УСТРОЙСТВО ЗАЩИТНОГО САРКОФАГА ДЛЯ ДЕРЕВЯННОЙ БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЯ РЕСТАВРИРУЕМОГО ЗДАНИЯ

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к области проведения реставрационных работ по восстановлению деревянных перекрытий исторических реставрируемых зданий, использующих в своих старинных конструкциях деревянные балки.
Самым простым способом проведения реставрации несущих деревянных балок является их замена на новые. Но несущие деревянные балки, как правило, огромных размеров и веса, а это связано с трудностями по транспортировке, установки в стесненных условиях ремонта. Ко всему прочему, при замене балок снижается историческая стоимость реставрируемого здания.
В настоящее время ремонт деревянных перекрытий осуществляется путем замены части наката, замены или усиления концов деревянных балок, замены отдельных балок, целиком конструкции перекрытия на части или по всей площади перекрытия.
Перекрытия домов старой постройки в основном деревянные, и при ремонте дома возникает необходимость в их замене. В домах с дальнейшим сроком эксплуатации менее 50 лет применение долговечных железобетонных конструкций экономически невыгодно, и в этом случае целесообразно применять деревянные перекрытия по деревянным балкам.
После снятия пола, утеплителя, звукоизоляционных и пароизоляционных слоев и наката тщательно обследуют состояние деревянных балок перекрытия. При наличии дефектов снимают черепные бруски, балки очищают до здоровой древесины и усиливают боковыми накладками, устанавливаемыми на болтах или гвоздях. При загнивании или повреждении концов отдельных балок ремонт состоит в установке временной опоры под ремонтируемую конструкцию и в удалении сгнившей опорной части балки. Восстановление таких балок с помощью накладок или металлического протеза Дайдбекова допустимо только в малоценных и ветхих зданиях (в качестве временной меры в связи с их сносом в ближайшее время).
При реставрации зданий, имеющих деревянные перекрытия, всегда встает вопрос о целесообразности сохранения существующих деревянных конструкций. При нормальных условиях эксплуатации (соблюдении температурно-влажностного режима и необходимой вентиляции) деревянные конструкции могут сохраняться длительное время без снижения своих эксплуатационных свойств. Об этом говорит опыт эксплуатации старых зданий в течение многих десятилетий. Однако надо иметь в виду недостаточную роль деревянных конструкций в обеспечении пространственной жесткости зданий в случае появления трещин в стенах при неравномерной осадке фундаментов. Однако при наличии плафонов, имеющих большую ценность (с росписью, богатой лепкой), замена деревянных перекрытий железобетонными приведет к уничтожению плафонов, что в ряде случаев может оказаться недопустимым. Тогда встает вопрос о сохранении и усилении существующих деревянных конструкций. В этом случае производится усиление деревянных конструкций. При этом осуществляется замена дефектных участков несущих конструкций (устройство протезов) или усиление всей конструкции, имеющей недостаточную несущую способность или недопустимую деформативность. Все деревянные элементы как усиливаемой конструкции, так и конструкции усиления должны быть пропитаны антисептиком, а стропильные элементы, кроме того, покрыты антиперенами.
Известно устройство усиления несущей деревянной балки, описанное в статье «Ремонт балочных перекрытий», представленная в разделе «Отделочные работы в Вашем доме» на сайте Newdynasty в сети Интернет по адресу: http://www.newdynasty.ru/d_19.htm, обнаружено в 2011 г.(принято в качестве прототипа), которое выполнено в виде деревянных накладок, которые крепят к основной балке болтами по ее бокам или снизу и сверху в зависимости от типа повреждения балки или ее от направления ее деформации. При этом сечение двух накладок в сумме должно быть не меньше сечения основной балки. Несущие балки очищают, ремонтируют и в необходимых случаях антисептируют.
Недостаток данного решения заключается в том, что при такой реставрации не восстанавливается полная несущая способность деревянной балки из-за того, что наложение по бокам или сверху и снизу протезных накладок решает задачу только по исключению дальнейшего развития деформации балки. А несущая способность передается на протезные накладки, которые держатся на балке болтами. Поэтому такая реставрация носит ремонтно-косметический характер и возможна только для балок слабонагруженных, таких, которые используются для кровли. Для деревянных балок перекрытий многоэтажных зданий, находящихся под серьезным нагружением, наложение боковых протезов может усугубить процесс деформации балки, так как применении болтов в теле старой балки ослабляет ее структуру и снижает ее прочностные качества. В любом случае даже при наличии протезов нагрузка все равно держится на балке, протезы просто препятствуют ее дальнейшей деформации (например, прогибу). Для балок с изношенным (уменьшенным из-за разрушения поверхностного древесного слоя из-за длительного старения) поперечным сечением наложение местных протезных балок не решает задачу восстановления несущей способности деревянной балки.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в создании защитного саркофага (кожуха) для деревянной балки перекрытий, обеспечивающего балке восстановленную несущую способность при сохранении самой балки внутри этого кожуха. При этом достигается возможность проведения полноценной восстановительной способности деревянных перекрытий здания без демонтажа и замены самой деревянной балки.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство защитного саркофага для деревянной балки перекрытия реставрируемого здания, включающее в себя боковые ребра жесткости в виде деревянных пластин удлиненной прямоугольной формы, прикрепляемые к боковым сторонам деревянной балки шурупами, дополнительно содержит набор ламелей, выполненных в виде пластин удлиненной прямоугольной формы из доски с размером по длине меньшим длины деревянной балки, пластины удлиненной прямоугольной формы боковых ребер жесткости размещены по всей длине деревянной балки и выполнены высотой, превышающей высоту деревянной балки, и выполнены каждая из двух слоев водостойкой фанеры, ламели размещены сверху на деревянной балке слоями в продольном направлении по всей длине деревянной балки и вертикальном положении каждая между выступающими над этой балкой стенками боковых ребер жесткости и с примыканием каждого последующего слоя ламелей с «перехлестом» по отношению к предыдущему уложенному слою ламелей, при этом торцевая стенка каждой ламели в месте примыкания к деревянной балке выполнена с профилем, повторяющим контур верхней части деревянной балки, а выступающие над деревянной балкой стенки боковых ребер жесткости и расположенные между ними ламели соединены между собой шурупами или болтовыми соединениями.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - представлена деревянная балка в исходном состоянии, после очистки до появления «здоровой» древесины и обработки антисептическим и антипиреновым раствором;
фиг. 2 - установка первого бокового ребра жесткости защитного саркофага;
фиг. 3 - укладка сверху на балку набора ламелей;
фиг. 4 - показана балка с полным закрытием ее верхней части набором ламелей;
фиг. 5 - крепление второго бокового ребра жесткости защитного саркофага;
фиг. 6 - защитный саркофаг в сборе с деревянной балкой.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция устройства защитного саркофага для деревянной балки 1 (фиг. 1) перекрытия 2 реставрируемого здания, которое представляет собой для поврежденных в результате эксплуатации и временем деревянных балок кожух, монтируемый на реставрируемой деревянной балке 1 непосредственно на месте. Этот кожух представляет собой «несущий саркофаг», возводимый вокруг старой балки, который также и является добором для выравнивания горизонтальности и плоскостности провисшей балки.
Устройство защитного саркофага (фиг. 2-6) для деревянной балки 1 перекрытия реставрируемого здания включает в себя боковые ребра жесткости 3 в виде деревянных пластин удлиненной прямоугольной формы, прикрепляемые к боковым сторонам деревянной балки шурупами. Эти пластины боковых ребер жесткости размещены по всей длине деревянной балки (от зоны - участка опорного узла 4 с одного торца деревянной балки до такого же узла на другом торце) и выполнены высотой, превышающей высоту деревянной балки. Каждое ребро жесткости выполнено из двух слоев водостойкой фанеры. В устройстве используется набор ламелей 5. Ламели выполнены в виде пластин удлиненной прямоугольной формы из доски с размером по длине меньшим длины деревянной балки и размещены сверху на деревянной балке слоями в продольном направлении по всей длине деревянной балки и вертикальном положении каждая между выступающими над этой балкой стенками боковых ребер жесткости и с примыканием каждого последующего слоя ламелей с «перехлестом» по отношению к предыдущему уложенному слою ламелей. Торцевая стенка каждой ламели в месте примыкания к деревянной балке выполнена с профилем (фиг. 3 и 4), повторяющим контур верхней части деревянной балки, а выступающие над деревянной балкой стенки боковых ребер жесткости и расположенные между ними ламели соединены между собой шурупами 6 или болтовыми соединениями. Организуется саркофаг следующим образом.
После демонтажа черного пола, опорной решетки лаг и песчаной засыпки осуществляют визуально-инструментальную оценку несущих способностей деревянных балок перекрытия и их общего состояния. Оценка несущей функции балки перекрытия включает в себя исследования и замеры геометрических деформационных изменений конструкции балки, выявление деформационных повреждений, продольных горизонтальных (вертикальных) трещин, очагов биологических поражений и других возможных разрушений целостности древесины, вследствие воздействия внешних факторов. По завершении мероприятий, направленных на обеспечение безопасности работ, связанных с ремонтом балок и исключающих возможность их последующего разрушения или обрушения, переходят к предварительной обработке балок перекрытия. Из «тела» балки перекрытия извлекают старые гвозди, очищают балку от пыли и грязи, удаляют очаги биологических поражений. После этого необходимо острогать при помощи фуганков до появления «здоровой» древесины. Вид подготовленной к реставрации деревянной балки после предварительно обработки представлен на фиг. 1. Очищенную балку перекрытия обрабатывают антисептическим и антипиреновым раствором «Кострома».
При наличии дефектов в балке на подготовленные и обезжиренные участки восстановительного ремонта балки перекрытия последовательно устанавливаются вклейки 7 (протезы) из водостойкой фанеры (см. выноску на фиг.2, как пример). При монтаже протеза между элементами вклеек (протезов) из водостойкой фанеры прокладывают лоскуты стеклоткани ТР-07 с пропиткой эпоксидно-диановой смолой ЭД-20. Некратные небольшие участки разрушений заполняют соответствующими по длине отрезками пластиковой арматуры со стеклотканью ТР-07 на основе эпоксидно-диановой смолы ЭД-20. Пакет вклеек (протезов) из водостойкой фанеры дополнительно фиксируется на балке перекрытия шурупами DIN 571 8×120 мм.
Параллельно с обработкой балки перекрытия обеспечивают доступ к опорным узлам (торцам) балок для их последующего ремонта, с учетом установки защитного саркофага со «щеками» усиления и опорного подшипника. Для этого, при помощи перфоратора, производится выемка кирпичной кладки вокруг опорного торца балки на необходимую глубину.
Опираясь на данные измерения прогибов типовых балок перекрытия и с учетом разметки опорной решетки, относительно нулевого уровня, высота ребер жесткости для каждой ремонтируемой балки определяется индивидуально, с обязательным запасом на последующую острожку и шлифовку склеенной поверхности саркофага. Сборка и установка защитного саркофага на типовую старую балку перекрытия производится в следующем порядке:
С одной из боковых сторон деревянной балки перекрытия крепятся первое ребро жесткости 3 из двух слоев водостойкой фанеры 40 мм через двухслойный лоскут 8 стеклоткани ТР-07, пропитанный эпоксидно-диановой смолой ЭД-20 (фиг. 2). Ребро жесткости фиксируются по всей длине балки «глухарями» шурупами DIN 571 8×(120-140) мм в шахматном порядке. В местах стыковки отдельных пролетов пластин ребер жесткости между собой с торцов снимается фаска под 45 градусов. Слои фанеры нашиваются последовательно, перекрывая друг друга «внахлест» шахматным порядком.
Далее необходимо полностью закрыть балку перекрытия в саркофаг путем увеличения поперечного сечения балки набором ламелей из водостойкой фанеры и сосновой доски. Увеличение поперечного сечения балки перекрытия производится продольно-вертикальным набором ламелей 5 из ошлифованной сосновой доски 45×(100-195)мм, на основе клея «Акса-Нобель» и фиксацией при помощи шурупа 4×75 мм (фиг. 3). В местах стыковки ламелей между собой снимается фаска под углом 45 градусов. Каждый последующий слой ламелей укладываются с «перехлестом» по отношению к предыдущему. По завершению набора ламелей, устанавливается второе боковое ребро жесткости 3 с другой стороны балки и по всей длине фиксируется «глухарями» шурупами DIN 571 8×(120-140) мм, обеспечивая монолитность соединения тела старой типовой балки с боковыми ребрами жесткости, «щеками» усиления и «пакетом» набора ламелей. Работы по сборке, склейке и установке деталей защитного саркофага балки перекрытия проводятся при температурных условиях не ниже 23-25 C и влажности древесины не ниже 8-9%.
Ближе к опорным узлам балок перекрытия на установленные ребра жесткости, по обеим сторонам крепятся дополнительные «щеки» усиления, так же состоящие из двух слоев водостойкой фанеры 40 мм, длина которых может составлять 3-4 метра. Эти «щеки» являются дополнительными пластинами 9 усиления, состоящими из двух слоев водостойкой фанеры длиной менее длины деревянной балки, которые прикрепляются к боковым ребрам жесткости в зоне опорных узлов этой балки.
После полного отвердевания клеевых соединений, приступают к острожке и шлифовке горизонтальной поверхности защитного саркофага, проверяя точность обработки по уровню.
Опорные торцы защитного саркофага обрабатываются битумной мастикой и закрываются в опорный подшипник, после чего восстанавливается кирпичная кладка гнезда.
Для придания дополнительной продольной жесткости конструкции защитного саркофага балки перекрытия, в него под углом 30 градусов устанавливаются косые разнонаправленные вертикальные металлические шпильки M16 (поз. 10) на эпоксидно-диановой смоле ЭД-20, по три штуки с каждой стороны от центра балки. Направление установки шпилек 10 - сверху от вертикальной оси центра балки, под углом 30 градусов вниз в сторону опорного узла, с шагом 1000 мм. Гнезда шпилек 10 затираются шпатлевкой из клея и древесной муки и затем шлифуются.
Настоящая полезная модель промышленно применима. Применение такого саркофага при реставрационных работ по восстановлению несущей способности деревянных балок обеспечивает не только восстановление структуры самой балки путем ее реставрации за счет протезирования, но и повышает ее несущую способность за счет того, что саркофаг является силовым элементом, имеющим возможность самостоятельно воспринимать нагрузку. Саркофаг прост в изготовлении, но имеет возможность индивидуальной подгонки применительно к особенностям дефектного состояния деревянной балки. При реставрации перекрытия все балки в саркофагах становятся одинаковыми, что позволяет воссоздать новое перекрытие без демонтажа старого. Существенным является то, что восстановление деревянной балки можно проводить без демонтажа последней и без ее разрушения.