СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
METHOD TO RECONSTRUCT INDUSTRIAL AND CIVIL BUILDINGS

Изобретение относится к строительству, а именно к восстановлению несущей способности железобетонных каркасов промышленных и гражданских зданий путем усиления железобетонных конструктивных элементов и тем самым усилению несущего конструктива здания или сооружения в целом, и может найти применение при реконструкции и капитальном ремонте.
Известен способ усиления железобетонной колонны, утратившей несущую способность, А.С. №1219768 А1, от 23.03.1986) путем приклеивания на каждую грань колонны стеклоткани шириной 300 мм с эпоксидной композицией с добавлением кварцевого песка для приклейки уголков. Сверху покрытия устанавливают уголки, на внутреннюю и наружную поверхность которых предварительно наносят эпоксидную композицию, поверх которой приклеивают покрытие из стеклоткани и полимерной композиции. Покрытие выходит за пределы уголка на 75 мм и приклеивается за пределами уголка к бетонной поверхности колонны. Усиливать колонну по предлагаемому решению можно как по всей высоте, так и на части колонны, только в местах ее разрушения.
Однако данный способ имеет следующие недостатки: он трудоемок, требует особой тщательности в реализации операции, особенно по приклеиванию стеклоткани к бетонной поверхности, и не может восстановить полностью несущую способность конструктивного элемента или изменить ее в зависимости от ситуации, приведшей к потере несущей способности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ усиления железобетонной колонны (патент РФ №2274719 С2, от 01.01.2000 г.). Способ реализуется путем устройства дополнительного железобетонного напряженного конструктива вокруг или рядом с дефектной колонной, с обработкой поверхности колонны насечкой и увлажнением поверхности колонны, устройством обоймы и наращиванием поперечного сечения с уменьшением эксцентриситета приложения продольной сжимающей силы. Стальную трубу деформируют, обжимают ее сечение с двух сторон валками, превращая цилиндрическое сечение в овальное с соотношением большей оси к меньшей, равный трем, и разрезают трубу вдоль. Заключают поврежденную железобетонную колонну внутрь стальной обоймы, ориентируя ее большую ось сечения в плоскости эксцентриситета приложения сжимающей силы, и уменьшают эксцентриситет. Герметично соединяют две половинки овального сечения в единое целое и плотно заполняют полости между стальной обоймой и поврежденной железобетонной колонной расширяющимся мелкозернистым бетоном, нагнетая его через патрубки в полости снизу вверх. Уплотняют бетон вибрированием и при схватывании бетона напрягают сечение, обжимая его со всех сторон стальной опалубкой, и этим усиливают всю конструкцию.
Недостатком данного способа является большая трудоемкость и материалоемкость, сложность реализации в реальных условиях производства.
Техническим решением задачи изобретения является восстановление несущей способности каркаса здания в целом путем индивидуального снятия сжимающих усилий в дефектных конструктивных элементах возведением рядом дополнительного железобетонного напряженного конструктивного элемента, снижением трудоемкости усиления конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что в способе реконструкции промышленных и гражданских зданий путем устройства дополнительного железобетонного напряженного конструктива вокруг или рядом с дефектным элементом предварительно определяют усилие, превосходящее нормативное для дефектного элемента, по которому назначают армирование дополнительного элемента, далее в два этапа возводят дополнительный железобетонный конструктивный элемент, на первом этапе основание элемента возводят из тяжелого бетона с технологическим перерывом до набора проектной прочности, затем на втором этапе возводят верхнюю часть элемента из мелкозернистого бетона на основе самонапрягаемого цемента в жесткой опалубке, при этом высоту элемента определяют в соответствии со степенью нужной разгрузки дефектного элемента с учетом жесткости как существующего дефектного элемента, так и вновь возводимого.
Новизна предложения заключается в том, что в начале определяется усилие, превосходящее нормативное для дефектного элемента, по которому назначают армирование дополнительного элемента, далее в два этапа возводят дополнительный железобетонный конструктивный элемент, на первом этапе из тяжелого бетона, до набора им проектной прочности, затем на втором этапе возводят верхнюю часть элемента из мелкозернистого бетона, на основе самонапрягаемого цемента, в жесткой опалубке, при этом высота элемента определяется усилием, соответствующим степени потребной разгрузки дефектного элемента с учетом жесткости как существующего дефектного элемента, так и вновь возводимого.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 - вид дефектной колонны и вновь возводимого дополнительного железобетонного напряженного конструктивного элемента сбоку, а на фиг.2 разрез А-А по фиг 1.
Способ реконструкции промышленных и гражданских зданий осуществляется следующим образом. Предварительно при наличии в каркасе дефектного элемента 1 определяют усилие в нем, превосходящее нормативное, по которому назначают армирование 2 дополнительного железобетонного конструктивного элемента 3, состоящего из нижней части элемента 4 (колонны на чертежах), выполненного из тяжелого бетона, и верхней части 5, выполненной из мелкозернистого бетона, на основе самонапрягаемого цемента. Дополнительный железобетонный конструктивный элемент 3 заливается в жесткой опалубке 6, монтируемой между плитами перекрытия 7. Высоту верхней части 5 конструктивного элемента 3 определяют в соответствии со степенью нужной разгрузки дефектного элемента 1. При определении усилия разгрузки, создающегося в части 5 дополнительного конструктивного элемента, учитываются жесткости как существующего дефектного элемента 1, так и вновь возводимого конструктивного элемента 3, что позволяет при наборе прочности верхней части 5, выполненной из мелкозернистого бетона, на основе самонапрягаемого цемента восстановить несущую способность отдельного железобетонного конструктивного элемента каркаса промышленного или гражданского здания до расчетных показателей. А последовательная реализация способа восстановления на всех дефектных элементах каркаса приводит к его восстановлению в целом.
дл
к
дл
к
Рассмотрим в качестве примера реконструкцию здания в связи с перепрофилированием. Имеем в качестве начального состояния следующие показатели: колонну длиной 1=3 м с размерами в плане 40×40 см с армированием 4d20 и классом по прочности бетона В25. Нагрузка на колонну составляет: N=115 т и N=50 т, где N - длительная нагрузка, N - кратковременная нагрузка.
b
2
Бетон B25-R=327 кг/cм по ГОСТ 26633-91
2
4d20-12,56 cм по ГОСТ 5781-82;
2
Сопротивление стали Ra.c.=2700 кг/см по ГОСТ 5781-82.
Цель реконструкции - доведение несущей способности отдельных конструктивных элементов (в примере колонны) до нормативных показателей и за счет этого здания в целом до требуемых эксплуатацией норм.
1. Расчетная длина колонны 1=300 см
дл
дл
Для определения гибкости колонны  определяем для железобетона φ=1; М=1; где φ - коэффициент гибкости колонны, М - коэфициент воздействия длительной нагрузки.
Расчетная нагрузка на колонну
Несущая способность колонны:
b
K
ac
a
b
к
ac
а
N=φ(RF+RF), где R- прочность бетона на сжатие, F - поперечная площадь колонны, R - сопротивление стали, Р- поперечная площадь арматуры.
2
2
2
1(327 кг/см·160 см+327 кг/см2·12,56 см)=86,22 т
а1
1
Условия по несущей способности колонны не выполняются, для увеличения несущей способности возводим дополнительный конструктив с размерами в плане 400 см×400 см из бетона с классом по прочности В25 соосно с одной из несущих осей здания. Для нахождения необходимого армирования F определим необходимую несущую способность дополнительного конструктива N:
1
P
p
N=N-N; где N - расчетная нагрузка на колонну;
N - несущая способность существующего конструктива.
Необходимая несущая способность вновь возведенного конструктива:
165 т - 86,22 т=78,78 т; также:
где φ - гибкость вновь возведенной колонны;
к1
F - поперечная площадь вновь возведенной колонны;
a1
F - поперечная площадь армирования вновь возведенной колонны;
из уравнения (1)
а1
2
Принимаем армирование 4d20 АIII (F=12,56 см)
Дополнительный конструктив возводится с верхней частью из бетона на основе самонапрягаемого цемента с коэффициентом линейного расширения K=0,007, что позволит создать необходимую степень напряжения в конструктиве. Для создания необходимого напряжения нужно компенсировать полные деформации в дополнительном конструктиве Δх:
Δх=Δх'+Δх'', где Δх' - пластические деформации дополнительной колонны;
Δх'' - упругие деформации дополнительной колонны.
Пластические деформации бетона определяются по графикам, полученным в результате лабораторных испытаний образцов бетона, подвергшихся различным видам загружений. Для определения пластических деформаций необходимо определить напряжение, возникающее в дополнительном конструктиве σ
Для тяжелого бетона с классом по прочности В25, загруженным в 28 суток при максимальной длительности загружения и напряжении  относительные пластические деформации составляют S=0,81 мм/м. Полная пластическая осадка колонны определяется как:
Δx'-S·l;
Δх'=0,81 мм/м·3м=2,43 мм.
2
Для тяжелых бетонов упругие деформации находятся с помощью модуля упругих деформаций Е. Модуль упругих деформаций Е определяется по таблице. Для тяжелого бетона с классом по прочности В25 модуль упругих деформаций составляет 332500 кг/см.
Для определения упругих деформаций используем формулу:
;
Полная деформация конструктива равна:
Δх=Δх'+Δх'';
Δх=2,43 мм+0,4 мм=2,83 мм.
Для компенсации данной усадки высота конструктива, выполненного из бетона на основе самонапрягаемого цемента, находится как:
Н=Δх/к; где к=0,007-коэфициент линейного расширения бетона, выполненного на основе самонапрягаемого цемента.
H=2,83 мм/0,007=404 мм
дл
к
Вывод: таким образом для колонны длиной L=3 м при первоначальной нагрузке N=115 т, и N=50 т с размерами в плане 400×400 мм и армированием 4d20 необходимо возвести дополнительную колонну с армированием 4d20 с нижней частью из тяжелого бетона класса В25 высотой 2596 мм и верхней частью из бетона с классом В25, выполненного на основе самонапрягаемого цемента, высотой 404 мм.