Всегда ли “эквивалентная” замена арматуры является эквивалентной?

Далеко не всегда. Например, если в изгибаемой конструкции за­менить два растянутых стержня ма­лого диаметра одним стержнем боль­шого диаметра, равным по площади сечения, то может заметно снизить­ся трещиностойкость. Кроме того, при использовании стержней большего диаметра их центр тяжести переме­щается в сторону нейтральной оси, а если учесть необходимость увели­чения защитного слоя, то переме­щение будет еще большим. Все это приведет к уменьшению плеча внут­ренней пары сил и соответствующе­му снижению прочности. Похожие последствия от подобной замены будут и в колоннах, нагруженных с большим эксцентриситетом. С дру­гой стороны, замена в колоннах про­дольных стержней большого диамет­ра стержнями малого потребует установки дополнительных поперечных стержней (см. вопрос 3.9). Как видно из приведенного, в любом случае замену нельзя выполнять механичес­ки, без просчитывания возможных по­следствий.

3.5. Отчего может снизиться прочность опорных участков ба­лок и плит?

Самая главная причина — непра­вильное поперечное армирование. Например, слишком редкий шаг по­перечных стержней (хомутов) может привести к тому, что опасная наклон­ная трещина пройдет между хомута­ми и последние в работу не будут вовлечены (рис. 21, а). Подобное ча­сто происходит тогда, когда хомуты проектного диаметра заменяют хо­мутами большего диаметра, одновре­менно увеличивая их шаг. К такому же результату может привести и боль­шое удаление первого хомута от опоры (рис. 21, б). Некачественная приварка к продольным стержням резко ухудшит анкеровку хомутов и приведет к их выдергиванию из бе­тона. В преднапряженных конструк­циях важными причинами являются также уменьшение силы предвари­тельного обжатия и снижение пере­даточной прочности бетона.

3.6. К чему приводит непра­вильная перевозка и складирова­ние сборных железобетонных конструкций?

При неправильной перевозке и складировании в конструкциях воз­никают такие усилия от собствен­ного веса, на которые они не рас­считаны. Например, если подкладки под балками или плитами располо­жены далеко от торцов, то в нор­мальных сечениях возникают боль­шие изгибающие моменты отрица­тельного знака, растягивающие вер­хнюю грань, где армирование мало или вообще отсутствует. Это может привести не только к образованию больших трещин у верхней грани, но и к излому (разрушению) изде­лия. Особенно "капризны" в этом отношении преднапряженные кон­струкции, у которых к моменту от собственного веса M_w добавляется момент от силы предварительного обжатия М_р , тоже отрицательного знака (рис. 22, а).

Повредить сборные изделия можно и не сильно удаляя подклад­ки от торцов. Достаточно, например, при штабелевании плит расположить подкладки не строго друг под дру­гом, а со смещением. Тогда про­изойдет разрушение нижних изде­лий, не рассчитанных на столь боль­шие нагрузки (рис. 22, б).

3.7. От чего зависит прочность бетона?

Прочность бетона зависит не только от его состава и технологии приготовления, но и от качества уплотнения. При плохом уплотнении прочность может снизиться в 2 раза и более. Плохо уплотненный бетон имеет много пор, раковин и каверн, у него снижается не только проч­ность, но и водонепроницаемость и морозостойкость, он не в состоя­нии надежно защитить арматуру от коррозии. Некачественное уплотне­ние бетона чаще всего встречает­ся в концевых участках конструкций (там, где наибольшее насыщение арматурой или закладными деталя­ми), а также в узлах соединения сборных или сборно-монолитных конструктивных элементов, в столб­чатых фундаментах и свайных ро­стверках. Зачастую именно этот де­фект является причиной аварийно­го состояния конструкций и зданий.

3.8. Как влияет снижение проч­ности бетона на несущую способ­ность колонн?

Многое зависит от того, как при­ложены усилия к колонне. Если сжи­мающая сила приложена централь­но или с малым эксцентриситетом (обычно, это колонны многоэтажных связевых каркасных зданий, внутрен­ние колонны многопролетных одно­этажных зданий и мн. др.), то в та­ких колоннах всё или почти всё се­чение сжато, и прочность бетона используется максимально (рис. 23, а). Здесь снижение прочности бетона, по существу, равнозначно снижению несущей способности самих колонн (за вычетом несущей способности продольной арматуры).

Если сжимающая сила приложе­на с большим эксцентриситетом (крайние колонны некоторых одно­этажных зданий с мостовыми кра­нами, колонны крановых эстакад и др.), то в нормальных сечениях об­разуется значительная растянутая зона и в работу вступает растяну­тая арматура S (рис. 23, б). Поэтому несущая способность колонн опре­деляется моментом внутренней пары сил, плечо которой z зависит и от прочности бетона. Однако зависи­мость эта — не прямая, и влияние прочности бетона на несущую спо­собность колонн не столь велико, как у колонн первого типа, но всё же больше, чем у изгибаемых кон­струкций. Очевидно, что контролю прочности бетона при изготовлении колонн следует уделять особо при­стальное внимание.

Сборные колонны могут оказать­ся в аварийном состоянии и тогда, когда зимой, вскоре после термо­обработки, они были вывезены из цеха на открытый воздух и смонти­рованы на объекте (обычно отпуск­ная прочность бетона при этом со­ставляет не более 70% проектной). Если монтаж здания ведется уско­ренными темпами и завершается в течение зимы, то бетон не в состо­янии набрать проектную прочность и несущая способность колонн мо­жет оказаться недостаточной для восприятия нагрузок от вышераспо­ложенных этажей. В подобных ситу­ациях следует заранее оговаривать с заводом-поставщиком отпускную прочность бетона и отражать ее в паспортах изделий.

3.9. Как влияет изменение по­ложения рабочей арматуры на не­сущую способность колонн?

При сжатии с малыми эксцентри­ситетами увеличение или уменьше­ние защитного слоя оказывает не столь большое влияние на несущую способность колонн, как при сжатии с большими эксцентриситетами. При сжатии с большими эксцентрисите­тами изменение положения рабочей арматуры непосредственно влияет на плечо внутренней пары сил, а зна­чит, и на несущую способность — при увеличении защитного слоя уменьшает её, а при уменьшении увеличивает. Однако уменьшение защитного слоя, как отмечено выше (см. вопрос 3.3), чревато коррозией арматуры и снижением огнестойко­сти конструкций.

3.10. Что может произойти, если поперечная арматура в ко­лоннах установлена редко?

Разрушение сжатого бетона про­исходит в результате его попереч­ных деформаций. Под их влиянием продольная арматура стремится вы­пучиться наружу, т.е. потерять ус­тойчивость. Этому препятствует по­перечная арматура, которая, соглас­но нормам проектирования, долж­на устанавливаться в сварных кар­касах с максимальным шагом, рав­ным 20 диаметрам продольной ар­матуры. Если ее установить реже (или приварить некачественно), то произойдет преждевременная потеря устойчивости продольной арматуры, а вместе с ней и преждевременное разрушение колонны (рис. 24). В равной мере это относится к арма­туре сжатых стержней ферм и сжа­той зоны балок.

3.11. Отчего происходит рас­калывание оголовков колонн?

Причиной являются чрезмерные напряжения смятия в бетоне, возни­кающие при передаче нагрузки че­рез небольшую площадь (центриру­ющие прокладки, торцевые ребра стальных балок и т. п.). Повысить со­противление бетона смятию можно с помощью сеток косвенного арми­рования, устанавливаемых в оголов­ках колонн, а снизить напряжения смятия можно с помощью толстых стальных листов с анкерами (распре­делительных подушек), устанавлива­емых взамен обычных закладных де­талей. В любом случае, принимае­мое конструктивное решение необ­ходимо проверять расчетом, ибо по­казанная на рис. 25 схема разру­шения колонны — не плод фанта­зии автора, а факт, неоднократно имевший место в действительности.

3.12. Чем опасно некачествен­ное обетонирование выпусков ар­матуры в стыках колонн?

Выпуски арматуры размещают­ся в выемках, которые ослабляют поперечное сечение колонн. После сварки арматурных стержней выем­ки заделывают бетоном — чтобы не только защитить арматуру от кор­розии, но, главным образом, чтобы восстановить полное расчетное се­чение колонны. В связи с этим и прочность монолитного бетона сты­ков принимается не ниже прочнос­ти бетона стыкуемых колонн. При некачественном обетонировании — низкой прочности бетона или пло­хом его уплотнении — нагрузка в стыке воспринимается не всем се­чением, а только его частью, что вызывает чрезмерно высокие напря­жения, приводит к раздавливанию бетона колонн вблизи стыка (обыч­но, уже в процессе эксплуатации здания) и аварийному состоянию конструкций. Устранение этого опас­ного дефекта — мероприятие весь­ма дорогостоящее. Между тем, про­контролировать качество обетонирования достаточно легко в процессе строительства, да и устранить этот дефект в строящемся здании намно­го проще, чем в эксплуатируемом

3.13. Чем опасен перекос зак­ладных деталей соединяемых кон­струкций?

При перекосе закладных дета­лей опирание верхней конструкции становится неустойчивым. Во избе­жание этого, монтажники устанав­ливают дополнительные прокладки, которые зачастую выполняют из арматурных стержней или узких пла­стин. В итоге, нагрузка передается по небольшой площади, что вызы­вает значительные местные напря­жения сжатия (смятия) и образова­ние трещин раскалывания (рис. 26).

Конечно, подобные изделия следу­ет считать браком и возвращать их на завод-изготовитель. Если по ка­ким-то причинам бракованные кон­струкции приходится монтировать, то прокладки нужно выполнять таким образом (например, из клиновидных или набора тонких пластин), чтобы обеспечить равномерное распреде­ление опорных реакций.

3.14. Почему наиболее часто повреждаются плиты покрытия, поддерживающие малоуклонную совмещенную кровлю?

При малом уклоне (1:20 и ме­нее) на углублениях мягкой кровли, даже самых небольших, застаивает­ся дождевая вода, которая при за­мерзании разрывает водоизоляционный ковер. Проникая через раз­рывы, вода увлажняет цементную стяжку, разрушает ее в процессе попеременного замораживания и оттаивания и далее попадает в утеп­литель. Поскольку при традиционной конструкции совмещенной кровли вентиляция отсутствует, утеплитель накапливает влагу и со временем полностью утрачивает свои тепло­защитные свойства. К этому нега­тивному процессу часто добавляет­ся и другой: при плохой заделке швов между плитами через щели проникает теплый воздух из поме­щения, пары которого конденсиру­ются под гидроизоляцией и замачи­вают утеплитель (см. главу 1).

Всё это приводит к тому, что кровля промерзает, а бетон плит подвергается морозному разруше­нию с последующим обнажением и коррозией арматуры. Кроме того, утяжеление утеплителя приводит и к перегрузке несущих конструкций покрытия. Как показывают многочис­ленные обследования, такая конст­рукция кровли (заимствованная из стран Запада, где средняя темпера­тура января не опускается ниже 0°С) совершенно неприемлема для су­ровых климатических условий боль­шей части территории России, а Сибири — особенно.

3.15. Почему при наличии проветриваемого чердака в пе­рекрытии верхнего этажа не сле­дует делать цементную стяжку поверх утеплителя?

Если пароизоляция перекрытия выполнена некачественно (что случается довольно часто), то ее роль начинает выполнять цементная стяж­ка, поскольку у нее намного мень­шая паропроницаемость, чем у утеп­лителя. Проникающие снизу пары теплого воздуха, оседая на нижней поверхности холодной стяжки, обра­зуют конденсат, замачивают утеп­литель, снижают его теплозащитные свойства и, в итоге, приводят к про­мерзанию плит перекрытия. Цемен­тную стяжку можно применять лишь при условии устройства в ней раз­рывов (просветов), выполняющих фун­кции своего рода продухов, через которые может испаряться влага из утеплителя. И уж совсем недопусти­мо накрывать утеплитель полиэтиле­новой пленкой, а поверх нее устра­ивать стяжку (некоторые проектиров­щики отличились и таким "ноухау").

3.16. Чем опасны подвесные потолки?

Опасны тем, что они закрывают доступ для осмотра конструкций пе­рекрытий и покрытий и создают, тем самым, препятствие для принятия своевременных профилактических или противоаварийных мер. Если съемные потолки (типа "армстронг") позволяют осматривать несущие конструкции хотя бы небольшими фрагментами, то несъемные лиша­ют и этой возможности. Кроме того, крепежные детали подвески потол­ков нарушают целостность конструк­тивных элементов. (Здесь речь не идет о тех случаях, когда имеется межферменное пространство, дос­таточное для осмотра конструкций.) Следовательно, подвесные потолки косвенно снижают долговечность несущих конструкций перекрытий и покрытий, что должны учитывать про­ектировщики. В связи с этим реко­мендуется при устройстве несъем­ных потолков предусматривать до­полнительный резерв несущей спо­собности конструкций перекрытий и покрытий не менее 20%, а при уст­ройстве съемных — не менее 10%.

3.17. Что произойдет, если концы пустот в плитах перекры­тий не заделать бетоном?

В горизонтальном сечении же­лезобетонных плит перекрытий пус­тоты составляют около 80% и лишь 20% остается ребрам, которые и испытывают давление вышележащей стены. Если давление превысит не­сущую способность ребер, произой­дет их раздавливание — явление не столь уж редкое в практике стро­ительства. Чтобы увеличить площадь горизонтального сечения, концы пу­стот заделывают бетоном. В 1-2 - этажных жилых каменных зданиях пустоты можно не заделывать. При большем числе этажей рёбра плит следует проверять расчетом, по ре­зультатам которого в проекте долж­но быть записано соответствующее указание.

3.18. Чем опасны зазоры меж­ду нижней плоскостью плит пере­крытий и кладкой смежной сте­ны?

Ширина плит перекрытий не все­гда бывает кратной длине перекры­ваемых помещений. В этом случае проектировщики предусматривают монолитные вставки. Зачастую, од­нако, строители выбирают более легкий путь — заводят крайнюю плиту внутрь смежной стены (рис. 27), при этом между нижней плоскостью плиты и кладкой образуется зазор (горизонтальная щель). Зазор этот опасен тем, что плита, получив воз­можность свободно деформировать­ся, испытывает большие изгибающие и крутящие моменты от веса выше­лежащей стены, что может привес­ти к образованию в плите значи­тельных трещин и даже разруше­нию.

Во избежание аварии необходи­мо образовавшиеся зазоры тщатель­но зачеканить цементным раствором марки не ниже 100, а при высоте зазора более 20 мм — бетоном клас­са В7,5 (в крайнем случае, цемент­ным раствором с добавлением щеб­ня). Следует помнить и о том, что заведение плиты в стену на глубину более 50...60 мм может привести к раздавливанию бетона плиты.

3.19. Почему нельзя более 100 суток хранить преднапряженные железобетонные изделия?

Хранить, конечно, можно, но при­менять после столь длительного хра­нения можно далеко не всегда. Если в течение 100 суток после изготов­ления изделия не были смонтирова­ны и нагружены полезной нагрузкой, то потери напряжений в арматуре увеличатся, а жесткость и трещиностойкость конструкций уменьшатся по сравнению с проектными. Следо­вательно, должны быть снижены и нормативные (допустимые эксплуата­ционные) нагрузки, величина кото­рых определяется перерасчетом се­чений на основе фактического воз­раста конструктивных элементов. Причем не обязательно изделие дол­жно долго пролежать на складе. Ре­зультат будет тот же, если оно будет вовремя смонтировано, но долго не нагружено полезной нагрузкой (чаще других это случается с плитами пе­рекрытий). Не учет этого обстоятель­ства иногда приводит к неприятным результатам — чрезмерным проги­бам, недопустимому раскрытию тре­щин и, как следствие, к необходи­мости усиления конструкций.

3.20. К чему может привести укладка бетона фундаментов на прослойки льда?

При таянии льда под подошвой фундамента образуются пустоты, и давление на грунт становится не­равномерным (рис. 28). Неравномер­ность давления приводит к нерав­номерным деформациям основания и к возникновению изгибающих моментов в фундаментной подушке (плите) — тем больших, чем больше толщина и площадь поверхности льда. В результате этого образуют­ся трещины не только в самом фун­даменте, но и в стенах. Данный де­фект чаще всего встречается в зданиях, у которых работы по устрой­ству фундаментов проводились по­здней осенью.

3.21. К чему может привести укладка бетона ростверков на неочищенную поверхность свай?

Когда между обрезкой голов свай и бетонированием ростверка возникает длительный перерыв в работе, на поверхности свай может накопиться грязь или мусор. Если поверхность не очистить, то под дей­ствием нагрузки от стен ростверк со временем просядет относитель­но свай, причем просядет неравно­мерно, а это приведет к образова­нию трещин (и даже разрушению) ростверка с последующим образо­ванием опасных трещин в стенах. Тот же результат может получиться, если головы свай не очищены от льда или снега.

3.22. Как влияют дефекты мон­тажа на несущую способность стыков крупнопанельных зданий?

При снижении марки раствора со 100 до 50 прочность платфор­менных стыков снижается на 10%, а до 25 — на 30%. При уменьше­нии длины (глубины) опирания плит перекрытия с 70 до 50 мм проч­ность стыков снижается на 25...30%. При утолщении растворных швов с 20 до 50 мм прочность снижается на 20%. При эксцентриситете при­ложения нагрузки от вышерасполо­женных стен, равном 35 мм (несо­осность стеновых панелей), прочность снижается более чем на 30%. По­добные дефекты (не столь уж ред­кие в строительной практике) вызы­вают неравномерные деформациям стен, образование трещин в пане­лях и швах и пр. повреждения, а в сочетании с другими дефектами — обрушение панельных зданий.

К сожалению, при перепланиров­ке помещений и устройстве новых проемов в стеновых панелях суще­ствующих зданий проектировщики, как правило, не учитывают реаль­ного качества монтажа (которое можно установить только при деталь­ном обследовании). Эта небрежность зачастую приводит к дополнитель­ным повреждениям вышележащих стен и перекрытий, а иногда и к аварийным последствиям.

Глава 4.