Принципы усиления деревянных конструкций

Деревянные конструкции широко применялись в старых жилых, общественных и реже в промышленных зданиях с нормальным температурно-влажностным режимом. Основная область применения конструкций из дерева — покрытия с наружным отводом атмосферных вод и междуэтажные перекрытия. Многолетний опыт их эксплуатации показал, что при отсутствии увлажнения, проветривания, систематической защите от гниения деревянные конструкции обеспечивают длительный (несколько десятков лет) срок безопасной работы.

Для конструкций из дерева применяют преимущественно хвойные породы, а для ответственных деталей соединений (шпонок, нагелей, вкладышей) — твердые лиственные породы.

Частичный или полный ремонт деревянных конструкций чаще всего связан с некачественной их защитой от непосредственного увлажнения атмосферными или техногенными водами, плохой термо- и пароизоляцией, отсутствием систематической просушки древесины, неудовлетворительной защитой от гниения и энтомологических разрушителей.

Гниение древесины происходит при влажности более 25 %, температуре от — 3 до +35...70°С, застойном воздухе и заражении ее грибками. В сухой древесине с влажностью до 12 % и в древесине, находящейся в воздушно-сухом состоянии (15...18 %), домовые грибки не развиваются. Деревянные конструкции, расположенные в воде и на сквозняке, грибками также не разрушаются. В связи с этим для длительной безопасной эксплуатации деревянных конструкций необходимо создать вокруг них соответствующие температурно-влажностные условия. Если это невозможно по технологическим или другим соображениям, деревянные конструкции следует тщательно обработать ядохимикатами — антисептировать.

Антисептирование производят в весенний или летний период, так как в это время личинки жучков подходят к поверхности пораженной древесины и обеспечивается просушивание деревянных конструкций.

В качестве антисептиков используют водные растворы фтористого натрия и содового фтористого натрия (концентрация 3...4%), кремнефтористого натрия (3...4%), кремнефтористого аммония (5...10%), хлористого цинка (5%), пасты на основе битумных материалов, кузбасслаке и т. д.

Антисептики в виде водных растворов применяют для тех деревянных конструкций, которые защищены от увлажнения и вымывающего воздействия воды. Антисептические пасты используют для защиты деревянных конструкций, которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности.

Деревянные элементы, подлежащие сплошной окраске (окна, двери, чистые полы), не антисептируются. При влажности окружающей среды до 25 %, отсутствии опасности увлажнения или обеспечении быстрого высыхания конструкций применяют нормальное (одноразовое) антисептирование, при более сложных условиях эксплуатации — повышенное (удвоенное).

Защита деревянных конструкций от возгорания осуществляется огнезащитными составами—антипиренами (борной кислотой, бурой, сульфатом аммония и т.д.). Для защиты наружных поверхностей применяют атмосферостойкие составы (ПХВ и парафин с пигментами, хлорлакойль, уайт-спирит, сурик и т. п.); при большой влажности (61...75%) —влагостойкую краску ХЛ-СЖ, сланцевую смолу, железный сурик; при влажности менее 60 % — неблагостойкую хлоридную краску ХЛ-К, силикатную краску СК-Л, суперфосфатную обмазку и др.

В огнезащитные составы могут добавляться антисептики, которые не снижают огнезащитных свойств состава и позволяют осуществить комбинированную защиту деревянных конструкций от возгорания и гниения.

Отсутствие качественных продухов или их заделка жильцами дома ухудшает вентиляцию деревянных конструкций, приводит к интенсивному гниению прежде всего опорных частей несущих балок и черного пола. Из-за плохой термоизоляции концы балок с северной стороны здания промерзают и увлажняются конденсатом. Увлажнение конструкций перекрытий приводит к повышению деформативности балок, их гниению и снижению эксплуатационной надежности.

При поражении гнилью опорных частей отдельных балок перекрытий взамен обрезанного сгнившего конца устанавливают две накладки из досок, сечение которых определяется расчетом и должно быть несколько больше, чем сечение существующей балки (рис. 11.8).

Рис. 11.8. Усиление опорной части балки перекрытия:

1 — накладки; 2 — усиливаемая балка; 3 — вкладыш; 4 — соединительные элементы

При большом объеме повреждений применяют прутковые протезы, которые изготовляют заранее в мастерских. Длину протезов принимают на 10 % больше двойной длины обрезанного конца балки. Опорные части выполняют из швеллеров (№ 20 — 30 — для балок междуэтажных перекрытий, № 12 — 16 — для чердачных перекрытий).

Для установки прутковых протезов под дефектные балки подводят временные опоры, разбирают деревянное перекрытие по ширине на 75 см снизу и на 1,5 м сверху от стены, спиливают поврежденный участок балки по длине примерно на 0,5 м, заводят протез в опорную нишу и скрепляют его с балкой гвоздями (рис.11.9).

Рис. 11.9. Усиление балок перекрытия прутковыми протезами: 1 - прутковый протез; 2 — усиливаемая балка

Пораженную грибком древесину необходимо немедленно сжечь; новую древесину должны применять в воздушно-сухом состоянии, а также обрабатывать огнезащитными составами и антисептиками.

При повышенных нагрузках на перекрытие в деревянных балках появляются продольные трещины в средней зоне. Аналогичные трещины могут возникнуть и при усушке древесины.

При незначительных дефектах деревянных перекрытий их ремонт осуществляют протезированием, наращиванием сечения балок, частичной заменой черного или чистого пола. Протезирование применяют при поражении гнилью или жучками небольших участков балок, оно заключается в аккуратном вырезании дефектного участка и установкой на гвоздях (болтах) новой древесины. Места усиления должны быть соответствующим образом антисептированы.

При усилении наращиванием сечение балки увеличивается накладками расчетного сечения по всей длине или на части пролета. Усиливаемые элементы крепят к существующей балке гвоздями или болтами.

При достаточной толщине перекрытия усиление деревянных балок может быть осуществлено с помощью надбалок или подбалок, которые крепят к усиливаемой балке с помощью вертикальных болтов. Усиленные концы балок междуэтажных перекрытий антисептируют и заделывают в стены наглухо, в чердачных перекрытиях балки оставляют открытыми сверху, утепляя их эффективным материалом.

Элементы усиления должны быть изолированы от каменной кладки (бетона) прокладкой из толя или рубероида.

При значительных дефектах деревянных балок рекомендуются преобразование их в шпренгельные фермы, в балки составного сечения или полная замена путем установки рядом с поврежденной балкой новой.

Ремонт деревянных покрытий, как правило, связан с расстройством узловых соединений (появлением трещин в местах концентрации напряжений), обнаружением продольных трещин в стропильных конструкциях из-за усушки древесины или перегрузки кровли, гниением деревянных конструкций из-за плохого проветривания, замачивания, некачественного антисептирования и т. п. Чаще всего гниению подвержены мауэрлат и участки стропильных ног, примыкающих к нему. При перегрузке кровли появляются также расслоения древесины в стропилах в местах крепления затяжки.

Реконструкция кровли требуется при замене более легкого кровельного покрытия (например, кровельного железа) на более тяжелое (асбестоцементные листы). В этом случае, как правило, необходимо увеличить уклон стропил и их сечение.

Усиление стропил при незначительных повреждениях гнилью осуществляют протезированием или наращиванием. При необходимости увеличения уклона устанавливают новые стропила, которые соединяют с существующими стойками и подкосами (рис. 11.10). При наличии средней стены увеличения несущей способности стропил можно добиться установкой дополнительных подкосов, а в случае ее отсутствия — второй по высоте затяжкой или шпренгелем.

Рис. 11.10. Усиление деревянных стропил: 1 — усиливаемые стропила; 2 — новые стропила; 3 — подкос; 4 — шпренгель

Продольные трещины в стропилах стягивают металлическими хомутами на болтах.

Усиление деревянных стропильных ферм всех типов осуществляют различными способами с учетом характера обнаруженных дефектов:

при загнивании опорных концов ферм вырезают опасный участок, заменяя его протезами;

при недостаточной несущей способности стыка нижнего пояса (растянутого раскоса) устраивают дополнительные накладки или растянутые тяжи между узлами ферм;

при потере устойчивости верхнего пояса или сжатых элементов решетки устанавливают дополнительные связи или увеличивают сечения элементов, прикрепляя к ним с помощью болтов или гвоздей дополнительные бруски или доски.

Усиление деревянных арок и рам зависит от вида конструкции и характера обнаруженных дефектов. Наиболее простым способом усиления гнутых арок из нескольких слоев досок, соединенных на гвоздях, является устройство обшивки из двух слоев досок, которые крепятся к вертикальным поверхностям арок также на гвоздях. Кружальные арки усиливают постановкой рядом со старой аркой новой из косяков и скреплением их гвоздями или болтами.

Гнутые арки можно усилить, превратив их в металлодеревянные фермы (рис. 11.11).

К распространенным дефектам в дощато-гвоздевых и клеефанерных рамах является выпучивание их нижних поясов в карнизных узлах. После разгрузки рам нижние пояса выправляют и усиливают постановкой парных накладок или нашивкой фанерных диагональных фасонок. Усиленные сжатые пояса смежных рам должны быть раскреплены связями. Нижние растянутые пояса рам усиливают парными накладками или металлическими тяжами.

Рис. 11.11. Усиление гнутых арак: 1 — затяжка; 2 — ферма усиления

Тонкостенные пространственные деревянные своды-оболочки усиливают пришивкой по поверхности купола дополнительного кольцевого настила из реек или постановкой изнутри ребер жесткости. Ребра усиления должны упираться в нижнее растянутое кольцо из стали и в верхнее сжатое кольцо из деревянных кружальных косяков. Таким образом, тонкостенный купол-оболочка превращается в ребристый купол. Загнившую на небольших участках дощатую обшивку сводов заменяют новой.