Многие здания и сооружения, возведенные в сейсмических районах без учета основных конструкционных требований по обеспечению прочности и сейсмоустойчивости, уязвимы при землетрясениях даже с магнитудой ниже 6 баллов. Гарантировать полную безопасность сооружений во время землетрясений практически невозможно. Имеется определенный риск при эксплуатации и строительстве зданий и сооружений на территориях, включающих старую застройку со зданиями, возведенными без современного комплекса антисейсмических мероприятий, особенно в районах с высокой плотностью населения. Данные здания требуют укрепления, а методы и способы укрепления зависят от сравнительного экономического анализа (расход материалов, трудоемкость, общая стоимость и характер повреждений, расположение конструкции в плане, эксплуатационные компоненты, назначение здания и т. д.). Некоторые из таких методов, а также их достоинства и недостатки рассмотрены в данной статье.
Ключевые слова: усиление, колонна, железобетонная обойма, канатная арматура, поперечное сечение, плита перекрытия, усиление колонн, несущая способность, конструкция.
В первую очередь необходимо понять, для чего делается реконструкция здания:
— это переустройство для полного или частичного изменения назначения здания, улучшения территории и застройки, установка нового оборудования, которое соответствует современным нормам;
— восстановление или усиление прочности здания с целью продлить срок работоспособности конструкции;
— перепланировка или изменение назначения здания или улучшение вида зданий в архитектурном плане.
Во время обследований безригельного каркаса часто видны трещины вокруг колонны, а именно в перекрытиях, где с течением времени или благодаря частичным перегрузкам в плите появляются небольшие трещины, которые постепенно усиливаются, под воздействием сейсмической активности в регионе, природных явлений или в процессе износа здания.
В этой статье предложены некоторые методы усиления конструкций, которые по результатам практических исследований показали значительную эффективность.
I метод
Добавление поперечного армирования
Данный метод усиления был разработан в США и прошел ряд необходимых испытаний и расчетов. Принимая во внимание то, что данный метод является оптимальным способом усиления плиты от продавливания, он имеет определённые недостатки:
— наружные верхние и нижние части болтов, которые необходимо дополнительно учитывать при косметической отделке;
— необходимость закрепления наружной части стяжных болтов вклейками на случай возникновения пожара.
По инструкциям для монтажа стяжных болтов плиту надо пробуривать сквозными отверстиями в зоне вокруг колонны, с помощью этой процедуры можно избежать риска преждевременного обрушения, так как после сквозного перфорирования расчетное сечение плиты перекрытий в итоге ослабляется.
Рис. 1. Добавление поперечного армирования
Данный метод заключается в усилении плиты перекрытий от продавливания с помощью поперечно наклонных арматурных стержней, которые устанавливаются в плиту путём бурения отверстий только с нижней стороны плиты и заканчивая вклейкой стержней с высокопрочными химическими составами.
Технические характеристики этой системы уже были подтверждены результатами испытаний и опытным путем доказано, что сопротивление плиты к продавливанию существенно возрастает.
Можно выделить ряд преимуществ данного метода усиления:
— значительно увеличивается эксплуатационная прочность и безопасность плитных железобетонных конструкций;
— значительно снижается расход материалов, а также сокращаются сроки строительно-монтажных работ при усилении конструкций по сравнению с другими методами усиления;
— уменьшается нагрузка на усиливающую конструкцию от имеющегося веса элементов усиления.
II метод
Для усиления железобетонной колонны существует достаточное количество методов. Наибольшее распространение получили следующие: железобетонные и стальные обоймы, одностороннее и двустороннее наращивание сечения, предварительно напряженные обоймы и распорки, приставные стойки и разгружающие элементы.
— Усиление железобетонной обоймой считается наиболее простым и надежным способом увеличения несущей способности колонны. Обойма состоит из продольной и поперечной арматуры и бетонного слоя. Перед усилением поверхность колонны должна быть зачищена от старого штукатурного слоя, а поверхность существующего бетона за час до наращивания смочена водой. Чаще всего железобетонную обойму делают толщиной 6–12 см. Сечение и количество продольной арматуры рассчитывается для каждого случая отдельно. Совместная работа обоймы и колонны —важное условие [3].
— Усиление колонн стальной обоймой — довольно простой метод в исполнении, позволяющий незначительно увеличить размер поперечного сечения и практически сразу ввести колонну в эксплуатационный режим. С использованием цементно-песчаного раствора устанавливаются продольные элементы обоймы из угловой стали, прижимаемые к колонне с помощью струбцин, после чего к уголкам приваривают поперечные планки [3].
— При средней степени разрушения и при отсутствии другого материала железобетонные колонны могут быть усилены деревянными стойками [3]. Для осуществления этого способа деревянные стойки устанавливаются под главными балками на подкладки из коротких брусьев и снизу плотно укрепляются клиньями из дерева твердых пород (дуб, лиственница). Стойки скрепляются с колоннами скрутками в три оборота. Плоскости торцов деревянных стоек должны быть перпендикулярны к их осям и для усиления обиваются кровельным железом.
III метод
Железобетонные стены-диафрагмы с жесткой арматурой
Элементы жесткости высотных зданий в виде стен-диафрагм выполняются с жестким армированием из стальных профилей, размещаемых, как правило, в концевых участках поперечного сечения (рис. 2).
Рис. 2
Такое расположение стальных профилей позволяет решать вопросы повышения прочности и расчетной предельной деформативности скрытых колонн каркаса здания. Достаточно широкому применению конструкций стен-диафрагм с краевым расположением жесткого армирования в смешанных конструктивных системах способствовало условие удобного и надежного конструктивного соединения между стальными балками и стенами-диафрагмами.
Таким образом, в данной статье рассмотрены основные методы по усилению бетонных конструкций, а также основные преимущества и недостатки этих методов.
Литература:
- Mentetrej F, Brjuhvajler E., “Usilenie sushhestvujushhih zhelezobetonnyh plit na srez pri dejstvii sosredotochennyh nagruzok” Federal'nyj politehnicheskij institut Lozanny izdanie 1996 goda (École polytechnique fédérale de Lausanne — EPFL) — Repro — 1996
- Юдина А. Ф. Реконструкция и техническая реставрация зданий и сооружений [Текст]: учеб. пособие/А. Ф. Юдина. — 3-е изд., стер. — М.: Академия, 2014. — 319
- Standart organizacii «proektirovanie usilenija plit na prodavlivanie himicheskimi ankerami «Hilti HZA-P» NIIZhB im. A. A. Gvozdeva
- Методы усиления железобетонных колонн [Электронный ресурс]. — Режим доступа: Методы усиления железобетонных колонн | Статья в журнале «Молодой ученый» (moluch.ru) (дата обращения: 03.05.2022).
