Смотрите описание маячкового профиля у нас на сайте. ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебно-методический комплекс «Оценка технического состояния и проектирование усиления строительных конструкций реконструируемых зданий и сооружений» по дисциплине «Проектирование реконструкции зданий и сооружений» предназначен для студентов 4 курса (8-й семестр) очной формы обучения специальности 1-70 02 01 «Промышленное и гражданское строительство».
Учебная дисциплина «Проектирование реконструкции зданий и сооружений» изучается в 7, 8 и 9 семестрах и состоит из трех частей, рассматривающих соответственно архитектурные, конструкционные и технологические аспекты реконструкции зданий и сооружений. Данная рабочая программа рассматривает часть 2 «Оценка технического состояния и проектирование усиления строительных конструкций реконструируемых зданий и сооружений» дисциплины.
Для оценки успешности обучения студентов дисциплине «Проектирование реконструкции зданий и сооружений» используется рейтинговая система контроля в соответствии с «Положением о рейтинговой системе контроля успешности обучения студентов в Полоцком государственном университете» (автор Л.С. Турищев).
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙАКТУАЛЬНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ И ПРИЧИНЫ НЕСООТВЕТСТВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Введение
Реконструкция действующих промышленных предприятий наряду с новым строительством в условиях бурно развивающейся экономики имеет первостепенное значение. Окупаемость капитальных вложений в реконструкцию промышленных предприятий происходит в 2.. .3 раза быстрее, чем при строительстве новых.
Причины аварий строительных конструкций
Проектный срок службы строительных конструкций (время, по истечении которого дальнейшая эксплуатация становится невозможной, а восстановление — экономически нецелесообразным) зависит от класса сооружений и составляет для I класса — более 90 лет, II класса — более 60 лет, III класса — более 30 лет.
Агрессивное воздействие сред на материалы строительных конструкций
Как показывает практика, частичный или полный отказ строительных конструкций зданий и сооружений в ряде случаев происходит задолго до окончания проектного срока службы.
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ, ОБСЛЕДОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Влияние внешней среды, неблагоприятных физико-геологических процессов, высокотемпературного нагрева при пожаре, нарушение нормальных условий эксплуатации, увеличение нагрузок по сравнению с проектными, а также недоработки на стадии проектирования и строительства приводят к изменению технического состояния конструкций зданий и сооружений.
Обследование железобетонных конструкций
Обследование конструкций — первый этап в установлении их действительного технического состояния.
Общее (предварительное) обследование
В процессе предварительного обследования в первую очередь устанавливают:
Детальное (инструментальное) обследование
Детальное обследование выполняется с целью уточнения исходных данных, необходимых для выполнения поверочных расчетов и оценки технического состояния конструкции.
Натурные испытания пробной нагрузкой при обследовании производят для конструкций, расчетно-теоретические основы которых разработаны не достаточно, а также в случаях особо ответственных конструкций.
Оценка износа зданий и сооружений
При технической инвентаризации, оценке их остаточной стоимости, а также планировании ремонта и реконструкции оценивают износ (физический и моральный) зданий и сооружений в соответствии с [7] по следующим показателям:
УСТАНОВЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ УСИЛЕНИЯ, ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Поверочные расчеты обследуемых конструкций производятся при изменении действующих нагрузок, объемно-планировочных решений и условий эксплуатации с целью проверки их прочности и пригодности к нормальной эксплуатации в изменившихся условиях, а в случае обнаружения дефектов и повреждений — с целью установления фактического технического состояния конструкций, отличающегося от проектного.
Определение расчетных характеристик материалов
Расчетные характеристики бетона для поверочных расчетов вычисляются путем деления на частный коэффициент безопасности нормативных значений, определенных по [8] в зависимости от класса бетона С (LC) (если поверочные расчеты выполняются по проектным данным обследуемых конструкций, запроектированных по ныне действующим нормам с нормируемой характеристикой бетона
При местном разрушении бетона сжатой зоны конструкции поверочный расчет производится при фактических геометрических размерах поперечного сечения за вычетом разрушенного участка.
Алгоритм оценки технического состояния железобетонных конструкций
В результате поверочных расчетов железобетонных конструкций в соответствии с алгоритмом, представленным на рис. 3.1, категория технического состояния конструкции уточняется.
ПОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ ДЕФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ
В соответствии с [8] расчет прочности бетонных и железобетонных элементов производится на основе деформационной модели из общего условия метода предельных состояний
Диаграммы деформирования бетона
При выполнении нелинейных расчетов конструкций в качестве полной диаграммы бетона, устанавливающей зависимость между напряжениями и деформациями, принимается диаграмма состояния бетона с ниспадающей ветвью, рекомендованная Европейским комитетом по бетону (ЕКБ-ФИП) (рис. 4.1):
Диаграммы деформирования арматуры
В качестве диаграммы деформирования арматуры, имеющей физический предел текучести, принимается билинейная диаграмма Прандтля с основной и дополнительной базовыми точками (рис. 4.3, а)
Расчет прочности железобетонных элементов по сечению, нормальному к продольной оси
Расчет прочности железобетонных элементов по сечению, нормальному к продольной оси, производится из условий равновесия, гипотезы плоских сечений и диаграмм состояния бетона и арматуры (рис. 4.4)
Поверочные расчеты по раскрытию трещин, нормальных к продольной оси железобетонного элемента, следует производить из условия
Поверочный расчет железобетонных конструкций по деформациям следует производить из условия
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Фактическое техническое состояние каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений (аналогично выше рассмотренным железобетонным конструкциям) устанавливается в результате их обследования, поверочных расчетов и натурного испытания.
Особенности обследования каменных конструкций
Обследование каменных конструкций, также как и железобетонных, выполняется в два этапа: предварительное (визуальное) и детальное (инструментальное).
Определение расчетных характеристик материалов
Каменная кладка является неоднородным материалом. Она состоит из отдельных камней, находящихся под воздействием нагрузки в условиях сложного напряженно-деформированного состояния, которые объединены слоем раствора.
Поверочные расчеты каменных конструкций
Прочность каменных конструкций эксплуатируемых строительных сооружений определяется поверочными расчетами на основании данных, полученных при обследовании.
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
Отличия проектирования, возведения и эксплуатации металлических конструкций налагают определенные особенности на их обследование.
Определение расчетных характеристик материалов
Оценка качества материалов эксплуатируемых металлических конструкций может производиться:
Поверочные расчеты металлических конструкций
Поверочные расчеты стальных элементов эксплуатируемых
Учет ослабления сечения и искривления элементов
Поверочные расчеты элементов, имеющих ослабления в виде вырезов, подрезов, следует проводить по площади netto с учетом эксцентриситетов от смещения центра тяжести ослабленного сечения относительно центра тяжести первоначального сечения
Поверочный расчет на хрупкую прочность
При исследовании разрушенных конструкций или опытных образцов необходимо установить характер разрушения основного металла, сварных швов, болтов и заклепок (пластический, хрупко-пластический или хрупкий).
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Деревянные конструкции являются легкими, надежными и долговечными. Из них возводятся здания и сооружения различного назначения, в том числе большепролетные конструкции (из клееной древесины).
Поверочные расчеты деревянных конструкций
Поверочные расчеты деревянных элементов производят с применением коэффициентов условий работы, учитывающих влажность древесины, длительность действия нагрузки, высоту сечения более 0,5 м, толщину слоев клееных конструкций, особенность работы гнутых элементов и другое, в соответствии с [9].
Обследование оснований и фундаментов реконструируемых зданий
В результате обследования выявляется состояние грунтов основания и фундаментов, характер и величины их осадок за период эксплуатации.
Проверочные расчеты оснований и фундаментов
Уточнение технического состояния оснований и фундаментов и решение о необходимости усиления производят на основании поверочных расчетов, выполненных по двум группам предельных состояний.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ РЕКОНСТРУИРУЕМЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙУСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ УВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ В РАСТЯНУТОЙ ЗОНЕ
Усиление конструкций достаточное дорогое и трудоемкое мероприятие. В ряде случаев имеется возможность обеспечить дальнейшую надежную эксплуатацию строительных конструкций без усиления путем изменения условий их работы:
Усиление растянутой зоны железобетонных конструкций
Усиление растянутой зоны производится увеличением площади поперечного сечения рабочей арматуры усиливаемой конструкции путем установки дополнительной арматуры в этой зоне с обеспечением ее совместной работы с конструкцией.
Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приваркой к существующей арматуре
Приварка дополнительной растянутой арматуры к существующей арматуре усиливаемой конструкции в зависимости от состояния и толщины защитного слоя, а также возможности увеличения размеров поперечного сечения производится:
Обеспечение совместной работы дополнительной арматуры приклеиванием к бетону растянутой зоны
При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры и усиливаемой конструкции приклеиванием с помощью полимеррастворов (рис. 8.3) дополнительную листовую и профильную арматуру размещают на поверхности, а стержневую — в специально подготовленных пазах или в слое полимерраствора.
Расчет железобетонных элементов, усиленных установкой дополнительной арматуры в растянутой зоне, производится как элементов сплошного сечения (при условии обеспечения совместной работы) в соответствии с [8] в предположении, что предельное состояние усиленных конструкций наступает одновременно с достижением существующей и дополнительной арматурой расчетных сопротивлений.
Расчет прочности контактного шва в растянутой зоне
Расчет прочности контактного шва между элементами усиления и усиливаемой конструкцией производится по нормальному сечению в месте наибольшего изгибающего момента из условия
УСИЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ УВЕЛИЧЕНИЕМ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ В СЖАТОЙ ЗОНЕ
Усиление сжатой зоны железобетонных конструкций производится увеличением ее поперечного сечения, установкой дополнительной сжатой арматуры, ограничением поперечных деформаций, а также комбинированием названных методов.
Расчет железобетонных конструкций, усиленных увеличением поперечного сечения сжатой зоны и установкой дополнительной сжатой арматуры производится в предположении совместной работы дополнительного бетона и арматуры с усиливаемой конструкцией и возможной схемой разрушения элемента после усиления по растянутой зоне.
Расчет прочности и параметров напряженно-деформированного состояния на любом этапе деформирования железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечного сечения с обеспечением совместной работы дополнительного бетона и арматуры с усиливаемым элементом по всей длине контакта, производится на основе деформационной модели.
Расчет прочности усиленных элементов по сечению, нормальному к продольной оси
Расчет прочности железобетонных элементов, усиленных увеличением поперечного сечения в растянутой и сжатой зонах, под нагрузкой производится в два этапа.
Особенности расчета раскрытия трещин и деформаций
В действующих нормативных документах введены ограничения раскрытия трещин в железобетонных элементах и их прогибов, которые распространяются и на усиленные железобетонные элементы.
Усиление зоны среза конструкций производится увеличением их поперечного сечения путем устройства наращивания, железобетонных обойм, рубашек, а также увеличением поперечного армирования путем установки дополнительной поперечной арматуры в зоне среза с обеспечением совместной работы с конструкцией.
МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ С ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ
Усиление конструкций с изменением расчетной схемы производится изменением места передачи нагрузок на конструкцию
Изменение места передачи нагрузки
Изменение места передачи нагрузки на конструкцию производят с помощью специальных распределительных устройств, позволяющих добиться перераспределения сосредоточенных нагрузок на существующие конструкции и уменьшения в них изгибающих моментов.
Повышение степени внешней статической неопределимости
Усиление конструкций подведением дополнительных жестких опор — эффективный метод усиления, позволяющий многократно увеличить нагрузку на конструкции.
Повышение степени внутренней статической неопределимости
В общем случае усиление конструкций повышением степени внутренней статической неопределимости производится включением в совместную работу с усиливаемой конструкцией других конструкций, устройством предварительно напряженных затяжек, шпренгелей, шарнирно-стержневых цепей, распорок с передачей дополнительных усилий на конструкцию.
Устройство предварительно напряженных затяжек
При обеспечении совместной работы дополнительной арматуры с усиливаемой конструкцией только закреплением по концам с помощью анкерных устройств, без сцепления ее в пролете с бетоном конструкции, дополнительная арматура выполняет функцию затяжки.
Устройство шпренгелей и шарнирно-стержневых цепей
Для усиления изгибаемых конструкций применяются шпренгели (рис. 12.16, а) и шарнирно-стержневые цепи (при количестве опор больше двух) (рис. 12.16, б), которые создают противоположную по знаку нагрузку в виде ряда сосредоточенных сил.
Устройство предварительно напряженных распорок
При обеспечении совместной работы дополнительных сжатых элементов закреплением их по концам они выполняют функцию распорок.
Увеличение длины опирания конструкций
При недостаточной длине опирания сборных многопустотных панелей на промежуточных опорах в пустоты смежных плит через пробитые отверстия заводят общие арматурные каркасы с последующим бетонированием, аналогично усилению путем создания неразрезности.
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ, УСИЛЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЕМ ИХ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ
Расчет усиления путем изменения места передачи нагрузки заключается в выборе расстояния между опорами распределительных устройств, расположения их по длине усиливаемой конструкции и схемы передачи нагрузок на существующие конструкции (рис. 13.1).
Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительными жесткими опорами
При расчете конструкций, усиливаемых дополнительными жесткими опорами, изгибающие моменты в сечениях конструкции суммируются от нагрузки, действующей до усиления при первоначальной расчетной схеме, и от нагрузки, приложенной к конструкции после усиления при измененной расчетной схеме.
Расчет усиления железобетонных конструкций дополнительными упругими опорами
Расчет конструкций, усиленных дополнительными упругими опорами, основывается на равенстве прогибов усиливаемой конструкции и упругой опоры в месте их контакта.
Расчет усиления железобетонных конструкций устройством их неразрезности
При устройстве усиления конструкций с обеспечением их неразрезности следует также как и при усилении дополнительными опорами стремиться к максимальной разгрузке усиливаемых конструкций.
Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными затяжками
Устройство затяжек превращает усиленную конструкцию в статически неопределимую комбинированную систему, состоящую из железобетонного элемента и затяжки.
Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями
Расчет конструкций, усиленных шпренгелями и шарнирно-стержневыми цепями, производят в следующей последовательности.
Расчет прочности железобетонных конструкций, усиленных предварительно напряженными распорками
Устройство предварительно напряженных распорок превращает усиленную конструкцию в статически неопределимую комбинированную систему, состоящую из железобетонного элемента и распорок.
При реконструкции зданий и сооружений с каменными конструкциями возникает необходимость восстановления и усиления: отдельных элементов, их сопряжений, здания в целом.
Методы восстановления каменных конструкций
Наиболее распространенными методами восстановления каменных конструкций являются: оштукатуривание, инъецирование имеющихся трещин, частичная или полная перекладка элементов.
Расчет усиления элементов каменных конструкций
Расчет каменных конструкций, усиленных обоймами, производится в соответствии с [12].
УСИЛЕНИЕ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
При реконструкции зданий с деревянными конструкциями (в основном междуэтажные перекрытия зданий старой застройки и стропильные крыши) часто возникает необходимость усиления отдельных элементов или конструкции в целом.
Усиление элементов деревянных конструкций
Частичная замена древесины в сечении заключается в вырезании дефектного участка, антисептировании древесины в местах усиления и последующей плотной установке новой древесины (рис. 16.1).
Усиление деревянных элементов стропильных крыш
В конструкциях стропильных крыш наиболее часто подвержены гниению элементы мауэрлата, соприкасающиеся с кирпичной кладкой, и участки стропильных ног, примыкающие к нему, а также стропила и обрешетка в местах протечек кровельного покрытия.
Защита усиленных деревянных конструкций
Усиленные деревянные конструкции и элементы усиления должны быть защищены от гниения, воздействия вредителей и грибов, а также от возгорания.
УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ
Несущая способность системы «основание-фундамент» в зависимости от инженерно-геологических условий, условий реконструкции, особенностей реконструируемого здания, а также технических возможностей строительной организации может быть увеличена за счет усиления основания или фундаментов.
Усиление фундаментов путем уширения подошвы
Усиление фундаментов путем уширения подошвы предполагает увеличение опорной площади существующего фундамента за счет присоединения к его боковым граням дополнительных железобетонных или бетонных элементов.
Усиление фундаментов уширением подошвы с обжатием основания
Уширение фундаментов сборными элементами (банкетами) выполняют с предварительным обжатием грунта под подошвой наращиваемых частей фундамента. Предварительное обжатие грунтов позволяет наиболее полно использовать прочностные свойства основания, включить в работу дополнительные элементы сразу после проведения усиления.
Расчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы
Расчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы, производится по второй группе предельных состояний (по деформациям основания).
Усиление фундаментов увеличением их глубины заложения
Увеличение глубины заложения с подводкой нового фундамента применяется при недостаточной несущей способности и высокой деформативности верхних слоев основания при возможности промерзания грунтов под подошвой фундамента.
Усиление фундаментов при помощи свай
Усиление фундаментов при помощи свай производится за счет устройства дополнительных свайных фундаментов, опирающихся на более прочные подстилающие слои грунта и позволяет значительно повысить его несущую способность основания и снизить деформативность.
Изучение второй части курса «Проектирование и реконструкция зданий и сооружений» сопровождается решением задач.
Цель занятия: научиться определять расчетные характеристики бетона и арматуры, необходимые для выполнения поверочных расчетов эксплуатируемых железобетонных конструкций по результатам их обследования, проектным материалам и по данным испытаний.
Цель занятия: научиться выполнять поверочные расчеты прочности эксплуатируемых железобетонных конструкций с учетом их фактического технического состояния, установленного при обследовании.
Цель занятия: научиться выполнять поверочные расчеты прочности, трещиностойкости и жесткости эксплуатируемых железобетонных конструкций с учетом их фактического технического состояния, установленного при обследовании, на основе деформационной модели с использованием прикладных программ расчета на ЭВМ.
Поверочные расчеты прочности каменных конструкций по результатам их обследования
Цель занятия: научиться по результатам испытаний и проектным данным определять расчетные характеристики материалов эксплуатируемых каменных и армокаменных конструкций, производить их поверочные расчеты прочности с учетом фактического технического состояния, установленного при обследовании.
Поверочные расчеты прочности и жесткости металлических конструкций по результатам их обследования
Цель занятия: научиться по результатам испытаний и проектным данным определять расчетные характеристики металла эксплуатируемых металлических конструкций, производить их поверочные расчеты прочности и жесткости с учетом дефектов и повреждений, установленных при обследовании.
Поверочные расчеты прочности и жесткости деревянных конструкций по результатам их обследования
Цель занятия: научиться по результатам испытаний и проектным данным определять расчетные прочностные характеристики древесины и расчетные геометрические характеристики поперечного сечения эксплуатируемых деревянных конструкций с учетом дефектов и повреждений, установленных при обследовании, производить их поверочные расчеты прочности и жесткости.
Поверочные расчеты несущей способности основания и осадки фундаментов эксплуатируемых зданий
Цель занятия: научиться по результатам инженерно-геологических изысканий при обследовании и проектным данным определять расчетные прочностные и деформационные характеристики грунтов основания фундаментов эксплуатируемых зданий, производить их поверочные расчеты по I и II группам предельных состояний.
Цель занятия: научиться выполнять расчет прочности сечений, нормальных к продольной оси, железобетонных элементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения в растянутой и сжатой зонах.
Цель занятия: научиться выполнять расчет прочности, трещиностойкости и жесткости железобетонных элементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения с обеспечением совместной работы (без учета сдвиговых деформаций по контакту), на основе деформационной модели с использованием прикладных программ расчета на ЭВМ.
Расчет прочности усиленных каменных конструкций
Цель занятия: научиться выполнять расчет прочности каменных и армокаменных элементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения, наращиванием каменной кладкой, железобетоном, а также устройством железобетонной, растворной и стальной обоймами.
Расчет прочности усиленных металлических конструкций
Цель занятия: научиться выполнять расчет прочности стальных элементов эксплуатируемых конструкций, усиленных увеличением их поперечного сечения присоединением дополнительных элементов.
Расчет основания усиленных фундаментов реконструируемых зданий и сооружений
Цель занятия: научиться выполнять расчет основания фундаментов, усиленных уширением подошвы, для реконструируемых зданий и сооружений.