Конструкции для замены перекрытий при реконструкции

К конструкциям реконструируемых перекрытий предъявляются требования прочности, жесткости, огнестойкости, тепло- и звукоизоляции. Кроме того, они должны быть экономичны и просты в монтаже. В наибольшей степени этим требованиям отвечают железобетонные перекрытия, однако их применение при реконструкции вызывает определенные трудности, так как конфигурация старых реконструируемых зданий не отвечает принятой в настоящее время унификации индустриальных конструкций.

При ремонте или полной замене перекрытия особую сложность вызывает сопряжение новых перекрытий со стенами. На существующие стены, ослабленные оконными и дверными проемами, гнездами от старых балок и повреждениями кладки, как правило, невозможно обеспечить непрерывное опирание железобетонного настила.

Необходимость замены перекрытий при реконструкции чаще всего связана с существующими в старых зданиях деревянными перекрытиями. В малоэтажных зданиях, а также при значительном износе дома замена деревянных перекрытий на более долговечные нецелесообразна. При ремонте таких перекрытий удаляют дефектные балки, а там, где не обнаружены грибки или жучки, балки усиливают наращиванием или протезированием (заменяют пораженные участки специальными накладками). При ремонте деревянных перекрытий необходимо тщательно антисептировать как сохранившиеся, так и новые деревянные конструкции. Существенного повышения звукоизоляции деревянных перекрытий в сочетании с защитой от влаги можно добиться смазкой слоя толщиной 2-3 см из мятой глины, отощенной песком. Эффективна смазка из импрегнированной глины (глина — 5 частей, песок — 2, опилки — 6, смола — 1, вода — 2 части). Потолок в этом случае выполняют из листового материала или мокрой штукатурки.

Относительно высокой огнестойкостью обладают легкобетонные перекрытия по деревянным балкам. Перекрытия выполняют из шлакобетонных блоков с плотностью 600-700 кг/м3 или из гипсовых реек. Особое внимание при ремонте деревянных перекрытий следует уделять местам опирания балок на стены. В этих местах возможно попеременное замораживание — оттаивание, образование конденсата и, как следствие, гниение балок. Для сохранения опорных частей балок гнезда утепляют войлоком или деревянным коробом, заполненным раствором. При толщине стен более 51 см устраивают продухи.

При капитальном ремонте или полной реконструкции объекта предпочтение отдают железобетонным перекрытиям, которые бывают балочного типа (при реконструкции локальных участков) и из сборных настилов. Перекрытия балочного типа состоят из железобетонных прогонов таврового или рельсового сечения пролетом от 3 до 7 м, высотой от 180 до 320 мм. По нижним полкам прогонов укладывают корытообразные легкобетонные плиты шириной 0,5-0,7 м. Поверх балок монтируют плоские легкобетонные плиты аналогичных размеров. Получили также распространение перекрытия по железобетонным балкам-настилам двутаврового сечения пролетом до 8 м, высотой 220-300 мм, нижняя полка которых имеет ширину 500 мм, образуя плоский потолок (рис. 1-4).

Эффективными решениями при замене перекрытий являются сборно-монолитные варианты. Основными несущими элементами при таких решениях являются железобетонные балки прямоугольного или трапециевидного сечения, установленные с шагом 500-750 мм, по которым, укладывают легкобетонные пустотные блоки со скосами на продольных гранях. Зазоры между балками и блоками заполняют бетоном класса В10, В15. При недостаточной несущей способности балок в швы между ними и блоками дополнительно устанавливают плоские арматурные каркасы. Вместо железобетонных балок могут применяться металлические балки таврового или двутаврового сечения (рис. 5).

Рис. 1. Конструкции для замены перекрытий с железобетонными прогонами таврового сечения: 1 — дощатый пол; 2 — деревянные лаги; 3 — утеплитель: 4 — легкобетонная плита-вкладыш; 5 — железобетонный прогон таврового сечения

Рис. 2. Конструкции для замены перекрытий с железобетонными прогонами двутаврового сечения:

1 — дощатый пол; 2 — деревянные лаги; 3 — утеплитель; 4 — легкобетонная плита-вкладыш; 5 — железобетонный прогон двутаврового сечения

В качестве сплошных сборных настилов при реконструкции жилых и общественных бескаркасных зданий используют одно- и двухпустотные предварительно напряженные железобетонные плиты пролетом 4-7,6 м, шириной 0,5-1,0 м, высоту которых принимают 220 мм.
Настилы имеют круглые или овальные (близкие к прямоугольным) пустоты, их изготавливают из бетона классов В20-В25, предварительно напряженная арматура — высокопрочная проволока класса Вр-II или стержневая классов A-IV, Ат-V и др.
Настилы заделывают в вырубленные борозды стен глубиной 120-130 мм на тщательно выровненную цементным раствором и пронивелированную поверхность. При этом необходимо обеспечить связь нового настила с существующими стенами, что достигается заделкой в швы между плитами анкеров диаметром 12 мм, соединенных со штырями диаметром 20-24 мм, предварительно заанкеренными в кладку. Анкеры устанавливают через два элемента.

Рис. 3. Конструкции для замены перекрытий с железобетонными прогонами швеллерного типа:

1 — дощатый пол; 2 — деревянные лаги; 3 — утеплитель; 4 — легкобетонная плита-вкладыш; 5 — железобетонный прогон швеллерного типа

Рис. 4. Конструкции для замены перекрытий с железобетонными балками-настилами двутаврового сечения: 1 — дощатый пол; 2 — деревянные лаги; 3 — утеплитель; 4 — балка-настил

При невозможности устройства сплошных борозд в стене для опирания настила применяют предварительно напряженные пустотные плиты с выпускными ребрами, которые устанавливают в гнезда кладки (рис. 6).

Рис. 5. Сборно-монолитные конструкции для замены перекрытий:

1 — пол; 2 — шлакобетон; 3 — монолитный железобетон; 4 — легкобетонный вкладыш; 5 — железобетонный прогон неполного сечения

Рис. 6 Сборные железобетонные пустотные настилы для замены перекрытий: 1 — пол; 2 — шлакобетон; 3 — пустотный настил; 4 — пустотные плиты с выпускными ребрами

В каркасных зданиях замену перекрытий осуществляют обычными серийными ребристыми или пустотными плитами, которые выпускаются строительной индустрией практически всех регионов страны.
При реконструкции зданий и сооружений существенно важным является максимально возможное снижение массы перекрытий, что достигается применением легкобетонных (керамзит, аглопорнт, азерит) конструкций, панелей из ячеистого бетона и керамических блоков.

7. Методы усиления металлических конструкций при реконструкции

При недостаточной несущей способности отдельных элементов, конструкций или зданий и сооружений производится их усиление, при этом, так же как и при конструкциях из других материалов, необходимо предусмотреть минимальные потери из-за остановок технологического цикла.
Элементы сварных конструкций, испытывающие растяжение, сжатие или изгиб, могут быть усилены увеличением сечений путем приварки новых дополнительных деталей.

Несущая способность элемента при этом возрастает с увеличением его сечения или жесткости. Однако нагрев элемента в процессе сварки может снижать его несущую способность.
Степень снижения зависит от режима сварки, толщины и ширины элемента, направления сварки.
Для продольных швов снижение прочности не превышает 15%. для поперечных может достигать 40%.
Поэтому наложение швов поперек элемента при его усилении под нагрузкой категорически запрещается.

Важно:

Усиление сжатых стоек

Эффективным средством усиления сжатых стальных стержней является применение предварительно напряженных телескопических труб и элементов из других жестких профилей.

Рис. 1 Усиление предварительно напряженной стойкой:
1 — предварительно напряженная стойка
2 — сварной шов
3 — накладки

Сущность способа (рис. 1) заключается в том, что разгружающая предварительно напряженная стойка состоит из двух труб требуемого диаметра, причем внутренняя труба сжата, а наружная растянута.

Достигается это следующим образом: наружную трубу устанавливают в горизонтальное положение, с одного торца трубы приваривают фланец с центральным отверстием диаметром 30-40 мм, с другого торца на расстоянии 2-3 м строго по оси наружной трубы устанавливают внутреннюю трубу чуть меньшего диаметра, чтобы она могла с небольшим зазором входить в наружную.
Затем газовыми горелками производят нагрев наружной трубы до расчетного удлинения, вводят в нее внутреннюю трубу и обваривают по всему периметру свободного торца.
Сокращаясь при остывании, наружная труба обжимает внутреннюю. В таком виде предварительно напряженный элемент устанавливают рядом с усиливаемой стойкой и плотно подклинивают под разгружаемую конструкцию.
Затем двумя газовыми горелками наружную трубу разрезают в нижней части по окружности, освобождая таким образом усилие предварительного напряжения во внутренней трубе.
Удлиняясь, она разгружает рядом стоящую стойку.
После этого наружная труба в сечении разрезки заваривается и в состоянии воспринять часть добавочной нагрузки на колонну (стойку) после усиления.
Этот способ может применяться также при усилении внецентренно сжатых элементов.
Эффективным способом увеличения жесткости каркасов промышленных зданий является устройство предварительно напряженных тяжей и оттяжек.

Однако оттяжки требуют массивных анкерных устройств, увеличения площади застройки, а также они увеличивают сжимающие усилия в колоннах.
Более эффективны тяжи, которые крепятся к соседним устойчивым зданиям.
Натяжение таких затяжек осуществляют механическим, электротермическим или комбинированным способом, а контроль эффективности усиления — по уменьшению смещений верхних узлов каркаса при горизонтальных нагрузках.
Повышения жесткости продольных и поперечных рам возможно добиться установкой крестовых диагональных жестких связей, а когда это невозможно, — жестких распорок (ригелей) в сочетании с диагональными раскосами.

Эффективный способ увеличения прочности и жесткости металлических ригелей — подведение под них прокатных или сварных балок с приваркой под нагрузкой в нагретом состоянии.
При ограниченных габаритах помещений усиливающую балку устанавливают сверху, вскрывают пол и приваривают ее к верхней полке усиливаемого ригеля в предварительно напряженном состоянии.
Усиливающие балки в первом и во втором случаях заводят и жестко закрепляют в узлах рамы.

Повышения несущей способности стропильных балок и ригелей перекрытия возможно добиться устройством сплошного железобетонного настила, жестко связанного с верхним поясом балки.
В этом случае жесткость ригеля существенно повышается, и его можно рассматривать как тавровую железобетонную балку с жесткой арматурой.

Наиболее часто требуют усиления сжатые стальные элементы. Традиционным способом их усиления является увеличение сечения приваркой полос, уголков и других элементов без предварительного напряжения.
Однако такой способ усиления обладает существенным недостатком: элементы усиления поздно включаются в работу, приварка этих элементов вызывает в сжатых стойках дополнительные деформации, что снижает эффективность усиления.
Поэтому традиционные способы усиления применяют, если временная нагрузка на стойки составляет не менее 40 % от постоянной и во время выполнения работ по усилению она отсутствует.

Усиление стальных стоек ненапряженными элементами осуществляют увеличением их сечения и уменьшением их свободной длины, при этом следует стремиться к максимальному увеличению радиусов инерции сечения (рис. 2). При выполнении усиления нагрузка на стойке не должна превышать 60-60 % расчетной.

Рис. 2 Схемы усиления стоек ненапряженными элементами

При небольшой гибкости усиливаемого элемента необходимо уменьшать эксцентриситет от смещения, а при гибкости > 80 — увеличивать его устойчивость.
Присоединение элементов усиления осуществляют в основном сваркой. Сварочный прогиб для элементов, которые усиливаются под нагрузкой, является нагружающим фактором, поэтому сначала усиливаемый элемент приваривают точечной сваркой, а затем накладывают основной шов.
При этом предпочтение следует отдавать шпоночным (прерывистым) швам, которые уменьшают деформации элементов, сокращают сроки сварочных работ и уменьшают массу наплавленного металла.

Важно:

Усиление балок

Усиление металлических балок осуществляют увеличением сечения, при этом необходимо выполнить их разгрузку не менее чем на 60 % или установить временные дополнительные опоры.
При проектировании усиления необходимо придерживаться следующих технологических правил: объем сварки должен быть минимальным, сварные швы следует располагать в удобных доступных местах, необходимо избегать потолочной сварки, сначала надо усиливать нижний пояс, а затем верхний, что исключает прогиб балки в момент усиления.

Рис 3 Схемы усиления балок симметричными накладками

Наиболее простой способ усиления — симметричными накладками (рис. 3), однако при этом возникает необходимость в большом объеме потолочной сварки.
При большой ширине нижней накладки можно избежать потолочных швов, однако ширина ее не должна превышать 506, в противном случае возникает значительная концентрация напряжений по кромкам балки.

Проверку прочности и устойчивости усиленной балки производят как для цельного сечения, так как критические усилия не зависят от величины напряжении, существовавших до усиления.
Для повышения местной устойчивости локальных участков стенки балки устанавливают на этих участках короткие ребра жесткости, окаймляя их продольными ребрами (рис. 4).

Эффективным способом усиления сплошных балок являются натяжные устройства, которые обеспечивают стабильную величину предварительного напряжения, не зависящую от податливости анкеров и вытяжки затяжек.
Такие способы позволяют регулировать усилие предварительного напряжения в нижнем поясе балки. Один из вариантов усиления представлен на рис. 5 Распорные элементы выполняют в виде секторов с гнездами, образующих с осью разрезные шарниры, расположенные между скошенными торцами распираемых балок, натяжное устройство требуемой массы располагают внутри колонны.
Этот способ наиболее эффективен при усилении подкрановых балок, так как требует минимальных трудовых и материальных затрат.

Рис. 4 Местное усиление балок:
1,2 — ребра жесткости

Рис. 5 Схема распорного устройства:

1 — усиливаемая балка
2 — шарнир
3 — упоры
4 — сектор
5 — трос
6 — груз

Важно:

Усиление ферм

Усиление стальных ферм осуществляют подведением новых конструкций, введением дополнительных элементов решетки, изменением схемы конструкции и увеличением сечений отдельных элементов.
Выбор того или иного способа усиления зависит от причин, вызвавших усиление стропильных конструкций.
Подведение новых конструкций осуществляют в том случае, если другие способы усиления не дают требуемого эффекта и если по условиям производства допустима установка дополнительных промежуточных стоек.

Дополнительные элементы решетки вводятся для уменьшения гибкости стержней в плоскости фермы, для усиления верхнего пояса фермы на местный изгиб, а также для увеличения жесткости и несущей способности фермы в целом.
Усиление нижнего пояса осуществляют, как правило, увеличением его сечения.
Верхний пояс усиливают шпренгельной решеткой. Дополнительную перекрестную решетку устанавливают для повышения несущей способности и жесткости фермы в целом.
В этом случае ферма превращается в статически неопределимую систему и возникает опасность перераспределения усилий в элементах решетки (растянутые элементы испытывают сжимающие усилия, и наоборот). Поэтому иногда возникает необходимость дополнительного усиления отдельных элементов решетки.

Наиболее распространенный характер повреждений стропильных ферм — погнутость стержней решетки, которая достигает 50-70 мм.
В этом случае увеличивают сечение решетки или устанавливают предварительно напряженные элементы, снижающие искривления элементов решетки.

Существенного увеличения несущей способности фермы можно добиться установкой третьего пояса (шпренгельной системы) в пределах высоты фермы или (если допускает высота помещения) путем его закрепления в нижних опорных узлах.
Такое усиление не требует дополнительных опор и может выполняться из высокопрочных канатов (пучков), обеспечивая минимальную материалоемкость усиления.
Стойки шпренгельной системы выполняют из жестких профилей. Разгрузку существующей фермы осуществляют предварительным напряжением третьего пояса, поэтому его сечение должно быть достаточным для воспринятия максимальных напряжений при полной нагрузке фермы.
Усилия в различных элементах конструкции суммируются из усилий, возникающих при предварительном напряжении третьего пояса, а также усилий, в статически неопределимой усиленной конструкции от всех нагрузок, приложенных после усиления.

Одним из способов усиления ферм является надстройка висячих (вантовых) систем, к которым подвешивается усиливаемая конструкция. Этот способ особенно эффективен, если ванты можно подвешивать к рядом стоящим более высоким и устойчивым сооружениям.
Усиления ферм можно добиться включением в их работу светоаэрационных фонарей.
Наиболее эффективен этот метод при расположении фонарей не по середине пролета, а над колоннами в двух и многопролетных цехах.
Как уже отмечалось, усиления верхнего пояса ферм можно добиться за счет включения в его работу железобетонных плит покрытия.