Усиление конструкций

Усиление деревянных конструкций.

Усиление каменных конструкций

Внешнее армирование из углеволоконных материалов гораздо эффективнее традиционных способов усиления каменных столбов, пилонов, простенков с помощью стальных обойм. Ведь обеспечить необходимую совместную работу стальной обоймы и усиливаемого столба можно, лишь создав в обойме начальные усилия путем нагрева хомутов и применения расширяющихся растворов. А это процесс трудоемкий, нетехнологичный и не современный. Обоймы из углехолста включаются в работу усиливаемого элемента просто во время его монтажа через клеевой слой.

Элементы внешнего армирования из углеволокна дают возможность в широких пределах регулировать усилия в каменной конструкции и при этом сводить к минимуму нарушения ее целостности. Это в полной мере справедливо дл конструкций реконструируемых и реставрируемых зданий.

При традиционном усилении кирпичных стен с окнами, дверями и другими проемами устанавливаются стальные скобы и профили. Все это закрепляется на стенах через анкеры с последующей зачеканкой расширяющимися растворами. Современный способ усиления стен с помощью углеволоконных холстов и лент позволяет избежать установки точечных анкеров, вовлечь больший объем материала в работу отдельного элемента, реализовать имеющиеся резервы конструкции, при этом бережно отнестись к неповрежденным участкам.

Углехолсты эффективны на участках, где действуют главные растягивающие напряжения и имеется опасность раскалывания вдоль волокон. Также целесообразно их приклеивание на гибкие фанерные стенки в зоне действия поперечной силы.

Эти элементы внешнего армирования обычно либо приклеиваются к поверхности, либо вклеиваются в предварительно подготовленные пропилы. Пропилы предпочтительно делать вертикальными для минимального нарушения целостности сечения.

Второй вариант предпочтителен, когда необходимо сохранить первоначальный вид балок и сделать незаметным само усиление. Незаметность наряду с технологической простотой и высокой скоростью монтажа относят к основным преимуществам армирования деревянных конструкций из углеволоконных элементов.

При реконструкции старого жилого фонда используют кон­структивные схемы с полным и неполным встроенным карка­сом. Полный встроенный каркас позволяет исключить из рабо­ты ограждающие конструкции стен, что создает предпосылки выполнения работ по реконструкции с полной перепланиров­кой и надстройкой здания несколькими этажами. При исполь­зовании схемы неполного каркаса нагрузка от ригелей и балок передается на стены, поэтому возможность надстройки ограни­чивается несущей способностью фундаментов и стен.

Базовыми элементами при реконструкции старых зданий являются сборные железобетонные конструкции полной за­водской готовности: фундаменты, ригели, плиты перекрытий сплошного сечения или многопустотный настил, колонны, лестничные марши и площадки и др.

Технология встроенного монтажа предусматривает, как пер­вый этап, полный демонтаж перекрытий, внутренних стен и перегородок. В результате разборки от здания остаются только наружные несущие стены и иногда стены лестничных клеток. Технологическая последовательность работ по возведению кар­каса здания не отличается от подобных работ при новом стро­ительстве. Монтируются фундаменты, в стаканы которых устанавливают колонны первого яруса, ригели, плиты перекрытий, далее конструкции следующих ярусов.

В процессе реконструкции здания все работы должны быть подчинены ритму поточной технологии, здание должно быть разбито на захватки, размеры которых должны соответствовать секциям жилого дома. Пример реконструкции жилого дома с надстройкой трех этажей приведен на рис. 29.3 (три секции зда­ния соответствуют трем захваткам).

Рис. 29.3. Схема реконструкции жилого дома со встроенным каркасом:
а — монтажный план; б — поперечный разрез; 1 — оставляемые конструкции; 2 — встро­енный каркас

Наиболее рациональной следует считать дифференцирован­ную схему монтажа конструкций подвальной части. Первонача­льно монтируют фундаменты, одноярусные колонны подваль­ного этажа устанавливают и обетонируют в стаканах этих фундаментов. Устройство перекрытий над подвалом предостав­ляет фронт работ для возведения надземной встроенной части здания, которое рекомендуется вести комплексно по захваткам.

Может быть рекомендована следующая технологическая по­следовательность монтажа элементов надземной части на каж­дой захватке:

монтаж двухъярусных колонн;

монтаж стенок жесткости (стен лестничных клеток);

укладка ригелей;

монтаж плит перекрытий;

укладка лестничных маршей и площадок;

монтаж объемного блока лифтовой шахты.

После завершения монтажа конструкций первого яруса, сварки конструкций, заделки узлов и заливки швов в той же последовательности устанавливают конструкции второго яруса (рис. 29.4).

Рис. 29.4. Технологическая последовательность монтажа элементов встроенного каркаса:
а — план захватки; б — разрез; 1—24 — последовательность установки элементов

По данной технологии необходимо монтировать конструкции каркаса последующих ярусов и захваток.

Усиление фундаментов. Повышение несущей способности фундамента как одного из основных элементов зданий возмож­но несколькими технологическими и конструктивными приемами. Это объясняется тем, что необходимо учитывать условия эксплуатации здания, причины появления различных деформа­ций, стесненные условия производства работ.
Наиболее часто устранение дефектов существующих фунда­ментов, усиление их при надстройке здания осуществляют сле­дующими методами.

Усиление кладки фундаментов цементацией осуществляют при образовании пустот в теле кладки и разрушении материа­ла фундаментов. Торкретирование поверхностных слоев фун­дамента восстанавливает монолитность кладки, способствует повышению водонепроницаемости фундаментов. При незначи­тельных разрушениях материала фундамента устраивают ме­таллическую обойму без уширения фундамента. Обойму изготавливают из уголков или арматурной стали с последующим обетонированием.
При возрастании нагрузки на фундамент в процессе рекон­струкции здания и при недостаточной его несущей способности осуществляют устройство обойм с уширением подошвы фундамен­тов (рис. 29.5).

Рис. 29.5. Усиление ленточных фундаментов монолитными обоймами:
а — одностороннее усиление; б — двустороннее усиление на значительную нагрузку; в — двустороннее усиление при большой глубине заложения фундаментов; г — комбинированное усиление с устройством буронабивных свай; д, е — расширение фундаментов с устройством жестких обойм; 1 — фундамент; 2 — обойма; 3 — балки; 4 — анкеры; 5 — раз­грузочные балки; 6 — щебеночное основание; 7 — заделка в существующую стену; 8 — буронабивные сваи

Варианты усиления и технология производства работ зависят от конкретных условий строительной площадки, но в любом случае в конструкции уширенного фундамента пре­дусматривают специальные металлические балки для передачи части нагрузки от вышележащих этажей на дополнительные элементы фундамента. Усиление фундаментов путем устройства обойм из монолитного бетона является наиболее простым и на­дежным решением. Оно основано на наращивании ширины фундаментов за счет монолитных железобетонных конструкций, значительном увеличении площади опирания фундаментов на основание, которое тоже может быть усилено.

Общая технологическая схема производства работ подходит для кирпичных, бутовых, бетонных и железобетонных фунда­ментов и предусматривает следующую очередность процессов:

• понижение уровня грунтовых вод при их наличии;
• отрывка траншей с двух сторон фундамента;
• очистка поверхности фундаментов;
• пробивка отверстий в фундаментной стене для укладки разгрузочных балок;
• армирование уширяемой части фундамента, создание еди­ного армокаркаса;
• устройство опалубки;
• послойная укладка бетонной смеси с вибрационным уп­лотнением;
• уход за бетоном с последующим распалубливанием конст­рукций;
• гидроизоляционные работы;
• обратная засыпка пазух и устройство отмостки;
• контроль качества и приемка работ.

Усиление фундаментов выполняют участками протяженно­стью не более 10... 12 м. К бетонированию на очередной за­хватке рекомендуется приступать не ранее чем через 3 дня по­сле окончания бетонных работ на предыдущей.

При критическом износе внутренних стен и перекрытий здания возникает вопрос об их замене, а также усилении фун­даментов с изменением их расчетной схемы. Экономически целесообразно принимать комбинированную систему фунда­ментов — усиленные фундаменты для самонесущих стен и мо­нолитная железобетонная плита для встроенных конструктив­ных элементов. Передача нагрузки на монолитную плиту снимает ограничения по высоте и числу надстроенных этажей.

Устройство монолитной фундаментной плиты предусматрива­ет полную разборку всех конструктивных элементов внутри здания, подготовку и усиление основания, осуществление решений по конструктивному объединению оставляемых и уси­ливаемых фундаментов с фундаментной плитой с целью пере­распределения нагрузок. Конструктивные решения основаны на использовании анкерных устройств в виде металлических консолей в фундаментах, которые объединяют с армокаркасами плит и замоноличивают. В местах размещения внутренних стен устраивают дополнительное ленточное армирование, бе­тонируют одновременно всю фундаментную плиту (рис. 29.6).

Рис. 29.6. Варианты переустройства ленточных фундаментов в плитные:
а — сплошная плита снизу фундаментных подушек; б — сплошная плита с балками на шпонках; в — сплошная плита на шпонках; 1 — кирпичная стена; 2 — фундамент; 3 — от­метка верха пола подвала; 4 — рабочая арматура плиты; 5 — монолитная плита; 6 — подго­товка под монолитную плиту; 7 — штрабы

При устройстве монолитной фундаментной плиты отсутст­вует стесненность на строительной площадке, наличие боль­шого фронта работ позволяет применить поточные методы ра­бот и высокопроизводительное оборудование. При подготовке основания можно применить самоходные вибротрамбующие плиты, для армирования использовать армокаркасы заводского изготовления, осуществлять бетонирование с помощью башен­ного крана и бадьи или автобетононасосами (рис. 29.7).
Рис. 29.7. Схемы бетонирования монолитных плит фундаментов: а — подача смеси бетононасосом; б — то же, башенным краном; 1 — бетоновоз; 2 — авто­бетононасос; 3 — распределительная стрела; 4 — монолитная плита; 5 — бадья; 6 — башенный кран

Для усиления кирпичной кладки столбов и простенков при­менимы традиционные технологии, основанные на использо­вании металлических и железобетонных обойм и каркасов, инъецирования в тело кладки полимерцементных и других суспензий. Каменная кладка хорошо работает на сжимающие усилия, поэтому наиболее эффективным способом ее усиления является устройство обойм. В обойме кладка работает в усло­виях всестороннего сжатия, в результате увеличивается сопро­тивление продольной силе и значительно уменьшаются попе­речные деформации. Варианты усиления столбов и простенков приведены на рис. 29.8.
Рис. 29.8. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами (б), сетками (в) и железобетонными обоймами (г):
1 — усиливаемая конструкция; 2 — элементы усиления; 3 — защитный слой; 4 — щитовая опалубка с хомутами крепления; 5 — инъектор; 6 — материальный шланг

При установке стальной обоймы ее включение в работу обеспечивают инъецированием раствора в зазоры между сталь­ными элементами и кладкой. Полная монолитность конструк­ции будет достигнута путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов для большей адгезии кладки и металлоконструкций. При устройстве железобетонной рубашки и толщине обоймы до 4 см применимы методы торкретирования и пневмобетонирования, окончательная отделка усиленной конструкции — устройство штукатурного накрывочного слоя.
Железобетонные обоймы можно устраивать в несъемной опалубке, при этом наружные поверхности могут иметь различ­ную фактуру, в том числе и гладкую (рис. 29.9).

Рис. 29.9. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки:
1 — усиливаемая конструкция; 2 — армокаркас; 3 — бетон омоноличивания; 4 — элементы облицовки; 5 — выступающие анкеры

Наиболее эф­фективными несъемными опалубками являются тонкостенные элементы толщиной 1,5...2 см, изготовленные из дисперсно-ар­мированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышаю­щими адгезию с укладываемым бетоном. После установки не­съемной опалубки и крепления ее элементов замоноличивают полость между усиливаемой и ограждающей конструкциями. Использование несъемной опалубки экономически и техноло­гически выгодно, отпадает необходимость в разборке опалубки и исключается отделочный цикл работ.
Усиление железобетонных колонн, балок и перекрытий за­ключается во включении в работу дополнительных элементов, которые увеличивают сечение конструкции, степень армирова­ния, в некоторых случаях изменение расчетной схемы при включении в каркас дополнительных опор.

Усиление свободно стоящих железобетонных колонн выпол­няют методом наращивания сечения в виде железобетонной обоймы, с помощью металлических уголков и хомутов, сталь­ными обоймами, отдельными стержнями, усиливающими сече­ние рабочей арматуры. Часто приходится усиливать колонны, примыкающие к наружным и внутренним стенам, основной технологией в этом случае является устройство железобетон­ной рубашки (рис. 29.10).

Рис. 29.10. Усиление колонн, примыкающих к стенам:
а — путем устройства железобетонной рубашки: 1 — стена; 2 — усиливаемая конструкция; 3 — арматурный каркас; 4 — опалубочные щиты; 5 — стяжные хомуты; б — путем установ­ки напрягаемых хомутов для включения в работу стен: 1 — стена; 2 — колонна; 3 — хомут; 4 — анкерное устройство с натяжением; 5 — штраба; в — путем установки боковых разгру­жающих элементов: 1 — стена; 2 — колонна; 3 — швеллер; 4 — накладки из металлических полос

Такое решение принимают, когда имеет место отслоение защитного слоя бетона. Кроме того, поверхность сильно разрушена, имеются значительные трещи­ны. В процессе усиления необходимо тщательно очистить по­верхность колонны, сделать насечки, установить и приварить дополнительный арматурный каркас, осуществить нагнетание бетонной смеси в полость. Большего эффекта можно достичь при поярусном бетонировании усиливаемой колонны. В этом случае торцевая опалубка монтируется отдельными ярусами.

После заполнения бетонной смесью полости первого яруса на­ращивают торцевой щит, и цикл повторяется.

Усиление балочных конструкций выполняют, в зависимости от специфики сооружения, несколькими способами: наращива­нием арматуры растянутой зоны, усилением балок снизу с уве­личением степени армирования и высоты сечения, установкой железобетонных обойм, устройством шпренгельных систем и устройством затяжек по нижнему поясу балок. Для существен­ного повышения несущей способности балок устраивают желе­зобетонную обойму (рис. 29.11).

Рис. 29.11. Схема усиления балок:
1 — усиливаемая конструкция; 2 — ар­матурный каркас; 3 — подвесная опа­лубка; 4 — тяжи; 5 — отверстия в пли­те для подачи бетонной смеси

На очищенной поверхности балки делают насечки, по результатам анализа подбирают оптимальный композиционный состав смеси. Бетонирование через специальные отверстия в плите вы­полняют послойно с обязатель­ным уплотнением.

Замена перекрытий. Впроцессе реконструкции жилых зданий ча­сто возникает вопрос о замене су­ществующих перекрытий. Конст­руктивные решения устройства сборных перекрытий по ригелям при полном и неполном каркасе реконструируемых зданий приве­дены на рис. 29.12.

Рис. 29.12. Схемы неполного (а) и полного встроенных каркасов (б) реконструируемого здания:
1 — опорная подушка; 2 — штрабы; 3 — ригель; 4 — многопустотный настил; 5 — колонны

При устройстве сборно-моно­литных перекрытий наиболее часто применяют два основных вариан­та несъемной опалубки: с исполь­зованием профилированного на­стила в качестве опалубки и с применением тонкостенных железобетонных плит с арматурными выпусками (рис. 29.13).

Рис. 29.13. Схемы возведения перекрытий в несъемной опалубке:
а — с использованием металлических балок и профнастила: 1 — стена; 2 — балка; 3 — подвесной потолок; 4 — технологические отверстия в сечении балки; 5 — монолитная железобетонная плита; 6 — профнастил; б — с использованием железобетонной несъемной опалубки: 1 — стена; 2 — монолитный бетон; 3 — несъемная опалубка; 4 — распределите­льная балка; 5 — телескопическая стойка

В первом случае несущими элементами перекрытий явля­ются металлические балки, по верхнему поясу которых укла­дывают стальной профилированный настил с толщиной листа 0,7...0,8 мм. При значительных нагрузках возможно устраивать дополнительное армирование в виде вертикальных каркасов и горизонтальных сеток. Недостатком решения является обязате­льное устройство подвесного потолка.

Монолитные перекрытия. При реконструкции зданий кри­волинейной и сложной формы, когда применение сборных конструкций перекрытий сопряжено с использованием боль­шого числа доборных элементов и монолитных участков, мо­жет быть рекомендовано монолитное перекрытие. Эта реко­мендация базируется на индустриальности монолитных систем, адаптированных к различным технологическим условиям, а также на механизации процессов транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси.
Комплексный технологический процесс устройства моно­литного перекрытия включает:

• подготовительные работы по пробивке штраб, усилению или замене отдельных участков кладки;
• установку опалубки перекрытия;
• армирование стержнями, арматурными каркасами и сет­ками;
• механизированную подачу и укладку бетонной смеси;
• уход за бетоном, контроль качества, а в зимних услови­ях — соблюдение режимов тепловой обработки;
• распалубливание.

В качестве опалубок могут быть задействованы отечествен­ные и зарубежные опалубочные системы. Основными принци­пами формирования опалубки являются: установка телескопи­ческих стоек (пространственных рам из стоек) с оголовками и фиксаторами, укладка по ним балочной системы для восприя­тия всех нагрузок, устройство палубы из унифицированных щитов или листов водостойкой фанеры. Один из вариантов опалубки приведен на рис. 29.14.

Рис. 29.14. Схема устройства монолитных безбалочных перекрытий:
1 — телескопическая стойка с оголовником; 2 — опорные балки; 3 — прогоны; 4 — палуба из фанеры; 5 — монолитный железобетон; 6 — виброрейка

Балочные перекрытия успешно используют при однопролетной и двухпролетной схемах зданий, когда необходимо полу­чить достаточно большие перекрываемые площади. При ре­конструкции балочные перекрытия устраивают, если несущая способность кирпичной кладки обеспечивает восприятие нагрузки. При выполнении опалубочных работ тщательно конт­ролируют геометрические размеры и высотные отметки всех балок на захватке. Армирование конструкций выполняют кар­касами заводского изготовления или отдельными стержнями. Контролируют проектное положение арматурного каркаса в опалубке, используют различные фиксаторы.

Конструктивно применяют две схемы опалубки балочного перекрытия — с использованием стоек и струбцин и подвесную систему (рис. 29.15).

Рис. 29.15. Схемы опалубочных систем для устройства балочных перекрытий:
а — с поддерживающими стойками; 1 — боковой шит балки; 2 — винтовой домкрат; 3 — балочная струбцина; 4 — телескопическая стойка; 5 — поддерживающие стойки; 6 — опорная балка; 7 — ригель; 8 — палуба из фанеры; 9 — плита перекрытия; 10 — балка перекрытия; б — с использованием подвесной опалубки балок: 1 — хомут, 2 — опалубоч­ные шиты; 3 — телескопические стойки; 4 — распределительная балка; 5 — прогон; 6 — палуба из фанеры; 7 — плита перекрытия; 8 — балка перекрытия

Балки высотой более 0,8 м бетонируют от­дельно от перекрытия, во всех остальных случаях принимают совместное бетонирование с направлением параллельно балкам. В густоармированные балки рекомендуется укладывать литые и высокопластичные бетонные смеси с обязательным уплотнени­ем вибраторами.

Технология встроенных монолитных систем без изменения расчетной схемы здания основана на использовании неполно­го безбалочного каркаса с опиранием перекрытия на стены. Для передачи нагрузки на стены в них на уровне перекрытия устраивают углубления (штрабы) на толщину перекрытия. Более эффективная работа стен и перекрытия может быть до­стигнута благодаря установке анкеров в стены (рис. 29.16).

Рис. 29.16. Схемы устройства монолитных перекрытий встроенных систем: а — со свободным опиранием перекрытия на стены; б — с анкерным креплением к на­ружным стенам; 1 — наружная стена; 2 — монолитное перекрытие; 3 — опалубка перекры­тия; 4 — прогон; 5 — опорные телескопические стойки; 6 — анкерные устройства

Усиление перекрытий встречается особенно часто при ре­конструкции зданий. Рассмотрим только усиление монолитных перекрытий. Основой усиления является повышение степени армирования с одновременным наращиванием сечения. Наи­более эффективными являются методы устройства дополните­льной балочной системы усиливаемого перекрытия и поверх­ностного наращивания слоя железобетона (рис. 29.17).

Рис. 29.17. Схемы усиления монолитных перекрытий с наращиванием верхнего железобетонного слоя:
а — с устройством дополнительного армирования плиты; б — с установкой звукоизоляци­онной плиты; в — с установкой виброизоляционной плиты; 1 — железобетонное перекры­тие; 2 — наращиваемая арматура; 3 — дополнительный слой бетона; 4 — штрабы; 5 — под­весная опалубка; 6 — шумо- и виброзащитные плиты

В процессе устройства дополнительной балочной системы в пли­те перекрытия вырезают сплошные продольные штрабы па­раллельно расположению рабочей арматуры. Далее устанавли­вают подвесную опалубку, укладывают арматурные каркасы балочной системы, дополнительно укладывают арматурные сетки наращиваемого слоя бетона. До укладки бетонной смеси необходимо осуществить насечку бетонной поверхности пере­крытия, непосредственно перед укладкой — смачивание по­верхности водой. Бетонирование нужно выполнять без техно­логических перерывов, уделяя особое внимание вибрационной обработке густоармированной области штраб.

При усилении перекрытий путем наращивания слоя желе­зобетона необходимо обеспечить совместность работы старой армосистемы и вновь укладываемых арматурных сеток. Важ­ной задачей является обеспечение адгезии старого бетона с вновь укладываемым.

В процессе усиления перекрытия можно повысить его теп­ло- и звукоизоляцию. На заранее подготовленную поверхность перекрытия устанавливают и сваривают с существующим ар­мированием арматурные каркасы усиления, которые соединя­ются между собой, образуя единую пространственную систему. Между арматурными каркасами укладывают изоляционный материал — плитный пенополистирол, жесткие минеральные плиты, другие материалы. Их укладывают и приклеивают к основанию так, чтобы оставалось свободное пространство для бетонирования ребра (с установленной арматурой) наращивае­мого перекрытия. Ребра бетонируют в одном потоке с наращиваемым перекрытием (см. рис. 29.17, в)