Общие сведения.
В процессе эксплуатации зданий и сооружений, в результате различного рода воздействий (нарушения, допущенные при возведении зданий и сооружений, использование некачественных материалов, нарушение условий эксплуатации, климатические воздействия, старение материалов конструкций и т.д.), происходит возникновение и накопление различного рода дефектов и повреждений. В частности, в простенках каменных зданий наблюдается образование нормальных и наклонных трещин, разрушение кирпича, растворного слоя и т.п.
Образующиеся дефекты и повреждения оказывают значительное влияние на несущую способность как отдельных поврежденных конструктивных элементов, так и всего здания в целом, что в свою очередь не позволяет обеспечить его нормальную эксплуатацию.
Дефект
Рис. 1. Наклонная трещина (25 мм)
Определение характеристик материалов усиливающей конструкции.
Согласно приложения 1, определяем категорию технического состояния конструктивного элемента:
фактическое техническое состояние простенка, наиболее близко соответствует описанию, приведенному в п. 3. приложения 1, в соответствии с которым характеризуем техническое состояние простенка, изображенного на рис. 1, как «Ограниченно-работоспособное состояние». Для восстановления работоспособности таких элементов необходимо проведение мероприятий по восстановлению или усилению конструкции.
По приложению 2, с учетом различных требований, определяем наиболее подходящий вид материала обоймы (при этом учитываем, что простенок находится в жилой комнате):
- исходя из условия минимизации воздействия на жилое помещение, для усиления простенка первоначально задаемся наиболее малогабаритными конструкциями обойм: стальной, штукатурной и обоймой из углеволоконных материалов;
- учитывая то обстоятельство, что при устройстве штукатурной обоймы имеют наличие «мокрые» строительные процессы, в связи с чем необходима остановка функционирования помещения на время производства работ, что невозможно (выселение жильцов на время производства работ по усилению простенка не допускается). По этой причине выбираем стальную обойму и обойму из углеволоконных материалов, устройство которых возможно без остановки функционирования помещения;
- по технико-экономическим показателям, из двух оставшихся вариантов (стальная обойма и обойма из углеволоконных материалов) для усиления простенка выбираем стальную обойму.
Восстановление работоспособности простенка с использованием стальной обоймы.
Определим требования к материалу конструкции стальной обоймы, в соответствии с требованиями, указанными в приложениях 8-11:
- согласно приложения 8, исходя из условия, что поврежденный простенок находится в жилой комнате многоэтажного здания, определяем степень агрессивного воздействия газовой среды, а именно: для помещения с нормальным влажностным режимом и воздействии газов группы «В», определяем, что внутри помещения среда характеризуется как «неагрессивная». Поскольку зона влажности задана как «Нормальная», то при воздействии газов группы «А», определяем, что наружная среда характеризуется как «слабоагрессивная». Для дальнейших расчетов принимаем наихудший вариант, воздействующий на обойму, а именно: эксплуатационную среду как «слабоагрессивную»;
- по приложениям 9 определяем, что для стальной обоймы, эксплуатируемой в слабоагрессивной среде необходимо выполнить очистку поверхности стальных конструкций степени «2». Используя рекомендации приложения 10, для очистки поверхности стальных элементов перед нанесением защитного состава принимаем механизированную очистку (вращающимися щетками), а также с использованием шлифовальных шкурок);
- согласно приложения 11 определяем, что для стальной обоймы, эксплуатируемой в слабоагрессивной среде, в качестве защитного покрытия необходимо использовать лакокрасочное покрытие группы «II». Используя интернет-ресурсы, выбираем защитное лакокрасочное покрытие на акриловой основе (учитывая его возможность эксплуатации внутри жилого помещения) – антикоррозийную краску по металлу «АнтиРжавчинаМеталлСупер-777». При этом необходимо проверить соответствие принятого покрытия требованиям Главы II, Раздел 5 «Требования к товарам бытовой химии, лакокрасочным материалам» [10], на возможность его использования в помещении данного назначения.
Расчет стальной обоймы.
Для выполнения расчетов по определению остаточной несущей способности поврежденного простенка и усиливающей его обоймы, используем методику, приведенную в [4].
Для усиления используем стальную обойму. Стальная обойма представляет из себя следующее:
- по углам усиливаемого элемента устанавливаются на жестком цементно-песчаном растворе вертикальные опорные уголки, к которым крепятся на сварке поперечные хомуты из полосовой стали или круглых стержней. Расстояние между осями хомутов должно быть не более меньшего размера сечения кладки простенка и не больше 500 мм. Стальная обойма должна быть защищена от коррозии составами, определенными выше, или слоем цементного раствора, согласно указаний приложения 14.
Расчет элементов каменных конструкций стен, усиленных стальной ненапрягаемой обоймой, при центральном сжатии производится по формуле:
где y = 1, h = 1 при центральном сжатии,
N – продольная сила от расчетной нагрузки;
Aкл – площадь сечения усиливаемого элемента;
As1 – площадь сечения продольных уголков стальной обоймы;
Asw – площадь сечения поперечных планок стальной обоймы;
Rsw – расчетное сопротивление поперечных планок;
Rsc – расчетное сопротивление стальных уголков;
R – расчетное сопротивление кладки сжатию;
j - коэффициент продольного изгиба;
mq = 1 при h > 30 см;
mk – коэффициент условий работы кладки, принимаемый по приложению 15;
mb - коэффициент условий работы бетона (mb =1 – при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу, обоймы; mb =0,7 – при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы; mb =0,35 – без непосредственной передачи нагрузки на обойму);
m - процент армирования хомутами или поперечными планками
;
S – расстояние между осями поперечных планок стальных обойм (S£h, S£b, S£50 см);
h, b – размеры сторон усиливаемого элемента.
Пример расчета
(исходные данные принимаются согласно индивидуального задания):
Марка кирпича – М75.
Марка раствора – М75.
Сечение простенка каменной стены b´h = 710´710 мм.
Высота простенка l = 1500 мм;
Коэффициент mg=1.
Усилие, действующее на простенок Nд=2000кН
1. Предварительно назначаем характеристики элементов стальной обоймы:
- площадь сечения продольных уголков (∟65х10) As1 = 4х1211 мм2 = 4844 мм2;
- площадь сечения поперечных элементов (-50х5) Asw = 250 мм2;
- шаг поперечных планок по вертикали принимаем S = 300 мм;
- расчетное сопротивление металла поперечных планок Rsw = 150 МПа;
- расчетное сопротивление металла вертикальных уголков Rsc = 190 МПа;
2. Гибкость элемента каменной кладки
λ=1500/710=2,11
3. По табл. 19 [5], или приложению 12 методических указаний. определяем
φ = 1
4. По таблице 2 [5] или приложению 13 методических указаний. определяем расчетное сопротивление кладки
R = 1,4 МПа
5. Определяем процент армирования
=0,469%
6. Коэффициенты
ψ = 1, η = 1
7. Коэффициент снижения несущей способности усиливаемого элемента принимаем по приложению 15
m k = 1
8. Проверка соответствия принятого шага планок обоймы конструктивным требованиям.
Расстояние между осями хомутов должно быть не более меньшего размера сечения кладки простенка и не больше 500 мм
9. Площадь поперечного сечения кладки
Aкл = 710 × 710 = 504100 мм2
10. Определяем несущую способность каменной кладки, усиленной стальной обоймой
190*4844=
=2034421Н=2034,42кН
11. Выполняем проверку условия обеспечения несущей способности усиливаемого элемента.
2000кН>2034,42кН
При этом, для оптимизации технико-экономических параметров конструкции усиления, необходимо, чтобы разница между сравниваемыми параметрами была не более 10 %.
Вывод: Nд больше N не более 10%.
12. Конструирование стальной обоймы.
- конструкцию обоймы с «фасадной» стороны усиливаемого элемента, с указанием оконных или дверных проемов (пример на рис. 10);
- сечение по усиленному элементу (разработать самостоятельно);
- узел верхнего стыка усиленного элемента с перемычкой проема (пример на рис. 10).
На схемах необходимо обозначить: все элементы конструкции усиления; размеры, привязки, сварные швы с обозначением их катетов, исходя из конструктивных требований.
Также при конструировании обоймы необходимо учесть технологические требования по доступности стыков и узлов обоймы для наложения сварных швов и т.п.
Рис. 2. Пример оформления схемы усиления столба стальной обоймой.