Восстановление и улучшение эксплуатационных свойств стен зданий кратко

Обновлено: 03.07.2024

техническую и организационную готовность к возможным землетрясениям на территории крупных населенных пунктов для ликвидации последствий землетрясений в кратчайшие сроки и с оптимальными затратами средств;

_;необходимость определения оптимального соотношения между затратами на антисейсмическое усиление современных зданий и восстановление их в случае землетрясения.

Способы восстановления зданий

Целью проведения восстановительных работ является увеличение несущей способности поврежденных конструктивных элементов здания и связей между ними, повышение их пространственной жесткости и восстановление способности оказывать сопротивление расчетным сейсмическим нагрузкам.

Возможность и целесообразность восстановления, выбор способов и схемы усиления определяются в каждом случае индивидуально с учетом степени, характера повреждения конструкций и эксплуатационного назначения здания, вида материала и его физико-механических характеристик, условий производства работ и технико-экономических соображений.

Оценка несущей способности деформированных конструкций необходима для принятия решения о возможности их дальнейшего использования или усиления. Эта оценка производится инженерным обследованием объекта с последующим проверочным расчетом на основании полученных данных о фактической прочности материалов конструкций.

Некоторые физико-механические характеристики материалов определяются с помощью неразрушающих методов испытания, проверенных практикой и позволяющих при .минимальной трудоемкости получить необходимый объем информации с достаточной для расчетов степенью точности. При необходимости из тела поврежденных конструкций могут быть взяты образцы материала для испытания их в лабораторных условиях.

В зависимости от степени повреждения объекта назначаются восстановление отдельных элементов, усиление связей между элементами и мероприятия по повышению пространственной жесткости здания. Эти мероприятия назначаются в случае сильного повреждения большого числа конструктивных несущих элементов.

При выборе способа усиления следует стремиться к достижению следующих показателей:

1) минимальный, но достаточный объем работ по конструктивному усилению с максимальным использованием существующих конструкций;

2) наименьший объем отделочных работ, так как стоимость и трудоемкость их часто превышают стоимость самих конструктивных мер по усилению;

3) минимальный перерыв в эксплуатации здания, связанный с проведением работ;

4) максимальная механизация, высокая технологичность при производстве работ.

Существующие способы восстановления зданий, пострадавших в результате землетрясения, могут быть разделены на три типа.

Тип I объединяет все приемы восстановления отдельных несущих элементов зданий — простенков, стен, колонн, ригелей, плит перекрытий, блоков, панелей.

Тип II объединяет способы восстановления связей между частями и элементами здания — углов пересечения и сопряжения стен, панелей, блоков, узлов железобетонных рам и т. п.

Тип III включает в себя способы восстановления и повышения пространственной жесткости здания, увеличения способности здания как системы в целом воспринимать и разделять сейсмическую нагрузку между всеми несущими элементами.

Изучение опыта ликвидации последствий землетрясений показывает, что необходимость применения этих типов зависит от степени повреждения, уровня антисейсмической защиты и конструктивной схемы здания.

Как правило, здания жесткой конструктивной схемы с низким показателем механической прочности материалов несущих конструкций (кирпичные, мелкоблочные) при землетрясении расчетной интенсивности требуют способов усиления типа I и II и в редких случаях типа III.

Для панельных и крупноблочных зданий обычно применяется тип II и изредка — типы I и III.

Имеющийся опыт повреждений каркасных зданий говорит о том,что для их восстановления при землетрясениях, превышающих расчетную интенсивность, применяется тип I и при значительном превышении расчетных нагрузок — тип II способа восстановления.

Тип III способа восстановления находит широкое применение для зданий жесткой конструктивной схемы не имеющих достаточно конструктивных мер антисейсмической защиты при значительном повреждении большого числа несущих элементов и частичной потере устойчивости.

Для простоты изложения способы восстановления зданий представлены схематически на рис. 49. При вы

Стены зданий являются несущей и ограждающей конструкцией, т.е. должны не только обладать необходимой несущей способностью, но и обеспечивать температурный режим в здании, нормируемый уровень паро-, воздухо-, звуконепроницаемости и т.д.

Методы усиления различных элементов каменных стен в зависимости от их технического состояния сводятся к трем различным случаям.

Второй важной причиной появления трещин в стенах является неравномерная осадка здания. Трещины параболической формы (форма трещин существенно искажается оконными и дверными проемами) возникают, когда стена работает на изгиб как балка-стенка при плавном изменении величины осадок вдоль здания. Трещины могут расширяться книзу и кверху в зависимости от характера осадок.

Сквозная почти вертикальная трещина относительно постоянной ширины появляется при резко отличающихся величинах осадок двух частей здания.

Таким образом, выбор методов восстановления и улучшения эксплуатационных характеристик стен зданий зависит от следующих факторов:

Конструктивные мероприятия по устранению несоответствия стен эксплуатационным требованиям

Характер несоответствия-Рекомендуемые конструктивные мероприятия

Несоответствие несущей способности стены фактической нагрузке или ее возможному увеличению-Устройство армированных растворных швов, железобетонных и армокирпичных поясов

-Усиление столбов, простенков и участков стен обоймами (рубашками, корсетами), постановкой стяжек (хомутов, накладок и пр.)

-Заделка трещин, перекладка отдельных участков стен

Характер несоответствия-Рекомендуемые конструктивные мероприятия

Неравномерная осадка оснований под фундаментами-Повышение пространственной жесткости здания устройством напряженных поясов

Недостаточный уровень теплозащиты-Дополнительное утепление местами швов, углов, мест примыканий конструктивных элементов или сплошное утепление стен

Высокий уровень инфильтрации холодного воздуха-Герметизация межпанельных швов, примыканий заполнений оконных и дверных проемов

Протечки вертикальных ограждающих конструкций-Гидроизоляция межпанельных швов, гидрофобизация наружной поверхности стен, герметизация дверных и оконных блоков, гидроизоляция балконов

Повышенная звукопроводимость-Дополнительная звукоизоляция стен, устройство дополнительного остекления или замена оконных заполнений

В период эксплуатации кирпичных зданий часто происходит разрушение облицовочного слоя кирпича в наиболее нагруженных простенках нижних этажей. Ремонт может заключаться в заделке трещин инъецированием или заменой части разрушившихся кирпичей.

Поврежденные простенки или участки стен могут быть усилены с помощью железобетонных обойм (рубашек) с гибким или жестким армированием. Для каркасов применяют круглую арматурную сталь (диаметром 6—12 мм) при шаге хомутов по высоте простенка не более 150 мм. Расстояние между стержнями вертикальной арматуры принимается в пределах 200—250 мм. Рекомендуемый процент армирования — около 2%. Возможно армирование равнополочными уголками от 35х35 до 75х75 мм, схваченными между собой планками сечением от 35х 5 до 60х12 мм. Расстояние между планками по высоте не более 500 мм. В случаях, когда соотношение сторон усиливаемого простенка превышает 2,5, необходимо ставить в обоймах любого типа вертикальные стержни (полоса или швеллер), стягиваемые между собой шпильками, пропущенными сквозь отверстия, просверленные в простенке.

Факторы, приводящие к разрушению стен, можно разделить на две группы (рис. 1).

Что касается силовых факторов, то они приводят к нарушению основания под фундаментом.

Кроме перечисленных, к числу факторов, являющихся причиной разрушения стен, также можно отнести антропогенные факторы. Речь идет, например, об огневых повреждениях. Также к антропогенным факторам вполне правомерно причислить силовые и факторы агрессивного воздействия газов и пылевидных частиц, которые содержатся в составе дымов от промышленных предприятий и транспорта. При этом в наибольшей степени влиянию подвержены стены из органических строительных материалов.

Рис. 1. Классификация факторов, приводящих к разрушению стен

По степени повреждения каменных стен, вызванные потерей несущей способности, делятся на три группы — слабые, средние и сильные (табл. 1).

Разрушенными признаются те стены, которые потеряли свыше 50 % прочности. Необходимость устранения подобных повреждений является основанием для проведения соответствующих ремонтных работ.

Работы по ремонту и усилению стен включают следующее:

перекладку участков стен;
заделку трещин;
усиление кладки способом инъекции; ремонт и усиление перемычек;
усиление столбов и простенков;
обеспечение пространственной жесткости зданий.

Ремонтные работы, направленные на обеспечение расчетных характеристик стен, делятся на три типа: полное восстановление или увеличение несущей способности элементов; обеспечение теплозащитных свойств стен; реставрация целостности и эстетического вида защитно-декоративных покрытий.

Выполнение перечисленных работ зависит от вида (назначения) стен и их материала.

Таблица 1. Характеристики повреждений

Особе внимание при реконструкционных и ремонтных работах следует уделять герметизации стыков конструкций.

Можно выделить несколько наиболее эффективных конструктивно-технологические решений по герметизации открытых стыков.

Прежде всего необходимо тщательно очистить кромки панелей и обезжирить поверхность стыка. После этого полость заполняется пенополиуретаном (в зависимости от температуры наружного воздуха выбирают вспенивающийся уплотнитель), но следует оставить место и для герметика.

В цокольных стыках свеженанесенный герметик присыпают сухим цементом. Это обусловлено необходимостью предотвратить возможные повреждения.

Перечислим основные правила, соблюдение которых является обязательным: нельзя использовать для уплотнения полостей стыков неэластичные материалы; герметики должны иметь относительное удлинение при растяжении более 200 %; подложка должна обладать значительно меньшей прочностью, чем герметик; поскольку качество герметизации напрямую зависит от того, насколько хорошо подготовлена поверхность кромок панелей, обязательным условием является обезжиривание уайт-спиритом и просушка от наледи; запрещается выполнять работы по герметизации стыков при выпадении осадков и сразу после сильного дождя.

3. Усиление каменных конструкций

В целях повышения несущей способности кирпичной кладки следует использовать армокирпичные, железобетонные или стальные обоймы. Чтобы увеличить сопротивление кладки воздействию продольной силы, рационально применять железобетонные и стальные обоймы. Армированную штукатурную обойму выполняют из вертикальных стержней диаметром 6…10 мм и хомутов диаметром 4…8 мм, которые устанавливают с шагом 10…15 см. Арматуру заделывают цементным раствором марки 100, толщина слоя должна составлять 3…4 см.

Для устройства железобетонных обойм применяют бетон класса не ниже В12,5 при толщине бетонного слоя 6…10 см. Диаметр рабочих стержней и хомутов, а также их общее количество определяют по расчету и указывают в проекте.

В качестве основных элементов стальной обоймы выступают вертикальные стальные уголки, которые размещают на цементном растворе по углам простенков или столбов, а также хомуты из полосовой или круглой стали. Шаг хомутов принимается в соответствии с расчетами, но не должен превышать 500 мм. Зазоры между стальными элементами обоймы и каменной кладкой зачеканивают цементным раствором.

Для защиты от коррозии элементы стальной обоймы покрываются слоем цементной штукатурки в 25…30 мм по металлической сетке. Растворы, используемые для инъекцирования, должны обладать малым водоотделением, незначительной усадкой, высокой морозоустойчивостью и требуемой прочностью на сжатие, сцепление. Для заделки в кладке трещин толщиной до 1,5 мм используют полимерные растворы, приготовленные на основе эпоксидной смолы, а также цементно-песочные растворы, содержащие в качестве добавки тонкомолотый песок. При более значительном раскрытии трещин следует применять цементно-полимерные или цементно-песчаные растворы.

Раствор нагнетается в трещины кирпичной кладки под давлением, не превышающим 0,6 МПа. Также специалисты рекомендуют в имеющиеся трещины одновременно нагнетать под давлением цементный или полимерцементный раствор.

Для инъекцирования применяют портландцемент марки не ниже 400. Добиться требуемой пластичности раствора можно посредством введения в него специальных пластифицирующих добавок. Как правило, это нитрит натрия (5 % от массы цемента), поливинилцетатная эмульсия ПВА и др.

В настоящее время для усиления простенков и столбов стали активно использовать преднапряженные распорки, которые работают совместно с усиливаемой конструкцией. Конструктивно они состоят из двух уголков, соединенных между собой накладками. На половине высоты распорок в полках уголков делают прорезы, которые используют для установки натяжных болтов. Сверху и снизу каждой распорки укрепляют планки-упоры, с помощью которых их креплят в упорных уголках, устанавливаемых на элементах. Распорки, размещаемые на усиливаемой конструкции, наклонены в сторону концов, образуя тем самым зазор между боковыми гранями усиливаемой конструкции и распорками.

После этого в распорках при помощи стяжных болтов (с усилием до 60…80 МПа) создают напряженные состояния. В результате обжатия распорки принимают вертикальное положение, к ним приваривают планки. После этого стяжные болты снимают, так как распорки включены в совместную работу с усиливаемой конструкцией. Деформация стен проявляется в появлении трещин и разрушении несущих между оконных простенков и отдельных участков стен. Внешние признаки деформации стен проявляются в виде трещин в перемычках и стенах, в отклонении их от вертикали и выпучивании стен.

Различают три вида повреждений стен в результате деформаций оснований (рис. 2).

Для усиления стен с нарушенной пространственной жесткостью чаще всего устраивают напряженные пояса. Рассмотрим этот метод подробнее. В уровне перекрытий в продольном или поперечном направлениях натягивают так называемые тяжи, которые изготавливают из круглой стали диаметром 28…35 мм. На углах здания с целью их обжатия устанавливают после натяжения поясов по вертикали обрезки уголков.

Рис. 2. Результаты деформации оснований

Для натяжения поясов используют специальные стяжные муфты. Тяжи натягивают по поверхности стен или в бороздах сечением 70 × 80 мм. Механическое натяжение выполняют посредством рычагов, при этом усилие составляет 30…40 кН. Общее усилие натяжения равно примерно 50 кН. Контроль натяжения осуществляется благодаря приборам-индикаторам, а также выполняется визуально (характерным признаком является отсутствие провисания) или по звуку (натянутый тяж издает чистый звук высокого тона).

4. Ремонт кирпичной кладки

Дефекты кирпичной кладки и ее разборка. К числу наиболее распространенных причин деформаций и повреждений кирпичных стен относятся прежде всего конструктивные и производственные ошибки. Кроме того, зачастую деформации возникают в результате низкого качества проектирования и неправильной эксплуатации.

В зависимости от напряженного состояния кладки различают четыре стадии ее работы. Первая стадия соответствует напряженному состоянию. На этой стадии повреждения в кладке не наблюдаются. На второй стадии в отдельных кирпичах возникают незначительные волосяные трещины. На третьей стадии, когда нагрузка возрастает, возникшие трещины объединяются друг с другом и с вертикальными швами, вследствие чего кладка расслаивается на отдельные швы. На четвертой стадии кладка разрушается.

На стадии выявления причин появления деформаций в кладке крайне важно оценить качество выполненной кладки — заполнение швов раствором, соблюдение горизонтальности, толщины швов и их перевязки.

Разборку кирпичных и бутобетонных конструкций осуществляют посредством ручных машин, механизированным или взрывным способом. Однако это возможно лишь в тех случаях, когда объем работ является небольшим или когда другие способы по той или иной причине использовать нельзя, поскольку такая разборка требует значительных затрат ручного труда.

При ручной разборке кирпичной кладки, сложенной на растворах низких марок, используют такие инструменты, как ломы, кирки, клинья и др.

Разборка конструкции производится в горизонтальном направлении, начинают ее с верха стены. Очищенный от раствора кирпич опускают вниз по закрытым желобам. Если кладка выполнена на прочных растворах, для ее разборки используют специальные инструменты — клинья, кувалду и т. п., однако максимального эффекта можно добиться, если использовать в этих целях пневматический или электрический молоток, оснащенных плоской лопаткой.

Разборку бутовой или бутобетонной кладки фундаментов и стен целесообразно осуществлять посредством кирку, лома, клиньев и отбойного молотка. Для этого задействуется звено из двух рабочих: один при помощи держателя удерживает клин, а второй посредством кувалды забивает клин в шов кладки.

Выветривание швов на значительную глубину ухудшает теплотехнические свойства кирпичной кладки на 10…15 % и снижает до 15 % ее несущую способность. Этот дефект устраняется путем укрепления швов цементным раствором.

Перемычки с одиночными трещинами восстанавливают путем нагнетания в них жидкого цементного или полимерцементного раствора. При ремонте арочных перемычек с них вначале снимают нагрузку от перекрытий, а затем полностью перекладывают. При ремонте клинчатых и рядовых перемычек их усиливают путем подводки стальных или железобетонных балок.

Усиление кладки под опорами балок. В случае образования трещин под опорами балок и прогонов перекрытий локально заменяют участки кладки или подводят распределительную железобетонную подкладочную плиту, но во втором случае прежде необходимо под балки перекрытий подвести временные крепления, которые устанавливают на всех этажах строго по вертикали.

Основные методы восстановления и усиления стен и каркасов эксплуатируемых зданий приведены в табл. 2.

Таблица 2. Классификация основных методов восстановления и усиления стен и каркасов эксплуатируемых зданий

6.1 Требования настоящего раздела распространяются на здания и сооружения:

а) получившие повреждения во время землетрясения;

б) возведенные без соответствующих антисейсмических мероприятий или при их недостаточности, а также в случаях изменения расчетной сейсмичности территории;

в) реконструируемые объекты.

6.2 Восстановление, усиление и реконструкция зданий или сооружений производится:

а) для переустройства с целью частичного или полного изменения объемно-планировочного решения и (или) функционального назначения;

б) для повышения сейсмостойкости или приведения в соответствие с требованиями действующих норм;

в) при повышении эксплутационных нагрузок на несущие элементы здания или сооружения;

г) при истечении нормативного срока эксплуатации.

6.3 При выборе способов усиления несейсмостойких жилых, общественных и промышленных
зданий необходимо руководствоваться общими принципами проектирования сооружений для сейсмических районов, изложенными в настоящих Нормах. Элементы здания с недостаточной несущей способностью выявляются расчетом. При разработке проекта усиления, вне зависимости от результатов расчета, следует учитывать конструктивные требования, изложенные в разделе 3 настоящих Норм.

6.4 В случаях, когда полное выполнение конструктивных требований норм невозможно или
их выполнение приводит к экономической нецелесообразности усиления, допускается реализация
обоснованных расчетом технических решений усиления здания при неполном соответствии требованиям норм с их согласованием в установленном порядке с органом государственного регулирования. При этом принятый уровень выполнения требований норм должен быть обоснован в
зависимости от экономической целесообразности и необходимого срока службы здания.

6.5 Восстановление, усиление и реконструкция несущих конструкций может иметь следующие
уровни:

а) восстановление состояния конструкций до уровня, предшествующего повреждению;

б) повышение сейсмовооруженности до уровня выше первоначального;

в) усиление несущих конструкций до уровня, соответствующего требованиям действующих
строительных норм.

6.6 Решения о восстановлении или усилении зданий должны приниматься с учетом их физического или морального износа и социально-экономической целесообразности мероприятий по восстановлению или усилению.

В целях определения степени повреждения или физического износа, установления возможности дальнейшей эксплуатации зданий или сооружений должна производиться оценка их технического состояния и несущей способности конструкций.

6.7 Уровень восстановления, усиления и реконструкции назначается заказчиком в зависимости от
ответственности здания и его функционального назначения, а также на основании результатов
обследования и указывается в задании на проектирование.

6.8 Проект повышения сейсмостойкости зданий и сооружений следует разрабатывать на основе
проектной документации и материалов детального натурного обследования грунтового основания и
конструктивных элементов здания.

В проекте следует использовать, как правило, следующие технические мероприятия:

а) изменение объемно-планировочных решений путем разделения зданий сложных конструктивных схем на отсеки простой формы антисейсмическими швами, разборку верхних этажей
здания, устройство дополнительных элементов жесткости для обеспечения симметричного
расположения жесткостей в пределах отсека и уменьшение расстояния между ними;

б) усиление стен, рам, вертикальных связей для обеспечения восприятия усилий от статических
и расчетных сейсмических воздействий;

в) увеличение жесткости дисков перекрытия и надежности соединения их элементов, устройство
или усиление антисейсмических поясов;

г) обеспечение надежных связей между стенами различных направлений, между стенами и
перекрытиями;

д) усиление элементов соединения сборных конструкций стен;

е) усиление конструктивной схемы здания, в том числе путем введения системы дополнительных
конструктивных элементов;

ж) уменьшение сейсмических нагрузок, в том числе путем снижения массы здания;

з) использование гасителей колебаний, сейсмоизоляции и других методов регулирования сейсмической реакции;

и) изменение функционального назначения (снижение уровня ответственности).

При восстановлении несущей способности железобетонных конструкций с трещинами до уровня 0,7-0,9 от первоначальной величины допускается применение инъектирования цементными растворами.

6.9 Определение несущей способности конструкций должно производиться по результатам их
обследования и оценки технического состояния путем выполнения расчета здания на расчетное
сейсмическое воздействие с учетом данных инструментальных измерений фактической прочности
материалов конструкции. При этом расчетное значение прочности материалов должно определяться
на основе статистического анализа "разброса" измеренных ее величин в пределах этажа здания как
минимальное значение в доверительном интервале нормального распределения с обеспеченнос
тью 0,95.

Усиление конструкций должно назначаться на основе оценки несущей способности главных конструктивных элементов, ответственных за общую устойчивость здания или сооружения.

6.10 При проектировании восстановления, усиления или повышения сейсмостойкости должно
предусматриваться максимальное сохранение существующих конструкций без повреждений или
элементов, для которых в результате расчета на сейсмические нагрузки несущая способность окажется выше действующих усилий. В подобных случаях не рекомендуется назначать технические
решения, ухудшающие однородность и целостность конструкции, например, использование железобетонных столбов путем прорезания каменной кладки, нарушая при этом ее монолитность.

6.11 При оценке несущей способности сохраняемых конструкций следует учитывать:

а) пространственную работу;

б) действительную работу узлов сопряжения элементов, в том числе каркаса и стенового заполнения;

в) перераспределение усилий за счет развития пластических деформаций, в том числе трещи-
нообразования;

г) соответствие конструктивной и расчетной схем;

д) совместную работу элементов каркаса и перекрытия;

е) податливость грунтового основания.

Обобщение наиболее распространенных способов восстановления, усиления и реконструкции реконструкции приведено в таблице 6.1

Таблица 6.1 -Классификация способов реконструкции

Виды конструкций	Уровень реконструкции
Восстановление	Усиление	Повышение сейсмостойкости до нормативного уровня	Замена, демонтаж
Основание	1 Инъектирование	1 Инъектирование	1 Дополнительное уплотнение 2 Водопонижение
Фундаменты	1 Инъектирование 2 Устройство гидроизоляции	1 Устройство обойм разгрузочных конструкций	1 Устройство обойм разгрузочных конструкций 2 Изменение расчетной схемы	Уширение подошвы фундаментов
Стены и каркасы	1 Инъектирование 2 Нанесение армооболочек, штукатурок	1 Улучшение регулярности распределения жест-костей 2 Усиление стен (оболочки, шпонки, скобы, стяжки), рам (обоймы) 3 Усиление связей между стенами	1 Улучшение регулярности распределения жесткостей 2 Усиление вертикальных связей жесткости 3 Вертикальное натяжение 4 Устройство ядер жесткости и разгрузочных поясов 5 Изменение конструктивной схемы	Демонтаж верхних этажей
Перекрытия	Инъектирование	1 Устройство армированных стяжек 2 Увеличение сечения	1 Увеличение жесткости перекрытий и анкеровка их в поясах стен 2 Натяжение, затяжки, шпренгеля 3 Изменение конструктивной схемы	Замена перекрытий
Покрытия	Восстановление отдельных элементов	Увеличение сечения	Изменение конструктивной схемы	Замена элементов конструкций

6.12 При реконструкции, особенно в случаях пристроек и (или) надстроек, принятые технические
решения должны обеспечивать требуемую сейсмостойкость всего здания в целом.

6.13 При использовании принципиально новых конструктивных решений усиления или восстановления зданий и других сооружений разработка проектной документации должна производиться при научном сопровождении и с участием специализированных научно-исследовательских и
проектных организаций.

6.14 Восстановленные, усиленные и реконструируемые объекты подлежат обязательной приемке в установленном для обычных объектов порядке с обязательным составлением паспорта о
техническом состоянии и классе (уровне) сейсмостойкости.