Дубинецкий 2012 - Бузулукский гуманитарно

Министерство образования и науки Российской Федерации
Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра промышленного и гражданского строительства
В.В. Дубинецкий
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ И
ЗАСТРОЙКИ
Рекомендованы к изданию Редакционно-издательским советом БГТИ (филиала)
в качестве методических указаний для студентов, обучающихся по программам
высшего профессионального образования по специальности 270102.65
Промышленное и гражданское строительство
Бузулук
2012
УДК 69.05
ББК 38.683
Д79
Рецензент – Касимова Н.И.. старший преподаватель
Д79
Дубинецкий, В. В..
Специальные вопросы реконструкции зданий и застройки:
методические указания / В.В.Дубинецкий; Бузулукский гуманитарнотехнологический институт (филиал) ОГУ. – Бузулук : БГТИ (филиал)
ОГУ, 2012. – 35 с.
Методические указания предназначены для выполнения курсовой работы
студентам очной и заочной формы обучения специальности 270102.65
«Промышленное и гражданское строительство» в 6 и 9 семестре.
Методические указания составлены с учетом Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования по
направлению подготовки дипломированных специалистов — 270100
«Строительство» утвержденного 27.03.2000г. Министерством образования
Российской Федерации.
УДК 69.05
ББК 38.683
© Дубинецкий В.В., 2012
© БГТИ (филиал) ОГУ, 2012
2
Содержание
Введение……………………………………………………………………
1
Общие положения……………………………………………………..
2
Примерный состав курсовой работы………………………………...
3
Усиление железобетонных колонн………………………………….
4
Усиление плит перекрытия и покрытия…………………………….
5
Усиление кирпичных стен и простенков…………………………….
6
Усиление железобетонных балок……………………………………
6.1 Усиление балок с нормальными трещинами ………………………
6.2 Усиление балок с наклонными трещинами ………………………….
Список используемых источников……………………………………….
4
5
7
7
12
18
24
24
33
35
3
Введение
Диагностика повреждений и восстановление эксплуатационных качеств
конструкций являются неотъемлемыми составляющими эксплуатации зданий и,
как правило, сопутствуют реконструкции.
Анализ
дефектов
конструкций,
выполненный
отечественными
исследователями А.Г. Ройтманом и Н.Г. Смоленской, показал, что дефекты
возникают как из-за ошибок проектирования (4%), неудовлетворительной
эксплуатации зданий (8%), некачественного изготовления конструкций (17,6%),
низкого качества монтажа (41,6%), так и совокупности указанных причин и
факторов (17,6%).
В связи с вышеизложенным, проблема эффективной диагностики
эксплуатируемых зданий становится особо актуальной.
Следует отметить, что данные диагностики используются не только для
ремонта и усиления зданий, но и для повышения качества разрабатываемых
проектов, совершенствования технологии изготовления конструкций и методов
монтажа.
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. дополняются новыми решениями. Уже традиционным стало усиление с
использованием металлических и железобетонных обойм, наращиванием
сечения шпренгельными затяжками, пред напряжением и др.
4
1 Общие положения
Курсовая работа по теме «Специальные вопросы реконструкции зданий и
застройки» для студентов специальности 270102 (ПГС) имеет два варианта:
Курс «Специальные вопросы реконструкции зданий» в практической
части знакомит студентов с основными положениями по диагностике
технического состояния, методикой проведения обследования. На основании
результатов обследования принимаем решение о возможности эксплуатации
объекта, необходимости его усиления или реконструкции. При этом необходим
анализ возможных вариантов безопасной эксплуатации здания, как во время
усиления (реконструкции) так и после его завершения.
Преподаватель выдает студенту индивидуальное задание, на основании
строительного каталога.
Курсовая работа состоит из:
 графической части на одного листа формата А1 (594x847);
 пояснительной записки 20-25 страниц на писчей бумаге формата А4
(297x210).
При оформлении материалов курсового проекта следует соблюдать
требования
стандартов
ЕСКД
(Единой
системы
конструкторской
документации) и СПДС (Системы проектной документации для строительства)
и СТО 101-00 (Общие требования и правила оформления выпускных
квалификационных работ, курсовых проектов, отчетов по РГР, по УИРС, по
производственной практике и рефератов).
В настоящем методическом указании приводится содержание основных
разделов и отдельных рекомендаций по расчету.
Состав работы.
1 Составление плана и разреза части здания с указанием
реконструируемых (усиливаемых) элементов.
2 Констатация основных исходных данных (материал конструкций,
прочностные характеристики, параметры элементов).
3 Выявление и фиксация основных факторов, обуславливающих усиление
- характер размещения нагрузок, возможные изменения расположения и
величины.
- повреждения и их характер (дефектная ведомость, карта повреждений)
4 Анализ возможных вариантов усиления и расчет принятого варианта
а – сравнение двух вариантов усиления, обоснование целесообразности
принятого варианта по срокам работы и стоимости;
б – оценка потери несущей способности;
в – расчет и проектирование усиления.
5 – Мероприятия по защите и продлению сроков службы конструкций.
6 – Решения по охране труда и техники безопасности.
5
2 Констатация основных исходных данных
В этом разделе рассматривается функциональное назначение здания и
краткая характеристика основных конструктивных элементов, приводятся
климатические данные для района проектирования, степень огнестойкости
здания. Даются геоморфологические данные участка, на котором расположено
здание.
3 Выявление и фиксация основных факторов, обуславливающих усиление
а - характер размещения нагрузок, возможные изменения расположения и
величины.
При реконструкции и усилении несущих стен нагрузки собираются на
простенок или на 1п.м. стены, приходящейся на нижнее сечение или на уровне
наиболее поврежденной части стены. При этом учитывается нагрузка,
приходящаяся от перекрытий и покрытия с включением постоянных и
временных нагрузок.
При расчете колонны сбор нагрузок выполняется с учетом возможного
эксцентриситета для нижнего сечения колонны.
Изгибаемые элементы (балки, плиты) рассчитываются на погонную
нагрузку, приходящуюся на конструкцию.
Нагрузки от собственного веса элементов назначаются исходя из
фактических размеров сечения и объемной массы материала конструкции.
Временная нагрузка принимается с учетом ее невыгодного сочетания.
При статическом расчете принимается наиболее невыгодное расположение.
При выполнении надстройки или перепланировки помещений
необходимо учесть изменение величины нагрузки и ее размещения.
4 Анализ возможных вариантов усиления и расчет принятого варианта.
Выбор типов усиления элементов.
Для каждого типа усиливаемых конструкций следует рассмотреть
варианты усиления (реконструкции), аргументировать их выбор с учетом
преимуществ или недостатков в зависимости от функциональных особенностей
здания и его назначения.
Привести подробное описание усиления в части использования
материалов, способов его выполнения и конструктивной особенности.
В результате должны быть сформированы зоны с однотипными видами
усиления, которые затем должны быть указаны на чертежах.
При назначении типов усиления необходима оценка решений с позиции
технологичности, техничности, экономичности
Все принятые виды усиления должны быть размещены на планах и
разрезах здания.
Расчет и проектирование усиления.
Раздел включает расчет и конструирование всех видов усиления,
принятых для заданного здания.
Два-три вида усиления должны быть подтверждены расчетами.
Остальные могут быть приняты конструктивно, но с полным описанием их
конструкции.
6
Все виды усиления с детальной проработкой должны быть приведены на
чертеже. Кроме того, составляется спецификация материалов необходимых для
выполнения усиления.
При необходимости ликвидации трещин в стенах приводится описание
процесса их заделки.
2 Примерный состав курсовой работы
Аннотация
Введение
1 Исходные данные
2 Выявление и фиксация основных факторов, обуславливающих усиление
2.1 Обследование здания. Повреждения и их характер
2.2 Сбор нагрузок
3 Анализ вариантов усиления
3.1Усиление основания
3.2 Заделке трещин в кирпичной кладке
3.3 Усиление простенка
3.3.1 Расчет усиления простенка методом стальных обойм
3.4 Усиление плит перекрытия
3.4.1 Расчет усиления плиты методом наращивания
3.5 Способы ликвидации трещин. Усиление здания металлическими
напряженными поясами
4 Мероприятия по защите и продлению сроков службы конструкций
5 Решения по охране труда и технике безопасности
Список использованных источников
В графической части показывают:
- схема типового этажа с обозначением дефектных участков;
- разрез здания продольный или поперечный;
- необходимые узлы усиления.
3 Усиление железобетонных колонн
Для усиления ствола железобетонной колонны существует большой
арсенал методов, среди которых наибольшее распространение получили
следующие: железобетонные обоймы; одностороннее и двухстороннее
наращивание сечения; металлические обоймы ненапряженные и с
предварительным напряжением хомутов; предварительно напряженные
металлические распорки.
Усиление железобетонной обоймой (рисунок 1, а) считается наиболее
простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны.
Обойма состоит из продольной арматуры, замкнутых хомутов, бетонного
слоя, охватывающего сечение колонны.
7
Перед усилением поверхность колонны подготавливается следующим
образом: удаляется штукатурный слой; зубилом делается насечка в бетоне на
глубине 3-6 мм; промывается за час до бетонирования 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. Поперечная арматура
принимается диаметром не менее 6 мм и устанавливается с шагом S,
удовлетворяющим требованиям:
15  d  S  3   ; S  200 мм,
где d - диаметр продольной арматуры;
 - толщина обоймы.
Усиление колонн односторонним наращиванием сечения (рисунок 1,б)
обычно применяется во внецентренно сжатых колоннах для уменьшения
начального эксцентриситета приложения внешней нагрузки и увеличения
прочности колонн. Важным условием надежности усиления является
обеспечение совместной работы нового бетона со старым. Для этого
предусматриваются те же мероприятия, что и при усилении железобетонными
обоймами, и, кроме того, новая продольная арматура соединяется на сварке со
старой с помощью стальных коротышей 010-30 мм, устанавливаемых с шагом
500-800 мм. В связи с большой трудоемкостью усиления одностороннее
наращивание применяется редко.
Усиление колонн стальной обоймой (рисунок 1,в), довольно простое в
исполнении, незначительно увеличивает размер поперечного сечения и
позволяет использовать колонну в эксплуатационном режиме 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 колонны с шагом 400-600 мм.
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 преднапряжения.
Усиление колонн стальными распорками (рисунок 1,г) является
достаточно эффективным средством увеличения их несущей способности,
которая повышается пропорционально площади поперечного 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 рисунка 1,г, распорки с
перегибом устанавливаются в середине ах высоты. Для создания
предварительного напряжения сжатия распорки с помощью натяжных болтов
выпрямляются, принимая вертикальное положение. При этом распорки
надежно включаются в совместную работу с колонной, частично разгружая ее.
8
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 1. Усилить ствол колонны с помощью железобетонной обоймы.
Исходные данные:
колонна сечением b  h  0,3  0,3 м из бетона класса В15; Rb  8,5 МПа;
рабочая продольная арматура 4Ø12AII; As  4,52 см2; Rsc  280 МПа;
высота этажа H 3  3,6 м.
Эксцентриситет приложения нагрузки e0  0 .
Нагрузка длительно-действующая N  N d  1200 кН;
Задаемся толщиной обоймы   0,06 м, тогда суммарные размеры сечения
(рисунок 2)
b1  h1  b  2    0,3  2  0,006  0,42 м;
Рисунок 1 - Способы усиления колонн:
а) ж/б обойма;
б) одностороннее наращивание;
9
в) металлическая обойма;
г) металлические распорки
Ориентировочно назначаем площадь сечения продольной арматуры
обоймы, пользуясь выражением
Аs1  0,009  (h1  b1  h  b)  0,009  (0,42  0,42  0,3  0,3)  7,8 10 4 м²  7,8 см²
Принимаем 6Ø14АIII ( As1  7,69 см²);
Определяем несущую способность колонны до ее усиления.
Рисунок 2 - Расчетная схема колонны
Так как
l0 3,6

 12  20 при e0  0 , колонну рассчитываем как центральноh 0,3
сжатую из условия
N    ( Rb  A  Rsc  As ) ;
  b  2  ( sb  b )   s ;
s 
Rsc  As 280  4,52 10 4

 0,165 ;
Rb  A
8,5  0,3  0,3
Согласно [6, табл.25 и 27]
 b  0,86 ;  sb  0,89 ;
тогда
  0,86  2  (0,89  0,86)  0,165  0,97
N  0,87  (8,5 103  0,09  280 103  4,52 10 4 )  776 кН,
1200  776 кН;
Следовательно, несущая способность колонны недостаточна. Вычисляем
прочность колонны после ее усиления обоймой:
Rsc  ( As  As1 ) 280  (4,52  7,69) 10 4

 0,23 ;
Rb A
0,42  8,5  0,42
l0
3,6

 8,57 ;
h1 0,42
s 
10
b  0,905 ;
 sb  0,905 ;
  0,905  2  (0,9050  0,905)  0,23  0,905 ;
N  0,905  8,5 103  0,42  0,42  280 103  (4,52  7,69) 10 4  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 (таблица 1, п.1) из
тяжей, натягиваемых гайками до напряжений 60-90 МПа. При больших
значениях поперечной силы и сжимающих напряжений в наклонной сжатой
полосе целесообразно усиление преднапряженной наклонной затяжкой
(таблица 1, п.2) или металлическим столиком (таблица 1, п.3), приваренным к
продольной арматуре колонны.
Площадь сечения ветвей горизонтальной затяжки определяется по
формуле
As13 
1,25  ( M 1  M )
,
Rsn  h01  0,9
где M1 , M - соответственно изгибающие моменты, воспринимаемые
консолью после и до усиления;
h01 - полезная высота сечения консоли, усиленной затяжкой.
Площадь сечения ветвей наклонной затяжки можно определить из
условия [6,(207)].
Таблица 1 - Усиление консолей колонн
№
п/п
1
Способ усиления
Эскиз усиления
Горизонтальной затяжкой
2
Наклонной затяжкой
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Составная балка
2 [12…18
2
Затяжка
Ø 16…25
Гайка
3
М16…М25
1
2
3
3
Металлическим столиком
1
Обвязка
уг. 50…100
Затяжка
Ø 12…18
Планки
b =40…60
δ=4…6
Стальные пластины
11
2
δ=8…16
Опорная деталь
уг. 75…100
4 Усиление плит перекрытия и покрытия
Междуэтажные перекрытия выполняют важную роль в обеспечении
пространственной жесткости здания, являясь горизонтальными диафрагмами.
Поэтому при разработке конструкции усиления необходимо обеспечивать не
только прочность, но и жесткость перекрытия.
Применяется несколько способов усиления монолитных и сборных плит
перекрытий. Рассмотрим некоторые из них.
Способ наращивания плиты перекрытия состоит в нанесении 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 включений и промывается водой, после чего делается
насечка зубилом на глубину 0,5-1 см. Если же бетон плиты был подвержен
значительной коррозии или пропитан техническими маслами, то необходимо
обеспечить шпоночное соединение между его новым и старым слоями. Для
этого в перекрытии пробиваются сквозные отверстия размерами 8  8 см и
шагом 50-80 см. В отверстия вставляются V-образные стержни шпоночного
усиления 06-8 мм. Образуемые после бетонирования железобетонные шпонки
воспринимают касательные усилия между новой и старой плитами при изгибе,
обеспечивая их совместную работу. Возможны и другие способы шпоночного
соединения плит. Эскиз усиления плит наращиванием представлен на рисунке в
таблице 2.
Таблица 2 - Методы увеличения несущей способности железобетонных
конструкций
Увеличение несущей способности конструкций
Без изменения
С изменением расчетной
С изменением
расчетной схемы и
схемы
напряженного состояния
напряженного состояния
Железобетонные
Дополнительные жесткие
Дополнительная
обоймы
опоры
горизонтальная или
шпренгельная
преднапряженная
арматура
Одностороннее
Дополнительные упругие
Предварительно
наращивание
опоры
напряженные распорки
12
Металлические обоймы
Металлические
кронштейны
Дополнительные
преднапряженные связи
Предварительно
напряженные затяжки
Специальные случаи
усиления элементов
конструкции
Расчет несущей способности усиленной плиты производится по формулам
[1], где принимается во внимание изменившаяся полезная высота сечения и
количество рабочей арматуры. Способы усиления плит представлены в таблице
3.
Таблица 3 - Способы усиления плит
№
1
2
Способ усиления
Эскиз усиления
Бесшпоночное
наращивание
Наращивание с ж/б
шпонками
Элемент усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Бетон кл.В15...В25 2
2
Арматурная сетка
Ø4...16, шаг 100...200
1
2
3
3
Наращивание со
стальными шпонками
1
2
3
4
Подращивание с
приваркой рабочих
стержней усиления
1
2
Бетон кл.В15...В25
Арматурная сетка
Ø6...16, шаг 100...250
V-образный стержень
Ø8. ..12
Бетон кл.В15...В20
Арматурная сетка
Ø6...16, шаг 100...250
Стержень Ø8...12
Бетон кл.В15,..В25
Арматурная сетка
Ø8...16, 3
3
Стальная пластина
δ=8...12
Способ подращивания заключается в нанесении на потолочную
поверхность плиты слоя бетона, армированного сеткой. Усиление, эскиз
которого представлен в таблице 3, п.4, производится в следующей
последовательности: у опор, на потолочной поверхности плиты, обнажается
рабочая арматура, к которой привариваются стальные пластины (коротыши).
13
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 проволоки
прикрепляется к рабочим стержням.
После усиления потолочная поверхность плиты оштукатуривается или
покрывается торкретбетоном.
Рассмотрим проектирование усиления на примерах.
Пример 2. Требуется рассчитать температуру нагрева стержней,
выполненных из арматуры класса A-IV при Rsn=590 МПа, Es=1,9·105 МПа и
используемых для усиления плиты перекрытия длиной l=6 м. Температурный
коэффициент расширения стали α =120·10 -7.
Решение
Находим требуемое удлинение стержня по формуле:
l 
0,9  Rsn
0,9  590
 l 10 3 
 6 10 3  16,77 мм;
5
Es
1,9 10
Определяем температуру нагрева стержня:
t 
l
16,77  107

 233 ºС;
 t  l  103 120  6  103
Пример 3. Определить несущую способность плиты, усиленной
наращиванием, и оценить эффективность усиления.
Параметры плиты до усиления: бетон класса В15; Rb=8,5 МПа; рабочая
арматура сетки класса AII; Rs=280, МПа; As=7,85 см2 (10Ø10АП); полезная
высота сечения ho=0,05 м.
Параметры усиленной плиты: бетон в сжатой зоне класса В20; Rb=11,5
МПа; полезная высота сечения h01 =0,11 м.
Решение
Выделяем в плане плиты условную полосу шириной b=1 ми
рассматриваем ее расчетную схему, представленную на рис. 2.
Из схемы видно, что при наращивании "новый" бетон оказывается в
сжатой зоне сечения, следовательно, эффективность усиления будет тем
заметнее, чем выше класс бетона и его толщина.
Расчетная схема плиты представлена на рисунке 3.
14
Рисунок 3 - Расчетная схема плиты:
а - расчетное сечение плиты до усиления;
б - то же, усиленной плиты
Определяем несущую способность плиты до усиления: устанавливаем
характеристики сечений
R s  As 280  7,85 10 4

 0,025
Rb  b
8,5 1
x 0,25


 0,5;    r (0,5  0,68)
h0 0,05
х
вычисляем, используя значение  (приложении 1),
 0  0,375 ;
находим
изгибающий
момент,
воспринимаемый
нормальным
сечением плиты:
M   0  Rb   b 2  b  h02  0,375  8,5 10 3  0,9 1 0,05 2  7,17 кНм,
где
γb2
коэффициент условий работы (0,9).
Расчетная нагрузка, воспринимаемая сечением,
q
8  M 8  7,17

 6,37 кН/м.
l
32
Определяем несущую способность усиленной плиты:
280  7,5 10 4
 0,019 м;
11,5 1
0,019

 0,173 ;
0,11
 0  0,158 ;
x1 
M  0,158  11,5  10 3  0,9  1  0,112  19,8 кНм;
Увеличение полезной нагрузки за счет наращивания плиты составляет
17,6 - 6,37 = 11,23 кН/м.
Пример 4. Определить несущую способность плиты, усиленной
подращиванием, и оценить эффективность усиления.
15
Параметры плиты до усиления и расчетную схему принимаем по данным
примера 2.
Параметры усиленной плиты: рабочая арматура класса A-IV; Rs=510
МПа; As1=7,92см2 (7Ф12AIV); As2=7,85см2 (10Ф10II); полезная высота сечения
h0  0,065 м. Расчетное сечение усиленной плиты представлено на рисунке 4.
Рисунок 4 - Расчетное сечение усиленной плиты
Решение
Определяем параметры сечения усиленной плиты:
( R s1  R s 2 )  As (280  510) 15,77 10 4
х

 0,073 м;
2  Rb  b
2  8,5 1
0,073

 1,12 ;
0,065
 R  0,64
Сечение переармированно, так как    R  0,64 . Принимаем    R  0,64
Согласно данным прил.5
 0  0,435 .
Тогда
M  0,435  8,5 10 3  0,9 1 0,065 2  14,1 кН/м. Следовательно,
q
8 14,1
 12,53 кН/м.
32
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 перекрытия слоем
армированного бетона, возможно его усиление стальными балками и фермами,
частично или полностью воспринимающими полезную нагрузку.
Усиление зоны стыка плит перекрытия с ригелем при малой площадке
опирания показано на рисунке 5. Принцип усиления основан на устройстве под
аварийной плитой опорного столика, подвешиваемого на стальной пластине
или тяжах, закрепленных в полках смежных плит. Для более надежного
заанкеривания тяжей возможна также их приварка к монтажным петлям
панели.
16
Рисунок 5 - Усиление зоны стыка плит перекрытия с ригелем при малой
площадке опирания
Приложение 1
Вспомогательная таблица
прямоугольного сечения
для
расчета
изгибаемых
элементов

v
0

v
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0,995
0,99
0,985
0,98
0,975
0,97
0,965
0,96
0,955
0,96
0,01
0,02
0,03
0,039
0,048
0,058
0,067
0,077
0,085
0,095
0,37
0,38
0,39
0,4
0,41
0,42
0,43
0,44
0,45
0,46
0,815
0,81
0,805
0,8
0,795
0,79
0,785
0,78
0,775
0,77
0,301
0,309
0,314
0,32
0,326
0,332
0,337
0,343
0,349
0,354
17
0,11
0,12
0,13
0,14
0,15
0,16
0,17
0,18
0,19
0,2
0,21
0,22
0,23
0,24
0,25
0,26
0,27
0,28
0,29
0,3
0,31
0,32
0,33
0,34
0,35
0,36
0,945
0,94
0,935
0,93
0,925
0,92
0,915
0,91
0,905
0,9
0,895
0,89
0,885
0,88
0,875
0,87
0,865
0,86
0,855
0,85
0,845
0,84
0,835
0,83
0,825
0,82
0,104
0,113
0,121
0,13
0,139
0,147
0,55
0,164
0,172
0,18
0,188
0,196
0,203
0,211
0,219
0,226
0,236
0,241
0,248
0,255
0,262
0,269
0,275
0,282
0,289
0,295
0,47
0,48
0,49
0,5
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,56
0,57
0,58
0,59
0,6
0,61
0,62
0,63
0,64
0,65
0,66
0,67
0,68
0,69
0,7
0,765
0,76
0,755
0,75
0,745
0,74
0,735
0,73
0,725
0,72
0,715
0,71
0,705
0,7
0,695
0,69
0,685
0,68
0,675
0,672
0,665
0,66
0,65
0,65
0,359
0,365
0,37
0,375
0,38
0,385
0,39
0,394
0,399
0,403
0,408
0,412
0,416
0,42
0,424
0,428
0,432
0,435
0,439
0,442
0,446
0,449
0,452
0,455
5 Усиление кирпичных стен и простенков
Оценку технического состояния стен производят по результатам
натурного обследования и поверочных расчетов. При этом стараются
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 элементов перекрытия и перемычек, изменение
эксцентриситетов приложения нагрузки. Кроме того, учитывают фактическую
прочность составляющих их кладки кирпича и раствора, определяемую по результатам лабораторных испытаний образцов.
Элементы стен, имеющие повреждения или заведомо перегруженные,
проверяют расчетом по формулам СНиП II-22-81 по двум группам предельных
состояний, при этом основное внимание уделяют несущей способности.
18
Следует отметить, что объективная оценка несущей способности кирпичных стен всегда сопряжена со значительными трудностями, обусловленными различной степенью повреждений, а также неоднозначностью
прочностных показателей камня и раствора, причем не только в различных
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.
На основании поверочных расчетов устанавливают процент снижения
несущей способности стен, после чего делают окончательный вывод о
необходимости и целесообразности их усиления. Ориентиром для этого могут
служить следующие рекомендации:
1. Усиление целесообразно, если снижение несущей способности стены
составляет 15-50%.
2. Усиление возможно, если снижение несущей способности стены
составляет менее 15% (при наличии трещин) или более 50%, однако при этом
требуется технико-экономическое обоснование.
После принятия соответствующего решения выбирают конструкцию
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
100  100 мм (таблица 4, п.1). Сетки сваривают, образуя замкнутый контур. Для
лучшего прилегания сетки к стене используют штыри (гвозди) длиной 100-150
мм, забиваемые в швы кладки. На усиленный простенок наносят торкретбетон или слой штукатурки толщиной 15-20 мм.
При больших вертикальных трещинах простенок усиливают
стальной обоймой (таблица 4, п.2), которую монтируют по предварительно
оштукатуренной и выровненной поверхности простенка. Обойма представляет
собой конструкцию из продольных уголков 50  50 (45  45) мм и приваренных к
ним планок из стальной полосы 50  5 мм с шагом 300-500 мм. При этом шаг
планок не должен превышать наименьшего размера простенка. Чтобы создать
предварительное напряжение в обойме и улучшить ее совместную работу с
кирпичной кладкой, планки перед приваркой иногда нагревают до температуры
150-200°С.
Однако такой способ преднапряжения обоймы достаточно трудоемок и
сложен в исполнении, поэтому редко применяется. Более технологично
преднапряжение, которое достигается с помощью раствора, приготовленного на
напрягающем (расширяющемся) цементе и нагнетаемого в зазор между
уголками и кирпичной кладкой.
19
Простенки, имеющие сложную конфигурацию и поверхностные
повреждения, усиливают с помощью железобетонной обоймы (таблица 4, п.3).
Обойму изготавливают из бетона класса В15-В20 и армируют
пространственным каркасом, состоящим из продольных и поперечных
стержней. Толщину железобетонной обоймы и площадь сечения продольной
арматуры определяют расчетом.
Таблица 4 - Способы усиления (замены) простенка
№
п/п
1
2
Способ усиления
Элементы усиления
Эскиз усиления
№ поз.
Общие сведения
Оштукатуривание по сетке 1
Гвозди l =100-150
2
Сетка из проволоки
Кл. Вр-1
Ø3-5 мм;
3
Ячейка 100  100
Цементно-песчаный
раствор М100;
δ=15-20
Стальная обойма
4
Уголок 50  50  5
5
Планки 50  5 с шагом
300-500
3
Ж/б обойма
6
7
8
4
Замена простенка
9
10
11
12
13
Продольная арматура
кл. А II, АIII Ø6-12
Поперечная арматура
кл. А I Ø6-8
Бетон кл. В15-В20
δ=40-60
Стойки Ø150-200
Доски δ=30-40
Доски δ=50-60
Деревянные клинья
Новый простенок
В проекте усиления простенков большой длины (когда их длина в два и
более раз превышает толщину) необходимо предусматривать постановку
дополнительных связей, пропускаемых через кладку простенка.
При значительных разрушениях каменной кладки бывает целесообразной
замена простенка на новый. Перекладывают (заменяют) простенок после
предварительной разгрузки. С этой целью в смежные с простенком оконные
проемы устанавливают деревянные стойки, которые для обеспечения
жесткости и устойчивости расшивают досками. Нагрузку от перемычек на
20
стойки передают через деревянные клинья, забиваемые враспор со стойкой
(таблица 4, п.4). После устройства простенка зазор между новой и старой
кладкой зачеканивают жестким раствором.
Важно отметить, что материалы для кладки нового простенка и ремонта
стены должны иметь аналогичные физико-механические характеристики. Это
позволяет исключить неравномерные деформации стены и возможное
перенапряжение простенка.
Повреждение перемычек над дверными и оконными проемами обычно
наблюдается в старых зданиях, имеющих большой физический износ, и
характеризуется появлением вертикальных трещин и выпадением отдельных
камней кладки.
Перемычки усиливают стальными уголками (швеллерами) или
железобетонными балочками, устанавливаемыми в предварительно устроенные
гнезда (таблица 5). Уголки усиления объединяют при сварке горизонтальными
пластинами, а швеллеры - пластинами или болтами. Нагрузку от перемычки,
воспринимаемую стальными элементами, передают на стены посредством
подвески из полосовой стали или через стальные балочки уголкового или
швеллерного профиля, заложенные в пробитые в стене отверстия.
При удовлетворительном состоянии каменной кладки нагрузку элементов
усиления на стену передают без вспомогательных балочек (таблица 5, п.3).
После монтажа элементов усиления все пробитые в стене отверстия
зачеканивают мелкозернистым бетоном класса В15-В20, приготовленным на
безусадочном цементе.
Обобщая рассмотренные выше методы восстановления эксплуатационных качеств простенков и перемычек, следует указать на индивидуальность подхода к усилению в каждом конкретном случае. При этом
предпочтение следует отдавать такому методу, при котором эффект
усиления достигается при минимальном расходе материалов и малой
трудоемкости восстановительных работ.
Таблица 5 - Усиление перемычек
№
п/п
1
Способ усиления
Эскиз усиления
Усиление уголками
2
Усиление
подвеской
уголками
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
уг. 100  100  8
2
Планка 40  4
3
уг. 100  100  8
4
Цементно-песчаный
раствор М100;
с 1
Уголок 100  100  8
2
Планки 40  4
3
Подвеска 50  6(8)
4
Тяж Ø20…30
21
3
Усиление швеллерами
1
2
[ № 12
Болт Ø12
4
Усиление ж/б балками
1
Монолитная
ж/б
балка (перемычка)
Ø150-200
Анкера Ø10 с шагом
200
2
Местное сжатие (смятие) возникает в том случае, когда нагрузка от
элементов перекрытия (балок, плит) передается только на часть сечения стены.
При малой площади опирания конструкции или при отсутствии
распределительных устройств сжимающие напряжения часто превышают
величину расчетного сопротивления кладки на смятие, в результате чего
происходит ее разрушение. Причиной резкого увеличения 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 короткие
трещины и раздробление отдельных камней в зоне передачи нагрузки.
Усиление кладки при смятии, как правило, осуществляется в результате:
- увеличения площади опирания конструкции с помощью металлических
или железобетонных стоек, усилие от которых передается на стену вне зоны
разрушения;
- передачи нагрузки от конструкции на стойку, врезанную в стену или
пилястру и опирающуюся на фундамент;
- увеличения площади опирания конструкций на стену посредством
стального пояса, закрепленного в зоне разрушения кладки;
- устройства под
концом
балки
(фермы)
распределительной
железобетонной подушки.
Некоторые конструктивные решения, используемые при усилении
(разгрузке) стены в зоне местного смятия, представлены в табл. 3.
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. Временные опоры
убирают при достижении бетоном требуемой прочности.
Для предотвращения внезапного обрушения элементов перекрытия в
результате больших прогрессирующих деформациях здания бывает
целесообразно отказаться от превентивного усиления зоны смятия и
использовать страховочное заанкеривание элементов непосредственно в
несущих стенах. Это оправдано в том случае, когда отсутствуют признаки
смятия кладки, но не исключена возможность их скорого появления. Способы
22
заанкеривания конструкций в зоне местного смятия кладки представлены в
таблице 6.
Заанкеривание конструкций в зоне местного смятия представлена в
таблице 7.
Таблица 6 - Усиление (разгрузка) сиены в зоне местного смятия
№
п/п
1
Способ усиления
Эскиз усиления
Усиление
короткими
стойками
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Балка перекрытия
2
Стойка усиления
3
Стальной
пояс
4
18…20
5
Болт Ø12…16
Зона смятия
[
2
Усиление врезной стойкой
1
2
3
Балка перекрытия
Врезная в стену ж/б
стойка
Зона смятия
3
Усиление поясом
1
2
3
4
Плиты покрытия
Стальной
пояс
18…20
Болт Ø12…16
Зона смятия
[
Таблица 7 - Заанкеривание конструкций в зоне местного смятия
№
п/п
1
2
Способ усиления
Эскиз усиления
Заанкеривание балок
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Анкерный стержень
2
Ø 20…25
3
Арматура балки
4
Швеллер [ 12…14
Балка перекрытия
Заанкеривание пустотных 1
Анкерный стержень
плит
2
Ø20…25
3
Болт Ø20
4
Пластина 120  8
5
Швеллер [ 12…14
23
6
3
Заанкеривание ребристых 1
плит
2
3
4
5
6
Пустотная плита
Бетон кл. Б25
Анкерный стержень
Ø20…25
Болт Ø20
Швеллер [ 20
Швеллер [ 12…14
Ребристая плита
Бетон кл. Б25
Заанкеривание осуществляют посредством анкерных тяжей, пропущенных через стену и приваренных к продольной арматуре конструкции или
стальной распределительной пластине. Работы по заанкериванию балок обычно
включают: пробивку в стене отверстий, установку анкерующих устройств и
включение их в работу, замоноличивание отверстия в стене жестким
раствором. Разгрузка балок в этом случае не производится.
Процесс заанкеривания пустотных плит, как правило, более трудоемкий и
выполняется в следующем порядке:
- просверливают отверстия в стене;
- разгружают плиту;
- разбивают верхнюю полку над пустотами и вставляют анкерующие
устройства;
- заполняют пустоты бетоном;
- монтируют остальные элементы усиления, натягивая их с помощью
гаек, после набора бетоном проектной прочности;
- заделывают отверстия в стене жестким раствором.
Последовательность работ по заанкериванию ребристой плиты в
основном состоит из аналогичных операций за исключением тех, которые
связаны с усилением пустот.
Следует отметить, что способы усиления стен в зоне смятия не
ограничиваются вышеприведенными и могут быть существенно расширены
применительно к конкретным условиям (опирание перемычек, балконных плит
и пр.).
6 Усиление железобетонных балок
Для усиления балок используются разнообразные методы, при
назначении которых учитываются статическая схема, вид напряженного
состояния, степень разрушения и прочие специфические условия эксплуатации.
Важным обстоятельством при окончательном выборе метода усиления
является характер трещин, образующихся на боковой поверхности балок. Так,
например, балки с чрезмерно раскрытыми нормальными (вертикальными)
24
трещинами усиливаются в пролете путем подведения упругих и жестких опор
или подваркой дополнительной арматуры, а балки с наклонными трещинами стальной обоймой или кронштейнами.
6.1 Усиление балок с нормальными трещинами
Усиление балок промежуточной упругой опорой, в качестве которой
обычно используется балка (ферма), опирающаяся на самостоятельные опоры,
широко применяется при усилении перекрытий производственных зданий,
воспринимающих большие технологические нагрузки. Конструкция усиления
представлена в таблице 8.
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 к
Рассмотрим проектирование усиления балки упругой опорой на примере.
Пример 5. Требуется усилить ригель междуэтажного перекрытия упругой
промежуточной опорой в связи с увеличением полезной нагрузки.
Исходные данные: существующая нагрузка на ригель q1  33 кН/м;
нагрузка, которую должен воспринимать ригель после реконструкции,
q 2  40 кН/м; конструкция ригеля: бетон класса В20; Rb= 11,5 МПа; Еb=
27·103МПа; рабочая арматура 4Ø18АШ; Rs= 365 МПа; Es=2·105 МПа;
As  10,18 см2.
Таблица 8 - Усиление балок промежуточной опорой
№
п/п
1
Способ усиления
Эскиз усиления
Упругой опорой (балкой)
2
Упругой опорой (фермой)
3
Жесткой опорой (стойкой)
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Стальная балка 2[12…27
2
Стальные пластины
(клинья) δ=4…10
3
b=50…80
δ=4…10
1
2[75…150
2
2[12…18
3
2[10…20
4
2[14…18
5
b=80…100
δ=8…12
1
Стойка
25
2
3
Жесткой опорой (подкосами)
4
1
2
3
4
Гнутый швеллер
δ=8…12
Стальные пластины
(клинья) δ=4…10
Подкосы 2[16…27
Стальные пластины
δ=10…12
Гнутый швеллер δ=10…12
Стальные пластины
δ=10…12
Расчетная схема представлена на рисунке 6.
Рисунок 6 - Расчетная схема ригеля:
а - действующие нагрузки;
б - эпюра моментов от нагрузки q1 ;
в - эпюра моментов от нагрузки q 2 ;
г - эпюра моментов от реакции упругой опоры Ру;
д - расчетное сечение ригеля
Решение
Определяем изгибающие моменты:
q1  l 02 33  6 2

 148,5 кН·м;
8
8
40  6 2
M2 
 180 кН·м;
8
M1 
Вычисляем характеристики сечения:
Rs  As 365 10,18 10 4
х

 0,114 м;
Rb  b
11,5  0,3

x 0,114

 0,22 ;
h0
0,52
Находим (см.прил.5 [5])
26
 0  0,196 .
Рассчитываем несущую способность нормального сечения ригеля:
M  0,196 11,5 10 3  0,9  0,3  0,52 2  164,6 кН·м;
М  М 2  180 кН·м.
Следовательно, возникает избыточный момент в сечении, который
должен восприниматься конструкций усиления:
М у  М 2  М  180  164,6  15,5 кН·м.
При передаче избыточной нагрузки с ригеля на конструкцию усиления
определяем по формуле упругую реакцию:
Ру 
4  М 4 15,4

 10,3 кН·м.
l0
6
Для определения жесткости сечения ригеля В предварительно вычисляем
коэффициент приведения п и момент инерции Jp:
n
Es
2  105

 7,4 ;
Eb 27  103
J2 
b  h3
0,3  0,632
 As  n  r 2 
 10,18  10 4  7,4  0,222  0,0058 м;
12
12
Жесткость сечения ригеля без учета трещин в растянутой зоне находим
по формуле:
B  0,85  Eb  J p  0,85  27 103  0,0058  0,13  106 кН·м2.
Суммарный прогиб ригеля:
3
5 q2  l04 Py  l0
5  40  6 4
10,3  6 3
f 




 0,0051 м.
384 B
48  B 384  0,13 10 6 48  0,13 10 6
При усилении ригеля стальной балкой (см. таблица 9, п.1) ее требуемую
жесткость определяем по формуле:
EJ t 
Py  l03

48  f
10,3  63
 9088 кН·м2.
48  0,0051
Требуемый момент инерции балки усиления находим по формуле:
Jt 
EJ t
9088

 4328 10 8 м4  4328 см²;
5
3
E
2,1 10 10
По сортаменту прокатной стали балкой усиления может служить двутавр
№ 27 ( J x  5010 см4) или же два швеллера № 22а ( J x  2330  2  4660 см4).
При усилении ригеля стальной треугольной фермой (см. таблицу 9, п.2)
площадь поперечного сечения ее поясов находим по приближенной формуле
[5]:
A
k  Py  l
f E
,
где k - коэффициент, определяемый по табл.3.3.
Принимаем значение
ht
 0,06 , k  28 .
l
Тогда
27
A
28 10,3  6
 0,0016 м²  16 см²
0,0051  2,1 10 5 10 3
По сортаменту находим два уголка размером 75  75  6 и площадью
A  17,56 см2.
Значения коэффициента k представлено в таблице 10
Таблица 10 - Значения коэффициента k
ht
l
k
0,125
0,1
0,06(6)
0,05
8,5
12,5
28
50
Наиболее простым в техническом исполнении является усиление балок
подведением промежуточной жесткой опоры в виде стойки и.ли подкосов.
Однако следует учитывать, что промежуточная опора изменяет расчетную
схему балки, в результате чего возникает надопорный отрицательный момент,
на который проверяется существующее армирование балки.
Промежуточные опоры можно выполнять на самостоятельном
фундаменте или с использованием уже существующих. Важным требованием к
устройству отдельного фундамента является предварительное уплотнение
грунта и его основании с целью избежания просадки. Уплотнение производится
гидродомкратами таким образом, чтобы давление на грунт было не менее
давления под подошвой фундамента. В таблице 9, п.3 и 4 приведены
конструкции жестких опор, широко применяемые в практике усиления. Кроме
указанных, можно использовать кирпичные столбы, стальные трубы, наполненные бетоном, и другие профили.
Работы по усилению ригеля выполняются в следующей последовательности:
- уплотнение грунта и устройство фундамента;
- разгрузка перекрытия в зоне усиления балки;
- установка опорной конструкции на фундамент;
- включение промежуточной опоры в работу путем подклинивания или
поддомкрачивания.
Пример 6. Требуется усилить ригель междуэтажного перекрытия жесткой
промежуточной опорой в связи с увеличением полезной нагрузки. Исходные
данные приняты из примера 5. Расчетные схемы ригеля и стойки даны на
рисунке 7.
28
Рисунок 7 - 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.
Решение
Находим изгибающие моменты в ригеле после его усиления: над опорой
В
2
M B  0,075  q 2  l01
 0,0715  40  32  25,74 кН/м;
в пролете АВ (ВС)
2
M  0,091  q 2  l01
 0,091  40  32  32,76 кН/м.
Определяем высоту сжатой зоны бетона над опорой В:
Rs  As 280 1,57 10 4

 0,013 м;
Rb  b
11,5  0,3
x
0,013
 1 
 0,023 ;
h01 0,57
x1 
 0  0,02 ;
Момент, воспринимаемый сечением балки над опорой В,
2
M   0  Rb   b 2  b  h01
 0,02 11,5 10 3  0,9  0,3  0,57 2  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 перераспределение опорного
момента (см. рисунок 7,в). В результате перераспределения пролетные
моменты M AB и M BC увеличиваются (см. рисунок 7, г), однако их значения не
29
превышают ординат эпюры арматуры. Таким образом, прочность нормальных
сечений усиленного ригеля обеспечена.
За дополнительную жесткую опору принимаем стойку с размерами
сечения b  h  20 20 см из бетона класса В15; Rb  8,5 МПа, армированную
стержневой арматурой класса АШ; Rsc  355 МПа;
4Ø8АШ; As  2,01 см2.
Расчетная схема стойки представлена на рис.3.6, е.
Расчетный эксцентриситет e0  0 .
Расчетная длина стойки при высоте этажа 3,6 м
l0  0,7  3,6  2,52 м.
Так
как
можно рассчитывать как
l0  20  h , 2,52  4 , стойку
центрально-сжатую на усилие
NB 
q2  l
40  6
 40 
 120 кН.
2
2
Условие прочности сечения стойки проверяем по [6, формула 119] :
N    ( Rb  A  Rs  As )
Определяем коэффициент
  b  2  ( sb  b ) ,
где  - коэффициент продольного изгиба;
b , sb - коэффициенты, принимаемые по [6, табл.25 и 27]:
 b  0,86 ,  sb  0,89 , тогда A  b  h  0,2  0,2  0,04 м²;
s 
Rsc  As 355  2,01 10 4

 0,21 ;
Rb  A
8,5  0,04
  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 широко
используется при реконструкции зданий, при этом практически не уменьшается
полезный объем помещения, и монтаж ведется без остановки
производственного цикла. Затяжки делают шпренгельные, горизонтальные и
комбинированные.
Основными элементами затяжек являются горизонтальные и наклонные
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 элемента во
внецентренно сжатую комбинированную систему, напряженное состояние
которой является функцией нескольких параметров, в том числе и усилия
предварительного обжатия затяжкой.
30
При достаточном преднапряжении и надежном заанкеривании затяжки
предполагается, что напряжения в ней, а также в рабочей арматуре
усиливаемой балки нарастают пропорционально и достигают расчетного
сопротивления одновременно.
Величину предварительного напряжения затяжки  n можно установить по
табл.3.4 в зависимости от нормативного сопротивления стали Rsn и отношения
qn
где q n - нагрузка на балку после усиления; q y - нагрузка на балку во время
qy
усиления.
Из таблицы 11 следует, что максимальное напряжение в затяжке
 n  (1  0,8)  Rsn требуется при усилении неразгруженной балки.
Таблица 11 - Величины относительных напряжений в затяжке
qn
qy
n
Rsn
1-1,25
1,25-1,7
1,7-2,5
2,5-5
1-0,8
0,8-0,7
0,7-0,55
0,55-0,4
В таблице 9, п.1 и 2 рассмотрены варианты усиления балки шпренгельной
и горизонтальной затяжками, при наличии в балке нормальных трещин.
Работа по усилению производится в следующей последовательности:
- заготавливаются детали усиления: стержни, натягивающие муфты
(гайки), анкерные устройства;
- максимально разгружается перекрытие в зоне усиления балки;
- монтируются элементы конструкции усиления (поз. 1-6, таблица
9, п.1);
- производится натяжение затяжки механическим или электромеханическим способами;
- все элементы конструкции усиления окрашиваются защитными
покрытиями: эмалью, перхлорвиниловым лаком и др.
Пример 7. Требуется усилить ригель междуэтажного перекрытия
предварительно напряженной затяжкой
2Ø18АIV ( Az )  5,09 см2; Rs  510 МПа). Исходные данные приняты из
примера 6; конструкция усиления представлена в таблице 9, расчетная схема
ригеля - на рисунке 8.
Решение
Находим площадь сечения затяжки, приведенную к арматуре класса АШ,
Azn  Az 
Rs ( AIV )
5,10
 5,09 
 7,11 см²;
Rs ( AIII )
365
Определяем приведенную полезную высоту сечения балки:
hon 
As  h0  Azn  hz 10,18  52  7,11  66

 57,75 см;
As  Azn
10,18  7,11
31
Вычисляем высоту сжатой зоны бетона:
x
Rs  ( As  Azn ) 365  (10,18  7,11)

 18,29 см;
Rb  b
11,5  30
Таблица 9 - Усиление балок стержнями
№
п/п
1
Способ усиления
Эскиз усиления
Усиление шпренгелем
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Ø 16…36
2
Ø 40…60
3
δ=10…14
4
гнутый швеллер
δ=10…12
5
δ=8…10
6
напрягающая муфта
2
Усиление затяжкой
1
2
Затяжка Ø16…36
Опорный столик из
стальной пластины
δ=8…16
3
Усиление приваркой
дополнительной
арматуры
1
Арматура усиления
Ø10…32
Соединительный
элемент
δ=8…25
или
Ø8…25
2
Тогда относительная высота сжатой зоны:

x 18,29

 0,316 ,    R
hon 57,75
 0  0,266 .
32
Рисунок 8 - Расчетная схема ригеля с затяжкой:
а) действующая нагрузка;
б) усилие в рабочей арматуре ригеля и в затяжке;
в) расчетное сечение
определяем момент, воспринимаемый нормальным сечением усиленной
балки:
2
M   0  Rb   b 2  hon
 0,266 11,5 10 3  0,9  0,3  0,5775 2  275 кН·м;
Так как выполняется условие M  M 2 , 275  180 , то прочность нормального
сечения усиленной балки при нагрузке 40 кН/м обеспечена.
Принимая нагрузку на ригель в момент его усиления
q5  15 кН/м,
Но величина отношения
q 2 40

 2,66 .
q3 15
Пользуясь таблицой, находим
n
Rsn
 0,55  0,54 .
Таким образом, предварительное напряжение в затяжке должно
составлять не менее 0,4  Rsn .
6.2 Усиление балок с наклонными трещинами
Наклонные трещины в балках образуются по разным причинам: от
проскальзывания рабочей продольной арматуры в зоне заанкеривания, слабого
армирования поперечными стержнями, низкой марки бетона, недостаточных
размеров поперечного сечения балки, перегрузки. В зависимости от причины
образования трещин принимаются и способы усиления балок: предварительно
33
напряженные хомуты (табл.3,6, п.1 и 2); разгружающие кронштейны (табл.3.6,
п.3), которые могут применяться как отдельно, так и в сочетании с затяжками и
промежуточными опорами.
Усиление предварительно напряженными хомутами производится 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 струбцинами (поз.2,
табл.3.6) производится после приварки хомутов;
- наносится на все металлические детали конструкции усиления
антикоррозийное покрытие,
Расчет балок, усиленных предварительно напряженными хомутами и
разгружающими кронштейнами, на действие поперечной силы по наклонной
сжатой полосе между наклонными трещинами и по наклонной трещине
производится по [38, формулы (72), (84)].
Таблица 10 - Усиление балок с наклонными трещинами
№
п/п
1
Способ усиления
Эскиз усиления
Усиление хомутами (схема
1)
2
Усиление хомутами (схема
2)
3
Усиление двухконсольной
балкой (кронштейном)
Элементы усиления
№ поз.
Общие сведения
1
Стержни (хомуты)
Ø 10…16
2
[10…14
3
Пластина
b =40…60
δ=4…6
4
уг.50…100
1
Стержни (хомуты)
Ø 10…16
2
Струбцина
Ø 12…18
3
Пластина
b =40…60
δ=4…6
4
уг.50…100
1
Балка усиления
[16…27
2
Поперечная балка
[10…18
3
Связующий стержень
Ø 16…25
34
Список используемых источников
Байков, В.Н. Железобетонные конструкции: учебник / В. Н. Байков, Э.
Е.Сигалов – М. : Стройиздат, 2009. – 768 c. – ISBN 978-5-903178-15-5.
Бедов, А.И. Обследование и реконструкция железобетонных и каменных
конструкций эксплуатируемых зданий и сооружений: учебник / А.И. Бедов,
В.Ф. Сапрыкин. – М.: Стрйиздат, 2007. – 142 c. – ISBN 1-274-00083-78.
Залесов, А.С. Расчет железобетонных конструкций по прочности,
трещиностойкости и деформациям: учебник / А.С. Залесов, Э.Н. Кадыш, Л.Л
Лемыш. – М.: Стрйиздат, 2007. – 162 c. – ISBN 5-274-00085-1.
Матвеев, Е.П. Технические решения по усилению и теплозащите
конструкций жилых и общественных зданий: учебник / Е.П. Матвеев, В.В.
Мешечек. – М.: Старая Басманная, 2007. – 162 c. – ISBN 5-274-00085-1.
Нагрузки и воздействия: СП 20.13330.2011 : утв. М-вом регионального
развития Рос.Федерации 27.12.10 : ввод. в действие с 20.05.11. - М.: ФЦУ, 2011.
– 44 с.
35