Основные принципы проектирования усиления

1. Выбор того или иного метода усиления строитель» них конструкций зависит от технического задания на реконструкцию здания или сооружения, которое включает возможные изменения объемно-планировочных реше­ний, нагрузок и условий эксплуатации. При этом необ­ходимо стремиться к максимальному сохранению суще­ствующих зданий, сооружений и конструкций, что, как правило, обеспечивает (минимальные затраты на восста­новительные работы.

2. При выборе оптимального способа усиления строи­
тельных конструкций важно установить действительный
характер их работы, фактически действующие нагрузки. При этом необходимо учитывать современные достиже­ния в оценке влияния фактических узлов сопряжения на усилия в конструкциях и соответствие выбранных рас­
четных схем реальным условиям их работы.

В частности, расчет существующих колонн по дефор­мированной схеме позволяет существенно повысить их расчетную несущую способность. Аналогичной цели мож­но добиться, учитывая совместную работу стропильных конструкций и сборных ригелей перекрытий соответст­венно с плитами покрытия и перекрытия.

3. При определении нагрузок на существующие кон­струкции необходимо использовать фактические данные о собственной массе технологического оборудования и строительных материалов, так как принятие нормиро­ванных значений этих величин, установленных для про­ектирования вновь возводимых сооружений, приводит к существенному завышению фактически действующих нагрузок и, как следствие, к неоправданному и дорого­ стоящему усилению конструкций.

4. Определенным резервом снижения материалоемко­сти и трудозатрат при реконструкции является учет проч­ностных характеристик бетона и стали при выполнении поверочных расчетов. Однако использование реальных прочностных характеристик материалов должно осуще­ствляться без ущерба для эксплуатационной надежности отдельных конструкций и сооружения в целом.

5. При усилении следует отдавать предпочтение ин­дустриальным способам, которые не требуют разгрузки конструкций, методам, связанным с изменением статиче­ской схемы конструкций, использованию предваритель­ного напряжения, высокопрочным сталям, полимер-
и фибробетону, напрягающим цементам и другим эффек­тивным материалам.

6. Усиление конструкций предварительным напряже­нием следует производить, применяя такие конструктивные решения и методы производства работ, при которых соблюдается плавное включение элементов усиления в работу е существующими конструкциями. Для этой цели следует выполнить временную разгрузку усиливае­мых конструкций или использовать искусственное регу­лирование усилий.

7. Усиление строительных и, в частности, железобе­тонных конструкций является, как правило, трудоемким и дорогостоящим процессом, поэтому принятию решения по усилению должен предшествовать тщательный анализ возможности использования существующих конструкций в новых условиях эксплуатации. Этого можно добиться за счет более рационального размещения технологичес­ких нагрузок, применения временных приспособлений для демонтажа и монтажа тяжелого оборудования, при­нятия обоснованных ограничений на сочетание различных временных нагрузок, путем снижения эффектов динами­ческих воздействий за счет эффективной виброизоляции и т. п.

8. При выборе вариантов усиления следует отдавать
предпочтение решениям с четкой расчетной схемой, обес­печивающей совместную работу усиливаемой конструкции с элементами усиления и позволяющей достоверно оп­ределить дополнительно воспринимаемую нагрузку. При этом рекомендации по усилению должны учитывать не
только перспективу увеличения нагрузок, но и ликвиди­ровать обнаруженные на стадии обследования дефекты изготовления, монтажа и эксплуатации. К последним относятся: отклонения от проекта в величине защитного слоя, ошибки в армировании по диаметрам, классам и количеству арматуры, снижение проектного класса бе­тона, сверх допустимое отклонение колонн по вертикали, наличие трещин, отколов и каверн в бетоне и т. п.

Проект усиления разрабатывается с учетом многих
исходных данных: рабочих чертежей строительных кон­струкций и исполнительных схем, отклонений фактиче­ских размеров сечений и узлов от проектных решений, инженерно- и гидрогеологических условий площадки, геодезической съемки здания для определения осадок,
прогибов, кренов, смещений и т. п., сроков эксплуатации конструкций, а также величины и характера технологи­ческих нагрузок, физико-механических характеристик бе­тона и арматуры каждого конструктивного элемента, ха­рактера технологических процессов в помещениях реконструируемого объекта, интенсивности и распределения нагрузок, прогнозов изменений гидрогеологического ре­жима в процессе реконструкции и последующей эксплуа­тации, информации об имевших место дефектах строи­тельных конструкций и мероприятиях по их устранению. К последним относятся повышенные прогибы и пере­мещения, недопустимое раскрытие трещин, раздробление в сжатой зоне, отслоение защитного слоя бетона, корро­зия арматуры и бетона, обрыв рабочей арматуры, нару­шение сцепления бетона и арматуры, отклонения в гео­метрии и армировании и т. п.

10. Усиление конструкций может осуществляться по
двум схемам: возведение новых разгружающих или за­меняющих конструкций, которые полностью или частично воспринимают дополнительные нагрузки; увеличение не­сущей способности существующих конструкций.

В свою очередь увеличение несущей способности кон­струкций может осуществляться: без изменения и с изме­нением расчетной схемы и напряженного состояния; с применением специальных методов усиления.

11. Для элементов усиления без предварительного напряжения рекомендуется применять рабочую арматуру классов A-I, А-II, А-III; для предварительно напряжен­ных конструкций усиления (шпренгелей, затяжек) — А-IIIв, A-IV, A-V, A-VI; арматурные канаты классов К-7
и К-19 и др. В конструкциях, эксплуатируемых в агрес­сивных условиях, рекомендуются стали Ат-IVK, At-VCK, At-VIK.

При длине усиливаемой конструкции до 12 м рекомен­дуются все виды арматуры, свыше 12 м — канаты из про­волоки диаметром не менее 2,5 мм. Стержневая свари­ваемая арматура может применяться со стыковкой по длине при усилении конструкций любых пролетов. Пло­хо свариваемая арматура классов Ат-IV, At-V, At-VI, At-VIK при больших пролетах стыкуется с помощью об­жимных гильз.

Конструкции усиления из канатов и пучков высоко­прочной проволоки, расположенных открыто или в пазах, следует применять только в неагрессивных и слабоагрес­сивных средах.

12. Расчет железобетонных конструкций усиления выполняется с учетом фактических характеристик проч­ности и армирования материалов.

Бетон усиления должен приниматься на один класс выше, чем условный класс прочности бетона усиливае­мого элемента, но не ниже В15 — для надземных конст­рукций и В12.5 — для фундаментов. Кроме того, при аг­рессивных условиях эксплуатации класс бетона должен отвечать требуемой плотности и стойкости, соответству­ющим требованиям эксплуатационной среды.

Раствор для заделки отверстий, защитной штукатур­ки и т. п. принимается не ниже марки 150.

При усилении бетонных и железобетонных конструк­ций наращиванием, «рубашками» и обоймами следует использовать портландцемент марки не ниже 400. Для ускорения твердения бетона рекомендуется применение быстротвердеющих цементов и добавок ускорителей твер­дения, а также тепловой обработки при «мягких» режи­мах подъема и снижения температур (5...10°С/ч).

13. Эффективность усиления железобетонных конст­рукций во многом определяется качеством бетонной сме­си, видом и крупностью заполнителя. При виброуплотне­нии бетона крупность заполнителя (за исключением мас­сивных конструкций) принимается не более 20 мм, а при усилении обоймами толщиной 70...120 мм — не более 10 мм. При торкретировании крупность заполнителя оп­ределяется паспортными данными цемент-пушки и при­нимается не более 10 мм. В густоармированных элемен­тах усиления крупность заполнителя не должна превы­шать ³/₄ расстояния в свету между арматурными стержнями. Допускается также применение мелкозерни­стого и цементно-песчаного бетона прочностью не ниже
проектной.

Песок рекомендуется, применять с модулем крупности не ниже 2,2...2,5 и с количеством пустот не более 40%.

Состав бетона должен обеспечить проектную проч­ность элементов усиления и качественное уплотнение бе­тонной смеси. При толщине усиления до 120 мм осадка конуса принимается 6...8 см, от 120 до 200 мм — 6...2 см, более 200 мм — 1...3 см. Для улучшения качества уплот­нения и снижения расхода цемента рекомендуется при­менять литые суперпластифнцированные бетонные смеси с осадкой конуса не менее 18 см.

При выполнении работ в зимнее время усиливаемые конструкции и бетон усиления должны иметь температу­ру не менее +15 ^оC.

14. Минимальная толщина защитного слоя бетона предварительно напряженной арматуры усиления принимается 20 мм. В агрессивных условиях рекомендуется ис­пользовать стали марок 18Г2С и 25Г2С. Наиболее ответ­ственные узлы усиления рекомендуется располагать вне зон постоянного увлажнения.

15. Расчет конструкций усиления производится по первой и второй группам предельных состояний. Для кон­струкций, находящихся в обычных условиях эксплуата­ции, усиление которых вызвано дефектами и снижением несущей способности, расчет производится только по первой группе предельных состояний.

16. Расчет усиленных конструкций должен учитывать изменение их статической схемы и напряженного состоя­ния. При этом в усиленных статически неопределимых конструкциях необходимо учитывать возможность пере­распределения усилий, ограничивая величину перерас­пределения моментов до 30 %. На отдельных участках конструкций эта величина может быть превышена, од­нако эти участки должны быть проверены на раскрытие трещин, по прочности сжатой зоны, а в некоторых слу­чаях— по деформациям.

17. При повреждении площади сечений элементов или
арматуры более чем на 50 % несущая способность суще­ствующей конструкции в расчетах не учитывается и вся нагрузка передается на элементы усиления.

При приварке к существующей арматуре стержней усиления ее расчетное сечение следует снижать на 25 % в связи с возможным пережогом при сварке. Расчетное сечение существующей арматуры следует принимать с учетом возможных повреждений вследствие коррозии и других причин. Особенно опасны коррозионные повреж­дения для высокопрочной проволоки. При их обнаруже­нии арматуру усиления следует рассчитывать на полную нагрузку, не учитывая существующее армирование из высокопрочной проволоки.

18. При изгибе и внецентренном сжатии совместная работа элементов усиления с усиливаемой конструкцией может учитываться только при обеспечении их надеж­ного соединения.

19. Как и в обычных конструкциях, расчет прочности усиленных элементов производится для сечений нормаль­ных и наклонных к продольной оси элемента, а также на местное действие нагрузки, вызывающее смятие, продавливание, отрыв. При наличии крутящих моментов следу­ет проверить прочность пространственных сечений.

20. Нормативные и расчетные значения прочностных характеристик бетона и арматуры элементов усиления принимаются в соответствии со СНиП 2.03.01—84, те же характеристики для усиливаемого элемента принима­ются в соответствии с рекомендациями, изложенными выше.

21. Если в усиленном элементе применены бетоны
и арматура различных классов, каждый вид бетона и ар­матуры вводится в расчет со своим» расчетными сопро­тивлениями. При этом центр тяжести всего усиленного элемента и статические моменты рекомендуется опреде­лять, приводя все расчетное сечение к бетону одного класса.

22. При разгрузке усиливаемых конструкций до на­ грузок, не превышающих 65 % максимальных, расчетные характеристики бетона и арматуры принимаются равны­ми их нормативным значениям. При невозможности раз­грузки конструкций и превышении указанного уровня
сопротивления бетона и арматуры уменьшаются на 20 %.

23. При применении комплексного усиления (бетон—металл) следует учитывать в расчетах податливость уз­лов сопряжения, которая при металлических упорах на бетон через слой раствора принимается в пределах 1...5 мм/узел, а при сопряжении металла с помощью бол­тов — 1 мм/узел.