Усиление и реконструкция строительных конструкций (курсовая работа пз+ А2)

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(СГАСУ)
Кафедра: СИТЭ
Дисциплина: Усиление и реконструкция строительных конструкций
КУРСОВАЯ РАБОТА.
Выполнил: студент 6 курса,
Группы 103 ГСХ
Смородинов Д.А.
Проверила: Яковлева М.В.
г. Самара, 2016 г.
ЗАДАНИЕ
На курсовая работа по усилению и реконструкции несущих элементов здания
__секции жилого дома__________________________________
выдано студенту Смородинову Д.А.____________________
Состав проекта:
1.Составление плана и разреза части здания с указанием усиливаемых или
реконструируемых элементов.
2.Выявление и фиксация основных факторов, обуславливающих усиление
(восстановление).
а) характер размещения нагрузок, возможное изменение расположения п
величины;
б) повреждения, их характер (дефектная ведомость, карта повреждении),
таблица остаточной несущей способности.
3.Констатация основных исходных данных (материал конструкций,
прочностные характеристики, параметры элементов).
4.Расчет и конструирование усиления
а)
усиление элементов каменных конструкций
- простенка в осях накладными металлическими поясами;
- простенка шпонками.
б)
усиление элементов железобетонных конструкций
- плита перекрытия – путем наращивания арматуры;
- плита покрытия – путем наращивания сжатой зоны.
5. Для принятых вариантов усиления, по выполненным расчетам, пояснить и
обосновать конструктивные решения с указанием последовательности их
выполнения.
6. Составить спецификации на принятые элементы и материалы усиления.
7. Указать мероприятия по защите и продлению сроков службы конструкций.
Курсовой проект оформляется в виде пояснительной записки в объеме 20-25
страниц и чертежа.
Задание выдано _____29.10.__2015 года
Преподаватель _Яковлева М.В._____
Содержание:
Задание
1. Общие характеристики здания
2. Дефектная ведомость
3. Расчет и конструирование усилений
3.1 Усиление кирпичного простенка накладными металлическими
поясами
3.2 Усиление кирпичного простенка армированными шпонками
3.3 Усиление железобетонной плиты перекрытия наращиванием
арматуры
3.4 Усиление железобетонной плиты покрытия наращиванием сжатой
зоны
1. Общие характеристики здания.
Фундаменты – ленточные сборные бетонные и ж/бетонные блоки по серии
1.112-5;
Стены наружные – из силикатного кирпича, толщиной 510 мм, марка
кирпича 150, марка раствора 100;
Стены внутренние – из глиняного кирпича, толщиной 250 мм;
Покрытие –сборные железобетонные плиты с круглыми пустотами по серии
1.141-1;
Перекрытие – сборные железобетонные плиты с круглыми пустотами по
серии 1.141-1;
Плиты лоджий и балконов – панели с круглыми пустотами по серии 1.141-1;
Перегородки – кирпичные толщиной 120 мм;
Перемычки – сборные железобетонные
Лестница – из сборных железобетонных маршей по серии 1.151-6, вып. 1,
площадки, ступени;
Кровля – рулонная 4-слойная;
Крыша – с теплым чердаком и внутренним водостоком;
Полы – дощатые, паркет,линолеум и керамическая плитка;
Окна и балконные двери – деревянныетс двойным остеклением по серии
1.136.5-16,п.3;
Двери наружные– деревянные входные и служебные по серии 1.135-1;
Двери внутренние – щитовой конструкции по серии 1.36-10.
Наружняя отделка – фактурный слой;
Внутренняя отделка – штукатурка в комнатах и передних – оклейка обоями,
в кухнях, уборных и ванных – масляная окраска и глазированная плитка;
2.Дефектная ведомость.
№ Местоположение Эскиз повреждения
п/п поврежденной
конструкции и
ее наименование
1
2
1. Наружная стена
по оси «А» /
«11» в уровне от
+0,700 до +2,550
Описание
повреждения
3
4
Примечание
5
Трещина раскрытием N=986,0 кН
а = 0,5 мм,
Nф=442,3 кН
длиной 450 мм.
Пустошовка.
Проектная марка:
- кирпича – 75;
- раствора – 75.
Фактическая
прочность:
- кирпича – 7,0 МПа;
- раствора – 4,5 МПа
2.
Наружная стена
по оси «14» в
осях « А-В» в
уровне от +3,500
до +5,050
Три
волосные N=1250,5 кН
трещины длиной Nф=1059,9 кН
до
150 мм. Отслоение
штукатурного слоя
с
поверхности
кладки.
Пустошовка.
Проектная марка:
- кирпича – 75;
- раствора – 75.
Фактическая
прочнос
- кирпича – 7,0
МПа;
- раствора – 5,5
МПа
3.
Плита покрытия
в осях «10-11/АВ»
Следы пролива на М=67,7 кНм
поверхность
Мф=5,9 кНм
плиты
агрессивных
жидкостей.
Замачивание и
промораживание
стыка
между
плитами.
Разрушение
бетона
в
растянутой
зоне
на
глубину δ=10 мм.
Коррозия
продольной и
поперечной
арматуры.
Фактическая прочность
бетона
снижена
на 25%.
Потеря диаметра
арматуры за счет
коррозии
составляет:
- продольной –
на 2,0 мм;
- поперечной –
на 1,0 мм
4.
Плита покрытия
в осях «10-11/ГД»
Следы
пролива М=12,8 кНм
на
поверхность Мф=11,5 кНм
плиты
агрессивных
жидкостей. Следы
замачивания
сжатой
зоны
плиты
и
промораживание стыка между
плитами.
Разрушение
бетона
в
растянутой зоне на
глубину
δ=15
мм.
Коррозионное
повреждение
арматуры.
Фактическая
прочность бетона
снижена
на 30%.
Коррозия арматуры
по
диаметру до 15%
3.1 Расчет усиления несущей стены металлическим поясом
(с помощью ненапряженных тяжей).
Трещина раскрытием а = 0,5 мм, L = 450 мм. Пустошовка
Кирпич М 75
Раствор М 75
Фактическое сопротивление кладки Rф=1,395 МПа
Марка стали усиления Ст3
Анкер крепления – сквозной.
Решение:
Определяем расчетную площадь стены, исходя из площади поперечного
сечения поперечного пояса станы высотой:
=
−
= 2,800 − 1,550 = 1,250 м
где Н – высота этажа, мм;
Нок – высота оконного проема (при наличии балкона – высота дверного
проема), мм.
Рассчитаем площадь поперечного сечения стальных связей:
АS 
h  H с  Rt
,
Ry  с
где h – толщина стены, мм;
Rt=0,25МПа – расчетное сопротивление кладки осевому растяжению по
перевязанному сечению (СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные
конструкции, таб.11);
Ry=210МПа – расчетное сопротивление стали (для арматурной стали Ry=
Rs), МПа;
γС =1,0– коэффициент условия работы стальных связей.
= 210 МПа, расчетное сопротивление стали;
=
510 м ∙ 1250мм ∙ 0,25 МПа
= 738,9 мм
210МПа ∙ 1
′
=
2
=
738,9мм
= 369,45 мм
2
Принимаем полосу высотой 50 мм х 8 мм с каждой стороны стены
= 800 мм .
Усилие в тяжах определяем по формуле:
=
∙
= 210 МПа∙800мм = 168,0 кН
Рассчитаем анкеры крепления тяжей к стене на срез
=
4 ∙
∙ ∙
∙
, где
- диаметр анкера;
- усилие в тяжах;
- расчетное сопротивление анкера срезу;
=0,9 - коэффициент условия работы соединения;
- число анкеров в соединении (длина тяжа 1,16 м, отступаем по 0,08 м с
каждой стороны, анкера проводим каждые 0,5 м, принимаем n=4).
4 ∙
∙ ∙
=
=
∙
4 ∙ 168,0
= 22,0 мм
0,58 ∙ 210 ∙ 0,9 ∙ 3,1416 ∙ 4
Прочность анкера на смятие:
=
∙
∙ ∙
=
168,0
168,0
=
= 29,2 ≈ 30 мм
200 ∙ 0.9 ∙ 8 ∙ 4 5760
где Rqp –расчетное сопротивление смятию планки либо анкера
t- толщина планки тяжа
Прочность анкера ни изгиб:
=
0.2 ∙
∙
∙
∙
=
0.2 ∙ 168 ∙ 0,510
= 28,8 мм ≈ 30 мм
210МПа ∙ 1 ∙ 4
где la- длинна анкера (la=510 мм – толщина стены)
принимаем 32 мм.
Размеры шайбы для тяжей определяются прочностью стены на смятие и
условием работы шайбы на изгиб. Размер квадратной шайбы со стороной lш:
ш
=
∙
, где
- сопротивление смятию кирпичной кладки,
ш
Принимаем Шайбу 150 мм
=
= 1.5 ∙
168,0
= 141,4 мм
2,1 ∙ 4
ф
= 2,1МПа
Рис.1. Стальной пояс на стене.
Указания по производству работ:
1.В наружной стене в месте установки пояса через 500 и 250 мм сверлят
сквозные отверстия (Ø = 35 мм). под шпильку диаметром 30 мм. В пластине в
соответствующих местах также должны быть проделаны отверстия (Ø = 35
мм).
2.В полость стены вводят шпильки для пояса, затем устанавливают стальной
пояс. Далее устанавливают шайбы и затягивают болтами.
3.Все металлические элементы окрашиваются лаком ПФ-115 ГОСТ 15907-70*
по грунтовке ГФ-021 ГОСТ 25129-82*.
3.2 Усиление кирпичного простенка армированными шпонками
Рис.2. Установка шпонки
Рис.3. Разрез по умиляемому простенку.
Указания по производству работ:
- Разметка на стене по длине трещины местоположения штраб для
шпонок (через 300 мм).
- Устройство необходимого количества штраб (5 штуки).
- Зачистка полости внутри штрабы.
- Установка внутрь полости штрабы стержня арматуры диаметром 12
мм.
- Заделывание участка штрабы с арматурным стержнем
полимерраствором
3.3 Усиления плиты наращиванием арматуры.
Длина (L) – 5970 мм
Ширина (B) – 1490мм
Высота (H) – 220 мм
Бетон класса – В25
Rb=14,5 МПа
Арматура класса – АIII (A400) Rs=365 Мпа
Рабочая арматура 6ø14мм AIII
Rbt=1,05 МПа
Аs = 923мм2
расчет остаточной несущей способности:
dфпрод=d-2=14-2=12 мм
∙ фпрод
Asф =
=113,0 мм²
Rbф =Rb∙Кизм=14,5х0,75х0,8х0,9=7,83МПа;
Rsф =Rs ∙К`изм∙К ``изм=365х0,8х0,9=262,8 МПа;
xф =
ξф =
ф∙
ф
ф∙ ф`
,
,
=
, ∙ ,
∙
,
∙ ,
∙ ,
= 2,9 мм
= 0,016<ξR=0,604
h0ф= h0-10=189,5-10=179,5 мм
Mф = Rb∙ b`f∙x∙ (h0- )=7,83∙ 1,46 ∙ 0,0029 ∙ (0,1795-
,
)=5,9 кН∙м
Остаточная несущая способность снизилась на:
ф
,
,
Мост =
∙ 100% =
∙ 100% = 91,3%
М
,
Решение.
∆М= Мп- Мф=67,7-5,9=61,8 (кНм)
Принимаем дополнительную арматуру АIII (A400) Rs=365 МПа
В первом приближении принимаем ξ = 0,9:
Адоп =
∆M
R ∙ ∙ (h − 0,02)
=
61,8 кНм
= 9,93 см
365 МПа ∙ 0,9 ∙ 0,1895м
Принимаем 2 Ø 28 мм Аsдоп= 12,32 см2
Определение положение границы сжатой зоны проводится из условия,
где γs6=1,0:
 s 6  R sp  A sp  R sd  A sd  R b  b f/  h f/
1  262,8МПА  1,13  10 4 м 2  365МПА  12,32  10 4 м 2  7,83МПа  1,46 м  0,0350 м
479,3кН  348,7кНа , следовательно, граница сжатой зоны проходит в ребре.
Расчет проводим как для прямоугольного сечения шириной b f/ .
Определяем где проходит сжатая зона (здесь γs6=1,1) :
x

( s 6  Rsp  Asp  Rsd  Asd )  Rb  (b f  b)  h `f
Rb  b f

(1 262,8МПА 1,13 104 м 2  365МПА 12,32 104 м 2 )  7,38МПа  0,0305  (1,46 м  0,665 м)

7,38МПа  0,665м
 61,2 мм  h `f  30,5 мм
Дальнейший расчёт ведём по бетону усиления и определяем ξ1 по
формуле:
1 
Rsp  Asp  Rsd  Asd
Rb  (b1f  b )  hos
262,8МПА 1,13 104 м 2  365МПА 12,32 104 м 2

 0,504
7,38МПа  0,795 м  0,162 м
Так как ξ1=0,504< ξR·γsr1=0,604·0,9=0,5436 предельный изгибающий
момент Mult, который может быть воспринят сечением плиты, определяем
согласно по формуле :


M ult  Rb  (b1f  b )  h `f  h0 s  0,5  h `f  Rb  b  х  h0 s  0,5  x  
 7,38МПа  0,795 м  0,0305 м  0,147 м  7,38МПа  0,665  0,0612 м  0,131м  65,7 кН  м,
h os  h - a  22см  5,8см  162мм
Рис.4. Расчетная схема
a
A sp  asp  Asd  asd
Asp  Asd

1,13см 2  3,05см  12,32см  6,05см 2
 5,8см
1,13см 2  12,32см 2
Значения ξ=x/h0s=0,154, что меньше ξR·γsr1=0,604·0,9=0,5436,
следовательно, усиление запроектировано экономично. Проверяем условие
прочности по :
M  61,8 кН  м  M ult  65,7 кН  м, условие прочности соблюдается,
следовательно, усиление плиты перекрытия подобрано верно.
Рис.5. Сечение плиты с элементами усиления
Указания по производству работ:
- Демонтаж покрытия кровли вместе с утеплителем и гидроизоляцией до
верха усиляемой плиты;
-Устройство штрабы для открытия 2-х пустот;
- Установка готовых пространственных арматурных каркасов в открытые
пустоты;
- Бетонирование пустот бетоном кл.В25 ;
- Уход за бетонной смесью (вибрирование, увлажнение);
-Восстановление конструкции кровельного «пирога».
3.4 Усиление железобетонной плиты покрытия наращиванием
сжатой зоны
Длина (L) – 1300 мм
Ширина (B) – 1300 мм
Высота (H) – 80 мм
Бетон класса – В25
Rb=14,5 МПа
Арматура класса – АIII 7 ∅12мм
А = 792мм2
Проектная несущая способность:
∙
М=
=
∙ ,
∙
∙
,
,
= 12,8 кН∙м
.
Фактическая несущая способность:
Asф=792* 15% = 118,8 мм²
h0 f =50-15= 35мм
Rbф=Rb∙Кизм К`изм =14,5∙ 0,7 ∙0,8∙0,9=7,3 МПа;
Rsф=Rs ∙К`изм∙К ``изм=365 ∙0,9∙0,8=262,8 МПа;
∙
xф=
ξф=
,
М=
∙ `
=
, ∙ ,
∙
, ∙ ,
= 3,3 мм
= 0,094<ξR=0,604
∙
=
, ∙ ,
∙
∙
,
,
.
= 11,5 кН∙м
Остаточная несущая способность:
М
ф
,
,
Мост =
100% =
100% = 10%
М
,
∆М= Мп- Мф=12,8-11,5=1,3 (кНм)
Принимаем Мф=1,3 кН·м, который соответствует М
x
Mф − R ∙ A h −
2 =
d=
R ∙A
1,3кНм − 262,8МПа ∙ 1,18 ∙ 10 м ∙ (0,035м − 0,5 ∙ 0,0033м)
=
=
262,8МПа ∙ 1,18 ∙ 10 м
d = 8,6 мм
Примем конструктивно высоту наращиваемой сжатой зоны бетона равной
30 мм.
Определим нагрузку, которую может нести плита с учетом веса
наращенного бетона.
Распределенная нагрузка от веса «набетонки»
qсв= 25кН/м3∙ 0,03м ∙ 1,3 м = 0,975 кН/м
Распределенная нагрузка от внешнего момента:
8 ∙ Мф 8 ∙ 1,3кНм
qвн ∙ l
Мф =
=> qвн =
=
= 6,2 кН/м
8
l
1,69 м
Нагрузка, которую может воспринять усиленная плита:
q= qвн +qсв= 0,975+6,2=7,2 (кН/м)
Максимальный момент от нагрузки:
q∙l
7,2кН/м ∙ 1,69м
М=
=
= 1,5 кН ∙ м
8
8
1,5 кН ∙ м > 1,3 кН ∙ м
Рис.6. Сечение плиты с набетонкой
Указания по производству работ:
-Демонтировать цементную стяжку;
-Демонтировать утеплитель;
-Демонтировать рубероид ( гидроизоляция);
- Для лучшего сцепления набетонки и существующей плиты необходимо
на ее поверхности произвести насечки с заглублением на δ=10 мм.
- Очистить поверхность усиляемой панели пескоструйным аппаратом, а
также зачистить локальные участки металлической щеткой;
-Обработать поверхность плиты составом Пенекрит и составом Пенетрон
по ТУ 5745-001-77921756-2006.
- Установить опалубку;
- Провести укладку готовой бетонной смечи ( бетон кл.В25.) и уход за
бетоном ( поливка и т.д.);
-Демонтаж опалубки после достижения бетоном проектной прочности;
-Устройство гидроизоляционного ковра из рубероида;
-Монтаж утеплителя;
- Восстановление цементно-песчанной стяжки.
Список используемой литературы
1. Яковлева М. В.,Коткова О.Н.,Беляев С.Н. «Усиление и реконструкция
строительных конструкций», учебное пособие ,Самара 2010.
2. Яковлева М. В., Фролов М. А. «Техническая эксплуатация зданий и оценка
состояний строительных конструкций», учебное пособие, Самара 2002
3. Гроздов В. Т. «Правила обследования несущих строительных конструкций
зданий и сооружений»
4. Римшин В. И. «Обследования и испытания зданий и сооружений»
5. Яковлева М. В. «Техническая эксплуатация зданий и сооружений», курс
лекций, Самара 2006
6. СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции
7.СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции»