24, для швелерів і двотаврів - 4 (т ‘ сі), для замкнених
профілів - 1/1 (Тієї - відповідно товщина полиці і стінки); А* - величина
проникнення корозії, А*^А - при однобічній корозії замкнених
профітів, Д*4),5Д - при двосторонній корозії відкритих профілів
(куточків, швелерів, двотаврів тощо) (А- зменшення товщини
елементу, яке дорівнює різниці між початковою і фактичною
товщинами елементу).
Перевірку міцності згинальних елементів, з ослабленням
перерізу роблять за формулою:
(1,38)
де А/ - згинаючий момент: - розрахунковий момент опору
ослабленого перерізу (вирізи, надрізи, корозія).
При рівномірному корозійному зношенні розрахунковий момент
опору визначають за формулою:
(1-40)
де И'с - момент опору неослабленого перерізу; кте- коефіцієнт
зміни моменту* опору в результаті зношення, що визначається по
таблиці 1.11.
99
Таблиця 1.11.
Значення коефіцієнтів к,«ї і к,к> для прокатних профілів.
Швелери Двотаври
Номер профілю Кетта КвИїу Номер профілю К-дах
12... 16 0,28 0,26 20... 24 0,25 0,23
18... 22 0,25 0,24 27... ЗО 0,22 0,2
24... ЗО 0,22 0,2 36... 50 0,17 0,15
36... 40 0,18 0,17 60 0,13 0,11
Перевірку міцності при несиметричному ослабленні, а також
для позацентрово розтягнутих і позацентрово стиснутих елементів
роблять по площі нетто, з урахуванням ексцентриситету від зміщення
центру* ваги ослабленого перерізу з використанням компенсуючих
добавок зусиль за формулою:
(у+у ї , к+мук , ,, (141)
схі^с
де %аУс ~ координати найбільш напруженої точки реального
поперечного перетину’ щодо головних осей х-х і у-у неослабленого
перерізу; Іхп, Іуп - геометричні характеристики неослабленого
перетину’ нетто; п, Сх, Су - коефіцієнти, значення яких приймають по
таблицям норм [19].
Компенсуючі добавки зусиль знаходять за формулами:
№« = аосМос’;'
У формулах (1.42):
напруження в центрі ваги площадки ослаблення ,4®“ :
(1.42)
(143)
(1.44)
100
де А, Іх, Іу - геометричні характеристики неослабленого перерізу
брутто; хоа', у™ - координати центру ваги майданчику ослаблення А°СІІ
в осях х-х і у-у; І - моменти інерції ослаблення.
Стиснуті елементи із суцільними стінками, що мають загальне
скривлення, розраховують як позацентрово стиснуті з відносним
ексцентриситетом/ ’ ••Мї.і
... < Л/И> ,
(1.45),
(1.46)
де £0- стрілка скривлення стержня в' нснапруженбму стані;
А - розрахункова площа перерізу брутто; ’ '
= 0.82+ 0.1^%/, , .. (1.47)
Я - умовна гнучкість стержня в площині скривлення;
г] - коефіцієнт впливу форми перерізу, прийнятий за нормами [19].
Стрілку скривлення стержня в ненавантаженому стані
визначають за формулою:
/о=^оЛ> (1-48)
де - повна стрілка скривлення, отримана при обстеженні;
у0 - поправочний коефіцієнт (0 < у/ < 1)
^/() =1-0.1Л2°А ' ' (1.49)
<у' - напруження в стержні в момент виміру стрілки
Якщо зусилля в стержні №0 в момент виміру стрілки
скривлення визначити неможливо, слід приймати ^0=1.
Перевірочні розрахунки дерев'яних конструкцій виконують з
тою ж метою, що і для сталевих конструкцій.
Перевірку міцності центрально розтягнутих дерев'яних
елементів, що мають симетричні ослаблення (надрізи, отвори,
ушкодження від біологічних і хімічних впливів) роблять за формулою:
101
(1.51);
де № повздовжня сила; А,- площа ослабленого перерізу нетто;
при визначенні А„ ослаблення, розташовані на ділянці довжиною до
200мм, слід приймати суміщеними в одному перерізі;
Кр - розрахунковий опір деревини розтяганню вздовж волокон,
прийнятий за нормами [20] у залежності від сорту деревини, з
урахуванням коефіцієнтів умов роботи (умов експлуатації, тривалості
дії навантаження, розмірів перерізів, послаблень та ін.).
При несиметричному ослабленні перерізів, а також для
розтягнутих елементів, перевірку міцності роблять за
позацентрово
формулою:
А
(1.52)
де М -
4, «'„К '
згинаючий момент; ]¥п - момент опору ослабленого
перерізу; /?„ - розрахунковий опір деревини вигину, у якій приймають
за нормами, у залежності від сорту деревини і розмірів перерізу, з
урахуванням коефіцієнтів умов роботи.
Перевірку міцності згинальних елементів, за нормальним
напруженням виконують за формулою:
М
і- №
> розр
(1.53)
Де №Розр ~ розрахунковий момент опору поперечного перерізу
елемента.
Для цільних елементів приймають 0%^, =И'„; для складених
елементів на піддатливих з'єднаннях її'рОЗр=ІУ„кк. При визначенні И'„
ослаблення перерізів, розташованих на ділянці елемента довжиною до
200мм, приймають суміщеними в одному перерізі. Значення
коефіцієнта Лн.для елементів, складених з однакових шарів, наведені у
таблиці 1.12. : • >... ., .і. ....
. сг . ІЗ. .і • ЧНЧ’ГЬ / ; ' ?> ’.,о і Ту..
102 ;
’ йу . :мгг.> .< ' - Таблиця Д.Д •
Значення коефіцієнта к„
Число шарів в елементі Прольот складеного елемента, м
2 4 6 9 і більше
2 0,7 0,85 0,9 0,9
3 0,6 0.8 0,85 0,9
10 0,4 0,7 0,8 0,85
Міцність згинальних елементів при сколюванні перевіряють з
умови:
' О-54)
10 і-г»
де - поперечна сила; 5- статистичний момент брутто зсуваної
частини поперечного перерізу елемента щодо нейтральної осі:
/ - момент інерції брутто поперечного перерізу елемента щодо
нейтральної осі; розрахунковий опір деревини сколюванню при
вигині, прийнятий за нормами, у залежності від сорту деревини, виду7
з'єднань, з урахуванням коефіцієнтів умов роботи.
Центрально стиснуті елементи постійного суцільного перерізу,
що має симетричні ослаблення перерізів, перевіряють:
за міцністю: ?
Д' * «
— <Яе; «иєгійн (1.55)'
А
за стійкістю: єтл".
(1.56)
<рА
я» і?
У формулах (1.55) і (1.56): N - повздовжня сила;-
- розрахунковий опір деревини стисненню вздовж волокон,
прийняте за нормами, у залежності від сорту деревини і розмірів
перерізу, з урахуванням коефіцієнтів умов роботи; А„ - площа нетто
ослабленого поперечного перерізу.
Розрахункову площу7 поперечного перетину елемента А^
приймають рівною: при відсутності ослаблень або при ослабленнях у
небезпечних перерізах, що не виходять на крайки, якщо площа
ослаблень не перевищує 25% площадки перерізу брутто Л, Ар^А; і
при ослабленнях, що не виходять на крайки, але перевищуючих 25%
103
А, Артр~(4?3)Ак при симетричних ослабленнях. що виходять на крайки
Арозр-•
Коефіцієнт повздовжнього згину <р визначають у залежності від
гнучкості елемента Л =е0 /г за формулами:
приЛ < 70,ф = 1-0
приЛ >• 7С),ф = ЗООО/Л2;
(1.57) '
. . .,
де ео- розрахункова довжина елемента, що залежить від способу
закріплення його кінців; г - радіус інерції поперечного перерізу
елемента, г =
Згинаючі елементи, перевіряють по твердості
: рл * у «’т'ГЖ- -і.
•у 058)
де / - прогин, що залежить від розрахункової схеми; І - ,
розрахунковий прольот; /П{ЛҐО1 - граничний відносний прогин, ,
прийнятий за нормами [20] для різних видів конструкцій.
По закінченню всього циклу робіт з обстеження й оцінці
придатності матеріалів і конструкцій, складають висновок про ,
технічний стан конструкцій будівель і споруд. Цей висновок є
основою для рішення про доцільність підсилення або відновлення
будівельних частин об’єкта.
1.4. Матеріали для посилення і відновлення конструкцій
При проведенні робіт з посилення і відновлення
експлуатаційних якостей будівельних конструкцій, матеріали
вибирають на підставі оцінки їхньої техніко-економічної ефективності
у кожному окремому випадку.
У процесі ремонту’, підсилення і відновлення кам'яної кладки
застосовують цементні, цементно-вапняні, цементно-глиняні розчини.
Для економії в'яжучих у розчини вводять тонкомелені добавки.
Портландцемент, який використовують для розчинів, не повинний
мати високої активності. Марки цементу' (в’яжучого), що відповідає 1
межі міцності при стиску, приймають у межах 20...40 МПа,
Цементний розчин для захисних штукатурок, закладення гнізд,
борозен, отворів, щілин тощо, застосовують марки не нижче МІ50,
104
Марки розчину і каменю для кам'яної кладки визначають за техніко-
економічними показниками, однак не нижче міцності підсилюваної
конструкції.
Ефективність підсилення залізобетонних конструкцій
визначається якістю бетонної суміші, видам і крупнісію заповнювача.
За винятком масивних конструкцій, крупність заповнювача бетонів
підсилення приймають не більш 20мм, а при підсиленні обоймами
товщиною 70..,120мм - не більш 10мм. Пісок застосовують з модулем
крупності не нижче 2,2...2,5, з кількістю порожнин не більш40%.
Склад бетону' повинний забезпечувати проектну міцність елементів і
якісне ущільнення бетонної суміші. Клас бетону1 підсилення
приймають відповідно до конкретних умов, однак не нижче класу
бетону' посилюваної конструкції і не нижче В15 - для надземних
конструкцій і В12,5 - для фундаментів. Для прискорення твердіння
бетону рекомендується застосування швидкотвердіючих цементів і
добавок прискорювачів твердіння. При підсиленні бетонних і
залізобетонних конструкцій нарощуванням «сорочками» і обоймами,
варто використовувати портландцемент марки не нижче 400.
Мінімальну’ товщину- захисного шару бетону попередньо
напружуваної арматури приймають рівною 20мм.
Для елементів підсилення залізобетонних конструкцій без
попереднього напруження застосовують робочу арматуру класів
А-І. А-ІІ, А-ІП; для попередньо напружених конструкцій підсилення
(шпренгелів, стягелів) - А-ПІв, А-ІУ, А-У, АЛЛ, арматурні канати
класів К-УП, К-ХІХ. У конструкціях, експлуатованих в агресивних
умовах, використовують ненапружену арматуру класів А-ІІ і А-ІП,
відповідно марок 18Г2С и 25Г2С и напружену - класів Ат-ІУК,
Ат-УСК, Ат-УІК. Конструкції підсилення з канатів і пучків
високоміцного дроту, розташованих у відкритих каналах або пазах,
застосовують у неагресивних і слабко агресивних середовищах.
При підсиленні сталевих конструкцій слід враховувати умови
їхньої роботи. Якщо ці конструкції працюють при температурі нижче
за -30бС та в особливо тяжких умовах (наприклад, у металургійних
цехах)- застосовують спокійну (СП), а в інших випадках -
напівспокійну (ПС) або киплячу (КП) сталь. Низьколеговані сталі, що
мають підвищену міцність, використовують при підсиленні
конструкцій, що зазнають великих зусиль або безпосередній вплив
динамічних навантажень. В усіх випадках, вибираючи марку сталі для
1 і ' . І!-. - . Л • . .
105
конструкції, яку розраховують, необхідно керуватися вказівками
нормативних документів [19].
Типи електродів для ручного дугового зварювання елементів
металевих конструкцій і нарощування швів вибирають у залежності
від марки сталі, що зварюється. Для зварювання елементів зі сталі СтЗ
використовують електроди типу 342 чи 346, а при необхідності
підвищеної пластичності звареного шва - електроди типу 342А або
346Т.
Для болтових з'єднань застосовують болти грубої, нормальної і
підвищеної точності, які задовольняють вимогам державних
стандартів. Підсилення заклепкових з’єднань здійснюють
високоміцними болтами з попереднім напруженням, за допомогою
тарувальних ключів.
Ремонт і відновлення дерев'яних конструкцій найчастіше
пов'язаний з неякісним захистом від безпосереднього зволоження
атмосферними чи технічними водами, недостатньою термо- або
пароізоляцією, відсутністю систематичної просушки чи
провітрювання деревини, незадовільним захистом від гниття й
ентомологічних руйнівників. Антисептування деревини роблять
способом суперобмазок і бандажів. Для антисептування стовпів, які
закопують у землю, застосовують випалення із просоченням і
осмолкою. Як антисептики використовують водяні розчини
фтористого і содового натрію (концентрація 3...4%),
кремнефтористого натрію (3...4%), кремнефтористого амонію
(5... 10%), хлористого цинку (5%), паст на основі бітумних матеріалів,
кузбасслак та ін.
Захист дерев'яних конструкцій від загоряння здійснюють
вогнезахистними сполуками - актиперенами (борною кислотою,
бурою, сульфатом амонію та ін.). Для захисту зовнішніх поверхонь
застосовують атмосферостійкі сполуки [9,20].
При підсиленні і відновленні конструкцій і частин будівель,
поряд із традиційними будівельними матеріалами, усе більше
поширення набувають нові матеріали з пластичних мас (полімери).
Сучасні полімери, використовувані у будівництві, можна розділити на
дві групи: полімеризаційні пластмаси і пластмаси, одержані в
результаті хімічних реакцій. До першої групи пластмас відносять:
полівінілхлорид (ПВХ), полівінілацетат (ПВАЗ), полімерметил-
метакрилат (ПММА). Полівінілхлорид (ПВХ) є найбільш
розповсюдженим представником цієї групи пластмас, він
106
випускається листами товщиною до 20мм і називається вінілпластом.
Полівінілацетат являє собою безбарвну рідину з характерним запахом
і застосовується як зв'язувальна речовина. Полівінілацетатну емульсію
(ПВАЗ) використовують як пластифікатор бетонних сумішей.
Полімерметилметаллкрилат (ПММА), або органічне скло, широко
відомий за назвою плексигласу.
У другу' групу входять синтетичні смоли. У будівництві вико-
ристовують поліамідні, поліуретанові і епоксидні смоли. Поліамідні
смоли застосовують у виробництві лаків і водостійких клеїв.
Поліуретанові смоли використовують, переважно, у ваді пінопластів,
вони є основою для виробництва клеїв. Епоксидні смоли є основою
для антикорозійних гідроізоляційних покрить, лаків і емалей.
При виконанні бетонних робіт, синтетичні смоли застосовують
у вигляді добавок для підвищення міцності, поліпшення властивостей
цементних бетонів і як антикорозійний захист. При підсиленні і
відновленні конструкцій з використанням цементних бетонів,
рекомендується застосовувати полімерцементні сполуки як тонкі
клейові прошарки для забезпечення міцного контакту між старим і
свіжим бетоном. У цих випадках очищену і зволожену поверхню
старого бетону покривають шаром товщиною 1-2мм і сумішшю ПВАЗ
і портландцементів складу 1:1, а потім наносять звичайний бетон.
Антикорозійний захист бетону найбільш ефективний з
використанням фаїзола. Фаїзол являє собою штукатурні сполуки, до
яких входять фурфуролацетоновий мономер ФА, отверджувач БСК і
різні наповнювачі. Межа міцності покрить з фаїзола при стиску
2О...ЗОМПа, при розриві 3...7МПа; пористість 1...3%;теплостійкість -
до 200°С. Внаслідок відзначених якостей, фаїзолові покриття служать
не тільки антикорозійним захистом, але і посилюючим елементом
конструкції у вигляді обойми. Покриття з фаїзола мають добре
зчеплення з бетоном.
Нове конструктивне рішення підсилення, під навантаженням
стиснутих стержнів сталевих будівельних ферм, полягає у
використанні замість зварювання полімерного клею, що наноситься на
поверхню контакту підсилюваних і посилюючих елементів, і
високоміцних болтів, розташованих тільки на ділянках вузлових
фасонок [10]. Як полімерний клей, рекомендується клей ЗЛ-19, що
складається з епоксидної смоли ЗД-20, ствердженої поліамідною
смолою Л-19 і наповненою цементом М600.
107
При підсиленні і відновленні конструкцій підприємств хімічної
промисловості, що експлуатуються в агресивному до бетону’ і сталі
середовищі, ефективне застосування незнімної склопластикової
опалубки, виготовленої із скловолокон, просочених полімерним
зв'язуючим на основі епоксидних чи поліамідних смол.
Розроблено інші ефективні методи підсилення і відновлення
будівельних конструкцій з використанням матеріалів із пластичних
мас [14].
108
2 Зміцнення основ будівель, яЙІ ^еіонструюірхь,
‘ ‘ \ та аварійних будівель
Збільшення несучої здатності основ будівель і споруд може бути
здійснено двома основними способами. Перший з них - фізико-
хімічний спосіб, зв’язаний з ін'єкцією закріплюючих реагентів, у
результаті якого перетворюються будівельні властивості грунту основ,
значно підвищується його несуча здатність і різко знижується
деформативність. Другий спосіб, конструктивний, заснований на
заходах з ущільнення слабких ґрунтів або із влаштування огороджень,
обойм опускних колодязів тощо, що обжимають слабкі ґрунти, у
результаті чого відбувається зміцнення грунту основи, безпосередньо
під фундаментом. ' ’ ’ -
я--> ’ _ . ’ '•ТН'3' «./.•»’*•>
2Л. Закріплення грунтів основ
Цементацію грунтів застосовують для зміцнення нагнітанням
цементного розчину підвалин (рис. 2.1), складених з пісків середньої
крупності, великих і гравелистих, а також, з гравійних і галечникових
ґрунтів, з коефіцієнтом фільтрації від 80 до 500 м/доб.
Рис. 2.1. Хімічне закріплення грунтів нагнітанням у основу розчинів
(цементація, бітумізація, сілікация, смслізация тощо);
1 - існуючі фундаменти; 2 - технологічні колодязі; 3 - ін’єктори, які
занурюються з колодязі у горизонтальному напрямку; 4 - напрямок занурення
ін’екторів; 5 - закріплений ґрунт; приміщення для розміщення технологічного
обладнання.
109
Грунт, заін'єктований розчином у межах його поширення
кам'яніє, порожнечі в основі ліквідуються. Як ін'єкційний розчин
використовують: розчин цементу у воді (1:1), а також цементно-
піщаний з ВІД = 0,5...4, цементно-глинистий, цементно-піщано-
глинистий розчини.
Для приготування розчинів рекомендується використовувати
звичайний портландцемент марки не нижче 400. Розчин нагнітають
через ін’єктори зі сталевих труб, діаметром 27...150 мм, які мають
перфоровані частини, довжиною 0,8...! м. Тиск при нагнітанні складає
0,3...0,6 МПа. Радіус області закріпленого грунту застосовують у
межах від 1,2...2м, для тріщинуватих скелястих порід, до 0,3...0,5 - у
пісках середньої крупності.
Нагнітання розчину в ґрунт продовжують до появи так званого
“відмовлення” у поглинанні розчину ґрунтом, під яким розуміється
зниження витрати ін’єкіуємого розчину до 5... 10 л/хв при звичайному
тиску розчину- біля устя в межах 0,1...0,5 МПа. На 1 м3 укріпленого
грунту витрачають 0,15...0,4м3 розчину.
Силікатизацію застосовують для піщаних однорідних грунтів,
що мають коефіцієнт фільтрації в межах 2...80 м/сут. Цей спосіб
закріплення заснований на застосуванні силікатних розчинів і їхніх
похідних, які при з'єднанні з коагулянтом утворюють гель кремнієвої
кислоти, що цементує частки ґрунту', головним чином, просадного.
Якщо вміст у ґрунті солей кальцію і магнію менш 0,6 мг-зкв.
застосовують двурозчинний спосіб силікатизації, в інших випадках -
однорозчинний. При двурозчинному способі, через ін’єктори зі
сталевих труб діаметром 19...38 мм, забитих на задану’ глибину,
закачують по черзі розчини силікату’ натрію (рідкого скла) і коагулянт
- хлористий кальцій. Утворений у результаті змішування гель
кремнієвої кислоти, додає грунту’ міцність при стиску в межах 1,5,..5
МПа і водонепроникність.
При однорозчинному способі силікатизації закачують один
гелеутворюючий розчин, приготовлений із суміші силікату’ натрію
(рідкого скла) з коагулянтом - ортофосфорною кислотою чи
алюмінатом натрію. Утворення гелю в ґрунті, при змішуванні цих
розчинів, відбувається в заданий час, що залежить від якості
коагулянту’. Закріплений однорозчинною силікатизацією грунт має
міцність на стиск 2...5 МПа.
При високому розташуванні рівня підземних вод, поганому’
стані кладки фундаменіу або економічній доцільності прорізки всієї
ПО
просадної товщі грунту декількома заходками, фунт закріплюють не
окремо розташованими опорами, а системою опор, у вигляді суцільної
подушки з передачею на неї всього навантаження (див. рис. 2.1).
Напруження на незакріплений грунт, яке передається через
подушку закріпленого грунту, визначають за формулою
' ' + А + ...
д у Ьт-1 :
де Ь„ — ширина подушки закріпленого ґрунту; Р; - вертикальне
навантаження від надземних конструкцій, включаючи фундамент; Р? -
вага подушки закріпленого ґрунту; Р? - вага грунту на обрізах
подушки; Р() - зусилля від зчеплення бічної поверхні подушки із
закріпленого ґрунту з незакріпленим
''' б? ” Рп = Р4-2-к„- і; (2.2)
ь ~ь
І1=——
Ь - ширина існуючого фундаменту; к,„ - висота подушки
закріпленого грунту.
Несуча здатність основи вважається достатньою, якщо
виконується умова:
ц <у<ртш. (2.4)
де Рпшх - максимальний початковий просадний тиск.
У багатьох випадках дуже ефективним виявляється
застосування газової силікатизації. Цей спосіб закріплення
просадочного ґрунту являє собою нагнітання в ґрунт двоокису
вуглецю, для попередньої його активізації, з наступним накачуванням
силікатного розчину. Після нагнітання силікатного розчину в грунт,
знову накачують двоокис вуглецю. Спосіб газової силікатизації
дозволяє закріплювати лесові ґрунти в більш широкому діапазоні
їхньої вологості. Досвід закріплення ґрунтів газовою силікатизацією
основ житлових будинків, які деформувалися, у м. Мелітополі, у
містах Донецької області, [7] показав, що модуль деформацій і питоме
зчеплення грунту на 35—200% вище, ніж при звичайній силікатизації.
Електрохімічне закріплення застосовують для підвищення
несучої здатності і деформативності глинисто - пилуватих і глинистих
ґрунтів, з коефіцієнтом фільтрації менш 0,01 м/доб. Цей спосіб
111
заснований на сполученні впливу постійною електричного струму на
грунти і хімічних добавок, що вводяться в нього. Гак, при
електросилікатизації, електричний струм прискорю* й полегшує
проникнення хімічних розчинів у ґрунт. Умовою його застосування с
наявність водонасичених ґрунтів. Ін’єктори- електроди занурюють у
грунт з двох боків фундаменту через 0,6...0.8 м. Закріплення
ослабленого грунту ведуть уздовж фундаменту заходами знизу нагору.
Для зменшення обсягу незакріпленої зони, ін’єктори доцільно
занурювати в ґрунт під кутом 10... 15° (рис. 2.2). (
Рис. 2.2. Електрохімічне закріплення водонасичених тлинистих. пилуватих та
мулистих грунтів (електросилікатизація, електролітична обробка, електроосматичне
ущільнення):
1 - існуючий фундамент; 2 - ін’єктори електроди (або стержні електроди), які
занурюють з поверхні; З -закріплений масив грушу: 4 -чертове положення ін’скгорів
електродів (або стержнів електродів ); 5 - цегляна стіна; 6 відкрию пазуха
фундаменту.
Для електросилікатизації використовують розчини рідкого скла
і хлористого кальцію.
У випадку застосування способу електроосмотичного
ущільнення в ґрунт хімічні добавки не вводять. В електричному полі
зв'язана з ґрунтом вода переходить у вільну і від стержнів-анодів
прямує до голкофільтрів-катодів, звідки й відкачується. У результаті,
відбувається зневоднювання й ущільнення грунту.
Існують і інші способи зміцнення грунтів, за допомогою ін'єкцій
у ґрунт різних розчинів - глинистих (глинизація), лужних
(залужування), карбамідних смол з отверджувачами (смолізація).
Незважаючи на очевидні достоїнства перелічених способів
закріплення основ, усі вони мають низку недоліків. Насамперед, ґрунт
повинен мати досить високу проникність, від чого залежить
рівномірність розтікання розчинів і ефективність його зміцнення.
Розчин, що нагнітається, не створює міцного зчеплення конструкцій
фундаментів з основою, у результаті чого не відбувається закріплення
конструкцій у ґрунті. Нарешті, використання деяких токсичних
складових ін’єктованих розчинів (хлористих з'єднань, карбамідних
смол тощо) може несприятливо відбитися на екологічному стані
ґрунтів, що оточують споруди.
Термічне закріплення засноване на нагнітанні в ґрунтовий масив
теплового потоку, що, проникаючи в порожнини обпалює ґрунт,
збільшує його міцність і ліквідує просадні здатності до здимання.
Випалювання ґрунтів роблять через спеціальні герметизовані або
відкриті свердловини (рис. 2.3).
113
Рис. 2.3. Термічне закріплення грунтів:
1 - існуючий фундамент; 2 - свердловини, 3 - форсунка з наконечником;
4 - полум’я; 5 - закріплений грунт; 6 - спрямовуюча трубка, яка подає паливо.
Просадочні ,ґрунти варто випалювати на всю глибину
просадочної товщі, а в інших випадках - на глибину, ..обумовлену
розрахунками за двома групами граничних станів. Як джерела тепла
при випалюванні за допомогою нагрівальних елементів (форсунок,
пальників тощо) використовують усі види палива, у тому числі й
електроенергію. Технологічну схему випалювання і проект виконання
робіт складають з урахуванням рекомендацій, викладених у
посібниках до нормативних документів [7,11,16]. За допомоґою
термічного закріплення можна негайно припинити процес просідань, у
тому числі й аварійних, викликаних зволоженням ґрунтів під
навантаженням.
114
Нарешті, приведемо ще один ефективний спосіб зміцнення
підвалин - електроіскрове ущільнення водонасичених пісків і лесових
грунтів. Цей спосіб полягає в тому, що в грунті між двома
електродами виникає високовольтний розряд. У результаті
імпульсного удару у водонасичених пісках з'являється високий тиск,
що зветься гідродинамічним ефектом, який і ущільнює ґрунт. У
лесових грунтах, під впливом високовольтного, розряду, руйнується
його природна структура, а під впливом шарів ґрунту, ґцр лежать
виіце, відбувається ущільнення. ' •
2.2. Конструктивні методи зміцнення основ
Конструктивні заходи щодо зміцнення ґрунтів основ
експлуатованих будівель також можна розділити на два основних
види. Перший вид зміцнення ґрунтів заснований на їхньому
ущільненні, за допомогою паль з різних матеріалів, що заповнюють
попередньо пробурені свердловини. В другому випадку, зміцнення
основ настає в результаті улаштування навкруги фундаменту різних
стінок або колодязів.
Глибинний спосіб ущільнення грунту заснований на зануренні
штампів, що утворюють свердловини з витисненням ґрунту з цих і
його ущільненням навкруги ' свердловин. Занурення штампів
здійснюють забиванням, вібруванням чи буравленням. Для
глибинного ущільнення слабких, насипних і лесових ґрунтів
використовують гідравлічні ущільнювачі, які руйнують і ущільнюють
структуру ґрунту за допомогою великого тиску, переданого
звичайним переносним гідропресом [7]. Цей тиск передається на
стінку свердловини через водонепроникні ущільнювачі циліндричної
форми, які дозволяють збільшити первісний діаметр свердловини з
0,15...0,2 до 2 м. Свердловини можуть бути розташовані як
вертикально, так і похило (рис. 2.4).
115
Рис 2.4. Глибоке ущільнення основи методом продавлювання свердловин:
а - з вертикальним розміщенням свердловин; б - те ж саме, с похилим; в -- теж
саме, з комбінованим; 1 - існуючий фундамент; 2 - ґрунтова паля; 3 -- ущільнена зона
при одноразовому продавлюванні; 4 - теж саме, при багаторазовому; 5 - слабкий
грунт; 6 міцний і руні.
Свердловини заповнюють піском, щебенем або цементно-
грунтовими сумішами з їхнім наступним ущільненням. Такими
палями можна ущільнювати пухкі піщані ґрунти, пилуваті або чисті
піски, піщані фунти з тонкими прошарками суглинків і мулів,
заторфовані грунти, слабкі глинисті грунти, а також мул, слабкі
насипні і лесові фунти.
Ступінь ущільнення грунту може бути виміряна за різницею
коефіцієнтів порожнинності природньої будови і ущільненого
ґрунту є,. Величину цих коефіцієнтів можна одержати шляхом
дослідного визначення щільності водонасиченості грунту
непорушеної структури, відібраного зі свердловин фунтоносами.
При відсутності таких даних еп визначають за ваговою
вологістю водонасиченого ґрунту \¥ за відомою формулою механіки
ґрунтів:
е^-К-у, (2.5)
<' де у- питома вага грунту. . ни.; ,.?,.;.:
Для піщаних грунтів коефіцієнт пористості ущільненого фунту
визначають за формулою;
' ’ і 1* . ї ‘1
С; Рі (^тах ^тіп)
116
ширину
де рі - відносна щільність піщаних ґрунтів. р: - 0,7. .0,8; і
ем/и - коефіцієнти пористості, відповідно в самому пухкому і самому
щільному стані.
Для глинистих водонасичених грунтів, Є[ визначають наближено
за формулою:
0.5ИД. (2.7)
де Ир - нижня межа пластичності; ІД - число пластичності.
Площу ущільненої основи визначають, приймав
додаткової смути га контуром фундаменту 0.2Л. тобто:
Л - 1,2Ь (І + 0.2Ьі.
де І - довжина фундаменту. Ь ширина фундаменту.
Загальне число паль обчислюють за формулою:
І2А
п - -—
(0
де О - площа перерізу отворів на І ,м‘ площі А
1 + ?о
й) - площа перерізу занурюваного шта
використовують при виконанні робіт.
Необхідну вагу піску- на 1 м піщаної палі можна визначити за
формулою:
(2.9)
який
(2.11)
де Иу вагова вологість матеріалу під час виконання робіт.
Глибину ущільнення приймають рівною стисливій товщі ґрунту,
але не менш двох ширин фундаменту дая прямокутних фундаментів і
трьох-чотирьох - для стрічкових. Величина нормативного опору
основи ущільненого мулистого чи глинистого грунту може бути
прийнята від 200 до 300 кііа. Піщані і ґрунтові палі є одним з
найбільш економічних способів зміцнення основ.
При передачі на фундамент додаткових горизонтальних і
вертикальних навантажень, ефективні буроін'скпійні (коренеподібні)
117
палі можуть просвердлюватися через існуючий фундамент,
використовуваний у цьому' випадку як ростверк (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Схема підсилення основи та фундаментів буроін’єкційними палями:
1 - існуючий фундамент, 2 - ростверк; 3 - вертикальні палі підпірної стінки;
4 - укіс котловану; 5 - дно котловану заглибленого приміщення, яке будується;
б - похилі палі козлової стіни.
Підсилення основ і фундаментів шляхом улаштування
буроін’єкційних паль можливо у будь-яких грунтових умовах.
Підсилення цим способом найбільш доцільно виконувати, коли грунти
основ будівлі, що реконструюється, мають низьку' несучу' здатність. У
цьому випадку, частину чи все навантаження від фундаменту'
передають на більш глибоко розташовані міцні шари ґрунту, для чого
влаштовують під будівлею буроін’єкційні палі - свого роду тверді
корені в ґрунті. Вертикальні або похилі свердловини виконують
верстатами обертального буравлення безпосередньо через стіни і
фундаменти підсилюваного об'єкта прямо з тротуару. Після
закінчення буравлення до проектної глибини і витягу' бурового
118
механізму в свердловину, заповнену глинистим розчином, опускають
секціями арматурний каркас. Після Встановлення арматурного каркасу
в свердловину опускають ін'єкційну трубу діаметром 25...50 мм. Через
неї свердловину заповнюють цементно-піщаним розчином під тиском
0,3 МПа. При цьому глинистий розчин зі свердловини витісняється й
у її нижній частині, де тиск найбільший, відбувається обтиснення
стінок, з утворенням'невеликих розширень стовбуру-виступів. Після
заповнення свердловини розчином ін’єкційну трубу витягають, а
свердловину опресовують;.чфез' клапан стисненим повітрям тиском
0,3...0,5 МПа або додатковим цементно-піщаним розчином, що
подається під тиском насосом.
Несучу здатність буроін’єкційної палі, тобто розрахункове
навантаження на палю, визначають за формулою:
' ГсФи/їгГгі. , (2.12)
де ус - коефіцієнт умов роботи, який дорівнює 1; уг - коефіцієнт
надійності по ґрунту; у„ - коефіцієнт надійності, прийнятий за
нормами; фи - граничний опір палі.
За граничний опір палі фи приймають навантаження, що
викликає до кінця терміну служби споруди Т просідання 8(Т), яке
дорівнює гранично припустимому середньому просіданню споруди 8и
за нормами [11,16]:
де а і Ь - коефіцієнти, які визначають за кривою, побудованою
на основі результатів статичних іспитів; 8д - просідання палі за час
іо = 2...3 години прикладення останнього ступеню навантаження Р/„
при якому залежність має загасаючий характер.
Крім підсилення ґрунтів основ за допомогою різного виду падь,
ефективним методом, зміцнення основ може служити набір
конструктивних заходів, основаних на обтисненні ґрунту в межах
області випирання ґрунту, з під фундаменту. Найбільш ефективним
методом є пристрій опускного колодязя навколо фундаменту (рис.
2.6).
119
6
Рис. 2.6. Улаштування опускного колодязю навкруги стовбчатого фундаменту:
1 - існуючий фундамент, який підсилюється; 2 - опускний колодязь із
зовнішнім укосом загострення ножу; 3 - основа (слабкий грунт), який обтискують;
4 - засипка із гравіййо - піщаної Суміші' або- іншого Матеріалу, яку утворюють по
зовнішньому периметру стінок колодязю; 5 - міцний ґрунт; 6 ~ колона.,
У цьому випадку відбувається стримування поперечних
деформацій ґрунту стінками колодязя. У результаті дії навантаження
на фундамент слабкий грунт обжимається, збільшується його несуча
здатність, зменшується деформативність. Однак, такий спосіб
застосовується рідко, в основному при влаштуванні додаткових
стовпчастих фундаментів будівель, що реконструюються.
Більш часто використовують так звані щілинні фундаменти, що
являють собою опори глибокого закладання, які споруджують
методом “стіна в грунті”, у вузьких .траншеях шириною від 0,4 до 1 м
під захистом глинистого розчину,- .Такі фундаменти з успіхом
застосовують при реконструкції діючих підприємств, при. надбудовах
житлових і громадських будівель.. При необхідності, щілинними
фундаментами.‘можна повторити, контури-будь-якої; складної у плані,
споруди, регулювати.за глибиною і за концентрацією розташування, в
залежності від геологічних і гідрогеологічних умов (рис. 2.7).
120
Рис 2.7 Можливі форми щілинних фундаментів (а) та приклад їх улаштування
способом ''стіна у грунті" (б):
1 - існуючій фундамент; 2 - січні свердловини, які влаштовують методом
‘стіна у грунті"; 3 - похилі анкери; 4 - цегляна стіна; 5 - відмітка дна котловану.
Щілинні фундаменти можна виготовляти як у монолітному, так
і в збірному варіанті. У низці випадків звертаються до комбінованого
варіанта, коли нижня частина щілинного фундаменту буває
монолітною, а верхня - збірною. Для монолітних щілинних
фундаментів потрібен бетон класу не нижче В15, для збірних - не
нижче В20. Товщина щілинного фундаменту призначається за
розрахунком, але не менш 0,4 м ~ при глибині закладання до 6 м; 0,5 м
при глибині закладання 6...15 м і 0,6 м -- притлибині більш 15 м.
121
Щілинні фундаменти та їхні основи розраховують за першою і
другою групами граничних станів (за несучою здатністю і
деформаціями). Сама конструкція щілинних фундаментів повинна
бути перевірена розрахунком за міцністю, деформаціям, утворенням і
розкриттям тріщин, відповідно до діючих норм з проектування
бетонних і залізобетонних конструкцій [15]. При передачі на
фундамент горизонтальних навантажень, наприклад, від
підсилюваних фундаментів (див. рис. 2.7) або наявності в основі
укосу, основа повинна бути розрахована за стійкістю. У цьому
випадку, коефіцієнт стійкості визначають за формулою:
(2.14)
де Му6 , Мж - суми моментів, відповідно, всіх утримуючих і
зсувних сил, відносно передбачуваного центра обертання.
Як конструкції що стримують бічні деформації ґрунтів
фундаментів експлуатованих будинків, можуть застосовуватися стінки
зі сталевого або залізобетонного шпунта (рис. 2.8), протифільтраційні
завіси, які влаштовують методом “стіна в грунті” і заповнюють
глиноцементною сумішшю та ін.
Рис. 2.8. Улаштування шпунтових стінок із прокатного металу:
1 - існуючій фундамент, 2 - стінки із металевого шпунту; 3 - несучій шар
(слабкий грунт); 4 - підстеляючий шар (міцний грунт); 5 - цегляна стіна.
У випадку, коли розглядають фундамент, за периметром якого
влаштована огороджувальна конструкція у вигляді шпунтової стінки
(рис. 2.9), розподіл вертикальних ахр і горизонтальних рКх напружень
122
усередині грунту під фундаментом, обгородженому стінкою,
обчислюють також, як і в розрахунках силосних ємкостей.
Рис. 2.9. Схема підсилення основи огороджувальними палями:
1 - палі; 2 - фундамент.
123
При ньому приймають такі основні припущення: а) коефіцієнт
бічного тиску Я?, що характеризує відношення горизонтального тиску
(на вертикальну площадку), до вертикального тиску' (на горизонгальну
площадку') для того самого ґрунту' є постійною величиною, при цьому
менше за 1, не змінюється з глибиною і дорівнює А,. = (45 - <р/ 2);
б) горизонтальний і вертикальний тиск діють на вертикальні і
горизонтальні площадки нормально до їхньої поверхні.
За рахунок тертя між грунтом і огорожею, частина
вертикального навантаження від ґрунтового ядра передається на
шпунт. Шпунт, у свою чергу, за рахунок тертя по бічній поверхні,
втягує в роботу' масив грунту, що оточує стійку. Зона грунту-, що
втягується в роботу, приймається лінійно зростаючою з глибиною під
кутом ф / 4 (див. рис. 2.9). Одночасно, вертикальне навантаження від
фундаменту передається на ґрунт, що лежить нижче обойми і має
розрахунковий тиск істотно вище розрахункового тиску грунту під
підошвою фундаменту. Деформації фундаменту', обгородженого
стінкою, складаються з деформації внутріїййього ґрунтового ядра і
шару грунту, який лежить нижче огородження, і залежать від
коефіцієнта тертя між стінкою і ґрунтом, а також співвідношення
модуля деформації ґрунту- в ядрі та шарі, що лежить нижче, висоти
стінки і наявності підвальних приміщень. Несуна здатність
огороджувальної конструкції на горизонтальне навантаження, яке
передається від фундаменту через “ ґрунтове ядро, визначає
розрахункове навантаження на зміцнені основи фундаменту-. Відстань
між стінкою. Що обгороджує, і обрізом фундаменту- рекомендується
приймати мінімальною, з умови провадження робіт.
Вертикальне напруження в грунті, в межах огороджувальної
конструкції обчислюють за формулою:
= , (2.15)
де е - основа натурального логарифма;. 7 - глибина (відстань)
від підошви фундаменту- до розглядуваного перерву; £ - коефіцієнт,
який визначають за формулою:
/А,.н
= (2-16)
де /і - розрахунковий опір і-го шару грунту на бічній поверхні
стінки; А - площа перерізу, обмежена огородженням, і паралельна
124
площині підошви фундаменту; и - внутрішній периметр огородження;
р = и/А. " . '
Для прямокутного в плані огородження:
^-^Т-^рі1+Ьр^, (2.17)
срііЬріі
де Срц і ЬРіі - відповідно, напівдовжина і напівширина
огородження за його внутрішніми гранями (див. рис. 2.9).
Для огородження квадратного і круглого в плані, відповідно,
використовують формули;
(218)
(2.19)
де г - радіус кола.
Для однобічного огородження у вигляді смуги:
^=^а, (2.20)
де - напівдовжина смуги в межах фундаменту.
Величину Ті можна визначити по таблицях нормативних
документів для висячих паль і паль-оболбнок.
Величину горизонтального тиску ґрунту від навантаження,
діючого на фундамент, обчислюють за формулою:
= (2.21)
Осідання фундаменту складається з осідання ґрунту між
фундаментом і ядром 45, осідання ґрунту усередині огородження -
осідання ядра і осідання ґрунту нижче нижніх кінців
огороджувальної конструкції 5.
Осідання 45 визначають за формулою:
Р%<р\і , ср->Ьрі‘
45=—— 1 + у------------у-------г , (2.22)
Е \ср« арпар)
125
де Е - модуль загальної деформації грунту; ар, - відстань від
зовнішньої грані фундаменту до внутрішньої грані шпунтової стінки.
Осідання $к,і, визначають за формулою:
(2.23)
де г - коефіцієнт Пуассона; <тй — напруження в грунті на відстані
ар,і§(р від підошви фундаменту (див. рис. 2.9); Іеа/ - відстань від
підошви фундаменту до низу шпунта;' '
Осідання грунту нижче нижніх кінців огородження визначають
відповідно до рекомендацій норм . У цьому випадку, середній тиск о-р
приймають рівним напруженню на рівні низу шпунтового
огородження:
<уі = р
Срі&рі
св
СУ СУ
(2-24)
де
(2.25)
У формулах (2.24) і (2.25): р - напруження • під підошвою
фундаменту; сі.- товщина шпунта; - відстань від рівня дна підвалу,
шо відкопується, до нижнього рівня шпунта; ч-
Розрахунковий опір зміцненого грунту під підошвою
фундаменту визначають за формулою:
“ т~ уу - V ' , (2.26)
де Е - розрахунковий опір незміцненогб грунту основи під
підошвою фундаменту; у - питома вага грунту; сІь - відстань від рівня
підлоги (планування) до рівня дна підвалу, шо відкопується;
сір - глибина закладання фундаменту від рівня підлоги (планування).
126
Розділ 3. Підсилення фундаментів
3.1. Класифікація способів підсилення
фундаменти будинку, що реконструюється або відновлюється,
можуть бути укріплені різними способами. Вибір способу залежить
від виду і стану існуючого фундаменту, якості його виконання,
особливостей інженерно-геологічної набудови основи, рівня
підземних вод, конструкції будинку чи спорудження, навантажень, що
діють на фундамент, і інших умов. Серед способів посилення
фундаментів будівель, споруд і технічного устаткування можна
виділити три основні способи: 1) відновлення несучої здатності
фундаментів; 2) збільшення несучої здатності фундаментів; 3)
розвантаження конструкцій фундаментів.
Необхідність застосування першого способу підсилення
фундаментів, тобто відновлення його несучої здатності, з'являється у
випадку ослаблення міцності кладки до 20% по всій товщині
фундаменту або стіни підвалу, появі незначних тріщин, ерозії або
розшаруванні кладки. Зовнішніми ознаками фізичного зношення
фундаменту до 20% є утворення дрібних тріщин у цоколі і під вікнами
першого поверху. Суть цього способу полягає в зміцненні кладки
фундаменту*, з незначним збільшенням або без збільшення його
опорної площі. При незначному ослабленні (до 10%) міцності кладки,
головним чином зовні, обмежуються оштукатурюванням або
торкретуванням бічних поверхонь фундаменту. При ослабленні від 10
до 20% міцності кладки, роблять ін’єктування цементних або
полімерних розчинів чи смол. Відновлення несучої здатності
фундаменту відбувається і при закріпленні ґрунтів підвалини (див.
розд. 2).
Другий спосіб підсилення, при якому збільшується несуча
здатність фундаменту, може бути зроблений одним із трьох прийомів:
без зміни розрахункової схеми, зі зміною розрахункової схеми, зі
зміною напруженого стану*. Необхідність збільшення несучої
здатності фундаменту' з'являється при ослабленні міцності
фундаменту' до 40% або при збільшенні навантажень на фундамент у
зв’язку з реконструкцією чи відновленням споруди. Зовнішніми
ознаками фізичного зношення фундаменту до 40% є окремі глибокі
тріщини шириною розкриття до 10 мм, сліди вогкості на цоколі і під
вікнами, здиманням окремих ділянок стін підвалів. Способи
127
посилення фундаментів зі збільшенням їхньої несучої здатності дуже
різноманітні До них відноситься і зміцнення грунтів основ, докладно
розглянуте у розділі 2.
При третьому способі, розвантаження конструкцій
фундаментів відбувається за рахунок передачі навантаження або на
виносні спори, або на недовантажені ділянки фундаментів. Такі
заходи виконують при наявності окремих ділянок ослаблених
фундаментів, стін, кулів будівель, в основному, при можливості
виконання робіт тільки зовні будівель. Розвантаження конструкцій
фундаментів може знадобитись при значних осадних деформаціях
будівель або збільшенні навантажень.
Перелічена класифікація способів підсилення фундаментів є
дуже умовною і характеризує лише студінь передачі зусиль на основу,
за допомогою більш-менш складних заходів.
У багатьох випадках модернізації, реконструкції або
відновлення будівель виникає необхідність застосування
комбінованого способу підсилення фундаментів, тобто застосування
всіх способів одночасно.
При виборі способу підсилення фундаментів, природно, виникає
питання про його економічність. Звичайне економічне порівняння
способів підсилення фундаментів або зміцнення основ неправомірно,
тому- що кожний з них не універсальний і .може бути застосований
тільки у визначених інженерно-геологічних і гідрогеологічних умовах.
Тому1, на практиці роблять аналіз двох-трьох конкретних способів
зміцнення фундаментів і ведення супутніх їм робіт. При цьому
розглядають технології, які найкраще освоєні будівельною
організацією або можуть були зроблені при додатковому технічному
забезпеченні.
3.2. Відновлення несучої здатності фундаментів
У випадку незадовільного стану матеріалу фундаменту
(механічні ушкодження, наявність просідальних тріщин,
розшарування і розтріскування тіла фундаменту в результаті
заморожування або інших дефектів, згаданих у п. 3.1) його зміцнюють
шляхом ін'єкції цементного або силикатно-полізоцианітного розчину,
синтетичних смол тощо. Для цементації в тілі фундаменту
перфораторами бурять шпури чи пробивають отвори діаметром 25 мм.
Діаметр отворів, що пробивають, повинен бути на 2-3 мм більше
128
діаметра ін’єктора. Відстань між ними вздовж стрічкового
фундаменту повинна складати 500... 1000 мм. В одиночних
фундаментах пробивають не менш двох отворів з кожного боку .
Глибина занурення ін’єктора в кладку' повинна бути не менш 0,4...0,6
ширини фундаменту. В отвір вводять ін’єктор, через який під тиском
0,2...0,6 МПа нагнітають рідкий цементний розчин. Він заповнює
простір діаметром 0,6...1,2м, що знаходиться навколо ін’єктора (рис.
3.1).
. Д)
Рис. 3.1. Відновлення несучої здатності кладки стрічкових фундаментів:
а - закріплення цементацією; б - відтворення розриву цементним розчином;
1 - фундамент (існуючій), який підсилюють; 2 - ін’єктора для нагнітання розчину;
З - розрив у фундаменті; 4 - рідкий розчин; 5 - цегляна стіна.
Консистенція розчину, який використовують, 1:1 (цеменгвода)
при цементі марки 300...400. При використанні для ін'єкції
синтетичних смол (рис. 3.1.6) тиск збільшують до 0,6... 1,2 М.
Нагнітання розчину рекомендується припинити, якщо протягом
10...15 хв він не поглинається матеріалом фундаменту. Витрата
розчину; при закріпленні ослабленої кладки фундаменту, як правило,
складає 25...35% його об’єму. Число місць ін'єкції залежить від
ступеня руйнування кладки фундаменту'. Роботи зі зміцнення тіла
фундаменту рекомендується вестизахватками, довжиною 2...2,5 м.
В останні роки, при зміцненні старих фундаментів, широко
застосовують ін’єктування силікатно-полізоцианітннм розчином. Цей
розчин більш проникливий і стійкий до вимивання, що забезпечує
велику надійність і довговічність відновлених частин фундаментів.
При незначних дефектах (дав. п. 3.1) обмежуються
закріпленням тіла фундаменту набризкуванням бетонне» суміші під
129
високим тиском (торкретування бічної поверхні фундаменту за
допомогою цемент пушки чи бетон - шприц - машини).
У випадку потреби, роблять заміну кладки фундаментів.
Часткову заміну кладки на половину її товщини виконують на
ділянках, довжиною не більш 2,5 м> Для цього виривають траншею
шириною 0,8... 1 м, глибиною 0,5 м вище підошви фундаменту і
розбирають ослаблену ділянку' кладки. Кладку, що залишається,
промивають цементним молоком і зверху роблять нову кладку', з
щільним прикладенням до старої і ретельним заповненням швів
розчином. Повну заміну фундаменту, на всю його товщину’, роблять
окремими ділянками. До перекладення в Цегельні стіни встановлюють,
за розрахунками, суцільні розвантажувальні сталеві балки чи
струбцини, які стягують болтами між собою через 0.8...1 м за
довжиною. Розбирання і перекладення допускається робити окремими
ділянками, довжиною не більш 1 м. (рис. 3.2).
Рис. 3.2 Улаштування додаткової цегляної кладки фундамент) з частковою
заміною старої кладки: . , , ., . .
1 - цегляний фундамент (існуючій), який підсилюють; 2 - ділянки часткової
розборкн існуючої кладки фундаменту- 3 - додаткова цегляна кладка; 4 - зони
ущільненого грунту '
У період реконструкції або відновлення будівель, може
виникнути необхідність у більш капітальних" роботах зі зміцнення
фундаментів. У цьому випадку-, додільно влаштовувати бетонні чи
залізобетонні обойми (оболонки), які звуть “сорочками”. У залежності
130
від конструктивних особливостей будівель, можливо однобічне (рис.
3.3,а) або двобічне (рис.3.3,б) підсилення.
Однобічне підсилення, як правило, влаштовують у будівлях без
підвалу. При цьому, можливе деяке розширення фундаментів. Щоби
необтиснені грунти основ під розширенням включилися в роботу,
необхідно підвищити їхню несучу здатність. Цього можна досягти
втрамбовуванням у грунт щебеню чи гравійоносного піску, що
нашаровують шарами товщиною 5... 10 см.
Роботи з влаштування бетонних або залізобетонних обойм
(оболонок) виконують у такому порядку. Спочатку виривають
траншею шириною 0,8... 1 м вздовж будівлі в зоні зміцнення
фундаменту. Довжина траншеї не повинна перевищувати 6 м.
Очищують поверхню кладки фундаменту від бруду і слабкого
розчину, каменю, що розбираються від руки, видаляють. Очищену
поверхню кладки поливають цементним молоком. Не допускається
промивання поверхні фундаменту з бутової кладки під напором, що
може привести до вимивання розчину та інтенсивного руйнування
кладки. Після просушки кладки, у шви забивають металеві штирі зі
сталі, довжиною 400...500 мм, до яких приварюють арматурний каркас
зі сталі марки А-І, діаметром 18...20 мм і розміром комірок
150x150мм. У порожнечі кладки, в шаховому порядку встановлюють
ін'єкційні трубки на відстані 500...600 мм одна від одної, із
зашпаруванням їх цементним розчином. Протилежні кінці трубок
виводять вище відмітки верха обойми на 400...500 мм (див. рис. 3.3,а).
0' : б
Рис. 3.3. Підсилення стрічкових (а) та стовбчатих (б) фундаментів
залізобетонною обоймою:
1- фундамент (існуючий), який підсилюють; 2 - залізобетонна обойма; З
- отвори, які заповнюють рідким цементним розчином; 4 - металеві анкери;
5 - арматура, яку приварюють до анкерів; 6 штраба у стіні; 7 - арматура обойми;
8 - колона; 9 - обойма колони; 10 - бетонна підготовка; 11 - арматура фундаменту,
який підсилюють; 12 - зона ущільнення грунту.
131
г
Продовження рис. 3.3. Підсилення стрічкових (а) та стовбчатих (б)
фундаментів залізобетонною обоймою:
1 - фундамент (існуючий), який підсилюють; 2 - залізобетонна обойма; З
- отвори, які заповнюють рідким цементним розчином; 4 - металеві анкери;
5 - арматура, яку приварюють до анкерів; 6 - штраба у стіні; 7 - арматура обойми;
8 - колона; 9 - обойма колони; 10 - бетонна підготовка; 11 - арматура фундаменту,
який підсилюють; 12 - зона ущільнення грунту.
Потім монтують опалубку і заливають простір пластичним
бетоном класу В 7,5...В 15 на портландцементі, з осіданням конусу
80...100 мм. Конструктивно товщину залізобетонної обойми
(оболонки) приймають не менш 150 мм. Бетонування роблять по
висоті в 2...3 прийоми, з інтервалами між ними не менш ніж 2 доби.
132
Після закінчення робіт з улаштування обойми, в ін'єкційні трубки під
тиском нагнітають цементний розчин, консистенції 1:1...1:1,5.
Спочатку подають розчин з меншим вмістом цементу; потім розчин
більш густої консистенції, що заповнює простір навколо ін'єктора,
утворюючи міцний стовп діаметром 60...100 мм. Після виконання
робіт, зрізують верхні частини ін'єкційних трубок, розбирають
опалубку, заповнюють пазухи фундаменту глинистим ґрунтом,
ретельно пошарово трамбуючи. В останню чергу роблять відновлення
вимощення.
При відновленні за допомогою обойм (оболонок) бетонних або
залізобетонних фундаментів (див. рис. 3.3,6), основною задачею є
забезпечення зчеплення нового бетону зі старим. Воно досягається
вибором ефективного методу очищення поверхні фундаменту, що
посилюється. На відміну' від бутових фундаментів, при очищенні
бетонних поверхонь від бруду; мастила і інших хімічних речовин, а
також від ушкодженого і низькоякісного бетону, застосовують
промивання водою під тиском, піскоструминеве очищення сухим або
мокрим способом, механічну обробку поверхні. Шорсткість
фундаменту; який бетонують, створюється насічкою перфораторами
або відбійними молотками зі спеціальними насадками. При підсиленні
залізобетонних фундаментів перевіряють стан арматури. Після
видалення зруйнованого захисного шару, встановлюють якість
зчеплення арматури з бетоном. У тих випадках, коли зчеплення
відсутнє, арматуру оголюють і, перед новим бетонуванням,
зачищають сталевими щітками чи піскоструминевою установкою.
Проміжок між арматурою і старим бетоном повинен дорівнювати
діаметру арматури, але не менш 20 мм, що гарантує заповнення
розчищених місць новим бетоном. Якості зчеплення старого і нового
бетону сприяє зволоження поверхні фундаменту’ перед влаштуванням
обойми (оболонки).
При жорстокому з'єднанні існуючого фундаменту з
конструкцією підсилення обоймою, розрахунок розширеного
фундаменту’ на природній основі здійснюють за звичайною
методикою [7,8,14,16,17,18].
133
3.3. Збільшення несучої здатності фундаментів
При недостатній несучій здатності ґрунтів основи, найбільш
ефективними способами збільшення несучої здатності фундаментів є
збільшення їхніх площ. При цьому додаткові частини фундаменту
(банкети) улаштовуються з одного, двох чи трьох боків. Одним із
способів збільшення площі підошви фундаменту, шо зветься
нарощуванням, є передача частини навантаження з існуючого
фундаменту на додаткові плити розширення, за допомогою металевих
або залізобетонних балок, пропущених через отвори у фундаменті,
який підсилюють або поверх нього (рис.3.4).
Рис. 3.4 Встановлення розвантажувальних балок та прилавок із бетону (нова
частина фундаменту):
1 - стіна на фундаменті, 2 - додаткова (нова) частина фундаменту’; 3 - металеві
бачки, пропущені крізь отвори у стіні; 4 - ущільнена гравійно-піщана суміш;
5 - арматурні каркаси, 6 - зона ущільненого грунту.
У цьому випадку, опорні плити (банкети) обтискають за
допомогою домкратів або клинів до розрахункового навантаження.
Стрічкові неармовані фундаменти нарощують за допомогою
арматури, закріпленої в тіло фундаменту й обетонованій на
розрахункову ширину розширення (рис. 3.5).
З урахуванням виробництва робіт, ширина опорної плити
(банкета) у нижній частині повинна бути не менш 300 мм, у верхній —
200 мм. Висота залізобетонного банкета на кінцях балок, які
розвантажують, повинна бути не менш 200.„250 мм. Додаткові плити
(банкети) для розширення підошви фундаменту виготовляють з
литого бетону класу В10.
134
При необхідності, ряд одиничних фундаментів може бути
перетворений у стрічковий фундамент, а декілька стрічкових
фундаментів - у суцільну залізобетонну плиту.
Фундаменти старих будівель, в більшості випадків виконані з
бутових каменів, відносяться до жорстких фундаментів, з кутом
жорсткості 30°, тому вибір конструкції уширюванної частини
знаходиться в залежності від її розміру.
Рис. 3.5. Розширення стрічкових фундаментів монолітними банкетами:
а - однобічне розширення; б, в - двобічні розширення відповідно при
великому' та незначному збільшенні розміру підошви фундаменту: 1 - упорний кутик;
2 - підкіс; 3 - робоча балка; 4 - щебенева підготовка; 5 - анкер; 6 - розподільна балка:
7 - зашпарування литим бетоном.
135
-Якщо розширення фундаменту- роблять за допомогою кам'яної
кладки, то при жорсткій конструкції фундаменту виконують
неармовану кладку (рис.3.6,а), а при гнучкій конструкції - армовану
(рис. 3.6,6). Жорстку конструкцію розширення фундаментів
використовують при вписуванні уширюваної частини, в зону,
обмежену товщиною стіни і площинами, нахиленими під кутами
жорсткості (див. рис. 3.6,а). Збільшення розширеної частини за межі
кута жорсткості викликає вигин фундаменту, а отже і розтягування
кладки. Щоб уникнути руйнувань кладки, слід виконати армування
підошви фундаменту (див. рис. 3.6,6).
Рис. 3.6. Розширення фундаменту із заглибленням (а) та без заглиблення (б).
Міцність сполучення нової кладки зі старою перевіряють на зріз
за неперев'язаним швом за формулою:
І^АК^, (3.1)
де N - навантаження на частину фундаменту, яку уширюють;
А - площа сполучення нової і старої кладки; К!ч - розрахунковий опір
при зрізі за неперев'язаним швом.
136
Рис. 3.7. Підсилення фундаменту із застосуванням плоских домкратів:
а - схема підсилення, б - деталь розміщення домкрату, 1 - існуючий
фундамент, 2 - банкети, 3 - штраби у фундаменті; 4 - балки; 5 - плоский домкрат,
б - трубка для нагнітання розчину у домкрат.
Для підсилення фундаментів і, особливо, обтиснення грунтів
основ під банкетами, можна застосувати плоскі гідравлічні домкрати
типу Фрейсине, конструкції Київського НДІБК (рис. 3.7, а). Ці
домкрати являють собою плоскі резервуари з двох тонких сталевих
листів, товщиною 1-3 мм, зварені по контуру. По периметру
резервуари мають валик круглого перерізу, діаметром 200...800 мм
(рис. 3.7,6). Домкрат із приєднаною до нього трубкою розміщують
між ґрунтами основ і підошвою плити розширення (банкета). У
домкрат рекомендується нагнітати рідини, що тверднуть, (епоксидну
смолу', цементний розчин), які фіксують створений напружений стан у
основі. Такий домкрат чи пакет з домкратів може забезпечити підйом
або вдавлення слабкого ґрунту на величину, яка дорівнює подвійній
їхній товщині в неробочому стані.
Для попереднього ущільнення грунтів у основ фундаменту, що
уширюється, може бути застосований метод Н. И. Струбахіна. Він
полягає в улаштуванні з двох боків існуючого фундаменту додаткових
збірних залізобетонних блоків розширення, нижню частину яких
стягують анкерами з арматурної сталі, пропущеними крізь них та
існуючі фундаменти (рис. 3.8).
137
1
Рис. 3.8. Підсилення фундаменту додатковими балками, які обтискають грунти
основи при їх повороті:
1 - існуючий фундамент; 2 - щілина, яка розкривається при повороті блоків та
заповнюється бетоном; 3 - залізобетонний блок, 4 - анкерне кріплення; 5 - отвір для
анкерів, який заповнюють розчином після закінчення робіт.
Верхню частину цих блоків розтискають забивними клинами
або домкратами, у результаті чого блоки повертаються навколо
нижньої закріпленої анкерами точки і своєю підошвою обтискують
неущільнений грунт нової основи [7 ],
Сили тертя, що виникають в місці контакту- фундаментів,
перешкоджають зсуву фундаментів. Анкер, який працює на
розтягання разом зі стиснутою частиною контакту під ним, сприймає
момент, яка прагне повернути фундамент у те положення, яке він
займав до стиску. У такому положенні щілини між фундаментом і
блоками надійно заклинюються, а потім заповнюються бетонною
сумішшю, яка захищає сталевий анкер від корозії. Міцність бетонної
суміші повинна бути не менше міцності бетону, з якого виконані
фундаменти. Описаний спосіб підсилення фундаментів, з одночасним
ущільненням ґрунтів основи і включенням їх у роботу, особливо
зручний, якщо фундаменти не мають унизу розвинутих консолей.
Зазначеним способом можна робити підсилення фундаментів,
навантажених як центрально, так і позацентрово.
Додаткову площу фундаменту на яку необхідно збільшити
площу існуючого фундаменту А, в зв'язку з підвищенням
навантажень, визначають за формулою:
138
4 _ . (3.2)
^-Т,Л ;;
де N - нове підвищене навантаження; Ау0 - вертикальне
навантаження,, яке сприймав старий фундамент; Кв - розрахунковий
опір грунтової основи; }•„ =20 кН'м3 - усереднена вага одиниці об’єму
фундаменту і засипки над ним; Н - глибина закладанндфундаменту.
Для забезпечення рівноваги банітів від реактивного впливу
обтисненню грунту (див. рцс.3.8) або для забезпечення міцності
арматури 'біля підошви фундаменту (див. рис. 3.6,6), повинна бути
виконана умова:
! 0.904, і р^- > —}
чи: (3 4) 0.1804,
де 0,9 - коефіцієнт умов роботи:
с -напруження в анкерах, які з'єднують банкети, або в арматурі
біля підошви фундаменту, яку визначають за формулою:
' в
О=Е р/Е(Ь' +0,5/>Г ' -(3 5,;
А
де Ев-модулв пружності стати.
Ьа ширина банкети або розширенням одного боку;
.Д-модуль деформації ґрунту. . • - •,
Переміщення видаленої від посилюваного фундаменту Грані
розширення (банкети) можна визначити звиразу: -
Необхідність поглиблення підвалу, <рі прокладки нових
комунікацій, зниження відмітки підлоги промислових споруд,
139
переносу підошви фундаментів на більш міцні шари основ тощо, стає,
в ряді випадків, причиною проведення робіт із заглиблення
фундаментів будівель, які реконструюють або відновлюють ,
У стрічкових фундаментів (див. рис. 3.6,а) цю операцію
проводять в такій послідовності (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Заглиблення стрічкових фундаментів:
в - заведення розвантажувальних балок, б - розбирання існуючого стрічкового
фундаменту; в - улаштування нового фундаменту.
Спочатку через несучу' стіну на рівні підвалу прорубують
отвори, через які заводять розвантажувальні сталеві або залізобетонні
балки. Кінці балок установлюють на спеціальні опори у вигляді
шпальних кліток або бетонних тумб і надійно підклинюють. Щоб
уникнути можливої піддатливості основ й просідань цих опор при
передачі навантаження від стіни при розбиранні фундаментів,
доцільніше спирати балки на домкрати. У цьому випадку положення
опор регулюється за допомогою домкратів.
Після передачі навантаження від стіни на виносні опори,
стрічкові фундаменти розбирають окремими захватками, довжиною
2...3,5м. Після улаштування підошви на більш глибокій відмітці,
новий фундамент включають у спільну роботу' з несучою стіною або
існуючим фундаментом підклинюванням, ін’єктуванням піщано-
цементного розчину під тиском або іншим способом. Потім ретельно
засипають котлован і роблять демонтаж розвантажувальних
конструкцій.
Підведення під будинок фундаментної плити знижує тиск на
грунти і є одним з найефективніших способів збільшення площі
фундаментів. Такий спосіб посилення застосовують у тих випадках,
коли будинок у період будівництва чи експлуатації зазнає великих
нерівномірних просідань. Вони виникають через неоднорідність
грунтів основ, значного розходження в навантаженнях на них,
140
локального замочування або промерзання. Улаштування
фундаментальної плити доцільний, якщо по глибині підвалини є
насипні грунти або просідання перевантажених фундаментів при
будівництві чи експлуатації інтенсивно зростає і прямує до гранично
припустимого.
Перед улаштуванням фундаментної плити, під неї укладають
щебеневу підготовку, загальною товщиною 150...200мм із щільним
пошаровим трамбуванням її в ґрунт шарами по 100 мм.
Товщина фундаментної плити (рис.3.10) складає не менш
200...250 мм, переріз її другорядних балок - 300x400 мм, головних -І
500x1000 мм; крок другорядних балок - близько2,0...2,5 м; глибина
закладення плити в існуючі стіни - 300...400 мм. Плиту влаштовують
не на рівні підошви фундаменту', а вище неї на 750...800 мм. Якщо в
будинку' є опори, що стоять окремо , то в плиті передбачають осадочні
шви шириною 20...30 мм.
Відповідно до розрахунку плиту армують у двох взаємно
перпендикулярних напрямках. Для другорядних і головних балок
зусилля визначають за фізичною схемою навантаження балки, яка
шарнірно спирається на дві опори, іцо йде в деякий запас міцності.
Матеріал стіни в місці закладення необхідно перевірити на місцевий
стиск (зминання).
Роботи ведуть захватками довжиною 3...4 м з таким
розрахунком, щоби штраби в існуючому фундаменті пробивали не
раніше, ніж через 3 доби після бетонування сусідніх попередніх
захваток. Робоча арматура в плиті розташована у верхній зоні, тому
при бетонуванні й ущільненні бетону необхідно фіксувати робочі
сітки. Повинно бути також забезпечене ретельне заповнення штраб і
гнізд, вибитих в існуючих фундаментах.
141
г
Рис. 3.10. Улаштування суцільної монолітної залізобетонної плити:
1 - існуючий фундамент; 2 - балки фундаментної плити; 3 - прогін; 4 плита.
3.4. Розвантаження конструкцій фундаментів
Нижче наведені найбільш радикальні методи підсилення, що
приводять до значного розвантаження конструкцій фундаментів
існуючих будівель і споруд.
При незадовільному стані будівлі в цілому (див. рис. 1.4 і 1.5),
застосовують встановлення залізобетонних балок, в основи
ослабленого фундаменту (рис. 3.11).
142
Рис. 3.11. Встановлення розвантажувальних залізобетонних балок в основі
ослабленого фундаменту':
1 - фундамент, який підсилюють; 2 - тріщини у стінах; 3 - контур осадової
воронки; 4 - монолітна залізобетонна балка; 5 - поверхня основи; 6 - арматурний
каркас; 7 -- засипка вороики ґрунтом з пошаровим ущільненням.
У цьому випадку, для збільшення просторової жорсткості
будівлі, одночасно проводять зміцнення стін поясами, що сприяє
перерозподілу навантажень на основи та фундаменти.
Варіантом істотного розвантаження фундаментів є улаштування
додаткових виносних опор. На рис. 3.12 представлені схеми
підсилення стрічкових фундаментів при неможливості робіт усередині
будівлі. За додаткові опори правлять набивні або збірні залізобетонні
палі. Вибір конструкцій паль залежить від внутрішніх габаритів і
стану будівлі або споруди, що реконструюють, характеру діючих
навантажень, конструкції підсилюваного фундаменту, наявності
відповідного устаткування для проведення пальових робіт.
143
г
Рис. 3.12. Передача навантаження на виносні опори:
а - із внутрішнього боку стрічкового фундаменту; 6-у межах кута будівлі:
1 - існуючий фундамент; 2 - додаткові палі; 3 - розвантажувальні балки;
4 - розподільні балки.
Суцільні збірні залізобетонні палі можуть застосовуватися, коли
габарити будівлі і майданчик довкола неї дозволяють розмістити
144
великогабаритну палебійну техніку і коли динамічні навантаження
при забиванні не приводять до ушкоджень навколишніх конструкцій.
Якщо близько зони забивки паль знаходяться несучі конструкції, які
не здатні витримати значні динамічні навантаження, можливе
вдавлення суцільних паль у грунт за допомогою гідродомкратів або
улаштування набивних паль.
Розвантажувальні балки-обв’язки виконують металічними або
залізобетонними. З огляду на те, що палі зовнішнього ряду (паля Б на
рис. 3.11а) працюють на висмикування, щоб уникнути відриву. їх
надійно кріплять анкерами до балки-обв'язки.
Розвантаження існуючих конструкцій фундаментів за
допомогою набивних, забивних паль чи тих, які вдавлюють, широко
застосовують при реконструкції або відновленні будівель. Схеми
підсилення стрічкових і Стовпчастих фундаментів у вигляді рамної
системи складаються з додаткових паль, залізобетонних або
металевих балок [11]. При цьому, в залежності від товщини шару
слабкого грунту і глибини залягання покрівлі міцного шару, паля
працює як висяча або як стійка. Несучу здатність, число паль
визначають розрахунком. -'
Розрахунок підсилення фундаментів палями виконують за двома
ірупами граничних станів, з урахуванням вимог відповідних
нормативних документів. За першою групою виконують розрахунок
міцності конструкцій фундаментів і несучої здатності грунту основ, за
другою - розрахунок основ за деформаціями, що вимагає урахування
сумісної роботи будинку і підвалини. ,
Несучу здатність існуючого фундаменту визначають з
урахуванням його фактичного стану’ (ступеня зношення), міцносних
характеристик матеріалів і грунтів основ.
Якщо в процесі експлуатації відбулася повна стабілізація
просідань основи, під існуючими фундаментами, то розрахункові
просідання елементів підсилення визначають тільки від додаткових
навантажень. Максимально ? припустиме осідання призначають з
урахуванням стану надземних конструкцій будівель, які
реконструюють.
Несучу здатність /д* кН висячої одиночної набивної палі, що
працює- на,стискальне навантаження, визначають за формулою:
•• » - .
Я - ?,(?<, ПА + и £ус/ /і Ю. (3.7)
145
де у, - коефіцієнт умов роботи палі [7]; - коефіцієнт умов
роботи під нижнім кінцем палі; 7? г розрахунковий опір ґрунту під
нижнім кінцем палі; А - площа обпирання палі, м2; « - периметр
поперечного перетину стовбура палі, м; у^ — коефіцієнт умов роботи
на бічній поверхні палі; —розрахунковий опір і-того шару грунту на
бічній поверхні стовбура палі, кПа; Л( — товщина і-го шару грунту, що
торкається бічної поверхні палі, м. <
Число паль визначають діленням загального навантаження ЬІ,
що передається від споруди, на несучу здатність однієї палі
п = А7 Д#. (3.8)
Несучу здатність Р*, (кН) набивної палі , що працює на
висмикування, визначають за формулою: :• є?
Рл = Уе«.^7^^йь (3.9)
<** г . ..
деул и, , Ні - позначення ті ж, що і в фррмулі (3.7).
Несуча здатність висячих набивних паль складає 200... 400 кН,
паль-стійок 800... 1000 кН. ,. .
Несуча здатність забивних і вдавлюваних паль на стискуючі та
висмикуючі навантаження визначають відповідно формулам (3.7) і
(3.9) з урахуванням властивостей їх роботи [7,11].
При проектуванні вдавлюваних паль необхідно виходити з
умови: » •
№мк < ' (з.ю)
де Х&нк - граничне зусилля вдавлювання палі; Р4 - несуча
здатність палі, обумовлена нормами.
Для ділянки посилюваного фундаменту’, на якому виконують
вдавлення паль одночасно декількома домкратами, нерівність (3.10)
приймає вигляд:
иДМмк < ИІМ, л . (3,11)
де я - число домкратів (паль). • '
Осідання від додаткових навантажень не повинні перевищувати
10 - 30% граничних просідань, регламентованих нормами
146
А - £[£], (3.12)
де А - додаткове осідання будівлі, якщо реконструюють, після
підсилення фундаменту і прикладання додаткових постійних і
тимчасових навантажень;
к - коефіцієнт, що залежить від співвідношення додаткових
навантажень і навантажень до реконструкції .¥й яке мас
дорівнювати:
к =0.1 при
к - 0.2 при
к=0.3 при
Адод < 0.3 А <7
0.3 < < О.бЛ'о ••
Лг>0.6Лго
(3.13)
[5] - гранично припустима спільна деформація основи і будівлі,
що встановлюється нормами [16].
Якщо несучими елементами перекриття є металеві балки,
розвантаження фундаменту' можна здійснити за допомогою
додаткових опор, розташованих усередині будинку, з передачею
зусиль на нові опори, безпосередньо через конструкцію перекриття
(рис.3.13).
Рис, 3.13. Схема сумісної роботи розвантажувальної системи з існуючими
балками перекриттів:
1 - проектна розвантажувальна система, 2 - зона зверхнормвтивних прогинів
Г2; 3 - зона нормативних пролінів Гг
У цьому випадку система, що розвантажує, складається з
прогонів і сталевих або цегельних стовпів. Ця система ефективна і
тим, що вона не тільки розвантажує фундаменти, але і збільшує
несучу здатність існуючих перекрить за рахунок зменшення вільного
147
прольоту' балок. У будівлях з відстанями між капітальними стінами
7... 8 м стійки розвантажувальної системи, розташовують у
безпосередній близькості від внутрішньої капітальної стіни на відстані
1.5-2м. Основне обмеження, яке визначає можливість застосування
такої системи, полягає в тому, щоб осідання знов зведених точкових
опор щодо існуючих конструкцій зі стабілізованими просіданнями не
перевищували величини максимально припустимого прогину’
існуючих балок перекрить у місці розташування розвантажувальної
системи.
Д/? < /х
1-й і _ ,
(3.14)
де Лож - максимально припустимий прогин існуючих балок у
точці встановлення розвантажувальної системи , тобто на відстані х
від стіни.
Очікуваний прогин сталевої балки на відстані х від опори можна
визначити за формулою:
ді2 х 2х2 х2^
24Еі'7\1~1г+Ту
(3.15)
де д -- рівномірно розподілене навантаження; І - прогин балки;
£7 - згинальна жорсткість металевої балки.
Просідання системи до 15 мм, істотного впливу на роботу балок
не чинять і розміщення розвантажувальної системи, можна робити з
урахуванням проектної несучої здатності балок перекрить. Просідання
системи до 20мм істотно впливає на роботу сталевих балок. Тому
відстань від однієї з капітальних стін до осі розвантажувальної
системи, варто визначати не тільки виходячи з несучої здатності балки
за перетвореною розрахунковою схемою, але і з урахуванням впливу
просідання запроектованої розвантажувальної системи, на загальний
прогин існуючих сталевих балок.
Передачу частини навантаження на нові елементи фундаменту
можна виконати за допомогою підведення, один з варіантів, яких був
описаний у п.3.3. Підведення нових частин фундаменту в цьому
випадку здійснюють поруч з існуючим (рис.3.14). Навантаження від
несучого елемента передається на фундамент посилення через підкоси
і металеву (залізобетонну) обойму.
148
Рис. 11 4. Підсилення фундаменту підводкою:
1 - фундамент (існуючій), який підсилюють; 2 - збірні елемента підсилення
фундаменту, 3 - існуюча колона , 4 - металева обойма; 5 - металевий підкіс;
6 - поперечний елемент. . . ..
Влаштування нового фундаменту виконують з . частковим* або
повним розвантаженням існуючого фундаменту на локальних,
невеликих по ширині ділянках. Це підведення може бути «утильним
або частковим. При підведенні лових фундаментів, варто забезпечити
щільне прилягання цідошви'існуючого фундаменту- .з. новим. При
підведенні під стрічкові фундаменти, конструкції підсилення
рекомендується розміщати- на прямих ділянках з максимальними
навантаженнями, тому' що підведення нових елементів, фундаментів у
кутах і перетинах викликат серйозні труднощі. ,. .
При підведенні нових частин .фундаментів (див. рисЗД 3.10, .
3.14) поруч з існуючими, навантаження на них визначаються
відповідно до прийнятої розрахункової схеми, а. їхній розрахунок
виконують з умови, щоби максимальні і середні абсолютні просідання
не перевищували допустимих [16]. При цьому1 варто враховувати
стабілізацію просідань існуючих фундаментів. , „
14р.
Розділ 4. Підсиленая несучих конструкцій будівель і
споруд
4.1. Варіанти підсилень
Класифікацію способів підсиленню надземних несучих
будівельних конструкцій будівель і споруд можна зробити аналогічно
згаданій в розд, 3. Виділяють три основних способи підсилення: 1)
відновлення несучої здатності конструкцій; 2) збільшення несучої
здатності конструкцій; 3) розвантаження конструкцій.
У процесі відновлення несучої здатності роблять заходи
загального характеру: захищають конструкції від замочування і
повітряних агресивних середовищ, відновлюють нормальний
температурно-вологосний режим будівлі або споруди. Одночасно
відновлюють робочу* площу перерізу несучих конструкцій -
зашпаровують тріщини, раковини, усувають інші дефекти, виконують
виправлення погнутих металевих елементів, підсилюють зварені шви,
болти, заклепкові з’єднання; відновлюють закладні деталі, петлі,
кріплення.
Збільшення несучої здатності перерізу може здійснюватись без
зміни і зі зміною розрахункової схеми і напруженого стану, а також із
застосуванням спеціальних методів підсилення.
Розрахункова схема несучої конструкції не змінюється, якщо
підсилення роблять за допомогою влаштування обойм чи "сорочок”,
при однобічному нарощуванні і посиленні вузлів сполучення
конструкцій. Тут же дуже доцільне використання неврахованих
запасів міцності, виявлених у процесі обстеження та іспитів
конструкцій. Виявленню резервів міцності < сприяє встановлення
дійсного характеру роботи конструкції . і фактично діючих
навантажень. При цьому необхідно враховувати відповідність обраних
розрахункових схем реальним умовам їхньої роботи. Наприклад,
розрахунок існуючих колон за деформованою схемою дозволяє
істотно підвищити їх розрахункову несучу здатність. Аналогічного
результату' можна досягти при врахуванні спільної роботи крокв'яних
конструкцій або збірних ригелів перекрить, відповідно з плитами
покриття чи перекриття. При визначенні навантажень на існуючі
конструкції варто використовувати фактичні дані про діючі
навантаження, тому що нормовані значення цих величин,
встановлених при проектуванні нових споруд, значно підвищують
150
діючі навантаження й у випадку їхнього використання приводять до
невиправданого підсилення.
Певним резервом міцності при підсиленні може служити
врахування дійсних міцносних характеристик матеріалів, що, як
правило, вище розрахункових, прийнятих при проектуванні. Однак,
використання реальних міцносних характеристик матеріалів повинне
здійснюватися без втрат для експлуатаційної надійності окремих
конструкцій та споруди у цілому.
При підсиленні варто віддавати перевагу' індустріальним
способам, що не вимагають розвантаження конструкцій, методам,
пов'язаним зі зміною статичної схеми конструкцій, використанню
попереднього напруження, високоміцним сталям, полімербетону і
фібробетону, напружуючим цементам та іншим ефективним
матеріалам.
До зміни розрахункової схеми приводять такі конструктивні
рішення при підсиленні: введення додаткових опор, кронштейнів,
підкосів, тяжів, залізобетонних чи металевих поясів, замикання
шарнірів у рамних і аркових конструкціях, регулювання зусиль,
включення у спільну роботу’ з іншими конструкціями, створення
нерозрізності й інші спеціальні рішення.
Підсилення конструкцій зі зміною напруженого стану' дуже
ефективно. У цьому' випадку; найбільш часто використовують
встановлення горизонтальних чи шпренгельних попередньо
напружених стяг&йв, вводять попередньо напружені розтяжки,
хомути та інші додаткові елементи.
У процесі підсилення конструкцій зі зміною розрахункової
схеми чи напруженого стану, необхідно забезпечити повільне
включення елементів підсилення у спільну роботу з існуючими
конструкціями. Для цього слід застосувати тимчасове розвантаження
посилюваних конструкцій або застосувати штучне регулювання
зусиль.
При розвантаженні конструкції!, у процесі їхнього підсилення
розрізняють дві групи розвантажувальних конструкцій: перша група
визначає повне розвантаження чи заміну існуючих конструкцій
новими; друга передбачає часткове розвантаження, при якому частину
навантаження сприймають існуючі конструкції, а частину - ті, що
розвантажують. Оскільки часткове розвантаження не містить істотних
відмінностей від підсилення, то ця група може бути віднесена до
способу збільшення несучої здатності.
151
При виборі варіантів підсилення варто віддавати переваїу
рішенням з чіткою розрахунковою схемою, що забезпечте спільну
роботу посилюваної конструкції з елементами посилення і що
дозволяє достовірно визначити сприймане навантаження.
Рекомендації з підсилення повинні враховувати перспективу
можливого збільшення навантажень, а також ліквідацію виявлених на
стадії обстеження конструкцій дефектів виготовлення, монтажу й
експлуатації.
Для підприємств із підвищеним ступенем агресивності
середовища, конструкції підсилення рекомендується проектувати, за
можливістю, плоскими з мінімальною кількістю ділянок, на яких
можуть затримуватись продукти агресії, що буде сприяти підвищенню
їхньої довговічності.
При проектуванні сталевих конструкцій підсилення,
призначених для експлуатації в умовах агресивних впливів, необхідно
з метою запобігання появи вогнищ корозії у важкодоступних для
огляду місцях (особливо в найбільш відповідальних вузлах) приймати
перерізи замкненого профілю, що характеризується найменшим
ступенем корозії. Необхідно прагнути до забезпечення вільного
доступу для огляду конструкцій у процесі експлуатації і поновлення
антикорозійного покриття. Усі зазори між залізобетонними
конструкціями і сталевими профілями повинні бути забиті розчином.
Підсилення будівельних конструкцій є трудомістким і дорогим
заходом, тому ухваленню рішення з посилення повинний передувати
ретельний аналіз можливості використання існуючих конструкцій у
нових умовах експлуатації. Цього можна досягнути за рахунок більш
раціонального розміщення технологічних навантажень, застосування
тимчасових пристосувань для демонтажу і монтажу- важкого
устаткування, прийняття обмежень на сполучення різних тимчасових
навантажень, шляхом зниження ефектів динамічних впливів за
рахунок ефективної віброізоляції тощо. Максимальне збереження
існуючих будівель, споруд і конструкцій забезпечує мінімальні
витрати на роботи з відновлення.
152
4.2. Конструктивні рішення щодо підсилення
ч- . несучих елементів
4.2.1. Покриття
До основних, розглянутих нижче, несучих елементів покрить
промислових і цивільних будівель відносять крокв’яні балки, арки,
ферми, а також конструкції оболонок різного типу:
Для підсилення збірних будівельних балок покрить великих
прольотів і ферм під навантаженням, можуть бути рекомендовані
попередньо напружені одноярусні або багатоярусні шарнірно-
стержневі ланцюги [4.14]. Застосування шарнірно-стержневих
ланцюгів дозволяє створити навантаження, ’ спрямоване в
протилежний бік від діючого в пресі експлуатації. Це навантаження
створюють у вигляді низки зосереджених вантажів, розташування і
величину яких намічають заздалегідь і визначають обрисом ланцюгів.
Ефект підсилення від Застосування реактивних сил заданих величин
досягається натягРм статично визначеного ланцюга. Основними
елементами При підсиленні цим способом є; власне ‘ шарнірно-
стержневий ланцюг, що складається з двох однакових гілок з обох
боків балки чи ферми, які посилюють; анкерні пристрої у вигляді
зварених накладок з листового металу у верхній зоні балок або ферм
над опорами; підвісок, як правило з круглої сталі чи стійок із
профільного металу в місцях прогину гілок ланц&га. Таким способом
можуть бути посилені залізобетонні (рис. 4.1, 4.2), метдлеві (рис. 4.3) і
дерев'яні (рис. 4.4) балки і ферми. Арматурні стержй в елементах
ланцюга застосовують зі сталі класів А-І, А-ІІ, А-ІП, металеві
конструкції підсилення - зі сталей ВСт Зсп,.-ВЄт Зпс, ВСт Зкп. Зварні
з'єднання повинні бути виконані з особливою старанністю.
153
Рис. .4.1. Установлення попередньо напружених іщпрецгельних стягів у
залізобетонній крокв'яній балці:
І - підсилювана балка; 2 - шпренгельниЙ стягель; 3 - опорна база;
4 - натяжний пристрій. . ті. ..., --
Рнс. 4.2. Установлення шарнірно-стержневого ланцюга у залізобетонній у
залізобетонній крокв'яній фермі:
І - підсилювана ферма; 2 - шарнірно-стержневий ланцюг (арматурні стержні);
З - вузол кріплення ланцюга на фермі; 4 - підвіска З шарнірним кріпленням до
ланцюга з одного боку і нарізку -- з іншого; 5 - упорні елементи у вигляді балок зі
швелера; 6 - натяжні гайки.
154
Рис. 4.3. Установлення ціпренгвдьних стяглій у сталевій фермі:,
1 підсилювана ферма; 2 - колони; 3 - шпренгельниЙ стягель з арматурної
сталі; 4 - опорна база стягеля; ‘5 - проміжна опора у вигляді котка, опорної плити та
ребер жорсткості; б - стяжна муфта для створення попереднього напруження у стяглі.
Рис. 4.4. Установлення двогілкових стягаів у дерев'яних балках: •’
1 - підсилювана балка; 2 - стійка а бруса, 3 - опорна база зварена з пластин,
4 - накладки зі сталевої штаби, 5 - цвяхи, б - підкладка-розпірка у вйглвді котка»
приварена До пластини, 7 - шпренгельнийстягель з арматурної сталі, приварений до
опорних баз і підкладок-розпірок, 8 - стяжний хомут длЯ стеореияя попереднього
напруження у стяглі.
155
При проектуванні обрису ланцюга рекомендується приймати
його таким, щоб тангенси кутів нахилу окремих ланок, починаючи із
середини, відносилися між собою як 1:3:5 тощо. У цьому випадку
реактивні сили у всіх підвісках і стійках будуть приблизно
однаковими й основний натяг можна робити в місці розташування
центральної підвіски або стійки. Величину зусилля попередньо
визначають теоретично.
Для основного натягу гілок ланцюга в місці розташування
центральної підвіски чи стійки застосовують різні способи. У
випадках, коли ланцюг розташований вище низу балки чи ферми, які
посилюють (див. рис 4.1 і 4.2), тобто потрібно встановлення підвіски,
натяг здійснюють закручуванням гайок динамічним ключем, за
допомогою домкрата з манометром, що упирається в низ балки або
ферми, та іншими способами. Показання манометра дозволяють
досить точно визначати величину розвантажувального навантаження.
Незалежно від розташування ланцюга щодо посилюваної балки можна
натягати її гілки віддарованим вантажем з наступною фіксацією вузла
підвіски чи стійки.
При підсиленні балок і ферм покрить широко використовують
додаткові опори, підкоси, підпружні системи (виносні опори,
шпренгелі розвантажувальні кронштейни тощо).
Рис. 4.5. Установлення додаткових опор при підсиленні сталевих ферм:
1 - підсилювана ферма; 2 - існуючі колони; 3 - існуючи фундаменти,
4 -додаткова.розвантажувальна колона; 5 - додатковий фундамент, б - опорна плита
з ребрами жорсткості, приварена до вузла ферми; 7 - сталеві пластини-клини для
включення розвантажувальних колон в роботу; 8 - болти кріплення, які встановлюють
після розклеювання, ,. .>
156
Жорсткі або пружні розвантажувальні опори, (рис. 4.5)
рекомендується застосовувати, якщо додаткові опори не
перешкоджають технологічному процесу. Жорсткі опори можуть
розташовуватися на окремих або існуючих фундаментах. Існуючі
фундаменти кращі навіть у разі необхідності їхнього підсилення. При
устрої окремих додаткових фундаментів важко уникнути просідання
опори, що може перешкодити включенню в роботу розвантажувальної
системи. У цьому випадку рекомендується попередньо обтиснути
грунт під додатковим фундаментом' зусиллям, яке дорівнює
розрахунковому навантаженню. Замість окремий1 проміжних опор,
можуть бути встановлені розвантажувальні підкоси (рис. 4.6).
Рис. 4.6. Установлення розвантажувальних косяків у дерев'них балках:
1 - підсилювана попередньо розвантажена балка;, З - розвантажувальні
дерев'яні косяки; 3 - несучі стіни будівлі; 4 - фундамент будівлі; бетонна підлога
будівлі; 6 - шурфи до уступу фундаменту, улаштовані у місцях косяків; 7 - опорні
подушки; 8 - нижні кінці косяків, антисептовані та обгорнуті двома шарами
ізоляційного матеріалу; 9 - обетонування шурфу; 10 - підбалка; 11 стяжні болти;
12 - скоби.
Додаткові стійки і підкоси можуть бути залізобетонними,
металевими чи дерев'яними.
157
Найбільш відповідальним моментом при такому підсиленні є
включення елементів у роботу посилюваної, конструкції. Це
досягається встановленням клиноподібних підкладок, підйомом
посилюваної конструкції, горизонтально розташованими домкратами
та іншими способами
Додаткові пружні опори під підсилювані елементи покриття,
найчастіше виконують у вигляді металевих балок або ферм, що
встановлюють з деяким зазором під конструкцією на загальні з нею
або окремі опори. У зазорі розташовують металеві прокладки або
болти. Включення додаткових опор у роботу здійснюють різними
способами: підтягуванням опорних кінців, балок чи ферм до
конструкції, яку посилюють, розклинкою косих прокладок,
розпірними болтами тощо.
Для посилення збірних залізобетонних балок покриття
багатоповерхових будівель у приопорних зонах застосовують
двохконсольні, попередньо напружені розвантажувальні кронштейни,
які встановлюють на проміжних опорах (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Установлення розвантажувальних кронштейнів при підсиленні
залізобетонних кроквяних балок:
1 - підсилювані балки: 2 - колони; 3 - розвантажувальні кронштейни з кутика;
4 - в'язі по нижньому поясу кронштейнів; 5 - упорна балка; 6 - натяжний гвині.
158
Кронштейн складається,з двох гілок, що уявляє собою трикутні
ферми. Нижній пояс виконують з одного кутика, а верхній пояс і
решітка можуть бути виконані з одинарних кутиків або з круглих
арматурних стержнів. Висоту кронштейнів приймають таку, яка ;
дорівнює висоті надопорної частини підсилюваних балок. Довжини
консольних частин кронштейнів рекомендується приймати рівними
1/4... 1/6 прольоту посилюваних балок. При невеликій довжині і
консольних частин можна взагалі відмовитися від елементів решітки
[4,8,9,14].
Опорні елементи кронштейнів можуть бути двох типів. |!
При посиленні збірних балок - це вертикальний металевий
лист товщиною 20...30 мм, висотою 300...400 мм у межах л
висоти балки, що приварюється внизу до розподільної
горизонтальної прокладки (див. рис.4.7). Для передачі
навантаження безпосередньо на колону опірний лист
вставляють у зазор між збірними балками. При цьому
' ' і>- і:і
необхідно забезпечити МОЖЛИВІСТЬ , деякого ВІЛЬНОГО повороту ||
його, для .чого зазор повинний перевищувати товщину листа на '
5... 10 мм. При підсиленні монолітних ребристих покрить і
перекрить, - опорні елементи виконують у вигляді І
сідлоподібних накладок, які встановлюють зверху на балку в місці
обпирання на колону і зв'язаних між собою за допомогою зварювання
[4,8]. ’ І'
і'
і.'і
159 ।
2
Рис. 4.8. Підсилення поясів залізобетонних ферм:
1 - підсилювана ферма; 2 - плити покриття; 3 - металева обойма;
4 - попередньо напружені стяглі; 5 - анкерний пристрій на опорном'у'вузлі; 6 - ребро
жорсткості; 7 - хомут для фіксації стяглів; 8 - фіксатор.
Конструкція упорного пристрою залежить від способу натягу'.
При натязі болтами воно являє собою жорсткий елемент, який
160
пропускають під низом посилюваної балки, і закріплюють на болтах
до гілок кронштейна (див. рис. 4.7), Контроль натягу' здійснюють за
величиною прогину' кінців кронштейна. При натягуванні підвіскою
відтарованного вантажу жорсткий елемент упорного пристрою
приварюють до гілок кронштейна, для'1 чого в ньому’ попередньо
роблять отвори чи петлі. Після натягу7, -в зазор між низом балки і
пластиною упорного пристрою щільно . укладають фіксуючі
прокладки, а вантаж знімають.. Втрати натягу' усувають підвіскою
вантажу на 10... 15% більшим, ніж необхідне розвантажувальне
навантаження. При використанні для натягу домкратів, які
встановлюються між опорами, після натягу також укладають фіксуючі
прокладки. Розвантажувальні кронштейни можуть виконуватися
також у вигляді суцільних бадокіз прокатного металу.
При підсиленні багатопрогоцорнх балок чи ферм покрить
будівель рекомендується застосовувати одночасно різні конструктивні
рішення для крайніх і середніх прогонів. Для крайніх прогонів можна
застосовувати попередньо напружений ланцюг або шпренгель (див.
рис. 4.1, 4.2, 4.3, 4.4), для середніх - попередньо напружені
розвантажувальні кронштейни (див. рис. 4.7). * ;
У процесі обстеження конструкцій покрить можуть бути
виявлені локальні дефекти балок і ферм, наприклад, елементів
решітки, вузлів тощо. У цьому’ випадку конструкція не має потреби в
підсиленні в цілому способами, що були, описані вище. Варто
підсилити тільки ушкоджені елементи. / /V ‘ ~
Наскрізне підсилення стиснутих поясів залізобетонних ферм
рекомендується виконувати металевими обоймами з профільного і
листового металу'. Наскрізне підсилення розтягнутих поясів ферм
рекомендується виконувати встановленням попередньо напружених
стяглів. Анкеровку' стержнів наскрізних стяглі»’ 'влаштовують на
опорних вузлах у торцях ферм; у проміжних вузлах положення
стержнів стяглів (після попереднього натягу) фіксують за допомогою
спеціальних хомуіШфіксаторів на зварюванні (рис. 4.8).
При підсиленні розтягнутих елементів решітки ферм, як
правило, застосовуютьйоперсдньо йіпружені стягді (рис. 4.9).
161
Кріплення стяглів у вузлах може бути виконане приварюванням
до фасонок (див. вузол «А» на рис. 4.9) або приварюванням до
кутиків, притягнутим анкерними болтами до пояса ферми (див. вузол
162
«Б» на рис. 4.9). При напруженні стяглів гайками, кінці стяглів
виконують з коротишів діаметром, що перевищує діаметр стяглів на 4
мм. З'єднання коротишів зі стяґлями повинне відповідати умові
рівномірності стику' основному' металу перерізу СТЯГЛЯ. ‘ ‘
Рис. 4.10. Підсилення стиснутих елементів залізобетонних ферм:
а - обоймою з передаванням зусиль на вузли конструкції; б - попередньо
напруженого розпіркою; в - однобічного розпіркою з попереднім напруженням;
1 - гілка обойми; 2 - з'єднувальна планка; 3 - термонапружена планка ; 4 - упорний
елемент, 5 - гілка розпірки; б - упорна коробка; 7 - стяжка.
Якщо зусилля в центрально або позацентрово стиснутих
окремих елементах ферм менше тих, що розвантажують, їхнє
163
підсилення рекомендується здійснювати металевими обоймами (рис.
4.10, а). Обойми встановлюють по всій довжині підсилюваного
елементу. Включення в роботу обойм забезпечують за рахунок
розпору, що виникає в гілках при деформації підсилюваного елементу,
від навантаження, що прикладається після підсилення. У тому
випадку, коли несуча здатність стиснутих елементів ферм близька до
вичерпання або коли необхідне їхнє розвантаження, рекомендується
застосовувати попередньо напружені розпірки. Розпірки можуть
виконуватися як двобічЙиМи (рис 4.10.6), так і однобічними.
Рис. 4.11. Підсилення середніх (а) та опорних (б) вузлів залізобетонних ферм:
1 - підсилюваний елемент; 2 - прокладка з кутиків; 'З' - упорні кутики;
4 попередньо напруженїстяглі; 5 -•ДедяткОві планки.' 'г- ’
164
' Для підсилення проміжних і опорних ву^піе залізобетонних
ферм можнавикористовувати металеві попередньо напружені стяглі
(хомута) (рис. 4.11), металеві або залізобетонні обойми. Конструкція
стяглій складається з кутиків, вгорі і внизу попарно скріплених
планками, і вертикальних стержнів - стяглів. Угорі стержні
приварююсь до ’ кутиків: Попереднє напруження досягається
закручуванням гайок знизу. У випадку приварювання стержнів вгорі і
внизу попереднє напруження виконують взаємним стягуванням (див.
рис. 4.4);- • • •
; Підсилення решітчастих койструкцій сталееих ф&рм ' покрить
найчастіше виконують встановленням додаткових сталевих елементій
(рйсг 4.12). Додаткові елементи решітки уводйть для'змейшення
гнучкості стержнів у площині ферми, для підсилення верхнього пояса
на місцевий згин, а також' для збільшення жорсткості і несучої
здатності ферми’в цілому.
1 підаилЮВаний стЯсВупйЦелеменг реіпітчатої конструкції, розвантажений
до 50...60% від розрахункових зусиль; 2 - додаткові сталеві елементи підсилення
(кутики, пластини, труби; стержиі.швадаритошо), зЧдиані вварюванням.
Вузлові з'єднання 'зварних металевих ферм підсилюють такими
способами: збільшенням довжини існуючих швів без введення
додаткових елементій; збільшенням товщини існуючих швів їхнім
наплавленням; увеДенййм Додаткових елементів (корйтишів) у вузли;
збільшенйям довжинЇЇ ійвів за рахунок розвитку фаі&нок. Вузли
клепаних ферм1 іюжуїь бути пІДСйлей: постановкою додаткових
болтів без 'введення додаткових' елементів ’у вузли; постановкою
додаткових елементів (коротишів); заміною заклепок високоміцними
165
болтами; прикріпленням елемента за допомогою зварювання;
розвитком фасонки із застосуванням зварювання і високоміцних
болтів.
Дерев'яні несучі конструкції покрить експлуатованих будівель,
підсилюють, як правило, наскрізними конструкціями із суцільної
деревини будівельного виготовлення. Існує багато . видів таких
конструкцій, особливо ферм, які відрізняються за формою,
статичними схемами, конструктивним рішенням вузлів. При огляді
наскрізних конструкцій варто враховувати, що їхнє руйнування не
завжди супроводжується помітними деформаціями всієї’ системи.
Найбільш небезпечні дефекти й пошкодження дерев'яних розтягнутих
елементів, особливо нижніх поясів і опорних вузлів. При ремонті
нижніх поясів з місцевими дефектами їх можна підсилювати за
допомогою накладок і прокладок, з'єднаних болтами (рис. 4.13, а).
Таке підсилення можна виконувати при максимальному'
розвантаженні ферм. Кількість болтів з кожного боку' стику
визначають за розрахунковим зусиллям в поясі. Якщо розвантаження
здійснити неможливо, підсилення роблять за допомогою натяжних
сталевих тяжів, пропущених через траверси, які спираються на торці
накладок, прикріплених до пояса (рис. 4.13, б).
Рис. 4.13. Підсилення розтягнутих елементів дерев'яних ферм:
а - дерев'яними накладками; б - натяжними тяжами; 1 - нижній пояс ферм;
2 - накладки; 3 - розрив пояса; 4 - сталеві тяжі; 5 - траверса.
Якщо в місці розриву утворився просвіт, рекомендується
розвантаження ферми .і натяг тяжів до .можливого зближення
розірваних ділянок пояса.. При наявності в поясі по довжині декількох
дефектів, тяжі можна встановлювати за всією довжиною пояса з
прикріпленням їх до траверз які ррзташованіу торцяхопорних.вузлів,
або не доходячи до опор, до накладок, , , .
166
В опорних вузлах, підсилення можна виконувати за допомогою
дерев'янйх накладок і тяжів. Дефектні ділянки видаляють і замінюють
новими, у верхньому' поясі - з обпиранням на вкладиш (рис. 4.14, а).
Підсилення верхнього пояса передається на вкладиш і траверсу, а
нижнього - на болти і накладки. Замість парних місцевих тяжійможна
використовувати наскрізні тяжі, які прикріплюють до опорних вузлів
із двох кінців ферми (рис. 4.14, б).
Рис. 4.14. Підсилення опорних вузлів дерев'яних ферм;
а - дерев'яними накладками^ і тяжамі, б - сталевими накладками і наскрізними
тяжамі; 1 - верхній пояс; 2 - нйівій пояс; 3 .-; сталеві тязгі; 4 - траверса; 5 - нові
дерев'яні вкладиші; б - наскрізні тяжі; 7 - накладки з профільної сталі; 8 - сталеві
штаби для підвіски тяжів.
З двох боків ставлять накладки (краще з-профільної сталі), до
яких кріплять верхній пояс болтами. Підсилення нижнього пояса
сприймають тяжі. Тяжі в проміжних вузлах підвішують до пояса (див.
переріз 3-3 На рис. 4'14, б). Якщо у фер&й пошкоджені опорні вузли і
нижній пояс, їх підсилюють наскрізними тяжами, які закріплюють в
торцях опорних вузлів. Тяжі розраховують не повне Зусилля в1
нижньому поясі ферми. ’ ’* '' “ • 1 ‘ ‘
Посилення" дерев'яних арЬк їіокрить і рам 1алежйть’гв!д вйду^''
конструкції Ь Характеру виявлених Дефект#. Найбільш простим “
способом підсилення гнутих арок з декількох шарів дощок, з'єднаних '
на цвяхах;'є улаштування обшивання з Двох'Шарів дощок, яке крішійТь
до вертикальних поверхонь арок також на цвяхах. Кружальні арки
підсилюють постановкою поруч зі старою аркою нової з косяків та їх
скріпленням цвяхами або болтами: Гнуті арки можна підсилювати,
перетворивши їх у металодерев’яні ферми:(рис. 4.15).г К *
167
Серед можливих конструктивних рішень покрить будівель
особливе місце займають оболонки - тонкостінні просторові системи,
які мають криволінійну поверхню. Залізобетонні оболонки покрить, в
основному7 монолітні, почали , з успіхом застосовувати в першій
половині XX сторіччя.
Рис. 4.15. Підсилення гнутих деревних арок:
ІгСТЯгельіЗтфермапцснлвїри. ;4
В останні ЗО - 40 років активно впроваджуються збірні і збірно-
монолітні залізобетонні оболонки, причому не тільки в унікальні
суспільні споруди, але й в масове промислове і цивільне будівництво.
У той же час, у будівельній літературі недостатньо повно освітлені
питання, підсилення покрить із залізобетонних оболонок, хоча до
цього часу багато з них мають дефекти й пошкодження і потребують
посилення, .... • » ., .
Основними способами посилення плит, як монолітних, так і
збірних, залізобетонних оболонок £ нарощування перерізів і
встановлення металевих розвантажувальних елементів. У процесі
нарощування, може бути добетонований монолітний шар як зверху,
так і знизу плити оболонки, Арматуру плити підсилення, у вигляді
168
зварених чи в'язаних сіток зі сталі 0 5...8 мм класів Вр - І чи А- III,
розподіляють по всій площі посилюваної оболонки. Для поліпшення
зчеплення нового і старого бетону бажано виконати анкерну сітку
підсилення. Для цього в декількох місцях вирубують бетон
посилюваної плити, оголюють наявну в ній арматуру і зв'язують її з
арматурою підсилення за допомогою гнутих стержнів-анкерів. У
випадку' неможливості такого анкерування, слід ретельно підготувати
поверхню посилюваної плити, до укладання нового бетону -
зачистити, зробити насічку' і промити водою. Як бетон посилення,
використовують дрібнозернистий бетон класу не нижче В15 і на один
клас вище, ніж умовний клас міцності бетону посилюваної плити
оболонки. У тому випадку', коли жорсткість існуючої оболонки
недостатня, а також при необхідності збільшення навантаження на
оболонку або підвіски зосереджених вантажів, підсилення можна
виконати улаштуванням додаткових ребер жорсткості з монолітного
залізобетону як знизу (рис.4.16), так і зверху' плити.
Рис. 4.16. Улаштування ребер жорсткості знизу (а) і зверху (б) плити при
підсиленні монолітних залізобетонних оболонок:
І - підсилювані плити оболонки; 2 - ребро жорстокості з монолітного
залізобетону; 3 - арматурна сітка підсилюваної плити; 4 - отвори, пробиті у плиті для
укладення бетону; 5 - арматурний каркас ребра жорсткості; б - арматурні гнуті
стрежні-анкери, 7 - поверхня плити, підготовлена для бетонування; 8 - опорний
контур оболонки (діафрагма, бортовий елемент); 9 - монолітний шар бетону
нарощування; 10 - арматурна сітка нарощування.
Такий спосіб підсилення може бути застосований для
монолітних, збірних і збірно-монолітних оболонок. Якщо посилювана
169
конструкція, має ребра, то додаткові ребра жорсткості з монолітного
залізобетону" доцільно влаштовувати посередині, між існуючими, (див,
рис. 4.16). У випадку неможливості влаштування додаткових ребер,
підсилення ребристих оболонок роблять приварюванням додаткової
арматури до оголеної існуючої арматури ребер. У гладеньких
оболонках можуть бути встановлені додаткові арматурні стержні в
пази в бетонні плити, вибрані фрезою без порушення існуючої
арматурної сітки плити. Закладення пазів після установки додаткової
арматури в існуючій плиті, як правило виконують за допомогою
полімеррозчинів. (див.рис.1.4).
Нарощування перерізів при підсиленні залізобетонних оболонок
може бути виконане також встановленням накладок із прокатного чи
листового металу, наклейкою стеклотканини й іншими способами.
При підсиленні залізобетонних оболонок за допомогою
розвантажувальних елементів, використовують ті ж прийоми, що і для
підсилення великопрогоних балок, арок і ферм покриття. Найбільш
ефективними способами є встановлення різного роду стяглів
(рис.4.17), що виконують на різних рівнях стріли підйому оболонки.
Рис. 4.17. Установлення шлренгельних стяглів при підсиленні монолітних
залізобетонних оболонок:
1 - підсилювана плита оболонки; 2 - опорний контур оболонки (бортовий
елемент, діафрагма); 3 - шпренгепьиий стягань з арматурної сталі, 4 - опорна база
стягла з пластини та клиноподібної шайби; 5 - розпірки з прокатного металу,
б - верхня опорна база розпорок з прокатного металу; 7 - нижня опорна база
розпорок; 8 - отвори у плиті для установлення стяглів, 9 - гайки, 10 - контргайки
Крім того. можливий улаштування портальних
розвантажувальних рам, встановлення накладних ребер жорсткості з
170
прокатного металу. Ділянки плити оболонки з тріщинами можуть бути
посилені встановленням стержнів з арматурної сталі в отвори,
просвердлені під кутом 45° до поверхні в площині, перпендикулярно
до тріщини [8].
Кутові зони оболонок є найбільш уразливими, з точки зору
появи дефектів ділянками. Внаслідок дії головних розтягувальних
зусиль у кутових зонах часто з'являються діагональні тріщини.
Підсилення кутових зон можна робити різними способами:
бетонуванням зверху з накладкою в кутах арматурою сітки
підсилення; наклейкою стеклотканини; встановленням сталевих смуг
на болтах під кутом 45° до діафрагм (бортових елементів);
встановленням попередньо напружених стяглів знизу чи зверху плити
(рис.4.18).
Рис. 4.18. Підсилення кутових зон монолітних оболонок:
1 - підсилювана плита оболонки; 2 - діагональні тріщини: З - діафрагма
(бортові елементи); 4 - попередньо напружені стяглі з арматурної сталі, приварені до
сталевих пластинок; 5 - сталеві платини, які кріпляться до діафрагми за допомогою
анкерних болтів; 6 - анкерні болти, установлені на полімерному розчині у висвердлені
отвори.
В усіх випадках перед виконанням робіт з підсилення,
діагональні тріщини в плиті повинні бути зашпаровані розчином на
цементному чи полімерному в'яжучому.
171
4.2.2. Стіни і стовпи
Основними видами стін, з якими приходиться зустрічатися в
процесі реконструкції та відновленні будівель - це стіни зі штучних
кам'яних матеріалів (цегли, керамічних, силікатних і бетонних
каменів), а також бетонні і залізобетонні стінові панелі.
Як уже відзначалося в п. 1.1, у процесі обстеження будівлі,
насамперед, встановлюють її стан у цілому. У багатьох випадках,
внаслідок багатьох причин просторова жорсткість будівлі може бути
істотно порушена (див.рис.1.1...1.5). Для таких будівель необхідно,
насамперед, подбати про відновлення або збільшення просторової
жорсткості.
Найбільш ефективними методами підсилення кам'яних стін з
порушеною просторовою жорсткістю, є метод улаштування
напружених поясів, що виконуються із зовнішнього чи внутрішнього
боку будинку (рис. 4. !9).
Рис. 4.19. Підсилення кам'яних стін будівель улаштуванням поясів із
зовнішнього боку:
1 - деформована будівля; 2 - сталеві тяжі: 3 - прокатний профіль з кутика
150x150; 4 стяжні .муфти; 5 - зварний шов; 6 - тріщини у стінах будівлі: 7 - штроба
у стіні від тяжа, заповнена цементно-піщаним розчином; 8 - проміжний карниз з
цементно-піщаного розчину.
172
Цей метод підсилення, в більшості випадків, дозволяє уникнути
трудомістких робіт з підсилення фундаментів і основ. Кріплення стін
здійснюють встановленням в рівні перекрить поздовжніх і поперечних
тяжів із круглої сталі СтЗ, 25Г2С, 35ГС діаметром 28...42мм, що
опоясують усю будівлю або його частину. Для обтиснення кутів
будинку встановлюють обрізки куточків (див. рис. 4.19). Натяг поясів
здійснюють стяжними муфтами одночасно по всьому контуру пояса.
Після встановлення напружених поясів у стінах утворюються
стискальні зусилля, які погашають розтягувальні зусилля від
зовнішніх навантажень і деформацій грунтів. Метод підсилення стін
напруженими тяжами простий і дає економію коштів при ремонті
деформованих стін.
Місцеве підсилення стіни, що відхилилася від вертикалі, можна
робити встановленням горизонтальних тяжів усередині будівлі. У
цьому випадку тяжі розташовують у площинах перекрить і
пропускають через отвори в стінах, що зашпаровують розчином після
встановлення тяжів. Для залучення в роботу великих площ стіни,
запобігання продавлювання ділянок стін у місцях проходження тяжів і
місцевих деформацій із зовнішньої сторони, стіни поєднують
накладними смугами. Як накладні пояси, що розташовані у
горизонтальному, і у вертикальному напрямках, використовують
швелери N12... 14. При значній довжині тяжів для забезпечення
надійного включення в спільну роботу тяжів і стін, у прольоті
встановлюють стяжну муфту.
Механічний натяг здійснюють вручну за допомогою важеля
довжиною 1.5м, зусиллям 300...400Н. Загальне зусилля натягу складає
50кн, його контролюють відсутністю провисання тяжа різними
приладами, індикаторами, простукуванням. Добре натягнутий тяж
видає чистий звук високого тону.
Металеві накладки можуть бути встановлені з обох боків стіни,
в місцях найбільших ушкоджень (тріщин, деформацій тощо)
(рис.4.20).
173
Рис. 4.20. Підсилення кам'яних стін будівель установленням металевих
накладок:
1 - деформована будівля; 2 -- тріщини у стінах будівлі; 3 - накладки зі
швелерів; 4 - накладки з металевих пластин; 5 - стяжні болти; 6 - штроба для
установлення накладок, зашпарована розчином; 7 - отвори у стінах для болтів, які
після установлення зашпаровують розчином.
Тріщини зачеканюють розчином, а при дуже великій ширині
їхнього розкриття закладають цеглою з кладкою ліворуч і праворуч
від тріщини.
Після виконання посилення тяжами чи накладками,
спостерігають за поширенням тріщин. Якщо ширина їхнього
розкриття стабілізувалася, оштукатурюють тяжі і ремонтують фасади
з остаточним зашпаруванням існуючих тріщин.
У зв'язку’ з тим, що кам'яні конструкції стін і стовпів зазнають
в основному стискаючі зусилля, найбільш ефективним способом
їхнього підсилення є пристрій сталевих, залізобетонних або
армованих обойм з розчину (рис. 4.21).
174
Рис. 4.21. Підсилення кам'яних стовпів сталевою (а), залізобетонною (б) і
армованою обоймою з розчину (в):
1 - планки 35x5 ... 60x12 мм; 2 - кутики; 3 - зварювання; 4 - стержні
05...12мм; 5 - хомути 04...10мм; 6 - бетон В12,5. ..В15; 7 - стержні 06...12мм;
8 - розчин Мр 50 .75; 9 - кладка.
Кам'яна кладка в обоймі працює в умовах двохосьового стиску;
її поперечні деформації стримуються конструкцією обойми, що
істотно збільшує опір повздовжній силі.
Сталева обойма складається з двох основних елементів -
вертикальних сталевих кутиків, що встановлюють по кутах простінків
або стовпів на цементному розчині, і хомутів з полосової або круглої
сталі. Крок хомутів приймають не більш меншого розміру перерізу і
не більш 500мм. Для забезпечення включення обойми в роботу
кладки, необхідно ретельно зачеканювати або ін’єктувати зазори між
сталевими елементами обойми і кам'яної кладки цементним розчином
(рис.4.22,а). Після улаштування металевої обойми її елементи
захищають від корозії цементним розчином товщиною 25...30мм по
металевій сітці.
175
Рис, 4,22. Підсилення простінків сталевими обоймами:
1 - цегляний стовп або простінок; 2 - сталеві кутики; 3 - планка; 4 - поперечна
в'язь.
Залізобетонну обойму (оболонку) виконують з бетону класу В10
і вище з поздовжньою арматурою класів А-І, А-ІІ чи А-ПІ і
поперечною арматурою класу А-І чи Вр-І. Крок поперечної арматури
приймають не більш 150мм. Товщину обойми визначають
розрахунком і приймають у межах40... 120мм.
Армована обойма з розчином (армована штукатурка)
відрізняється від залізобетонної тим, що замість бетону- застосовують
цементний розчин марки М75...100, яким захищають арматуру
підсилення.
Ефективність сталевих і залізобетонних обойм визначають
відсотком поперечного і повздовжнього армування, міцністю бетону і
розчину’, поперечним перерізом обойми, станом кам'яної кладки і
характером прикладання навантаження на конструкцію. Зі
збільшенням розмірів перерізу елемента, ефективність обойми трохи
знижується, однак, це зниження незначне і його можна не
враховувати.
Якщо в поперечному' перерізі посилюємого елементу, один з
його розмірів у 2 і більш рази перевищує інший, то для забезпечення
176
спільної роботи простінку з обоймою встановлюють додаткові в'язі,
які пропускають через кладку (рис.4.22,б). Відстань між цими в'язями
в плані приймають не більш їм і не більш двох товщин стіни, а по
висоті - не більш 750мм.
Одночасно з підсиленням стін обоймами, рекомендується також
виконувати ін'єкцію цементного розчину в наявні тріщини. Ін'єкцію
здійснюють шляхом нагнітання в ушкоджену кладку рідкого цементу
чи полімерного розчину- під тиском. При цьому відбувається загальне
замонолічування кладки, відновлюється і навіть збільшується її несуча
здатність. Достоїнством такого методу підсилення є можливість його
виконання без зупинки виробництва при невеликих витратах
матеріалів і без істотного збільшення поперечних розмірів
конструкцій.
Для ефективного ін’єктування застосовують портландцемент
марки не менш М400 з тонкістю помелу не менш 2400 см2/г з
густотою цементного тіста 22...25%, а також шлакопортландцемент
М400 з невеликою в'язкістю в розріджених розчинах. Для розчину
використовують дрібний пісок з модулем крупності 1.0... 1.5 чи
тонкомелений - з тонкістю помелу в межах 2000...2200смг.'г. Для
збільшення пластичності складу в розчин додають пластифікуючі
добавки у вигляді нітрату натрію (5% від маси цементу),
полівінілацетатну емульсію ПВА з полімерцементним відношенням
ІІЦ=0,6 або нафталаноформальдегідну добавку- в кількості 0,1% від
маси цементу. До ін'єкційних розчинів висувають тверді вимоги: мале
водовідділення, необхідна в'язкість, незначна усадка, необхідна
міцність на стиск, висока морозостійкість.
При невеликих тріщинах у кладці, у межах 1.5мм, застосовують
полімерні розчини на основі епоксидної смоли, а також цементно-
піщані розчини з добавкою тонкомеленого піску [14]. При значному
розкритті тріщин приймають цементно-полімерні розчини складу
1:0,15:0,3 (цемент : полімер ПВА : пісок) або цементно-піщані
розчини складу 1:0,05:0,3 (цемент : пластифікатор нітрат натрію :
пісок), В/Ц=0,6, модуль крупности піску- 1,0. Розчин нагнітають під
тиском О'бМПа. Щільність заповнення тріщин визначають через 28
діб після ін’єктування неруйнівними методами. Міцність ін’єктованих
розчинів на стиск повинна складати 15...25МПа.
Межу міцності кладки, підсиленої ін’єктуванням, визначають за
нормами [20] із введенням поправочних коефіцієнтів, величина яких
177
залежить від причин утворення тріщин у кам'яній кладці і вищу
ін'єкційного розчину.
Спільне підсилення кам'яної кладки сталевою обоймою та
ін’єктуванням дозволяє істотно підвищити її несучу здатність. Такий
комбінований спосіб посилення досить дорогий і трудомісткий, його
використовують у тому' випадку, коли роздільне застосування цих
способів посилення недостатнє.
При виконанні комбінованого способу підсилення спочатку'
встановлюють металеву обойму, потім роблять ін’єктувння розчину- в
кладку. Розрахунок підсиленого перерізу роблять як для кладки,
підсиленої обоймами, з урахуванням підвищеної несучої здатності
кладки за рахунок ін’єктування.
У процесі надбудови, капітально-відновлювального ремонту або
реконструкції будівлі з несучими стінами з кам'яної кладки, часто
виникає необхідність ремонту і підсилення оздоблювальних стін-
перемичок, кладки під опорами балок чи прогонів перекрить, слабких
або деформованих ділянок кладки.
У будинках будівлі кінця XIX - початку XX сторіч прорізи
шириною до 1,5м перекривалися клинчастими перемичками, більш
1,5м - арковими. Такі перемички трудомісткі у виконанні і вимагали
висококваліфікованої робочої сили. Крім того, вони чутливі до
зосереджених навантажень і нерівномірних просідань в будинку, тому
що руйнуванню перемичок з появою першої тріщини перешкоджає
тільки сила зчеплення кладки. Починаючи з 20 років і аж до 40 років
XX століття, широке застосування одержали рядові перемички, що
перекривають прорізи 1...2м. Розрахункова висота рядової перемички
складає не менш 450мм, що відповідає шістьом рядам кладки. Кладку
рядових перемичок виконували з суцільної добірної цегли на розчині
марки М25 і вище, із суворим дотриманням перев'язки швів.
Перемички ремонтують або підсилюють лише після виявлення
та усунення причин, що викликали руйнування. Перемички з
одиночними тріщинами відновлюють, ін’єктуючи рідкий цемент або
полімерцементний розчин, що сприяє замонолічуванню тріщин.
Подача розчину під тиском дозволяє ретельно заповнити порожнечі,
які утворилися в кладці, і створити загальний монолітний масив.
Склад і техніка застосування розчину такі ж, як і при ін’єктуванні
кладки.
Сильно деформовані аркові перемички цілком перекладають,
попередньо знявши з них навантаження від перекрить. Ушкоджені
178
клинчагі і рядові перемички підсилюють підводкою сталевих або
залізобетонних балок. Під клинчаті перемички підводять балки з
кутикової прокатної сталі. При великих прольотах, для зменшення
перерізу профілю, шо підводиться, додатково влаштовують підвіски з
арматурної сталі. Рядові перемички підсилюють підводкою під них
сталевих балок із прокатного швелера, стягнутих монтажними
болтами [9,14].
Поява тріщин під опорами балок і прогонів перекрить свідчать
про перенапруження кладки і вимагає вживати конструктивні заходи з
її розвантаження, з урахуванням дійсної несучої здатності кладки на
місцевий стиск (зминання), необхідно зробити заміну кладки під
опорами балок. При незначних руйнуваннях кладки можна
обмежитися підводкою сталевої розподільної пластини або підкладної
залізобетонної плити Для цього встановлюють тимчасові кріплення
під балки перекриття на всіх поверхах суворо по вертикалі, а потім,
при необхідності, ушкоджену ділянку кладки заміняють на нову або
укладають підкладну плиту. Тимчасові кріплення для розвантаження
балок розбирають при досягненні розчином розрахункової міцності.
При значних пошкодженнях стін, наприклад, при наскрізних
тріщинах з розкриттям більш 4мм, погрібна часткова заміна кам’яної
кладки. У цьому випадку, у стінах товщиною більш 1.5 цегли
спочатку' з одного боку, а потім з іншої на глибину 0.5 цегли і ширину
не менш однієї цегли, розбирають кладку’ в зоні ушкодження. Кладку,
що залишилася, ретельно промивають цементним молоком і
викладають розібрану ділянку новою повнотілою цеглою марки не
нижче М100 на цементному розчині марки не нижче М25 з ретельною
перев'язкою зі старою кладкою. Для кращого зв'язку зі старою
кладкою через деякі проміжки встановлюють тичкові цеглини. У
стінах товщиною менш 1.5 цегли, або в стінах, з ушкодженими
великими ділянками, необхідно виконати повне розбирання кладки з
наступним її відновленням. У процесі повної заміни верх нової кладки
не доводять до старої на ЗО...40мм, а потім цей зазор щільно
зачеканюють твердим цементним розчином марки не нижче МІ00.
При необхідності щільність прилягання нової і старої кладки
забезпечують забиванням у неогверділий розчин плоских сталевих
клинів. Горизонтальні шви нової кладки можуть бути армовані
сталевою сіткою. Перед повного заміною частини стіни, необхідно
виконати тимчасове кріплення її вищерозташованної ділянки, що не
179
підлягає заміні. Розбирання тимчасового кріплення роблять після
досягнення 50% проектної міцності нової кладки.
При підсиленні великопанельних залізобетонних зовнішніх стін
повнозбірних будівель використовують практично ті ж прийоми, ІЦО і
при підсиленні стін з кам'яної кладки. У цьому випадку, найбільш
ефективним способом підсилення с влаштування додаткових
монолітних залізобетонних стінок із двох боків збірної панелі
(рис.4.23).
Рис 4.23 Підсилення великопанельних зовнішніх стін улаштуванням
монолітних залізобетонних стінок з обох боків:
1 - підсилювана панель; 2 - монолітна залізобетонна стінка товщиною 60. 80
мм; 3 арматурна стінка з 06АШ,кроком 200x200 мм; 4 - в'язі з арматури 08А-І;
5 - отвори 09 мм, б - поверхня панелі, підготовлена до бетонування;
7 дрібнозернистий бетонВ15...В25.
Перед бетонуванням шарів, по всій площині панелі через їм у
шаховому- порядку, просвердлюють наскрізні отвори діаметром 9мм,
куди згодом вставляють в'язі з арматури 08АІ. Одночасно, поверхню
панелей з двох боків підготовляють до бетонування, тобто очищують
забруднення, промивають водою, роблять насічку'. Це сприяє кращому
зчепленню бетону збірної панелі з новими монолітними шарами
підсилення. Далі, по всій поверхні панелі, по обидва боки
встановлюють арматурні сітки, які кріплять між собою за допомогою
анкерів, пропущених через підсилювану панель. Зварну чи в’язану
арматурну сітку підсилення ,як правило, виконують зі стержнів 06...8
А-ІП з чарункою 200 х 200м.м. Потім встановлюють опалубку і
роблять бетонування дрібнозернистим бетоном класу В15...В25,
180
товщина монолітної залізобетонної стінки повинна бути не .менш
50...60мм. Така двостороння залізобетонна обойма істотно збільшує
несучу здатність стінової панелі.
Додаткову, монолітну залізобетонну стіну можна влаштовувати
тільки з одного, внутрішнього боку панелі. У цьому випадку її
товщина повинна бути не менш ІОО.мм. З огляду на те. що анкерні
зв'язки між панеллю, що підсилюють, та однобічною стінкою відсутні,
її варто спирати на фундамент або на несучі конструкції перекрить.
У будинках з неповним каркасом підсилення великопанельних
стін можна практикувати за допомогою підведення приставних
розвантажувальних колон під ригелі. Приставні розвантажувальні
колони, із двох <100 х 100мм встановлюють у стіни в один ряд суворо
по вертикалі. Верхню частину колони упирають в ригель, а нижню
встановлюють на опорну базу у вигляді металевого листа. Опорні бази
розвантажувальних колон, повинні опиратися: на першому поверсі -
на фундамент, на інших поверхах - на несучі конструкції перекрить.
Включення в роботу приставних колон на кожному поверсі
здійснюють встановленням клиноподібних прокладок між
фундаментом (перекриттям) і опорною базою колони. Зручніше за все
такі колони влаштовувати в місцях примикання внутрішніх стінових
панелей до зовнішніх. У цьому випадку' після оштукатурювання кутів,
практично зберігається первісний вид приміщення.
У випадку розшарування одношарових стінових панелей
(див.рис.1.15) або втрати зв’язку' між шарами багатошарових панелей,
суцільність конструкції можна відновити встановленням стяжних
болтів на ділянках розшарування.
Для цього, в межах ділянки розшарування, в панелі свердлять
отвори через 300...500мм і пропускають болти, найчастіше М10, що
мають шайби розміром 100x100x8мм. Дія захисту* болтів від корозії їх
встановлюють в ніші глибиною 20мм, вибрані в тілі панелі з двох
боків. Після остаточної фіксації болтів ніші заповнюють легким
бетоном або поризованним розчином.
Пошкодження поверхонь глибиною більш 40мм у стінових
залізобетонних панелей можуть бути зашпаровані за допомогою
штучних елементів. Як матеріал для закладення використовують
штучні елементи прямокутної форми розмірами, порівнюваних або
кратних розмірам цегли, виготовленими з того ж бетону, що і
посилювана панель. Ушкоджену поверхню ретельно обробляють під
укладання штучних елементів - поглиблюють, розчищають.
181
обдувають повітрям і змочують. Потім роблять кладку' штучних
елементів на цементно-вапняному' розчині з додаванням
керамзитового піску. Для кращого зчеплення посилюваної панелі з
новою кладкою через кожні 500мм у панель у шаховому порядку
забивають оцинковані цвяхи, які наполовину' своєї довжини
залишаються у швах нової кладки [8].
Посилення стін, простінків і перемичок монолітних
залізобетонних будівель, в основному', виконують улаштування
обетонованих металевих обойм, внутрішніх каркасів із прокатного
металу або залізобетонних обойм.
Якщо в залізобетонній стіні монолітного будівлі є наскрізні
тріщини шириною розкриття до 10мм, їх можна усунути за
допомогою П-подібних накладок з арматурної сталі 04...5 Вр-І. Для
цього перпендикулярно тріщині за допомогою електрофрезерного
пристрою виконують пази, на кінцях яких у бетоні просвердлюють
свердловини глибиною 8...10мм. У пази і свердловини встановлюють
П-подібні накладки. Тріщини, пази І свердловини ін’єктують
цементно-піщаним або полімерним розчином з урахуванням
рекомендацій, описаних для посилення цегельної кладки [8,9,14].
4.2.3. Колони
Для підсилення залізобетонних колон найчастіше застосовують
обойми (оболонки) декількох типів. Одним з типів залізобетонних
обойм є обойма зі звичайною повздовжньою і поперечною арматурою
(рис.4.24,а), без зв'язку обойми з арматурою підсилюваної колони.
Перед бетонуванням роблять підготування поверхні посилюваної
конструкції, виконують насічку' бетону, промивають струменем води.
Товщина обойми залежить від ступеня підсилення, але, як правило не
перевищує 300мм. Площа поздовжньої арматури обойми визначають
розрахунком, однак її діаметр повинний бути не менш 16мм для
стиснутих і 12мм - для розтягнутих стержнів. Поперечну в’язану
арматуру приймають діаметром не менш 6мм, а зварену’ - 8мм і
встановлюють із кроком, рівним 15 діаметрам поздовжньої арматури,
але не більш триразової товщини обойми і не більш 200мм. У місцях
можливої концентрації напруження крок хомутів повинний бути
зменшений удвічі.
182
Рис. 4.24. Підсилення колони залізобетонною обоймою зі стержневого (а) та
жорсткого зовнішнього арматурного з кутиків (б):
1 - підсилювана колона; 2 - обойма; 3 поздовжня арматура; 4 - поперечна
арматурна обойми; 5 опорні кутики жорсткої обойми.
183
При влаштуванні місцевої обойми на пошкодженій ділянці, вона
повинна виходити за її межі на довжину не менш 5 товщин обойми,
але не менш 400мм. Для поліпшення зчеплення нового бетону зі
старим рекомендується на поверхню старого бетону, на ділянці
місцевої обойми, наносити адгезійну обмазку з полімерних матеріалів.
Різновидом залізобетонних обойм є обойми з встановлюваної
уздовж їхніх граней жорсткою арматурою з кутиків, що у кінців
посилених колон, приварюють до горизонтальних опорних кутиків
(рис.4.24,б).
Залізобетонні обойми колон можуть бути виконані з
поперечною арматурою у вигляді спіральної обмотки з дротяної
арматури діаметром не менш 6мм (рис.4.25).
При конструюванні таких обойм дотримуються таких умов:
1. Спіралі у плані повинні бути круглими.
2. Відстані між витками спіралі в осях повинні бути не менш
40мм, не більш 1/5 діаметра перерізу ядра обойми, охопленого
спіраллю, і не більш 100мм; біля опор та інших місць можливої
концентрації напружень ця відстань повинна бути зменшена вдвічі.
3. Спіралі повинні охоплювати всю робочу арматуру.
Залізобетонні обойми зі спіральною арматурою мають
підвищеною несучою здатністю при центральному стиску.
Мінімальну товщину залізобетонної обойми приймають за
вимогами технології посилення, в залежності від методу бетонування.
При ущільненні бетонної суміші глибинними вібраторами і висоті
щитів опалубки 600...800мм, товщина стінки обойми повинна бути не
менш 80мм, а при висоті щитів 1200мм - не .менш 130мм. При
бетонуванні обойм литими бетонними сумішами з зовнішнім
вібруванням, товщина стінок обойми повинна бути не менш 75мм при
висоті щитів опалубки, що визначають висоту бетонування, не
більші500мм. При торкретуванні мінімальна товщина шару повинна
складати не менш 50мм.
184
Рис 4.25. Підсилення колони залізобетонною обоймою зі спіральною
арматурою
1 - підсилювана колона; 2 - обойма; 3 - спіральна арматура.
Крім залізобетонних обойм, для підсилення залізобетонних
колон можуть бути рекомендовані металеві обойми (рис.4.26),
складовими частинами яких € стійки куткового профілю, які
185
встановлюються но граням колон, сполучні планки між ними й опорні
підкладки з кутиків або листового металу.
Рис 4,26. Підсилення колони металевою обоймою:
1 - підсилювана колона; 2 - стійки-кугики; 3 - об'єдиувальві планки;
4 - підкладки; 5 - зачекавення цементним розчином
Металеві обойми рекомендується застосовувати у випадках,
коли не можна зменшувати габарити виробничих приміщень і
потрібно виконати посилення в найкоротший термін. При
186
влаштуванні металевих обойм, обов'язковою умовою є щільне
примикання металевих стійок до граней посилюваної колони, та їх
суворо вертикальне положення. Дія досягнення цих умов поверхню
бетону в місці примикання стійок вирівнюють, сколюючи нерівності і
зачеканюючи цементним розчином. Включення металевих обойм у
спільну роботу з підсилюваною колоною, здійснюють за допомогою
спеціальних пристосувань [8,9,14].
Ефективність підсилення металевою обоймою значно зростає,
якщо пояса навколо колони, утворені сполучними планками,
виконують попередньо напруженими. Попередню напруження
металевих поясів виконують таким чином: сполучні планки кожного з
поясів встановлюють на одному рівні і приварюють одним боком до
стійок; потім приступають до замикання середнього, по висоті колони,
пояса, для чого нагрівають сполучні планки двох протилежних граней
до температури 100°С і приварюють до стійок у нагрітому’ стані;
аналогічно роблять із планками суміжних граней. Таким чином
замикають інші пояси обойми. В міру' остигання нагрітих сполучних
планок підсилювана колона, обтискується металевими поясами.
У випадку посилення центрально і позацентрово стиснутих
колон під навантаженням дуже ефективним і відносно простим
виявляється спосіб підсилення з застосуванням попередньо
напружених металевих розпірок, що уявляють собою конструкцію
типу’ металевих обойм із напруженими стійками. Розпірки можуть
бути розташовані з одного чи двох боків (рис.4.27).
Двобічні розпірки застосовують для збільшення несучої
здатності центрально стиснутих і позацентрово стиснутих колон із
двозначними епюрами елементів. Однобічні розпірки ефективні у
випадку’ позацентрового стиску’ з великими і малими
ексцентриситетами.
Конструкція розпірки складається з двох кутиків, зв'язаних між
собою привареними сполучними планками. Вгорі і внизу кожного
кутика розпірки приварюють спеціальні планки, через які передають
навантаження при монтажі напруженні та експлуатації на упорні
кутики. Упорні кутики встановлюють на елементах конструкцій, що
безпосередньо примикають до підсилюваних колон (ригелям, балкам,
обрізам фундаментів).
Внутрішні площини полиць цих кутиків зашпаровують на рівні
із зовнішніми бічними поверхнями колон, які підлягають підсиленню.
Упорні планки розпірок виконують зі смугової чи листової сталі
187
ТОВЩИНОЮ не менш 15 мм. і за площею не менш площі перетину
розпірок. Планки повинні виступати за грані кутиків розпірок на
100..,120мм і мата у виступах отвори для пропуску монтажних болтів.
Рис 4.27, Підсилення колони попередньо напруженими металевими
розпірками:
а - період монтажу. б - напружений стаж, 1 - підсилювана колода. 2 - кутики
розпірок; 3 - з'єднувальні планки; 4 упорні стоянки. 5 - планки-упори:
б ~ кріпильний монтажний болт; 7 - натяжний монтажний болт. 8 - гианка для
натягування болтів у міст перетину'
Монтаж розпірок роблять з ЇХ перегином у середині висоти. Для
виконання перегину в бічних полицях кутиків передбачають врізи.
188
Площу поперечного перерізу розпірок у цих місцях компенсують
прнваркою спеціальних планок, що одночасно використовують для
встановлення натяжних болтів. При випрямленні розпірок після
їхнього монтажу; створюється попередня напруга стиску розпірок. У
процесі монтажу розпіркам необхідно надати суворо вертикальне
положення і забезпечити щільне прилягання до посилюваної колони.
Це досягається закручуванням гайок натяжних болтів. Після
випрямлення двобічних розпірок і включення їх у спільну роботу з
посилюваною колоною, їх поєднують у єдину систему прнваркою
планок по вільним бічним граням (див. рис.4.27). При однобічних
розпірках зв'язок з посилюваною колоною, досягається встановленням
кріпильних кутиків, скріплених між собою і розпірками на
зварюванні. Після приварювання всіх планок, натяжні і кріпильні
монтажні болти знімають, а в місці прогину розпірок приварюють
додаткові накладки. Оптимальна величина попереднього напруження
розпірок складає 40...70МПа
Підсилення сталевих колон ненапруженими елементами
виконують збільшенням їхнього перерізу і зменшенням зведеної
довжини, за рахунок максимально можливого збільшення радіуса
інерції перерізу (рис.4.28).
Варіанти
Рис. 4.28. Підсилення сталевих колон установленням додаткових елементів
1 - підсилювана колона (стійка); 2 ~ додаткові сталеві елементи підсилення
(пластини, труби, швелери, кутики тощо).
189
Підсилювана стальна колона (стійка) на час підсилення повинні
бути розвантажена; навантаження в цей час не повинно перевищувати
50...60% розрахункового. Приєднання елементів, як правило,
здійснюють за допомогою зварювання. Прогай елементів, що
з'являється в процесі виконання зварювальних робіт, створює
додаткове навантаження. Тому елементи підсилення спочатку
приварюють точковим зварюванням, а потім накладають основні шви.
Перевагу слід віддавати шпонковим (переривчастим) швам, що
зменшують деформації елементів, скорочують терміни зварювальних
робіт і зменшують масу наплавленого металу.
При підсиленні сталевих колон під навантаженням, можна з
успіхом використовувати описаний вище спосіб установки
попередньо напружених розпірок (див.рис.4.29). У цьому випадку всі
операції з реалізації підсилення, які описані для залізобетонних колон,
зберігаються.
Дуже ефективним способом посилення виявляється
обетонування сталевих колон (рис.4.30).
Рис 4,29. Установлення попередньо напружених розпорок при підсичені
сталевих колон:
а - перед напруженням, б - після попереднього напруження, 1 - підсилювана
сталева колона; 2 - сталеві ригелі; 3 - попередньо напружені розпірки зі швелера зі
іпиамом у середині довжини; 4 -- поперечні монтажні планки з кутика; 5 - стяжні
монтажні болти; б - переривисте зварювання.
190
Варіанти
Рис. 4.30. Підсилення сталевих колон обступанням:
1 - підсилювана сталева колона суцільного перерізу. 2 - підсилювана сталева
колона замкненого перерізу; 3 балки перекриття; 4 - фундамент. 5 - база колони,
6 - чільник колони; 7 - арматурні П-подібні каркаси, 8 - бетон В15 і вище
У цьому випадку, насамперед, сталеву підсилювану колона,
очищують від лакофарбового покриття і продуктів корозії. Якщо
підсилювана колона маг відкритий профіль, то в процесі встановлення
П-подібних каркасів підсилення, їхні стержні приварюють до гілок
колони (див. розріз 6-6 на рис.4.30). Потім роблять обетонування
литим бетоном класу не нижче В15. У підсилюваних колонах,
замкненого профілю для заливання бетону вирізують отвори.
Товщина захисного шару обетонованих металевих конструкцій
повинна бути не менш 50мм. У сталевих колон замкненого профілю,
поверхні яких залишаються недоторканими, повинно бути відновлене
антикорозійне покриття, ушкоджене в процесі бетонування. Посилені
подібним чином сталеві колони розраховують як залізобетонні
елементи з несучою арматурою [15].
Дерев'яні стійки суцільного перерізу можуть бути підсилені
встановленням дерев'яних накладок чи накладок із прокатного металу
з одного чи двох боків. У будь-якому випадку елементи підсилення
191
повинні бути скріплені із підсилюваною стійкою цвяхами, стяжними
болтами або хомутами.
У тих випадках, коли стійки мають значні ушкодження, поруч зі
стійкою, то посилюється, може бути встановлена дерев'яна або
металева розвантажувальна стійка. Розвантажувальну стійку5
включають у роботу одним зі способів згаданих раніше. У випадку
дерев'яних розвантажувальних стійок для включення їх у роботу
використовують клини, які встановлюють між стійкою і лежнем із
бруса, що знаходиться на фундаменті чи перекритті. Після підбивання
клинів і включенні стійки в роботу5, пакет із двох клинів і лежень
скріплюють цвяхами. Якщо розвантажувальна стійка виконана з
прокатного металу’, включення її в роботу виконують за допомогою
спеціальних розпірних гвинтів (8,14].
Підсилення дерев'яних стійок можна виконати за допомогою
підкосів.
Дерев'яні сполучені стійки можуть бути підсилені за допомогою
обшивання. Обшивання виконують або водостійкою фанерою, або
вузькими дошками. Дія збільшення жорсткості перерізу посилюваної
стійки, дошки прибивають під кутом 45° до вертикальної осі. Як і у
випадку суцільного перерізу, підсилення може виконуватися
встановленням накладок із прокатного металу (швелера, кутика тощо)
або деревини. У деяких випадках між гілками сполученої
підсилюваної стійки встановлюють додаткові прокладки, що повинні
щільно прилягати до існуючих коротких прокладок. Додаткові
прокладки кріплять до гілок металевими болтами [9].
В усіх випадках перед підсиленням, дерев’яні стійки повинні
бути розвантажені. При встановленні розвантажувальних стійок
розвантаження підсилюваної конструкції можна не робити.
4.2.4 Балки і прогони
Ригелі, балки і прогони можуть бути підсилені способами,
докладно описаними в п. 4.2.1, тобто шарнірно-стержневими
ланцюгами, шпренгелями чи зазягуваннями (див. рис.4.1...4.4),
додатковими опорами або підкосами (див.рис.4.5,4.6), встановленням
кронштейнів (див. рис. 4.7) і т.п.
При підсиленні залізобетонних балок застосовують
конструктивне рішення, відоме за назвою "сорочка". "Сорочка”
(оболонка, обойма) являє собою печамкнену із одного боку обойму з
192
залізобетону (рис. 4.31), яку виконують, якщо немає можливості
охопити посилюваний елемент із усіх чотирьох боків.
Рис. 4 31. Підсилення монолітної балки залізобетонною сорочкою:
1 - підсилювана балка, 2 - сорочка; 3 - робоча арматура; 4 - монтажна
арматура сорочки; 5 - хомути; 6 - насічка; 7 - стяжка.
“Сорочки” часто застосовують при підсиленні балок ребристих
перекрить. При використанні цього способу підсилення особливу
увагу варто приділяти анкеровці поперечної арматури по кінцям
поперечного перерізу сорочок. При підсиленні монолітних балок
ребристих перекрить, хомути “сорочок” через плиту І заанкеровують
за допомогою повздовжніх арматурних стержнів (див. поз.4 на
рис4.31).
Якщо “сорочку-” встановлюють тільки на ушкоджених ділянках
підсилюваних елементів, то їх необхідно продовжувати на
193
неушкоджені ділянки не менш довжини анкеровки поздовжньої
арматури “сорочки”, не менш п'яти товщин стінок “сорочки", не менш
ширини грані чи діаметра посилюваного елемента, і не менш 500мм.
При армуванні "сорочок” рекомендується не застосовувати арматуру
діаметром менш 8 мм для поздовжніх стержнів і зварених хомутів і
менш 6мм - для в’язаних хомутів.
Окремим випадком “сорочки” можна вважати підсилення
нарощування. У ньому випадку підсилювану конструкцію,
збільшують по висоті чи ширині, тобто знизу, з боків чи зверху'
підсилюваною елементу. При цьому способі підсилення дотичні
напруження, які діють у площині контакту старого бетону з новим,
сприймає спеціальна додаткова арматура, шо приварюється до
арматури підсилюваної конструкції, яку попередньо оголюють
сколюванням .захисного шару в місцях приварювання (рис. 4.32).
Таке конструктивне рішення застосовують для будь-яких
залізобетонних конструкцій - як монолітних, так і збірних. Підсилення
верхніх полиць збірних балок покрить і перекрить виконують при
заміні плит. При нарощуванні не рекомендується застосування
арматурних стержнів діаметром менш 10мм.
Для збільшення несучої здатності підсилюваних елементів
нарощуванням достатньо збільшити площу основної поздовжньої
арматури, для чого сколюють захисний шар не менш, ніж на 0,5
діаметра існуючої арматури, і паралельною приваркою через коротші
з арматури діаметром 10... 40мм і довжиною 50...200мм. з'єднують
додаткову арматуру з існуючою. У розтягнутих зонах підсилювані
елементи розміщують через 200... 1000мм. у стиснутих - на .відстанях
не більш 500мм і не більш 20 б поздовжньої арматури підсилення.
Після проведення зварювання замість сколеного бетону наносять
новий у вигляді цементної штукатурки або торкретуванням. У цих
випадках переріз підсиленого елементу', збільшується незначно, у
межах 20...80мм (див. рис.4.23, переріз 1-1),
У випадку1 значного нарощування перерізу застосовують
спеціально приварені сполучні елементи - вертикальні і похилі (дав.
рис.4.32, переріз 2-2). Після проведення зварювальних робіт роблять
підготовку поверхні І бетонування нарощуваного перерізу тим же
способом, як і при влаштуванні “сорочок”.
194
1
Рис 4.32 Підсилення залізобетонних балок однобічним нарощуванням
1 - підсилювана балка; 2 - нарощування за допомогою оцупків.
З - нарощування за допомогою з'єднувальних елементів; 4 - арматура підсилюваної
балки; 5 -• додаткова робоча арматура, - оцупки. 7 - з'єднувальні елементи
зварюванням
Підсилення нарощуванням не рекомендується робити при
значній корозії поздовжньої арматури підсилюваної конструкцій, а
також у приміщеннях, де заборонене виробництво зварювальних
робіт.
При розриві арматурних стержнів в згинальних елементах їх
відновлюють приварюванням напружених накладок. Для цього
підпирають посилювану конструкцію (тимчасовими підпірками.
195
сколюють захисний шар на необхідній довжині і приварюють стержні
підсилення (накладки). Для появи попередньої напруги в накладці
один її кінець приварюють до посилюваного стержня. Потім накладку
нагрівають, наприклад, струмом від зварювального трансформатора, і
приварюють другий кінець у нагрітому- стані. Після цього
відновлюють порушений захисний шар пластичним бетоном на
дрібному заповнювачі. Дозволяється приварювання додаткової
арматури зі сталей класів А-І, А-ІІ, А-ІП до існуючої арматури тих же
класів. Не допускається зварювання арматури з високовуглецевих
сталей класів А-І¥ і вище.
Одним з найбільш радикальних способів підсилення
залізобетонних стержневих елементів, у тому числі ригелів, балок і
прогонів, є обойми. У цьому випадку підсилюваний елемент
охоплюється обоймою з усіх чотирьох боків (рис. 4.33).
Рис 4 33 Підсилення монолітної балки залізобетонною обоймою:
1 підсилювана балка; З - обойма, 3 - плита. 4 - отвір у плиті для пропускання
хомутів і подавання бетон;-’; 5,7 - монтажна арматура обойми, 6,8 - хомути обойми
196
Обойми можуть бути залізобетонними або металевими.
Посилення згинальних елементів, (балок, прогонів тощо) обоймами
рекомендується робити тільки в тих випадках, якщо з якихось причин,
наприклад, при значній корозії арматури, неможливо застосувати
спосіб однобічного нарощування. Це зв'язано з тим, що підсилення
обоймою, крім труднощів проведення робіт, нераціональне з
конструктивної точки зору.
Мінімальну товщину залізобетонних обойм згинальних
елементів, приймають у залежності від захисного шару відповідно до
норм [17] і діаметра повздовжньої і поперечної арматури.
Максимальна товщина, як правило, не перевищує 100мм. Площу
повздовжньої арматури обойми визначають розрахунком.
У випадку, коли згинальний елемент входить до складу
монолітного ребристого перекриття, при підсиленні його обоймою, в
плиті перекриття пробивають отвори для пропуску хомутів і подачі
бетонної суміші при бетонуванні. При підсиленні перекрить у цілому,
виконання обойм для балок і набетоновання плити роблять одночасно.
Розмір обойм нарощування і набетонок приймають у залежності
від методу бетонування з урахуванням таких рекомендацій.
При підсиленні нижніх поясів ригелів, балок і прогонів
рекомендується виконувати розширення нижньої частини.
Співвідношення розмірів повинні задовольняти умовам:
Ь/ > (Ь+160).\ил; к{ > 100мм; Іу > 1/ЗЬ/,
де (у - ширина нижньої полиці; Ь - ширина ребра; /у - товщина
нижньої патиці.
При нарощуванні нижнього пояса балок безопалубними
методами (торкретуванням, набризком), набетонку виконують
прямокутного перерізу’ і товщиною не менш 50мм (див. рис. 4.33).
Товщина підсилення набетонки плит зверху повинна бути не менш
35мм при укладанні бетонної суміші з вібруванням і не менш 25мм -
при торкретуванні. Якщо обойми бетонуються литими бетонними
сумішами із зовнішнім вібруванням, товщина стінок обойми повинна
складати, як і при бетонуванні обойми колони, не менш 75мм при
висоті щитів опалубки не більш 1500мм.
Арматурні вироби обойм (хомути, відгини, з'єднувальні
стержні), за можливістю, повинні бути простої форми, що дозволяє
виготовляти їх на вигинальних автоматах. Спрощення конструкції
складних хомутів досягають їх членуванням на окремі, більш прості,
елементи. Перевагу віддають з’єднувальним стержням П-подібної
197
форми. Діаметр з’єднувальних стержнів рекомендується приймати не
більш 12мм.
Хомути для обойм із попереднім напруженням виготовляють у
вигляді прямих стержнів із запасом, шо вимагається для зварного шва.
Один кінець стержня приварюють до повздовжньої арматури, після
нагрівання стержень обгинає арматуру, замикаючи хомут, і другий
кінець зварюється з першим. З'єднувальні деталі (відгини, коротиші
тощо) проектують з урахуванням можливості компенсації наявних
відхилень. Зокрема, з цією метою передбачають стики внапуск і з
накладками, що забезпечують при зміні розмірів захисного шару
можливість виконання підсилення за проектом. Сполучні деталі, які
приварюють до існуючої арматури для запобігання перепалів і
підрізів, виготовляють з арматурної сталі класу А-І діаметром не
менш 10мм.
Відстані у просвіті між арматурними елементами і стержнями
повинні забезпечувати вільне проходження наконечників глибинних
вібраторів, а при нарощуванні методом набризку- складати не менш
100мм при діаметрі арматури не більш 20мм. Конструкції каркасів і
сіток повинні забезпечувати мінімальний обсяг робіт з рихтування і
закріплення у проектному- положенні.
При необхідності підсилення опорних частин балок, у випадку
їхніх пошкоджень (див. рис. 1.21), застосовують вертикальні (див.
рис.4.11) чи похилі попередньо напружені хомути. Ці хомути
напружують або закручуванням гайок, або взаємним стягуванням за
допомогою стяжних болтів (хомутів).
Підсилення таврових залізобетонних підкранових балок
виконують у залежності від діючих навантажень і стану балок.
Основні способи підсилення - металевими елементами, заміною
частини перерізу нарощуванням нового бетону, а також спільним -
залізобетоном з металевими елементами.
Для підвищення несучої здатності і жорсткості підкранових
балок використовують роздільне або спільне підсилення металевою
обоймою і шпренгелем, докладно описаних у пп. 4.2.1. і 4.2.3.
При незначних ушкодженнях звісів полиці підкранових балок, їхнє
підсилення роблять встановленням обрамляючих кутиків, на
високоміцних болтах (рис. 4.34,а). Простір між кутиками і залишками
полиці заповнюють бетоном на дрібному' заповнювачі, при цьому'
кутики посилення служать незнімною опалубкою.
198
У випадку значних пошкоджень усій’ полиці підкранових балок,
їхнє підсилення роблять нарощуванням металевої полиці з ребрами
жорсткості замість зруйнованої залізобетонної (рис. 4.34, б). У процесі
встановлення металева полиця повинна бути притягнута попередньо
напруженими тяжами з круглої арматурної сталі, закріпленими в
нижній частині балок прокладкою, що складається з двох кутиків,
зв'язаних між собою планками.
Рис. 4.34. Підсилення млічобетоннпх підкранових балок обоймою зі швелерів
(а) і кутиків зі шлренгвлем (б):
1 - опора; 2 - підсилювана балка; 3 - двохконсольна підпружна балка,
4 - столик виносно! опори; 5 - швелери обойми; б - шпренгель. 7 - кутики обойми;
8 - оцупки.
199
V
У верхній частині металевої полиці передбачають спеціальні
отвори для ін’єктуваання бетонної суміші, щоб заповнити наявні
вільні простори.
Збільшення або відновлення працездатності металевих балкових
конструкцій може бути досягнуто різними методами, що вибирають у
залежності від статичної схеми, умов експлуатації і розташування цих
конструкцій у будинку.
Найчастіше підсилення металевих балок здійснюють
збільшенням перерізу. При цьому необхідно виконати їхнє
розвантаження не менш, ніж на 60%, і встановити тимчасові додаткові
опори, якщо неможливо підвести тимчасові опори, то елементи
підсилення встановлюють на високоміцних болтах з наступним
накладенням зварних швів. При збільшенні перерізу балок найбільш
раціональні двобічні симетричні або близькі до них схеми посилення
(рис.4.35), з розташуванням підсилюючих елементів, за можливістю,
далі від центру ваги первісного перерізу балки.
Рис. 4.35. Підсилення сталевих балок установленням додаткових елементів:
1 - підсилювана балка; 2 - тимчасові опори (підвіски); 3 - додаткові елементи
підсилення.
200
Довжина зварних швів повинна бути мінімальною, зварні шви
слід розташовувати в зручних і доступних місцях , необхідно уникати
стельового зварювання. Щоб уникнути прогину балки в процесі
підсилення, спочатку підсилюють нижній елемент, а потім - верхній.
Нижній посилюваний елемент, до встановлення рекомендується
нагріти до 200...300° С, приварити по краям, а потім приступати до
накладення зварних швів від кінців балки до середини прольоту. При
великій ширині нижньої накладки можна уникнути стельових швів,
однак її ширина не повинна перевищувати 505 (див. рис. 4.35), у
протилежному випадку виникає концентрація напружень по краям
балки.
Для підвищення місцевої стійкості локальних ділянок стінок
сталевих двотаврових балок, на цих ділянках можуть бути встановлені
додаткові поперечні, повздовжні або діагональні ребра жорсткості, а
також додаткові накладки. Перераховані додаткові елементи кріплять
до стіни балки за допомогою високоміцних болтів, переривчастих чи
суцільних зварних швів [8,10].
Дуже ефективним способом підсилення сталевих балок є
встановлення попередньо напружених стяглів. Стяглі виконують з
арматурної сталі і кріплять до нижнього чи верхнього поясу балки.
Натяг роблять гайками, стяжними хомутами або стяжними муфтами
[8,14].
Для підвищення несучої здатності верхньої зони сталевих
підкранових балок і місцевої стійкості стінок, їх можна підсилювати
ламелями і ребрами жорсткості. Встановлення ламелей із кріпленням
їх до верхнього поясу (рис. 4.3 6,а) збільшує ресурс балки на
витривалість у результаті зниження напруження від місцевого
крутіння. Додаткові ребра жорсткості з кутиків приварюють
“будиночком” до стінки балки. Найбільший ефект дають попередньо
напружені ламелі, що мають попередній прогин зі своєї площини (рис.
4.36,6). У цьому випадку верхній торець ламелей простругують.
Спосіб підсилення шляхом включення залізобетонного настилу
в спільну роботу з металевими балками заснований на перетворенні
двох окремих конструктивних елементів в єдину комплексну
конструкцію шляхом надійного їхнього з'єднання за допомогою
упорів чи анкерів, які перешкоджають зсуву настилу відносно балок.
201
Рис. 4.36. Підсилення сталевих підкранових балок установленням напружених
(а) і ненанружепих (б) ламелів у процесі монтажу (в) та після складанні (г):
1 - підсилювана підкранова балка; 2 - існуючи ребра жорсткості; 3 - вирізи у
ребрах жорсткості; 4 - додаткові ребра жорсткості; 5 - ламелі; 6 - ламелі, які мають
попередній вигин з площини; 7 - монтажні болти; 8 - зварні шви, які накладають до
стягування монтажних болтів; 9 - зварні шви, які накладають після стягування
монтажних болтів.
Підсилення сталевих балок може бути зроблене за допомогою
обетонування, технологія якого подібна до технології обетонування
колон. Як варіант підсилення сталевих балок обетонуванням. часто
приймають устрій тільки залізобетонної стиснутої зони [6].
У процесі експлуатації в дерев'яних балках виникають різні
дефекти (див. рис. 1.47 і 1.48), що приводять до втрати несучої
здатності, неприпустимим деформаціям і навіть до руйнування. Цільні
і складені дерев'яні балки € основними несучими конструкціями
202
міжповерхових перекрить і перекрить горищ старих будівель і ще
часто зустрічаються при їх реконструкції і відновленні. У залежності
від конструкції перекриття, виду балок і характеру дефектів
застосовують різні методи відновлення і реконструкції.
При поверхневому загниванні кінців балок на глибину
10... 12мм обмежуються очищенням деревини, що згнила, з наступною
подвійною обробкою антисептиками за умови, що несуча здатність
балки на опорі достатня. В інших випадках, згнилі кінці балок
видаляють і заміняють новими. На рис 4.37 наведені можливі способи
підсилення кінців дерев’яних балок: а - заміною кінця новим за
допомогою косого прируба; б - за допомогою парних накладок: в -
верхньою накладкою; г - сталевими протезами, що розташовуються
знизу і д - збоку; е - встановленням фермочки; ж - полімербетоном,
з’єднаним кінцем балки, який залишаєт ься вклеєними стержнями.
Рис. 4.37. Заміна кінців дерев'яних балок.
1 - ушкоджені частини, які замінюють новими; 2 - неушкоджена частина, яку
залишають; 3 - сталеві болти; 4 - сталеві профілі; 5 - сталева фермочка,
6 - замурування частини гнізда цеглою; 7 - уклеєні сталеві стержні; 8 - полімербетон.
9 - тимчасова стійка
Аналогічним чином підсилюють балки в прольоті (див. рис.
4.13). Якщо габаритні розміри дозволяють, дерев'яні балки
203
підсилюють за допомогою встановлення стяглів, шпренгельних
систем (див. рис.4.4), портальних рам тощо.
Ремонтуємі балки підтримують тимчасовими стійками, що
піднімають клинами або домкратами до горизонтального положення.
Тимчасове навантаження рекомендується видалити.
В останні роки, у зв'язку з дефіцитом деревини з'явилися клеєиі
дерев'яні конструкції. їх застосовують у будинках
сільськогосподарського призначення, промислових будівлях з хімично
агресивним середовищем, громадсько-спортивних, торгових,
виставочних, а також при необхідності використання діелектричних
властивостей несучих конструкцій.
Дерев'яні клеєні конструкції є багатошаровими і складаються з
тонких дошок. склеєних водостійкими клеями. Деревина при
склеюванні повинна на всьому протязі мати визначену задану
вологість в межах 9-15%. Шарувата будова елементів конструкцій має
свої особливості, що внаслідок різних причин можуть привести до
виникнення дефектів. Основний дефект - розшарування по клейовим
швам і виникнення тріщин.
Клеєні конструкції, у яких з'явилися поздовжні тріщини по
довжині елемента та їхня несуча здатність значно зменшилася,
підсилюють за допомогою вклеєних стержнів, які розташовуються по
довжині елемента і працюють як нагельні з'єднання. Якщо допускає
конструкція перекриття, отвори свердлять зверху вниз із залиттям у
них епоксидного клею і постановкою сталевого стержня. Якшо це
неможливо, отвори свердлять знизу, заповнюють клеєм і вставляють
сталевий стержень, закриваючи отвір тимчасовою пробкою. Потім
збоку просвердлюють отвір, у який під тиском додають відсутню
кількість клею. Для виходу повітря додатково збоку просвердлюють
отвір малого діаметра. Такі конструкції розраховують як складові
елементи на податливих зв'язках.
Клеєні балки, що втратили несучу’ здатність від появи тріщин чи
з інших причин, можуть бути підсилені за допомогою фанерних листів
з будівельної чи бакелітової фанери, які прикріплюють до бічних
граней елемента шурупами чи цвяхами. При розрахунку такі елементи
розглядають як складені на податливих зв’язках.
У деяких конструкціях, елементи яких втрачають несучу’
здатність на окремих ділянках, вони можуть бути підсилені за
допомогою однобічного поперечного армування. У цьому випадку' на
поверхні елемента - зверху, просвердлюють вертикальні або похилі
204
отвори, у які наливають клей. Сталеві стержні, приварені до
посилюваного елементу (арматура чи профілі), вставляють в отвори і
притискають до ствердження клею.
4.2.5. Перекриття
Способи підсилення залізобетонних монолітних і збірних плит
багато в чому подібні до аналогічних способів підсилення балок і
прогонів.
Як і у випадках балок підсилення плит перекрить і покрить
може бути здійснене за двома основними напрямками.
Перший напрямок підсилення реалізує зміну розрахункової і
конструктивної схем. При необхідності підсилення одночасно
нормальним і похилим перерізом збірних ребристих плит; виконують
конструкції у вигляді шпренгельних чи комбінованих затяжок (див.
рис.4.1). Розрахунок підсилення плит стяглями роблять таким же
чином, як і для стержневих елементів (див.пп.4.2.1 і 4.2.3).
Для підсилення плит, обпертих по контуру, рекомендується
встановлювати просторовий попередньо напружений металевий
шпренгель, підведений під посилювану плиту, знизу (рис. 4.38).
Конструкція просторового шпренгеля складається з двох плоских
шпренгелів, які взаємно перетинають один одного, розташовані по
діагоналях плити. Перетинання поясів повинно бути на одному рівні.
Усі з'єднання просторового шпренгеля виконують на зварюванні. При
монтажі просторовий шпренгель підводять знизу під посилювану
плиту- і підвішують у кутах до несучих елементів контуру за
допомогою чотирьох болтів і чотирьох передаточних траверс. Верхні
пояси шпренгеля щільно притягають до нижньої поверхні
посилюваній плити. Включення в спільну роботу плити і шпренгеля
виконують попереднім напруженням нижніх поясів механічними або
термомеханічними способами. Усі роботи з підсилення можна робити
без розвантаження підсилюваної плити.
Підсилення збірних ребристих і багатопорожнинних плит за
нормальним і похилим перерізом зручно виконувати із застосуванням
додаткових опорних елементів у вигляді кронштейнів, що
встановлюються у стиках між плитами (див. рис.4.7).
205
Рис. 4 38. Підсилення збірної залізобетонної плити. опертої зв контуром
1 - підсилювана плита. 2 - елемент несучого контура, 3 просторовий
шпреніеліА 4 - верхній пояс. 5 - нижній пояс; б - проміжні стійки; 7 центральна
стійка; 8 - болти для підвішування шпрешеля, 9 - передавальні траверси.
206
Сприятливу зміну' розрахункової схеми збірних плит досягають
також за рахунок створення їх нерозрізності. Такий варіант
підсилення доцільний при недостатній площі обпирання. Введення в
роботу арматурного каркасу, що встановлюється у щвах між
ребристими плитами чи в попередньо пробиті отвори приопорних зон
суміжних порожнинних плит (рис. 4.39,а), перетворює плити
перекрить у нерозрізну систему. Це приводить до зниження
прольотного згинаючого моменту’ і, одночасно, до появи опорного,
тому додаткові каркаси вимагають верхньої робочої арматури.
Рис 4.39. Підсилення багатопорожнняних залізобетонних плит на проміжній
ґа) та крайній (б) опорах.
1 - підсилювана плита: 2 - опора, 3 - арматурний каркас підсилення
Підсилення за похилим перерізом в розглянутому способі
досягають введенням додаткової поперечної арматури, що
включається в опорні каркаси. У випадку недостатньої площі
обпирання на крайніх опорах арматурні каркаси виносять за торці
плит на необхідну' довжину. Далі винесені частини каркасів
поєднують вертикальними каркасами, встановленими паралельно
207
торцям плит з наступним бетонуванням опорної балки (рис.4.39.б).
Якщо опорну балку досить надійно закріпити на опорі, з'являється
жорстке защемлення, що приводить до зменшення прольотного
моменту'.
Наступним способом підсилення, що змінює розрахункову
схему плити, є підведення додаткових залізобетонних або металевих
ребер. Таке рішення особливо ефективне для монолітних ребристих
плит перекрить (рис.4.40).
Рис. 4.40. Підсичених монолітних ребристих плит перекрить підведенням
залізобетонних (а) або металевих ребер у залізобетонній сорочці (б). підвішуванням
металевих ребер (в):
1 - розвантажувана плита, 2 - додаткове залізобетонне ребро: 3 - додаткове
металеве ребро; 4 - сорочка підсилення.
Підведені залізобетонні ребра повинні спиратися на існуючі
балки перекриття, для чого в них влаштовують пази на рівні низу
додаткових ребер (рис 4,40,а). Додаткові металеві ребра можуть
опиратися або на залізобетонну "сорочку” балок перекриттів, яку
влаштовують одночасно. (рис.4.40,б), або підвішують знизу плити
208
(рис.4.40, в). Поздовжні ребра збірних залізобетонних ребристих плит
підсилюють підведенням додаткових металевих опор, що зменшують
проліт ребер, додатковими металевими балками, які включають у
роботу за допомогою підклинки. Зусилля з пошкоджених збірних плит
можна передати на сусідні, що знаходяться в доброму стані,
введенням сполучних елементів у шви між плитами [8].
Другим напрямком конструктивного рішення підсилення плит с
нарощування перерізу. Нарощувати можна як розтягнуту, так і
стиснуту зони.
Монолітні, збірні ребристі і багатопорожнинні плити перекриття
нарощують бетонуванням додаткової залізобетонної плити поверх
існуючої. У цьому випадку товщина набетоики повинна бути не менш
35мм при укладанні бетонної суміші з вібруванням і не менш 25 мм
при торкретуванні.
При недостатньому зчепленні поверхонь підсилюваної плити з
бетоном нарощування слід передбачити улаштування армованих
шпонок.
Збірні залізобетонні порожнинні плити підсилюють з
використанням порожнеч. Для цього зверху в зоні розташування
каналу пробивають полицю і встановлюють арматурний каркас. При
підсиленні тільки опорної частини плити, каркаси розташовують
тільки на частині її прольоту’ (див. рис. 4.39), а при необхідності,
підсилення за нормальним або похилим перерізах - по всій довжині
плити. Після цього канал заповнюють пластичним бетоном на
дрібному щебені (рис. 4.41). Плиту’ після підсилення розраховують з
урахуванням додаткової арматури. Як додаткову арматуру, можна
застосовувати сталеві прокатні двотаврові балки . У цьому випадку,
розрахунок перерізів виробляється з урахуванням жорсткої арматури
Ц5].
При нарощуванні розтягнутої зони багатопорожнинних плит,
можуть бути використані склотканина або листовий метал [14]. У
цьому’ випадку; очищену і знежирену нижню поверхню
багатопорожнинної плити покривають конструкційним
полімеррозчином (див. п. 1.4) і проклеюють кілька шарів склотканини,
склосітки чи очищений від окалини та іржі і знежирений ацетоном
листовий метал.
209
Рис. 4.41. Підсилення збірних багатопорожнинних плит перекриття:
1 - підсилювана плита; 2 - опора; 3 - додатковий арматурний каркас; 4 - бетон
підсилення.
Нарощування розтягнутої зони збірних ребристих плит
додатковою арматурою роблять за схемою, докладно описаною для
балок (див. рис. 4.32).
При влаштуванні набетонок у плитах перекрить знизу їхня
товщина повинна бути не менш 35 мм при нанесенні бетонної суміші
торкретуванням і не менш 60 мм - при укладанні бетонної суміші
вібруванням через вікна. Розміри вікон приймають не менш 200 х 200
мм із відстанню між ними 700 мм.
Підсилення поздовжніх ребер плит перекрить за похилим
перерізом можна зробити встановленням додаткових попередньо
напружених накладних хомутів (див. рис. 4.11).
Сталеві настили підсилюють, як правило, нарощуванням чи
встановленням додаткових елементів.
Нарощування виконують зверху або знизу. Як додаткові
елементи нарощування служать сталеві листи чи залізобетонний шар.
Існує два основних способи нарощування: із включенням і без
включення в спільну' роботу' з посилюваним настилом елементів
нарощування. При підсиленні сталевим листом зверху, без включення
210
його в спільну роботу з посилюваним настилом, сталевий лист
підсилення укладають зверху настилу' і приварюють суцільним чи
переривчастим швом над балками настилу. Для включення в роботу
сталевого листа підсилення, який укладають зверху підсилюваного
настилу, необхідно встановити стяжні болти в отвори, просвердлені в
шаховому порядку'. Замість болтів в отворах, просвердлених у листі
підсилення, можна виконати зварювання (рис. 4.42).
Рис 4.42. Підсилення сталевого настилу нарощуванням сталевим листом
зверху.
1 - підсилюваний настил; 2 - сталеві балки настилу; 3 - сталевий лист
підсилення; 4 - стяжні болти; 5 - зварювання у отворах, просвердлених у листі
підсилення.
При нарощуванні залізобетонного шару зверху включення в
спільну- роботу з посилюваним настилом здійснюють за допомогою
арматурних відгинів, приварених до настилу й арматурної сітки (рис.
4.43).
Рис. 4.43. Підсилення сталевого настала нарощуванням залізобетонного шару
зверху:
1 -- підсилюваний сталевий настач; 2 - сталеві балки настилу;
З - залізобетонний шар нарощування; 4 - арматурна сітка, 5 - арматурні відгини;
6 - верхня поверхня настилу, підготовлена до бетонування.
211
Якщо підсилення сталевого настилу роблять встановленням
додаткових елементів, додаткові балки підсилення з прокатного
профілю кріплять знизу чи зверху в проміжках між існуючими
балками або в поперечному’ напрямку, зменшуючи таким чином
вільний прольот настилу.
Дерев'яні перекриття будинків старої забудови в переважній
більшості випадків при реконструкції чи відновленні вимагають
підсилення або повної заміни. У випадку’ підсилення, якщо існуюче
дерев'яне перекриття знаходиться в задовільному стані, Його можна
використовувати при подальшій експлуатації як звуко * і
теплоізоляційної конструкції. Крім того, воно може служити
опалубкою для влаштування нового залізобетонного монолітного
перекриття (рис. 4.44).
Рис. 4.44. Улаштування залізобетонного перекриття поверх існуючого
дерев'яного:
1 - існуюче дерев'яне покриття; 2 - паз, улаштований у конструкції підлоги;
З - бічна опалубка з дошок; 4 - арматурні каркаси несучих ребер; 5 - арматурні сітки
плити; 6 - нова монолітна залізобетонна плита перекриття; 7 - нова підлога.
У процесі влаштування нової несучої конструкції ребристого
перекриття як опалубку для плити використовують верхній настил
підлоги. Як правило, через визначені проміжки відстані між
існуючими несучими дерев'яними балками вирізують настил і
влаштовують опалубку' для ребра монолітного перекриття. Потім
укладають арматурні сітки і каркаси та бетонують. Арматурні каркаси
несучих ребер (див. поз. 4 на рис. 4.44) повинні бути обов'язково
заведені кінцями в гнізда стін, які пробивають у цегельній кладці.
Переріз арматури плити і ребер, відстань між ребрами, товщина плити
і довжина закладання елементів нового перекриття в несучій стіні
визначають розрахунком нового монолітного залізобетонного
перекриття, відповідно до діючих норм [17].
212
Як несучі балки (ребра) нового монолітного перекриття можуть
бути встановлені металеві балки із симетричного прокатного профілю.
Без розбирання старого перекриття можна виконати підсилення
дрібнорозмірними залізобетонними плитами по металевим прокатним
балкам, що опираються в ніші несучих стін. У разі потреби балки
перекриття, які підсилюють, можуть бути підвішені за допомогою
тяжів, закріплених у швах між плитами.
4.2.6. Бухти сполучень
Найбільш вразливими частинами будівель і споруд є стики і
вузли сполучень несучих конструкцій. Тут особливо гостро
відчуваються дефекти, що виникають на будь-якому етапі
будівельного виробництва, тобто дефекти проектування, виготовлення
і зведення, а також експлуатації. Тому, для виправлення виявлених
при обстеженні пошкоджень і дефектів, використовують різні заходи.
Як показує практика, у процесі реконструкції найбільш часто виникає
необхідність встановлення додаткових закладних деталей. Такі заходи
пов'язані, в основному1, з відновленням пропущених або істотно
прокородованих закладних деталей, пісиленням опорних зон. стиків
тощо.
Закладні деталі, що відновлюються чи посилюються, стиків та
вузлів залізобетонних конструкцій за характером роботи можуть бути
двох типів. До першого типу відносяться закладні деталі, що не
сприймають значних зусиль. їх встановлюють на несучі конструкції,
наприклад, при обпиранні плити покриття на балки і ферми,
будівельних конструкцій на колони, при кріпленні самонесучих стін
або стінових панелей до колон тощо. Ці закладні деталі зазнають
стискаючі зусилля або невеликі зсувні зусилля їх легко відновлюють
за допомогою спеціальних металевих хомутів. Другий тип закладних
деталей сприймає значні згинаючі моменти, відривні і зсувні зусилля.
Необхідність у них з'являється при влаштуванні жорстких стиків
колон або ригелів з колонами, а також у випадку7 дефектів у випусках
арматури, таких як неспіввісність, зменшення діаметра, кількості
арматури тощо.
Для підсилення вузлів обпирання збірних залізобетонних
конструкцій на колони, ригелі чи будівельні конструкції найчастіше
роблять підведення під опори металевих столиків. При незначному
зсуві опираємої конструкції, наприклад, плити покриття чи
213
перекриття, опорні столики приварююгь до закладних деталей
несучих конструкцій ригелів чи колон (рис. 4.45, а). У випадку
відсутності закладних деталей у ригелях чи колонах, додаткові опорні
столики підвішують на спеціальних металевих хомутах (рис. 4.45. б).
Рис. 4.45. Варіанти улаштування опорних столиків при наявності (а) та
відсутності (бТіакладних детадей у ригелі.
1 - ригель; 2 - плита; 3 - закладна деталь у ригелі, 4 - опорний столик; 5 - тяжі;
6 горизонтальна опора; 7 - упорний кутик
При значному зсуві опираємої конструкції щодо розрахункової
осі, наприклад, при підсиленні опорної частини будівельної ферми або
арки, з'являється необхідність у підведенні опорного столика на стійці
(рис. 4.46). У цьому випадку додаткова стійка зі швелера кріпитися до
колони за допомогою хомутів і сприймає частину стискаючого
навантаження, що з'являється внаслідок зсуву кроквяної конструкції.
Спосіб влаштування жорсткого стику ригеля з колоною
залежить від можливості використання випусків арматури з колони. У
випадку неможливості іх використання або при недостатніх випусках,
рекомендується влаштування охоплюючих хомутів, площу яких
враховують у розрахунках стику. У процесі підсилення (рис. 4.46),
бічні металеві планки встановлюють у вибиті в захисному шарі бетону
214
пази, ширина яких на 20...30 мм більше ширини планки, а товщина
дорівнює товщині самої планки.
1-1
Рис. 4.46. Підсилення вузлів опирання конструкцій підведенням опорного
столика на стійці:
1 - зміщена будівельна конструкція; 2 - колона; 3 - стійка зі швелера;
4 - опорний лист столика; 5 - бокові листи столика; 6 - ребро жорсткості;
7 - пластини-клини для включення столика в роботу; 8 - хомути для кріплення стійки.
Рис. 4.47. Підсилення стиків залізобетонних ригелей з колонами улаштуванням
жорсткого стику при недостатніх випусках арматури з колони (а) та прнваркою
додаткових накладок (б):
1 - ригель; 2 - колонна; 3 - випуски арматури з ригеля; 4 - випуски арматури з
колони; 5 - горизонтальний лист; 6 - анкерне ребро; 7 - планка-тяж; 8 - стикові
арматурні вкладиші; 9 - вирублений захисний шар бетону; 10 - оголена арматура
колони; 11 - бетои замонолічування; 12 - закладка деталь ригеля; 13 - закладні деталі
колони; 14 - стикова накладка “рибка”; 15 - додаткова накладка-пластина; 16 -шов
між консоллю і ригелем, якій розклинений металевими пластинами.
215
Вісь планок повинна збігатися з віссю арматури ригелів,
планок приварюють горизонтальні пластини, отримані хом\...
заводять по обидва боки колони і з'єднують стиковими накладками.
Для зв'язку з арматурою ригелів, у горизонтальних пластинах
вирізують автогеном прорізи шириною на 4...6 мм більше діаметра
арматури і вварюють в них стержні. Переріз бічних планок,
горизонтальних пластин і зварних швів розраховують на
горизонтальне зусилля, що передається на стик. Рівномірна передача
зусиль горизонтальних аркушів на бічні планки забезпечується, якщо
довжина сполучного шва між цими елементами складає не менш
половини відстані між бічними планками.
Основним дефектом стиків колон багатоповерхових будинків є
зсув осей поверхів (неспіввісність по вертикалі), що з'являється в
результаті помилки проектування або зведення. Спосіб підсилення в
цьому випадку вибирають у залежності від типу стику і величини
зсуву. У стиках, утворених ванним зварюванням випусків арматури,
підсилення роблять за допомогою накладок (рис. 4.48).
Накладки з арматури діаметром, який дорівнює діаметру
випусків арматури зміщених робочих стержнів і довжиною, що
складає 6... 10 діаметрів накладки, зварюють дуговим зварюванням з
випусками арматури фланговими швами. Висота шва й повинна
складати не менш 0.25 діаметра накладки. Приварені накладки
повинні бути охоплені по всьому периметру замкнутим хомутом
діаметром 0.25 діаметра накладки чи випуску робочої арматури
колони. У випадку великих зсувів випусків робочої арматури (які не
перевищують діаметр) до торців зміщених стержнів за допомогою
стикового зварювання багатошаровими швами, приварюють коротиші
того ж діаметра, що і випуски (див. рис. 4.48, б). При цьому накладки
з кожного боку приварюють фланговими швами до коротишів і
випусків арматури. Розрахунок підсиленого стику роблять з
урахуванням фактичного зсуву осей і додаткової арматури
підсилення.
216
Рис. 4.48. Підсилення стиків залізобетонних колон багатоповерхових будівель
при зміщенні випусків арматури віл 4мм до 0.5 діаметра (а) і віл 0.5 до 1,0 діаметра
(б):
1 - стиковувані колони; 2 - випуски арматури; 3 - накладки; 4 - дугове
зварювання; 5 - замкнений хомут; б - стикове зварювання багатошаровими швами;
7 - арматурні оцупки; 8 - дрібнозернистий бетон замонолічування.
Підсилення жорстких стиків залізобетонних колон з торцевими
листами і центрованою прокладкою роблять, влаштовуючи
залізобетонну чи металеву обойму в межах стику- на висоту- в кожен
бік від стику- не менш висоти перерізу колони. Товщина
залізобетонної обойми залежить від величини зсуву осей і знаходиться
в межах 50... 150 мм. Найбільш складні конструкції підсилення
обоймами виходять при великих зсувах осей колон у межах від 0.2 до
О.ЗЗЬ , де Ь - розмір сторони колони. При великих зсувах осей
ексцентриситет, який при цьому- з’являється і виходить за межі ядра
перерізу, що робить підсилення стику- недоцільним. Влаштування
залізобетонної обойми (рис. 4.49, а) починають з оголення робочої
арматури колони, привареної до торцевих листів. До цієї арматури
приварюють додаткові стержні діаметром 16...20 мм. По периметру
центрованої прокладки, встановлююіь додаткові прокладки шириною
60 мм, які збільшують площу обпирання і зменшують ексцентриситет
прикладення навантажень від верхніх поверхів.
217
Рис 4.49. Підсилення залізобетонних колон улаштуванням залізобетонних (а) і
сталевих (б) обойм:
1 - стиковувані колони; 2 - центруюча прокладка; 3 - додаткова прокладка,
4 - додаткові арматурні стержні або сталеві пластини; 5 - поздовжня арматура або
кутики обойми; 6 - поперечні хомути; 7 - упори для хомутів-стискачів, 8 - поверхні
колон, підготовлені до бетонування
Далі по усій висоті підсилення з кроком 50...80 мм,
встановлюють замкнені хомути діаметром 0.25<1, де д - діаметр
робочої арматури колони. Потім поверхню в місці підсилення
підготовлюють до бетонування, тобто зачищають, роблять насічку* і
промивають водою. Після встановлення опалубки ділянку підсилення
замонолічують дрібнозернистим бетоном міцністю не нижче міцності
бетону колон.
При влаштуванні сталевої обойми (рис. 4.49, б) спочатку
встановлюють додаткову прокладку й оголюють робочу арматуру
колон по обидва боки стику. До оголеної робочої арматури колон
приварюють сталеві пластини довжиною (1.0...1.5)Ь. Потім на
верхньому і нижньому оголовках колони встановлюють обойму з
чотирьох кутиків довжиною (1.5.. 2.0)11. Сталеві обойми з кутиків
попередньо напружують одним із способів, описаних у п.4.2.3.
Найбільш простим способом попереднього напруження є
використання поперечних хомутів - стисків з гайками, показаних па
рис. 4.49. б. У цьому випадку, один кінець хомута приварюють до
кутика обойми. Другий кінець пропускають через отвір у приварених
218
кутиках обойми, що утворять упори для хомутів. Натягаючи гайки
динамометричним ключем, хомути напружують, обжимаючи оголовок
колони.
Рис. 4.50. Підсилення вузлів опирання балок (а) та з'єднання зовнішніх і
внутрішніх цегляних стін тяжами (б):
1 - стіна; 2 - несуча балка; 3 - опорний столик з швелера; 4 - додаткова
пластина; 5 - ребра жорсткості; 6 - анкерні болти; 7 - пластини-шайби; 8 - отвори у
стіні; 9 - ніша у стіні; 10 - металеві пластини-клини для включення столиків в роботу;
11 - зовнішня стіна; 12 - внутрішня стіиа; 13 - перекриття; 14 - тріщина у стику стін;
15 - тяжі; 16 - металеві кутики; 17 - болти; 18 - отвори у стінах; 19 - гайки для
натягування.
При посиленні вузлів сполучення кам'яних стін діють тим же
чином, як і при підсиленні стиків залізобетонних конструкцій. У разі
потреби підсилення вузлів обпирання балок чи плит на кам’яні стіни,
влаштовують металеві або залізобетонні обойми. Якщо несуча балка
не має достатнього обпирання на стіну, виконують підведення
опорного столика зі швелера (рис. 4.50, а). Для його закріплення в
стіні свердлять отвори і встановлюють анкерні болти, які згодом
фіксують опорний столик. Всі отвори та ніші після встановлення
болтів заповнюють цементним розчином. Для включення опорного
столика в роботу між його верхньою площиною і несучою балкою,
забивають металеві пластини-клини. Якщо міцність стіни недостатня,
під опорні столики підводять металічні стійки або залізобетонні стінки
(див. рис. 4.46).
219
При просіданнях, впливах температурно-
деформацій або різній завантаженості стін і пілястр цегляних
будівель, часто утворюються вертикальні тріщини в місці сполучення
повздовжніх і поперечних стін чи пілястр (див. рис. 1.7 і 1.8), що
приводять до зменшення жорсткості будинку в цілому, а у випадку
відриву пілястр - до втрати несучої здатності стіни. Для відновлення
порушеного зв'язку між взаємно перпендикулярними стінами,
використовують тяжі, приварені до кутиків (рис. 4.50, б). У зовнішній
стіні пробивають отвори на рівні перекриття і внутрішню стіну або
пілястру, через тяжі притягають за допомогою натяжних гайок. Після
встановлення тяжів тріщину в стику, а також отвори у внутрішній і
зовнішній стінах заповнюють цементно-піщаним розчином. По
закінченні робіт оштукатурюють або облицьовують зовнішні та
внутрішні стіни. За допомогою тяжів можна також з'єднувати
зовнішні стіни з плитами чи балками перекриття або покриття [8,14].
З'єднання зовнішніх кутових стін, що втратили зв’язок,
виконують нарощуванням залізобетонного або армованого шару. Для
цього в стінах взаємно перпендикулярного напрямку усередині
будинку через 600...800 мм по горизонталі і вертикалі бурять отвори
глибиною не менш 100 мм. У пробурені отвори на розчині
встановлюють анкери діаметром 10 мм з арматури періодичного
профілю. До анкерів по всій площині підсилюваних стін прив'язують
чи приварюють сітку з арматури діаметром 6...8 мм, з чарунками
100x100 мм. Потім встановлюють опалубку і заповнюють
дрібнозернистим бетоном або оштукатурюють з урахуванням
рекомендацій, наведених у п. 4.2.2. У процесі виконання бетонування
або оштукатурювання, роблять ін'єкцію існуючої тріщини.
З'єднання зовнішніх стін з порушеним зв'язком, може бути
виконано двобічними металевими накладками зі смуг через 500 мм по
висоті (див. рис. 4.20).
Для усунення розривів у кутових зовнішніх стінах можна також
використовувати металеві скоби діаметром 10... 12 мм, що
закладаються в пази в кладці глибиною 35.. .40 мм [8].
220
4.3. Розрахунок конструкцій підсилення
4.3.1. Залізобетонні конструкції'
Розрахунок посилення залізобетонних конструкцій роблять
відповідно до вказівок діючих нормативних документів [17].
Підсилені конструкції розраховують за граничними станами
першої і другої груп. Якщо підсилення є наслідком дефектів
конструкції, то розрахунок за граничними станами другої групи для
звичайних конструкцій і звичайних умов не потрібен, його необхідно
виконувати лише для спеціальних конструкцій або для особливих
умов експлуатації (наприклад, посилення резервуарів, при
експлуатації конструкцій в агресивному середовищі тощо).
Вище (див. п. 4.2.) було показано, що підсилення залізобетонних
конструкцій роблять або зовнішніми елементами (шарнірно >
стержневими ланцюгами, шпренгелями, затяжками, кронштейнами
тощо), або збільшенням несучої здатності перерізів (обоймами,
«сорочками», нарощуванням).
Розрахунок підсилених залізобетонних конструкцій, при зміні їх
початкової статичної схеми і напруженого стану, роблять відповідно
до нової статичної схеми з урахуванням дійсного напруженого стану.
Зусилля, що діють в елементах статично невизначених конструкцій,
визначають з урахуванням можливого їхнього перерозподілу,
величина якого, для підсилення конструкції, не повинна
перевищувати 30%. На ділянках перевищення зазначеної величини
рекомендується перевірка перерізів на розкриття тріщин і міцність
стиснутої зони, особливо для сильно армованих перетинів. У
необхідних випадках, для яких роблять розрахунок за другою групою
граничних станів, згадані ділянки перевіряють на деформативность і
тріщіносгійкість.
У випадках сильного ступеня пошкодження залізобетонних
конструкцій (див. табл. 1.5) конструкцію підсилення розраховують на
повне діюче навантаження без врахування підсилюваних елементів.
Якщо до існуючої арматури приварюють додаткові стержні, її
переріз приймають ослабленим на 25% у зв'язку з можливістю
ушкодження перепалюванням при зварюванні.
Нормативні і розрахункові значення міцності бетону й арматури
для підсилюваних конструкцій приймають за результатами обстежень
з урахуванням рекомендацій, наведених у пп. 1.2 і 1.3, ті ж
221
1
характеристики для бетону й арматури підсилення - відповідно до
норм [17].
При визначенні розрахункових опорів бетону й арматури
враховують коефіцієнти умов роботи конструкції Уьі і Уй , обумовлених
нормативними документами [2], а також коефіцієнти умов роботи
підсиленої конструкції Уьгі І Уяі по таблиці 4.1.
Табпиця4.1.
Коефіцієнти умов роботи при підсиленні
Умови посилення конструкції Умовні позначки Значення коефіцієнті в
Підсилення під навантаженням, що не перевищує 65% від розрахункового Уьн> У«гі> 1.0 1.0
Підсилення під навантаженням, що перевищує 65% від розрахункового Уь»і Уяі 0.8 0.8
Напруження горизонтальних і шпренгельних стяглів Уя? 0.85
Напруження хомутів і похилих стержнів при підсиленні У<гЗ 0.75
Досягнення граничного стану при підсиленні до межі текучості сталі У®4 0.8
Напруження розпірок при посиленні УяЗ 0.9
У розрахунках враховують величину' обм’яття елементів і
конструкцій у місцях їхнього сполу'чення. Зокрема, для сполучень
бетону з металом піддатливість одного вузла, при відсутності
експериментальної перевірки приймають у таких межах:
металевий упор на бетон без розчину - 4...5 мм/вузол;
металевий упор на бетон з розчином - 3...4 мм/вузол;
металева кишеня з розчином - 1...4 мм/вузол;
обм’яття сполучення металу з металом за допомогою болтів -
1 мм/вузол.
Розрахунок підсилених залізобетонних елементів за міцністю
роблять для перерізів нормальних до повздовжньої осі, а також для
222
похилих перерізів найбільш небезпечного напрямку. При наявності
круглих моментів, перевіряють міцність просторових перерізів,
обмежених у розтягнутій зоні спіральною тріщиною, найбільш
небезпечною з можливих напрямків. Крім того, роблять розрахунок
елементів на місцеву дію навантаження (зминання, продавлювання,
відрив).
Згинальні конструкції, підсилені попередньо напруженими
шарнірно-стержневими ланцюгами, являють собою комбіновані
статично невизначені системи, що розраховують методами
будівельної механіки.
Допускається їхній розрахунок за спрощеною методикою при
виконанні таких умов (рис. 4.51):
Рис, 4.51. Розрахунком схема згинальних залізобетонних елементів,
підсилених встановленням шарнірно-стержневих ланцюгів при розташуванні ланцюга
нижче (а) та у межах висоти конструкції (б):
І - підсилюваний елемент, 2 - шарнірно-стержневий ланцюг, 3 - вузли
ланцюга; 4 - анкери ланцюга; 5 - стійки ланцюга; б - підвіски ланцюга; 7 - центр ваги
зведеного перерізу.
напруження ланцюга здійснюють при навантаженні на
підсилювану конструкцію не менш 70% від повного навантаження;
стрілу прогину ланцюга / приймають максимально можливою з
урахуванням припустимих габаритів, а кількість вузлів - 3,5 чи 7;
223
розпір ланцюга Ц* передається нижче центру1 ваги підсиленого
елемента або не вище верхньої границі ядра перерізу.
Рекомендується порядок розрахунку’ посилення шарнірно-
стержневими ланцюгами за спрощеним методом:
визначити необхідний ступінь розвантаження балки;
намітити обрис ланцюга;
встановити зусилля У стійках (рис. 4.51, а) або підвісках
(рис. 4.51,6);
обчислити первісну довжину ланцюга 1^;
по відомим зусиллям у підвісках визначити зусилля в ланках
ланцюга і підібрати їх перерізи;
відкоригувати розрахунок і намітити положення ланцюга після
натягу з урахуванням його деформації;
перевірити підсилений елемент на позацентровий сгиск.
Необхідний ступінь розвантаження визначають з умови міцності
балки або ферми.
Натяг ланцюга встановлюють таким чином, щоби зусилля і
У будівельній конструкції, від її натягу' дорівнювали різниці між
відповідними зусиллями А/(о, і <2,о, від повного навантаження після
підсилення І зусиллями Л/тоа І 0,^ , що можуть сприймати відповідні
зусилля, тобто:
(4.1)
<2а,=Єад-Єпшх- (*2)
Невідомі зусилля в підвісках ланцюга 7%, розглядають як
зовнішнє навантаження, прикладене знизу вгору'. Зовнішні зусилля
/•„, будуть однакові у всіх підвісках ланцюга в тому випадку, якщо
дотримані співвідношення рекомендовані в п.4.2.1. між тангенсами
кутів нахилу ланок ланцюга. Ці зусилля повинні створити згинаючий
момент А-4* і поперечну’ силу' > причому’ з двох значень
приймають більше.
За величиною Еп, визначають розпір /4* (табл. 4.2) і,
приймаючи його як повздовжню стискаючу силу Л7=/4л, з
урахуванням Л4* у відповідних перерізах, перевіряють міцність
елементу- на позацентровий стиск [14]. За відомою величиною Гяв
можна визначити зусилля в ланках ланцюга 8, виходячи з початково
прийнятих розмірів. По відомим зусиллям у ланках ланцюга 8 і
224
стійках (підвісках) Ехи, за формулами норм [19 ] підбирають переріз
цих елементів.
Первісну довжину ланцюга можна визначити за наступними
формулами:
при трьох підвісках
44=41 + 2.45(-^]; (4.з)
при п'ятьох підвісках
Ій=/|1 + 2.55((^; (4.4)
при сімох підвісках
=41 + 2-66(/Т]> <4-5)
де І - прольот балки або ферми.
По відомому зусиллю визначають загальне подовження
ланцюга:
д/.(«і
де п - кількість ланок у ланцюзі; /, - довжина ланки ланцюга;
5, - зусилля в і-тій ланці ланцюга; А, - площа поперечного перерізу
і-тої ланки ланцюга ; Е5 - модуль пружності сталі.
Нова довжина ланцюга складе
= Ь + А/. . (4.7)
Знаючи нову довжину ланцюга £/, за формулами (4.3)...(4.5)
можна обчислити стрілу / і ординати всіх кутів, тобто визначити нову
225
ланцюгову лінію. За новими параметрами коректують розрахунок,
отриманий у першому наближенні.
"У заключній стадії проектування, з урахуванням уточнених
значень зусиль, необхідно перевірити міцність підсилюваного
елементу на позацентровий стиск за формулами норм [ 17]. При цьому
положення нейтральної осі визначають два випадки. У першому
К$А5 + НсИ
випадку нова висота стиснутої зони бетону х —------------------,
збільшена в результаті дії поздовжньої сили К=Н,і„ менше хтах=
Тоді перевірку перерізу на позацентровий стиск можна не проводити.
В другому, випадку, тобто коли х > хтах , при визначенні необхідного
розвантажувального моменту, Мс>, необхідно врахувати, що
посилюваний згинаючий елемент, перетворюється у позацентрово
стиснутий і граничний момент буде зменшуватися зі збільшенням
Величину визначають у цьому випадку методом
послідовних наближень. У першому наближенні Гхи5 обчислюють по
моменту Мс>1 збільшеному на 20%.
Шпренгельні стяглі, які часто застосовують при підсиленні
залізобетонних елементів є одним з випадків шарнірно-стержневих
ланцюгів. Вони збільшують несучу здатність згинального елемента, за
нормальними і похилими перерізами, їх з успіхом використовують
при посиленні плит, балок, ригелів, прогонів тошо (див. пп. 4.2.1,
4.2.4, 4.2.5). Постановка шпренгельних стяглів перетворює
підсилюваний елемент у статично невизначену комбіновану систему,
яку розраховують методами будівельної механіки. При цьому
підсилюваний згинаючий елемент, починає працювати як
позацентрово стиснутий.
Існує наближений метод розрахунку [14], який не враховує
статичну невизначеність системи. При цьому, як і для шарнірно-
стержневих ланцюгів, підсилюваний елемент розглядають як балку,
що знаходиться під впливом зовнішнього навантаження і зусиль
переданих на балку з боку шпренгеля, які також приймають як
зовнішні навантаження (рис. 4.52).
226
Рис. 4.52. Розрахункова схема залізобетонного згинального елемента,
підсиленого установленням шпренгальних стягів (а) і схеь утворення попереднього
напруженням у пшренгельних стяглях зближенням горизонтальних тяжів:
1 - підсилюваний елемент, 2 - шпренгельиий стягель; 3 - вісь по центру ваги
Рекомендується такий порядок наближеного розрахунку
згинальних елементів, підсилених шпреигельними затяжками:
вибрати габарити шпренгеля 1{, І* ;
визначити згинальний момент у простій балці до посилення
: і після посилення балки
І призначити величину попереднього натягу в шпренгельному
стяглі
визначити розпір у шпренгельному стяглі в граничному стані за
\ формулою:
227
визначити згинальний момент у простій балці до посилення Мтт
і після посилення балки
^призначити величину попереднього натягу' в шпренгельному
стяглі С5Р;
визначити розпір у шпренгельному стяглі в граничному стані за
формулою:
де - площа перерізу стягля; /?,-розрахунковий опір
матеріалу стягля; у,-? - коефіцієнт умов роботи шпренгельного стягля
(див. табл. 4.1);
визначити розрахункові зусилля від шпренгеля в граничному
стані
Рж = НСІІ(§а \ (4.9)
М0 = НСІ,с; (4.10)
визначити розрахункові зусилля в системі в граничному стани:
згинальний момент
М„=МСІ, + М0- (4.11)
поперечну силу
О„ = к-рт (4.12)
перевірити переріз підсилюваного елементу, на позацентровий
стиск при дії М„ N = НСІ: при е0 =
е = е0 + Н0~у; е' = е0~у + а, (4.13)
228
де е0~ ексцентриситет відносно геометричної осі, що проходить
по центру ваги перерізу.
Зусилля натягу' в стеглях створюють за допомогою гвинтів,
домкратів, важелів та інших способів, описаних в п. 4.21. При
використанні способу зближення тяжів (див. рис. 4.52, б) величину
попереднього напруження можна обчислити за формулою:
а’>Р=£Е5=Ь''2+1-1М , <4М)
_2/,
де 1 ' , - кут нахилу тяжів стяглів.
‘2
При підсиленні залізобетонних елементів підведетям додаткової
жорсткої опори в прольоті, без попереднього розвантаження
елемента, в першу чергу необхідно включити в роботу додаткову
розвантажувальну опору, (див. п. 4.2.1). При підведенні під
згинальний елемент, додаткових жорстких опор змінюється первісна
розрахункова схема посилюваного елементу. Проектуючи підсилення
залізобетонних конструкцій підведенням додаткових жорстких опор,
необхідно передбачити, щоб. нові епюри згинальних моментів і
поперечних сил при роботі підсиленого елемента за новою схемою не
виходили за межі епюр згинаючих моментів і поперечних сил, які
сприймають переріз при фактичних міцносних характеристиках і
армуванні. Так, при підсиленні однопрольотової балки (рис. 4.53)
необхідно підібрати величину тиску Р таким чином, шоби
виконувалися зазначені умови.
229
Рис. 4.53. Розрахункова схема згинального залізобетонного
елемента, підсиленого підведенням додатковоїжорсткоїопори у прольоті
та зусилля, що виникають:
а - до розвантажування; б - після підведення розвантажувальної
опори в-післяпідведеннярозвантажувальноїопори Ртах.
230
Визначення зусилля Г у місці встановлення додаткової опори
роблять у такому' порядку"
обчислюють згинальний момент Мч від повного навантаження
Ч “ <11 + <&
визначають згинальний момент Мі, який сприймає переріз
балки;
знаходять значення перевищення діючого над згинальним
моментом, який сприймає переріз
А/ = А^-Л4- (4.15)
визначають мінімальну реакцію додаткової опори від частини
навантаження Ці таким чином:
враховуючи, що для двопрольотної нерозрізної балки, при
рівномірно розподіленому’ навантаженні, опорний момент
М' = -0.125 опорна реакція/7) = 1.25діІі,
м}
0.125/; ;
(4.16)
знаходять
Гтіп >1.25^ =1.25—
га,п 0.125/; 1 /, ’(417)
обчислюють максимальну реакцію додаткової опори від
повного навантаження з огляду на те, що:
М[
4 4x41 0.125/;’ (418)
звідки:
р < 0 125 Г 1 • Iі =
(0.125 /,2] ' /, •(4Л9)
приймають реакцію додаткової опори з умови
•^тіп — — ^тах (4 20)
Розрахунок залізобетонних згинальних елементів, підсилених
встановленням попередньо напружених кронштейнів (див. рис. 4.7).
виконують з урахуванням того, що розміри кронштейнів призначають
231
г
конструктивно з умови зручності їхнього встановлення і вільних
габаритів. Виліт розвантажувального кронштейна встановлюють у
межах її = (4...4.5) й*, де й* - висота кронштейна на опорі.
Рис. 4.54. Розрахункові схеми згинального елементу, підсиленого
установленням попередньо напружених кронштейнів:
а - схема підсилення та діючих навантажень; б - епюри згинальних моментів,
які сприймає переріз Л/Л а також діючого навантаження Л/, в - епюра згинальних
моментів від розвантажувальної дії кронштейнів г - епюра згинальних моментів
у підсиленій балці після підсилення, д - розрахункова схема розвантажувального
кронштейна; 1 - опорна стійка; 2 - нижній пояс з кутика; 3 - верхній пояс з
арматурної сталі.
232
Величин} необхідної розвантажувальної сили встановлюють
таким чином (рис. 4.54, а, б, в, г):
визначають фактичну несучу здатність підсилюваного елементу,
за нормальними і похилими перерізами при дійсних геометричних
характеристиках перетину, армуванні і міцносних властивостях
матеріалу, тобто обчислюють і здатний сприйняти
посилюваний елемент;
обчислюють згинальний момент А/ и поперечну силу' 0?. що
виникають у переризі підсиленого елемента після встановлення
кронштейнів;
знаходять значення згинального моменту’ і поперечної сили, на
які повинні бути зменшені зусилля в елементі:
М* -А/-А/,;
бек ~ б ~ б* і
(4.21)
(4-22)
визначають величину розвантажувальної сили:
^ = А<Лв (4.23)
= бек » (4.24)
з двох величин Р1іи для подальших розрахунків приймають
більшу. З урахуванням втрат від вигиба балки, обтиснення
кронштейнів, обім’яття опор силу Ряи збільшують приблизно на 20%.
Шарнірна схема, прийнята при розрахунку ферм, дуже
приблизно відбиває дійсну роботу' кронштейна. У результаті
підвищеної деформативності розтягнутого елемента верхнього пояса і
решітки в нижньому поясі, виникають значні згинальні моменти.
Кронштейни, нижні пояси яких виконані із суцільного кутика, а
верхні - з арматурної сталі класів А-П або А-ІІІ, розраховують як
статично невизначені системи. Ступінь статичної невизначеності
залежить від схеми кронштейна. Якщо верхні і нижні пояси
кронштейнів з кутиків з розрахунковим опором 210...240 МПа, то
кронштейн можна розглядати як шарнірну' статично визначену' ферму.
Для найпростішого трикутного кронштейна переріз розтягнутих
тяжів визначають за розрахунковим зусиллям (рис.4.54,г)
5 = Рп/$іпа, (4.25)
за формулою:
А = (4.26)
233
де Уя-5 - коефіцієнт умов елемента, визначений у табл. 4.1.
Переріз нижнього пояса підбирають за стискаючим зусиллям
О-Кі/іЄ а (4.27)
за формулою:
(4.28)
і збільшують приблизно у 2 рази. Конструктивний розрахунок
металевих кронштейнів роблять з урахуванням рекомендацій норм
[19].
Залізобетонні згинальні елементи, підсилені обоймами,
«сорочками», нарощуванням, розраховують як монолітні.
Ушкодження і дефекти (корозія чи обрив арматури, розшарування
бетону тощо), враховують так само, як і при розрахунку конструкції
до підсилення.
Підсилюваний елемент може мати в одному' перерізі різні класи
бетону й арматури, тому розрахунок за нормальними перерізами
роблять за загальним випадком розрахунку залізобетонних
конструкцій відповідно до нормативних документів [17].
Необхідність встановлення подвійної арматури як в існуючій
конструкції, так і в елементах підсилення, визначають у залежності від
співвідношення фактичної величини відносної висоти стиснутої зони
бетону £ і її граничного значення £,к [13]. При визначенні £,к
приймають умову, за якою граничний стан конструкції досягається
одночасно з досягненням у розтягнутій арматурі розрахункового
опору, прийнятого відповідно до норм [17], але без врахування
коефіцієнта умов роботи у^.
При обчисленні приведену робочу висоту' перерізу ^01ГііЗ
приймають рівною сумі відстаней від стиснутої грані перерізу до
центру ваги (ц.в.) (рис, 4.55) існуючої розтягнутої арматури Но і
відстані від ц.в. існуючої до ц.в. арматури підсилення
~ агеЛ. (4.29)
234
Рис. 4.55. Схема зусиль і епюри напружень у перерізі, нормальному до
поздовжньої осі елемента, підсиченого обоймою:
а - епюра напружень фактична; б - те ж саме - зведена, в - поперечний переріз
елемента
При різних класах бетону у стиснутій зоні, для визначення £ і
у розрахунках приймають розрахунковий опір бетону більш низького
класу.
Якщо розрахункові опори розтягнутої і стиснутої арматури
підсилюваного елемента Я, і і арматура посилення і
мають різні значення, їх положення від ц.в. визначають з урахуванням
приведеної площі перерізу арматури
о
І + Ьа<1 Д
* о (4.30)
(4.31)
де І ^^геїі- приведені площі перерізів розтягнутої і
стиснутої арматури; і - площі розтягнутої і стиснутої
арматури підсилюваного елемента; і - те ж
підсилюючого елемента; Я, і - розрахункові опори розтягнутої
235
арматури підсилюваного елемента і підсилюючого елемента; і
- те ж, стиснутої арматури.
З врахуванням (4.30) і (4,31) (див. рис. 4.55)
Я А, + Я .А <4-32>
5 5 Ліва
де ^>5 - відстань від стиснутої грані підсиленого елемента
до центра ваги розтягнутої арматури підсилюваного елемента.
Відносна висота стиснутої зони
^£'‘14$1гес/
гесі
(4.33)
де Ь - товщина підсиленого елемента.
Міцність нормального перерізу посиленого елемента
забезпечена, якщо виконується умова
),(4.34)
де х-висота стиснутої зони бетону; а' - відстань від стиснутої
грані бетону' до центра ваги стиснутої арматури посилення.
Приведений розрахунковий опір стиснутої зони бетону
• _ + ^асі^асі)
^геа ,
(4.35)
236
де /4 розрахунковий опір бсюну підсилюваного елеменіу, при
стиску; - ге ж підсилюючого елемента: А і, площа стиску
А
зони підсилюваного елемента, - ге ж посилюючого елемента;
= Аь + АЬіГЄ(і
Повна висота с тиснутої зони бетону
х = X/ + х,. (4.36)
де хІ - висота стиснутої зони бетону посилюваного елемента.
хг - те ж посилюючого (див. рис. 4.55).
Відповідно площі бетону:
(4-37)
(4.38)
де і а'пп ширини обойми нарощування з бічних сторін.
Висота стиснутої зони бетону
» А _ /? А
Якщо стиснута зона знаходиться в межах бетону підсилення,
/? 7?
ЬхгеА приймають рівним Ьх асі 1 уточнюють нову висоту
стиснутої зони бетону.
Необхідну площу додаткової розтягнутої арматури визначають
зі спільного рішення рівнянь (4.34) і (4.39) за формулою:
Л —__________4- І_________ й
2 V 4 ’ (4,40)
де
. ^3^5 “ ^‘Дс1ГЄ</ ~ ГЄО
~ 0^ ; 0.41)
«=----------------------------3----------------------------.(4.42)
І\ \а<1
При відсутності стиснутої арматури підсилюваного елемента, і
підсилюючого елемента, у формулі (4.40) приймають
-^3-4, ^ЬуГе^^Оі ге£
0.5Л5іОг, <443)
Л2»,^ <4-44»
+ ^уа<і^га<1
=-------------1----і—
(4 45)
238
Як і звичайні залізобетонні згинальні елементи, підсилювані
конструкції рекомендується проектувати для
випадку % — тобто непереармованнми. Якщо площа
розтягнутої арматури за конструктивними обміркуваннями і за
розрахунком прийнята більшою, тобто переріз переармований і
% > ге<з?, то допускається робити розрахунок міцності за
формулою (4.34) при висоті стиснутої зони:
гг А -)-гт А - /? А'
(4.46)
0.2 +
___________ _______________
0.2 + ^ + 0.35—Ґ1 1; (4'47)
___________2 +
,2+§ + 0.35— 1-і ' (448)
де - попереднє напруження в арматурі до обтиснення бетону
при натягу' на упори або в момент зниження напруження обтиснення в
бетоні під впливом зовнішніх фактичних або умовних сил, яке
визначають ’іа нормами [17] при у^О.
При відсутності попереднього напруження у формулах (4.47) і
(4.45) третій додаток у знаменнику опускають. При обчисленні і
&Хіа(І значення 4 ’ 4к визначають за тим класом бетону, у межах
239
якого розташована відповідна арматура. У цьому випадку додаткову
розтягнуту арматуру знаходять за формулою (4.40) при таких
значеннях А и В:
Т>=~----------——----—□———----------------—.(4.50)
V
При підсиленні згинальних елементів, прямокутного і таврового
профілів нарощуванням тільки зверху висоту’ нарощування х3
визначають з умови достатності площі наявної розтягнутої арматури
для сприйняття максимального моменту. У випадку однорядного
розташхвання арматури тільки в розтягнутій зоні
М и ас
х2 ~ д д Ло+О.5х (451)
де /? А <4-52>
^гес!1'
Якщо висота стиснутої зони бетону' менше висоти нарощування,
то ^ьугеіі У формулі (4.52) приймають рівним якщо -
більше, то визначають за формулою (4.35).
При підсиленні таврових перерізів залізобетонних елементів
нарощуванням знизу’ і зверху-, у випадку § £ §в, розрахунок роблять у
залежності від положення межі стиснутої зони (рис. 4.56).
240
Рис. 4.56 Схеми зусиль і епюри наїфужень (фактичних і звелених) при
розташуванні стиснутої зони бетону’ у межах полиці (а) та ребрі (б) таврового
елемента у перерізі, нормальному до його поздовжньої осі, підсиленого двобічним
нарощуванням, при розрахунку його міцності
Якщо нейтральна вісь перетинає полицю (див. рис. 4.56, а),
тобто виконується умова:
^х^ігесі “ . (4.53)
розрахунок роблять як для прямокутного перерізу шириною £>6
Якщо нейтральна вісь перетинає ребро (див. рис. 4.56, б),
міцність перегину визначають за формулою:
241
(*; )+
І (4541
де
. (4.55)
і ‘ГІ\гесІ обчислюють за формулами (4.30) і (4.31),
Площу додаткової арматури визначають за формулою (4.40) при
л=(ад -пд„і
-4-ял(м-
-----------(457)
- М.,Л ~ь]
Аналогічним чином роблять розрахунок перерізів балок,
підсилених однобічним нарощуванням стиснутої полині з подвійною
арматурою в підсилюваному бетоні, й одиночній арматурі у
242
підсилюючому бетоні. У цьому випадку границю стиснутої зони
визначають за формулою (4.53) із заміною на .
Розрахунок балок, підсилених однобічним нарощуванням
розтягнутого ребра, з подвійною арматурою в підсилюваному, й
одиночній арматурі в підсилюючому перерізі, також виробляється в
залежності від положення нейтральної осі по формулах
(4.53)...(4...57), із заміною ^£1гесі на Ду .
У випадку використання сталевих прокатних профілів як
арматури підсилення, наприклад, при підсиленні багатопорожнинних
плит, принципово методику розрахунку не змінюють (рис.4.57). Тут
також розглядають два розрахункових випадки.
Рис. 4.57. Підсилення багатопорожнинної залізобетонної плити установленням
у порожнини металевих балок з обетонуванням:
в - конструктивна схема підсилення; б - розрахункова схема підсилення,
б - розрахункова схема; 1 - підсилювана багатопорожнинна залізобетонна плита,
певність розвантажна на період підсилення; 2 - робоча арматура підсилеваної плипт,
З - розвантажуючи металеві балки, (двотввр, швелер), установлевані через дві
порожнини, 4 - пази, пробілі пашні плити, 5 - бетон замонолічування.
Якщо нейтральна вісь проходить у полиці, тобто виконується
умова:
27? +К А ..
У _ а о/___________з з і."
при £ £ £&, несучу здатність перетину визначають за формулою:
243
міо.5^, х2 +/?>„,<= -*У']+/и(^-*).(4л>)
При розташуванні границі стиснутої зони в ребрі, тобто коли
' <4 “>
розрахунок роблять за формулою:
*/ф, -»>; (х-о.5л; ї+о.ш’К-і+д.к +(А» -44+....
, \ V»-61)
+ДД(Чі“*)‘
У формулах (4.56)...(4.59) прийняті такі позначення (див. рис.
4.57): Ир[ - пластичний момент опору металевої балки (жорсткої
арматури), який для прокатних швелерів і двотаврів може бути
прийнятий И'рі =1.17 ІГд, Ир- момент опору перерізу при пружній
роботі матеріалу, На - розрахунковий опір сталі розвантажувальних
балок, [8,14]; г - товщина стінки профілю розвантажувальної металевої
балки, Ао * робоча висота підсиленого перерізу, тобто відстань від
стиснутої грані бетону до рівнодіючої зусиль у робочій арматурі
плити і розтягнутої частини розвантажувальних металевих балок; Ли-
робоча висота перерву підсилюваної плити; й® - відстань від
стиснутої грані бетону до центру ваги металевої розвантажувальної
балки; - приведений розрахунковий опір стиснутої зони
бетону, обумовлений за формулою: (4.35).
При підсиленні залізобетонних згинальних елементів,
встановленням листової сталевої' або склопластикової арматури в
розтягнутій зоні розрахунок зводиться до визначення зусиль, які
сприймають анкери і (або) клейовими з'єднаннями. При забезпеченні
надійного зв'язку листової арматури з підсилюваним елементом, вони
працюють під навантаженням спільно.
Прямокутні залізобетонні центрально стиснуті з випадковими
ексцентриситетами і позацентрово стиснуті підсилені елементи
розраховують як монолітні. Слід враховувати вплив прогину2 на їхню
несучу здатність, розраховуючи конструкції за деформованою
схемою. Допускається розраховувати конструкції за недеформованою
244
схемою, приймаючи до уваги вплив прогину елемента множенням
ексцентриситету’ е0 на коефіцієнт т) [13].
При визначенні розрахункових опорів бетону' обойм і
нарощувань, а також розрахункових опорів робочої арматури в
стиснутій зоні перерізу, повинні бути враховані коефіцієнти умов
роботи бетону й арматури Уь> і 7«і за нормами і додаткові коефіцієнти
умов роботи Уьгі і 7«і за табл. 4.1.
Розрахунок прямокутних позацентрово стиснутих елементів з
подвійною арматурою в підсилюваних «сорочками», обоймами,
нарощуванням і підсилюючих частинах перерізу, виконують у
залежності від випадку позапентрового стиску.
При § < тобто в першому випадку позацентрового стиску1,
міцність підсиленого перерізу визначають з умови (рис. 4.58)
а)
АЧ а<1 д'в
Рис. 4.58. Схеми зусиль і епюри напружень (фактичних і зведених) у перерізі,
нормальному до поздовжньої осі позацентрово стиснутого елемента, підсиленого
двобічним нарощуванням, при розрахунку його за міцністю, при умові (а) та
<>&(б)-
245
гесі 0.5х)+/^Л 1(4.62)
де N - повздовжня сила, е - відстань від точки прикладення
повздовжньої сили до осі, паралельній прямій, що обмежує стиснуту
зонуг і проходить через центр ваги розтягнутого стержня, найбільш
віддаленого від зазначеної прямої, а при відсутності розтягнутої зони
- через центр ваги найменш стиснутого стержня; і
А яхге<1- обчислюють за формулами (4.30) і (4.31); за
формулою: (4.26); • по (4.35).
Висоту стиснутої зони бетону' знаходять із залежності
^^гесі^
(4.63)
В другому випадку' позацентрового стиску', при £ > £&,
розрахунок міцності виконують також за формулою (4.60). Однак
висоту* стиснутої зони визначають за формулою:
_ N ^$с^зїГЄа
(4.64)
де С3 приймають у залежності від класу бетону' й арматури.
Для елементів з бетону класу' ВЗО і нижче з ненапруженої
арматурою класів А-І, А-ІІ, А-ІП
геа
$
'Я
(4.65)
Для конструкцій з бетону класу вище ВЗО, а також для
елементів із напруженою арматурою, і ненапруженою арматурою з
твердих сталей класу віще А-Ш, величину* визначають з рівняння:
246
(4.66)
со. Фщи і °8р ~ визначають за нормами [17].
При о^РКі напруження в арматурі обчислюють за формулою:
(4.68)
Якщо отримане значення о, перевищує розрахункове К,. без
врахування коефіцієнта у# у формулі (4.62), підставляють Я, .
Величини ^1 і § знаходять по нормах [17].
Площа додаткової розтягнутої арматури при £ $ визначають
за формулою: (4.40), де
V + ^с^3іге<і &Ьіге<&]\гесІ
; (4.69)
в 0.5(^4-^Д^)г+[^4^/ -КМ,^+
0.5/?^а4
+4 а-ім+Мм -ми-105^ (4-70’
0.5/?^а4
247
Площу додаткової арматури посилення при 5 > визначають за
формулою: (4.40), де
А — ^хс^^гесі
0.5а „ <4-71)
з,аа
д/^ІМ-Ц-Мм../1' -<МА,.л
+Л^-Л' <<.,(4'72’
0.5(7"^а<1
де Оу- обчислюють за формулами (4.65), (4.67) чи (4.68).
При посиленні центрально і позацентрово стиснутих елементів
попередньо напруженими розпірками (див. рис, 4.27), необхідну
площу поперечного перетину' розпірки визначають з умови рівноваги
(4.57).
Площа поперечного перетину попередньо напруженої розпірки,
що встановлюється в стиснутій зоні, при - ьа можна визначити за
формулою:
№~ай/?л2-ЛЛ: (^,-у)
, (4.73)
де 0(Л — О ’ікі- за табл. 4.1; - відстань від
центру ваги розпірки в робочому' положенні (див. ріс. 4.27, б) до
центру' ваги розтягнутої (менш стиснутої) арматури Д.
При £ > зручно задаватися перерізом розпірок і перевіряти
несучу здатність елемент а за формулою (4.66)
Для встановлення величини попереднього напруження
використовують формулу (4.11), звідки визначають відстань від
248
підсилюваного елемента, до розпірки в місці перегину: с=їО.5Н, де
Н - висота стиснутого елемента у світлі (див. рис. 4.27, а).
4.3.2. Кам'яні та армокам’яні конструкції
Підсилену' обоймами цегельну' кладку (див. рис. 4.21), при
центральному і позацентровому стиску' (при ео £ 0.17 й) розраховують
за формулами:
при сталевій обоймі (див. рис. 4.21, а)
•—|л+^4 ,,7Л
'1+25Д 100/ ;(474)
при залізобетонній обоймі (див. рис. 4.21, б)
Ж
(4.75)
при штукатурній обоймі
/ п 2.8Д л
М<лпа(ру укК+т]—-А .....
І[ + 2^ 10()^ . (4.76)
У формулах (4.74)...(4.76): у*, - коефіцієнт умов роботи,
прийнятий для кладки без ушкоджень рівним 1.0, для кладки з
тріщинами - 0.7; д - відсоток армування кладки хомутами чи
поперечними планками
д_2Д»^±^.100
(4.77)
де - переріз хомута або планки; Ь. к - розміри поперечного
перерву підсилюваного елементу'; Я*. Ято - розрахункові опори
відповідно поздовжньої стиснутої арматури і поперечних хомутів або
249
планок, прийняті за табл. 4.3; х - відстань між осями поперечних
планок при сталевих обоймах (.? < й; і < і: і £ 500мм); А \ - площа
перетину повздовжньої арматури чи повздовжніх куточків сталевої
обойми: уь ~ коефіцієнт умов роботи бетону в обоймі, прийнятий
рівним: 1.0 -- при передачі навантаження на обойму при наявності
опори знизу обойми; 0.7 - при передачі навантаження на обойму і
відсутності опори знизу обойми; А - площа перерізу підсилюваного
елементу'; А», - площа перерізу бетону' обойми; т4 і ф - коефіцієнти,
прийняті як для неармованої кладки за нормами; ф=1; л=1 ~ при
їй — 1 4е0
центральному стискк у ~1 : 7) = 1----------- при
/7 /?
позацентровому стиску.
Розрахунок підсилення простінків сталевими або
залізобетонними обоймами (див. рис. 4.22,6) виконують з
урахуванням коефіцієнта умов роботи хомутів - зв’язків %=0.5, на
який у формулах (4.74) і (4.75) множать друтий додаток у круглих
дужках.
Таблиця 4.3.
Розрахункові опори сталі у обоймах
Вид армування І 1 К4Па і
Сталь класу Дротяна і арматура класу Вр-1
А-І, штабова і кутикова А-П
Поперечна арматура 155 200 220
Повздовжня арматура без безпосередньої передачі навантаження на обойму' 45 57.5
Те ж. при передачі навантаження на обойму з одного боку 135 165 і
і Теж, із двох боків 200 С 250 і
250
При підсиленні кам'яних стін встановленням горизонтальних
тяжів (див. рис. 4.19 і 4.20), зусилля, за якими визначають переріз
тяжів, можна визначити приблизно:
К = 0.2Н^Ь, (4.78)
де - розрахунковий опір кладки по перев'язаному перерізі;
£, Ь - відповідно довжина і товщина стіни.
4.3.3. Металеві конструкції
При розрахунку металевих конструкцій, підсилюваних під
навантаженням, необхідно враховувати рівні напружень в існуючих
конструкціях у момент підсилення і послідовність включення в роботу
додаткових елементів і деталей підсилення. При розрахунку
підсилюваних елементів під навантаженням на стійкість і
деформативність, варто враховувати початкові та додаткові
деформації основних конструкцій, що виникають на стадії підсилення
(наприклад, додаткові прогини, що з'являються при кріпленні
елементів підсилення за допомогою зварювання). Прийнята
розрахункова схема підсилюваних конструкцій, повинна відбивати
їхній фактичний стан і дійсні умови роботи, встановлені при
обстеженні. При розробці проекту реконструкції або відновлення
необхідно враховувати три стадії роботи конструкції:
Стадія А - передує початку' роботи з реконструкції і вимагає
перевірки можливості подальшої нормативної експлуатації
конструкцій з урахуванням фактичного їхнього стану, розробки у
необхідних випадках тимчасових заходів щодо утримання
конструкцій і обмеженню навантажень і впливів до підсилення
конструкцій;
Стадія Б - відповідає періоду' проведення реконструкції або
відновлення і вимагає розробки і виконання заходів щодо
забезпечення працездатності конструкції за тимчасовою схемою;
Стадія В - відповідає періоду' експлуатації конструкції після
підсилення і вимагає забезпечення нормальної роботи в умовах, які
змінилися.
Для стадії А роботи конструкції, але не більш, ніж на 3 роки
майбутньої експлуатації, допускається зменшувати значення снігових,
вітрових, ожеледьних і температурних навантажень і впливів
251
відповідно до вказівок норм [19] як для стадії зведення при новому
будівництві і приймати знижені значення навантажень у тих випадках,
коли норми визначають їхні два значення - повне і знижене.
Нормативні значення еквівалентних рівномірно - розподілених
навантажень від устаткування і складованих матеріалів приймають за
фактичними величинами, у тому числі не менш 3 кПа для плит і
другорядних балок і не менш 2кІІа для ригелів, колон і фундаментів.
Нормативні значення тимчасових, короткочасних і особливих
навантажень для стадії В визначають за нормами [14].
Міцність і стійкість підсилених конструкцій перевіряють з
урахуванням коефіцієнта умов роботи ус, прийнятого за нормами [19].
У розрахунках на загальну стійкість приймають у£ = 0.9, якщо норми
не задають менші значення. Скривлення від зварювання, при перевірці
стійкості стиснутих елементів допускається враховувати введенням
додаткового коефіцієнта умов роботи = 0.8. Коефіцієнт надійності
за призначенням для стадії роботи А і Б як для конструкцій III класу
відповідальності тимчасових будівель і споруд ус= 0.8, якщо
тривалість перебування цих конструкцій у цих стадіях не перевищує З
років.
У залежності від умов експлуатації елементи підсилюваної
конструкції, розділені на чотири класи, що відрізняються нормою
припустимих граничних пластичних деформацій:
І клас - зварні конструкції, які працюють в особливо важких
умовах експлуатації (підкранові балки в режимі роботи кранів 7К і 8К,
елементи бункерних і розвантажувальних естакад, які працюють на
навантаження від рухомого складу тощо). У цих конструкціях
пластичні деформації не допускаються, відносні залишкові деформації
ПОВИННІ бути Ер~ 0. Розрахунок міцності елементів виконують у
припущенні пружної роботи сталі.
II клас - зварні конструкції, що безпосередньо сприймають
рухомі, динамічні чи вібраційні навантаження, але не входять в клас І
(підкранові балки в режимі роботи кранів 1К...6К, балки робочих
площадок тощо). Норма граничних пластичних деформацій повинна
складати Є д = 0-001.
ПІ клас - елементи конструкції, які працюють на статичні
навантаження, крім елементів, у яких не задовольняються вимоги
норм із забезпечення загальної і місцевої стійкості в процесі розвитку1
252
пластичних деформацій. Норма граничних пластичних деформацій
приймається £йііхп =0.002.
IV клас - елементи конструкції якф працюють на статичні
навантаження, але не входять в III клас. Норма граничних пластичних
деформацій складає = 0.004.
При підсиленні конструкцій III класу, у випадку використання
заходів щодо забезпечення загальної і місцевої стійкості (постановка
додаткових ребер жорсткості, діафрагм, зв'язків) їх можна віднести до
IV класу.
Статичний розрахунок конструкцій, посилюваних збільшенням
перетину без повного навантаження, виконують на навантаження, що
діють під час підсилення (початкове навантаження), і на
навантаження, що будуть діяти на конструкції після їхнього
підсилення, з вибором найбільш небезпечних варіантів їхнього
поєднання.
Граничний рівень початкового навантаження елементів
конструкцій, підсилюваних зварюванням, обмежують з метою
забезпечення їхньої несучої здатності в процесі підсилення в
залежності від норм граничних пластичних деформацій відповідно до
їхнього класу. Цей рівень початкового напруження характеризується
коефіцієнтом:
п _ ^’о,тах
™ “ /? , (4.79)
де 0^ шах - найбільша напруга у підсилюваному елементі, в
момент підсилення: для І класу 0О £ 0.2; для II класу 0О £ 0.4; для III і
IV класу 0о 0.8. Якщо зазначені умови не виконуються, необхідне
попереднє розвантаження конструкцій; Куо - розрахунковий опір сталі
підсилюваного елементу. Розрахунок міцності елементів у залежності
від їхньої належності до класів граничного нормою розвитку
пластичних деформацій роблять: для конструкцій II і III класів
перевіркою міцності за критерієм крайової текучості (КТ); для
елементів IV класу - за критерієм розвитку пластичних деформацій
(РПД). При оцінюванні міцності розвиток пластичних деформацій у
перерізі підсиленого елемента допускається але обмежується
253
введенням спеціальних коефіцієнтів ум і ум, що гарантують рівень
пластичних деформацій, які не перевищують Єо= 0.004. Значення
коефіцієнтів ум і ум приймають у залежності від схеми підсилення,
співвідношення міцносних характеристик сталі, рівня й умов
навантаження.
Розрахунок за стійкістю стиснутих сталевих елементів
суцільного перерізу в площині дії моменту виконують за формулою:
N
------<К у
(реА у>
де Л' - поздовжня сила; фе - коефіцієнт зниження розрахункових
опорів при позацентровому стиску, визначених за нормами у
залежності від умов гнучкості підсилюваного елемента X і
приведеного відносного ексцентриситету т,/ ~ Т]т/. При розрахунку
за стійкістю симетрично підсилених стиснутих елементів, коефіцієнт
ф, = ф, а ф приймають за нормами у залежності від гнучкості елемента
з урахуванням геометричних характеристик перерізу, що змінилися;
Я у - усереднене значення розрахункового опору. У випадку
застосування елементів зі сталі, розрахунковий опір якої 7?к близький
до розрахункового опор' сталі підсилюваного елемента Я^, (1£а= К.>т
Яуо £1.15), значення Я у допускається приймати рівними Я^. При а >
1.15 усереднений розрахунковий опір бістального елемента
визначають за формулою:
(4.81)
(4.82)
254
.4о - площа непідсиленого перерізу брутто; X 7 - моменти
інерції відповідно непідсиленого і підсиленого перерізе для осі щодо
ЯКОЇ виконують перевірку СТІЙКОСТІ; - коефіцієнт умов роботи,
прийнятий за нормами; ту- коефіцієнт впливу форми перерву [19].
Відносний ексцентриситет визначають за формулою:
тГ=ЄГ^-. («3)
с
де е/ - еквівалентний ексцентриситет, що враховує особливості
роботи підсиленого елемента; И4 - момент опору для найбільш
стиснутого волокна.
Розрахункове значення еквівалентного ексцентриситету'
обчислюють за формулою:
е/=е + /*+х,Л.
(4.84)
де е - ексцентриситет повздовжньої сили щодо центра ваги
посиленого перетину.
Якщо положення центра ваги не змінилося після посилення, то
е=ео, а якщо змінилося, те е=е0 - ел, де еА - зсув центра ваги перетину
при посиленні, прийнятий зі своїм знаком (див. рис. 4.12, 4.28).
У загальному' випадку стиску з вигином, величину е визначають
за відомою формулою:
е=МІЇ, (4.85)
де Л/ - розрахунковий момент щодо центральне» осі підсиленого
перетину.
При несиметричному підсиленні початково центрально
стиснутого елемента як е0 враховують випадковий ексцентриситет.
При цьому, знак випадкового ексцентриситету приймають таким, щоб
врахувати найбільш несприятливий випадок.
Прогин, викликаний приєднанням елементів підсилення (*,
визначають за формулою:
255
(4.86)
де /о - початковий фактичний прогин підсилюваного елемента,
1/750£; Оя -
отриманий при обстеженні, але прийнятий ие менш
коефіцієнт який враховує вплив поздовжньої сили:
а =--2—
(4.87)
Л; - ейлерова сила для непідсиленого елемента:
№=^£7^ ;
(4.88)
N0 - поздовжня сила при виконанні робіт з підсилення;
Ц - розрахункова довжина елемента в площині вигину;
УУу - сума моментів інерції елементів підсилення відносно їх
власних головних осей.
При малих значеннях власних моментів інерції елементів
підсилення
<0.1 допускається не враховувати
деформації підсилення і приймати У випадку приєднання
елементів підсилення до плоских поверхонь підсилюваного елементу
також приймають =То •
Додатковий залишковий прогин, що виникає внаслідок
зварювання елементів підсилення визначають за формулою:
(4.89)
де а - середній коефіцієнт переривчастості шва, при суцільних
швах а=1; ¥=0.04х2/ - параметр поздовжнього скорочення елементу
від накладення одиночного шва; х/ - катет зв'язуючих швів; у{ -
256
відстань від і-го шва до центральної осі підсилення перерізу, прийнята
зі своїм знаком; п, - коефіцієнт, який враховує початковий
налруженно - деформований стан елемента і схему його підсилення
П,,= 1 - и —---
1 1п2
(4.90)
Е _ °~0/
п - коефіцієнт, що характеризує рівень початкових
Лу0
напружень у зоні і-го шва в найбільш навантаженому перерізі
елемента; и = 1.5 - при швах, розташованих у розтягнутій зоні
перерізу, и = 0.5 - при швах, розташованих у стиснутій зоні перерізу.
Якщо зварювальний прогин /% є розвантажуючим чинником
(знак /у.' не збігається зі знаком суми е +/«' ) і приводить до
зменшення абсолютне» величини еквівалентного ексцентриситету, то
х» = 0.5, у противному випадку х» = 1.
При підсиленні центрально - стиснутих і розтягнутих
елементів рекомендуються симетричні схеми підсилення (див. рис.
4.28). У той же час, з метою зменшення впливу ексцентриситету,
позацентрово стиснуті і розтягнуті елементи підсилюють за
несиметричною схемою (див. рис. 4.12). Елементи підсилення
розташовують у межах висоти перерізу або за її межами.
Перевірку міцності симетрично підсилених елементів при
центральному стиску і розтяганні за критерієм крайової текучості (КТ)
виконують за формулою:
(4-91)
при позацентровому стиску і розтяганні за формулою:
(4.92)
де А- розрахункова поздовжня сила, А„ - розрахункова площа
перерізу нетто; 7?^ - розрахунковий опір сталі підсилюваного
257
елемента, розтяганню і стиску за межею текучості; ус - коефіцієнт
умов роботи; уп - коефіцієнт, який враховує особливості напруженого
стану і спосіб підсилення: уй = 0.95 - для елементів, посилюваних без
зварювання; уп “ 0.95 - О.250о - для елементів, підсилюваних за
допомогою зварювання; 0О - рівень початкового напруження,
визначений за (4.73); Мх, Му - згинальні моменти відносно осей х-х і
у-у: х, у - відстань від центру ваги підсилюваного перерізу, до
найбільш напруженої точки перерізу; ут - коефіцієнт, який враховує
особливості напруженого стану і спосіб виконання підсилення: ут =
0.95 - для елементів І класу; ут = 1 - для елементів II і III класів; при
І 0.6 значення ут приймають рівним у„.
При несиметричному підсиленні центрально-стиснутих і
розтягнутих елементів, за рахунок зсуву центра ваги перерізу, в
посилюваному елементі, виникають у загальному випадку додаткові
згинальні моменти Мх ЇМУ.
Перевірку міцності несиметрично підсилених елементів при
центральному стиску і розтяганні, а також позацентрово стиснутих і
розтягнутих елементів за критерієм крайової текучості виконують
також за формулою (4.86), де Мх і Му - згинальні моменти, що
виникають від зовнішнього навантаження або за рахунок зсуву центра
ваги перерізу.
Перевірку міцності симетрично посилених елементів, при
центральному стиску і розтяганні за критерієм розвитку пластичних
деформацій (РГЩ), виконують за формулою:
N ± . (4.93)
» М= (А» ; (4.94)
Ао„ - площа перерізу нетто до підсилення; Ли - площа перерізу
нетто елементів підсилення; а = Ку/Куо; - розрахунковий опір сталі
елементів підсилення за межею текучості: уп = 0.95 - для елементів,
підсилених без зварювання; уп = 0.95 - 0.1(а + £0 -1) - для стиснутих
елементів, підсилених за допомогою зварювання.
Перевірку міцності позацентрово стиснутих і розтягнутих
елементів, а також несиметрично підсилених елементів за критерієм
розвитку пластичних деформацій (РПД) виконують за формулою:
258
' лг ї мх м
Ж; 'кк 'Й-
при т 2 0.5 В®» (4.95)
Де N,МХ ,Му . абсолютні значення зусиль в елементі після
посилення, приймають за нормами [19] у залежності від форми
підсилюваного перерізу; - розрахунковий опір сталі посилюваного
елементу зсуву;
;(4.9б)
- площа нетто стиснутої зони перерізу підсилюваного
елементу:
^ос [Дні ~^(Дс ~ Др)] (4.97)
А*
Ах, - те ж, розтягнутої зони; А,? - те ж, елементів
підсилення, розташованих відповідно з боку стиснутої і розтягнутої
зон перерізу; Уое у„, у^ - абсолютні величини відстаней від
центрів ваги стиснутих і розтягнутих площ до центральної осі
підсилюваного перерізу, ут = 0.95 - при симетричному’ двобічному
підсиленні елементів симетричного перерізу; ут = 0.95 - О.2£о(а • 1) -
при несиметричному двобічному або однобічному підсиленні з боку
розтягнутих волокон; ут = 0.95 - 0.1(а + 0О - 1) - при однобічному
підсиленні елементів з боку стиснутих волокон.
Елементи підсилення згинальних конструкцій, як правило,
розташовують на ділянці максимальних згинаючих моментів у
границях, де це необхідно з розрахунку (див. рис. 4.35). Посилюючі
елементи рекомендується розташовувати симетрично відносно
головної центральної осі підсилюваного перерізу, за можливістю далі
від центра ваги перерізу балки. Теоретично довжину елементів
підсилення Гг установлюють по епюрі моментів у залежності від точок
259
теоретичного обриву елементів посилення, розташованих на відстані х
від опор. Повну довжину' елементів підсилення визначають з умови
включення елементів підсилення в роботу балки.
Перевірку міцності елементів І - П класів виконують за
критерієм крайової текучості (КТ) за формулою:
м
т
(4.98)
V,
де М *= Мо+Мг - згинальний момент від повного навантаження;
Мо - згинальний момент від постійного навантаження, що діє до
підсилення; М - згинальний момент від тимчасового збільшеного
навантаження, прикладеного після підсилення; И'„ - момент опору
підсиленого перерізу; ус - коефіцієнт умов роботи; ут = 0.95 - для
конструкцій І класу, ут = 1 - для конструкцій II і ПІ класів; -
розрахунковий опір сталі підсилюваного елементу, вигину за межею
текучості.
Перевірку міцності елементів IV класу виконують за критерієм
розвинутих пластичних деформацій (РПД) за формулою:
М [Л/]етУс , (4.99)
де Л/ - згинальний момент від повного розрахункового
навантаження; [Л/] - визначають за формулою: (4.90);
ст - поправочний коефіцієнт, який враховує вплив поперечних сил:
для двотаврового перерізу при т <, 0.4К« с, = 1; при т > 0.4К»
(4.100)
Л» - розрахунковий опір сталі зсуву підсилюваного елемента,
Ял, = - розрахунковий опір за межею текучості
підсилюваного елементу;
Уто =1*1
При підсиленні статично навантажених конструкцій III і IV
класів, які працюють у неагресивному середовищі при температурі
вище 30е, застосовують переривчасті шви з кроком шпонок у
260
розтягнутих елементах 80і, а простих - 40і (і - мінімальний радіус
інерції елементів підсилення). Для елементів І і II класів застосовують
тільки суцільні шви.
Довжину ділянки переривчастого шва в см визначають за
формулою:
Тг
(4ІС1)
але не менш 50 см;
тут = (4.102)
^якв - найбільше значення поперечної сили в межах елемента
підсилення; для стиснутих стержнів 5Г - статичний момент
елемента підсилення щодо нейтральної' осі; а» - крок шпонок; [З/,
визначають за нормами [19].
Довжину кінцевих швів, які прикріплюють елемент підсилення
до основного стержня чи до вузлової фасонки, розраховують за
формулою: см
(4.103)
де Лгг = (V --ЩА/А: для згинальних елементів, Лг = О.ІАЯуг-
Катет суцільних швів прикріплення складає:
Іг > Фтах^г
' ~ ММ?,) <4104)
Болти для кріплення елементів підсилення застосовують у тому
випадку, коли таке з'єднання технологічно більш зручне або матеріал
елемента не допускає зварювання.
Розрахунковий крок болтів кріплення становить:
а >№ї
ь о 8 ’ <4105>
хітах г
261
де [Лт,] - мінімальна несуча здатність одного болта, яку
визнають за нормами.
Міцність кінцевої ділянки приєднання елемента підсилення
перевіряють з умови:
Л7л = , (4.106)
де п - кількість болтів на кінцевій ділянці.
При посиленні зварних швів під навантаженням наплавленням
додаткових шарів з метою збільшення катета, повинна виконуватися
умова:
А'о - £>), (4.107)
де , У»/, Р/, - приймають за нормами; к; - катет кутового шва
підсилення; к - довжина шва, що не бере участь у роботі в момент
посилення в результаті переходу металу шва в пластичний стан
И ; (4.108)
т - коефіцієнт, що враховує зв'язок між товщиною зварної
деталі, і збільшенням катета підсилюваного шва, прийнятий за
табл. 4.4; Д> - площа поперечного перерізу наплавленого шару шва,
см2; А„ - сила зварного струму, прийнята за табл. 4.5.; і - товщина
зварного металу', у фермах - товщина фасонки, см.
Таблиця 4.4.
Значення коефіцієнта ш
Товщина наплавленого шару, мм Товщина елемента, мм
8 12 16 20
6...8 1 1.08 1.24 1.5
8... 10 1 1.04 1.14 1.33
262
Таблиця 4.5.
Сила зварювального рекомендованого струму
Діаметр електрода Сила струму', Асв, при положенні зварення
нижньому верхньому стельовому
4 160... 200 120... 160 110... 150
5 200... 250
4.3.4. Дерев’яні конструкції
Міцність і деформативність елементів підсилення дерев'яних
конструкцій, усі деталі протезів, кріпильні елементи, тимчасові
кріплення, розміри нових накладок і прокладок для кріплення
елементів підсилення до підсилюваної конструкції, установлюють за
вказівками норм. Якщо дерев'яні конструкції мають елементи з
металу', їх підсилюють сталевими елементами, розрахунок виконують
відповідно до вказівок норм проектування металевих конструкцій.
Розтягнуті елемента ферм і арок, як правило, підсилюють за
допомогою дерев'яних накладок (див. рис. 4.13, а; 4.14, а) або сталевих
тяжів.
Розрахунок центрально розтягнутих стержнів виконують за
формулою:
де N - розрахункова поздовжня сила; Кр- розрахунковий опір
деревини розтяганню уздовж волокон, прийнятий при наявності
ослаблення з коефіцієнтом то, А„ - площа поперечного перетину
елемента нетто.
При визначенні Ат всі ослаблення, розглянуті на ділянці
довжиною до 20 см, приймають суміщеними у одному' перерізі. Для
елементів стержневих конструкцій повинні виконаються умови: при
симетричному армуванні 50 см2 £ А„ £ 0.5 при несиметричному -
50 см2 £ 2:0.67
Кількість симетрично розташованих двозрізних болтів або
цвяхів визначають у залежності від величини зусиль Л’; і Аг2,
263
мінімальної несучої здатності болтів або цвяхів (Тм„) і кількості зрізів
(Пф) за формулою:
(4.110)
для з'єднання, зображеного на рис. 4.13 = 2.
Розрахункову несучу здатність одного зрізу болта приймають
мінімальною з обчислених за формулами:
за вигином болта (нагеля) зі сталі 3 3823 Тн • 1.8 4е + 0.02а7, але
не більш 2.5
за зминанням в середньому- елементі Т, = 0.5 М,
за зминанням в крайніх елементах Та = 0.8
Розрахункову несучу здатність одного зрізу цвяха приймають
мінімальної з обчислених за формулами:
за вигином цвяха Ти = 2.5 </ + 0.01а7, але не більш 4
за зминанням в середньому елементі Т, = 0.5 Ь<і,
за зминанням в крайніх елементах Та = 0.8 асі,
де о? - діаметр цвяха чи болта в см; Ь і а - товщина відповідно
середнього і крайнього елементів у см (див. рис. 4.13, а).
При підсиленні дерев'яних стиснутих елементів суцільного
перерізу встановленням додаткових дерев'яних накладок утворюють
складені елементи на податливих з'єднаннях. У залежності від способу
з'єднання розрізняють складені елементи типу:
стержні-пакети (рис. 4.59, а); стержні з короткими прокладками
(рис. 4.59, б) і стержні з нерівномірно навантаженими гілками (рис.
4.59, в).
Складені центрально-стиснуті дерев'яні елементи розраховують
за формулою:
<у = Л7<М/^ (4.Ш)
де А’ - розрахункова поздовжня сила; - розрахунковий опір
деревини стиску уздовж волокон; Ар - розрахункова площа перерізу
усіх гілок елементів; якщо площа ослаблень не перевищує 25%,
величину Ар приймають рівною площі перетину брутто А& ф -
коефіцієнт повздовжнього вигину, що обчислюється за приведеною
гнучкостю Хіи у площині складеного стержня.
Приведену гнучкість складового стержня з пакета (див. рис.
4.54) відносно осі у-у, при відстані між зв'язками не більш семи
товщин однієї гілки, визначають за формулою:
Хцр= РуХу, (4.112)
де - гнучкість усього стержня відносно осі у-у, обчислена за
розрахунковою довжиною 4 без врахування піддатливості з'єднання
264
Ів~1м
10 - розрахункова довжина елемента; 1 - вільна ДОШИЙ*
елемента; - коефіцієнт, що залежить від способу закріплення КІНЦІ*
елемента: при обох шарнірно закріплених кінцях ро=1; при одному
шарнірно, а другому жорстко закріпленому кінці Цо=О.8; при одному
вільному’ кінці Щг2.2; при одному жорстко, а другому рухливому’ у
вертикальній площині кінці ^=0.65; ц, - коефіцієнт приведення
гнучкості, що враховує піддатливість з'єднань:
Д^І-^Й^оЧ), (4.114)
де Ь, к - повна ширина і висота поперечного перерізу елементу’,
и„, см - число швів взаємного зсуву (на рис.4.59,а, Ь - два шви; на рис.
4.59,6 - чотири шви); коефіцієнт піддатливості з'єднання: для
цвяхів для болтів діаметром (і<\П товщина з'єднувальних
елементів, ^=175</; для болтів діаметром <і>\Л товщина
з'єднувальних елементів, ^=1.5/</; ис- розрахункова кількість зрізів
зв'язків в одному шві на їм елемента.
Рис. 4. 59. Підсилення дерев'яних стиснутих елементів суцільного перерізу
установленням дерев'яних накладок:
в - стержні-пакети, б - стержні з короткими прокладками, в - стержні з
нерівномірно навантаженими гілками, 1 - підсилюваний дерев'яний елемент;
2 - додаткові дерев'яні накладки: 3 - короткі дерев'яні прокладки; 4 - піддатливі
з'єднання (болти, гайки).
Гнучкість складових стержнів щодо осі х-х перевіряють як для
суцільного перерізу, тобто без урахування піддатливості зв'язків.
265
При розрахунку складених стиснутих елементів з короткими
прокладками, крім гну якості всього стержня, враховують гнучкість
окремих гілок. Приведену гнучкість щодо осі у визначають за
формулою:
ч=7<нУ-м2+хі - <4іі5)
де Хі- гнучкість окремої гілки відносно осі 1-І (див. рис. 4.59,6),
обчислена за розрахунковою схемою гілки /; і товщині окремої
гілки Л;
Л; = Іу(0.29Иі); (4.116)
при приймають 1і=0.
У стиснутих елементах з нерівномірно навантаженими гілками
(див. рис. 4.59,в) розрахункову гнучкість щодо осі у визначають за
формулою:
^яр =1*у* ^у>
але при обчисленні радіуса інерції перерізу
момент інерції визначають як суму моментів інерції обпертих
(підсилюваний елемент) Л,- і необпертих (підсилюючі елементи -
накладки) - гілок, тобто:
"у + ^но >
а розрахункову площу А визначають за перетином тільки
обпертих гілок. При обчисленні гнучкості відносно осі х-х момент
інерції визначають за формулою:
+ (4.117)
Розрахунок кінцевих і проміжних накладок чи протезів
дерев'яних балок (див. рис.4.37) виконують з врахуванням того, що
елементи підсилення повинні сприйняти всі діючі на цій ділянці
внутрішні зусилля, які виникають від зовнішнього навантаження.
Міцність підсилюваної балки і нового елемента (дерев'яних
накладок або протезів), встановленого на місці вилученої частини
балки (див. рис.4.37, а, б, в), перевіряють на вигин за формулою:
(4.118)
266
де М - згинаючий момент у розрахунковому перерізі балки; IV-
розрахунковий момент опору перерізу; при підсиленні дерев'яними
накладками И^,= ИЛ„т к„; - момент опору нетто ослабленого
перерізу; к„, - коефіцієнт, який враховує піддатливість з'єднань; при
використанні протеза проміжного, у вигляді дерев'яних схваток
1¥р=2ак2/6; а - товщина елемента-схватки; к - висота елемента-схватки;
при підсиленні кінцевими дерев'яними накладками з
урахуванням ослаблення перерізу отворами під болти;
Ки- розрахунковий опір деревини вигину.
Розрахунок міцності металевого протезу для балок (див.
рис.4.37 г, д) роблять на вигин за формулою:
М „
0 = — <К. (4.119)
XVу
де М=Ка', К - опорна реакція балки; а - відстань від осі опори до
першого болта; IV - момент опору перерізу протеза з прокатної сталі;
Ку - розрахунковий опір прокатної сталі при згині.
У залежності від способу розташування металевого протеза
один з болтів зазнає розтягання. Його розраховують на розтягання,
шайбу - на вигин, а деревину - на зминання від дії зусиль М у
першому і ЛУ у другому болтах, обумовлених за формулами:
^=Ка/Ь; (4.120)
N2=^0+^/^ (4.121)
де Ь- відстань між болтами (див. рис. 4.37,г).
Докладні дані більш складних методів підсилення дерев'яних
конструкцій містяться в спеціальній літературі.
267
ЛІТЕРАТУРА
1. Барашиков А.Я., Сирота М.Д. Надійність будівель і
споруд. - К.: НМК ВО, 1993. - 212 с.
2. Барашиков А.Я., Малншев А.Н. Оценка технического
состояния строительньїх конструкций, зданий и сооружений. -
К.: НМЦ Держкомнаглядохоронпраці України, 1998. - 232 с.
3. Барашиков А.Я., Гомілко В.О. Малишев А. Н. Технічна
експлуатація будівель і міських територій: Підручник. - К/.
Вища школа, 2000. -112 с.
4. Гольїшев А.Б., Ткаченко И.Н. Проектирование усилений
несущих железобетонньїх конструкций производственньїх
зданий и сооружений. - К.: Логос, 2001. - 172 с.
5. ДБН 362 - 92.15.03.92, №32. Оценка технического
состояния стальних конструкций зксплуатируемьіх
производственньїх зданий и сооружений. - К.:
УкрНДІпроектстальконструкція, 1991. - 35 с.
6. Клименко Ф.Е. Сталебетонньїе конструкций с внешним
полосовьім армированием. - К.: Будівельник, 1984. - 88 с.
7. Коновалов П.А. Основания и фундаменти
реконструируемшх зданий. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:
Стройиздат, 1988. - 287 с.
8. Мальганов А.И., Плевков В.С., Полищук А.И. Усиление
железобетонньїх и каменньїх конструкций. - Томск: Изд-во
Томского ун-та, 1989. - 456 с.
9. Молодченко Г.А., Гринь В. И. Реконструкция и усиление
зданий и сооружений: Уч. Пособие,- К.:УСДО, 1993.- 171с.
10. Нилов А. А., Пермяков В. А., Прицкер А. Я. Стальнме
конструкций производственньїх зданий: Справочник.- К.:
Будівельник, 1986.- 272с.
11. Основания и фундаменти: Справочник / Г.И. Шевцов,
И.В. Носков, А.Д. Слободян, Г.С. Госькова. Под ред. Г.И.
Шевцова.-М.:Вмсш. Шк., 1991 -383с.
12. Пособие по проектированию деревянньїх конструкций
(к СНиП 11-21-80).- М.: Стройиздат.-215с.
13. Расчет железобетонньїх конструкций по прочности,
трещиностойкости и деформациям / А.С. Залесов, З.Н. Кодьіш,
Л.Л. Лемиш, И.К. Никитин,- М.: Стройиздат., 1988.- 320с.
268
14. Реконструкния зданий и сооружений / А.Л. Шагин,
Ю.В. Бондаренко, Д.Ф. Гончаренко, В.Б. Гончаров. Под ред.
А.Л. Шагина: Учеб. пособие.- М.: вьісш. шк., 1991 -352с.
15. Руководство по проектированию железобетонньїх
конструкций с жесткой арматурой /НИИЖБ, И,
НИИпромзданий/. - М.: Стройиздат, 1978 - 55 с.
16. СНиП. 2.02.01 - 83. Основания зданий и сооружений І
Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - 40 с.
17. СНиП. 2.03.01 - 84 . Бетонньїе и железобетонньїе
конструкций/ Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР,
1989.-86 с.
18. СНиП. II - 21 - 81 . Каменньїе и армокаменньїе
конструкций. - М.: Стройиздат, 1986. - 40 с.
19. СНиП. 11 — 23 — 81*. Стальньїе конструкций/ Госстрой
СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.
20. СНиП. II - 25 - 80. Деревянньїе конструкций . - М.:
Стройиздат, 1983. - 32 с.
21. Шишкін О.О. Спеціальні бетони для підсилення
будівельних конструкцій,що експлуатуються в умовах
агресивних середовищ. - Кривий Ріг: Мінерал, 2001. - 113 с.
269
Навчальний посібник
Валовой Олександр Іванович
Ефективні методи реконструкції промислових
будівель та інженерних споруд
Видавництво «Мінерал»:
Директор М.С. Куций
Редактор А.Г. Лідневич
Редактор-коректор І.В. Ланова
Комп'ютерний набір та верстка М. О. Валовой
Здано в набір 28.07.2003р., підписано до друку 05.08.2003р
Формат 60x90/16, папір друкарський. Об'єм 18.3 ум. друк. арк.
Обл.-вид. арк. 18. Тираж 300 прим. Видавничий № 264.
Видавництво «Мінерал» АГН України
50002, Кривий Ріг, вул. Пушкіна, 44
Надруковано з оригінал-макету, підготовленого у видавництві "Мінерал”,
в друкарні ВАТ "Кривбасавтоматика плюс"
50001, Кривий Ріг, пр-т Металургів, 36 Б.