Преимущества и недостатки металлических балок перекрытия

Восстановление монолитного перекрытия – это зачастую усиления перекрытий либо замена составляющих перекрытия или его фрагментов.

Расчет усиления плиты методом наращивания сечения

Рис. 1.3. К расчету усиления нормального сечения плиты пособом наращивания сечения: а – действительное нормальное сечение; б – расчетное нормальное сечение

Задаемся классом бетона усиления. Принимаем бетон класса В30 (на класс выше бетона плиты, Rb1 = 17.0 МПа)

Определим высоту сжатой зоны, предполагая, что нейтральная ось на ходится в пределах толщины нового бетона (рис. 1.3, б):

Рассчитаем толщину набетонки с учетом ее догружающего действия из выражения:

Толщина слоя нового бетона превышает 100 мм, что нежелательно вследствие значительного уменьшения полезной высоты помещения. Выполняем усиление дополнительным армированием.

Зачем нужно усиливать металлокаркас?

У многих элементов каркасной системы в процессе эксплуатации уменьшается несущая способность. В этом случае возникает риск разрушения всего объекта строительства. Монтаж металлоконструкций с целью усиления металлических каркасов позволяет сохранить первоначальные эксплуатационные и технические характеристики здания. При этом эксплуатацию объекта строительства можно не прекращать, что приведет к минимальным потерям. Также усиление металлических каркасов можно провести без демонтажа металлоконструкций.

Усиление металлокаркаса промышленных зданий часто выполняется с помощью оттяжек с предварительным напряжением, что позволяет получить достаточно хороший эффект. Но для этого необходимы тяжелые анкерные устройства. Также должны быть увеличены площади для застройки. Лучший эффект дают тяжи, закрепленные к другим зданиям, которые отличаются большей устойчивостью. Для их натяжения могут использоваться самые разные способы, например электротермический. Эффективность данного усиления можно проконтролировать следующим образом. При горизонтальных нагрузках наблюдаются смещения каркаса, например его верхних узлов. После проведения усиления они должны уменьшиться.

Усиление металлокаркаса, который имеет вид продольных и поперечных рам, производится путем установки диагональных жестких связей в виде креста. При невозможности их использования применяются жесткие распорки, которые называются ригелями. Для повышения прочностных характеристик ригелей применяются балки, полученные методом проката или сварки. Путем приварки под нагрузкой эти балки подводятся под ригели.

Усиление металлоконструкций в виде балок стропил и ригелей в перекрытии проводится путем создания цельного настила, который жестко связывают с верхним поясом балки. В результате этого существенно повышается их несущая способность. Сам ригель фактически превращается в балку с очень жесткой арматурой.

Элементы металлоконструкций из стали требуют особого усиления. Чаще всего применяется метод приварки элементов, которые не проходят через процедуру предварительного напряжения. Это могут быть, например, полосы или уголки. Данные способы усиления применяют при высоком показателе временной нагрузки на стойки. В других случаях в сжатых стойках в результате приварки элементов могут возникнуть различные деформации. Эффективность проведенного усиления в таком случае снижается. Стальные стойки с ненапряженными элементами усиливают путем уменьшения их длины. Также может быть увеличен диаметр их сечения.

Как усиливают металлоконструкции?

Усиление металлоконструкций может быть выполнено с помощью различных армирующих элементов и накладок. Благодаря проведению таких работ можно существенно сэкономить средства на реконструкции построек и увеличить срок службы зданий. В результате технологического процесса по усилению строительных металлоконструкций здание снова возвращается к своей нормальной жизни.

При этом работы по усилению металлических конструкций могут быть выполнены по неотложным причинам, если здание находится в аварийном состоянии. Также существует капитальное и перспективное усиление металлических конструкций здания. Перед основательным укреплением может быть выполнено временное армирование необходимых элементов сооружения.

Усиление металлоконструкций: в чем заключаются особенности данного технологического процесса

Читайте также:  Виды и расчёт железобетонных балок перекрытия

Выполнение подобных восстановительных работ осуществляется строго в соответствии с разработанными рекомендациями и нормами. Усиление металлоконструкций производится в определенной последовательности. Вначале тщательно анализируется вся имеющаяся документация по конкретному строительному объекту и оценивается качество проектирования имеющихся металлоконструкций. Если никаких отклонений от проекта в промышленных или жилых зданиях, выполненных из этого материала, не обнаруживается, то выясняются причины нарушений геометрии и целостности сооружений.

Полученные результаты позволяют разработать наиболее эффективный проект усиления конструкций и подготовить профессиональное экспертное заключение. Благодаря применению современных технологий армирования и строительных материалов высокого качества можно гарантировать эффективность выполненных работ и сокращение производственных затрат.

Усиление металлоконструкций является таким же трудоемким процессом, как и строительство зданий. На первом этапе на участке расположения здания устанавливаются растяжки, бандажи, дополнительные стропила и временные опоры. При наличии повреждений в рамах, фермах, балках, колоннах рядом размещаются аналогичные конструкции, с помощью которых происходит разгрузка поврежденных металлоконструкций. Поврежденные элементы могут быть дополнены элементами из металла, которые закрепляются с помощью болтов, заклепок или сварки. Еще один вариант усиления металлоконструкций заключается в полной замене отдельных связей аналогичными элементами. Для усиления перекрытий применяются связи, которые удерживают балки в каждом пролете арки строго горизонтально.

Для того чтобы повысить способность здания выдерживать высокие нагрузки, применяются:

  • ненапрягаемые элементы;
  • гибкие затяжки для пролетных конструкций, предварительно напряженные;
  • шпренгельные элементы;
  • инвентарные опоры;
  • ветви опор;
  • монтажные стойки на стреле крена и другие.

Порядок проведения работ по усилению плит с помощью углепластика

Работы по восстановлению несущей способности плит перекрытий проводятся специализированными строительно-ремонтными организациями, которые имеют возможность производить технические расчеты и специалистов по созданию проектов усиления.

Основные этапы работ:

Порядок проведения работ по усилению плит с помощью углепластика
  • Анализ причин повреждений и состояния плит перекрытия. Составление схемы повреждений.
  • Разработка проекта ремонта и усиления. Проект содержит расчет по методу конечных элементов с применением специального ПО, которое моделирует ситуацию до и после ремонтных работ. На основании модели выбирается количество слоев, схема укладки (могут понадобиться поперечные слои углепластика) и тип углепластика (ширина, плотность, одно или двунаправленность нитей углеволокон в ткани).
  • Составление и согласование проекта усиления с отделениями Госстроя и владельцем проекта здания.
  • Составление сметы и графика выполнения работ.
  • Удаление однослойного пола или покрытия.
  • Разгрузка плиты с помощью домкратов.
  • Подготовка поверхности под укладку полотна или ленты. При необходимости удаляется поврежденный слой, проводится разделка, очистка рабочей зоны от грязи, пыли и ржавчины. Укладка ремонтного слоя из композиций с высокой скоростью «схватывания» для уменьшения сроков выполнения работ. При серьезных повреждениях используют армирующую сетку из углеволокна (напр., CarbonWrap Grid 300/1200).
  • Укладка слоев углепластика на подготовленную обеспыленную и загрунтованную поверхность по утвержденной схеме и последовательности. В промышленных и коммерческих зданиях с большой площадью перекрытий используются монолитные плиты с ригелем. Ригель ремонтируют и укладывают на него усиливающую углеволоконную ленту со стороны ригеля с заходом на поверхность плиты.
  • При необходимости делают косметический ремонт или восстанавливают покрытие пола.
  • Сдача работы заказчику.

Работы по ремонту проводятся в сухом помещении при температуре поверхности не ниже +5° С и влажности не более 4%. Следующий слой укладывают через 2…3 часа в зависимости от условий полимеризации эпоксидного клея. При повышенной влажности помещение следует просушить.

Достоинства усиления перекрытий монолитного или пустотного исполнения:

  • Работы по укладке полотна, ленты или ламината не требуют дополнительных конструкций или специальной техники. Большинство работ производится со строительных лесов.
  • Короткие сроки выполнения работ. Оклеивание можно проводить через 6…12 часов после проведения ремонтных работ, т.е. набора 60…70% прочности ремонтной смеси на основе эпоксидной смолы.
  • Толщина усиливающего слоя влияет на толщину плиты незначительно. При выполнении усиления со стороны пола или потолка отделочные работы решают вопросы неровности. Сроки выполнения работ составляют 2…5 рабочих дней.
  • Стоимость усиления с помощью углеволокна, в пересчете на кв. метр, с учетом затрат на материалы и оплату рабочих получается ниже, чем традиционные способы усиления.
Порядок проведения работ по усилению плит с помощью углепластика

Усиление бетонных монолитных и пустотных плит перекрытий с помощью композиционных материалов на основе углеволокна и эпоксидных компаундов имеет значительные перспективы, но сдерживается отсутствием нормативных документов на методику расчета прочности и материалы.

Читайте также:  Как правильно укладывать плиты перекрытия на стены

Армирование углеволокном

Армирование углеволокном ‒ это способ усиления деревянных балок перекрытия, который является не совсем традиционным, однако используется в случаях где помещение имеет небольшую площадь или же по другим причинам, когда вышеописанные способы применить не представляется возможности.

Армирование углеволокном

Углеволокно является инновационным материалом, который прекрасно справляется с любыми механическими нагрузками, в том числе и нагрузками на изгиб.

Армирование углеволокном

Выпускаются элементы из углеволокна в различных модификациях, включающих пластины, листы, нити, ленты или просто в виде тканей. Сам процесс армирования балок углеволокном заключается в накладывании слоев с помощью клея (эпоксидной смолы) друг на друга до получения достаточной жесткости балки.

Армирование углеволокном

После застывания клея слои представляют собой монолитное покрытие, по своим характеристикам не уступающим металлу.

Как производится монтаж

Наливные бетонные конструкции создаются в несколько этапов: подготовка стен, укладка несущих частей каркаса, установка опалубки или укладка профлиста, выполняющего эту роль, а последним этапом станет заливка бетона.  После заливки, требуется от трех до шести недель на то, чтобы залитое основание высохло.

Сборное железобетонное основание чаще всего монтируется по двутавровым металлическим балкам и заключается в монтаже силовых элементов, с предшествующей подготовкой стен и укладки плит. Бетонные панели устанавливаются таким образом, чтобы их нижняя плоскость опиралась на широкую часть силовых деталей каркаса. В такой конструкции потребуется дополнительная звуко и теплоизоляция.

Если осуществляется усиление перекрытий, необходимо произвести расчёт габаритов, а также несущей способности монтируемых элементов и опорных площадок – они должны будут выдержать увеличенную нагрузку, так как подобные работы производятся в тех случаях, когда необходимо укрепить существующие перекрытия по причине возросшей нагрузки или ослабления имеющихся несущих элементов.

Все перечисленные способы обустройства и усиления перекрытий весьма сложны в исполнении. Если у вас нет специального опыта и строительных навыков, браться за подобную работу не стоит – лучше доверить все операции подготовленной строительной бригаде. Кроме того, без привлечения помощников все равно будет не обойтись – даже в случае с конструкциями, собранными из балок и дерева, вес отдельных элементов не позволит выполнить их монтаж самостоятельно.

Как рассчитать допустимую нагрузку

Грамотный и точный расчет нагрузки на деревянные балки перекрытия гарантирует надежность строения и позволяет подобрать материал, максимально точно отвечающий заданным параметрам.

Чтобы вычислить допустимую нагрузку на балку, понадобятся следующие параметры:

  • материал (сорт древесины);
  • длину деревянной балки (либо расстояние между стенами);
  • шаг – расстояние между самими балками;
  • нагрузку на конструкцию.

Последняя складывается из двух величин – постоянной нагрузки (вес самих балок + утепляющие материалы) и временной (вес мебели, людей и всего, что будет находится в помещении).

Допустимая нагрузка на деревянную балку перекрытия – важнейший показатель при возведении малоэтажных строений. Если вы сомневаетесь в своих способностях выполнить точный расчет, рекомендуем делегировать эту задачу профессионалам.

Усиление плит

В случае если мощность достаточно большая, приходится разбирать часть существующего монолитного перекрытия, а после выполнить новое. Конструктор делает проект усиления бетонных конструкций в зависимости от планируемой мощности на перекрытие. Стальные балки выступают несущими компонентами новой конструкции. Размер, количество и сечение находятся в зависимости от величины нагрузки. Между балками возможно запроектировать плиту Клейна (наполнение из кирпича, которое армировано стержнями, а они уж опираются на полки) или железобетонную плиту.

Усиление кирпичных стен армированием

Кирпич считается одним из самых прочных и надежных строительных материалов. Особенно если он изготовлен по чётким, веками отлаженным технологиям, с неукоснительным контролем на каждом из этапов производственной цепочки. Неспроста иные кирпичные «сталинки» выглядят настоящими исполинами на фоне жалких панельных развалюх-«хрущевок», наспех возведенных по всей стране.

Читайте также:  Плиты ПК: особенности, нагрузка и размеры

Современные дома из кирпича, в большинстве своем, тоже отличаются высокой прочностью. Однако от деформаций и разрушений не застрахована не одна архитектурная конструкция, не один стройматериал, в том числе кирпич.

Со временем его несущая способность ухудшается, возможно разрушение кладки и появление различного рода дефектов и повреждений, зачастую видимых невооруженным глазом, как-то: трещин по стенам, выпучиваний материала, перекосов конструкций и пр.

И это уже веский повод для проведения ремонтных работ по усилению стен. Одним из самых надежных способов укрепления кирпичной кладки считается армирование, то есть добавление в нее определенных элементов для увеличения несущей способности стены.

Преимущества и виды армирования стен из кирпича

Эта методика применяется для повышения прочностных характеристик кирпичной кладки, равномерного перераспределения нагрузок, что существенно повышает несущую способность стен.

Армирование кирпичной кладки может быть:

  • поперечным;
  • вертикальным;
  • продольным.

Технология армирования кирпичной кладки

При армировании стен из кирпича используются отдельные стержни или стальная сетка. Первые предотвращают разрушение материала при деформациях на растяжение и изгиб.

Усиление кирпичных стен армированием

В сетку стержни соединяются сваркой или вязальной проволокой. Соединение производится с шагом 30-120 мм. В смежных швах вместо сеток недопустимо перпендикулярно укладывать отдельные стрежни.

Сетка, сделанная из арматуры большого диаметра, уменьшает прочность, увеличивая толщину горизонтальных швов.

Армирование стен, простенков и столбов производится сварной кладочной сеткой, которая может иметь зигзагообразную, прямоугольную или квадратную форму.

Она укладывается в каждый пятый ряд кладки. Если кирпич больше стандартного размера, то армировать прямоугольной сеткой нужно в каждом четвертом ряду.

Устройство зигзагообразной арматуры проводится также каждый пятый ряд. Ее укладывают парно и под прямым углом по отношению к двум предшествующим рядам. Этот способ армирования замечательно подходит для частных домов. Кладка перемычек и других подобных элементов производится совместно с поперечной арматурой, имеющей вид прямых стержней.

Особенности армирования стен из силикатного кирпича

Для вышеозначенного вида кладки лучше всего подойдет устройство так называемой железобетонной обоймы или «рубашки».

При изготовлении подобной конструкции слои до 4 см толщиной выполняются пневмобетонированием и торкретированием, а затем производится отделка штукатуркой.

Если слои имеют толщину до 12 см, обойма стены делается с использованием инвентарной опалубки, монтируемой вокруг усиливаемой основы. Конструкция устанавливается по всей высоте строения, чтобы защитить слой арматурного заполнения. В опалубке устраиваются инъекционные трубки, в которые подается мелкозернистая бетонная смесь.

Усиление металлических колонн

По сравнению с железобетонными стволами, полностью металлические конструкции исключают возможность монолитного наращивания структуры путем устройства каркаса или бетонной кладки. Поэтому чаще вводятся оттяжки, затяжки, распорки и преднапряженные устройства. Весьма практичным и функциональным считается вариант усиления стальной колонны путем расширения или упрочнения конструкционного башмака, примыкающего к перекрытию или фундаментной основы. На нижнем ярусе как раз допускается возможность создания бетонной стяжки, которая повысит вертикальную стабильность колонны.

Небольшие конструкции стволов рекомендуется усиливать посредством предварительно напряженных элементов. В этом качестве применяют инвентарные и телескопические шпренгели с жесткими распорками, параметры которых можно менять в зависимости от текущей нагрузки. К слову, подобное усиление ЖБ-колонн будет затруднено из-за недостаточной структурной жесткости, но металлические стволы позволяют использовать средства поддомкрачивания. То есть пользователь может менять высоту и положение конструкции, расклинивая и соединяя ее с хомутами.

Усиление металлических колонн

В опорных участках для дополнительной страховки выполняют щели и пазовые выемки, а также монтируют ограничительные временные пластины с круговыми прорезями для армирования. После этого устанавливается арматурный прут, а приопорная зона бетонируется. Когда залитая стяжка наберет достаточно прочности, стержень арматуры напрягается анкерными метизами и болтами – их можно встраивать в отверстия со стороны нижних граней. Получается капитальный способ конструкционного усиления колонн, который используется только при технической возможности переустройства прилегающей площадки.