И. С.Гучкин
ДИАГНОСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ
И ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ
КОНСТРУКЦИЙ
««пгтолышя листок
ввФй^тд
“ ВЖ u’WM-Ca feNTb
)М^ЗкРАл*ч^я»м НЁ ПС^ЛО!
llUAMUn СИЭ9>


Л

И. С. Гучкин
ДИАГНОСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ И
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ
КАЧЕСТВ КОНСТРУКЦИЙ
Рекомендовано Министерством образования Российской
Федерации в качестве учебного пособия для студентов
высших учебных заведений, обучающихся по специальности
"Промышленное и гражданское строительство"
Москва
Издательство Ассоциации строительных вузов
2001
УДК 69.059.32:624.15
ББК 38.683
Рецензенты:
кафедра строительных конструкций Мордовского государственного
университета
зав. кафедрой доктор технических наук, профессор
В П.Селяев
ППС Облкоммунпроект
гл.инженер, председатель технического Совета
В.И.Волынский
Гучкин И. С.
Диагностика повреждений и восстановление эксплуата-
ционных качеств конструкций: Учебное пособие. - М.:
Издательство АСВ, 2001 - 176 с.
ISBN 5-93093-039-2
Изложены методы и принципы проектирования усиления железо-
бетонных и каменных конструкций. Даны основные сведения по методике
обследования и оценке прочности и трещиностойкости конструкций. Сис-
тематизированы и обобщены данные о причинах и характере повреждений
конструкций, вызванных эксплуатационными воздействиями и высоко-
температурным нагревом при пожарах.
Приведены конструктивные решения по усилению элементов здания.
Рассмотрены методы расчета усиленных элементов. Фрагменты обсле-
дования, конструирование и расчет проиллюстрированы примерами.
Учебное пособие подготовлено на кафедре строительных
конструкций Пензенской государственной архитектурно-строительной
академии и предназначено для использования студентами специальности
290300 при изучении курса "Обследование и реконструкция зданий", а
также для инженерно-технических работников проектных и строительных
организаций. ZJWtSJ._________________________,
Науч » ническач _
fix, -.ЗНУС-'I
OXW1	оигельмои
ISBN 5-93093-039-2
© Гучкин И.С., 2001
© Издательство АСВ, 2001
ПРЕДИСЛОВИЕ
Восстановление эксплуатационных качеств строительных кон-
струкций является важнейшим звеном реконструкции зданий и со-
ставляет от 40 до 80% общих затрат.
Необходимость усиления конструкций возникает в результате
повреждений, вызванных неблагоприятными атмосферными воздей-
ствиями, коррозией материала, действием высоких температур при
пожарах, перегрузками, а также не предусмотренных проектом из-
менений условий технологии производства и эксплуатации.
Среди строительных конструкций, применяемых в строитель-
стве, значительное место занимают железобетонные и каменные
конструкции, поэтому изучение их эксплуатационных качеств, раз-
работка и реализация эффективных методов усиления имеют боль-
шое практическое значение.
В учебном пособии предпринята попытка обобщения и система-
тизации имеющихся сведении по диагностике повреждений и про-
ектированию усиления конструкции. При этом особое внимание уде-
ляется вопросам, не получившим должного отражения в норма-
тивной и соответствующей справочной литературе.
Наряду с известными положениями автор излагает и результаты
собственных исследований, базирующихся на многолетнем опыте
обследования и усиления зданий
Изложенный в учебном пособии материал иллюстрирован рас-
четными схемами и примерами, что, несомненно, способствует глу-
бокому усвоению студентами теоретического материала, а также по-
может им при подготовке курсового и дипломного проектов.
3
ВВЕДЕНИЕ
Диагностика повреждений и восстановление эксплуатационных
качеств конструкций являются неотъемлемыми составляющими экс-
плуатации зданий и, как правило, сопутствуют реконструкции.
Из зарубежных и отечественных публикаций известно немало
случаев, когда из-за ошибок, допущенных при оценке запаса прочно-
сти конструкции, неудовлетворительной диагностики и не принятия
своевременных мер по усилению происходили крупные обрушения с
человеческими жертвами.
Так, в 60-х годах рухнула переполненная зрителями трибуна в Ан-
каре (Турция), в 1972 году обрушился козырек над трибуной в Са-
ламанке (Испания). Не обошли аналогичные по последствиям трагедии
и нашу страну. В 1980-90 гг. обрушились 30-метровый балкон спортив-
ного комплекса в Котласе, где покалечено 115 человек, и 90-метровый
балкон в Нальчике, где скончались 18 и получили увечья 29 человек.
По информации из газеты “Аргументы и факты" №30, 1998 г. только в
1997 году в России произошло 27 крупных обрушений здании и соору-
жений, в которых погибли 14 человек, а за первую половину 1998 го-
да-17 обрушений с гибелью 26 человек.
Характерно, что большинство аварий происходит на эксплуати-
руемых объектах, которые в соответствии с действующими нормами
должны были неоднократно обследоваться.
Анализ дефектов конструкций, выполненный отечественными
исследователями А.Г. Ройтманом и Н.Г. Смоленской, показал, что
дефекты возникают как из-за ошибок проектирования (4%), неудов-
летворительной эксплуатации зданий (8%), некачественного изго-
товления конструкций (17,6%), низкого качества монтажа (41,6%),
так и совокупности указанных причин и факторов (17,6%).
Нельзя забывать, что современное строительство существенно
изменилось и качественно и количественно. Повысилась этажность
зданий и насыщенность технологическим оборудованием. В то же
время ввиду массовости строительства с повышенными требова-
ниями к экономии материалов снижаются коэффициенты запаса
прочности и надежности конструкций.
В связи с вышеизложенным, проблема эффективной диагности-
ки эксплуатируемых зданий становится особо актуальной.
4
Следует отметить, что данные диагностики используются не
только для ремонта и усиления зданий, но и для повышения ка-
чества разрабатываемых проектов, совершенствования технологии
изготовления конструкций и методов монтажа.
Неоценима роль диагностики при обследовании капитальных зда-
нии после пожара. Хотя бетон и относится к несгораемому и огне-
стойкому материалу, все же при длительном воздействии температуры
пожара 250°С и выше, а главное при действии на него струи воды во
время тушения пожара бетон растрескивается, снижаются его защит-
ные, прочностные и деформативные качества. Расположенная в бетоне
арматура также негативно реагирует на длительный нагрев, т.е. снижа-
ются ее модуль упругости и предел текучести.
В учебном пособии акцентируется внимание на диагностике тре-
щин. При научном подходе картина образования и раскрытия тре-
щин, их форма и изменение во времени являются важными крите-
риями в оценке состояния конструкций, что облегчает выявление
причин возникновения повреждений изгибаемых элементов, позво-
ляет оценить резерв прочности.
По результатам обследования обычно принимается решение об
усилении или ремонте конструкции.
К настоящему времени в мировой практике накоплен большой опыт
усиления, причем способы усиления постоянно совершенствуются и до-
полняются новыми решениями. Уже традиционным стало усиление с
использованием металлических и железобетонных обойм, наращивани-
ем сечения шпрекгельными затяжками, преднапряжекием и др.
Из-за невозможности охватить все вопросы этой обширной темы
в данной работе рассматриваются лишь отдельные методы, одни из
которых стали традиционными и используются повсеместно, а дру-
гие, как например, усиление зданий стальными поясами со стабили-
зирующим устройством, или обоймой на напрягающем цементе яв-
ляются новыми и достаточно перспективными.
Аналогичный подход осуществлен в отношении расчета усили-
ваемых конструкций, где наряду с традиционными предлагается
усовершенствованный способ расчета усиления стен зданий с маги-
стральными трещинами.
Автор выражает признательность сотрудникам кафедры строи-
тельных конструкций ПГАСА кандидатам технических наук Б.В.
Миряеву и В.И. Муленковой за ценные замечания и дополнения к
материалу учебного пособия.
5
1. ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЙ
Техническое обследование здания проводят с целью получения
объективных данных о фактическом состоянии строительных конст-
рукций и инженерного оборудования с учетом изменения во вре-
мени.
При обследовании изучается проектная документация, уточняют-
ся конструкции отдельных узлов, определяется характер армиро-
вания железобетонных элементов, исследуется степень поражения
материала конструкции коррозией, анализируются причины образо-
вания трещин и механических повреждений.
Обследование проводится в три этапа.
Первый этап - сбор и изучение технической документации,
обобщение сведении по строительству и эксплуатации здания.
Второй этап - обследование несущих и ограждающих конст-
рукций наземной части здания.
Третий этап - обследование фундаментов и грунтов основания
При ознакомлении с технической документацией изучаются ис-
полнительные рабочие чертежи здания, акты на скрытые работы,
заключения комиссий по результатам ранее произведенных обследо-
ваний, данные геологических изысканий. Особое внимание уделя-
ется сведениям по технической эксплуатации здания: присутствию
вибрационных технологических нагрузок, агрессивным воздейст-
виям, случаям промораживания грунта в основании фундаментов,
подтоплениям подвальных помещений атмосферными, грунтовыми
или техническими водами и пр.
Обследование наземной части здания, как правило, начинается с
оценки соответствия объемно-планировочных и конструктивных ре-
шений здания в натуре исходному проекту. При этом проверяются
важнейшие размеры конструктивной схемы: длина пролетов, разме-
ры сечения несущих конструкций, высота этажей и пр. Диагностика
состояния конструкций обычно производится с использованием не-
скольких методов: визуально, простейшими механическими инстру-
ментами, приборами неразрушающего контроля, лабораторными и
натурными испытаниями.
В задачу визуального осмотра входит оценка физического состо-
яния отдельных конструктивных элементов и здания в целом. Ос-
6
мотру подлежат все несущие и ограждающие конструкции здания,
кровля, стропила, перекрытия, стены и фундаменты. Особо тща-
тельно обследуются узлы сопряжения элементов, длина опирания и
качество сварных соединений. По результатам визуального осмотра
составляется карта дефектов и оценивается степень физического из-
носа конструкций. Помогают в этом и специальные таблицы, разра-
ботанные Госгражданстроем [18].
В процессе визуального осмотра выявляются конструктивные
элементы, несущая способность которых вызывает опасение. К ним
относятся: железобетонные конструкции с опасными нормальными
и наклонными трещинами, следами коррозии арматуры; каменные
конструкции с трещинами и глубокими повреждениями кладки
При осмотре стен устанавливаются дефектные зоны, снижающие
теплозащиту и прочность стенового ограждения. В панельных зданиях
особо тщательно обследуются стыки стеновых панелей, из-за неудов-
летворительной герметизации которых часто происходит промерзание
стен, а также возрастает их водопроницаемость и продуваемость.
В кирпичных зданиях исследуется состояние кирпичной кладки,
определяются зоны механических и физико-химических разрушений.
К особо опасным повреждениям относятся трещины, которые
образуются в результате неравномерной осадки фундаментов и пе-
регрузки. Участки стен с серьезными повреждениями обследуются
инструментально приборами неразрушающего контроля, а при необ-
ходимости отбираются пробы материала стен для испытания в ла-
бораторных условиях.
По результатам испытаний и проверочных расчетов уточняется фи-
зический износ стен и оцениваются их эксплуатационные качества.
При осмотре колонн обращается внимание на состояние по-
верхности, выявляются участки механических повреждений мосто-
выми кранами, перемещаемым грузом и автотранспортом, фикси-
руются имеющиеся трещины и анализируются причины их обра-
зования. Трещины могут свидетельствовать о коррозии арматуры в
бетоне, потере местной устойчивости сжатых стержней (при редком
шаге поперечной арматуры), перегрузке колонн и т.п.
При осмотре перекрытий первоначально оценивается общее
состояние их элементов (балок и настила), а затем - состояние по-
лов. Те из элементов, где обнаружены большие прогибы, трещины
или следы коррозии материала, подвергаются более глубокому об-
следованию. Одновременно уточняется длина площадки опирания
7
элементов на поддерживающую конструкцию (консоли колонн, сте-
ны, ригели) и корректируется расчетная схема.
При осмотре покрытия основное внимание обращается на состояние
несущих конструкций: стропильных ферм, балок и плит настила. Кро-
ме того, обследуются кровля и утеплитель. Обнаруженные следы про-
течек кровли, зоны п<ре>Т1Л/Тжненного утеплителя и разрыва водоизо-
ляционного ковра заносятся на карту дефектов кровли.
Увеличение нагрузки от водонасыщенного утеплителя учитыва-
ется в поверочном расчете прочности покрытия, а снижение теплоза-
щитных свойств утеплителя - в теплотехническом расчете.
(Целью инструментального обследования зданий является получение
количественных данных о состоянии несущих и ограждающих кон-
струкций: деформациях, прочности, т^щиноображжании и влажности.
Инструментальному обследованию подлежат конструкции с явно
выраженными дефектами и разрушениями, обнаруженными при ви-
зуальном осмотре, либо конструкции, определяемые выборочно по
условию: не менее 10% и не менее трех штук в температурном бло-
ке. Методы инструментального обследования и используемая для
этого аппаратура приводятся в табл. 1.1.
Т аблица 1.1
Методы инструментального обследования
№ п/п	Исследуемый параметр	Метод испытания или измерения	Инструменты, прибо- ры оборудование’
1	’2	3	4
1.	Объемная де- формация здания	Нивелирование Теодолитная съем- ка Фотограмметрия	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-3 и др. Теодолиты: Т2, Т15, ТаН и др. Фотоаппараты, сте- реокомпаратор
2.	Прогибы и перемещения	Нивелирование Прогибомерами: а) механического действия б) жидкостными на принципе сообщаю- щихся сосудов	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-1 и др. ПМ-2, ПМ-3, ПАО-5 П-1
8
Продолжение табл.1.1
1	2	3	4
3.	Прочность бе- тона	Метод пластичес- кой деформации (ГОСТ 22690.0-88) Ультразвуковой ме- тод (ГОСТ 17624-87) Метод отрыва со складыванием (ГОСТ 226900-88) Метод сдавливания	Молоток Физделя, мо- лоток Кашкарова, пру- жинистые приборы: КМ, ПМ, ХПСи др. УКБ-2, Бетон-5, УК- 14П, Бетон-12 и др. ГПНВ-5, ГПНС-4 Динамометрические клещи
4.	Прочность раствора	Метод пластичес- кой деформации	Склерометр С Д-2
5.	Скрытые де- фекты мате- риала конст- рукции	Ультразвуковой метод Радиометрический метод	Приборы: УКБ-1, УКБ-2, Бетон-12, Бе- тон-5, УК-14П Приборы: РПП-1, РПП-2, РП6С
6.	Глубина тре- щин в бетоне и каменной кладке	Подсечка трещин У льтразвуковой метод	Молоток, зубило, ли- нейка УК-10ПМ, Бетон-12, УК-14П, Бетон-5, Бе- тон-8УРЦ и др.
7.	Ширина рас- крытия тре- щин	Измерение сталь- ными щупами и пр. С помощью отсчет- ного микроскопа	Щуп, линейка, штан- ген-циркуль МИР-2
8.	Толщина за- щитного слоя бетона	Магнитометричес- кий метод	Приборы: ИЗС-2, МИ- 1, ИСМ
9.	Плотность бе- тона, камня и сыпучих ма- териалов	Радиометрический метод (ГОСТ 17623-87)	Источники излучения: Cs-137, Со-60 Выносной элемент ти- па ип-з Счетные устройства (радиометры): Б-3, Б-4, Бетон-8-УРЦ
9
Окончание табл.1.1
1	2	3	4
10.	Влажность бетона и кам- ня	Нейтронный метод	Источник излучения Ra-Be, Датчик НВ-3 Счетные устройства’ СЧ-3, СЧ-4, "Бамбук"
и.	Воздухопро- ницаемость	Пневматический метод	ДСК-3-1, ИВС-2М
12.	Теплозащит- ные качества стенового ог- раждения	Электрический ме- тод	Термощупы: ТМ, ЦЛЭМ, Теплометр ЛТИХП
13.	Звукопровод- ность стен и перекрытий	Акустический метод	Генератор '’белого" шума ГШН-1 Усилители. У М-50, У-50 Шумомер Ш-60В Спектрометр 2112
14.	Параметры вибрации конструкции	Визуальный метод Механический метод Электрооптический метод	Вибромарка Виброграф Гейгера, ручной виброграф ВР-1 Осциллографы. Н-105, Н-700, ОТ-24-51, ком- плект вибродатчиков
15.	Осадка фундамента	Нивелирование	Нивелиры: Н-3, Н-10, НА-1 и др.
Особое внимание уделяется обследован и ю здщ < и й, испытавших
воздействие пожара. При этом обследование условно разделяют на
предварительное и детальное.
В процессе предварительного обследования собираются сведения
о пожаре, устанавливается место нахождения очага пожара, время
обнаружения и ликвидации пожара, максимальная температура,
продолжительность интенсивного горения и средства тушения.
На основе имеющейся строительной документации и данных на-
турного обследования составляются планы этажей, где указываются
места расположения аварийных помещений и конструкций Результа-
ты предварительного обследования оформляются актом и в дальней-
шем используются при разработке плана мероприятий детального об-
10
ного обследования К акту прилагается таблица результатов пред-
варительного обследования по форме, указанной в прил. 4, табл. 1.
В задачу детального обследования входит определение струк-
турных и физико-механических повреждений материала конструк-
ций, вызванных действием высоких температур и резким охлаж-
дением при тушении пожара.
В процессе детального обследования определяется температура
нагрева поверхности конструкций, а также оценивается прочность
бетона и арматуры.
Особое внимание при обследовании уделяют прочности мате-
риалов конструкций. Прочность бетона определяется как неразру-
шающими методами (ультразвук, пластическая деформация), так и
с частичным разрушением тела конструкции (отрыв со скалыва-
нием, извлечение кернов для лабораторных испытаний и пр.).
Следует подчеркнуть, что наиболее достоверную информацию о
прочности бетона дает испытание кернов. Именно этот метод реко-
мендуется использовать при обследовании ответственных конструкций.
Показатели прочности арматуры устанавливают испытанием об-
разцов, вырезанных из конструкций, в наибольшей степени повре-
жденных пожаром.
Если отсутствуют экспериментальные данные, то величину сни-
жения прочности бетона и арматуры определяют через понижающие
коэффициенты, регламентируемые нормами.
Обследование грунтов основания и фундаментов производят при
увеличении существующих нагрузок на фундаменты или в связи с
неравномерными деформациями основания, приведшими к образо-
ванию трещин в стенах эксплуатируемого здания. При этом грунты
исследуются с помощью разведочных скважин и шурфов.
Количество разведочных скважин устанавливается по резуль-
татам предварительного изучения инженерно-геологической доку-
ментации, данных натурного обследования конструкций и конфи-
гурации здания.
В районах со сложными инженерно-геологическими условиями,
характеризуемыми наличием просадочных или набухающих грун-
тов, возможностью оползней, количество разведочных скважин уве-
личивается, а инженерные изыскания проводятся силами спе-
циализированных организаций.
Дополнительно к скважинам обследование грунтов основания
производится с помощью шурфов.
И
2. ПОВРЕЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Повреждения строительных конструкций вызываются рядом
причин, среди которых - технические недоработки изготовления,
низкое качество монтажа, неучтенные проектом силовые и темпера-
турные воздействия, нарушение условий эксплуатации (рис.2.1).
Повреждения классифицируются по виду и значимости
(рис.2.2). К наиболее характерным повреждениям, образующимся
при эксплуатации изданий, обычно относятся увлажнение, коррозия
материала и трещины в конструкциях, а также повреждения, вы-
званные высокой температурой и резким охлаждением конструкций
при пожарах.
2.1. Увлажнение конструкций
Повышенное влагосодержание характерно для многих конструк-
ций, контактирующих с водой в процессе изготовления и эксплуа-
тации, при этом различается пять видов увлажнения:
при изготовлении конструкций (строительная влага);
атмосферными осадками;
утечками из водопроводно-канализационной сети;
конденсатом водяных паров воздуха;
капиллярным и электроосмотическим подсосом грунтовой
воды.
Практика показывает, что повышенное влагосодержание отрица-
тельно сказывается на эксплуатационных показателях несущих и
ограждающих конструкций. С увеличением влажности возрастает
коэффициент теплопроводности материала, ухудшаются его тепло-
технические свойства. Кроме того, при изменении влажности изме-
няется объем материала, а при многократном увлажнении рас-
шатывается его структура и снижается долговечность. Неблаго-
приятно сказывается переувлажнение и на состоянии воздушной
среды помещений, ухудшая ее с гигиенической точки зрения.
Содержание строительной влаги в конструкциях
обусловлено спецификой их изготовления и в начальный период
обычно не превышает следующих величин: для бетонных и железо-
бетонных конструкций - 6...9%, для каменных и армокаменных
конструкций - 8... 12%.
14
Рис.2.1. Классификация причин, вызывающих повреждения [I]
Шурфы откапываются у стен здания или отдельно стоящих опор
на 1,5 м ниже отметки подошвы фундамента. Количество шурфов
устанавливается в зависимости от характера повреждений здания,
состояния несущих стен и фундаментов. Если повреждения не свя-
заны с увеличением нагрузок на основание и отсутствуют признаки
неравномерной осадки фундаментов, количество шурфов принима-
ется не более трех на здание с застроенной площадью до 1000 м2.
Количество шурфов соответственно увеличивается при сложных
гидрогеологических условиях и просадочных грунтах. Шурфы за-
кладываются в местах наибольшей деформации стен и подвалов, на
участках с разрушенной отмосткой, в зонах локальных подтоплений
из водопроводно-канализационной сети.
Из шурфов отбираются пробы грунта для определения физи-
ко-механических свойств: влажности, плотности, угла внутреннего
трения, удельного сцепления и модуля деформации. Количество
проб, необходимое для определения нормативных и расчетных ха-
рактеристик, устанавливается в зависимости от степени неодно-
родности грунта и класса здания.
Результаты инженерно-геологических изысканий представляются
в форме отчета, где отражаются литологическое строение основа-
ния, гидрогеологическая характеристика, результаты определения
физико-механических свойств грунта. К отчету прилагаются геоло-
гические и гидрогеологические карты, а также инженерно-геоло-
гические разрезы толщи грунта (колонки скважин).
Обследование фундаментов производится из тех же шурфов, из
которых отбирались пробы грунта. При этом устанавливается тип
фундамента, его конфигурация и вид применяемых материалов.
Одновременно определяется глубина заложения фундамента, а с
помощью сверления или подкопа с использованием Г-образного щу-
па - и ширина подошвы. При обследовании свайных фундаментов
замеряется сечение свай и интервал между ними (на 1 п.м длины
фундамента).
Особо тщательно осматриваются узлы сопряжения фундаментов
с другими конструкциями: свай с ростверком, отдельных фундамен-
тов с фундаментными балками и колоннами, ленточных фунда-
ментов со стенами. При обнаружении в конструкции фундамента
дефектов производится его дополнительное обследование физичес-
кими или механическими методами. Для определения класса бетона
12
обычно используются методы пластического деформирования, а для
обнаружения скрытых дефектов - ультразвук.
После выполнения работ по обследованию фундамента шурф
послойно засыпается грунтом, утрамбовывается, а затем восстанавли-
вается отмостка.
Результаты обследования фундаментов завершаются составле-
нием технического заключения, где приводятся данные изучения
архивных материалов: конструктивные изменения здания в период
эксплуатации, даты экстремальных подтоплений грунтовыми и тех-
нологическими водами, происшедшие деформации фундаментов, из-
менения технологических (эксплуатационных) нагрузок и пр. Кро-
ме того, представляются эскизы конструкции фундаментов с ука-
занием основных размеров и глубины заложения, а также ре-
зультаты исследования прочности материала фундамента.
13
В дальнейшем при неблагоприятных условиях эксплуатации влаж-
ность материала конструкций может существенно увеличиваться.
Увлажнение атмосферными осадками проис-
ходит при повреждениях кровли, неудовлетворительном состоянии водо-
отводящего оборудования здания (водосточных труб, желобов, водо-
сливов), коротких карнизах и носит преимущественно сезонный характер.
Для защиты стен от увлажнения атмосферными осадками прово-
дятся конструктивные мероприятия, направленные на удлинение ко-
ротких карнизов, ремонт и восстановление желобов, водосточных
труб и водосливов. Кроме того, поверхность стен оштукатуривается
или облицовывается водостойкими материалами. Применяется так-
же покраска стен эмалевыми и лакокрасочными составами.
Увлажнение утечками из водопровод-
но-канализационной сети обычно встречается в
зданиях с изношенным санитарио-техническим оборудованием при
нарушении сроков проведения планово-предупредительных ремон-
тов (ППР). Утечки приводят к переувлажнению и быстрому раз-
рушению кладки стен, особенно из силикатного кирпича Места ув-
лажнения утечками легко обнаруживаются при обследовании стен
по характерным пятнам.
Увлажнение утечками устраняется путем ремонта санитарно-тех-
нического оборудования с последующим просушиванием конст-
рукций теплым воздухом.
Рис. 2.2. Классификация категорий значимости повреждений [I]
16
Увлажнение ограждающих конструкций конденсатом
водяных паров воздуха происходит при темпера-
туре точки росы, когда влажность воздуха у поверхности конструк-
ции или в порах ее материала оказывается выше максимальной уп-
ругости пара при данной температуре и избыток влаги переходит в
жидкую фазу.
Механизм образования конденсата внутри ограждающей конст-
рукции достаточно сложен и зависит от многих параметров; разно-
сти парциального давления паров воздуха у противоположных по-
верхностей конструкций, относительной влажности и температуры
воздуха внутри и снаружи помещения, а также плотности материа-
ла. Степень насыщения воздуха парами воды выражается через от-
носительную влажность воздуха ф, %, определяемую по формуле;
Ф = -100%,
Е
Е - максимальная упругость паров воды при данной тем-
пературе;
е - действительная упругость паров воды.
Для средней полосы России при разности температуры внутрен-
него и наружного воздуха в январе месяце 40°С 4= +20°С,
th= -20°С.
Значения относительной влажности воздуха и максимальной уп-
ругости паров воды составляют соответственно:
Ф6 = 55%, £ь = 2338 кПа;
Фй = 86% , £’й = 102,6 кПа.
Действительная упругость паров воды составляет:
еь = Е6-фЬ/100 = 55-2338/100=1286 кПа;
eh =	= 86102,6/100=88 кПа.
Парциальное давление паров на внутреннюю поверхность огра-
ждающей конструкции (стены):
еи - eh = 1286-88 = 1198 кПа (11,98 кг/см2).
Существенная величина парциального давления позволяет воз-
душному потоку достаточно свободно проникать сквозь толщу на-
ружной стены Замечено, что чем ниже теплоизоляция наружной
стены и больше относительная влажность воздуха в помещении за
Н учнс г&хничссклч	yj
библ ст 'пй В*	чой	17
ом
°!’ V ' ^тельной
«л • «мчи
этой стеной, тем выше опасность ее переувлажнения водяными па-
рами из помещения. Если же наружная поверхность стены покрыта
плотным паронепроницаемым материалом, то проникающий через
стену водяной пар имеет возможность конденсироваться внутри сте-
ны, переувлажняя ее и увеличивая теплопроводность.
Конденсационное увлажнение предотвращается путем рацио-
нального конструирования стен, основанного на выполнении требо-
ваний норм и расчете температурно-влажностного режима. Так, на-
пример, в зданиях, эксплуатируемых в условиях умеренно-влаж-
ного и сухого климата, сопротивление наружных стен уменьшается
от внутренней поверхности к наружной, при этом пароизоляция
располагается на внутренней поверхности стены. Особенно это важ-
но при защите от переувлажнения наружных стеи влажных и мок-
рых помещений (бань, саун, прачечных и др.).
При выборе наружной отделки стен следует помнить, что опас-
ны как ее паройепроницаемость, так и чрезмерная пористость. Если
в первом случае возможно переувлажнение стены конденсатом, то
во втором - атмосферной влагой.
Увлажнение капиллярным и электроос-
мотическим подсосом грунтовой влаги характерно для
стеи, у которых отсутствует горизонтальная гидроизоляция или ко-
гда гидроизоляция расположена ниже отмостки.
Механизм капиллярного увлажнения основан на действии сил
притяжения между молекулами твердого тела и жидкости (явление
смачивания). При отсутствии в материале стены гидрофобных (во-
доотталкивающих) веществ вода смачивает стенки капилляров и
поднимается по ним. Высоту поднятия воды в капилляре h. можно
определить по известной формуле Д.Жюрена:
— Рз)й *
где г - радиус капилляра, см;
pi и рз ~ соответственно плотность воды и воздуха, Н/см;
g - ускорение свободного падения, см/с;
о - поверхностное натяжение воды, Н/см.
В капиллярно-пористых материалах, таких как плотный бетон,
цементно-песчаный раствор или кирпич, радиус капилляров на-
ходится в пределах 1-10'6-110'2см. Поверхностное натяжение воды
при температуре +20°С составляет 72,8-10'5 Н/см. Если пренебречь
18
плотностью воздуха, то максимальная высота подъема воды в ка-
пилляре за счет сил смачивания составит примерно 1,5 м.
При обследовании зданий подъем грунтовой влаги в стенах на-
блюдался на высоту до 5 м, что существенно превышает высоту ка-
пиллярного подсоса. По-видимому, решающую роль в этом играет
действие электроосмотических сил.
Под электроосмосом понимается направленное
движение жидкости, от анода к катоду, через капилляры или по-
ристые диафрагмы при наложении электрического поля.
Следует отметить, что слабые электрические поля всегда при-
сутствуют в стенах, испытывающих перепады температуры по длине
или иа противоположных поверхностях (термоэлектрический эф-
фект Зеебека). При этом положительные заряды (аноды) группиру-
ются главным образом у основания стены в зоне контакта с грун-
том, а отрицательные (катоды) - вверху.
Рассматривая стены из капилляр но-пористого материала как
своеобразную диафрагму, следует полагать, что грунтовая вода за
счет электроосмотических снл поднимается вверх по стене в сторону
катода. Так как потенциал электрического поля стены изменяется
под воздействием внешних факторов (перепада температуры, интен-
сивной солнечной инсоляции, влажности воздуха), то и величина
электроосмотического увлажнения - переменная.
Изложенные теоретические предпосылки дают основание к приме-
нению электроосмоса для регулирования влажности и осушения стен.
Электроосмотическое осушение стен производится тремя способами:
-	коротким (посредством стальных полос) замыканием противо-
положных полюсов электрического поля стены, включая фундамент
(пассивное осушение). Для этого стальные полосы на наружной по-
верхности стены располагаются с шагом 0,3-0,5 м. Длина полос
принимается не менее высоты увлажнения стены.
-	наложенным током с напряжением 40-60 В и силой тока
3-5 А. При этом электрический ток подается от генератора постоян-
ного тока Положительный полюс генератора подключается к сталь-
ной полосе, расположенной в верхней части стены, а отрицатель-
ный - к полосе, закрепленной на фундаменте. Продолжительность
сушки наложенным током обычно не превышает двух-трех недель [1];
-	гальваническими элементами (медно-цинковыми, угольно-цин-
ковыми и пр.). Активный элемент (протектор) устанавливается в
грунте на уровне подошвы фундамента, а пассивный - на внутрен-
19
ней поверхности осушаемой стены. Расстояние между электродами
гальванических пар определяется расчетным путем на основании
данных о гальванической активности элементов, пористости стены,
радиусе капилляров, коэффициенте электроосмоса и удельной элек-
тропроводности воды Расчетные формулы приводятся в [22,1]
Электроосмотическое осушение стен гальваническими элемента-
ми пока не нашло широкого применения и находится в стадии
дальнейшей разработке и совершенствования
При реконструкции зданий, рассчитанных на длительную эксплуа-
тацию (50 и более лет), радикальными методами защиты стеи от ув-
лажнения грунтовыми водами считаются водоотведение, а также вос-
становление или устройство новой гидроизоляции стен (рис.2 3)
Рис 2-3 Защита стен от увлажнения грунтовыми водами
20
Одним из эффективных способов отведения грунтовых вод от
стен подвальных помещений и заглубленных сооружений является
дренаж.
При проектировании дренажа необходимо учитывать, что водо-
понижение, особенно в глинистых и пылеватых песчаных грунтах,
влечет за собой уплотнение и осадку осушаемой толщи грунта, что
может привести к значительным деформациям фундаментов. Допол-
нительная осадка зданий на осушаемой территории определяется из
расчета, что каждый метр понижения уровня подземных вод соот-
ветствует увеличению нагрузки на грунт на 9,8 кН/м. Для защиты
подземных сооружений от грунтовых вод в комбинации с дренажом
эффективно устройство противофильтрационных завес, выполняе-
мых набивкой глины или нагнетанием битума.
К наиболее сложным и трудоемким процессам прн ремонтных
работах относятся восстановление или уст-
ройство новой гидроизоляции стен
здания Значение гидроизоляции трудно переоценить, по-
скольку она является единственным надежным способом защиты
стен от воздействия и проникновения капиллярной грунтовой влаги,
безнапорных и напорных грунтовых вод. При этом горизонтальная
гидроизоляция препятствует капиллярному и электроосмотическому
подсосу влаги вверх по стене, а вертикальная - поверхностному ув-
лажнению и проникновению влаги в подвальные помещения
Проведению ремонтно-восстановительных работ по гидроизоляции
здания предшествует тщательное обследование его подземной части,
особенно стен подвальных помещений, выполненных из бетонных бло-
ков, бутовой или кирпичной кладки и имеющих большое количество
швов. Обследование проводится при временном понижении уровня
грунтовых вод путем их откачивания из шурфов или иглофильтрами.
Для предотвращения вымын;шия грунта из подошвы фундаментов
шурфы или иглофильтры размещаются вне подвальных помещений
Выявленные участки повреждений гидроизоляции удаляются вручную
с помощью металлических щеток и скребков или с использованием меха-
нических способов. При незначительных повреждениях гидроизоляция ре-
монтируется с применением, по возможности, тех же пщроизоляционных
материалов. Если повреждения превышают 40%, то целесообразна замена
!'идроиэоляшш на более эффективную. При выборе типа гидроизоляции
учитываются гидрогеологические условия эксплуатации здания, катего-
рия сухости помещений и трещиностойкость ограждающей конструкции.
21
Виды гидроизоляции помещений, составы гидроизоляционного
ковра стен со стороны гидростатического напора, материалы для
гидроизоляции и сроки их службы даны в прил.1, табл. 1-3.
Ремонт и восстановление горизонтальной гидроизо-
ляции стен может производится двумя методами: инъецированием в
кладку стен гидрофобных веществ, препятствующих капиллярному
подсосу влаги, и закладкой нового гидроизоляционного слоя из ру-
лонных материалов.
Инъецирование производится растворами кремний-органических
соединений ГКЖ-10 и ГКЖ-11 через отверстия в стенах, распола-
гаемые в один или два ряда. Расстояние между рядами принимается
25 см, а между отверстиями в ряду - 35...40 см. Отверстия диамет-
ром 30...40 мм сверлятся на глубину, примерно равную 0,9 толщи-
ны стены. Подача раствора производится одновременно через 10-12
инъекторов (стальные трубки диаметром 25 мм), вставленных в от-
верстия в стене и зачеканеиных паклей.
Количество раствора Qx, необходимое для гидроизоляции 1 п.м
стены, определяется по формуле [27]:
Q = 5dhn,
где d - толщина стены, м;
h - высота обрабатываемой зоны, м (» 0,6 м);
п - пористость материала стены, % (» 20%).
Гидроизоляцию нежилых помещений можно производить с по-
мощью электросиликатизации по методу проф. Л.А. Цебертовича В
этом случае через инъекторы подаются последовательно растворы
жидкого стекла и хлористого кальция. В результате химического
взаимодействия образуется гель кремниевой кислоты, заполняющий
поры в материале кладки и препятствующей капиллярному подсосу
влаги. Обработка кирпичной кладки стен производится в поле по-
стоянного тока с градиентом потенциала 0,7-1 В/см [27]
Восстановление горизонтальной гидроизоляции стен рулонными
материалами (рубероидом, гидроизол-пергамином и пр.) произво-
дится участками длиной 1-1,5 м. Для этого с помощью отбойного
молотка или других механизмов пробиваются сквозные отверстия в
стене на высоту двух рядов кладки, в которые укладываются два
слоя рулонного материала на битумной мастике. Затем отверстия
заделываются кирпичом на обычном цементно-песчаном раство-
ре М75-100. Для включения в работу восстановленного участка сте-
22
ны зазор между новой и старой кладкой тщательно зачеканивается
раствором, приготовленном на расширяющемся цементе.
Горизонтальная гидроизоляция рулонными материалами устраи-
вается примерно иа 30 см выше планировочной отметки (отмостки
здания) и на расстоянии не менее 5 см от нижней плоскости пере-
крытия подполья. В зданиях с полами по грунту, расположенными
в уровне отмостки, горизонтальную гидроизоляцию стеи целесооб-
разно восстанавливать методом инъецирования гидрофобных соста-
вов, размещая инъекторы на 5 см выше уровня отмостки.
2.2. Коррозия железобетонных конструкций
Железобетонные конструкции постоянно подвергаются воздейст-
вию внешней среды, в результате которого возникает коррозия мате-
риала. По характеру воздействий различают химическую, электро-
химическую и механическую коррозии. Следует отметить, что грани-
ца между химической и электрохимической коррозией часто бывает
условной и зависит от многих параметров окружающей среды.
При химической коррозии происходит непосредственное хими-
ческое взаимодействие между материалами конструкции и агрессив-
ной средой, не сопровождающееся возникновением электрического
тока. Химическая коррозия может быть газовой и жидкой, одиако в
обоих случаях отсутствуют электролиты.
При электрохимической коррозии коррозионные процессы про-
текают в водных растворах электролитов, во влажных газах, в рас-
плавленных солях и щелочах. Характерным является возникновение
электрических токов как результата коррозионного процесса, при
этом в арматуре и закладных деталях одновременно протекают
окислительный и восстановительный процессы.
Механическая коррозия (деструкция) имеет место в материалах
неорганического происхождения (цементный камень, растворная со-
ставляющая бетона, заполнитель) и вызывается напряжениями
внутри материала, достигающими предела его прочности на растя-
жение. Внутренние напряжения в пористой структуре материала
возникают вследствие разных причин, среди которых кристаллиза-
ция солей, отложение продуктов коррозии, давление льда при за-
мерзании воды в порах и капиллярах. В композиционных материа-
лах., характерным представителем которых является бетон, внут-
ренние напряжения в зоне контакта заполнитель - цементный ка-
23
мень возникают при резких сменах температур в результате разных
коэффициентов линейно-температурного расширения.
Из-за ограниченного объема учебного пособия вопросы коррозии
бетона и арматуры в железобетонных конструкциях рассматривают-
ся в тезисной форме. Для более углубленного изучения данного во-
проса следует использовать специальную литературу [28].
2.2.1. Коррозия бетона
Бетон, как искусственный конгломерат, по составу исходных мате-
риалов достаточно долговечен и не нуждается в специальном уходе, ес-
ли эксплуатируется в нормальных температурно-влажностных условиях
и отсутствии агрессивной среды. В таких условиях работает относи-
тельно небольшой класс конструкций, расположенных внутри жилых и
общественных зданий или же в сооружениях, эксплуатируемых в теп-
лых и сухих климатических районах. Для большинства же конструк-
ций промышленных предприятий свойственны агрессивная и слабо аг-
рессивная среды, характеристика которых по степени их воздействия
на бетон представлена на рис.2.4.
Рис.2 4. Характеристики среды и ее воздействие на конструкции
24
Под влиянием агрессии в бетоне развиваются физико-хими-
ческие и физико-механические деструктивные процессы, представ-
ленные на рис. 2.5.
Рис 2 5. Классификация видов разрушения бетона
Различаются три вида физико-химической коррозии.
Коррозия I вида Внешним ее признаком является белый налет
на поверхности бетона в месте испарения или фильтрации свобод-
ной воды. Коррозия вызывается фильтрацией мягкой воды сквозь
толщину бетона и вымыванием из него гидрата окиси кальция:
Са(ОН)2 (гашеная известь) и СаО (негашеная известь). В связи с
этим происходит разрушение и других компонентов цементного
камня: гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроферритов, так как
их стабильное существование возможно лишь в растворах Са(ОН)2
определенной концентрации. Описанный процесс называется выще-
лачиванием цементного камня. По результатам исследований [1]
выщелачивание из бетона 16 % извести приводит к снижению его
прочности примерно на 20 %, при 30 %-ном выщелачивании проч-
25
ность снижается уже на 50 %. Полное исчерпание прочности бетона
наступает при 40-50 %-ной потере извести.
Следует учитывать, что если приток мягкой воды незначитель-
ный и она испаряется на поверхности бетона, то гидрат окиси каль-
ция не вымывается, а остается в бетоне, уплотняет его, тем самым
прекращая его дальнейшую фильтрацию. Этот процесс называется
самозалечиваиием бетона.
Коррозии 1 вида особо подвержены бетоны на портландцементе
Стойкими оказываются бетоны на пуццолановом портландцементе и
шлакопортландцементе с гидравлическими добавками.
Коррозия II гида. Характерным для коррозии II вида является
химическое разрушение компонентов бетона (цементного камня и
заполнителей) под воздействием кислот и щелочей.
Кислотная коррозия цементного камня обуслов-
лена химическим взаимодействием гидрата окиси кальция с кисло-
тами:
-	соляной: Са(ОН)2+2НС1=СаС12+Н20;
-	серной: Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+H2O;
-	азотной: Ca(0H)2+HN03=Ca(NO)3+H20,
в результате чего Са(ОН)2 разрушается.
При фильтрации кислотных растворов через толщу бетона про-
дукты разрушения вымываются, его структура делается пористой, и
конструкция утрачивает несущую способность Таким образом, ско-
рость коррозии возрастает с увеличением концентрации кислоты и
скорости фильтрации.
Влияние углекислоты на бетон неоднозначно. При малой кон-
центрации СО2 углекислота, взаимодействую с известью, карбони-
зует ее, т.е.
Са(ОН)2+Н2С03=СаС03+2Н20.
Образующийся в результате химической реакции карбонат каль-
ция СаСО3 является малорастворимым, поэтому концентрация его
на поверхности предохраняет бетон от разрушения в зоне контакта
с водной средой, увеличивает его физическую долговечность.
При высокой концентрации СО2 углекислота реагирует с кар-
бонатом, превращая его в легкорастворимый бикарбонат
Са(НСО3)2, который при фильтрации агрессивной воды вымывает-
ся из бетона, существенно снижая его прочность.
26
Таким образом, скорость разрушения бетона, с одной стороны,
зависит от толщины карбонизированного слоя, а с другой - от при-
тока раствора углекислоты.
В реальных конструкциях процесс коррозии бетона оценивается
по результатам анализа продуктов фильтрации: если в фильтрате
обнаруживается бикарбонат Са(НСОз>2, то это свидетельствует о
развитии коррозии. Безопасным для бетона считается раствор угле-
кислоты с содержанием СО2 < 15 мг/л и скоростью фильтрации
менее 0,1 м/с.
Следует отметить, что при концентрации растворов кислот выше
0,0001 N, практически все цементные бетоны, за исключением ки-
слотоупорных, быстро разрушаются. Однако при этом более стой-
кими оказываются бетоны плотной структуры на портландцементе.
Стойкость бетонов в кислотной среде также зависит от вида за-
полнителей. Менее подвержены разрушению заполнители силикат-
ных пород (гранит, сиенит, базальт, песчаник, кварцит).
Щелочная коррозия цементного камня происхо-
дит при высокой концентрации щелочей и положительной темпера-
туре среды. В этих условиях растворяются составляющие цементно-
го клинкера (кремнезем и полуторные окислы), что и вызывает
разрушение бетона. Более стойкими к щелочной коррозии являются
бетоны иа портландцементе и заполнителях карбонатных пород.
К особо агрессивным средам, вызывающим коррозию II вида,
следует отнести:
-	свободные органические кислоты (например, уксусная, молоч-
ная), растворяющие кальций;
-	сульфаты, способствующие образованию сульфоалюмината
кальция или гипса;
-	соли магния, снижающие прочность соединений, содержащих
известь;
-	соли аммония, разрушающе действующие на композиты, со-
держание известь.
Помимо названных химикатов вредными для бетона являются
растительные и животные жиры и масла, так как они, превращая
известь в мягкие соли жирных кислот, разрушают цементный ка-
мень.
Коррозия III вида. Признаком кристаллизационной коррозии III
вида является разрушение структуры бетона продуктами кристалло-
27
образования солей, накапливающихся в порах и капиллярах.
Кристаллизация солей может идти двумя путями:
-	химическим взаимодействием агрессивной среды с компонен-
тами цементного камня;
-	подсосом извне соляных растворов.
И в том и в другом случаях кристаллы соли выпадают в осадок,
кальматируя (заполняя) пустоты в бетоне. На начальном этапе это
позитивный процесс, ведущий к уплотнению бетона и повышению
его прочности. Однако в последующем продукты кристаллизации
иастольио увеличиваются в объеме, что начинают рвать структур-
ные связи, приводя к интенсивному трещи нообразованию и много-
численным локальным разрушениям бетона.
Определяющим фактором кристаллизационной коррозии являет-
ся наличие в водных растворах сульфатов кальция, магния, натрия,
способных при взаимодействии с трехкалъциевым гидроалюминатом
цемента образовывать кристаллы. Следовательно, к более стойким к
коррозии III вида следует относить такие бетоны, в которых ис-
пользованы цементы с низким содержанием трехкальциевого алю-
мината, а именно: в портландцементе - до 5 %, в пуццолановом и
шлакопортландцементе - до 7 %.
Физико-механическая деструкция
(разрушение) бетона при периодиче-
ском замораживании и оттаивании ха-
рактерна для многих конструкций, незащищенных от атмосферных
воздействий (открытые эстакады, путепроводы, опоры ЛЭП и др).
Разрушающих факторов при замораживании бетона в водонасы-
щенном состоянии несколько: кристаллизационное давление льда,
гидравлическое давление воды, возникающее в капиллярах вследст-
вие отжатия ее из зоны замерзания; различие в коэффициентах ли-
нейного расширения льда и скелета материала и пр.
Постепенное разрушение бетона при замораживании происходит
вследствие накопления дефектов, образующихся во время отдельных
циклов. Скорость разрушения зависит от степени водонасыщения бетона,
пористости цементного камня, вида заполнителя. Более морозостойки бе-
тоны плотной структуры с низким коэффициентом водопоглощения.
Влияние производственных масел
(нефтепродуктов) на прочность бетона неоднозначно. Разрушающе
действуют на бетой только те нефтепродукты, которые в значитель-
ном количестве содержат поверхностно-активные смолы [2]. К ним
28
относятся все минеральные масла, дизельное топливо. В то же вре-
мя бензин, керосин, вазелиновое масло практически ие снижают
прочность бетона, однако, как и другие нефтепродукты, уменьшают
сцепление бетона с арматурой. Так, например, при воздействии ке-
росина сила сцепления бетона с гладкой арматурой уменьшается
примерно на 50% .
Прочность промасленного бетона при свободной фильтрации
минерального масла можно определить по формуле [2]:
jR”=
где t - продолжительность пропитки маслом, г;
-	первоначальная прочность бетона, МПа.
Если время пропитки более 8 лет, прочность бетона следует
принимать равной 1/3 от первоначальной.
При периодическом попадании масел на конструкцию (1-2 раза в
год) прочность промасленного бетона следует подсчитывать по формуле
я: =яо(1-о,О2зг).
Формула справедлива при воздействии масла в течение
25-30 лет. В более поздние сроки прочность бетона следует прини-
мать равной 1/3 от первоначальной.
Методы защиты бетона эксплуатируемых конструкций
при физико-химических и физико-механических
агрессивных воздействиях
Защита бетона эксплуатируемых конструкций осуществляется раз-
личными способами в зависимости от характера разрушительного воз-
действия. Классификация методов защиты приведена на рис.2.6.
Подготовка бетонной поверхности к проведению ремонтно-
восстановительных работ состоит в тщательной очистке разрушенных
участков от посторонних включений и наслоений. Очистка может быть
проведена вручную с помощью зубила и металлической щетки, механи-
ческим способом с применением вращающихся проволочных щеток или с
помощью пескоструйного аппарата Подготовленная поверхность грунту-
ется специальными составами, обладающими высокими адгезионными
свойствами. Для этого часто используется растворная смесь из портланд-
цемента и кварцевой муки, замешанная на воде с добавлением синтетиче-
ских смол. Свежая грунтовка посыпается сухим кварцевым песком круп-
ностью 0,2-0,7 мм. В качестве грунта могут быть использованы син-
тетические смолы в "чистом" виде.
29
Наложение шпаклевочной массы необходимо произ-
водить по несхватившейся поверхности грунтовки. В шпаклевку
желательно добавить кварцевый песок крупностью 0,1-0,4 мм.
Если поверхность ремонтируемого участка достаточно большая
(0,5 м и более), то целесообразно делать иабрызг цементного рас-
твора или торкретирование.
Торкретирование производится растворной смесью
в соотношении цемент.песок = Г.З. Смесь подается с помощью це-
мент-пушки под давлением 5-6 атм. Разбрызгивающее сопло распо-
лагается на расстоянии 0,5-1 м от ремонтируемой поверхности. Тор-
кретирование ведется слоями, толщина каждого из которых не бо-
лее 4 см. Все последующие слои можно наносить только после схва-
тывания предыдущего.
Методы защиты	бетона эксплуатируемых от разрушения	конструкций
		 		 				
Снижение	Повышение	Устройство
агрессивного	стойкости	защитных
действия среды	конструкции	покрытий
		 		 	1 _		
Отвод агрессив-	Увеличение плотно-	Торкретирование,
ной среды от	сти материала кон-	штукатурка
конструкций	струкций	
	 1	 J__ .		
Удаление агрес-	Обработка	Битумное
сивной среды	поверхности	покрытие
из помещения	(гидрофобизация,	
	силикатизация,	Лакокрасочные
	флюатирование)	покрытия
		
Нейтрализация	Инъекция растворов	Покрытия
агрессивной	в толщу конструк-	из рулонных
среды	ций (цементация,	।	материалов
	битумизация,	
	смолизация,	Облицовка кера-
	силикатизация)	микой, металлом
Рис.2.6. Защита бетона эксплуатируемых конструкций от разрушения
30
На отремонтированные участки и окружающие бетонные по-
верхности наносится защитный слой покрытия, вид которого обу-
словлен возможными агрессивными воздействиями. Рекомендуемые
составы покрытий приведены в при л. 2.
Эффективной защитой железобетонных конструкций от атмо-
сферных осадков может служить их гидрофоб и зация
или флюатироваиие. В первом случае бетон пропи-
тывается на глубину 2-10 мм гидрофобными (водоотталкивающими)
составами на основе кремнийорганических полимерных материалов:
ГКЖ-94, ГКЖ-10 Составы наносятся кистью или пульверизатором
на предварительно очищенную сухую поверхность конструкции.
Во втором случае делается обработка бетона 3-7 %-ным раство-
ром кремнийфтористоводородной кислоты. При этом кремнийфто-
ристомагний MgSiFg, реагируя с ионами кальция, образует на стен-
ках пор и капилляров цементного камня нерастворимый защитный
слой из кристаллов фтористого кальция и кремнезема.
Флюат наносится на поверхность бетона в 3-4 слоя. Интервал
между нанесением слоев обычно составляет 4 часа.
2.2.2. Коррозия арматуры
Арматура в бетоне играет исключительно важную роль, так как вос-
принимает растягивающее напряжение от внешней нагрузки, обеспечи-
вая прочность конструкции, поэтому коррозия арматуры недопустима.
Рассмотрим некоторые химические процессы, обусловливающие
защитные и разрушительные факторы, воздействующие на арматуру.
Под влиянием щелочной среды цементного бетона
(рН=12,5-12,6) стальная арматура пассивируется, т.е. защищается
от окисления. Одиако щелочность защитного слоя бетона в резуль-
тате воздействия воды и содержащихся в воздухе двуокисей углерода
СО2 и серы SC>2 постепенно снижается, и, если она оказывается ниже
значения pH=9,5, в арматуре начинаются окислительные процессы.
Последовательность образования агрессивной среды и депасси-
вация арматуры происходит следующим образом:
образование и воздействие углекислоты
СО2+Н2О=Н2СО3,
которая, реагируя с окисью кальция, содержащейся в бетоне, обра-
зует карбонат кальция и остаточную воду
Н2СО3СаО=СаСО3+Н2О
3.1
(указанная реакция протекает в течение нескольких лет, понижая
величину pH в защитном слое бетона иа 2 5 - 4 ед.);
образование и воздействие серной кислоты
SO2+H2O=H2SO4i
которая, реагируя с окисью кальция, образует nine и остаточную воду
Ь^ЗОд+СаО-СаЗОд+ЩО,
(в результате этой реакции величина pH дополнительно может
снижаться на 1-3 ед , достигая величины pH = 6(7)
Скорость депассивации арматуры зависит главным образом от
толщины защитного слоя бетона и степени агрессивности среды
Нормы [3] регламентируют эти величины также с учетом показате-
ля проницаемости бетона [3, табл. 1] и типа арматурной стали
[3, табл. 10].
Виды коррозии арматуры
Коррозия арматуры может быть вызвана разными неблагопри-
ятными факторами, обусловливающими химическое и электрохими-
ческое воздействие. К ним относятся растворы кислот, щелочей, со-
лей, влажные газы, природные и промышленные воды, а также
блуждающие токи.
В кислотах, не обладающих окислительными свойствами (соля-
ная кислота), стальная арматура сильно корродирует в результате
образования растворимых в воде и кислоте продуктов коррозии^
причем с увеличением концентрации соляной кислоты скорость кор-
розии возрастает.
В кислотах, облагающих окислительными свойствами (азотная,
серная и др.), при высоких концентрациях скорость коррозии, на-
оборот, уменьшается из-за пассивации поверхности арматуры
Скорость коррозии арматуры в щелочных растворах при рН>10 рез-
ко снижается из-за образования нерастворимых гидратов закиси железа
Растворы едких щелочей и карбонаты щелочных металлов практически
не разрушают арматуру, если их концентрация не превышает 40%.
Солевая коррозия арматуры зависит от природы анионов и ка-
тионов, содержащихся в водных растворах солей.
В присутствии сульфатов, хлоридов и нитратов щелочных ме-
таллов, хорошо растворимых в воде, солевая коррозия усиливается.
И, наоборот, присутствие карбонатов и фосфатов, образующих не-
растворимые продукты коррозии на анодных участках, способствует
32
затуханию коррозии. На интенсивность солевой коррозии арматуры
влияет кислород, который окисляет ионы двухвалентного железа и
понижает перенапряжение водорода на катодных участках. С повы-
шением концентрации кислорода скорость коррозии увеличивается.
Рассматривая воздействие газов, следует особо отметить агрес-
сивность окислов азота NO, NO2> N2O и хлора С1, которые в при-
сутствии влаги вызывают сильную коррозию арматуры.
Практика обследования железобетонных конструкций, соприка-
сающихся с грунтом, указывает на частые случаи разрушения арма-
туры блуждающими токами, которые появляются из-за утечек элек-
троэнергии с рельсов электрифицированных железных дорог, рабо-
тающих иа постоянном токе, или других источников. В месте входа
тока в конструкцию образуется катодная зона, а в месте выхода -
анодная, или зона коррозии. Опыты показывают, что блуждающие
токи распространяются иа десятки километров в стороны от источ-
ника, практически ие утрачивая силы тока, которая может дости-
гать сотни ампер. Расчеты с использованием закона Фарадея пока-
зывают, что ток силою всего в 1-2А, стекая с конструкции, в тече-
ние года может уносить до 10 кг железа. Обычно скорость разру-
шения арматуры блуждающими токами заметно превышает скорость
разрушения от химической коррозии. Опасной для конструкции
считается плотность тока утечки свыше 0,15 Ма/дм.
При анализе агрессивных воздействий иа железобетонные кон-
струкции учитываются факторы, сопутствующие коррозии армату-
ры (рис. 2.7), и, кроме того, разрабатываются соответствующие за-
щитные мероприятия.
Рис 2.7 Классификация факторов, сопутствующих коррозии арматуры
33
Требования к армированию конструкций,
работающих в агрессивной среде
В соответствии с рекомендациями [3] не допускается использо-
вание в предварительно-напряженных конструкциях, эксплуатируе-
мых в сильноагрессивных газообразных и жидких средах, стержне-
вой арматуры класса A-V и термически упрочненной арматуры всех
классов. Нельзя также применять проволочную арматуру класс В-
' II, Вр-П и стержневую классов A-V, Ат-IV в конструкциях из бето-
на на пористых заполнителях, эксплуатируемых в агрессивной сре-
де, если не предусмотрены специальные защитные покрытия.
Оцинкованная арматура рекомендуется к применению только в
тех случаях, когда невозможно обеспечить требуемую плотность бе-
тона и толщину защитного слоя.
Восстановление эксплуатационных качеств конструкции
с корродированной арматурой
Образование продуктов химической коррозии на арматуре уве-
личивает ее объем, вследствие чего бетон защитного слоя механиче-
ски разрушается. Это выражается в появлении волосных трещин по
направлению арматурного стержня. Со временем трещины раскры-
ваются, бетон защитного слоя отслаивается, и корродированная ар-
матура оголяется. Для восстановления эксплуатационных качеств
необходимо с помощью металлической щетки или пескоструйного
аппарата очистить арматуру от ржавчины и оценить степень ее кор-
розии. Если коррозией повреждено более 50% площади сечения ар-
матурного стержня, то поврежденный участок вырезается и произ-
водится его замена на новый, равноценный по площади стержень,
привариваемый электро дуговой сваркой. При площади менее 50%
поврежденный участок не вырезается, а на него наваривается до-
полнительный стержень усиления, компенсирующий разрушенное
сечение.
На все оголенные участки арматуры наносится защитное покры-
тие из эпоксидной смолы, обладающей хорошей адгезией к бетону и
стали. Состав покрытия представлен в прил. 2,
Хорошей защитой арматуры также является послойное нанесе-
ние торкретбетона толщиной слоев 1-1,5 см, приготовленного из
смеси цемент-песок = Г. 2 (1:3) и наносимого и а обрабатываемую
поверхность с расстояния 1-1,2 м.
34
Характеристики бетонного покрытия (плотность бетона, толщи-
на защитного слоя), независимо от способа нанесения покрытия,
должны соответствовать показателям и требованиям, представ-
ленным в прил.З, табл.1 и 2.
I
2.3.	Трещины в железобетонных конструкциях
Трещины в железобетонных конструкциях эксплуатируемых
зданий встречаются достаточно часто, являясь следствием ряда при-
чин. Они могут возникать как от силового воздействия на конст-
рукции, так и в результате температурных и усадочных напряжений
в бетоне.
Ввиду большого разнообразия, трещины обычно разделяются по
следующим признакам:
причине возникновения:
а)	трещины от внешних силовых воздействий при эксплуатации
конструкции Т;
6)	трещины от силового воздействия при неправильном склади-
ровании, перевозке и монтаже конструкции Тм;
в)	трещины от силового воздействия при обжатии бетона пред-
варительно-напряженной арматурой То;
г)	трещины технологические (от усадки бетона, плохого уплот-
нения бетонной смеси, неравномерного паропрогрева, жесткого ре-
жима тепловлажиостной обработки бетона) Ту;
д)	трещины, образовавшиеся в результате коррозии арматуры, Тк;
значению:
а)	трещины, указывающие на аварийное состояние конструкции;
б)	трещины, увеличивающие водопроницаемость бетона (в ре-
зервуарах, трубах, стенах подвала);
в)	трещины, снижающие долговечность конструкции из-за ин-
тенсивной коррозии арматуры (бетона);
г)	трещины "обычные", ие вызывающие опасений в надежности
конструкции (ширина раскрытия "обычных” трещин не должна
превышать величин, указанных в [6, табл.21]).
Исследуя характер распространения и раскрытия видимых тре-
щин, в большинстве случаев можно определить причину их образо-
вания, а также оценить степень опасного состояния конструкции.
35
Трещины от силового воздействия обычно располагаются пер-
пендикулярно действию главных растягивающих напряжений Ос-
новные виды ’’силовых” трещин представлены в табл.2.1
Усадочные трещины в плоских конструкциях распределяются хао-
тично по объему, а в конструкциях сложной конфигурации концен-
трируются в местах сопряжения элементов (узлы ферм; сопряжение
полки и ребер в плитах, двутавровых балках и т.д.). Трещины от
коррозии проходят вдоль корродируемых арматурных стержней.
Табл ица 2.1
Трещины в железобетонных конструкциях
Вид трещин	Форма трещин			Элементы конструкций
Сквозная клиновидная	-i{ 1			В иецентр енно растяну- тые элементы
Сквозная внахлестку				Внецентренно растяну- тый нижний пояс без- раскосной фермы
Несквозная клиновидная	<1	1	1	У	Изгибаемые и внецен- тренно сжатые элементы
Сквозная с параллельны- ми стенками			1_		Центрально-растянутые элементы	раскосных ферм	
Замкнутая наклонная				Приопорная зона изги- баемых элементов
Несквозная продольная				Предварительно напря- женные элементы в зоне заанкеривания армату- ры. Сжатые элементы
Трещины в плитах перекрытий
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся случаи обнаружения
трещин в железобетонных перекрытиях промышленных зданий, ко-
торые, как правило, работают в сложных условиях, испытывая тех-
нологические перегрузки, ударные и вибрационные воздействия,
разрушающее влияние технических масел и других агрессивных
сред, что приводит к их быстрому износу, а следовательно, и появ-
лению трещин. Как видно из рис.2.8, характер трещин, обусловлен-
ных силовым воздействием, зависит от статической схемы плиты пе-
рекрытия: вида и характера действующей нагрузки, способов арми-
36
рования и соотношения пролетов. При этом трещины располагаются
перпендикулярно главным растягивающим напряжениям.
Причинами широкого раскрытия "силовых” трещин обычно являются
перегрузка плиты, недостаточное количество рабочей арматуры или не-
правильное ее размещение (сетка смещена к нейтральной оси). Если ши-
рина раскрытия трещин превышает 0,3 мм, плиты усиливаются методом
наращивания с дополнительным армированием. В местах приложения
больших сосредоточенгых сил усиливается зона, воспринимающая на-
грузку, для чего используются различные распределительные устройства
(стальные листы, балки, гус нормированная набетонка и пр.).
Трещины в балках с обычным армированием
Характерным для балок является образование нормальных (вер-
тикальных) и наклонных (косых) трещин на боковой поверхности,
причем нормальные трещины возникают в зоне действия наиболь-
ших изгибающих моментов, а наклонные - в зоне действия наи-
больших касательных напряжений, вблизи опор.
Картина трещинообразования балок в основном зависит от статиче-
ской схемы, вида поперечного сечения и напряженного состояния. На
рис 2.9, а, б показаны "силовые" трещины в однопролетной и много-
пролетной балках прямоугольного сечения. Характерно, что нормаль-
ные трещины имеют наибольшую ширину раскрытия у растянутой гра-
ни, в то время как наклонные - вблизи центра тяжести сечения.
Нормальные трещины с шириной раскрытия более 0,5 мм обыч-
но свидетельствуют о перегрузке балки или недостаточном ее арми-
ровании продольной рабочей арматурой.
Наклонные трещины, особенно в зоне заанкеривания рабочей
продольной арматуры, считаются наиболее опасными, так как могут
привести к внезапному обрушению балки. Причинами образования
и раскрытия наклонных трещин часто служат низкий класс бетона,
большой шаг поперечной арматуры, низкое качество сварки попе-
речных и продольных стержней.
37
<ч
Рис 2 8. "Силовые" трещины на потолочной поверхности плит,
нагруженных равномерно распределенной (а, 6, в, г) и сосредоточенной (д) нагрузками:
опирание плиты по двум сторонам; о - опирание плит по трем сторонам; в - опирание плит по четырем
сторонам при /i/Z2>2; г, д ~ опирание плит по четырем сторонам при
I
л

Трещины в предварительно напряженных балках
Балкн, армированные высокопрочной арматурой классов A-V,
А-VI, В-П, К-7, изготавливаются предварительно напряженными с
повышенными требованиями к трещиностойкости, поэтому появле-
ние в них широко раскрытых трещин всегда свидетельствует либо о
серьезных технологических недоработках, либо о перегрузках. На
рис.2 9,в показаны характерные трещины в предварительно напря-
женной стропильной балке, в табл.2.2 представлены возможные
причины образования чрезмерно раскрытых трещин.
При оценке эксплуатационной пригодности обследуемых балок
важным показателем является ширина раскрытия силовых трещин.
Следует однако отметить, что действующие нормы, регламентируя
ширину трещин с позиции долговечности конструкции, игнорируют
тот факт, что она является, кроме того, и показателем напряженно-
го состояния сечения.
На кафедре строительных конструкций ПГАСА разработан ме-
тод обследования балок, базирующийся на новых представлениях о
параметрах трещинообразования, где ширина нормальных трещин,
расстояние между ними, а так же прогиб балки играют определяю-
щую роль. При этом обработка результатов обследования состоит из
следующих этапов:
-	по формуле = ^sukrc^l /Eg определяется максимально до-
пустимая безопасная ширина раскрытия трещин, асгс которая сопос-
тавляется с фактически измеренной, a^.f- Если acrc>f < асгс, то пе-
реходят к следующему этапу;
-	по формуле acrcf /lcrc<pi находится средняя деформация
арматуры на участке с трещинами;
-	по формуле 1/г = фб/7 вычисляется кривизна элемента, как
функция от прогиба;
-	по формуле ^=[G/r)&0 _	/ф/ определяется относительная
деформация сжатия бетона в сеченнн с трещиной;
-	по графикам расчетных диаграмм состояний бетона и армату-
ры определяются уровни соответствующих напряжений и формули-
руется вывод о степени опасности напряженного состояния сечения
в целом.
39
Рис.2.9. Трещины на боковой поверхности балок:
а, б - с обычным армированием, в - предварительно напряженных;
1-8 - технологические и "силовые6 трещины (см.табл.2 2 )
40
Таблица 2.2
Трещины в балках (к рис. 2.9)
Номера трещин	Возможные причины образования трещин
1	Недостаточное напряжение балки: малая величина натяжения арматуры, большие потери предварительного напряжения. Перегрузка балки по нормальному сечению
2	Брак прн изготовлении: низкий класс бетона, большой шаг поперечной арматуры, плохое приваривание попе- речных стержней к продольным. Перегрузка балки по наклонному сечению
3	Низкий класс бетона. Перегрузка балки по нормальному сечению
4	Нарушение анкеровки предварительно напряженной ар- матуры: низкий класс бетона, недостаточная прочность бетона на момент обжатия
5 и 6	Отсутствие косвенного армирования в зоне заанкерива- ния предварительно напряженной арматуры. Низкая прочность бетона на момент обжатия
7	Недостаточное косвенное армирование. Соединение сваркой закладных деталей смежных балок в нарушение расчетной схемы
8	Перегрузка балки по нормальному сечению. Недостаточное количество рабочей арматуры
Для балок, армированных стержнями из мягкой стали с пло-
щадкой текучести, уровень достигнутых напряжений аь/В.ъп £ 0,85
считается не опасным, и балки могут эксплуатироваться с понижен-
ной до расчетной величины нагрузкой без усиления. При уровне
напряжений <зъ/&Ьп> 0,85 требуется усиление нормального сечения.
Оценка напряженного состояния балок по результатам натурно-
го обследования является достаточно перспективной и прн условии
Дальнейшего накопления экспериментальных данных, включающих
длительные испытания, многорядное положение рабочих стержней,
Предварительное напряжение, может использоваться в проверочных
расчетах.
41
Трещины в колоннах
Картина трещин в колоннах (рис.2 10,а,б) главным образом за-
висит от вида внецентренного сжатия и характера действующих на-
грузок. Кроме того, заметное влияние оказывают технологические
параметры: прочность бетона, качество армирования, условия твер-
дения и пр. При больших эксцентриситетах приложения нагрузки в
растянутой зоне могут образовываться широкораскрытые горизон-
тальные трещины поз. 1, свидетельствующие о перегрузке колонны
или ее недостаточном армировании Прн малых эксцентриситетах
появляются вертикальные трещины поз.2, являющиеся следствием
перегрузки ствола колонны или низкого класса бетона. Появление
вертикальных "силовых" трещин часто провоцируется усадочными,
совпадающими с ними по направлению.
Низкое качество сварного соединения продольных и поперечных
стержней или слишком большой шаг поперечной арматуры приводят к
потерю устойчивости сжатых продольных стержней и появлению тре-
щин поз 3 Отсутствие косвенного армирования в зоне концентрации
сжимающих напряжений у верха колонны вызывает образование вер-
тикальных трещин поз.4. О недостаточном армировании, или явной пе-
регрузке консоли, свидетельствуют трещины поз.5 и 6.
Ствол колонны с "силовыми” трещинами, как правило, усилива-
ется железобетонной или стальной обоймой, а консоль с помощью
затяжек, конструкция которых приводится ниже
Следует отметить, что представленная на рис.2.10 картина тре-
щин не исчерпывает всего их многообразия в колоннах эксплуати-
руемых зданий. Трещины могут появляться в результате динамиче-
ских воздействий прн перемещении мостового крана, от ударов не-
габаритными грузами, просадок грунта в основании фундаментов,
поэтому при формулировании окончательных выводов о степени
опасности трещин требуется тщательный и всесторонний анализ.
Трещины в стропильных фермах
Трещинообразование в стропильных фермах обусловлено осо-
бенностью их статической работы как пространственных конструк-
ций. Соединение элементов фермы в узлах создает предпосылки
для концентрации в них разнородных по знаку и характеру напря-
жений: сжимающих, растягивающих, касательных. В результате
концентрации напряжений узлы подвержены наиболее интенсивно-
му трещинообразованию и требуют значительного расхода армату-
42
ры. Большие растягивающие усилия в нижнем поясе приводят к
появлению сквозных вертикальных трещин, а сжимающие усилия в
верхнем поясе - к появлению несквозных горизонтальных трещин.
Картина трещинообразования в раскосной стропильной ферме
сегментного очертания представлена на рнс.2.10,в; характеристика
трещин дана в табл 2.3.
Таблица 2.3
Трещины в стропильных фермах (к рис. 2.10, в)
Номера трещин	Возможные причины образования трещин
1	Низкий класс бетона. Недостаточное количество поперечной арматуры: большой шаг стержней, малый диаметр
2	Недостаточное преднапряжение продольной арматуры, проскальзывание ее в зоне заанкеривания. Недостаточное количество поперечной арматуры
3	Нарушение анкеровки преднапряженной арматуры: низкий класс бетона, недостаточная прочность бетона на момент обжатия
4	Недостаточное косвенное армирование от усилий обжа- тия преднапряженной арматурой
5 и 6	Отсутствие косвенного армирования (сетки, замкнутые хо- муты) в зоне заанкеривания преднапряженной арматуры. Низкая прочность бетона на момент обжатия
7	Недостаточное косвенное армирование узла поперечны- ми стержнями (сетками)
8	Недостаточное заанкеривание рабочей арматуры растя- нутого элемента в узле фермы. Слабое косвенное армирование узла
9	Недостаточное преднапряжение нижнего пояса. Перегрузка фермы
10	Низкий класс бетона. Перегрузка фермы
И	Изгиб из плоскости фермы при монтаже, перевозке, складировании
12	Перегрузка фермы. Смещение арматурного каркаса относительно продоль- ной оси элемента
43
Рис.2.10. Трещины в колоннах и стропильной ферме:
а, б - трещины в колоннах; в - трещины в элементах фермы
44
Трещины в сборных панелях перекрытий
Сборные ребристые панели перекрытий (покрытий) типа П, 2Т
представляют собой пространственную конструкцию, объединяю-
щую балки (ребра) и плиту, поэтому характер образования трещин
от эксплуатационной нагрузки у них практически не отличается от
ранее рассмотренных конструкций - балок и плит. Это наглядно
видно из картины трещин в ребристой плите, представленной на
рис.2.11, а. Однако следует отметить, что из-за сложности конструк-
тивной формы, плотного армирования при изготовлении панелей часто
образуются и технологические дефекты в виде щелеобразных раковин и
усадочных трещин. К ним относятся трещины, идущие вдоль арматур-
ных стержней и возникающие от разрыва уплотненной бетонной смеси
при вибрировании; продольные щелеобразные раковины под арматур-
ными стержнями от зависания бетонной смеси; трещины от температур-
ной деформации формы при пропаривании; усадочные трещины при
жестком режиме тепловлажностной обработки, высоком расходе вяжу-
щего, большом водоцементном соотношении.
Для многопустотных панелей перекрытий характерны техноло-
гические трещины в ребрах между пустотами, образующиеся при
вытягивании пуансонов, а также продольные трещины в верхней
полке вдоль пустот (рис.2.11, 6)
Панели перекрытий с технологическими трещинами шириной
раскрытия более 0,2 мм ремонтируются или отбраковываются.
2.4.	Трещины в каменных конструкциях
Кирпичная кладка, как и бетон, хорошо сопротивляется сжатию
и значительно хуже растяжению. В результате этого на растянутой
поверхности кладки задолго до разрушения появляются трещины.
Имеются также и другие факторы, способствующие образованию
трещин:
а)	низкое качество кладки (несоблюдение перевязки, толстые
растворные швы, забутовка кирпичным боем);
6)	недостаточная прочность кирпича н раствора (трещиноватость
и криволинейность кирпича, высокая подвижность раствора и т.п.);
в)	совместное применение в кладке разнородных по прочности и
деформативности каменных материалов (например, глиняного кир-
пича совместно с силикатным или шлакоблоками);
45
Рис.2.11. Трещины в сборных панелях перекрытий
а - в ребристой панели (ПКЖ); б - в пустотной панели (ПТК);
1-4 - силовые трещины; 5 - технологические трещины
г)	использование каменных материалов не по назначению (на-
пример, силикатного кирпича в условиях повышенной влажности);
д)	низкое качество работ, выполняемых в зимнее время (исполь-
зование не очищенного от наледи кирпича, применение смерзшегося
раствора);
е)	отсутствие температурно-усадочных швов или недопустимо
большое расстояние между ними;
46
ж)	агрессивные воздействия внешней среды (кислотное, щелоч-
ное н солевое воздействия, попеременное замораживание н оттаива-
ние, увлажнение и высушивание);
з)	неравномерная осадка фундаментов
Анализируя картину трещин в каменной кладке, следует пом-
нить, что появление отдельных трещин в перевязочных камнях сви-
детельствует о ее перенапряжении.
Развитие трещин, как правило, указывает на значительное пере-
напряжение кладки и необходимость ее срочной разгрузки или уси-
ления.
Трещины в кирпичных внецентренио сжатых колоннах
Характер трещинообразования в кирпичных колоннах, так же
как и в железобетонных, зависит от величины эксцентриситета при-
ложенной силы.
При больших эксцентриситетах в растянутой зоне колони по не-
перевязанному шву образуются горизонтальные трещины. С увели-
чением эксплуатационной нагрузки трещины раскрываются н удли-
няются, в результате может произойти потеря устойчивости колон-
ны или разрушение ее сжатой зоны.
При малых эксцентриситетах горизонтальных трещин может не
быть. Однако, если имеет место перегрузка колонны, появляются
вертикальные продольные трещины. Картина трещинообразования
во внецентренио сжатой кирпичной колонне показана на рис.2.12.
Внецентренио сжатые кирпичные колонны, на поверхности ко-
торых имеются горизонтальные и вертикальные трещины шириной
раскрытия более 0,5 мм, обычно требуют усиления.
Трещины в кирпичных стенах
Причинами образования трещин в стенах могут быть как внеш-
ние силовые воздействия, так и внутренние усилия, обусловленные
влиянием окружающей среды и физико-химическими процессами,
протекающими в материалах кладки. В зданиях с железобетонными
перекрытиями, работающими совместно со стенами, причиной появ-
ления трещин может быть разница коэффициентов температурного
расширения железобетона и каменной кладки
47
Рис.2.12. Трещины в кирпичной колонне:
а - трещины в кирпичной кладке;
б - трещины на оштукатуренной поверхности;
1 - горизонтальные трещины на оштукатуренной поверхности при
невыполнении условия N S Л£,£и/[А(Л“у)/о//~1];
2 - горизонтальные трещины в теле кладки при невыполнении условия
N <,y2RtbA/[A{h-y}^/J-\Y 3 - трещины от перегрузки сжатой части
сечения; 4 - трещины от смятия кладки под сосредоточенной силой
Условные обозначения к рис.2.12:
А - площадь сечения колонны; £ы - предельная относительная
деформация кладки; J - момент инерции сечения, у? - коэфициент усло-
вия работы кладки; Rtb - расчетное сопротивление кладки
растяжению по неперевязанному шву
Следует отметить, что образующиеся в стенах трещины имеют раз-
личную направленность и глубину проникновения в кладку. Так, при
центральном сжатии в зоне перегрузки образуются вертикальные, па-
раллельные направлению действующей силы, трещины, распространя-
ющиеся на всю глубину стены. При внецентрекном сжатии возможно
образование неглубоких горизонтальных трещин, сопровождающихся
выпучиванием стены. Если под концом железобетонной или стальной
балки отсутствует распределительная конструкция (армированный
48
слой раствора или железобетонная подушка), то в зоне опирания час-
то образуются вертикальные неглубокие трещины, свидетельствующие
о чрезмерных сжимающих напряжениях в кирпичной кладке.
Из внешних силовых воздействий, вызывающих интенсивное тре-
тинообразование, особо опасными следует признать те, которые воз-
никают при неравномерной осадке фундаментов под стенами. Так, в
зданиях без подвалов причиной неравномерной осадки может стать
рытье траншеи под водопроводно-канализационные сети ниже отметки
фундаментов или рытье котлована под новое здание в непосредствен-
ной близости к существующему. Увеличивает опасность образования
трещин и вибрация грунтового основания в результате близкой забив-
ки свай.
Картина трещин, представленных на развертках рис.2.13, ана-
лизируется, одновременно выявляются особо опасные для несущей
способности стен повреждения. Возможные причины образования
трещин указываются в табл.2.4.
Таблица 2.4
Причины образования трещин в стенах (к рис. 2.13)
Номер трещины	Возможные причины образования трещин
1	Неравномерная осадка фундаментов: изменение влаж- ности грунта, пучение грунта при замораживании, вы- давливание грунта прн рытье глубоких траншей вблизи здания
2	Перегрузка простенка. Низкая прочность каменной кладки
3	Недопустимо большая длина температурного блока (от- сутствие температурно-усадочного шва)
4	Низкая прочность каменной кладки. Недостаточная площадь опирания перемычки. Большие температурные деформации перемычки
5	Температурные деформации расширения стального (железобетонного ) прогона. Отсутствие зазора между торцом прогона и каменной кладкой стены
6	Переувлажнение кладки. Низкая прочность камня н раствора
49
Рис.2.13. Развертки
а - план здания; б — стена по оси о	w...
по оси В; д - стена по оси Б; е — стена по оси1, 1-6 — трещины в стенах
стен с трещинами:
2; в - стена по оси А; г - стена
50
Способы залечивания трещин
Залечивание трещин в конструкциях производится разными ме-
тодами, одним из которых является инъецирование, т.е. нагнетание
в трещины растворов. В зависимости от вида конструкции, формы и
размеров дефектов инъецирование осуществляется различными ви-
дами растворов, по названию которых даются определения: силика-
тизация, битумизация, смолизация и цементация
Силикатизация состоит из двух этапов. На первом -
через пробуренные в конструкции отверстия нагнетается жидкое стекло,
которое, проникая через трещины в тело конструкции, заполняет их; на
втором - нагнетается раствор хлористого кальция, который, реагируя с
жидким стеклом, образует труднорастворимый гидросиликат кальция
CaO SiO2 2,5H2O и нерастворимый гель кремнезема SiO2-nH2O Си-
ликатизация используется для залечивания трещин в конструкциях, ра-
ботающих в агрессивных и слабоагрессивных средах.
Битумизация заключается в нагнетании в конструкцию
разогретого до 200-230°С битума марки III, причем конструкция
должна иметь низкую влажность, чтобы не было парообразования.
Битумизация не увеличивает прочности конструкции, однако она
является хорошим средством повышения ее водонепроницаемости и
коррозийной стойкости.
Смолизация состоит в нагнетании в трещины и пусто-
ты компаундов эпоксидных смол, что является надежным способом
повышения коррозийной стойкости и существенного увеличения
прочности конструкции.
Цементация трещин представляет собой наиболее рас-
пространенный способ залечивания конструкций, прн котором ис-
пользуется цементная смесь разных составов в зависимости от ши-
рины раскрытия трещин. Виды цементных составов даны в
табл. 2.5. Цементная смесь готовится на портландцементе или там-
понажном цементе марок 400 и 500, засыпаемых в воду с после-
дующим интенсивным перемешиванием в течение 2-3 мин. Готовая
смесь процеживается через сито с ячейками 0,5-1 мм. Смесь должна
быть использована в течение 30 мин.
Инъецирование трещин, т.е. процесс нагнетания смеси в зале-
чиваемую конструкцию, состоит из трех операций:
-	подготовка скважин;
-	установка и омоноличивание инъекционных трубок;
-	нагнетание смеси.
51
Таблица 2.5
Характеристика цементных составов
Ширина раскрытия трещин, мм	Цементно-водное со- отношение (Ц/В)	Плотность смеси, т/м3
1 -з	0,7	1,366
3-5	1	1,7
5-8	1,5	1,58
8-10	2	1,62
Подготовка заключается в расчистке и расширения участка кон-
струкции с трещинами, где предполагается установить трубки, при
этом удаляются грязь, наплывы раствора и инородные включения.
Количество подготавливаемых скважин определяется рабочей схе-
мой нз расчета не менее двух трубок на одну трещину. Глубина
скважин должна составлять 50-70 мм, диаметр - 18-25 мм. Скважи-
ны желательно делать под углом 60-80° к вертикальной поверхно-
сти, обеспечивая хорошее стекание смеси в дефектный участок.
Инъекционные трубки заделываются в конструкцию цементным
раствором состава 1:3 с осадкой конуса 2-3 см. При больших разме-
рах трещин вокруг трубки укладывается пропитанная смолой или
жидким стеклом пакля, которая плотно зачеканивается. Конец труб-
ки должен выступать над поверхностью конструкции на 50-80 мм
для крепления в ней шланга.
На каждом обработанном участке устанавливается не менее двух
трубок: в одну нагнетается смесь, а другая служит для контроля.
Смесь нагнетается специальными ручными насосами (НИИ Мос-
строя или С-402А), а для нагнетания небольших объемов смеси ис-
пользуются различные шприцы.
Рабочее давление при инъецировании раствора составляет 1-4
атм., но может повышаться в отдельных случаях до 10-12 атм. Про-
должительность инъекции цементным раствором на один ннъектор
должна быть не более 10 мин. Инъекционные трубки извлекаются
из конструкции через 6 часов после окончания инъекции.
2.5. Повреждения конструкций при пожарах
Повреждения конструкций прн пожарах происходят в результа-
те воздействий высоких температур. При этом ухудшаются эксплуа-
52
тационные качества конструкций, снижается прочность материала,
сила сцепления арматуры с бетоном, уменьшаются размеры рабоче-
го сечения. Из за неравномерного температурного нагрева может
изменяться расчетная схема элементов, работающих в составе не-
разрезных систем.
Прн пожарах большой интенсивности н длительности деревян-
ные и металлические конструкции как правило приходят в негод-
ность, в то время как железобетонные и каменные конструкции час-
тично сохраняют эксплуатационные качества.
Рассмотрим более подробно поведение железобетонных конст-
рукций при пожарах.
Бетон является несгораемым и достаточно огнестойким материа-
лом Однако под воздействием высоких температур снижаются его
прочность и защитные свойства по отношению к заключенной в нем
арматуре. Кроме того, при продолжительном пожаре сильно нагре-
вается сама арматура, в которой появляются значительные пласти-
ческие деформации. В результате этого изгибаемые элементы полу-
чают недопустимые прогибы и чрезмерно раскрытые трещины, а
внецентренио сжатые элементы теряют устойчивость.
По некоторым данным [16] при температуре пожара
1ООО...11ОО°С в течение одного часа арматура, расположенная в бе-
тоне, на глубине 2,5 см может нагреваться до температуры 550°С,
при этом модуль упругости снижается на 40...60%.
В соответствии с ’’Рекомендациями по оценке состояния и уси-
лению строительных конструкций зданий и сооружений” [16] сте-
пень повреждения железобетонных конструкций после пожара ха-
рактеризуется показателями, приведенными в табл.2.6.
По итогам анализа повреждений принимаются решения о ремон-
те или усилении конструкций. Так, например, конструкции, имею-
щие слабую степень повреждений, подвергают косметическому ре-
монту, при средней степени повреждений конструкции ремонтируют
путем инъецирования трещин или наращиванием сечения бетона,
при сильной степени повреждений конструкции усиливают введени-
ем дополнительных опор, наращиванием сечения бетона и арматуры
или другими методами, обеспечивающими прочность, жесткость и
долговечность конструкции. При полной степени повреждений со-
стояние конструкций считается аварийным и восстановление их не-
целесообразно. Конструкции в этом случае требуют полной или час-
тичной замены.
53
Таблица 2.6
Повреждения конструкций после пожара
Степень повреждения	Характеристика повреждения
Слабая	Повреждения, не снижающие несущей способности конструкций: наличие следов сажи н копоти; ше-1 лушение отдельных слоев поверхности бетона; не- значительные сколы бетона
Средняя	Повреждения, снижающие несущую способность конструкций: изменение серого цвета бетона до ро- зового н буро-желтого; элементы, полностью по- крытые сажей н копотью; наличие сколов бетона по1 углам; обнажение арматурной сетки на плоских! элементах площадью около 10%, обнажение угло-. вой арматуры в элементах прямоугольной формы; отделение наружных слоев бетона без их обруше- ния; трещины шириной до 0,5 мм
Сильная	Повреждения, значительно снижающие несущую способность конструкции: цвет бетона - желтый; сколы бетона - до 30% сечения элемента; обнаже- ние арматурной сеткн в плоских элементах на пло- щади более 10%; обнажено более 50% рабочей ар-,] матуры прямоугольных элементов; выпучен один стержень арматуры элемента; отвалились поверх-^ ностные слои бетона; трещины шириной до 1 мм
Полная	Повреждения, свидетельствующие о критическом состоянии конструкции: цвет бетона - желтый; сколы бетона - от 30 до 50% площади сечения эле- мента; обнажено до 90% арматуры; выпучилось бо- лее одного стержня арматуры; нарушена анкеровка,1 сцепление арматуры с бетоном; нагрев арматуры свыше 300°С; отрыв закладных и опорных деталей; зыбкость конструкции; прогибы свыше 1/50 про- лета; трещины шириной более 1 мм	1
В процессе проектирования усиления определяется температура
нагрева поверхности конструкций, а также оценивается прочность
бетона и арматуры. Прн этом температура нагрева бетона в зависи-
мости от его цвета и других характерных признаков определяется
54
по показателям, приведенным в прил 4 табл.2, или опытным путем,
на основании физико-химических исследований проб бетона массой
100-200 г, изъятых с поверхностей слоев конструкций, по методике
[47]. Температуру нагрева арматуры, как правило, принимают рав-
ной температуре нагрева бетона в исследуемой зоне.
Особое внимание при исследованиях уделяют показателям проч-
ности бетона и арматуры, которые определяют с помощью инстру-
ментов и приборов приведенных в табл. 1.1, или испытанием образ-
цов, вырезанных нз тела конструкций.
При отсутствии экспериментальных данных величину снижения
прочности бетона и арматуры находят через понижающие коэффициен-
ты	и тт значения которых приведены в прил.4, табл.7-9, или
в процентном выражении по данным прил.4, табл.З и 4.
Определение расчетных параметров пожара,
влияющих на снижение прочности конструкции
К расчетным параметрам пожара, которые используются при
оценке прочности конструкции, относятся: максимальная средняя
температура среды в помещениях во время пожара, фактическая и
эквивалентная длительность интенсивного горения во время пожара,
максимальная температура нагрева бетона и арматуры.
В практике обычно используют два способа определения расчет-
ных параметров пожара: экспериментально-теоретический и теоре-
тический, характеристики которых приводятся соответственно на
нижеприведенных схемах 1 и 2.
При экспериментально-теоретическом методе температурный
режим пожара определяется по внешнему виду и состоянию раз-
личных материалов, расположенных в зоне пожара, а при теорети-
ческом - расчетным путем в зависимости от типа помещений, усло-
вий вентиляции и пожарной нагрузки. Взаимосвязь между продол-
жительностью горения т и температурой пожара t устанавливается
по графикам рис.2.14 и табл.2.7
При формулировании окончательных выводов расчетные дан-
ные, как правило, анализируются и сопоставляются с данными, по-
лученными экспериментальным путем.
Так, например, фактическое время продолжительности интенсивно-
го горения при пожаре сопоставляется со временем интенсивного горе-
ния, отмеченном в акте предварительного обследования. Если разница
55
между этими величинами не превышает 40%, то в расчете учитывается
фактическое время ту, при большей разнице - время горения т по акту.
Рис.2 14. Зависимости t-т:
а-е - зависимости для К|ге</=(0,1-0,12) м1/2,
1-16 - графики для qzed = 1,5-900 (см табл 2 6)
56
Таблица 2.7
Расчетные параметры пожара (к рис. 2.14)
Зависимо- сти	Приведенный коэф- фициент проемности, klred> м1/ 2	№ гра- фика	Приведенная по- жарная нагрузка, qred_ Мкал/м2
а	0,01	1	1.5
		2	7,5
		3	15
		4	30
б	0,02	5	3,0
		6	9,0
		7	30
		8	60
в	0,03	9	45
		10	225
		И	450
		12	900
 г	0,06	13	9,0
		14	27
		15	90
		16	180
д	0,08	17	12
		18	36
		19	90
		20	240
е	0,12	21	18
		22	90
		23	180
		24	360
Прн определении времени нагрева конструкций и экстремальных
значений температуры пользуются следующими рекомендация-
ми [45]:
-	время нагрева конструкции принимается равным экстремаль-
ному времени интенсивного горения при пожаре tst, устанавливае-
мому по графикам (рис.2.15-2.16);
-	максимальная температура нагрева бетона ^тах принимается
равной температуре нагрева железобетонной конструкции и уста-
57
навливается по цвету бетонной поверхности н другим характерным
признакам (см прил.4, табл.2);
Рис.2.15 Графики фактического АВС и стандартного АКЕ темпера-
турных режимов пожара (площади АВСР=АКРД).
Отрезок АД соответствует приведенной длительности пожара
Рис.2.16. График приведения фактического температурного режима
к стандартному:
- длительность стандартного пожара; tf - длительность фактического
пожара; °C - разница максимальных температур стандартного
и фактического пожаров
58
- максимальная температура нагрева арматуры ^1П)ах принимает-
ся равной температуре в центре ее сечения и устанавливается по ре-
зультатам анализа изотерм в сеченин конструкции (см. прил.4,
рис. 1-3).
Схема 1. Экспериментально-теоретический метод определения
температуры и длительности нагрева бетона
и арматуры прн пожаре
1.	Из акта о пожаре получают предварительные сведения о мес-
те возгорания, зонах распространения пожара, продолжительности
интенсивного горения и максимальных температурах в помещениях.
2.	Используя показатели внешнего вида и состояния различных
материалов, по прил.4 табл.5 уточняют температуру нагрева в по-
мещениях.
3.	По цвету бетона и другим характерным признакам, по прил.4
табл.2 устанавливают максимальную температуру нагрева бетона в
конструкции ^<тах. По температуре нагрева бетона, определяемой у
поверхности арматуры, со стороны воздействия высокой температу-
ры, принимают температуру нагрева арматуры £s>max,
4.	Используя результаты обследования обгорелых элементов из
древесины находят продолжительность горения, мин, при пожаре,
по формуле
т}=6/У,
где 5 - толщина выгоревшей древесины, мм;
V - скорость горения древесины, равная 0,6 мм/мин для су-
хой и 0,4 мм/мин для плотной и влажной древесины.
5.	По графикам рнс.2.15 и 2.16 продолжительность горения
приводят к стандартной Tse. При разности температур fmax - tst не
более ±100°С пользуются графиком рис.2.15, в противном случае
графиком рис.2.16.
6.	По графикам прил.4, рис. 1-3 находят распределение темпера-
туры по сечению конструкции.
Рассмотрим вышеизложенный способ определения параметров
нагрева бетона и арматуры на примере.
Пример 2.1. Требуется экспериментально-теоретическим ме-
тодом определить температуру н длительность нагрева бетона и ар-
матуры железобетонных конструкций при пожаре.
59
Исходные данные
В 3-хэтажном кирпичном здании на 1-м этаже в помещении сто-
ловой произошел пожар. В течение 30 мин пожар распространился
на 2-й и 3-й этажи. Активное тушение пожара началось через
40 мин после возгорания. Из акта о пожаре следует, что продолжи-
тельность интенсивного горения материалов, находящихся в поме-
щениях 1-го этажа составила примерно 50 мин. Максимальная тем-
пература пожара достигала 1100°С.
Данные натурного обследования материалов и конструкций в
помещении, наиболее пострадавшем от пожара:
-	деревянные стойки стеллажей обуглены, толщина выгоревшей
древесины достигает 28 мм;
-	изделия из стекла (стаканы, бутылки), находившиеся на сто-
ле, в средней части помещения, частично потеряли форму;
-	бронзовая фурнитура дверей (ручки, замки) деформирована
и потеряла свою форму;
-	окрасочное покрытие большинства конструкций полностью
выгорело;
-	поверхность бетона колонн, ригелей и плит перекрытия час-
тично покрыта копотью;
-	цвет бетона колонны, расположенной в центре помещения,
темно-желтый, ригелей и плиты перекрытия - серовато-черноватый
до темно-желтого;
-	на поверхности бетона колонн, ригелей и плит имеются тре-
щины с шириной раскрытия 0,05...0,2 мм, в некоторых колоннах
отколот защитный слой бетона и оголена арматура.
Размеры сечений конструкций:
колонн bxh = 400x400,
ригелей bxh = 160x320,
плит перекрытий (монолитной ) h = 200.
Решение
1.	По показателям внешнего вида и состоянию материалов, ис-
пользуя данные прил.4, табл.5, находим максимальную температуру
нагрева изделий и конструкций.
Температура нагрева:
изделий из стекла - 800°С;
бронзовой фурнитуры - 1000°С;
окрасочного покрытия конструкций - более 700°С;
бетонной поверхности колонн - более 950°С;
60
ригелей н плит покрытия - 600...900°С.
Таким образом, максимальная температура нагрева в помещении
составляет примерно 1000°С.
2.	Используя данные о толщине выгоревшей древесины, нахо-
дим фактическую продолжительность пожара по формуле
т= 3/V= 28/0,6 = 47 мин,
где V - скорость горения сухой древесины, равная О,6,м*0шн.
6 - толщина выгоревшей древесины, мм.
Учитывая данные акта о пожаре, окончательно принимаем
Xf = 50 мин.
3.	Графическим путем фактическую продолжительность пожара
приводим к стандартной. Для этого используем принцип равенства
площадей, ограниченных осью х и кривыми стандартного и факти-
ческого температурного режимов (см. рис.2.15 ). Эквивалентная
длительность стандартного пожара vst = 55 мин.
4.	Пользуясь графиками прил.4, рнс.1-3, находим данные рас-
пределения температур соответственно в колонне, ригеле и плите
перекрытия (рис.2.17).
Рис.2.17. Температура нагрева арматуры н поверхности бетона:
а - колонна; б - ригель; в - плита перекрытия
Из анализа графиков следует, что температура нагрева бетона,
превышающая 500°С, распространяется в поверхностном слое сече-
ния колонны, ригеля и плиты на глубину соответственно равную
2,5; 4,5 и 2,5 см. По гипотенузам наиболее нагретых углов темпера-
тура более 500°С в сечении колонны и ригеля достигается соответ-
ственно на глубине 5 и 6 см.
61
Схема 2. Теоретический метод определения температуры
и длительности нагрева бетона и арматуры при пожаре
1.	По данным натурного обмера здания или по чертежам опре-
деляют площадь горизонтальных А^ и вертикальных А2 проемов
(окон, дверей, ворот, люков, шахт лифтов и пр.).
2.	Находят площадь поверхности ограждения помещений A3
среднюю высоту вертикальных проемов Н.
3.	Рассчитывают величины коэффициентов проемности по фор-
мулам:
К, =Л2-Н».з/Л3;
К2 = Л,Н,м/А3Н»-5,
где Н] - средневзвешенное расстояние от плоскости горизонталь-
ных проемов до середины вертикальных проемов.
4.	По прил.4, табл. 10, в зависимости от типа ограждения и ко-
эффициента kf находят величину коэффициента fa.
5.	Рассчитывают величину коэффициента по формуле
/2 = 1+2,2 k2.
б.	Находят величину приведенного коэффициента проемности
k]red по формуле
^\red~ /1/2
7.	Рассчитывают приведенную пожарную нагрузку по формуле
Я red ~ fvQt
где q - средняя пожарная нагрузка, определяемая по прил.4
табл. 6. в зависимости от назначения помещения и вида
сгораемых материалов. Более точное значение q можно
определить по [45, прил.З, табл.1].
8.	По графикам рис.2.14 находят параметры фактического тем
пературного режима пожара: максимальную температуру fymax в
помещении и продолжительность интенсивного горения xf.
9.	С помощью графиков рис.2.15 и 2.16 фактическую продолжи-
тельность горения Xf приводят к стандартной xst.
10.	По графикам прил.4 рис. 1-3 находят распределение темпе-
ратуры по сечению конструкции.
Рассмотрим теоретический метод определения параметров нагре-
ва бетона и арматуры на примере.
62
Пример 2.2. Требуется теоретическим методом определить
температуру и длительность нагрева бетона и арматуры железобе-
тонных конструкций прн пожаре.
Исходные данные
Рассматривается пожар в здании из примера 2.1. Дополнитель-
ные сведения о помещении, расположенном в зоне очага пожара.
-	площадь горизонтальных проемов Xj=O;
-	то же, вертикальных проемов А2=12 м2;
-	то же поверхности ограждения Дз=268 м2;
-	средняя высота вертикальных проемов Я=1,8 м;
-	средневзвешенное расстояние от плоскости горизонтальных
проемов до середины вертикальных проемов Я1=2,6 м.
Решение
Находим величину коэффициентов проемности:
=Л2-Я°’5/Лз = 12 1,8° 5/268 = 0,06;
k2 = AvHx/A2H^= 0.
2.	По прил.4, табл. 10 находим величину коэффициента f\=\ 35.
3.	Определяем величину коэффициента f2.
f2 = 1+2,2k2 = 1+2,2-0=1.
4.	Находим величину приведенного коэффициента проемности
hired-
k]red = /г/г ^i“l>35 1 0(06 = 0,08.
5.	По прил.4 табл.6 находим среднюю пожарную нагрузку в по-
мещении q - 50 Мкал/м2.
6.	Находим приведенную пожарную нагрузку:
qred ~ fvQ ~ 1,35x50 = 67,5 Мкал/м2.
7.	По графику рис.2.14,д находим максимальную температуру в
помещении tf =1050°С и продолжительность интенсивного горения
Т/-= 45 мин.
8.	Графическим путем, используя принцип равенства площа-
дей (рис.2.15), фактическую продолжительность интенсивного го-
рения приводим к стандартной.
Эквивалентная длительность стандартного пожара составила
= 52 мин.
63
Из сопоставления результатов расчета в примерах 2.1 и 2.2 вид-
но, что погрешность расчета не превышает 6%. Учитывая близкие
значения температуры н длительности нагрева конструкции, по ре-
зультатам расчета в примерах 2.1 и 2.2 принимаем температуру на-
грева арматуры и поверхности бетона в колонне, ригеле, н плите
перекрытия по данным, приведенным на рис. 2.17.
Оценка несущей способности железобетонных конструкций,
пострадавших от пожара
п Оценка несущей способности конструкций, испытавших воздей-
ствие пожара, производится с учетом изменившихся фнзико-ме-
ханических свойств бетона и арматуры, а также условий их совме-
стной работы.
Расчет несущей способности конструкций базируется на резуль-
татах обследования и с учетом требований раздела 6
СНиП 2.03.01-84.
При этом проверяется прочность сечений конструкций, имеющих
видимые повреждения или испытавших высокотемпературный на-
грев. Учет повреждений производится путем уменьшения вводимой
в расчет площади сечения бетона и арматуры, а учет высокотемпе-
ратурного нагрева - коэффициентами, отражающими снижение
прочности бетона и арматуры и силу их сцепления в зоне заанкери-
вания арматуры.
При использовании в поверочном расчете прочности бетона, по-
лученной неразрушающим методом н выраженной в эквиваленте
средней кубиковой прочности Rp, МПа, переход к условному клас-
су бетона на сжатие для тяжелого, мелкозернистого и легкого бето-
нов производится путем умножения Rp на коэффициент 0,8; для
ячеистого бетона - на коэффициент 0,7.
Нормативное Rbn.T и расчетное R^p сопротивление бетона, ис-
пытавшего воздействие пожара, устанавливается по табл 12 и 13
СНиП 2.03.01-84 по показателю условного класса бетона и прини-
мается R^j = Rbn', RbT - &ь-
При отсутствии экспериментальных данных о прочности бетона,
расчетное сопротивление R^p определяется по формуле
RbT~ Rb'mbT>
где R}, - расчетное сопротивление бетона, соответствующее про-
ектному классу бетона конструкции;
64
mbT - коэффициент, учитывающий снижение прочности бетона
после воздействия пожара (см. прил.4, табл.7).
Расчетное сопротивление растяжению арматуры Rst, испытав-
шей воздействие пожара, находится по формуле
R$m *" R$n,T/Ys>
где Rsn,r нормативное сопротивление арматуры полученное пу-
- тем испытания образцов изъятых из тела конструкции
ys - коэффициент надежности по арматуре, назначаемый
по рекомендациям п.6.18 СНиП 2.03.01-84.
Нормативное сопротивление арматуры Rsn>T принимается рав-
ным среднему значению предела текучести опытных образцов, де-
ленному на коэффициенты:
1,1	- для арматуры классов AI, АП, АШ, АШ^, AIV,
1,2	- для арматуры других классов.
При отсутствии проектных данных и невозможности отбора об-
разцов для испытания, расчетное сопротивление арматуры растяже-
нию Rs назначается в зависимости от профиля арматуры по реко-
мендациям п.6.21 СНиП 2.03.01-84. Расчетное сопротивление арма-
туры, испытавшей воздействие пожара, определяется по формуле
&sT ~ R$'msT»
где msT - коэффициент, учитывающий снижение прочности арма-
туры, определяемый по прил.4, табл.8 и 9.
Последовательность расчета прочности нормального сечения из-
гибаемых элементов с обычным армированием, испытавших воздей-
ствие пожара, дается на схеме 3.
Схема 3. Последовательность расчета прочности нормального
сечения изгибаемых железобетонных элементов,
испытавших воздействие пожара
1.	По данным обследования, приведенным к показателям стан-
дартного температурного режима пожара т н £тах, по прил.4, рис.1-
3 устанавливают координаты температурных градиентов в сечении
элемента.
2.	По прнл.4, табл.7-9 находят коэффициенты, учитывающие
снижение прочности бетона и арматуры в расчетном сечении, в зо-
нах высоких температур (mbT, msT).
3.	Уточняют расчетные сопротивления бетона н арматуры в зо-
нах высоких температур RbT, Rsr.
65
4.	Находят расчетную, с учетом ослаблений, площадь сечения
бетона, уточняют значения /?о> Ь.
5.	Определяют высоту сжатой зоньГ бетона х (£г) и устанавли-
вают случай расчета сечения проверкой условия S, <
6.	Находят момент воспринимаемый нормальным сечением
элемента;
при £, < по формуле
М = a.0 RbT b hl;
при £ >£г по формуле
М = aQ-Rbr&hQ2+Rsc rASc'(h(i~ а') •
По итогам поверочного расчета прочности конструкции прини-
мается решение о необходимости и целесообразности их усиления.
66
3. УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Усиление железобетонных конструкций достаточно сложная
инженерная задача, при решении которой нередко используются
как широко известные, так и не традиционные методы.
Следует отметить, что причин усиления конструкций много:
ошибки проектирования, дефекты изготовления и монтажа, износ
конструкций в результате неудовлетворительной эксплуатации, уве-
личение нагрузки прн реконструкции здания, неравномерные осад-
ки фундаментов и т.п. В каждом отдельном случае необходимо раз-
работать такую конструкцию усиления, которая бы отвечала требо-
ваниям прочности, долговечности и эстетического восприятия.
Различается несколько принципиально отличных способов уси-
ления железобетонных конструкций, классификация которых пред-
ставлена на рнс.3.1. Повышение прочности конструкций в рассмот-
ренных случаях обычно достигается двумя путями: во-первых, за
счет передачи всей полезной нагрузки или ее части на конструкцию
усиления; во-вторых, за счет увеличения несущей способности су-
ществующей конструкции. Оба пути, которые основательно будут
рассмотрены ниже, в той или иной степени используются и при
реконструкции зданий.
3.1. Усиление плит перекрытий
Междуэтажные перекрытия выполняют важную роль в обеспе-
чении пространственной жесткости здания, являясь горизонталь-
ными диафрагмами. Поэтому прн разработке конструкции усиления
необходимо обеспечивать не только прочность, но н жесткость
перекрытия.
Применяется несколько способов усиления монолитных и сбор-
ных плит перекрытий. Рассмотрим некоторые из них.
Способ наращивания плиты перекрытия состоит в нане-
сении на ее поверхность нового слоя армированного бетона, класс
которого, как правило, назначается на одну ступень выше класса
бетона плиты. Для обеспечения хорошего сцепления нового бетона
со старым поверхность перекрытия очищается от инородных вклю-
чений и промывается водой, после чего делается насечка зубилом на
глубину 0,5-1 см. Если же бетон плиты был подвержен значитель-
67
ной коррозии или пропитан техническими маслами, то необходимо
обеспечить шпоночное соединение между его новым и старым слоя-
ми. Для этого в перекрытии пробиваются сквозные отверстия разме-
рами 8x8 см и шагом 50-80 см. В отверстия вставляются V-образные
стержни шпоночного усиления 06-8 мм. Образуемые после бето-
нирования железобетонные шпонки воспринимают касательные уси-
лия между новой и старой плитами при изгибе, обеспечивая их
совместную работу. Возможны и другие способы шпоночного соеди-
нения плит. Эскиз усиления плит наращиванием представлен на
рис. в табл.3.1.
Рис. 3.1. Методы увеличения несущей способности
железобетонных конструкций
68
Расчет несущей способности усиленной плиты производится по
формулам [38], где принимается во внимание изменившаяся полез-
ная высота сечения и количество рабочей арматуры.
Способы усиления плит
Таблица 3.1
№	Способ усиления			Элемент усиления	
п/п	Эскиз усиления			№ поз.	Общие сведения
1	Бес	шпоночное наращивг •	1ние 	1 2	Бетон КЛ.В15...В25 Арматурная сетка 04...16, шаг 100... 200
Наращивание с
железобетонными шпонками
Наращивание со стальными
шпонками
Подращивание с приваркой
рабочих стержней усиления
Бетон кл.В15...В25
Арматурная сетка
06...16,
шаг 100... 250
V-образный
стержень 08... 12
Бетон кл.В15...В20
Арматурная сетка
06...16,
шаг 100... 250
Стержень 08... 12
Бетон кл.В15...В25
Арматурная сетка
08...16,
Стальная пластина
5 =8. ..12
69
Способ подращивания заключается в нанесении на потолочную
поверхность плиты слоя бетона, армированного сеткой. Усиление,
эскиз которого представлен в табл.3. Г, п.4, производится в следую-
щей последовательности: у опор, на потолочной поверхности плиты,
обнажается рабочая арматура, к которой привариваются стальные
пластины (коротыши).
Стержни усиления сначала одним концом привариваются к
пластинам и нагреваются до требуемой температуры током высокой
частоты, а затем другим. После остывания стержни оказываются в
напряженном состоянии
Распределительная арматура сетки с помощью вязальной прово-
локи прикрепляется к рабочим стержням.
После усиления потолочная поверхность плиты оштукатури-
вается или покрывается торкретбетоном.
Рассмотрим проектирование усиления на примерах.
П р и м е р 3.1. Требуется рассчитать температуру нагрева
стержней, выполненных из арматуры класса A-IV при
йдп=590 МПа, £5=1,9105 МПа н используемых для усиления плиты
перекрытия длиной /=6 м. Температурный коэффициент расшире-
ния стали а=120 10 7,
Решение
Находим требуемое удлинение стержня по формуле
А / = 0,9 -	. z. 10з= 0,92 590 6 10з =)
Es	1,9 105
Определяем температуру нагрева стержня:
AZ = 16,77-igL. = 233оС
af/-103 120-6-103
П р и м е р 3.2. Определить несущую способность плиты,
усиленной наращиванием, и оценить эффективность усиления.
Параметры плиты до усиления: бетон класса В15; /?в=8,5 МПа;
рабочая арматура сетки класса АП; Я5=280 МПа; As=7,85 см2
(1О01ОАП); полезная высота сечения Ло=О,О5 м.
Параметры усиленной плиты: бетон в сжатой зоне класса В20;
/?в=11,5 МПа; полезная высота сечения Л01 =0,11 м.
Решение
Выделяем в плане плиты условную полосу шириной 6=1 м и
рассматриваем ее расчетную схему, представленную на рис.3.2.
70
Из схемы видно, что при наращивании "новый" бетон оказыва-
ется в сжатой зоне сечения, следовательно, эффективность усиления
будет тем заметнее, чем выше класс бетона и его толщина.
Рис 3 2. Расчетная схема плиты:
а - расчетное сечение плиты до усиления;
б - то же, усиленной плиты
Определяем несущую способность плиты до усиления:
устанавливаем характеристики сечений
R.-A,	280-7,85-10^ ЛЛЭС.
х = ——— =----------------= 0,025 м;
Rb-b 8,5-1
= х_ = Ц25 _ 0 5	£ ,05 < 0 68у
s 0,05	'	’
вычисляем, используя значение £ (прил.5),
ао=0,375;
находим изгибающий момент, воспринимаемый нормальным
сечением плиты:
М=а0-/?ьуЬ2-Ь-А02=0>375-8,5-103- 0,9- 1- 0,052=7,17 кНм,
где уь2_ коэффициент условий работы (уб2=0,9).
71
Расчетная нагрузка, воспринимаемая сечением,
8М 8-7,17
д = —— = —=— = 6,37 кН/м,
I З2
Определяем несущую способность усиленной плиты:
280-7,5-10
Х\~------------
11,5-1
=0,019 м;
^^12=0,173;
0,11
«0=0,158;
М^О,158-11,5-1030,9 1-0,112=19,8 кН-м;
819,8	17 й II/
q =----j— = 17,6 кН/м.
3
Увеличение полезной нагрузки за счет наращивания плиты со
ставляет 17,6 - 6,37 = 11,23 кН/м.
П р и м е р 3.3. Определить несущую способность плиты
усиленной подращиванием, и оценить эффективность усиления.
Параметры плиты до усиления и расчетную схему принимаем по
данным примера 3.2.
Параметры усиленной плиты: рабочая арматура класса А-IV
Я5=510 МПа; А^=7,92см2 (7Ф12А1У); Aj2=7,85cm2 (ЮФЮАП); по
лезная высота сечения Aq= 0,065 м (рис.3.3).

1



Рис. 3.3. Расчетное сечение усиленной плиты
72
в
Решение
Определяем параметры сечения усиленной плиты;
(Rsi + Rs2)As (280 + 510) -15,77 • 10^
2Rbb	2-8.5-1

^3=1,12;
0,065
Sr
= 0,64.
= 0,073 м;
Сечение переармированно, так как ^>^r.
Принимаем
£>£я=0,64.
Согласно данным прил.5
а о=0,435.
Тогда
М= 0,435-8,5-103-0,9-1-0,0652=14,1 кН/м.
Следовательно,
<7 =	12,53 кН/м.
Увеличение полезной нагрузки за счет подращивания плиты
составляет
12,53- 6,37 = 6,16 кН/м,
где 6,37 - несущая способность плиты до усиления, кН/м.
Кроме рассмотренных случаев повышения прочности перекры-
тия слоем армированного бетона, возможно его усиление стальными
балками н фермами, частично или полностью воспринимающими
полезную нагрузку.
Усиление зоны стыка плит перекрытия с ригелем при малой
площадке опирания показано на рис.З 4. Принцип усиления осно-
ван на устройстве под аварийной плитой опорного столика, под-
вешиваемого на стальной пластине или тяжах, закрепленных в
полках смежных плит. Для более надежного заанкеривания тяжей
возможна также их приварка к монтажным петлям панели.
73
Рис 3 4 Усиление зоны стыка плит перекрытия с ригелем
а - столиком, подвешенным на стальной пластине; о - то же,
на стальных тяжах; в - то же, на хомутах; 1 - опорный столик (уголок),
2 - стальная пластина; 3 - ригель; 4 - швеллер, 5 - монтажный уголок;
6 - монтажный болт; 7 - ребристая панель; 8 - бетонный пол;
9 ~ пластина; 10 - стальной тяж, И - пластина опорного столика;
12 - ребро жесткости
74
I
3.2. Усиление балок
Для усиления балок используются разнообразные методы, при
назначении которых учитываются статическая схема, вид напряжен-
ного состояния, степень разрушения и прочие специфические усло-
вия эксплуатации.
Важным обстоятельством при окончательном выборе метода уси-
ления является характер трещин, образующихся на боковой поверх-
ности балок. Так, например, балки с чрезмерно раскрытыми нор-
мальными (вертикальными) трещинами усиливаются в пролете пу-
тем подведения упругих и жестких опор или подваркой дополни-
тельной арматуры, а балки с наклонными трещинами - стальной
обоймой или кронштейнами.
Усиление балок с нормальными трещинами
Усиление балок промежуточной упругой опорой, в качестве ко-
торой обычно используется балка (ферма), опирающаяся на само-
стоятельные опоры, широко применяется при усилении перекрытий
производственных зданий, воспринимающих большие технологи-
ческие нагрузки. Конструкция усиления представлена в табл.3.2.
Усиление производится в следующей последовательности:
-	устраиваются опоры под конструкцию усиления в виде
отдельных стоек или консолей, привариваемых к стальной обвязке
колонн;
-	разгружается перекрытие в зоне усиления;
-	монтируется конструкция усиления (балка или ферма);
-	включается конструкция усиления в работу путем забивки
стальных клиньев в распор с ригелем.
Рассмотрим проектирование усиления балки упругой опорой на
примере.
ПрнмерЗ.4. Требуется усилить ригель междуэтажного
перекрытия упругой промежуточной опорой в связи с увеличением
полезной нагрузки.
Исходные данные: существующая нагрузка на ригель
<71 “33 кН/м; нагрузка, которую должен воспринимать ригель после
реконструкции, qi~ 40кН/м; конструкция ригеля: бетон класса
В20;	11,5 МПа; Е^- 27 103МПа; рабочая арматура 4018АШ;
365 МПа; Es=2-105 МПа; As=10,18 см2.
75
Таблица 3.2
Усиление балок промежуточной опорой
№___________Способ усиления.
п/п	Эскиз усиления
1 Упругой опорой (балкой)
Элементы усиления	
№ поз.	Обшие сведения
1	Стальная балка 2 [ 12...27
2	Стальные пласти- ны (клинья) 5=4...10
3	6=50...80 5=4... 6
1	2 [.75...150
2	[12...18
3	[10. .20
4	[14...18
5	6=80...100 8 =8...12
1	Стойка
2	Гнутый швеллер
	5=8...10
3	Стальная пласти- на (клин) 5=4... 10
1	Подкосы 2 [ 16.. .27
2	Стальная пластина 8=10-. .12
3	Гнутый швеллер 5=10...12
4	Стальная пластина 5=10...12
76
Расчетная схема ригеля представлена на рис. 3.5.
а)
i I I 1 1 I	I	I	I	Г	I	Г	I	Г	I	I
fill "Г* I	I	I	I	I	I	I	I	I	,1	I
Рис. 3 5. Расчетная схема ригеля:
а - действующие нагрузки; б - эпюра моментов от нагрузки q^
в - эпюра моментов от нагрузки q?', г - эпюра моментов от реакции
упругой опоры Ру\ а - расчетное сечение ригеля
(4018 АШ)
Решение
Определяем изгибающие моменты:
М, =	= 148,5 кН м;
40-6Е 2 <ол
М? =-------= 180 кН-м.
2	8
Вычисляем характеристики сечения:
Rs-A, 365’10,18-10^ л<1,
Rbb 11,5-0,3
Е - — s - о,22
hQ 0,52
Находим (см.прил.5)
00=0,196.
77
Рассчитываем несущую способность нормального сечения ригеля
Ао=0,196-И.5 103-0,9 0,3 0,522=164,6 кН м;
М<М2=180 кН-м.
Следовательно, возникает избыточный момент в сечении, кото
рый должен восприниматься конструкций усиления:
Му=М2-М=180-164,6=15,5 кН-м.
При передаче избыточной нагрузки с ригеля на конструкцию
усиления определяем по формуле упругую реакцию
„	«М,	415,4	„
Р„ - —=--------— =	10,3	кН-м.
’ I,	6
Для определения жесткости сечения ригеля В предварительно
вычисляем коэффициент приведения п и момент инерции Jp:
Е,	2-Ю5	2 105
Еь	27 Ю3	27 103
Л = 4250>3:5633 -Ц0,1810<7,4 0,222=0,0058 м.
2	12	12
Жесткость сечения ригеля без учета трещин в растянутой зоне
находим по формуле
В=0,85Вь/р=0,85 27-1030,0058=0,13-106 кН-м2.
Суммарный прогиб ригеля
5-40 64 _ 10.3-6^	! м
384 В 48В	384 -ОДЗ 10б 48 0,13 106
При усилении ригеля стальной балкой (см. табл.3.2, п.1) ее
требуемую жесткость определяем по формуле
EJ = 54 = 10’354 = 9088 кН-м2.
‘	48/ 48 • 0,0051
Требуемый момент инерции балки усиления находим по
формуле
j ------------9_°^.	=4328-10-* м4 = 4328 см2.
f Е 2,1 -105-103
78
По сортаменту прокатной стали балкой усиления может служить
двутавр № 27 (/*=5010 см4) или же два швеллера № 22а
(J.=2330-2=4660 см4).
При усилении ригеля стальной треугольной фермой (см.
табл.3.2, п.2) площадь поперечного сечения ее поясов находим по
приближенной формуле [5]:
А =
kPy‘l
fE ’
где k - коэффициент, определяемый по табл.3.3.
Принимаем значение /it/l=0,06, k=28
Тогда
2810,3-6
0,0051 - 2,1 105 • 103
= 0,0016 м2 = 16см2.
По сортаменту находим два уголка размером 75x75x6 и
площадью А = 17,56 см2.
Таблица 3.3
Значения коэффициента k
hf/l	0,125	0,1	0,06 (6)	0,05
к	8,5	12,5	28	50
Наиболее простым в техническом исполнении является усиление
балок подведением промежуточной жесткой опоры в виде стойки
или подкосов. Однако следует учитывать, что промежуточная опора
изменяет расчетную схему балки, в результате чего возникает над-
опорный отрицательный момент, на который проверяется суще-
ствующее армирование балки.
Промежуточные опоры можно выполнять на самостоятельном
фундаменте или с использованием уже существующих. Важным тре-
бованием к устройству отдельного фундамента является предвари-
тельное уплотнение грунта и его основании с целью избежания про-
садки. Уплотнение производится гидродомкратами таким образом,
чтобы давление на грунт было не менее давления под подошвой
фундамента. В табл.3.2., п.З и 4 приведены конструкции жестких
опор, широко применяемые в практике усиления. Кроме указанных,
можно использовать кирпичные столбы, стальные трубы, напол-
ненные бетоном, и другие профили.
79
Работы по усилению ригеля выполняются в следующей после-
довательности;
-	уплотнение грунта и устройство фундамента;
-	разгрузка перекрытия в зоне усиления балки,
-	установка опорной конструкции на фундамент;
-	включение промежуточной опоры в работу путем подклинива-
ния или поддомкрачивания.
П р и м е р 3.5. Требуется усилить ригель междуэтажного
перекрытия жесткой промежуточной опорой в связи с увеличением
полезной нагрузки. Исходные данные приняты из примера 3.4.
Расчетные схемы ригеля и стойки даны на рис.3.6.
Рис.3.6 Расчетные схемы ригеля и стойки
а - расчетная схема ригеля до усиления; б - расчетная схема ригеля
после усиления; в - эпюра перераспределения моментов;
г - эпюра материалов; д - расчетное сечение ригеля над опорой В,
е - расчетная схема стойки
80
Решение
Находим изгибающие моменты в ригеле после его усиления:
иад опорой В
Мв=-0(075g2-/oi=010715-40-32=“25)74 кН/м;
в пролете АВ (ВС)
кН/м.
Определяем высоту сжатой зоны бетона над опорой В:
RSAS 280 U71Q-4
Rbb 113-0,3
= 0,013
м;
£ =	= —- = 0,023; а0 = 0,02.
Л01	0,57	°
Момент, воспринимаемый сечением балки над опорой В,
М=а0Ль7ИЬ й021=0|02 11,5 1 03 0,90,30,572=20,2 кН/м;
М<МВ-, 20,2<25,74.
Следовательно, над опорой В рабочей арматуры недостаточно,
из-за чего образуется пластический шарнир и происходит перерас-
пределение опорного момента (см.рис.3.6,в). В результате перерас-
пределения пролетные моменты Мдв и Мвс увеличиваются
(см.рис.3.6, г), однако их значения не превышают ординат эпюры
арматуры. Таким образом, прочность нормальных сечений усилен-
ного ригеля обеспечена.
За дополнительную жесткую опору принимаем стойку с размера-
ми сечения ЬхЛ=20х20 см из бетона класса В15; R^8t5 МПа,
армированную стержневой арматурой класса АПГ, Rsc=355 МПа;
408AIII; А5=2,01 см2.
Расчетная схема стойки представлена на рис.3.6, е.
Расчетный эксцентриситет ^о~О.
Расчетная длина стойки при высоте этажа 3,6 м
/0=0,7-3,6=2,52 м.
Так как Zq<20A, 2,52<4, стойку можно рассчитывать как
центрально-сжатую на усилие
NB =	= 40^_§ = 120 кН.
в 2	2
81
Условие прочности сечения стойки проверяем по [6, форму
ла 119] :
S<p(Rb А + RSA'S).
Определяем коэффициент
Ф=Фь+2((р5ь-(рь) >	«
где ф - коэффициент продольного изгиба;
фь, Ф$ь _ коэффициенты, принимаемые по [6, табл,25 и 27]:
ФЬ=0,86, ф5*=0,89; тогда А= ЬхА = 0,2x0,2=0,04 м2,
Rx-As 355-2,01-10’4 ЛП.
а =	—л =---------------- 0,21,
1 RbA 8,50,04
4Р=0,86+2(0,89-0,86)...0,21=0,87
Проверяем условие прочности:
120<0,87(8,5 103-0,04+355-103-2,01-10'4); 120<322 (кН).
Следовательно, прочность стойки достаточная.
Усиление балок предварительно напряженными затяжками ши
роко используется при реконструкции зданий, при этом практи
чески не уменьшается полезный объем помещения, и монтаж ве
дется без остановки производственного цикла. Затяжки делают
шпренгельные, горизонтальные и комбинированные
Основными элементами затяжек являются горизонтальные и на
клонные тяжи, изготавливаемые из стержневой арматуры классов
АШ, AIV диаметром 18-40 мм или прокатных профилей уголкового
и швеллерного типов. Тяжи располагаются у боковых поверхностей
элемента и закрепляются с помощью анкерных устройств в торце.
Балка, усиленная затяжкой, превращается из изгибаемого эле
мента во внецентренио сжатую комбинированную систему, напря
женное состояние которой является функцией нескольких парамет
ров, в том числе и усилия предварительного обжатия затяжкой.
При достаточном преднапряжении и надежном заанкеривании
затяжки предполагается, что напряжения в ней, а также в рабочей
арматуре усиливаемой балки нарастают пропорционально и дости
гают расчетного сопротивления одновременно.
Величину предварительного напряжения затяжкиои можно уста-
новить по табл.3 4 в зависимости от нормативного сопротивления
82
стали 7?^ и отношения qn/qy, где qn - нагрузка на балку после
усиления; - нагрузка на балку во время усиления.
Из табл.34 следует, что максимальное напряжение в затяжке
tr„=(l-0,8)Нет требуется при усилении неразгруженной балки.
Таблица 3 4
Величины относительных напряжений в затяжке
Чп/Чу	1-1,25	1,25-1,7	1,7-2,5	2,5-5
агг 		1-0,8	0,8-0,7	0,7-0,55	0,55-0,4
В табл 3.5, п.1 и 2 рассмотрены варианты усиления балки
шпренге льной и горизонтальной затяжками, при наличии в балке
нормальных трещин.
Работа по усилению производится в следующей последова-
тельности:
-	заготавливаются детали усиления: стержни, натягивающие
муфты (гайки), анкерные устройства,
-	максимально разгружается перекрытие в зоне усиления балки;
-	монтируются элементы конструкции усиления (поз. 1-6,
табл.3.5, п.1);
-	производится натяжение затяжки механическим или электро-
механическим способами;
-	все элементы конструкции усиления окрашиваются защитными
покрытиями: эмалью, перхлорвиниловым лаком и др.
Пример 3.6. Требуется усилить ригель междуэтажного
перекрытия предварительно напряженной затяжкой
2018А IV(Az)=5,09 см2; Rs- 510 МПа). Исходные данные приняты
из примера 3-4; конструкция усиления представлена в табл. 35,
расчетная схема ригеля - на рис. 3.7.
Решение
Находим площадь сечения затяжки, приведенную к арматуре
класса АШ,

RXA1V) = 509^^7,11 см2.
ftj(Ain) 365
Определяем приведенную полезную высоту сечения балки
k<m
AJiq + AJi, _ 10,18-52 + 7,11 -66
4+А„,	10,18 + 7,11
= 57,75 см.
83
Вычисляем высоту сжатой зоны бетона
_ R±A + Д„) = 365(1048 + 7,11) _ см
R„b	11,5 + 30
Таблица 3.5
Усиление балок стержнями
5
6
Способы усиления.
Эскиз усиления
Усиление шпренгелем
№поз.
1
2
3
4
Усиление затяжкой
Усиление приваркой
дополнительной арматуры
Элементы усиления
Общи е сведения
016-36
040.. 60
5=10...14
Гнутый швеллер
5=10...12
5=8...10
Напрягающая (
муфта____________
Затяжка 016... 36
Опорный столик
из стальной плас-
тины 5=8... 16
Арматура уси-
ления 010...32
Соединительный
элемент
6=8...25
или
08...25


Тогда относительная высота сжатой зоны
£ = — =	= 0,316, £><£>*,
hm 57,75
aG=0,266
84
Рис. 3 7 Расчетная схема ригеля с затяжкой:
а - действующая нагрузка; б - усилия в рабочей арматуре ригеля
и в затяжке; в - расчетное сечение
Определяем момент, воспринимаемый нормальным сечением
усиленной балки;
М=сю-/гуу62-^=0,2664l.S-KP-0,9-0,3-о,5775^275 кН-м.
Так как выполняется условие М>М2, 275>180, то прочность
нормального сечения усиленной балки при нагрузке 40 кН/м обес-
печена.
Принимая нагрузку на ригель в момент его усиления
д5=15 кН/м,
но величина отношения
= — = 2,66 .
7з 15
85
Пользуясь табл.34, находим
an/7?s„=0,55-0,54
Таким образом, предварительное напряжение в затяжке должно
составлять не менее 0,4 Rsn.
Усиление балок с наклонными трещинами
Наклонные трещины в балках образуются по разным причинам,
от проскальзывания рабочей продольной арматуры в зоне заанкери-
вания, слабого армирования поперечными стержнями, низкой марки
бетона, недостаточных размеров поперечного сечения балкн, пере-
грузки. В зависимости от причины образования трещин принимают-
ся и способы усиления балок: предварительно напряженные хомуты
(табл.3,6, п.1 и 2); разгружающие кронштейны (табл.3.6, п 3), ко-
торые могут применяться как отдельно, так и в сочетании с затяж-
ками и промежуточными опорами.
Усиление предварительно напряженными хомутами производит-
ся в следующей последовательности:
-	заготавливаются детали усиления;
-	разгружается перекрытие в зоне усиления балки;
-	монтируется конструкция усиления;
-	натягиваются последовательно с помощью гаек хомуты (поз.1)
и привариваются к уголкам (поз.4). Натяжение хомутов струбцина-
ми (поз.2, табл.3.6) производится после приварки хомутов,
-	наносится на все металлические детали конструкции усиления
антикоррозийное покрытие.
Расчет балок, усиленных предварительно напряженными хому-
тами и разгружающими кронштейнами, на действие поперечной си-
лы по наклонной сжатой полосе между наклонными трещинами и
по наклонной трещине производится по [38, формулы (72), (84)]
86
Таблица 3.6
Усиление балок с наклонными трещинами
№
п/п
т~
Способ усиления.
Эскиз усиления
Элементы усиления
№ Общие сведения
Усиление хомутами (схема 2)
Усиление двухконсольной балкой
(кронштейном)
поз.
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
Стержни
(хомуты)
010...16
(10...14
Пластина
6=40... 60
8=4...6
L50...100
Стержни
(хомуты)
010...16
Струбцина
012...18
Пластина
6=40...60
8=4...6
L50...100
Балка усиления
[16...27
Поперечная
балка [10...18
Связующий
стержень
016...25
з
3.3.	Усиление колонн
Для усиления ствола железобетонной колонны существует боль-
шой арсенал методов, среди которых наибольшее распространение
получили следующие: железобетонные обоймы; одностороннее и
двухстороннее наращивание сечения; металлические обоймы нена-
87
пряженные и с предварительным напряжением хомутов; предвари-
тельно напряженные металлические распорки
Усиление железобетонной обоймой (рис. 3.8, а} считается наибо-
лее простым и надежным способом увеличения несущей способности
колонны.
Обойма состоит из продольной арматуры, замкнутых хомутов,
бетонного слоя, охватывающего сечение колонны.
Перед усилением поверхность колонны подготавливается сле-
дующим образом: удаляется штукатурный слой; зубилом делается
насечка в бетоне на глубине 3-6 мм; промывается за час до бето-
нирования поверхность старого бетона чистой водой.
Железобетонная обойма обычно имеет толщину 6-12 см. Сечение
и количество продольной арматуры определяется расчетом при
условии обеспечения совместной работы обоймы с колонной. По-
перечная арматура принимается диаметром не менее 6 мм и
устананлинается с шагом S, удовлетворяющим требованиям:
Ш>5>35; S<200 мм,
где d - диаметр продольной арматуры;
3-	толщина обоймы.
Усиление колонн односторонним наращиванием сечения
(рнс.3.8,6) обычно применяется во внецентренио сжатых колоннах
для уменьшения начального эксцентриситета приложения внешней
нагрузки и увеличения прочности колонн. Важным условием надеж-
ности усиления является обеспечение совместной работы нового бе-
тона со старым. Для этого предусматриваются те же мероприятия,
что и при усилении железобетонными обоймами, и, кроме того, но-
вая продольная арматура соединяется на сварке со старой с по-
мощью стальных коротышей 010-30 мм, устанавливаемых с шагом
500-800 мм. В связи с большой трудоемкостью усиления односто-
роннее наращивание применяется редко.
Усиление колонн стальной обоймой (рис.3.8,в), довольно прос-
тое в исполнении, незначительно увеличивает размер поперечного
сечения и позволяет использовать колонну в эксплуатационном ре-
жиме сразу же после ее усиления Продольные элементы обоймы из
уголковой стали устанавливаются на цементно-песчаном растворе и
прижимаются к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам
привариваются поперечные планки, устанавливаемые по длине ко-
лонны с шагом 400-600 мм.
88
В предварительно напряженных обоймах поперечные планки
нагреваются до температуры 100-120°С, а затем уже привариваются
к продольным элементам. При остывании планки укорачиваются и
создают эффект предналряжения.
Усиление колонн стальными распорками (рис.3.8,г) является
достаточно эффективным средством увеличения их несущей спо-
собности, которая повышается пропорционально площади попереч-
ного сечения распорок.
Распорки состоят из двух уголков (швеллеров), связанных
между собой соединительными планками.
Вверху и внизу каждой распорки крепятся опорные уголки,
через которые усилие распора передается на консоли. Как видно из
рис.3.8,г, распорки с перегибом устанавливаются в середине их
высоты. Для создания предварительного напряжения сжатия рас-
порки с помощью натяжных болтов выпрямляются, принимая вер-
тикальное положение. При этом распорки надежно включаются в
совместную работу с колонной, частично разгружая ее. Величина
сжимающих напряжений в распорках в период их включения в
работу по данным [5] достигает 60-80 МПа.
Усиление колонн предварительно напряженными распорками
целесообразно при длине распорок не более 5 м, когда не требуется
большого расхода металла для обеспечения их устойчивости.
Пример расчета распорок представлен в [5].
Пример 3.7. Усилить ствол колонны с помощью железобе-
тонной обоймы.
Исходные данные:
колонна сечением Ьх/г=О, 3x0,3 м из бетона класса В15;
Яь=8,5 МПа;
рабочая продольная арматура 4012AII;	Д^=4,52 см2;
Я,с=280 МПа;
высота этажа Н3=3,6 м.
Эксцентриситет приложения нагрузки е0=0.
Нагрузка длительно-действующая М=А^= 1200 кН.'
Задаемся толщиной обоймы 3=0,06 м, тогда суммарные размеры
сечения (рис.3.9)
£,=/^=6+23=0,3+20,006=0,42 м.
89
-1 — I ’
Рис.3.8, Способы усиления колонн;
а - железобетонная обойма; б - одностороннее наращивание;
в - металлическая обойма, г - металлические распорки
90
Ориентировочно назначаем площадь сечения продольной
арматуры обоймы, пользуясь выражением
Х1=0,009(^1‘Ь1-Л Ь)=0,009(0,42 0,42-0,30,3)=7,8 104 м2=7,8 см2.
Принимаем 6014AII (Д^} = 7,69 см2)
Определяем несущую способность колонны до ее усиления.
5Z zA=0.3mz
Рис 3 9 Расчетная схема колонны
I 36
Так как ~ = 12 < 20 при 6^=0, колонну рассчитываем как
центрально-сжатую из условия
Ф = Фо + 2(<psb - фь)а,
RscA; _ 280 -4Д2 10-4
RbA ~ 83- 0,3 0,3
= 0,165
91
Согласно [6, табл.25 и 27]
(рь=0,86; (р^=0,89;
тогда
Ф=0,86+2(0,89-0,86)0,165=0,97.
N>0,87(8,5-1030,09+280 103-4,52T0‘4)=776 кН,
1200>776 кН.
Следовательно, несущая способность колонны недостаточна.
Вычисляем прочность колонны после ее усиления обоймой:
, .. *„(4 + 4.) 280(4,52 + 7,69)-10"4
' RbA	8,5 • 0,42  0,42	' '
4 = тЖ = 8'57; *< = 0’905: = °’905’
Ф=0,905+2(0,905-0,905)0,23=0,905;
NO,905-8,5’103 0,42 0,42+280-103-(4,52+7,69)-104=1667 кН;
1200<1667 кН.
Несущая способность усиленной колонны обеспечена.
Эффективность усиления по нагрузке составляет
1667-776=891 кН.
Выбор метода усиления консоли колонны, как правило, зависит
от ее формы и характера действующих усилий. Так, при больших
изгибающих моментах эффективной оказывается горизонтальная
затяжка (табл.3.7, п.1) из тяжей, натягиваемых гайками до напря-
жений 60-90 МПа. При больших значениях поперечной силы н сжи-
мающих напряжений в наклонной сжатой полосе целесообразно
усиление поднапряженной наклонной затяжкой (табл.3.7, п.2) или
металлическим столиком (табл.3.7, п.З), приваренным к продоль-
ной арматуре колонны.
Площадь сечения ветвей горизонтальной затяжки определяется
по формуле
Л413=1,25(ЛЛ-М)//МогОЛ
где М\, М - соответственно изгибающие моменты, воспринимаемые
консолью после и до усиления;
Ло1 ~ полезная высота сечения консоли, усиленной затяжкой.
92
Площадь сечения ветвей наклонной затяжки можно определить
из условия [6, (207)].
Таблица 3.7
Усиление консолей колонн
№
п/п
Способ усиления.
Эскиз усиления
Элементы усиления
№ Общие сведения
2
Горизонтальной затяжкой
поз.
1
2
3
Составная балка
2Ц2...18
Затяжка
016...25
Гайка
М16...М25
Наклонной затяжкой
1 Обвязка
L50...100
2 Затяжка
012...18
3 " Планки
8=40...60
8=4...6
1
2
Стальные
пластины
8=8... 16
Опорная деталь
1.75... 100
93
3.4.	Усиление стропильных ферм
Усиление стропильных ферм в практике эксплуатации зданий
встречается довольно часто. Причины усиления разнообразны. Это
могут быть: дефекты изготовления (смещение арматурных кар-
касов, недостаточное предварительное напряжение нижнего пояса);
дефекты из-за неправильной перевозки и монтажа; перегрузка фер-
мы. В каждом конкретном случае оценивается степень повреждения
элементов фермы и выбираются способы их усиления.
Рассмотрим некоторые из них
Нижний пояс фермы часто усиливается горизонтальной предва-
рительно напряженной стержневой затяжкой из арматуры классов
АИ, АШ, 018-32 мм. Усилие натяжения затяжки обеспечивается
торцевыми гайками и стягивающими струбцинами (рис.З 10,а). Так
как расстояние между парными тяжами затяжки небольшое, то для
обеспечения требуемого натяжения ставятся промежуточные сталь-
ные распорки из уголка или швеллера с интервалом 3 м При натя-
жении важно производить одновременное стягивание тяжей затяжек
с обеих сторон, чтобы не допустить искривления ннжнего пояса
фермы. Ввиду того, что ферма чаще всего усиливается в полностью
нагруженном состоянии, необходимо создавать высокое напряжение
в затяжке порядка (0,6-0,8) Rsn,
Верхний пояс фермы, а также сжатые элементы решетки можно
усиливать стальной обоймой или распорками, ранее рассмотрен-
ными на рис.3.8.
Опорные узлы фермы, имеющие наклонные трещины, усили-
ваются напряженными хомутами, состоящими из уголков, горизон-
тальных пластин и стержневой арматуры. Напряжение в стержнях
создается натяжными гайками с последующей приваркой стержней
к уголкам обвязки (рис.З. 10,6). Аналогичным образом усиливаются
промежуточные узлы фермы (рис.З. 10, в).
После окончания натяжения хомутов и горизонтальных затяжек
гайки привариваются к стержням (см.рис.З 10,а,6) или срезаются
(см.рис.3.10, в).
Усиленные сжатые элементы фермы проверяются расчетом на
прочность, а растянутые - на прочность и трещиностойкость.
94
V
3
X
ж
сч
о
X
р
' £
S S
а х
54 О
« а
<v
к
X ,--
л =
X £ ®
&Х19
»s
X
5 ' S
2
л
х
о . - 54
Q, Л И
Г"“ X
03
о
X
<и
X
(У
ч
Л)
<и
X
X
S
со
X
о ।
о ж
^2
£ X
R о
а*
х х
I S
I X
о а
£3
X 4
сх
о
X
о
<и
га
э
о
Is
ДСП
1з
I Ж
« °
4. УСИЛЕНИЕ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Большие объемы реконструкции старых кирпичных зданий осо-
бо остро ставят задачу рационального усиления с малыми трудо-
выми и материальными затратами. Способы восстановления дефект-
ных конструкций разнообразны. Они выбираются в зависимости от
причин, обусловливающих разрушение, а также от степени износа
каменной кладки. Так, при значительных поверхностях разруше-
ния, выкрашивании кирпича и раствора может оказаться целесооб-
разной перекладка отдельных участков конструкций.
Однако в большинстве случаев усиление сопровождается приме-
нением более прочных материалов: стали и бетона.
4.1.Оценка технического состояния и усиление кирпичных стен
Оценку технического состояния стен производят по результатам
натурного обследования и поверочных расчетов. При этом старают-
ся учитывать все факторы, которые могут отрицательно повлиять на
несущую способность и нормальную эксплуатацию стен. К таковым
относятся трещины, местные разрушения кладки, отклонение от
вертикали, выпучивание, прогибы, малая площадь опирания эле-
ментов перекрытия и перемычек, изменение эксцентриситетов при-
ложения нагрузки. Кроме того, учитывают фактическую прочность
составляющих их кладки кирпича и раствора, определяемую по ре-
зультатам лабораторных испытаний образцов.
Элементы стен, имеющие повреждения или заведомо перегружен-
ные, проверяют расчетом по формулам СНиП П-22-81 по двум группам
предельных состояний, прн этом основное внимание уделяют несущей
способности.
Следует отметить, что объективная оценка несущей способности кир-
пичных стен всегда сопряжена со значительными трудностями, обуслов-
ленными различной степенью повреждений, а также неоднозначностью
прочностных показателей камня и раствора, причем не только в раз-
личных частях здания, но и по толщине стены. Поэтому в практических
расчетах обычно используют систему эмпирических коэффициентов, в
той или иной степени учитывающих влияние отрицательных факторов.
Так, например, при расчете прочности кладки стены в зоне
опирания балок на местное сжатие в расчетную формулу вводят
понижающий коэффициент k], учитывающий характер и степень
повреждения кладки (табл.4.1).
96
Величины коэффициента fej [2]
Таблица 4.1
Характер повреждения кладки опор	Коэффициент k\	
	неармированная кладка	армированная кладка
Местное (краевое) повреждение кладки на глубину до 2 см (тре- щины, сколы, раздробление) или образование вертикальных трещин по концам балок или их подушек длиной до 18 см	0,75	0.9
То же, при длине трещин 18-35 см Краевое повреждение кладки на глубину более 2 см при образо- вании по концам балок верти- кальных и косых трещин длиной более 35 см	0,5 0	0,75 0,5 / 7
Прн расчете простенков н пилястр с вертикальными трещинами,
образовавшимися в результате перегрузки, в расчет вводят коэф-
фициент k-2, значения которого даны в табл.4.2.
Таблица 4.2
Величины коэффициента А2 (2]
Характер повреждения кладки опор	Коэффициент ^2	
	неарм ированная кладка	армированная кладка
1	2	3
Волосные трещины, пересекаю- щие не более двух рядов клад- ки, длиной до 18 см То же, при пересечении не более четырех рядов кладки, длиной 18-35 см прн числе трещин не более 3 на 1 м ширины (тол- щины) стены	0,9 0,75	1 0,9
97
Окончание табл.4 2
1	2	3
То же, при пересечении не более восьми рядов кладки, длиной до 65 см при числе трещин не более 4 на 1 м ширины (толщины) стены	0,5	0.7	।
Волосные трещины, пересекаю- щие более восьми рядов кладки, длиной более 65 см при числе трещин более 4 на 1 м ширины (толщины) стены	0	0,5
Низкое качество неармироваяной каменной кладки, характери-
зуемое отсутствием требуемой перевязки рядов, наличием пустых
(не заполненных раствором) вертикальных швов и др., учитывают
коэффициентом &з (табл.4.3).
Табл ица 4 3
Величины коэффициента k3 [2]
Характер повреждения неармированной кладки	Коэффициент A3
Отсутствие перевязки рядов кладки:	
в 5-6 рядах	1,0
в 8-9 рядах	0,9
в 10-11 рядах	0,75
Отсутствие заполнения раствором вертикальных	
швов	0,9
Чрезмерная (более 2 см) толщина горизонталь- ных швов (3-4 шва на 1 м высоты кладки):	
при марке раствора 75 и более	1,0
при марке раствора 25-50	0,9
при марке раствора менее 25	0,8
Величины прочих эмпирических коэффициентов, учитываемых
при расчете кирпичных стен, можно найти в соответствующей лите-
ратуре и нормативных документах [37, 34, 40, 4]
На основании поверочных расчетов устанавливают процент сни-
жения несущей способности стен, после чего делают окончательный
98
*
вывод о необходимости и целесообразности их усиления. Ориен-
тиром для этого могут служить следующие рекомендации:
1. Усиление целесообразно, если снижение несущей способности
стены составляет 15“50%.
2. Усиление возможно, если снижение несущей способности сте-
ны составляет менее 15% (при наличии трещин) или более 50%,
однако при этом требуется технико-экономнческое обоснование
После принятия соответствующего решения выбирают конструк-
цию усиления и необходимые для этого материалы.
Усиление простенков и перемычек
Простенки и перемычки относятся к наиболее нагруженным
участкам стен и поэтому часто подвергаются усилению.
Традиционно для усиления простенков используют стальные и
железобетонные обоймы, хотя в некоторых случаях целесообразно
оштукатуривание по сетке или обкладывание кирпичом.
При небольших вертикальных и наклонных трещинах простенки
усиливают арматурными сетками из проволоки диаметром 3-5 мм с
ячейкой 100x100 мм (табл.4 4, п.1) Сетки сваривают, образуя
замкнутый контур Для лучшего прилегания сетки к стене исполь-
зуют штыри (гвозди) длиной 100-150 мм, забиваемые в швы клАд-
ки. На усиленный простенок наносят торкрет-бетон или слой шту-
катурки толщиной 15-20 мм.
При больших вертикальных трещинах простенок усиливают
стальной обоймой (табл.4.4, п.2), которую монтируют по пред-
варительно оштукатуренной и выровненной поверхности простенка
Обойма представляет собой конструкцию из продольных уголков
50x50 (45x45) мм и приваренных к ним планок из стальной полосы
50x5 мм с шагом 300-500 мм. При этом шаг планок ие должен пре-
вышать наименьшего размера простенка. Чтобы создать предва-
рительное напряжение в обойме и улучшить ее совместную работу с
кирпичной кладкой, планки перед приваркой иногда нагревают до
температуры 150-200°С.
Одиако такой способ преднапряжения обоймы достаточно трудо-
емок и сложен в исполнении, поэтому редко применяется. Более
технологично преднапряжение, которое достигается с помощью
раствора, приготовленного на напрягающем (расширяющемся) це-
менте и нагнетаемого в зазор между уголками и кирпичной кладкой.
99
котором эффект усиления достигается при минимальном расходе
материалов и малой трудоемкости восстановительных работ.
Таблица 4 5
Усиление перемычек
Вид усиления.
Эскиз усиления
Элементы усиления
№ Материал, размеры
поз.
1
2
3
4
ИООх 100x8
Планка 40x4
1100x100x8
Раствор М100
1
2
3
4
L100x100x8
Планка 40x4
Подвеска 50x6(8)
Тяж 020...30
Усиление швеллерами
[ №12
Болт 012
1
2
4
Усиление железобетонными
2
Монолитная
железобетоцная
балка (перемычка)
Анкера 010 с ша-
гом 200
102
Усиление стеи в зоне местного сжатия
Местное сжатие (смятие) возникает в том случае, когда нагрузка
от элементов перекрытия (балок, плит) передается только иа часть
сечения стены.
При малой площади опирания конструкции или при отсутствии
распределительных устройств сжимающие напряжения часто пре-
вышают величину расчетного сопротивления кладки на смятие, в
результате чего происходит ее разрушение. Причиной резкого уве-
личения сжимающих напряжений может явиться большая подвижка
элементов перекрытий, вызванная значительными деформациями
здания от просадки грунта основания или в результате оползня.
Характерными признаками разрушения при смятии являются ко-
роткие трещины и раздробление отдельных камней в зоне передачи
нагрузки.
Усиление кладки при смятии, как правило, осуществляется в
результате:
-	увеличения площади опирания конструкции с помощью метал-
лических или железобетонных стоек, усилие от которых передается
на стену вне зоны разрушения;
-	передачи нагрузки от конструкции на стойку, врезанную в сте-
ну или пилястру и опирающуюся на фундамент;
-	увеличения площади опирания конструкций на стену посред-
ством стального пояса, закрепленного в зоне разрушения кладки;
-	устройства под концом балки (фермы) распределительной
железобетонной подушки
Некоторые конструктивные решения, используемые при усиле-
нии (разгрузке) стены в зоне местного смятия, представлены в
табл.4.6-
При устройстве распределительной подушки стену разгружают,
подводя временную опору под балку. Затем разрушенную часть кладки
высотой 2-3 ряда удаляют, на ее месте устанавливают железобетонную
подушку, армированную пространственным каркасом или сетками. Вре-
менные опоры убирают при достижении бетоном требуемой прочности.
Для предотвращения внезапного обрушения элементов пере-
крытия в результате больших прогрессирующих деформациях зда-
ния бывает целесообразно отказаться от превентивного усиления
зоны смятия и использовать страховочное заанкеривание элементов
непосредственно в несущих стенах. Это оправдано в том случае, ко-
гда отсутствуют признаки смятия кладки, но не исключена воз-
103	_
мощность их скорого появления. Способы заанкеривания конст-
рукций в зоне местного смятия кладки представлены в табл.4.7.
Таблица 4.6
Усиление (разгрузка) стены в зоне местного смятия
Способ усиления.
Эскиз усиления
Усиление короткими стойками
2
Усиление врезной стойкой
Усиление поясом
Элемент усиления	
№ поз.	Материал, размеры
1	Балка покрытия
2	Стойка усиления
3	Стальной пояс [ 18...20
4	Болт 012...16
5	Зона смятия
1	Балка покрытия
2	Врезиная в стену железобетонная стойка
3	Зона смятия
1	Плиты покрытия
2	Стальной пояс [ 18...20
3	Болт 012..16
4	Зона смятия
104
.	Таблица 4.7
Заанкеривание конструкций в зоне местного смятия
№	Способ усиления,
п/п	Эскиз усиления
Элементы усиления
Материал, размеры
поз.
1
2
3
4
1
2
3
4
5
6
Заанкеривание ребристых плит
1
2
3
4
5
6
Анкерный стержень
020...25
Арматура балки
Швеллер [ 12... 14
Балка перекрытия
2
Анкерный стержень
020... 25
Болт 020
Пластина 120x8
Швеллер [ 12... 14
Пустотная плита
Бетон кл.В25
Анкерный стержень
020...25
Болт 020
Швеллер [ 20
Швеллер [ 12... 14
Ребристая плита
Бетой кл.В25
Заанкеривание осуществляют посредством анкерных тяжей, про-
пущенных через стену и приваренных к продольной арматуре кон-
струкции или стальной распределительной пластине. Работы по за-
анкериванию балок обычно включают: пробивку в стене отверстий,
установку анкерующих устройств и включение их в работу, замо-
иоличивание отверстия в стене жестким раствором. Разгрузка балок
в этом случае не производится.
Процесс заанкеривания пустотных плит, как правило, более тру-
доемкий и выполняется в следующем порядке:
-	просверливают отверстия в стене;
-	разгружают плиту;
105
-	разбивают верхнюю полку над пустотами и вставляют анкеру
ющие устройства;
-	заполняют пустоты бетоном;
-	монтируют остальные элементы усиления, натягивая их с по
мощью гаек, после набора бетоном проектной прочности,
-	заделывают отверстия в стене жестким раствором.
Последовательность работ по заанкериванию ребристой плиты i
основном состоит из аналогичных операций за исключением тех
которые связаны с усилением пустот.
Следует отметить, что способы усиления стен в зоне смятия н<
ограничиваются вышеприведенными и могут быть существенно рас
ширены применительно к конкретным условиям (опирание перемы
чек, балконных плит и пр.)
Усиление стен в зоне локальных трещин
Трещины в стенах разделяют на локальные и магистральные. По
добное деление условно, однако существуют некоторые ориентиры
уточняющие эти понятия. Так, к локальным обычно относят трещины
имеющие небольшую протяженность и ширину раскрытия.
обычно появляются в зонах местной перегрузки стен в углах, у
мест
сопряжения продольных стен с поперечными, в перегородках и т.п.
Усиливают стены с локальными трещинами
с помощью
стальных
накладок, воспринимающих
(табл. 4.8),
растягивающие
напряжения
в кладке
Так, при появлении трещин в углах
накладками из швеллера, уголка или
здания
усиление
производят
полосовой стали. Накладки
размещают на внутренней и наружной поверхностях стены и соеди
няют с помощью болтов
проходящих через заранее
просверленные
отверстия. Длину накладок назначают в пределах 1,5-3 м в зависи
мости от вида и степени разрушения
106
Таблица 4.8
Усиление стен в зоне локальных трещин
№
п/п
Способ усиления.
Эскиз усиления
Элементы усиления
№
поз.
Материал, размеры
Усиление угла накладками
2
3
4
Усиление зоны отрыва попереч-
ной стены стяжными болтами
S-5
Накладка [ 10... 14
/=1500... 3000
Болт 014...18
Стяжные болты
020
Продольные
накладки [ 12...16
Поперечные
накладки [12...16
Анкерные балочки
1100x8
Усиление зоны сопряжения продольной и поперечной стен при
отрыве последней осуществляют болтами и накладками. Болты рас-
полагают по высоте стены с интервалом 0,8-1,5 м. Усилие сжатия от
болтов передают на наружную стену через продольные накладки, а
на внутреннюю - через анкерные балочки, закладываемые в отвер-
стия, пробитые в стене и заделанные мелкозернистым бетоном. Для
увеличения жесткости сопряжения продольные накладки соединяют
при сварке поперечными элементами: швеллерами или уголками.
Шаг поперечных элементов принимают таким же, как и стяжных
болтов.
Следует отметить, что при разработке проекта усиления стен в
зоне локальных трещин требуется особая тщательность, а также
подробный анализ причин трещинообразования. Известны случаи,
107
когда в результате прогрессирующих деформаций здания локальные
трещины перерастали в магистральные большой протяженности и
ширины раскрытия. Кроме того, существует возможность появления
трещин той же направленности, что и первоначальная, но распола-
гающихся за пределами локального усиления.
Из-за сложности расчетной схемы стены с локальной трещиной
конструкцию усиления обычно не рассчитывают, а принимают в!
соответствии с рекомендациями, основанными на практическом
опыте. Проектное решение считается удовлетворительным, если
принятые размеры усиливающих элементов примерно равнопрочны
и возможность дальнейшего роста трещин исключается.
Усиление стеи и остова здания при магистральных трещинах
и значительных деформациях
Магистральные трещины характерны тем, что распространяются
на всю высоту стены, разделяя ее на отдельные части. Причиной
образования таких трещин обычно является неравномерная осадка
фундаментов или большие температурные деформации здания. С
образованием магистральных трещин коробка здания как бы раз- ,
деляется на отдельные блоки, деформируемые самостоятельно при
силовых и температурных воздействиях. Если трещины образуются
в углах здания, то возможна потеря устойчивости или отрыв торце-
вой стены.
Традиционным способом усиления стен при потере устойчивости
является устройство кирпичных или железобетонных контрфорсов,
которые устанавливают на всю высоту стены или часть ее. Под
контрфорсы устраивают отдельные фундаменты, проверяемые рас-
четом на прочность, скольжение и опрокидывание.
При значительных деформациях здания и наличии магистраль-
ных трещин для усиления стен применяют металлические напря-
женные пояса, устанавливаемые на уровне междуэтажных пере-
крытий. Способы усиления стен при магистральных трещинах пред-
ставлены в табл.4.9.
Практика показывает, что металлическим поясом (бандажом)
можно усиливать как отдельные стены, так и коробку здания в
целом.
В первом случае пояс состоит из стальных тяжей круглого
профиля, располагаемых на внутренней и наружной поверхностях
108
стены, и опорных балок швеллерного или коробчатого типов
Натяжение пояса производят гайками в торце стены.
Во втором случае пояс состоит из тяжей и уголков, однако тяжи
преимущественно располагают на наружной поверхности стен.
Натяжение пояса осуществляют с помощью стальных муфт с правой
и левой резьбой, размещаемых в средней части тяжей. Усилие
натяжения пояса в обоих случаях контролируют по показаниям
динамометрического ключа, а при отсутствии его - по внешним
признакам. При нормальном натяжении тяжи не провисают и при
легком ударе молотка издают звук высокого тона.
Нужно отметить, что в процессе эксплуатации усилие в поясах
непостоянно и изменяется при колебаниях температуры внешней
среды. Для стабилизации усилий натяжения пояса автором
разработаны стабилизирующие устройства, конструкция и методика
расчета которых рассмотрены в третьей главе.
Для сохранения облика фасадов, если это позволяет толщина
стен, элементы пояса укладывают в заблаговременно устроенные
штрабы сечением 70x80 мм, которые после монтажа и натяжения
пояса заделывают кирпичом и оштукатуривают.
Расчет сечения поясов, как показывает опыт, - достаточно слож-
ная инженерная задача, правильное решение которой зависит от
целого ряда параметров, среди которых геологические характерис-
тики грунта основания, вид магистральной трещины, прочностные
характеристики каменной кладки и пр. В практических расчетах
усилие, по которому устанавливают площадь поперечного сечения
тяжей, обычно определяют по приближенной формуле
N=0.2RsqlS
где Rsq - расчетное сопротивление кладки на срез по неперевязан-
ному шву;
/, 8 - соответственно длина и толщина стены;
0,2 - эмпирический (понижающий) коэффициент.
1
109
Усиление стен при магистральных трещинах
Анализ показывает, что при значительной протяженности здания
использование указанной формулы приводит к большому перерас-
ходу металла на усиление. Более экономичное решение достигается
при расчете поясов из условия равновесия моментов по методике,
разработанной на кафедре строительных конструкций Пензенской
ГАС А Следует, одиако, подчеркнуть, что выбор расчетной схемы и
методика решения данной задачи всегда индивидуальны и зависят
главным образом от характера трещин и причин, побуждающих рас-
крытие.
Проектирование стальных поясов
Стальные пояса (бандажи) предназначаются для усиления кир-
пичных зданий с вертикальной или наклонной трещиной (трещи-
нами) в несущих стенах, образовавшейся в результате нерав-
номерной осадки ленточного фундамента.
В основу расчета поясов положены следующие предпосылки:
-	нагрузка на основание фундамента по длине здания распре-
делена равномерно;
-	сжимаемая толщина грунта основания характеризуется
средним модулем деформации грунта;
-	среднее давление под подошвой фундамента не превышает
расчетного сопротивления грунта основания.
Далее рассматривают четыре расчетные схемы зданий:
I схема - неравномерная осадка фундамента обусловлена
относительно низким значением модуля деформации грунта в
торце здания. В вершине трещины (в фундаменте) образован плас-
тический шарнир. Раскрытие трещины носит затухающий характер.
II схема - неравномерная осадка фундамента происходит из-
за относительно низкого модуля деформации грунта в средней части
здания. Трещина имеет максимальное раскрытие в цоколе здания.
III схема - неравномерная осадка фундамента в торце здания
вызвана просадкой грунта или оползнем. Трещина (трещины)
отсекает относительно малую часть здания. В вершине трещины
образован пластический шарнир.
IV схема (характерна для зданий с ленточным фундаментомиз
бутового камня) - неравномерная осадка фундамента происходит
из-за относительно низкого модуля деформации грунта в торце зда-
ния. Трещина рассекает стену и фундамент, образуя своеобразный
"деформированный шов".
111
Расчет стального пояса зданий (I схема)
Рассмотрим напряжеино-деформированное состояние здания,
деформации которого обусловлены неоднородностью физико-меха-
нических характеристик грунтового основания. Предположим, что
модуль деформации грунта на участке A-В длиной Ц увеличивается
от Eq до Eq , а на участке В-С длиной 1г остается постоянным и
равным Eq (рис.4Л). Под воздействием реологических процессов с
течением времени произойдет перераспределение напряжений под
подошвой фундамента. Вследствие этого в кирпичной стене будут
нарастать растягивающие напряжения Если величина растягиваю-
щих усилий достигнет предела прочности кирпичной кладки на рас-
тяжение, то в стене образуется трещина, которая разделит здание на
два блока. Будем считать в дальнейших расчетах, что эти блоки
являются абсолютно жестким и деформируются они относительно
друг друга в результате поворота вокруг точки В (рис. 4 2).
При усилении здания стальными тяжами в некоторый момент
последние будут выполнять роль дополнительных связей, препят-
ствующих дальнейшим взаимным деформациям блоков здания.
Однако с течением времени под воздействием релаксации напря-
жений грунта на участке A-В будет происходить постепенное пере-
распределение усилий, а именно: напряжения в точках Л и С умень-
шается до расчетных величин и , а напряжения в точке В
возрастут до о* (рис.4.3). Усилия в тяжах также будут увели-
чиваться от 0 до VT. Будем считать, что напряжения под подошвой
фундамента о на участках /1 и /2 меняются по линейному закону.
Запишем условия равновесия здания, усиленного тяжами. Из
проекции всех усилий на вертикальную ось получаем
<4.1)
Приравняем нулю моменты, действующие на левый блок,
относительно точки В.
I2 I2	I2 М
с	Gfl).L_2Z= о (4.2)
0 2	2 '	7 6 Ь	1
J
где М =	- изгибающий момент, воспринимаемый всеми
1	тяжами;
Ь ~ ширина подошвы фундамента.
112
Рис.4.1. Эпюры распределения напряжений н модуля деформации
основания при отсутствии в стенах трещин
А	Оь
Z1 *£*' $в
Рис.4.2. Эпюры распределения напряжений и осадок основания после
образования магистральной трещины
Запишем аналогичное уравнение для правого блока:
/2	/2	,2	м
- «Jo • “ + <ус • у _(<*ь " стс) ~ + 77 = О 	(4.3)
L	L	О	D
113
В итоге имеем три уравнения с четырьмя неизвестными. Чет-
вертое уравнение получаем из линейной зависимости деформаций
основания в точках А, В и в точке с напряжением со’-
Sfl ~
/{	"	21,
(44)
где Sa, Sb, So - осадки основания в точках Л, В и в точке с
напряжением сто за период от до t = со.
После преобразований уравнений (4.1 )-(4.4) получаем систе-
му из четырех линейных уравнений с четырьмя неизвестными
оь, ас, М:
+ (А +	~ 2((| + ^о-
2Ь/2ста + Ь1?оь + 6М = ЗЦ2с0;
•	(4.5)
Ь/2<уь + 2bl2dc + 6М = 36/2о0;
2Kal2cQ - Kb(3ll + 2/2) = -ЗК^.суо,
где Ка и Кь ~ коэффициенты, характеризующие изменение
деформационных свойств в точках Л и В за период
времени от to до t = со, выделенные из выражения
7,48 [41] и определяемые по формуле
ъ» 80 \ --N , 1 --9N I	с\
Кд/о =—5— е + — в I.	\.4.о)
71!£<А	9 J
Коэффициенты, входящие в формулу (4.6), находят из
следующих зависимостей:
где v - коэффициент бокового расширения грунта,
N =	(4.8)
4ЛЭ
где h3 - высота эквивалентного слоя грунта:
h3 = АЛЬ,	(4 9)
здесь А и/- коэффициент эквивалентного слоя грунта;
b - ширина подошвы фундамента.
114
Су—-------,	(4.10)
pYiv
где Kf - коэффициент фильтрации;
1w~ удельный вес воды.
Решение системы уравнений (4.5) относительно М находим
следующим образом:
М=^,	(4.11)
где D - определитель системы;
Dm ~ определитель, получающийся из D заменой столбца, со-
ставленного из коэффициентов при неизвестном М,
столбцом из свободных членов.
После нескольких преобразований окончательно получаем:
м -	(4 12)
з[кл(/,+/г)2 + кь(,(з(,2 + я1/2 + 2/22)]
Из уравнения (4.12) следует, что М = 0 тогда, когда Ка~Кь=0 и
(или) /i(/2)=0.
Пример 4.1. Требуется рассчитать площадь сечения тяжей
стального пояса.
Исходные данные
Здание кирпичное, двухэтажное, длиной 24 м. Магистральная
трещина рассекает продольную стену на два блока. Длина блоков
А = 6 м, = 18 м (рис.4.4). Продольные стены опираются иа лен-
точные фундаменты шириной b = 1 м. Реактивный отпор грунта в
основании фундаментов до момента установки тяжей о0 = 150 кПА.
Грунт - однородная мягкопластичная глина: Е° = 16 МПа, Ед =
20 МПа, 510-10 м/с, v = 0,4.
Стальной пояс устанавливается через 1 год после образования
трещины: t0 = 3,15 107 с.
Неравномерная осадка основания вызвана незаконченной фильт-
рационной консолидацией грунта
115
Рис.4.3. Схема расчетных усилий (напряжений) здания,
усиленного стальным поясом
Рис.4 4. Эскиз усиления кирпичной стены стальным поясом поверху
116
Решение
Находим коэффициенты эквивалентного слоя грунта, используя
табличные значения [42, табл. 5.6]:
-	для первого блока при — = 6 А& =4,0;
b 1
-	для второго блока при = 18 > 10	= 458.
Находим высоту эквивалентного слоя грунта по формуле (4.9):
= 4-1=4 м; Лэ2 - 4,58-1 = 4,58 м.
Используя формулы (4.6)-(4.9), находим следующие коэф-
фициенты:
₽=кДо£ = ЦЗ;
1-0,4
5-Ю-.16-10^ =	„9
1,13-1-Ю4
N = 3,142 -70j	. 10-2 = 0342.
4 • 4,02
8-1,13
° 3,142-16-10б
с^ 5_40--20-10^	,9 м2/
1,13-1-104	'
N2 = 3>^4/^82'5  345 • 10-2 = 0,328;
9
V ~
„-0,342 £ -9 0,34 2
9
= 4,1 -IO'8
4-4,58~
8-1,13
3,142 • 20 106
Изгибающий момент, воспринимаемый тяжами, устанавливае-
мыми на стену, определяем по формуле (4.12)
м_ 150-103 • 1 -б6 182(6 +18)-(4,1 -3,32)

е-0,328 j. 1 „-90,328
Нм.
= 159,8-103 Нм
Усилие в тяжах, устанавливаемых на высоте hr = 6 м, равно
.. И 159,8	„
NT = — = —— = 26,23 кН.
Ау 6
117
Требуемая площадь сечения определяется по формуле (при
/<=210 МПа)
л Кг	26,23-104 1	2
Rs 210103
Принимаем два тяжа 012,	= 2,26 см2. Эскиз усиления стены
поясом представлен на рис.4.4.
Расчет стального пояса зданий (П схема)
Неравномерная осадка фундаментов обусловлена неоднород-
ностью основания. При этом модуль деформации грунта имеет ми-
нимальную величину в средней части здания, а образовавшиеся в
стенах трещины получают наибольшее раскрытие в цоколе
(рис.4.5).
Базируясь на расчетных предпосылках, изложенных в первой
расчетной схеме, сформулируем условия равновесия здания, уси-
ленного тяжами, расположенными в цоколе здания (рис.4.6).
Из проекции всех усилий на вертикальную ось получаем
+ = + (4ЛЗ)
Приравниваем нулю моменты, действующие на левый блок
относительно точки В.
Z2	Р	I3 М
=	(4.14)
2*	fc	О	L/
I
где М = £ NJki ~ изгибающий момент, воспринимаемый всеми
1	тяжами;
Ь - ширина подошвы фундамента.
Аналогичное уравнение для правого блока выглядит следующим
образом:
“ <*о у + у + (”с -	- ~~ = 0-	(4.15)
2	2	□ О
В итоге располагаем тремя уравнениями с четырьмя неиз-
вестными. Четвертое уравнение получаем из линейной зависимости
деформаций основания в точках А, В и С:
(S. - S„\l2 + /,) = (S, -	-(,)	(4.16)
118

			1
	Л		
			
Рис.4 5 Эпюры распределения напряжений и осадок основания после
образования магистральной трещины
Рис.4-6. Схема усилий (напряжений) для здания усиленного стальным
поясом
119
После преобразований уравнений (413)-(4.16) получаем систе-
му из четырех линейных уравнений с четырьмя неизвестными сг0,
Об, <тс, М:
\<sa + (А +	= ЭД +
2bfca + Ц2сть - 6М = ЗЬ/2о0;
(4.17)
Ь/2Ч + 2bfac -6М = 3bl*<sQ;
Кв(12 +	- Жь12ъь + Ка(12 -1^с = О,
где Ка и Кь “ коэффициенты, характеризующие изменение де-
формационных свойств грунта в точках А и В за
период времени от t0 до <» и определяемые по
формуле (4.6).
Из решения системы уравнений (4.17) получаем формулу для
определения изгибающего момента в следующем виде:
м.о,	(418)
-‘,^2 +!?) + Щг] +
Пример 4,2. Требуется рассчитать площадь сечения тяжей
стального пояса.
Исходные данные
Здание кирпичное, двухэтажное, длиной 22 м. Высота этажа
2,8 м. Несущие стены продольные на ленточном фундаменте ши-
риной Ь === 1 м, Магистральная трещина, рассекающая продольную
стену на два блока, доходит до окон второго этажа. Длина бло-
ков li = 10 м, 1г = 12 м (рис.4.7). Реактивный отпор грунта до
момента установки пояса оо = 180 кПа. Стальной пояс устанавли-
вается через 6 месяцев после образования трещины tQ = 1,58-107 с.
Грунт - однородная глина Eq = 20 МПа, Eq = 16 МПа,
Kf = 5Ю“10 м/с, v =0,4.
Коэффициенты эквивалентного слоя грунта обоих блоков [42,
табл.5.6] приняты Aw = 4,58.
Решение
Находим высоту эквивалентного слоя грунта по формуле
Л» = Aw-b = 4,58 1 = 4,58 м.
120
Рис.4 7. Эскиз усиления стены стальным поясом понизу
Используя формулы (4.6)-(4.9), находим коэффициенты
0_9 м2/
v 1,13-1-104
N = 3,1_42_70Д .	.10-2 = 0131.
1	4 4,582
К = в_ЦЗ С-0,.31 + 1е-90.131] = 521,10-8 м2/н
ь 3,142 • 16-10® \	9	>
5-10^-2010® =88у10-9
v 1,13-1 ю*
N = 3,142__88^5	8 10-2 =01б4
2	4 • 4,582
Находим изгибающий момент, воспринимаемый тяжами, уста-
навливаемыми на одну стену, по формуле (4 18):
180 103 0,667 Ы02 1 22(5,21 - 4,00)	.
М =------1-— -------------------------------i------- - 451,6  10 Нм
5,21 (12-10)- 122 + 102 + 4 1 0-122] + 4 4,0 10 122
Тяжи, воспринимающие растягивающие усилия, располагаем в
уровне пола первого этажа. Принимая во внимание картину трещи-
нообразования, будем считать, что в кирпичной кладке, распо-
ложенной выше верха окон второго этажа, действуют сжимающие
напряжения. Тогда плечо hr действия усилия в тяжах относительно
центра тяжести сжатой зоны можно принять равным 55,8 м.
Усилие в тяжах составит:
..	М 451,6 77й~ , „
NT = — =---------= 77,86 кН
т Лт	5,8
Требуемая площадь сечения тяжей при /?$ = 210 МПа равна.
. NT 77,86-104	q7.	2
Ac ~ —1 =-----------= 3,71 см\
s Rs 210 103
Принимаем два тяжа диаметром 16 мм с площадью сечения
As = 4,02 см2. Эскиз усиления стены поясом представлен на рис.4 7
122
Расчет стального пояса зданий (III схема)
Большие быстро прогрессирующие деформации грунта основания
(от просадки или оползня) под торцом здания, приводят к образованию
магистральной трещины в несущих стенах Прн этом ширина раскрытия
трещины быстро увеличивается, грозя обрушением здания. Предотвра-
тить это можно с помощью стального пояса (поясов), удерживающего
оторванный блок здания от углового перемещения (рис.4.8).
В зданиях с монолитным ленточным железобетонным фунда-
ментом поворот блока происходит относительно точки В, распо-
ложенной в уровне центра тяжести сжатой арматуры, фундамента.
Если не учитывать реактивный отпор грунта в зоне просадки, то
усилие в поясе можно определить из условия равновесия моментов
относительно точки В при £ Иь = ft
NhT-Gix = Q,	(4.19)
где G2 - масса оторванного блока здания.
Применимость формулы ограничивается условием G2/G&3.
Пример 4.3. Требуется рассчитать площадь сечения тяжей
стального пояса.
Исходные данные
Здание кирпичное, одноэтажное. Фундамент ленточный железо-
бетонный. Кирпичные стены толщиной 5 = 0,51 м выполнены из
обыкновенного красного кирпича марки 75 на растворе марки 50
(Rsq = 0,112 МПа). В результате просадки основания произошел
отрыв части здания массой Gt = 350 кН, длиной = 3 м. В вер-
шине трещины (в фундаменте) образовался пластический шарнир.
Стальной пояс монтируется в уровне перекрытия на высоте
Лт - 4,2 м (см.рис.4.8). Общая масса здания Gi=G2=1800 кН.
Решение
Проверяем условие
G, „ 1450 ... ,
— > 3; -—- = 4,1.4 > 3.
G, 350
Находим требуемое усилие в поясе (см.рис.4.8):
дг = 21£ = 350 .4 = 125 кН
йт 4,2
Расчетная площадь сечения тяжей из ст.З {Rs = 210 МПа):
, N 125-104	2
Лс =	---------т = 5,95 см.
5 Rs 210 103
123
Рис.4.8. Расчетная схема усиливаемого здания при просадке грунта:
а - эпюра реактивного отпора грунта; б - расчетная схема
Принимаем два тяжа 020 общей площадью сечения = 6,28 см2.
Проверяем прочность кладки на срез по нгпсреаязанному шву:
N £	+ 0,8про0)А
В соответствии с п.4.20 СНиП П-22-81 принимаем коэффициен-
ты п = 1, ц = 0,7. Среднее напряжение в кладке иа уровне сталь-
ного пояса принимаем о о = 0,04 МПа.
Суммарная площадь сечения кладки в плоскости среза при двух
продольных и одной торцевой стене равна: А=30,51-2 +6 0,51 = 6,12 м2.
Проверяем условие прочности:
125 кН < (0,112 + 0,8 1,0 0,7 0,04) 103 6,12 = 808 кН.
Условие выполняется.
Проектируя усиление стальным поясом, необходимо предусмат-
ривать конструктивные мероприятия, препятствующие образованию
горизонтальных трещин в стенах, в зоне просадки грунта. Для этой
цели можно использовать стальной корсет из вертикальных и го-
ризонтальных стержней, образующих замкнутый контур.
124
Расчет стального пояса зданий (IV схема)
Четвертый вариант расчетной схемы отличается от ранее рассмотренных
тем, что трещина рассекает не только стены здания, но также и фундамент.
Отсекаемые трещиной части здания взаимно смещаются. Прекращение роста
или частичное закрытие трещины происходит от усилия натяжения пояса и
обусловленного им перераспределения напряжений в основании деформи-
руемого блока.
Усилие в поясе определяется из условия равновесия моментов
относительно точки О (рис.4.9) при ^Мо = tt
MT-P^/6 = 0,	(4.20)
где Pf - равнодействующая фиктивного отпора грунта, при кото-
ром деформации основания блока выравниваются;
=	<4.20
здесь о/ - напряжение фиктивного отпора грунта, необходимое
для выравнивания деформаций основания:
°	<>,(£*-Е0‘)
ос - реактивный отпор грунта до усиления:
(4.22)
(4.23)
Gi - масса усиливаемого блока;
Аф - суммарная площадь фундамента под блоком.
Пример 4.4. Требуется рассчитать площадь сечения тяжей
стального пояса.
Исходные данные
Здание кирпичное, трехэтажное. Конструкция и материал кир-
пичных стен аналогичны представленным в примере 4.3. Фундамент
ленточный бутовый с шириной подошвы b - 1 м.
В результате неравномерной осадки фундамента произошел отрыв
блока здания длиной I = 5 м. Трещина шириной 3 см разрезает продоль-
ные стены и ленточный фундамент. Стальной пояс устанавливается в
уровне перекрытия 3-го этажа относительно подошвы фундамента на
высоте hr = 7 м. Грунт основания - глина; Е$ = 21 МПа; Eq = 24 МПа.
Реактивный отпор грунта до усиления поясом Oq = 0,2 МПа.
125
о0 — реактивный отпор грунта
Е* — средние модули деформаций
осадки
£
с 03(У/
* £
СГ0+ 0.50}
SA ® SB — S
о0-олог _ о0+озог
£	_ е;
„ _ MES-Ej)
' oJ(e*+e;)
Рис.4.9. Расчетная схема усиливаемого здания при сквозной трещине,
разрезающей стены и фундамент:
а - до усиления; б - после усиления
Решение
Пользуясь формулой (4.22), определяем фиктивный отпор грун-
та, который бы способствовал выравниванию осадок в точках А и В‘.
О< = 424- 21). 0,027 мПа.
f 0,5(24 + 21)
Суммарная площадь подошвы фундамента оторванного блока
Лф = 5 21 + 61 = 16 м2.
126
Находим равнодействующую фиктивного отпора грунта по
формуле (4.21):
D 0,027 10-16 u
Pf =-----------= 216 кН
'	2
Пользуясь расчетной схемой (рис.4.9), находим требуемое
усилие натяжения пояса:
n =	= 216J = 2 7 кИ
6ЛТ 6-7
Задаемся усилием натяжения тяжей X = 0,ЗЯ$А.
Требуемая площадь сечения тяжей из СтЗ (/<,= 210 МПа):
А N 25,7 104	2
Д =------=-----1------г = 4,08 см
0,37?, 0,3-210 Ю3
Принимаем два тяжа 018, Л, = 5,09 см2.
Прочность кирпичной кладки стены на срез не проверяем, так
как при прочих равных условиях с учетом данных примера 4.3
площадь среза стены выше, а усилие в тяжах ниже. Следова-
тельно, условие прочности выполняется,
Методика расчета поясов оптимального сечения
Проектирование стальных поясов, устанавливаемых для усиле-
ния здания, является многовариантной задачей. Практика показы-
вает, что разработанное даже опытным проектировщиком конструк-
тивное решение не всегда является экономичным.
Рассмотрим задачу оптимального проектирования пояса, где
учитываются требования минимального расхода стали с позиций
прочности как самого пояса, так и прочности на срез каменной
кладки усиливаемого объекта. В общем случае задача оптимизации
сводится к отысканию экстремума целевой функции
с(хь х2,..., х„) ~ min(max),
где х, - определяющие параметры конструкции.
При этом должны выполняться ограничения в виде системы
неравенств, представляющие собой требования действующих норм.
Исходя из этого запишем целевую функцию в следующем виде:
с = CoA(Ji+l2)-pi,
где с - общая стоимость стальных поясов;
Сс ~ стоимость единицы массы стальных поясов;
А - площадь поперечного сечения одного стального пояса;
п - количество поясов;
у - плотность стали.
127
Систему ограничений выразим в виде двух неравенств. Первое
неравенство представляет собой условие прочности стальных поясов
-----------------V
п . (4 h2 ЛЛ
ЯЛ(1+*,+-+А,)
где Мт - момент, воспринимаемый стальными поясами, определи
емый по формулам (4.6) или (4.16);
Rs - расчетное сопротивление стали;
Л, - плечо усилия, воспринимаемого i-тым поясом.
Второе неравенство представляет собой условие прочности кир-
пичной кладки на срез:
(RS9 + О,8пцао)/С8
Д. ---------------- >
Я*
где RiQ ” расчетное сопротивление кладки иа срез;
1С - длина срезаемой части кирпичной кладки;
8 - толщина стеиы;
п, ц - коэффициенты, принимаемые в соответствии с 4.20
СНиП П-22-81.
На рис.4.10 представлена блок-схема оптимизации стальных поясов.
Необходимо подчеркнуть, что рассмотренные методы расчета
стальных поясов являются достаточно приближенными н могут
использоваться в коротких зданиях малой этажности (1-3 этажа) с
жесткой конструктивной схемой. При значительной протяженности
здания (более 30 м) рассчитывать усиленные поясом стены следует по
схеме балки переменного сечения на упругом основании, однако
структура расчетных формул в этом случае существенно усложняется.
Конструирование и расчет стабилизирующих устройств
При наличии сквозных широко раскрытых трещин кирпичные
стены усиливают автономно. Для этого иа усиливаемой стене с внешней
и внутренней сторон устанавливают стальные тяжи, которые
посредством поперечных балок-швеллеров замыкают в пояс. Тяжи
натягивают с помощью гаек или стягивающих муфт. Следует отметить,
что при усилении стен неотапливаемых зданий использование стального
пояса оказывается неэффективным из-за больших температурных
деформаций металла, в результате которых изменяется усилие натяжения
пояса и трещины "дышат". Для стабилизации - натяжения пояса разра-
ботано специальное пружинное устройство (стабилизатор), размеи^аемое
под поперечной балкой (рис.4.11). Оно состоит из распределительной
128
плиты 2, упорного уголка 3 и изогнутой стальной пластины-рессоры 4.
Стабилизация усилия натяжения при температурных деформациях пояса
достигается за счет упругой работы рессоры. Расчет рессоры, обеспе-
чивающей стабилизацию натяжения пояса, рассмотрим на примере.
Ввод исходных данных
L ,	, Aff) . А. f£),..., Я.((), £,	(е,
£,/),jU .6,#а. JKi Л*О, S

м~-
Д-
Тпещины внизу'-
/V, Ъ )(*д -мл)
ы г г (3d *4-44*^45]
____
Л?
~	0.667 <5о6dd (*«	>
Да
Да

C(s»sCcA(£<Ojb
нет
Стт
Атт ЯА
Зачать
C/7XS1' А'П1'1УГ}/ГНЛ
Рис.4.10. Блок-схема расчета поясов оптимального сечения


129
Рис.4.11. Усиление корпичной стены поясом
со стабилизирующим устройством-
1 - поперечная балка (швеллер); 2 - распределительная плита;
3 - упорный уголок; 4 - рессора; 5 - тяж (стержень)
Пример 4.5. Требуется проверить расчетом стабилизирующее
устройство, обеспечивающее усилие натяжения пояса от 20
до 40 кН.
Исходные данные
Длина стального пояса / = 30 м, максимальные значения темпе-
ратур наружного воздуха: июль +30°С, январь —30°С; коэффици-
енты температурного расширения: стали - ats ~ 120-10’7, кирпичной
кладки - а^ = 5010'7. Стабилизирующее устройство состоит из
130

одной изогнутой пластины-рессоры. Длина рессоры 1Р = 0,5 м,
ширина - Ьр - 0,4 м, толщина 5 = 8 мм, выгиб Д= 35 мм,
Е$ - 2,1-105 МПа. Расчетная схема рессоры дана на рис. 4.12.
Решение
Находим относительное удлинение стальных тяжей прн
изменении температуры наружного воздуха на 30°С:
М = (a£j - а<*)Д^7103 = (120 - 50)10 7 30 30 103 = 6,3 мм.
Определяем момент инерции сечения рессоры:
0_9 м<
р 12	12
Находим перемещение центра рессоры при натяжении пояса
Ро = 30 кН (температура воздуха 0°С):
Р°11	ЗОО.53 пт, •><
ДД = —----— = ----------=---5------т- = 0,021 = 21 м.
48Es-ip 48  2,1 • 105  10317,1 • 10-9
Рис. 4.12. Расчетная схема рессоры
Находим перемещение центра рессоры и усилие в поясе при
t = +30°С:
дА+зо°)= ДД - Д/ = 21 - 6,3 = 14,7 мм;
= 1-<3° = 21 кН
{+30) АД 21
Находим перемещение центра рессоры и усилие в поясе при
t = -30°С:
Д/(-зо“)= ДД + Д/ = 21 + 6,3 =27,3 мм < Д = 35 мм ;
131
P(~3V}
_ ДА(-зо°) -ро _ 27,3 -30 _
ДА 21
Для стабилизации напряжений стального пояса,
расположенного
по контуру здания, целесообразно использовать стабилизаторы
состоящие из спиральных пружин. При этом пружины
в цепь пояса и располагаются по торцам здания (рис. 4
13). Способ
подбора пружин рассмотрим на примере.
Поь. 2
Поэ. Ь
fb cffopej
Рнс.4.13. Стабилизация напряжений в поясе:
а - план здания; б - фрагмент фасада; 1 - стальной пояс;
2 - монтажный столик; 3 - пружинный стабилизатор (в сборе);
4 - пружина сжатая; 5 - стальной цилиндр
132
Пример 4.6. Требуется подобрать пружину для стабили-
затора, обеспечивающего усилие натяжения пояса в пределах от 15
до 20 кН (АР = 20-15 = 5 кН).
Исходные данные
Максимальная длина тяжей пояса I = 30 м. Удлинение тяжа
относительно кирпичной стены при изменении температуры
наружного воздуха на 40°С А/ = 8,4 мм.
Решение
Задаемся наружным диаметром пружины 0 = 100 мм с макси-
мальным усилием сжатия в пределах 20...25 кН.
Пользуясь справочником [43, табл.2.7], выбираем пружину
II класса N5417 со следующими геометрическими и рабочими ха-
рактеристиками: диаметр заготовки (проволоки) а = 20 мм, шаг
пружины t = 27,3 мм, максимальная деформация пружины
Гз = 84 мм, рабочая деформация Р2 = 63 мм; сила пружины при
деформации: максимальной - Р$ = 22,4 кН; рабочей -
Р2 = 16,8 кН; высота пружины Но = 334 мм.
Определяем падение усилия в сжатой пружине при удлинении
тяжа A/j - 8,4 мм по формуле
АР = А/< 'Рз- = 8>4 - — = 2,24 кН<5 кН,
F3 84
то есть условие выполняется.
Для стабилизации значительных (70-80 кН) усилий натяжения
пояса эффективно применение стабилизатора, состоящего из двух
пружин "одна в другой". Например, пружины N7108 (диаметр
170 мм) и N5417 (диаметр 100 мм) обеспечивают стабилизацию
усилия порядка 76 кН. Важным требованием прн выборе пары
пружин является их одинаковая высота.
При отсутствии стандартных могут использоваться и нестан-
дартные пружины, рассчитываемые на работу в паре по условию
совместности деформаций.
Пример 4.7. Требуется определить усилие и осадку каждой из
пары пружин стабилизирующего устройства при усилии натяжения
тяжей Р - 80 кН.
Исходные данные
Пружины свиты из проволоки одного диаметра 0 = 20 мм,
имеющие одинаковое число витков п = 10. Высота наружной и
внутренней пружин в свободном состоянии одинаковая. Радиус
133
осевой линии витка наружной пружины Pj = 0,08 м, внутренней
R2 = 0,05 м- Модуль упругости при сдвиге G = 8104 МПа.
Решение
Обозначим через Р{ и Р2 усилия, приходящиеся на каждую из
пружин. Составим уравнение равновесия:
Р\ + Р2 - Р или + Р2 = 80 кН.
Обозначим через Xi и Х2 величины осадки соответственно
наружной и внутренней пружин. Составим условие совместности
деформаций:
= Х2.
Запишем выражения для определения деформаций:
64РР,3п _ 64Р2Р23п
Gd4 Gd4
После упрощения получим
^/?,3 = Р2Л23,
51210’4Л = 1,2510-4Р2,
откуда Р2 = 4,lPj.
Подставим значение Р2 в уравнение равновесия:
Р, + 4,lPj = 80 кН,
откуда Р, = 15,69 кН, Р2 = 80 15,69 = 64,31 кН.
Определяем осадку пружин.
Для наружной пружины
_ 64РР3я 64-15,69-0,083-10 Лх
1 Gd4 8  104 10s О,О24
Для внутренней пружины
.	64Р2Я23п 64 -64,31 0,053  10 Л.
Gd4 8 Ю4  103 • 0,024
то есть условие совместности деформации выполняется.
Находим касательные напряжения, возникающие в витках
наружной и внутренней пружин:
134
т _ 16^1
nd2
16 -15,69 0,08
3,14 0,022
Г । 0,02 А
\ + 4  0,08J
= 16986 кН/м2 (16,986 МПа),
16Р2К2 Г + d ) = 16 64,31-0,05 Л + 0,02 )
nd2 V 4/?J	3,14 0,022 I 4-0,05>
= 45058 кН/м2 (45,058 МПа),
Ti < [т] ; т2 < [т].
4.2 Усиление кирпичных столбов
Усиление кирпичных столбов производят теми же методами, что
и ранее рассмотренные при усилении простенков, т.е. с помощью
железобетонных и стальных обойм. Эффективность применения
обойм зависит от конкретных условий усиления, а также наличия
необходимых материалов. При этом наиболее простым по испол-
нению считается усиление стальной обоймой, состоящей нз прод-
ольных уголков и поперечных планок. Однако следует учитывать,
что в условиях резкого удорожания стали, а также при больших
объемах усиления стальная обойма может оказаться экономически
нецелесообразной. Снизить металлоемкость обоймы можно, если
повысить эффективность ее работы в составе каменной конст-
рукции. Одним из таких способов является передача нагрузки не-
посредственно на продольные уголки обоймы, что, однако, не
всегда возможно в условиях реконструкции.
Рассматриваемый метод усиления стальной обоймой на ненапря-
гающем цементе позволяет существенно повысить ее эффективность
даже в том случае, если отсутствует непосредственная передача на
нее нагрузки.
Это достигается следующим образом (рис.4.14):
1.	К усиливаемому элементу с помощью проволочных хомутов
или струбцин крепят уголки.
135
2.	Элемент оштукатуривают заподлицо с наружной поверх
ностью уголков.
Поз, {
Рис 414 Схема усиления кирпичного простенка стальной обоймой
1 - уголок; 2 - планка, 3 - резьбовое отверстие 012 мм, 4 -штуцер,
5 -контрольное отверстие 03 мм, 6 - зона зачеканивания ’
3.	К уголкам с заданным шагом приваривают предварительно
отрихтованные (спрямленные) поперечные планки, добиваясь плот-
136
ного их прилегания к оштукатуренной поверхности усиливаемого
элемента. После этого струбцины (хомуты) снимают.
4.	В торцах на глубину 50-70 мм зачеканивают зазоры между
уголками и кирпичной кладкой
5.	В резьбовое отверстие 3 уголка вворачивают штуцер растворо-
насоса 4, через который закачивают раствор, приготовленный на
расширяющемся цементе Наполнение раствором контролируют с
помощью специальных выпускных отверстий 5. Последовательно
заполняют раствором полости и другие углы усиливаемого эле-
мента.
6.	Детали обоймы защищают антикоррозионным покрытием или
оштукатуривают по сетке.
Растворная смесь наполнения готовится в растворомешалке
небольшими порциями и используется в течение 2-х часов.
Для приготовления раствора применяются расширяющиеся
(напрягающие) цементы марок НЦ-10 НЦ-20 (ТУ 21-20-48-82 и
ТУ 21-20-18-80), песок с модулем крупности 1-1,5 (ГОСТ 8736-85).
Устройство стальной обоймы выше приведенным способом в
сравнении с традиционным позволяет дополнительно на 15-20%
увеличить несущую способность усиливаемого элемента. Положи-
тельный эффект достигается как за счет ощутимого преднапря-
жения обоймы расширяющимся цементом, так и вследствие хоро-
шего сцепления арматуры (уголков) с раствором наполнения, а
через него и с кирпичной кладкой.
Исследования показывают, что по эффективности сдерживания
поперечных деформаций кирпичной кладки указанная обойма при-
ближается к железобетонной.
Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной стальной
обоймой по предложенному методу, прн центральном и виецент-
ренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы
ядра сечеиия, рекомендуется производить по формуле
N < <рф + г]	А + ЯД: ,
I 9 к 1 + 2ц 100j	“ *
(5.24)
где - продольная сила;
А - площадь сечения усиливаемой кладки;
А,’ - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы;
Rsw ~ расчетное сопротивление поперечных планок обоймы на-
значаемое в соответствии с [40, табл. 10];
137
Rsc ~ расчетное сопротивление уголков [40, табл. 10];
ф - коэффициент продольного изгиба;
mq - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздей-
ствия нагрузки;
mk ~ коэффициент условий работы кладки, принимаемый рав-
ным 1 для кладки без повреждений и 0,7 для кладки с
трещинами;
р - процент армирования поперечными плайками, определяе-
мый по формуле
где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;
S - расстояние между осями поперечных планок, прини-
маемое не более 50 см (Л >5 £b).
Коэффициенты ф и г) принимаются при центральном сжатии
ф = 1; т| = 1, при внецентренном сжатии определяются по фор-
мулам:
* = I
где 6q - эксцентриситет приложения сжимающей силы N.
Пример 4.8. В связи с реконструкцией, требуется усилить
кирпичный простенок сечением bxh = 64x64 см для восприятия
сжимающей силы N = 630 кН, приложенной с эксцентриситетом
6q =• 5 см Расчетная высота столба = 2,8 м.
Характеристика материалов
Кирпич глиняный, пластического прессования марки 75, раствор
марки 25, R = 1,1 МПа; а ~ 1000.
Кладка имеет повреждения т^ ~ 0,7 Вертикальная арматура
стальной обоймы из четырех уголков 50x50 мм 19,2 см2,
= 43 МПа; поперечные планки из полосовой стали
Rsw = 150 МПа.
Усиление стальной обоймой проектируем в двух вариантах.
1-й вариант - традиционный (по оштукатуренной поверхности
простенка).
2-й вариант - на напрягающем цементе.
138
Находим общие расчетные параметры.
Коэффициенты:
mq = 1;
ф = 1_Гео=1_2^ = 0844-
h 64
л = 1 -	= 1 -	= 0,688.
р 64
Гибкость \hnp
Iq /1000 _ 280 /1000
А V а 64 \1000
Коэффициент ф = 0,992.
Ф1 =Ф 1--.
п
£ofo,O6^-O,2
AV А >
— (о,06 ^5-0,2
64V	64
= 0,99.
Определяем составляющую усилия, которая воспринимается
поперечными планками обоймы:
^ПОП = Т	~	~
фф
- °>7 • м  Ю3 • 0,41 - 43  103 • 19,2 • Ю4 = 356 кН.
0,844 • 0,99
Пользуясь формулой (40,(71)], определяем требуемый процент
поперечного армирования для 1-го варианта усиления:

1 + 2£ц 100
356 = 0,688 2<5ц -150' -°- • 0,41,
1 + 2£р	100
откуда ц = 2,13%.
Принимаем шаг поперечных планок 5 - 25 см. Площадь попе-
речного сечеиня планки определяем по формуле
y^hbS 2,13-64-64-25	2
‘ 51 2(А + Ь)100 2(64 + 64) -100 СМ '
139
Пользуясь формулой (4.24), находим требуемый процент по-
перечного армирования для второго варианта усиления:
кт Зц Rsil а
N =г п -----------— А"
поп л 1 + 2ц 100 '
356 = 0,688	• -50 103  0,41,
1 + 2ц 100
откуда ц = 0,64%.
Площадь поперечного сечения планки при заданном шаге
S = 25 см2 будет равна:
Л.2 = А, — - 852^ = 255 см2.
Ц1 2,13
Таким образом, расход стали иа поперечные планки при уси-
лении по 2-му варианту сокращается примерно в 3,3 раза.
Примечание. Для восприятия сжимающей силы N - 500 кН
(при тех же исходных данных) расход металла на поперечные планки во
2-м варианте будет меньше в 1,7 раза.
4.3. Усиление фундаментов
Фундаменты являются важным элементом здания, обеспечи-
вающим его прочность, устойчивость и долговечность, в связи с чем
вопросам их усиления придается большое значение.
Понятие "усиление фундаментов" включает в себя несколько мо-
ментов: усиление грунтового основания, увеличение площади по-
дошвы фундамента и его разгрузка за счет устройства допол-
нительных опор. Следует отметить, что особенно неблагоприятна
для большинства зданий неравномерная осадка фундаментов,
обусловленная неоднородностью грунтового основания и ухудше-
нием его свойств при замачивании. Поэтому при усилении фун-
даментов часто оказывается достаточным улучшить физико-меха-
нические характеристики грунтового основания способами, изло-
женными в табл.4.10.
Из рассмотренных способов наибольшее распространение полу-
чили цементация и силикатизация грунтов.
140
Способы повышения физико-механических характеристик грунтового основания
О
св
Я
S
ч
Эффект усиления: прочность, МПа	водонепроницаемость, В	I	Q3		«3	8'0 “ 9'0	оз	S 1 эд О'	о сЧ 1 3	оз		tl		( водоустойчивость)
Допустимые параметры применения		Кф>80 м/сут		Кф=80-2 м/сут		Кф=2-0,1 м/сут		Кф=5-0,5 м/сут	Кф=5-0,5 м/сут		1 Воздухонепрони-	цаемость не менее 0,1 м/с
Грунт		Крупнозернисты е пески		Пески		Лессы		Мелкие пылева- тые пески	Пески		I Лессы, лессо-	видные суглинки и черноземы
Сущность метода		Нагнетание цемент- ной суспензии		Последовательное	нагнетание растворов силиката натрия и хлористого кальция	1 Нагнетание раство-	| ра силиката натрия	То же, с отвердите- лем	Нагнетание раствора 1	карбамидной смолы с отвердителем	Сжигание топлива в	скважине
Метод закрепления грунта		Цементация		Двухрастворная силикатизация		Однорастворная силикатизация		То же	Смолизация		Термический способ	
При усилении бутобетониых фундаментов
старых зданий хорошо зарекомендовал себя метод железобетонной
обоймы (табл.4.И.), который позволяет увеличить площадь по-
дошвы фундамента и одновременно повысить его прочность. Для
этого в фундаменте пробиваются сквозные отверстия, через которые
пропускаются стальные или железобетонные балки с шагом 2-3 м.
После укладки арматурных сеток или каркасов заливается бетонная
смесь. Совместная работа обоймы и фундамента обеспечивается
балками й силами трения по поверхности контакта.
С целью повышения эффективности обоймы перед ее устрой-
ством производится обжатие грунта основания бетонными блоками
(банкетами) при помощи домкрата (табл.4.11, п.2).
Усиление осуществляется следующим образом, в предварительно
пробитые в фундаменте отверстия вставляются балки (поз.1) и
замоноличиваются бетоном класса В15-В20. Затем укладываются
банкеты и на них - домкрат в распор с балкой. Усилие обжатия
грунта домкратом фиксируется с помощью распорок, а затем -
отвердевшим бетоном обоймы. Работы по усилению производятся
последовательно, участками по всей длине фундамента.
Если прочность материала фундамента низкая н не позволяет
выполнить обжатие грунта выше упомянутым способом, то фунда-
мент предварительно усиливают продольными балками, укладывае-
мыми на растворе в специально устроенные ниши (табл.4.11, п.З).
Усиление фундаментов сваями получило в последнее время
широкое развитие при реконструкции зданий. В табл.4.12, ц.1 по-
казан способ усиления набивными сваями, скважины под которые
делаются посредством пневмопробойника импульсно-упорного дей-
ствия. По данным [9] при сравнительно небольшой мощности воз-
действующего механизма пробойник позволяет получать в пыле-
вато-глиннстых грунтах скважины диаметром 12,-20 см без выемки
грунта, что очень удобно в стесненных условиях реконструкции.
Кроме того, вокруг скважины создается зона уплотненного грунта,
обеспечивающая благоприятные условия для работы сваи.
В табл.4.12 представлен! i способы усиления фундамента сваями, со-
стоящими из последовательно вдавливаемых в грунт секций. Сваи мот
быть из стальных труб или железобетонными. Задавливание секций^
имеющих длину 0,5-1,5 м, осущеспшяется с помощью домкрата, установ-
ленного под фундаментом в специально вырытой нише или же по обе
стороны от фундамента. Наращивание секций сваи производится до тех
142
пор, пока сопротивление вдаиликигню не достигнет заданного проектом
предельного значения. Затем давление в гидродомкрате обрасынзегся до
величины, при которой определяется контрольное погружение. Величина
контрольного погружения должна быть не более 0,1 мм за 30 минут на-
блюдений. Параметры усиления фундаментов способом вдавливания свай
регламентируются инструкцией [10]. Установки для вдавливания
УБПС-640, 660, 3000 рассчитаны соответственно на усилия 640, 660 и 3000
кН, минимальный шаг свай составляет 450-600 мм.
Эффективность усилия в каждом конкретном случае определя-
ется в зависимости от технического состояния существующего фун-
дамента и ожидаемого после реконструкции увеличения нагрузки.
Таблипа 4.11
Усиление фундамента наращиванием
№ п/п	Способ усиления. Эскиз усиления	Элементы усиления 1	
		№ UO3.	Основные параметры ,
1	Усиление без обжатия грунта	1	Балка! 16... 24
	основания	2	Бетон наращивания ,
			кл.В12,5...В20
		3	Арматурная сетка из i
			стержней кл.А1
			010... 12 с шагом 200 i
			
2	Усиление с обжатием грунта	1	Балка116...24	1
	основания	2	Бетон наращивания
			кл.В12,5...В20
	ттэт	V/ ////) Л//7А V" rSk/A X—	3	Домкрат
		4	Бетонный блок
			(сборный)
3	Усиление стальной обвязкой	1	Балка! 16... 24
	и обжатием грунта основания	2	Бетон наращивания
			кл.В12,5...В20
		7	3	Домкрат
		4	Бетонный блок
	1 Т7Т	5	Балка [ 20...26
143
Таблица 4.12
Усиление фундамента свями
№
п/п
Спсооб усиления.
Эскиз усиления
Усиление вдавливанием свай
вне фундамента
3
Усиление вдавливанием свай
под фундаментом
Элементы усиления	
№ поз.	Основные параметры
1	Балка 16...24
2	Бетон кл.В12,5 ,.В20
5	Буронабивная свая 0120...200
6	Арматурный каркас 1
7	Железобетонная балка (ростверк)
8	Стальные	тяжи 020...25
9	Домкрат
10	Элемент свай
9	Домкрат
10	Элемент сваи
11	Распределительная плита
12	Направляющая стойка
144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Рассматривая в целом проблему оптимизации диагностики и
усиления строительных конструкций, следует отметить большую
роль математических методов исследования, которые позволяют с
минимальными затратами времени достаточно полно и объективно
определить эффективность принимаемых решений, что возможно
при широком использовании электронно-вычислительных машин и
других современных технических средств. Наибольший эффект, как
правило, достигается при комплексной автоматизации проектиро-
вания с использованием САПР. Однако для этого необходима пол-
ная и объективная информация о техническом состоянии конст-
рукции, охватывающая всю совокупность факторов и связей.
Практика показывает, что необходимо и дальше совершенст-
вовать теоретическую базу, особенно в вопросах оценки действи-
тельных запасов прочности конструкций, имеющих повреждения.
Не секрет, что из-за условности расчетных схем и несовершенства
методов расчета перерасход материалов при усилении конструкции
порой составляет двести и более процентов.
145
ПРИЛОЖЕНИЯ
П риложение 1
Таблица 1
Виды гидроизоляции помещений
* Гидроизоля- ция	Группа трещиностойкости конструкции								
	трещиностойкая			ограниченно трещиностойкая			нетрещино- стойкая		
			категория сухости помещения						
	I	И	III	I	II	III	I	II	III
Окрасочная	-	КП	ГН0,5	-	-	КП	-	-	-
Штукатурная	-	ГН 0,5:1	ГН 1:3	-	КП	ГН 0,5:1	-	7	- ,
Оклеечная	ГН 1:5	ГН 2:15	ГН 5:20	КП ГН 1:3	ГН 1:5	ГН 2:15	КП	КП	КП
Пропиточная		КП	ГН 0,5:1	-	-	-	-	-	-
Зас ыпная	-	КП	КП	-	-	-	-	-	-
Монтируемая	ГН 50	-	-	ГН 50	-	-	ГН 50	-	- 1
Примечание. КП - капиллярный подсос, ГН - гидростатичес
кий напор, м [25].
146
Продолжение прил.1
Таблица 2
Виды гидроизоляции стен
со стороны гидростатического напора [26]
Величина гид- ростатического напора, мм	Состав гидроизоляционного ковра для стен
1	2
До 1000	Противонапорная гидроизоляция а) Сухой режим эксплуатации Три слоя гидроизоляции по 1,5-2 мм из битумно- по димерных мастик (БПМ); грунтовка из разжиженных битумных эмульсионных паст (РБЭП) или битумных растворов (БР)
1000-3000	Глиняный замок; 4 слоя гидроизоляции по 1,5-2 мм из БПМ; грунтовка из РБЭП или БР
Более 3000	Глиняный замок: 5 слоев гидроизоляции по 1,5-2 мм из БПМ, грунтовка из РБЭП или БР; торкретбетон
До 1000	б) Обычный режим эксплуатации Три слоя гидроизоляции по 1,5-2 мм из БПМ или битумных эмульсионных мастик (БЭМ); грунтовка из битумных эмульсионных паст (БЭП) или битумных растворов
1000-3000	Глиняный замок; 4 слоя гидроизоляции по 1,5-2 мм из БПМ или БЭП; грунтовка из РБЭП или БР
Более 3000	Защитный слой в виде облицовки; 5 слоев гидроизоляции по 1,5-2 мм из БПМ или БМП; грунтовка из БР; торккретбетон
До 1000	в) Мокрый режим эксплуатации Три слоя гидроизоляции по 1,5 или 2 мм из БЭМ; грунтовка из РБЭП
1000 - 3000	То же, 4 слоя
Более 3000	То же, 5 слоев
	Противокапиллярная гидроизоляция Два слоя гидроизоляции по 2,5-3 мм из БМП или БПМ; грунтовка из РБЭП
147
Окончание прил.2
Таблица 3
Материалы для гидроизоляционных покрытий
и ориентировочные сроки их службы [25]
Гидроизоляция	Толщина, мм 4	Срок службы, год		
		в атмосфере	в грунте	под водой
Битумная		3...4	5...7	3...4
Битумно- эмульсионная	6	3...4	5...8	-
Битумно-латексная	6	5...6	8...10	-
Битумно-наиирит- ная	3	8...10	14...16	8...10
Асфальтобетонная (литая)	15...20	5...6	20...25	5...7
Эпоксидная	0,8...1	10...13	13...15	8...10
Эпоксидно-дегте- вая	2...3	12...14	16...20	10...12
Полимерцементная	2...3	12...14	14...15	10...14
Рубероидная	7...9	8...10	14...16	-
Гидроизольная	8...10	9...12	16...20	8...12
Изольная, ори- зольная	8...10	8...10	10...12	10...12
Полиэтиленовая	1.. 1,2	1	18.. .26 <	17...20
Металлическая: из кровельного оцинкованного листа из кровельного окрашенного листа из алюминия	0,8...1 0,8...1 0,8...!	9...10 7...8 10...12	-	-
Асбестоцементная	4...10	8...10	-	-
Бетонная с окра- сочной изоляцией	4	3...4	-	-
Плотный бетой	65...80	18...20	-	-
Полимербетон	30...40	18...25	-	-
148
Приложение 2
Составы защитных покрытий для железобетонных конструкций
Цементно-латексная гидроизоляция
Латекс С К С-65	150
Портландцемент марки 400-500	100
Жидкое стекло	10
Сланцевое масло	3
Гидроизоляция из ЭПОКСИДНЫХ смол
Эпоксидные смолы ЭД-20, ЭД-16	100
Ацетон (растворитель)	20
Дибутилфталат	7
Полиэтиленполиамин ПЭПА (отвердитель)	10
Алиминиевая пудра ПДК-4	16-24
Эпоксидно-деггсвдя гидроизоляция
Эпоксидные смолы ЭД-20, ЭД-16	100
Модификатор - пековый дистиллят легкий	112-120
Тонкомолотый песок, цемент	120-180
Отвердитель ПЭПА	12-17
Эпоксидно-фурфуроловая гидроизоляция
Эпоксидные смолы ЭД-20, ЭД-16	20
Фурфуролацетоновый мономер	20
Отвердитель ПЭПА	5
Бензосульфокислота	5
Молотый песок (наполнитель)	50
Ацетон (растворитель)	4-5
Битумно-латексная гидроизоляция
Битум Латекс
Грунтовка	10......-
Первый и второй слои	90.....10
Третий и четвертый слои	85.....15
Пятый и последующий слои	80.....20
Кислотоупорная шпаклевка
Диабазовая мука (базальтовый порошок)	100
Кремнефтористыи натрий	6
Жидкое стекло (плотность 1,4 т/м)	34
149
Окончание прил.2
Химически СТФЙКИЙ ДОДИМСрраствор
Метилметакрилат (ММА)	4-5
Стабилизатор марки АБС	100
Перекись бензоила (ПБ)	8-10
Диметиланилин (ДМА)	2-5
Низкомолекулярный парафии (НП)	0,5
Тонкомолотый диабаз	90
Песок (кварцевый)	210
Для защиты железобетонных конструкций, работающих в силь-
иоагрессивных атмосферных и агрессивных жидких средах без ме-
ханических воздействий в процессе эксплуатации широко при-
меняются битумные покрытия в виде шпаклевок и плотных шту-
катурок. Битумы используются в разогретом до 150-200°С виде,
смешанными с наполнителями и растворенными в маслах и
углеводородах.
Для защиты покрытий и стен от разрушения парообразной аг-
рессивной средой применяются лаки и эмали. Наиболее распро-
странены для этой цели битумно-смоляные эпоксидные эмали,
полихлорвиниловые (ПХВ) эмали и лаки, кремнийорганические
эмали. В связи с высокой проницаемостью лакокрасочных покры-
тий они выполняются многослойными: от трех до восьми слоев в
зависимости от агрессивности среды.
При устройстве защитного покрытия особое внимание уделяется
подготовке поверхности: она должна быть чистой, ровной и сухой.
150
Приложение 3
Таблица 1
Требования к бетону конструкций,
эксплуатируемых в агрессивных средах
Плотность бетона	Условное обозначе- ние	Показатели, характеризующие плотность бетона		
		марка бе- тона по во- донепрони- цаемости	водопогло щение, %, по массе	водоцемент- ные отно- шения, не более
Нормальная	Н	В-4	5,7-4,8	0,6
Повышенная	П	В-6	4,7-4,3	0,55
Особо высокая	О	В-8	4,2 и менее	0,45
Таблица 2
Требования к плотности и толщине защитного слоя бетона
Степень агрессив- ного воздей- ствия	Минимальная толщина защитного слоя бетона, мм, для конструкций, эксплуатируемых			Плотность бетона конструк- ций, армированных сталью, классов		
	в газообразной среде		в жид- кой среде	AI, АН, АШ, AIV, Вр!	ВП, ВрП, каналы	AV, AVI, At-IVC, AtV, AtVI
	ребри- стых плит, балок	ферм, колонн				
Слабая	15	20	25	н	П	П
Средняя	15	20	30	П	О	О
Сильная	20	25	35	О	О	Не допус- кается
151
Приложение 4
Таблица 1
Результаты предварительного обследования зданий после пожара.
№ п/п	Обследуемые части здания (оси, этажи)	Полностью разрушенные конструкции (указать характер разрушения)	Частично разрушенные конструкции (указать характер разрушения)	Вывод о необходимости замены или усиления конструкций, возмож- ность нахождения людей на конструкциях или под ними	Вывод о возмож- ности нахождения людей в обследуе- мых помещениях
1	2	3	4	5	6
					
Продолжение прил. 4
Таблица 3
Определение величины снижения прочности бетона
после пожара [45]
Вид и условия твердения	Снижение прочности. %,при мак- симальной температуре нагрева, °C						
	60	120	150	200	300	400	500
1	2	3	4	5	6	7	8
Тяжелый с гранитным запол- нителем, естественное	30	30	30	30	40	60	70
То же, тепловлажностная обработка	15	20	20	20	20	30	45
То же, с известняковым за- полнителем	15	20	20	25	25	40	60
Легкий с керамзитовым за- полнителем, тепловлажност- ная обработка	10	10	10	10	10	15	20
Примечания: 1. После нагрева до температуры выше 500°С
значения прочности бетона принимаются равными нулю. 2. Про-
межуточные значения прочности бетона устанавливаются линейной
интерполяцией.
154
Продолжение лрил. 4
Таблица 4
Определение величины снижения прочности арматуры после
пожара [45]
Положение арматуры в конструкции, нали- чие предварительного напряжения	Класс арматуры	Снижение прочности, %, при максимальной температуре нагрева, °C		
		300	400	500		
1	2	3	4	5
За пределами зоны анкеровки независимо от преднапряжения	A-I, А-П, А-Ш	иет	нет	нет
	A-IV, A-V, A-VI	то же	5	10
	AT-IV, At-V.At- VI	TI	10	20
	В-П, Вр-П, К-7	It	30	60
В зоне анкеровки арматуры, ненапрягаемой	А-П, А-Ш, A-IV	1»	20	40
	A-V, Ат-П1, Ат- IV	II	20	40 •
	AT-V		20	40
То же, предварительно напрягаемой	A-IV, Ат-IV	Э1	25	50
	A-V, AT-V	•1	30	60
	A-VI, Ar-VI	It	35	70
	Bp-II, K-7	и	45	90
	В II	II	60	-
Примечания: 1. Прочность арматуры (за исключением класса
В-П) после нагрева до температуры выше 500°С принимается равной
нулю; для класса В-П это значение принимается после температуры
нагрева выше 400°С. 2 Промежуточные значения снижения прочности
арматуры устанавливаются линейной интерполяцией.
155
Продолжение прил. 4
Таблица 5
Определение температуры нагрева в помещениях при пожаре
по внешнему виду и состоянию различных материалов
и предметов [44,45]
Материал, предметы конструкции	Темпера- тура, °C	Изменения после нагрева
1	2	3
Масляные краски и эмали в покрытиях конструкции	200	Темнеют без нарушения целостности покрытия
То же	300	Темнеют и покрываются трещинами
Свинец (элементы запекан- ки, обмотки кабеля и пр.)	300-500	Скругление углов или образование капель
Масляные краски	400	Чернеют и отслаиваются
Краски на битумных лаках	400	Покрываются трещинами и отслаиваются
Цинк (элементы пайки), свинец		Образование капель
Краски всех видов в по- крытиях конструкций	500	Осыпаются, цвет опреде- ляется цветом наполни- теля
Бетон	500-600	Цвет розоватый до крас- новатого, выкалызание зерен заполнителя из си- ликатных пород
Алюминий и его сплавы (де- тали конструкций, посуда)	650	Образование капель
Любое покрытие окрасоч- ное, кроме термостойкого	700	Полностью выгорает
Отливки из стекла (блоки, бутылки и пр.)		Размягчение, слипание
То же	800	Потеря формы
Латунь, фурнитура дверей, бронза	900	Скругление углов, обра- зование капель
Серебро (украшения, столо- вые принадлежности)	950	То же
156
Продолжение прил. 4
Окончание табл.5
1	2	3
Бронза (люстры, ручки)	1000	Образование капель
Медь, литой чугун (трубы, радиаторы и пр.)	1100-1200	То же
Конструкции из керамзито- бетона		Оплавление
Бетон в конструкциях		Оплавление
Таблица 6
Средняя пожарная нагрузка д в зданиях и сооружениях [45]
д, Мкал/м2	Назначение помещения
1	2
	Производственные здания и сооружения
2000	Склад угля
1200-1000	Помещения для производства лаков и красок
800	Производство синтетических смол, пропитка дерева
600	Производство вспененных синтетических материалов
500	Промежуточный склад для отгрузки воска, лакокра- сочных изделий. Производство паркета, воска, толя, мукомольные (без склада кормов). Упаковка и отправ- ка печатной продукции. Смешивание лаков и красок. Холодильные камеры
300	Производство клеев, мастик, шпаклевок, замазок, вос- ковых свечей, штор, деревянных бочек, ящиков, мака- ронных изделий, пищевых масел, жиров. Переплетная мастерская. Помещение сушки овощей. Цех горячей вулканизации
200	Производство бытовых холодильников, плиток из син- тетических смол, материалов автомобильной отделки, авторезины, картонных ящиков, фанеры, обуви, поли- графических красок, изделий из дерева, искусственной кожи, белья, сливочного масла, какао. Картонная фабрика. Столярная мастерская. Стеколь- ный завод. Цех сушки древесины. Промежуточный склад для отгрузки продовольственных товаров, ак- кумуляторов, изделий из стекла и синтетических ма- териалов, картонажных изделий, мебели, обуви
157
Продолжение прнл. 4
Продолжение табл 6
1	2
100	Производство оружия, брезента, электрических обмоток и электроаппаратуры, нетканых материалов, каучука, канатов, кожаных изделий. Бисквитная фабрика, мебельная фабрика (без склада) котельная. Предприятия электро- и химической про- мышленности. Лесопильный завод (без склада). Кра- сильный цех. Фотолаборатория. Сварочный цех. Ателье меховое, по ремонту мягкой мебели и мелкого ремонта изделий. Студия радиовещания. Киностудия. Телесту- дия. Кафе. Сборка автомобилей, мотоциклов. Упаковка медикаментов, негорючих материалов и изделий
40	Производство автомобильных кузовов, самолетов, мото- циклов, сантехнического оборудования, оптических из- делий, инструментов, художественных изделий из ке- рамики, игрушек, медикаментов, мыла, хлебобулочных изделий, сгущенного и порошкового молока, сыра. Сборочный цех авиационного завода. Механический цех. Винокуренный завод. Ювелирная мастерская. Ла- боратории: металлургическая, рентгеновская, физичес- кая, электрическая, бактериологическая. Шлифовка и лакировка дерева. Обработка металла. Окраска авто- мобилей машин и пр. оправка жестяных изделий
20	Производство кислот, листового железа, алюминия, цемента и изделий из него, чугуна, древесных плит, ламп, зеркал, безалкогольных иапитков, стекла, уксуса. Стенд для испытания машин. Телефонная станция Лакировочное оборудование. Бытовые помещения Пи- воваренный завод. Винокуренный завод Винные по- греба. Шлифовка и сварка металла. Обработка камня Складские помещения (материал, который хранится в помещении)
6800	Каучук сырой
6000	Мешки из синтетического материала
4500	Масла смазочные. Жир пищевой. Масло пищевое и техническое в бочках
158
Продолжение прил 4
Продолжение табл.6
1	2
3300	Мука, зерно в насыпном состоянии. Мешки бумажные
2250	Уголь. Бумага в рулонах и печатная продукция в поддонах Молоко-порошок. Мука в мешках Сахар
1300	Газ сжиженный в бутылках. Материалы синтетические. Смола синтетическая в бочках. Деревянные элменты перекрытий. Плиты древесные. Лесоматериал неошкуренный. Фанера. Картон листовой. Иаделия ре- зиновые. Зерновые в мешках. Масло сливочное
700	Смола синтетическая в плитках. Растворители. Лаки очищенные. Гудрон. Асфальт в бочках. Целлулоид. Изделия из воска. Клеи Отходы текстильной про- мышленности. Дрова. Фанера. Книги, Корма и фураж. Продукты пищевые. Шоколад, сыр. Изделия табачные
350	Аккумуляторы. Изделия из синтетического материала. Лаки в бидонах. Мастики и замазки. Резина автомо- бильная Изделия деревянные. Игрушки. Картон гоф- рированный Иаделия писчебумажные. Пробковые из- делия. Пенька. Иаделия текстильные. Изделия мехо- вые. Изделия из искусственной кожи. Продукты про- довольственные. Сухари, галеты, печенье Напитки спиртные Табак (сырье) Спички
120	Емкости из синтетических материалов Холодильники бытовые. Изделия из поролона. Изделия картонные, ящики деревянные, щетки, метлы. Изделия косме- тические. Обувь. Одежда. Белье. Ткани трикотажные и сетчатые. Изделия кожаные, набивочные материалы для мебели
30	Приборы бытовые. Приборы электронные. Запасные части к автомобилю. Электрооборудование. Инстру- менты различные. Товары аптекарские. Медикаменты. Рамы оконные деревянные и из искусственного ма- териала. Нитраты Удобрения. Цемент. Перо для поду- шек и перин. Цветы искусственные. Яйца
159
Продолжение прил. 4
Окончание табл.6
1	2
•	Торговые н общественные здания
400	Библиотека
300	Магазины: электротоваров, химикатов, хозяйственный, книжный. Газетный киоск. Аптека
160	Магазины’ резиновых изделий, обувной, кожаных из- делий, игрушек, спорттоваров, одежды, ковровых из- делий, по продаже спиртных напитков, табачный. Выставка мебели
90	Магазины: оружейный, радио- и телетоваров, фо- тотоваров, мебельный, булочная, кондитерский, юве- лирный, универмаг. Чайная. Ресторан. Гостиница. Больница. Детские ясли. Общежитие. Театр Кино- театр. Почта. Банк. Часовая мастерская
50	Магазины: изделий из стекла, швейных машин, му- зыкальных инструментов, меховой, овощной. Аптека. Столовая. Парикмахерская Музей. Детский сад. Ху- дожественная выставка. Подземные гаражи
25	Магазины: мясной, молочный, цветочный, зоомагазин. Выставка машин и оборудования. Церковь Зубовра- чебный кабинет
	Конторские помещения
1000	Архив
180	Подвал жилого дома. Чердачное помещение. Техни- ческое бюро. Банк (служебные помещения).
760	Транспортное бюро. Квартира. Бокс для автомобиля. Гаражи в жилом здании.
Примечание, Табл.6 относительно [45] дается в сокращенном
виде.
160
Продолжение прил. 4
Таблица 7
Коэффициенты, учитывающие снижение прочности бетона
после пожара [16]
Вид крупного за- полнителя, условия твердения бетона	Коэффициенты тЬу (над чертой) и т'ьу (под чертой) при t°C							
	80	120	200	300	400	500	600	700
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Гранит,	0.9	£LZ		0,9	QJ.	0.6	0^	О
естественное	0,7	0,7	0,7	0,6	0,4	0,3	0,2	0,1
Гранит,	0,9	0,9	1	1.1	0,9	0.8	05	О
пропаривание	0,9	0,9	0,9	0,9	0,7	0,55	0,35	0,1
Известняк,	0,9	0,9	0,9	1.1	07	0.65	0.45	О
пропаривание	0,9	0,9	0,85	0,8	0,6	0,4	0,2	0,1
Примечания: 1. тЬт и т'Ь1- - коэффициенты, учитывающие сни-
жение кубиковой и соответственно призмениой прочности бетона. 2. При
охлаждении бетона водой значение коэффициентов необходимо снизить
на 20% 3. При оценке длительной прочности бетона значения и т'ЬТ
после нагрева до £>400°С принимают равными нулю, при 80<t^400°C
значения снижаются на 30%.
Т аблица 8
Коэффициент, учитывающий снижение прочности
стержневой арматуры после пожара [16]
Стержневая арматура класса	Коэффициенты при температуре нагрева t°C							
	450	500	550	600	650	700	750	800
1	2	3	4	5	6	7	8	9
A-I	0,8	0,7	0,5	0,4	0,25	0,15	0,1	0,05
А-П	1	0,75	0,5	0,4	0,2	0,15	0,1	0,06
А-ПВ	0,8	0,6	0,4	0,25	0,1	0,05	0,03	0
А-Ш	1	0,8	0,6	0,45	0,3	0,2	0,1	0,05
А-Шв	0,9	07	0,5	0,3	0,2	0,1	0,07	0,03
А-IV	0,85	0,7	0,5	0,35	0,2	0,15	0,08	0,03
A-rlV	1	0,7	0,4	0,2	0,1	0,05	•»	-
A-V	0,8	0,6	0,4	0,2	0,1	0,05	0,03	-
Ат-V	1	0,7	0,4	0,15	0,05	0,01	-	-
AT-VI	0,6	0,4	0,2	0,1	0,05	0,02	-	-
A-p-VII	0,6	0,4	0,25	0,1	0,1	0,04	0,02	-
Примечание. После нагрева в интервале от 20 до 400°С mjT=l.
161
Продолжение прил. 4
Таблица 9
Коэффициент, учитывающий снижение прочности арматуры
класса A-VI, проволоки и канатов после пожара [16]
Класс арма- туры	Коэффициенты при температуре нагрева t°C.											
	250	300	350	400	450	500	550	600	650	700	750	800
В-1	0,85	0,85	0,72	0,6	0,5	0,35	0,2	0,1	0,01	-	-	-
Вр-1	0,85	0,85	0,72	0,6	0,5	0,35	0,2	0,1	0,01	-	-	-
в-п	0,77	0,64	0,55	0,43	0,4	0,3	0,2	0,15	0,1	0,05	0,03	-
Вр-П	0,77	0,64	0,55	0,43	0,4	0,3	0,2	0,15	0,1	0,05	0,03	-
К-7	0,77	0,68	0,55	0,47	0,4	0,3	0,2	0,1	0,05	0,02	-	-
A-VI	0,77	0,72	0,68	0,6	0,6	0,5	0,35	0,2	-	-	-	-
Примечание. После нагрева в интервале от 20 до 200°С wst=1
Таблица 10
Значение коэффициента fy, в зависимости
от коэффициента проемности k\ и типа ограждения [44,45]
Материал ограждений	К		^а2н°^/а3			
	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	0,12
1	2	3	4	5	6	7
Тяжелый бетон	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85	0,85
Легкий бетон	3,00	3,00	3,00	3,00	3,00	2,5
Тяжелый бетон (50%) и легкий бетон (50%)	1,35	1,35	1,35	1,50	1,75	2,00
Тяжелый бетон (33%) и легкий бетон (50%), а также (17%) трехслой- ных конструкций из гип- совой плитки, минераль- ной ваты и кирпича	1,65	1,50	1,35	1,50	1,75	2,00
Стальной лист (80%) н бетон (20%)	0,75	0,75	0,65	0,60	0,60	0,60
Бетон (20%) в двухслой- ной гипсовой панели с воздушной прослойкой	1,50	1,45	1,35	1,25	1,15	1,05 ;
Стальной лист - мине- ральная вата (100 мм) - стальной лист	3,00	3,00	3,00	3,00	3,00	2,50
162
Продолжениеприл.4
Температура нагрева	-3	Температура нагрева / ’С
Рнс. 1. Графики температурного нагрева с 4-х сторон
колонны сечением 40*40 см.
а) при У=20 см; б) при Y=X
163
Продолжсниеприл.4
б) f
1100—
1000—
Р 900-
я 800"
о
700- •
я
® 600-
500 
я
g- 400-
С
В зов-
200"
100--
4----1------1------1-----Ь------1-----------►
2	4	б	8	10	12 (СМ)
Координаты точек по оси X- Y
Рис. 2. Графики температурного нагрева с 3-х сторон
балки сечением 32x16 см:
а) при Х=80 см; б) при Х=У
164
Окончание прил.4
1100-
1000--
900- 
Р
800--
л
м
| 700-
л
= 600--
500-
I 400-
£ 300--
200-•
100-
/=240 мин
/=180 мин
/=120 мин
/=90 мин
/=60 мин
/=30 мин
I	I-------1---------►
12	16	20(см)
Координаты точек по оси Y
Рис. 3. Графики температурного нагрева с одной стороны
плиты перекрытия толщиной 20 см
165
Приложение 5
Вспомогательная таблица для расчета изгибаемых элементов
прямоугольного сечения
§	V	а0	5	V	«0
0,01	0,995	0,01	0,37	0,815	0,301
0,02	0,99	0,02	0,38	0,81	0,309
0,03	0,985	0,03	0,39	0,805	0,314
0,04	0,98	0,039	0,4	0,8	0,32
0,05	0,975	0,048	0,41	0,795	0,326
0,06	0,97	0,058	0,42	0,79	0,332
0,07	0,965	0,067	0,43	0,785	0,337
0,08	0,96	0,077	0,44	0,78	0,343
0,09	0,955	0,085	0,45	0,775	0,349
0,1	0,96	0,095	0,46	0,77	0,354
0,11	0,945	0,104	0,47	0,765	0,359
0,12	0,94	0,113	0,48	0,76	0,365
0,13	0,935	0,121	0,49	0,755	0,37
0,14	0,93	0,13	0,5	0,75	0,375
0,15	0,925	0,139	0,51	0,745	0,38
0,16	0,92	0,147	0,52	0,74	0,385
0,17	0,915	0,155	0,53	0,735	0,39
0,18	0,91	0,164	0,54	0,73	0,394
0,19	0,905	0,172	0,55	0,725	0,399
0,2	0,9	0,18	0,56	0,72	0,403
0,21	0,895	0,188	0,57	0,715	0,408
0,22	0,89	0,196	0,58	0,71	0,412
0,23	0,885	0,203	0,59	0,705	0,416
0,24	0,88	0,211	0,6	0,7	0,42
0,25	0,875	0,219	0,61	0,695	0,424
0,26	0,87	0,226	0,62	0,69	0,428
0,27	0,865	0,236	0,63	0,685	0,432
0,28	0,86	0,241	0,64	0,68	0,435
0,29	0,855	0,248	0,65	0,675	0,439
0,3	0,85	0,255	0,66	0,672	0,442
0,31	0,845	0,262	0,675	0,665	0,446
0,32	0,84	0,269	0,68	0,66	0,449
0,33	0,835	0,275	0,69	0,65	0,452
0,34	0,83	0,282	0,7	0,65	0,455
0,35	0,825	0,289			
0,36	0,82	0,295			
166
Приложение 6
Расчетные площади поперечных сечений и масса арматуры
Сортамент арматуры периодического профиля из стали классов	> <	<	1		।	•	•		X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	1	
	III V		1	<	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X
	II V	1		1	1	1	i	>	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X	X
Диа метр, мм		00		1П	to	г*	оо	©	о	CM		tc	00	20	CM CM	25	28	CM co	to co	| 40
Масса, кг/м		0,055 |	0,098 |	0,154 |	0,222 |	0,302 |	I 96£‘О	| 0,499 |	to d	| 0,888 |	1 1,208 1	I 1,578 |	1 1,998 1	| 2,466	f 2,984 1	Г 3,853	fr£8‘* 1	[ 6,313	1 7,99	1 9,87
Расчетные площади поперечного сечения, см/ при числе стержней	о Т—•	U‘0	9П	45 СТ>	2,83	3,85 |	5,03 1	6,36 |	£87 !	! П-31 1	I 15.39 |	1 20,11	££'££ I	CM co	Г38.01	| 49,09	1 61,58	Г80.42	Г101.80	1 125.60
		0,64 |	1.13 |	1,77 |	2,55 |	to СП	4,53 |	5,72 |	I 7,07 1	00 d Я—’	I 13.85	1 18,10	| 22,90	I 28.28 |	IZ'frE |	£I'W |	1 55,42	| 72,38	39* 16 |	ГИЗ,04
	00	©’	1,01	1,57	2,26 1	3,08	см са	5,09 |	6,28 j	I 9,05 j	1 12,31	I 16,08	| 20,36	I H'SZ I	lfr‘0£ |	I 39,27	| 49,26	F£'F9 |	| 81,44	| 100,48
	Г*“	0,49 |	0,88 |	1.37 |	1 86'1	2,69 |	| ££*£	4/5 |	5.5 1	. 7,92 1	22'01 |	1 14,07	1 17,81	21,99j	I 26,611	9£>£ |	oo	I 56,30	| 71,26	| 87,92
	to	| Sfr'O	0.76 |	00 я—<	1.70 |	| l£'Z	3,02 |	3,82 |	<71 |	6,79	1 9,23 I	| 12,06 |	I 15.27	| 18,85 I	1 22,81 I	£№ |	I 36,95	I 48,25	8049 |	| 75,36
	Ш	ю т d	0,63 J	г 86'0	см ST Я-М	см ©	in см*	3,18 J	СП © CO	5,65	© to_	in о d	12,72	i 15.71	19,00	24,54	30,79	40,21	60‘0£ ,	| 62,8
		00 СМ о*	0,50	| 62'0	СП Я-М Я—*	1,54	L122L	2,54	co	4,52	6,16	8,04	00 d	to in CM	15,20	19,63	24,63	CM* co	ZL'W ।	^Z‘0£ 1
	00	СМ о*	со tn d	0,59	V> 0Q d	ш я—* Я"4	1,51	© я—<	to cn CM*	| 6£‘£	CN 43	6,03	tn to	*«T ©*	П.4	14,73 :	1 18,47 :	co CM	vm ।	F97£ 1
	СМ	©	0,25	0,39	in d	0,77	°-	CM	in Я—*	2,26	3,08	4,02	Ch © in	6,28	7,6	9,82	12,32	16,08	20,36	| 25,12
		© ©*	0,126	to © d	СО 00 гм d	0,385	со о d	0,636	in 00 d	| l£l l 1	i 1,539	2,011	m in CM*	3.142	I 3,801	4,909	6,158	8,042	10,18	| 12,56
Диа- метр, мм		СО	М"	Ю	to	г-	00	05	©	CM Я-М	NT	to	00 Я—'	о CM	22	25	28	CN CO	36	| 40
Примечание. Значком х отмечены прокатываемые диаметры.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.	Бойко М.Д Диагностика повреждений и методы восстанов-
ления эксплуатационных качеств зданий. - Л.гСтройиздат, 1975.
2.	Васильев Н.М. Влияние нефтепродуктов на прочность бетона
//Бетон и железобетон. - 1981. - №3. - С 36-37.
3.	СНиП 2.03 11-85. Защита строительных конструкций от кор-
розий. - М.:Стройиздат, 1986.
4.	СНиП П-22-81. Каменные и армокаменные конструкции -
И.: Стройиздат, 1983.
5.	Хило Е.П., Попович Б.С. Усиление железобетонных конст-
рукций с изменением расчетной схемы и напряженного состояния. -
Львов: Высш, школа, 1976.
6.	Пособие по проектированию бетонных и железобетонных
конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного
напряжения арматуры (к СНнП 2.03 01-84). - М.: ЦИТП, 1989.
7.	Ануфриев Н.М. Усиление железобетонных конструкций про-
мышленных зданий и сооружений. - Л. - М.: Изд.-во литературы
по строительству, 1965.
8.	Гильман Я.Д., Гильман Е.Д. Усиление и восстановление зда-
ний на лессовидных просадочных грунтах. - М.: Стройиздат, 1989 .
9.	Далматов Б.И. , Бронин Б.Н. и др. Особенности устройства
фундаментов на пылевато-глинистых грунтах в условиях реконст-
рукции // Основания, фундаменты и механика грунтов. - 1986. -
№5. - С.16.
10.	Инструкция по усилению фундаментов аварийных и ре-
конструируемых зданий многосекционными сваями. ВСН 16-84. -
М.: Минпромстрой СССР, 1984.
И. Мартемьянов А.И., Ширин В.В. Способы восстановления
зданий и сооружений, поврежденных землетрясением. - М.: Строй-
издат, 1978.
12.	Кутуков ВН. Реконструкция зданий. - М/. Высш.школа,
1981.
13.	Соколов В.К. Реконструкция жнлых зданий. - М.: Москов-
ский рабочий, 1982.
168
14.	Ануфриев Н.М. Исправление дефектов изготовления и мон-
тажа сборных железобетонных конструкций промышленных зда-
ний. - Л. - М.: Изд-во литературы по строительству, 1971.
15.	Рекомендации по восстановлению и усилению полносборных
зданий и полимеррастворами. - М.: Стройиздат, 1990.
16.	Рекомендации по оценке состояния и усилению строи-
тельных конструкций промышленных зданий и сооружений. - М.;
Стройиздат, 1989.
17.	Рекомендации по обеспечению надежности н долговечности
железобетонных конструкций промышленных зданий и сооружений
при их реконструкции и восстановлении. - М.: Стройиздат, 1990.
18.	Правила оценки физического износа жилых зданий.
ВСН 53-86 (р). - М.: Гражданстрой, 1988.
19.	Комиссарчик Р.Г. Методы технического обследования ремон-
тируемых зданий. - М.: Стройиздат, 1975.
20.	Руководство по определению экономической эффективности
повышения качества н долговечности строительных конструкций. -
М.: Стройиздат, 1981.
21.	Швецов Г.И., Носков И.В. и др. Справочник: Основания и
фундаменты. ~ М.: Высш.школа, 1991.
22.	Фридман О.М. Электроосмотическая сушка зданий. - М.:
Стройиздат, 1970.
23.	Альбрехт Р. Дефекты н повреждения строительных конст-
рукций. - М.: Стройиздат, 1979.
24.	Анпилов В.Е. Формирование н прогноз режима грунтовых
вод на застраиваемых территориях. - М.: Недра, 1984.
25.	Покровский В.М. Гидроизоляционные работы: Справочник
строителя. - М.: Стройиздат, 1985.
26.	Ярмоленко Н.Г., Искра Л.И. Справочник по гидроизоляци-
онным материалам для строительства. - Киев: Будивельник, 1984.
27.	Грачев И.А. и др Гидроизоляция подвалов и стен зданий. -
Л., 1970.
28.	Балалаев Г.А. н др. Защита строительных конструкций от
коррозии. - М.: Стройиздат, 1966.
29.	Объедков В.В. и др. Лабораторный практикум по строи-
тельной физике. - М.: Высш школа, 1979.
30.	СНиП П-23-81. Стальные конструкции. Нормы проекти-
рования - М.: Стройиздат, 1982.
169
31.	Мешечек В.В., Ройтман А.Г. Капитальный ремонт, модер-
низация и реконструкция жнлых зданий. - И Стройнздат, 1987
32	Попов Г.Т., Бурак Л .Я. Техническая экспертиза жилых зда-
ний старой постройки. - Л Стройиздат, 1986.
33.	Шрейбер КА Вариантное проектирование прн реконструк-
ции жилых зданий. - М.: Стройиздат, 1991.
34.	Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и
сооружений - М.: Стройиздат, 1984.
35.	А П. Кудзнс. Железобетонные и каменные конструкции: В
2-х ч. 4.2: - М.: Высшая школа, 1989.
36.	Рекомендации по рациональному применению железобетон-
ных конструкций при капитальном ремонте жилых зданий - М.:
Стройиздат, 1989.
37.	Реконструкция промышленных предприятий. Т.1. Справоч-
ник строителя/Под ред. В Д. Топчия, Р.А. Гребенника. - М.:
Стройиздат, 1990.
38	СНнП 2.03.01-84, Бетонные и железобетонные конструкции.
Нормы проектирования - И.: Стройиздат, 1985.
39.	Реконструкция зданий н сооружений/По ред. А.Л Шаги-
на. - И.: Высш, школ а, 1991
40.	Пособие по проектированию каменных и армокаменных
конструкпий (к СНнП П-22-81). - М.: ЦИТП, 1989.
41.	Б И.Далматов Механика грунтов, основания и фунда-
менты. - 2-е с изд., переработ и доп. - Л.: Стройиздат, 1988.
42.	Цытович Н А Механика грунтов (краткий курс) - М.:
Высш школа, 1983.
43.	Унифицированные пружины сжатия. Справочник. - Мл Ме-
таллургия, 1982.
44	Панюков Э Ф. Восстановление зданий и сооружений, по-
врежденных пожаром. - Киев, 1989
45.	Рекомендации по обследованию зданий и сооружений,
поврежденных пожаром/ НИИЖБ - М.: Стройиздат, 1987
46.	Бартелеми Б., Крюппа Ж Огнестойкость строительных кон
струкций. - М.: Стройиздат, 1985
47.	Методические рекомендации по оценке свойств бетона после
пожара/ НИИЖБ. - М.: Стройиздат, 1985
48.	Ройтман М.Я. Противопожарное нормирование в строитель-
стве - М.: Стройиздат, 1985.
170
49.	Бедов А.И., Сапрыкин В.Ф. Обследование и реконструкция
железобетонных и каменных конструкций эксплуатируемых зданий
и сооружений: Учебное пособие. - Мл Изд-во АСВ, 1995.
50.	Рекомендации по проектированию усиления железобетонных
конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий.
Надземные конструкции и сооружения. - М.: Стройиздат, 1992.
51.	Рекомендации по усилению и ремонту строительных кон-
струкций инженерных сооружений. - М.: ЦНИИпромзданий,1995.
171
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ......................................3
ВВЕДЕНИЕ.........................................4
1.	ОБСЛЕДОВАНИЕ ЗДАНИЙ...........................6
2.	ПОВРЕЖДЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.........14
2.1.	Увлажнение конструкций...................14
2.2.	Коррозия железобетонных конструкций..... 23
2.2.1.	Коррозия бетона....................24
2.2.2.	Коррозия арматуры..................31
2.3.	Трещины в железобетонных конструкциях....35
2.4.	Трещины в каменных конструкциях..........45
2.5.	Повреждения конструкций при пожарах......52
3.	УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ..........67
3.1.	Усиление	плит перекрытий.................67
3.2.	Усиление	балок...........................75
3.3.	Усиление	колонн..........................87
3.4.	Усиление	стропильных	ферм................94
4.	УСИЛЕНИЕ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ................96
4.1.Оценка технического состояния
и усиление кирпичных стен.....................96
4.2 Усиление кирпичных столбов...............135
4.3. Усиление фундаментов...................  140
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................145
ПРИЛОЖЕНИЯ.....................................146
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.......................168
Обращение к выпускникам МИСИ-МГСУ
Уважаемые выпускники!
В 2001 году ведущему строительному вузу России — Московскому го-
сударственному строительному университету — МГСУ (бывш. МИСИ
им. В. В. Куйбышева) исполняется 80 лет.
За годы своего существования МИСИ-МГСУ подготовил более 80000
инженеров-строителей, около 3600 кандидатов и около 450 докторов на-
ук, которые трудятся на ответственных участках строительного комплек-
са страны. Свыше 3000 инженеров, кандидатов и докторов наук из 95
стран мира получили здесь свое образование.
Сегодня МГСУ по-прежнему является крупным учебным, научным и
культурным комплексом. В МГСУ сегодня 13 факультетов, 10 из которых
ведут подготовку по 14 специальностям. На 65 кафедрах, в 35 научно-ис-
следовательских лабораториях н в 4 научных центрах сегодня трудится
1100 преподавателей, в том числе 182 профессора и 650 доцентов. Здесь
действуют 10 докторских и 6 кандидатских специализированных советов
по защите диссертаций.
В настоящее время нашим коллективом готовится обширная юбилей-
ная программа, включающая проведение ряда научно-практических кон-
ференций, семинаров, выставок, издание учебно-методических трудов,
проведение вечеров встреч выпускников разных лет и многие другие ме-
роприятия.
Мы обращаемся к выпускникам МИСИ-МГСУ, руководителям строи-
тельных организаций за помощью в подготовке и проведении юбилейных
торжеств и приглашаем принять в них участие.
С предложениями н за дополнительной информацией просьба обра-
щаться в деканаты факультетов, ректорат или в УНИР по тел. 188 3609,
183 3374, e-mail: 80@mgsu.ru наша страничка: www.mgsu.ru
Надеемся на вашу помощь н поддержку.
Ректорат
.Учебное пособие
У/, 0#
Нч «мно^т^^ничсвснйя ._j	—,_	__
бн& а волгог^к^-учкин Игорь Сергеевич
.-•арсч'лнн*- 1	,	*	*
ДИАГНОСТИКА ПОВРЕЖДЕНИЙ
И ВОССТАНОВЛЕНИЕ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ КАЧЕСТВ
КОНСТРУКЦИЙ
Редакторы В.М.Хлебушкин, О.В.Коновалова
Верстка Н.В.Кучина, С.Г.Нестерова
Лицензия ЛР № 071618 от 01.04.98- Сдано в набор 15.09.99.
Подписано в печать 26.11.2001 г. Формат 60x90/16.
Бумага офсетная № 1. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная.
Усл. печ. л. 11. Заказ № 5531 Тираж 2000 экз.
Издательство Ассоциация строительных вузов (АСВ)
129337, Москва. Ярославское шоссе. 26
Отпечатано с готовых диапозитивов
в Мытищинской межрайонной типографии
141009, г. Мытищи, ул. Колонцова, д. 17/2. Тел. 586-30-90.