Реконструкция зданий и сооружений

1 -- хомут вокруг колонны 2 -- колонна 3 -- тяжи 4 -- подклинка 5 -- подставка из отрезка двутавра 6 -- подвесная балка из швелле-рор 7 --гайка тяжей 8 -- упорный уголок 9 -- ригель 10 -- уголковая поперечная подпорка 11 -- горизонтальные упоры из уголков 12 -- вертикальные крепежные болты

Железобетонные сжатые элементы, усиленные обоймами, «рубашками» и наращиванием рассчитывают как монолитные.

При этом учет влияния продольного изгиба на несущую способность рекомендуется осуществлять путем расчета конструкции по деформированной схеме.

Изложенная ниже методика расчета правомочна в том случае, если элементы усиления плотно примыкают к опорным частям конструкций и обеспечена анкеровка арматуры в бетоне согласно требованиям СНиП.

25. Методика расчета усиления железобетонных колонн и их консолей

УСИЛЕНИЕ КИРПИЧНОГО ПРОСТЕНКА С ПОМОЩЬЮ СТАЛЬНОЙ ОБОЙМЫ

Дано:L=3мN=120тМ=8тмМарка кирпича 200Марка раствора 200

Вид кирпича 2 (по таб. (2) СниП II-22-81), R=3.2 МПа,h=510мм

b=510мм

УСИЛЕНИЕ КОЛОННЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ УГОЛКАМИ

Определим эксцентриситет, возникающий в колоне:

Определим коэффициенты, учитывающие эксцентриситет:



по таб.2 СниП II-22-81 R=3.2 МПа

Принимаем: mg=1; mk=0.7 (кладка имеет небольшие трещины);

Принимаем для обоймы сталь класса A - I. Вертикальная арматура обоймы (уголки) принимаем по конструктивным соображениям 4 уголка 50х6 мм, тогда

По пособию к СниП II-22-81 таб. 10

Необходимое увеличение несущей способности простенка за счет поперечных планок обоймы из уголков определяется по формуле:

где получено по табл.18 СНиП II-22-81 с учетом и ,

где

Из формулы можем определить требуемый процент армирования хомутами и поперечными планками:



Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов обоймы s=50см и определяем их сечение из условия:

Принимаем полосу 40х5мм; As = 2см2.

26. Конструктивные решения усиления стропильных ферм

При дополнительной нагрузке на стропильные фермы и балки часто возникает необходимость усиления конструкций в целом или их отдельных элементов и узлов.

Эффективным и достаточно простым способом усиления являются предварительно напряженные шарнирно-стержневые цепи, располагаемые в пределах высоты ферм (при наличии мостовых кранов) или ниже конструкции (рис. 1).

При больших пролетах или значительном увеличении нагрузки шарнирно-стержневые цепи усиления располагаются в двух уровнях.



Рис. 1 Усиление ферм шарнирно-стержневыми цепями:

а -- одноярусное в пределах высоты ферм б -- то же, двухъярусное в -- одноярусное ниже пояса фермы

Усиление состоит из двух одинаковых цепей по обе стороны от конструкции, анкерных устройств в верхней зоне на опорах, подвесок из круглой стали или стоек из профильного металла, расположенных в местах перегиба ветвей цепей.

Ветви обычно выполняют из уголков, вертикальные полки которых подрезают в местах изгиба цепей, а также из арматурных стержней диаметром до 36 мм или канатов из высокопрочной проволоки. Анкеры изготовля-ют из листовой или профильной стали.

Арматуру элементов усиления принимают классов A-I, A-II, A-III, К7, К.19, металлические конструкции -- из сталей ВСтЗсп, ВСтЗпс и ВСтЗкп. Шарнирно-стержневые цепи разгружают усиливаемые элементы, создавая антинагрузку, приложенную в заранее намеченных точках, которые определяются очертанием цепей.

Величина разгрузочных реактивных сил задается расчетом и достигается путем предварительного напряжения статически определимой шарнирно-стержневой цепи.

Очертание цепи принимают с таким расчетом, чтобы тангенсы углов наклона отдельных звеньев, начиная от середины, относились между собой как 1:3:5 и т. д.

Это обеспечивает примерно одинаковую величину реактивных сил в стойках и подвесках, при этом основное натяжение можно производить в месте расположения центральной стойки (подвески).

Величину усилия предварительного напряжения цепи определяют расчетом.

Предварительное напряжение шарнирно-стержневой системы осуществляют путем закручивания гаек динамометрическим ключом, домкратом с оттарированным манометром или штучными грузами.

Усиление сжатых поясов ферм производят путем установки металлических обойм из листового или профильного металла.

Усиление нижнего пояса осуществляют предварительно напряженными затяжками (рис.2 и 3).

Опорные части анкерных устройств затяжек выполняют из пластин толщиной 10-24 мм, подкрепленных ребрами. Для включения затяжек в работу ферм в них необходимо создавать предварительное напряжение порядка 15-20 МПа.

Анкерные устройства должны плотно прилегать к опорным частям ферм, для чего в некоторых случаях между опорными плитами и бетоном выполняют слой цементного раствора марки 25.

Растянутые раскосы фермы усиливают предварительно напряженными затяжками, крепление которых к узлам фермы осуществляют путем приварки к фасонным деталям или опорным уголкам (рис.5).

Концевые участки затяжек снабжают коротышами с резьбой, причем диаметр коротышей должен превышать диаметр затяжками не менее чем на 4 мм.

Металлические обоймы сжатых элементов ферм включаются в работу за счет распорных сил, возникающих при приложении к ферме дополнительной нагрузки.

При необходимости разгрузки сжатых элементов ферм выполняют предварительно напряженные односторонние или двусторонние распорки. Распорки упираются в специальные обоймы из листовой стали, устанавливаемые в узлах фермы.

Рис. 2 Усиление нижнего пояса ферм затяжками из уголков:

1 -- усиливаемая ферма 2 -- затяжка из уголков 3 -- торцевой упор 4 -- пазуха, заполняемая бетоном 5 -- хомут-упор 6 -- распорный винт 7 -- ребро жесткости, привариваемое после распирания затяжки 8 -- Соковой лист торцевого упора



Рис. 3 Усиление нижнего пояса стропильной фермы затяжками из швеллеров:

1 -- усиливаемая ферма 2 -- боковые предварительно напряженные затяжки; 3 -- торцевой упор 4 -- пазуха, заполняемая бетоном 5 -- вертикальный держатель по торцам ферм 6 -- то же, в середине пролета 7 -- хомут из листовой стали 8 -- распорный винт упора 9 - квадратный элемент с нарезкой для винта

Рис. 4 Усиления элементов решетки и узлов фермы:

1 -- усиливаемая ферма 2 -- металлический тяж 3 -- элементы усиления 4 -- хомуты 5 -- уголки-фикеяторы 6 -- предварительно напряженные стойки 7 -- уголки обоймы 8 -- планки обоймы 9 -- хомуты обоймы

Усиление узлов фермы осуществляется металлическими предварительно напряженными хомутами, обоймами из листовой стали или железобетона (рис. 5).

В связи с тем что в процессе усиления конструкция теряет свое стабильное состояние и ее несущая способность может существенно снизиться, необходимо обеспечить надежную страховку путем устройства специальных подпорок.

Подпорки устанавливают в узлах ферм или в любом месте нижнего пояса балок с обязательным раскреплением их в обоих направлениях.

Для включения подпорок в работу применяют клинья или выдвижные винты.

Для усиления стропильных балок рекомендуются шпренгельные предварительно напряженные затяжки из уголков или двутавра и уголков.

Предварительное напряжение необходимо для надежного включения шпренгеля в работу балки. Шпренгельная затяжка включает два боковых уголка, которые крепятся к анкерным коробкам, устанавливаемым на цементном растворе по торцам балки (рис. 6).

Предварительное напряжение шпренгеля осуществляется путем взаимного стягивания горизонтальных уголков нижнего пояса с помощью специальных болтов.

Чтобы избежать размолкования полок уголков, затяжку болтов необходимо производить одновременно.



Рис. 5. Усиление нижнего пояса и узлов стропильной фермы: 1 -- усиливаемая конструкция; 2 -- горизонтальные тяжи; 3 -- хомуты усиления; 4 -- планки-фиксаторы; 5 --торцевой хомут; 6 -- обетонированный узел



Рис. 6 Усиление стропильной балки предварительно напряженным шпренгелем из уголков:

а -- общий вид усиления б -- предварительное напряжение шпренгеля с помощью натяжного винта в -- то же, с помощью домкрата

1 -- усиливаемый элемент 2 -- наклонный тяж 3 -- уголок нижнего пояса 4 -- компенсирующие накладки 5 -- монтажные подвески 6 -- горизонтальный тяж шпренгеля 7 -- распорная планка 8 -- боковой лист анкерной коробки 9 -- прижимное ребро анкерной коробки 10 -- сварной шов 11 -- упорный торцевой лист 12 -- соединительная планка 13 -- соединительные болты 14 -- упор из отрезка швеллера 15 -- ребро жесткости 16 -- круглый коротыш упора 17 -- гайка 18 -- стяжной болт 19 -- сварная сетка 20 -- натяжной винт-упор 21 -- квадратный элемент с нарезкой 22 -- цементно-песчаный раствор 23 -- накладки-упоры 24 -- подвесная конструкция для установки домкрата 25 -- домкрат (гидравлический)

Нижняя горизонтальная часть шпренгеля может быть выполнена из двутавра или швеллера.

В этом случае предварительное напряжение шпренгеля осуществляется путем оттягивания двутавра от балки с помощью натяжных винтов, причем сначала одновременно затягиваются винты в местах перегиба тяжей, а затем -- средний болт.

После затяжки болты приваривают к нижнему поясу шпренгеля для исключения их раскручивания.

После выполнения усиления все металлические детали окрашивают защитным лаком или эмалью.

При необходимости усиления только нижнего пояса стропильных ферм осуществляют установку горизонтальных предварительно напряженных затяжек из швеллеров с боков нижнего пояса.

Предварительное напряжение затяжек для включения их в совместную работу с фермой выполняют путем отжатия швеллеров от нижнего пояса. Достигается это тем, что в отдельных местах швеллеры связываются между собой, а между стяжками -- распираются распорными винтами. Пространство между тяжами и бетоном нижнего пояса заполняется мелкозернистым бетоном.

Эффективное включение затяжек в работу обеспечивается при напряжениях 70-100 МПа.

После завинчивания распорных винтов их приваривают к затяжкам и осуществляют антикоррозионную защиту металлоконструкций усиления перхлорвиниловым лаком или эмалями.

Вместо швеллеров в качестве затяжек могут быть применены уголки по два с каждой боковой стороны нижнего пояса.

Этот вариант имеет ряд конструктивных преимуществ (достаточная длина сварных швов в местах крепления затяжки к торцевым упорам, более выгодное расположение уголков по высоте, что позволяет соединить их планками снизу и сверху и т.п.), а также позволяет более экономично подбирать сечение тяжей.

Если необходимо незначительно увеличить несущую способность стропильных балок и ферм, достаточно выполнить усиление нижнего пояса горизонтальными затяжками из стержневой арматурной стали (рис. 7). Предварительное напряжение затяжек осуществляется механическим способом с помощью взаимного стягивания двух стержней затяжки, динамометрическим ключом с помощью стяжных муфт или путем их электроразогрева с одновременным завинчиванием гаек на торцах.

Для анкеровки арматурных канатов классов К-7 и К-19, а также плохо свариваемой стержневой арматуры рекомендуется применять анкеры типа «обжатая гильза»: для свариваемой арматуры классов A-IV (марка 20ХГ2Ц) и A-V -- высаженные головки и приваренные коротыши.

Вид анкерного устройства, его диаметр и габариты должны учитываться при назначении расстояний между осями напрягаемых стержней.

Длина стержней усиления и расположение анкерных устройств должны назначаться с учетом расчетного удлинения арматуры, после которого анкеры должны занять свое проектное положение.

Дополнительная предварительно напряженная арматура усиления может располагаться под нижней поверхностью балки или вдоль ее боковой поверхности у нижней грани.

В обоих случаях должна быть обеспечена совместная работа дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией.

При расположении напрягаемой арматуры на боковой поверхности балки устанавливаются -- образные с крючками соединительные элементы из листовой стали, а при ее расположении под балкой -- соединительные прокладки.

Шаг прокладок или соединительных элементов не должен превышать высоту балки. Конструктивное решение усиливающего устройства должно обеспечить надежный контроль усилия натяжения в арматуре. Проще всего это решается с помощью динамометров, а в случае невозможности их использования -- специальными приборами. Эффективность применения того или иного прибора зависит от диаметра и вида напряженной арматуры, расстояния между стержнями и точками закрепления, усилия натяжения арматуры и паспортной погрешности прибора.

При расстоянии между стержнями усиления 20 мм и более рекомендуется механический прибор;

Для усиления применяют любую арматуру, рекомендуемую СНиП для предварительно напряженных конструкций. При выборе дополнительной арматуры необходимо учитывать условия выполнения работ по усилению (например, необходимость выполнения сварных работ), а также условия эксплуатации (агрессивность среды, температурный режим и т. п.).

Рис. 7 Усиление нижнего пояса стропильной балки горизонтальной предварительно напряженной затяжкой:

1 -- усиливаемая балка 2 -- тяжи горизонтальной затяжки 3 -- держатели тяжей 4 -- торцевой упор 5 -- нижний лист упора 6 -- боковые листы

20. Усиление каменных конструкций. Конструктивные решения

Расшивка швов кирпичной кладки

Выветривание швов на значительную глубину ухудшает тепломеханические свойства кирпичной кладки на 10 - 15 %, а также снижает до 15 % ее несущую способность. Этот дефект устраняют путем расшивки швов цементным раствором. Перед расшивкой швы расчищают и промывают водой , заполняют цементным раствором разглаживают специальным инструментом-расшивкой. После расшивки стены очищают от грязи и окрашивают.

Ремонт и усиление кирпичных перемычек

В старых зданиях проемы шириной до 1,5 м перекрывались клинчатыми перемычками, более 1,5 м - арочными.

Данные конструкции перемычек трудоемки в исполнении и требовали высококвалифицированной рабочей силы, к тому же они чувствительны к сосредоточенным нагрузкам и к неравномерным осадкам здания, т.к. разрушению перемычек при появлении первой трещины будет препятствовать только сила сцепления кладки.

Рядовые перемычки по прочностным характеристикам имеют преимущества над клинчатыми и арочными.

Дальнейшему развитию трещин, появившихся в рядовых перемычках, препятствует перевязка швов. Поэтому в жилищном строительстве начиная с 1920-х гг. широкое применение получили рядовые перемычки, перекрывающие проем 1 - 2 м. расчетная высота рядовой перемычки должна быть не менее 45 см, что равняется 6 рядам кладки. Кладка рядовых перемычек выполнялась из цельного отборного кирпича на растворе марки 25 и выше со строгим соблюдением перевязки швов.

Перемычки с одиночными трещинами восстанавливают, инъецируя жидкий цементный или полимерцементный раствор, что способствует замоноличиванию трещин.

Подача раствора под давлением позволяет тщательно заполнить образовавшиеся в кладке пустоты и создать монолитный массив.

Для приготовления растворов применяют портланд-цемент марки 400 и выше. Раствор необходимо подавать под давлением 0,6 МПа.

Сильно деформированные арочные перемычки полностью перекладывают, предварительно сняв с них нагрузку от перекрытий. Поврежденные клинчатые и рядовые перемычки усиливают путем подводки стальных или железобетонных балок. Под клинчатые перемычки подводят балки из угловой прокатной стали. Рядовые перемычки усиливают подводкой под них стальных балок из прокатного швеллера, стянутых монтажными болтами.

Усиление кладки под опорами балок и прогонов перекрытий

Появление трещин под опорами балок и прогонов перекрытий свидетельствует о работе кладки в перенапряженном состоянии и требует принятия конструктивных мероприятий по ее разгрузке исходя из действительной несущей способности кладки на местное сжатие.

При напряжениях кладки на смятие, превышающих ее расчетное сопротивление при местном сжатии (смятии), необходимо произвести местную замену кладки либо при незначительных ее разрушениях подвести распределительную стальную пластину или железобетонную подкладочную плиту. Для этого устанавливают временные крепления под балки перекрытия на всех этажах строго по вертикали, а также при необходимости поврежденный участок кладки заменяют на новый или укладывают стальную подкладочную пластину. Временные крепления для разгрузки балок разбирают при достижении раствором расчетной прочности.

Ремонт слабых участков стен

Участки стен с трещинами шириной до 4 мм рекомендуется восстанавливать, нагнетая в трещины кладки цементный раствор. Одиночные неглубокие трещины тщательно зачеканивают цементным раствором. При значительных повреждениях (сквозные трещины с раскрытием более 4 мм) в стенах толщиной более 1? кирпича сначала с одной стороны, а затем с другой на глубину в ? кирпича и ширину не менее одного разбирают кладку в зоне повреждения. Оставшуюся кладку тщательно промывают цементным молоком и выкладывают разнообразный участок новым полнотелым кирпичом марки 100 на цементном растворе марки 25 с тщательной перевязкой со старой кладкой. Для лучшей связки через некоторые промежутки устанавливают тычковые кирпичи.

В сенах толщиной мене 1,5 кирпича либо в стенах с поврежденными большими участками необходимо выполнить полную разборку кладки с последующим ее восстановлением.

Усиление кирпичных простенков и столбов состоит из следующих операций:

разборка оконных заполнений;

устройство временных креплений наружных лесов;

при наличии соответствующих указаний в проекте, а также во всех случаях перекладки (простенков, столбов и ремонте элементов в этих конструкциях), связанных с ослаблением сечения кладки при разборке более чем на 25%, производят вывешивание вышерасположенных перекрытий здания;

пробивка отбойными молотками борозд, отбивка четвертей, срубка кирпичной кладки по периметру простенка ( при устройстве железобетонной обоймы), разборка кирпичной кладки и новая кирпичная кладка (при перекладке простенка);

устройство металлического каркаса железобетонной обоймы;

распалубка монолитных железобетонных конструкций при устройстве железобетонной обоймы;

разборка временных креплений и поверхностей;

оштукатуривание и окраска простенков.

30. Расчетные модели совместного деформирования здания с основанием. Схемы деформирования

1. Прогиб.

Прогиб как вид деформации сооружения может быть представлен на следующей схеме:

Деформация сооружения в виде прогиба с возможным развитием трещин.

Этот вид деформаций встречается очень часто, но раскрытие трещин незначительно и очень редко, т.к. появлению трещин препятствует трение грунта по подошве.

Среди старинных домов, кладка которых возводилась на медленно твердеющем известковом растворе, можно найти много таких, стенки которых причудливо искривлены. В связи с искривлением стен перекошены оконные проёмы. Конечно, это явление не ошибка строителей, а проявление естественного свойства грунта. Стены медленно твердели и в первое время представляли гибкие конструкции, которые могли свободно искривляться применительно к деформациям грунта.

2. Выгиб (перегиб по определению СНиП).

Выгиб как вид деформации сооружения может быть представлен на следующей схеме:

Деформация сооружения в виде выгиба с раскрытием возможных трещин сверху.

Этот вид деформации встречается реже, но трещины раскрываются значительно.

Для шлюза максимальная нагрузка возникает по краям (под воротами шлюза), тогда деформацию данного сооружения можно представить на нижерасположенном рисунке.

Схема, показывающая пример деформации выгиба сооружения шлюза.

Характер деформации абсолютно гибкого сооружения (основания)

Осадка абсолютно жёсткого сооружения.

Характер эпюр контактных напряжений. Сооружение получает деформацию вверх - в виде выгиба.

При наложении эпюр 1 и 2 наибольшее сопротивление грунта возникает в центральной части сооружения.

3. Крен.

Крен как вид деформации сооружения может быть представлен на следующей схеме:

Схема деформации сооружения в виде крена.

В рамных конструкциях от этого вида деформаций появляются дополнительные усилия (мостовые краны перестают работать). Крен может быть и всего сооружения в целом (для жесткого здания) - неравномерность осадки.

Такие покосившиеся, накренившиеся здания можно видеть очень часто в стеснённых городских условиях застройки. В зданиях с креном даже при угле i=0,01 - уже чувствуется уклон для людей.

4. Перекос.

Перекос как вид деформации сооружения может быть представлен на следующей схеме:

Схема возможности развития деформации перекоса в здании.

Фундаменты могут получить разную осадку на небольшом по длине участке стены.

В результате в несущих стенах появляются косые трещины (особенно опасны косые трещины по простенкам - возможен их выкал - укрепление металлическими обоймами).

5. Скручивание (кручение).

Скручивание как вид деформации сооружения может быть представлен на следующей схеме:

Схема деформации сооружения в виде скручивания (кручения).

Один торец здания перемещается (крен) в одну сторону, а другой торец - в другую сторону. В этом случае в работу вступают перекрытия.

Часто одновременно в здании развиваются несколько видов деформаций, что значительно усложняет работу сооружения.

36. Конструктивные решения для усиления фундаментов

Все традиционные технологии усиления основания и фундаментов сводились, в основном, к увеличению площади опирания существующих фундаментов и, соответственно, уменьшению интенсивности давления на грунты основания. Параллельно разрабатывались технологические приемы, связанные с искусственным улучшением свойств грунтов в основании путем введения различных химических реагентов. Увеличение площади подошвы фундаментов достигалось преимущественно за счет создания железобетонных обойм либо банкетов (одно- и двухсторонних). В старое время для уширения фундаментов применяли прикладки, которые выполняли вперевязку с существующей кладкой (см.рис.1,а). Опирание прикладок осуществлялось на различном уровне. Так, откопка старых фундаментов в Выборге, Новгороде, Пскове показала, что прикладки оставались в насыпном грунте и фактически не оказывали влияния на условия дальнейшей эксплуатации зданий. Они включались в работу лишь при больших деформациях после соответствующего уплотнения грунтов в основании уширенной части.



Схема уширения подошвы фундамента (с эпюрами давления в плоскости подошвы) по Б.И.Далматову: 1 - существующий фундамент; 2 - конструкция уширения; 3 - арматура; 4 - эпюра давления до уширения; 5 - эпюра давления после уширения и догрузки фундамента

Основные приемы усилений оснований и фундаментов сводятся к следующему. Усиливаемый фундамент разбивают на отдельные захватки (участки) длиной 1,5 - 2,0 м. На этих участках отрывают вручную траншеи шириной 1,2 - 2,0 м до подошвы. После этого в фундамент забивают металлические штыри (либо погружают в заранее пробитые отверстия через 50 см в шахматном порядке). Устанавливают опалубку и бетонируют уширение. После разработки траншеи бетонируют примыкающие к граням фундамента банкеты без омоноличивания их с кладкой существующих фундаментов. Затем в пробитые проемы устанавливают стальные балки, которые являются упорами для гидравлических домкратов. Эти домкраты обжимают грунты в основании устраиваемых уширений. После опрессовки домкраты извлекают и бетонируют банкет



В мировой практике существует богатый арсенал различных химических реагентов, способных закрепить грунт основания на достаточно длительный период. К достоинствам химических способов относятся: высокая степень механизации всех операций; возможность упрочнения грунтов до заданных проектом параметров в их естественном залегании; сравнительно малая трудоемкость, резкое сокращение ручного неквалифицированного труда по откопке траншей, а также сравнительно невысокая стоимость исходных материалов (возможность использования отходов производства). Нами в начале 60-х гг. для улучшения свойств грунтов основания широко использовался кубовый остаток - отход производства кремнийорганических соединений (этилсиликат натрия). Были укреплены грунты в основании фундаментов здания тяговой подстанции трамвая в г. Усолье-Сибирское Иркутской области. Деформации этого относительно легкого здания произошли из-за неравномерных поднятий силами морозного пучения и соответствующих просадок при оттаивании расструктуренного грунта. Фундаменты имели заглубление 1,2 м от планировочной отметки при промерзании грунтов в этом регионе до 2,7 - 3,0 м. С использованием этилсиликата натрия были стабилизированы аварийные осадки двух складских неотапливаемых построек и одного жилого здания на морозоопасных и просадочных грунтах.

Сущность способа состоит в том, что в закрепляемый грунт первоначально (под давлением до 0,2 МПа) вводят углекислый газ с целью активации поверхности минеральных частиц, а затем - раствор жидкого стекла с плотностью 1,19 -1,30 г/см3 (в зависимости от водопроницаемости грунта). Газовая силикатизация, к сожалению, мало расширяет пределы применимости способа, ее применение ограничивается песчаными разностями с коэффициентом фильтрации до 0,5 м/сут.

Размещено на Allbest.ru