Усиление стен зданий • «СЗИЦ»
Усиление стен зданий
Разумные решения проблемы усиления ограждающих конструкций
В следствии сильнейших разрушительных землетрясений в опасных сейсмоактивных областях на территории России началось более детальное изучение негативных последствий. В результате этого изучения появилась необходимость создавать дополнительное усиление стен зданий с целью увеличения сейсмостойкости.
При создании проектов повышения сейсмостойкости строений, а так же их реализации в областях с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов была разработана Серия 0.00-2.96с «Повышение сейсмостойкости зданий», которую должны использовать соответственные строительные организации. Она базируется на СНиП 11-7-8 ”Строительство в сейсмических районах”, в котором нету положений по усилению несейсмостойких строений. Данный выпуск содержит только общую информацию, что касается только разработки проектов усиления несейсмостойких строений.
Все документы, на которых базируется проект по повышению сейсмостойкости строений с расчетом необходимой сейсмичности для строительной площадки, разрабатываются на основе строительной документации на саму постройку и сопроводительной информацией детального обследования конструктивных элементов постройки, а так же ее основания.
При подборке методов усиления сейсмостойкости строений любого типа и назначения: жилых, общественных и промышленных, нужно основываться на основных принципах проектирования строений для сейсмоактивных областей, в соответствии с установленными нормами.В тех случаях, когда стопроцентное выполнение установленных норм нереально, или же когда их осуществление приводит к экономической нерациональности усиления, допускается реализация выполнение всех соответствующих работ при частичном соответствии установленным нормам, а так же с их согласованием в установленном законом порядке.
Усиление кирпичных и каменных построек
При создании соответствующих проектов увеличения сейсмостойкости кирпичных и каменных строений может появится необходимость усиления следующих конструктивных элементов:
– стен и простенков;
– сопряжений поперечных и продольных стен;
– связей между перекрытиями и стенами;
– выступающих участков стен, в том числе и фронтов;
– сопряжений антисейсмических перекрытий и поясов.
При поиске технических разработок по усилению надземных конструктивных элементов постройки могут быть значительно повышены вертикальные нагрузки, что в свою очередь потребует дополнительного усиления фундамента данной постройки. Такое усиление может быть также реализовано для того чтобы перевести его в другую нормативную категорию с уменьшением его расчетной сейсмичности строительной площадки.
Элементы строения с малой несущей способностью выявляются проведением соответствующих расчетов. После проведения расчетов необходимо произвести разработку оптимальных технических решений по их усилению. Или же ввести дополнительные несущие строительные элементы, которые будут воспринимать определенную часть горизонтальной нагрузки постройки.
Усиление фронтонов
В постройках с железобетонными сборными и деревянными перекрытиями с фронтонами, выполненными непосредственно из тех же строительных материалов, что и сами стены, усиливают специальным стальным профилированным настилом или же дополняют металлическими элементами. Выбор определенного варианта усиления зависит от принятого решения усиления несущих стен, так как сами фронтоны из каменной или же кирпичной кладки – продолжение стен из этих же строительных материалов. В данном случае профилированный настил размещают на фронтоны.
Так же профилированный настил можно использовать непосредственно для усиления фронтона как с внутренней, и так и с наружной стороны. Настил необходимо укреплять болтами и дополнительными анкерами. А вот на внутренней стороне прикрепляют к стене элементами специального железобетонного сборного перекрытия. К перекрытиям настил крепят дюбелями с шагом не более 500-700мм. С внутренней стороны, вместо профнастила, фронтоны можно усилить специальной железобетонной “рубашкой”. В таком случае сетку армирования крепят непосредственно к железобетонным перекрытиям замоноличенными в пустотах плит анкерами.
Усиление стен и простенков профилированным настилом
Использование стального профилированного настила позволяет произвести усиление наружных стен из кирпича или из мелких штучных каменных блоков. Профилированный настил выполняет роль несъемной опалубки и внешнего армированния. При этом в зависимости от результатов расчета на сейсмические нагрузки профнастил устанавливается либо по поверхности всех стен, либо лишь по простенкам. Прикрепление настила к стенам осуществляют стяжными болтами, пропускаемыми сквозь просверливаемые в кладке отверстия и анкерами. Диаметр болтов принимают не менее 10мм, анкеров – не менее 8мм. При устройстве сплошного настила болтами настил закрепляют над и под оконными проемами и в пределах дверных проемов. Шаг анкеров назначают в зависимости от типа настила (толщины, размеров и конфигурации профиля), но не более 500-700мм в обоих направлениях.
При усилении простенков по всей высоте здания настил закрепляют на стене анкерами диаметром не менее 8 мм с шагом в обоих направлениях не более 500мм. Длину анкеров принимают в пределах 170-200мм. В обоих случаях для установки анкеров отверстия в кладке выполняют| диаметром меньшим диаметра анкеров и под углом 30°-45° к поверхности стен. Анкера с головками вбивают в отверстия насухо. Настил прижимают платно к кладке. Промежутки между стеной и профнастилом заполняют мелкозернистым бетоном класса не менее В15 или раствором марки не ниже 100.
Усиление стен и простенков двухсторонними железобетонными “рубашками”
Толщину слоев железобетона принимают либо одинаковой по внутренней и наружной поверхностям стен, либо разной и назначают по расчету, но не менее 50 мм. Для армирования используют сварную арматурную сетку из арматурных стержней диаметром не менее 5,5 мм, с ячейкой не более 100/100 и закрепляют на стенах сквозными болтами диаметром не менее 10 мм с шагом в обоих направлениях 1200-1500 мм в зависимости от размеров простенков, угловых участков стен и стен без проемов. Дополнительно сетки закрепляют анкерами, диаметром не менее 8 мм с шагом не менее 300 мм в обоих направлениях. В целях улучшения работы слоев усиления совместно с кладкой анкера вводят в кладку под углом 30° – 45°, для чего диаметр отверстий принимают меньше диаметра анкеров.
Усиление с обоймами
Часто перепланировка квартиры в многоэтажном доме сопровождается устройством проема в стене, что существенно изменяет технические параметры несущих конструкций.
Зачем нужно усиление стальными обоймами
Усиление металлическими обоймами является дополнительной мерой для увеличения несущей способности стены при устройстве в ней проема, когда ширина бокового простенка получилась незначительной.
Заключение боковых простенков (сегментов несущей стены) в обойму дополняет стальную раму из швеллеров и уголков, которая монтируется по всему периметру вырезанного проема. Подобное усиление предотвращает стену от разрушения.
Когда нужно усиление обоймами
Если простенок имеет ширину менее одного метра, его несущая способность заметно снижается. Он может не выдержать нагрузку от перекрытий, а это приведет к появлению трещин, что в свою очередь, может стать причиной возникновения аварийной ситуации. Это относится как к железобетонным стенам, так и к кирпичным.
Именно в таких случаях используют усиление обоймами с целью правильного распределения нагрузки от вышерасположенных перекрытий и стен. Применение этого метода дополнительного усиления защищает стену от обрушения и восстанавливает ее несущую способность.
Металлические обоймы с одной стороны усиливают простенок, предотвращая его деформацию, а с другой – принимают на себя часть вертикальной нагрузки от верхних этажей, таким образом разгружая усиливаемый участок стены.
Как выглядит усиление с обоймами
Чаще всего для монтажа данной металлоконструкции используют стандартный уголок, который сваривают металлическими «хомутами» с рамой. Расстояние между хомутами должно быть выдержано в соответствии с проектной документацией.
Обоймы применяются не только при устройстве проемов. Широко практикуется усиление колонн обоймой в домах, где они являются опорным элементом. А также в случаях разрушения кирпичных стен вследствие естественного износа при эксплуатации здания. Усиление кирпичной кладки обоймами также способствует восстановлению несущей способности стены.
Усиление стен
Несущие стены в зданиях применяются при бескаркасных конструктивных схемах, являются основными вертикальными несущими элементами и одновременно служат ограждающими конструкциями, т.е. должны обладать не только достаточной прочностью, устойчивостью и несущей способностью, но и необходимыми теплотехническими свойствами — обеспечивать заданный температурный режим в помещениях, нормируемый уровень паро-, воздухо- и звуконепроницаемости.
Ниже приведены основные дефекты и повреждения , которые встречаются специалистам ООО «Инженерный Центр «ЭкспертПроект» при проведении обследований, а также указаны мероприятия по устранению тех или иных повреждений для приведения конструкции в соответствие требованиям строительных норм.
1. Недостаточная несущая способность участков стен (простенков) для воспринятия действия фактических эксплуатационных или проектируемых при реконструкции здания нагрузок. Данный дефект устанавливается только по результатам расчетной оценки на основании исходных данных, выявленных при натурном обследовании. Устраняется данный дефект усилением простенков и участков стен стальными обоймами или железобетонными рубашками.
2. Повреждения материала стен под воздействием внешних силовых или атмосферных факторов устраняются ремонтными методами: заделка трещин инъекционным раствором, наблюдение за трещинами, перекладка отдельных разрушенных участков стен.
3. Характерные трещины в стенах при неравномерных осадках фундаментов и оснований. Устранение дальнейшего развития данных деформаций производится путем усиления грунтов оснований или усилением фундаментов, а также повышением пространственной жесткости здания за счет устройства монолитных железобетонных поясов, стальных стягивающих поясов или введением новых стен и жесткостных конструкций.
4. Недостаточные теплотехнические, звуко- и паро- изоляционные качества стен
устраняются путем их повышения и улучшения.Усиление несущих простенков армированными железобетонными или стальными обоймами.
Стальные обоймы, как правило, устраивают из прокатных уголков, устанавливая их в каждом углу сечения простенка. Уголки усиления подбирают по расчету, исходя из перегрузки стены. Стальные уголки обоймы стягивают между собой по граням поперечного сечения простенка стальными планками, предварительно нагретыми до температуры 250-300 С. В верхней и нижней частях стальные обоймы соединяются со стенами распределительными уголками, обеспечивающими передачу усилий. Одновременно на основании расчетной оценки необходимо сохранять несущую способность кладки на продавливание в местах установки распределительных уголков.
Для усиления железобетонными рубашками применяют каркасы из круглой арматурной стали диаметром 6мм — 12мм при шаге хомутов по высоте не более 150мм. Шаг устраиваемых вертикальных арматурных стержней составляет 200мм — 250мм. В случаях, когда соотношение граней усиливаемого простенка более 2,5, то в обоймах любого типа необходимо предусматривать шпильки, пропущенные сквозь отверстия, просверленные в простенке, стягивающие элементы усиления. Толщина слоя бетона обоймы усиления должна составлять от 60мм до 100мм. При этом возможно использование торкрет-бетона с толщиной слоя не более 30мм. Из опыта выполнения проектов усиления известно, что устройство обойм усиления позволяет увеличить несущую способность простенков в 1,5-2,5 раза.
Повышение устойчивости стен, имеющих отклонения от вертикали, а также скрепление разрывов кладки между смежными стенами обеспечивается устройством тяжей, устанавливаемых в плоскости перекрытий.
Так или иначе, усиление несущих стен зданий и сооружений необходимо проводить только по специально разработанному проекту. Специалисты Инженерного Центра «ЭкспертПроект» имеют большой опыт проектирования подобных мероприятий. Наиболее распространенным усиление несущих стен зданий является в случаях проведения реконструкции зданий, надстройки дополнительных этажей или увеличения нагрузок в помещениях. Объекты, на которых проводились мероприятия по усилению стен, представлены в разделе НАШИ ОБЪЕКТЫ.
Примеры работ по усилению стен
подробнее
подробнее
Усиление обоймами
Усиление стальными обоймами используется, когда при устройстве проема в несущей стене остается боковой простенок небольшой ширины.
Участок железобетонной стены шириной менее 1 метра не имеет достаточной несущей способности и не может выдерживать нагрузку от перекрытий. Следовательно данный отрезок стены начнет растрескиваться. То же относится и к кирпичным несущим стенам — кладка простенка начнет крошиться.
Чтобы восстановить несущую способность в проблемных местах, практикуется усиление стен стальными обоймами.
Включение боковых простенков или других конструкций в обойму допоняет стандартную раму из уголков или швеллеров, монтируемую на вырезанный проем. Укрепленная таким образом несущая стена удерживается от разрушения.
Что представляет собой обойма усиления?
Обычно она выполняется из уголков, поперек которых приваривают металлические полосы (хомуты) с шагом согласно проектному решению.
При перепланировках помещений в домах старого фонда, часто применяется усиление колонн металлической обоймой.
Ниже представлены примеры усиления металлической обоймой.
Пример 1. На торце обоймы усиления стоит швеллер, а на стыке стен — уголки:
Пример 2. На торце стены и на стыках — везде уголки:
Пример 3. Еще одна обойма из уголков:
Усиление каменных конструкций
В ряде случаев необходимо выполнить усиление каменной кладки, заключив ее в обойму. Каменная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, при этом увеличивается ее сопротивление продольной силе, а поперечные деформации значительно уменьшаются.
Обойма состоит из вертикальных стальных уголков, которые устанавливают по углам простенков или столбов на цементном растворе, и хомутов из полосовой или круглой стали (шаг до 0,5 м).
Зазоры между элементами обоймы и кладкой тщательно зачеканивают или инъецируют цементным раствором (рис. 1).
Рис. 1. Усиление каменных столбов обоймой-1 — планки 35×5 — 60х 12 мм; 2 — уголки;
3 — сварка; 4 — кладка
После устройства обоймы ее элементы защищают от коррозии цементным раствором толщиной 25—30 мм по металлической сетке с ячейками 1×1 см.
Железобетонная обойма выполняется из бетона класса В 15 и выше, продольной арматуры классов А-1, А-П, А-ТП, поперечной арматуры класса А-Т, охватывающих столб с четырех сторон. Благодаря усадке бетона железобетонные обоймы плотно обжимают усиливаемый элемент и работают с ним совместно. Шаг поперечной арматуры принимают не более 150 мм. Толщина обоймы определяется расчетом и принимается от 40 до 120 мм (рис. 2.31).
Рис. 2.31. Усиление каменных столбов железобетонной обоймой-
1 — стержни 0 5-12 мм; 2 — хомуты 0 4-10 мм-
3 — бетон класса от 12,5 до 14; 4 — кладка.
Одновременно с усилением обоймами возникает необходимость также в выполнении инъекции в имеющиеся трещины в кирпичной кладке цементного раствора. К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования: малое водо-отделение, необходимая вязкость, требуемая прочность на сжатие и сцепление, незначительная усадка, высокая морозостойкость. Инъекцию осуществляют путем нагнетания в поврежденную кладку под давлением жидкого цементного или полимерцементного раствора. При этом происходит общее замоноличивание кладки, восстанавливается ее несущая способность. Достоинством такого метода усиления является возможность его осуществления без остановки производства, при небольших затратах материалов и без увеличения поперечных размеров конструкций. Для инъецирования применяют портландцемент марки не менее 400. Песок для раствора применяют мелкий с модулем крупности М к= 1,0—1,5 или тонкомолотый с тонкостью помола, равной 2000—2200 см2/г. Для повышения пластичности состава в раствор добавляют пластифицирующие добавки в виде нитрита натрия (5% от массы цемента), поливинилацетатную эмульсию ПВА с полимерцементным отношением В/Ц = 0,6 или нафталиноформальдегидную добавку в количестве 1 % от массы цемента.
При небольших трещинах в кладке (до 1,5 мм) применяют полимерные растворы на основе эпоксидной смолы; модификатор МГФ-9; отвердитель ПЭПА; тонкомолотый песок, а также цементно-песчаные растворы с добавкой тонкомолотого песка состава 1: 0,1:0,25).
При значительном раскрытии трещин применяют цементно-полимерные растворы состава 1:0,15:0,3 (цемент: полимер ПВА: песок) или цементно-песчаные растворы состава 1: 0,05 : 0,3 (цемент : пластификатор нитрит натрия : песок), В/Ц = 0,6, модуль крупности заполнителя Мк = 1,0. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа. Плотность заполнения трещин определяется через 28 суток после инъецирования неразрушающими методами.
Совместное усиление кирпичной кладки стальной обоймой и инъецированием позволяет существенно повысить ее несущую способность и используется в том случае, если раздельное применение этих способов недостаточно эффективно. При устройстве комбинированного усиления сначала устанавливают металлическую обойму, затем производят инъецирование раствора в кладку.
При надстройке и реконструкции кирпичных зданий и сооружений, а также в случае аварийного состояния стен рекомендуется полная замена каменных конструкций. Замену производят после временного крепления стен конструкциями из дерева или стального проката, способных воспринять нагрузки, передающиеся на разбираемые простенки или столбы.
При необходимости замены узких простенков устанавливают временные стойки, которые опираются на подоконные участки и поддерживают перемычки. При ширине простенка более 1 м устанавливают две и более стоек. Включение стоек в работу осуществляется с помощью клиновидных прокладок. Новую кладку выполняют из каменных материалов более высокой прочности, не ниже марки 100, на растворе марки 100 и выше. При этом осуществляют плотное осаживание кирпича для получения тонких швов кладки. При необходимости горизонтальные швы армируют стальными сетками. Верх новой кладки не доводят до старой на 3—4 см, и затем этот зазор плотно зачеканивают жестким цементным раствором марки 100 и выше. При необходимости плотность прилегания новой и старой кладок обеспечивается путем забивки в незатвердевший раствор плоских стальных клиньев. Временные крепления разбирают после того, как раствор новой кладки наберет не менее 50% проектной прочности. При реконструкции кирпичных зданий часто возникает необходимость в повышении их прочности и жесткости в связи с появлением в процессе эксплуатации недопустимых трещин и деформаций. Эти дефекты могут быть вызваны неравномерными осадками фундаментов в результате ошибок при проектировании, строительстве или эксплуатации, плохой перевязкой швов и т.п. Одним из наиболее эффективных способов восстановления и усиления несущей способности здания в этом случае является его объемное обжатие с помощью металлических тяжей диаметром 25—36 мм, располагаемых в уровне перекрытий.
Объемное обжатие может выполняться для здания в целом или его отдельной части с помощью металлических тяжей диаметром от 25 до 36 мм, располагаемых в уровне перекрытий (рис. 3).
Рис. 3. Усиление стен объемным обжатием:
I — тяжи; 2 — муфта натяжения; 3 — металлическая прокладка;
4 — швеллер № 16, 20; 5 — уголок
Тяжи устанавливают в бороздах сечением 70×80 мм (заделываются цементным раствором) или располагают по поверхности стен (оштукатуриваются, образуя горизонтальные пояса).
Крепление тяжей осуществляют к вертикальным уголкам, устанавливаемым на цементном растворе на углах и выступах здания.
Натяжение тяжей осуществляется с помощью стяжных муфт одновременно по всему контуру здания (предварительно их разогревают автогеном, паяльными лампами или электронагревом). Механическое натяжение выполняют вручную с помощью рычага длиной 1,5 м с усилием от 300 до 400 Н. Общее усилие натяжения составляет около 50 кН, контроль осуществляется по отсутствию провисания тяжей, различными приборами, индикаторами и простукиванием (чистый звук высокого тона).
46 Усиление обоймами каменных конструкций.
Кладка работает в условиях всестороннего сжатия, т.е. ограничена возможность поперечного растяжения. Различают 3 вида обойм: стальные, ж.б.-е, растворные. Нагрузка на конструкцию усиления может передаваться 3мя способами: с 2х сторон, с одной стороны, без непосредственного влияния на конструкцию усиления. Способ передачи зависит от типа перекрытия. Стальная обойма выполняется из вертикальных уголков, которые устанавливаются на растворе по углам простенка или столба. Затем хомутами из стали устанавливаются связи. Для включения в работу обоймы зазор между уголком и кладкой зачеканивается раствором марки 50, 100. Диаметр хомутов 12-28 мм, толщина полосовой стали 5мм. Размеры сечения уголков назначаются расчетом. Для обжатия используются разогрев. В работу стальная обойма вводится посредством подклинки. Ж.б. обойма состоит их вертикальных стержней диаметром 10-12мм, расположенных по наружному контуру и хомутов диаметром 6-10мм. Толщина обоймы устанавливается расчетом. Шаг поперечных хомутов не более 150мм. Бетон класса В10, В15. Растворная обойма делается толщиной 30-50мм, марки 75-100. Факторы, влияющие на эффективность обоймы: процент поперечного армирования, марка раствора, класс бетона, схема передачи усилия на конструкцию. Расчет ведется по СНИП 2.22-81 »каменные и армокаменные конструкции». Кирпич должен быть марки более 75, раствор –50, поперечное армирование А1,Вр-1, продольноеА-1,2.
47. Выбор способа усиления каменных конструкций
Усиление и восстановление каменных конструкций выполняется различными способами, которые условно можно определить в такие группы:
1.усиление без изменения расчетной схемы
2. усиление с изменением расчетной схемы
3. усиление с изменением напряженного состояния
В зависимости от технического состояния каменных конструкций их усиление и восстановление сводится к:
— усиление отдельных элементов кладки
— увеличение несущей способности перенапряженных элементов кладки
— увеличение пространственной жесткости деформированного здания
— обеспечение устойчивости стен при отклонении от вертикали или в случае разрыва крепления
— обеспечить свободные осадочные деформации сопрягаемых стен
В зависимости от способов существует следующая классификация:
1. Обетонирование: ж/б, растворная, торкретирование
2. Металлические элементы:
ненапрягаемые – металлическая обойма, накладные пояса
напрягаемые – анкеры и тяжи
3. Инъецирование – полимерные растворы, цементные растворы, полимер-цементные растворы
4. Перекладка – замена части кладки, прикладка, укрепление облицовки
48 Материалы, применяемые при усилении конструкций.
Арматурная сталь классов А-1,2,3, про кат ВСт3пс6, ВСт3сп5, также листовую сталь по ГОСТам. Для ручной дуговой сварки электроды Э42, Э42А,Э46, Э50. Для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах, должны применяться бетоны, соответствующие по характеристикам данной среде. Раствор для защитных цементных штукатурок и мелкозернистый бетон для заделки гнезд, отверстий должны быть не ниже класса В20. В качестве вяжущего рекомендуется применять портландцемент марок не ниже 400. При необходимости выполнения работ в кратчайшие сроки и в аварийных ситуациях рекомендуется применять глиноземистый и расширяющийся цемент, напрягающие цементы. При наличии особых условий должны применяться специальные виды цементов , в качестве ингибиторов коррозии стали применяют нитрит натрия. Заполнители для бетонов должны отвечать требованиям СНИП и ГОСТ, а также по условиям применяемых технологий (вибрирование, набрызг, торкретирование). Уменьшение усадочных деформаций достигается применением расширяющихся и пластифицирующих добавок или напрягающего цемента. В качестве адгезионных обмазок для повышения сцепления старого и укладываемого бетона могут применяться силоксановые и акриловые клеи. Кирпич марки не ниже старо го и выше марки 100, растворы марки не ниже 100.