Комплексные изыскания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Строительные конструкции, здания и сооружения»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Комплексные изыскания

Выполнил: Белан И.В

Шифр: 10 - пгс - 093

Проверил: Якутин Г.С

Хабаровск 2015



1. Методы и средства обследования клееных деревянных конструкций

Деревянные клееные конструкции - результат взаимодействия четырех основных факторов: это древесина, клеи и защитные вещества, производственные условия (здания с определенным температурно-влажностным режимом, оборудование, инструменты, транспортные и грузоподъемные средства) и персонал, т.е. человеческий фактор. Среди параметров конструкций приоритетное значение имеют критические эксплуатационные показатели прочности и стойкости клеевых соединений, определяющих при прочих равных условиях безопасность и долговечность строительных и других конструкций на основе ДКК.

Деревянная клееная конструкция - монолитная совокупность деревянных деталей определенных параметров и взаиморасположения, соединенных клеевой прослойкой, предназначенная для выполнения несущих, ограждающих и/или эстетических (декоративных) функций в строительных конструкциях, а также в изделиях различного назначения (окна, двери, полы, мебель и др.);

Несущие ДКК - это конструкции, предназначенные для восприятия постоянных эксплуатационных, в основном механических, нагрузок, обеспечивающие безопасность строительных конструкций, и разрушение которых приводит к потере устойчивости всего здания или сооружения;

Ненесущие ДКК предназначаются для выполнения ограждающих и/или декоративных (эстетических) функций строительных конструкций; они являются самонесущими, и их разрушение не приводит к потере устойчивости здания или сооружения. В ряде случаев ДКК выполняют несколько функций в совокупности. Например, клееные брусья стен малоэтажных зданий выполняют ограждающие, несущие и декоративные функции, что должно учитываться при их изготовлении и применении.

К основным классификационным признакам ДКК относят функциональное назначение (несущие и ненесущие ДКК) и условия эксплуатации. По критерию безопасности несущие ДКК подразделяют на несколько групп ответственности. По условиям эксплуатации (температурно-влажностный режим) ДКК подразделяют на несколько классов, в общем виде характеризующих использование ДКК внутри или снаружи зданий или помещений.

Клееные деревянные конструкции (КДК) в виде арок, балок, ферм пролетом до 60 м стали реальной альтернативой стали и железобетону благодаря высокой относительной прочности при небольшом весе (в пять раз легче железобетонных) [1]

Производство КДК весьма специфично. При проектировании конструкций и изготовлении необходимо учитывать качественные характеристики используемой древесины, которые заложены при расчетах силовых нагрузок для будущей эксплуатации [2].

Для КДК используют высококачественную древесину хвойных пород, требования к которой по прочностным характеристикам очень высоки. Предел прочности на сжатие вдоль волокон для чистых образцов равен 44 МПа. Средняя ширина годичных слоев не более 5 мм [5].

Качество готовой продукции зависит от качества используемого сырья. Контроль качества древесины должен проходить от начала технологического процесса до его полного завершения.

На производстве оценка качества исходного сырья сводится к сортировке пиломатериала по сортам по наличию пороков и измерению влажности. Прочность и размер годичных слоев древесины не определяются, так как существующая методика испытания физико-механических показателей древесины проводится на стандартных образцах, что весьма трудоемко. Пороки древесины на видимых частях конструкций контролируют по ГОСТ 2140-81.

Влажность древесины в конструкциях контролируют при помощи электровлагомера по ГОСТ 16588-79 не менее чем в трех местах по длине конструкций, до их защитной обработки.

Шероховатость поверхности конструкции контролируют по ГОСТ 15612-85. Контроль необходимо проводить не менее чем на 2 % всех подготовленных к приемке конструкций и не менее чем на одной конструкции из числа изготовленных за одну смену.

Механические испытания образцов на послойное скалывание клеевых соединений и древесины проводят по ГОСТ 25884-83.

Прочность древесины контролируют по методикам определения прочности пиломатериалов, приведенным в:ГОСТ 21554.2-81 - при испытании на статический изгиб;ГОСТ 21554.5-78 - при испытании на растяжение вдоль волокон.

Прочность зубчатых соединений контролируют путем испытания образцов на изгиб по ГОСТ 15613.4-78.

Оценка прочности приклеивания обшивок к каркасам ограждающих конструкций - по ГОСТ 25885-83.

Показатели свойства древесины можно определить на образцах-кернах, используя неразрушающий ультразвуковой метод испытаний [3].

Цель - анализ физико-механических свойств древесины для клееных деревянных конструкций (КДК) с помощью ультразвука.

Решаемые задачи: 1)определение акустических показателей образцов КДК и кернов; 2)определение прочности на сжатие вдоль волокон; 3) определение зависимостей показателей

Техника эксперимента. Для испытания были выпилены выборочно 11 образцов древесины из поперечного сечения КДК из сосны, каждая из которых имеет 3...6 делянок, склеенных по толщине.

Всего 44 делянок. У каждой делянки в продольном направлении, а также в радиальном направлении одновременно через все делянки измеряется ультразвуковым прибором УК-14П время прохождения ультразвуковых волн (УЗВ) с точностью 0,1 мкс. Ширина годичного слоя определялась микроскопом МПБ-2 в мм.

Из каждой делянки извлечены керны [6] диаметром 30 мм длиной
53 мм. Соотношение длины к площади поперечного сечения керна равнозначно к соотношению для стандартных образцов и равно 1,76.

Размеры испытываемых образцов измеряются штангенциркулем с точностью до 0,05 мм, масса - с точностью 0, 00005г.

У кернов измеряется время прохождения УЗВ , мкс; определяются плотность ?, кг/м3; скорость звука v, м/с; акустическая константа ] K, м4/(кг с); акустическое сопротивление R, 106 кг/(м2 с); прочность на сжатие , МПа в соответствии с ГОСТ 16483.10-73.

Интерпретация результатов. На основании полученных в ходе эксперимента данных с помощью программы по программе Curve Expert-1.38 [4].определили следующие зависимости:

Зависимости прочности от плотности и от акустической константы вдоль волокон кернов (рис. 1) записываются уравнениями:

Из графиков видно, что с увеличением плотности древесины и акустической константы кернов увеличивается прочность, достигая некоторого оптимума.



Рис. 1. График зависимости прочности от плотности (а) и прочности от акустической константы кернов (б).( S - сумма квадратов отклонений, r - коэффициент корреляции)

Изменение прочности от акустического сопротивления образцов в продольном направлении для делянок и для кернов (рис. 2) увеличиваются по формуле

где a и b- коэффициенты формулы: и соответственно для делянок и для кернов, а и .

Рис. 2. График зависимости прочности от акустического сопротивления образцов в продольном направлении для делянок (а) и для кернов (б)

Зависимости акустической константы от плотности, как в радиальном, так и в продольном направлении характеризуются общим уравнением, график зависимости которых приведен на рисунке 3.

В таблице 1 приведены коэффициенты уравнения для образцов в продольном и радиальном направлениях.

Таблица 1. Параметры для образцов продольном и радиальном направлении волокон

Направление волокон	Параметры модели
	a	b	c	d
Продольное	0,0748	1,1785	0,0047	1
Радиальное	1,1724	0,4910	0,0178	0,7566

Рис. 3. График зависимости акустической константы от плотности в радиальном направлении(а) и продольном направлении(б)

Зависимость прочности от времени УЗВ в радиальном направлении показан на рисунке 4.

При ультразвуковых испытаниях в радиальном направлении сигнал проходит через все делянки, древесина каждой из которых имеет свои прочностные показатели, поэтому наблюдается их существенный разброс. Корреляционная связь слабая.



Рис. 4. График зависимости прочности от времени УЗВ в радиальном направлении

Результаты статистической обработки испытуемых кернов на сжатие вдоль волокон приведены в виде графика на рис. 5. Большинство образцов соответствуют по прочности требованиям СНиП II-25-80.

Рис. 5. Прочность кернов на сжатие вдоль волокон

Выводы. 1. У выпиленных образцов поперечного сечения КДК необходимо испытывать каждую делянку УЗВ методом в продольном направлении. 2. Для определения прочности на сжатие вместо стандартных образцов можно использовать менее трудоемкие в изготовлении керны. 3. По измерению акустических показателей можно оценить прочность древесины КДК. 4. С уменьшением акустической константы и увеличением плотности прочность возрастает, достигая оптимального значения, в пределах 51-58 МПа. С увеличением акустического сопротивления прочность увеличивается. 5.С уменьшением плотности акустическая константа увеличивается, как в продольном, так и для радиального направления. 6. По закономерностям изменения акустических показателей можно определить прочность древесины.

Испытательная машина по ГОСТ 7855-74 с максимальным усилием до 50000 Н (5000 кгс);штангенциркуль по ГОСТ 166-80 с погрешностью измерения не более 0,1 мм; электровлагомер.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ:

1. До испытаний образцы должны находиться в том же помещении, что и контролируемая продукция.

2. Образец устанавливают в приспособление для испытания (см. черт. 3).

При испытании прочности клеевого соединения задняя грань ножа пуансона и передняя грань передвижной опорной площадки должны находиться от него на расстоянии 0,5 - 1,0 мм.

При испытании на скалывание древесины клееной конструкции задняя грань ножа пуансона должна находиться против середины испытываемого слоя.

Перемещением прижимной опоры закрепляют образец в приспособлении. Нагрузку на образец передают через пуансон.

Образец испытывают до разрушения с постоянной скоростью перемещения пуансона и фиксируют разрушающую нагрузку.

3. Разрушающую нагрузку Р определяют с погрешностью не более 50 Н (5 кгс).

За результат испытания принимают среднее арифметическое значение предела прочности всех клеевых соединений испытанных образцов, фиксируя при этом минимальное значение и характер разрушения. При необходимости проводят статистическую обработку результатов по ГОСТ 16483.0-78 не менее чем на 20 клеевых соединениях.

Результаты измерений и испытаний заносят в протокол.

ГОСТ 15613.5-79

Настоящий стандарт распространяется на массивную клееную древесину и устанавливает метод определения прочности зубчатых клеевых соединений при растяжении.

Сущность метода заключается в определении максимальной нагрузки, разрушающей зубчатое клеевое соединение при растяжении и вычислении напряжения (предела прочности) при этой нагрузке.

АППАРАТУРА:

1. Для проведения испытаний должны применяться:

машина испытательная по ГОСТ 28840 с погрешностью измерения нагрузки не более 1 %, снабженная захватами, щечки которых обработаны в соответствии с черт. 1;

штангенциркуль по ГОСТ 166 с погрешностью измерения не более 0,1 мм;

аппаратура и материалы для определения влажности древесины по ГОСТ 16483.7.

1 - образец; 2 - щечка захвата Черт. 1

ОТБОР И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ:

1. Метод отбора, количество образцов и влажность древесины устанавливается нормативно-технической документацией на конкретный вид клееной продукции или определяется целями исследования.

2. Заготовку для образцов склеивают или выпиливают из готовой продукции в виде прямоугольной призмы с зубчатым соединением посередине длины заготовки.

Длина заготовки должна быть 300 мм. Толщина и ширина заготовки должны соответствовать толщине и ширине испытываемой клееной продукции.

В случае специального изготовления заготовку для образцов склеивают по технологии, установленной для данного вида клееной продукции, и из древесины той породы, из которой изготовляют клееную продукцию.

3. Склеенные заготовки распиливают на образцы по форме и размерам, соответствующим черт. 2.

Черт. 2 Количество образцов, выпиливаемых из одной заготовки, должно быть не менее трех: по одному из крайних и средней зон заготовки

4. Образец должен включать не менее одного полного шипа. При включении нескольких шипов расположение их в образце должно быть симметричным относительно продольной оси образца.

Качество изготовления образцов, условия кондиционирования склеенных заготовок и образцов и условия проведения испытаний должны соответствовать требованиям ГОСТ 16483.0.

Образцы, имеющие видимые пороки древесины по ГОСТ 2140 и дефекты склеивания, испытаниям не подлежат.

5. Время от окончания процесса склеивания заготовок до распиливания их на образцы и испытания должно быть не менее 24 ч при склеивании с нагревом и не менее 3 сут при склеивании без нагрева (при температуре не ниже 15 °С).

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ:

1. Перед испытанием у каждого образца посередине длины (в зоне соединения) измеряют ширину b и толщину h с погрешностью не более 0,1 мм.

2. Образец устанавливают в захватах машины так, чтобы соединение было посередине и свободная от захватов часть образца имела длину (150 ± 10) мм.

3. Образец нагружают равномерно с постоянной скоростью нагружения или постоянной скоростью перемещения нагружающей головки машины. Скорость должна быть такой, чтобы образец разрушился через (20 ± 10) с после начала нагружения. Максимальную нагрузку Рmах определяют с погрешностью не более 50 Н (5 кгс).

Показания Рmах и характер разрушения образцов записывают в протокол (см. рекомендуемое приложение).

Результаты испытаний образцов, разрушившихся в захватах машины, не учитывают.

4. Непосредственно после испытания определяют влажность древесины образцов по ГОСТ 16483.7. Пробу на влажность берут вблизи излома из каждой половины образца. За контрольную величину принимают большее значение влажности одной из половин образца.

Допускается отбирать каждый второй образец от испытываемого количества, но не менее пяти.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ:

1. Предел прочности зубчатого клеевого соединения при растяжении (?p) в МПа (кгс/см2) вычисляют с округлением до 0,1 МПа (1 кгс/см2) по формуле



где Рmах - максимальная разрушающая нагрузка, Н (кгс);

b - ширина образца, мм (см);

h - толщина образца, мм (см).

2. (Исключен, Изм. № 1).

3. Статистическую обработку результатов испытаний выполняют по ГОСТ 16483.0.

4. За результат испытания зубчатого клеевого соединения принимают среднее арифметическое значение предела прочности всех испытанных образцов, выпиленных из одного соединения.

5. Результаты измерений и расчетов записывают в протокол испытаний.

2. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕННЫХ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Дефекты конструкций - это отклонения формы и фактических размеров от проектных параметров, возникшие в процессе изготовления и монтажа.

Повреждения конструкций - это снижение качества, нарушение формы и фактических размеров, возникшие в процессе эксплуатации под воздействием нагрузок и условий эксплуатации.

При инженерном обследовании деревянных конструкций особое внимание обращается на места, наиболее опасные в отношении увлажнения и загнивания древесины: дощатые настилы под рулонным ковром, ендовы и карнизные участки покрытия, конструкции у торцовых стен, опорные части конструкций, наличие и состояние гидроизоляции, подоконные участки, нижние брусья стен, верхние грани балок, арок, рам, ферм.

Проклассифицируем наиболее часто встречающиеся дефекты и повреждения деревянных конструкций:

1. биоповреждения

1.1. повреждения вызванные влажностным режимом

1.1.1. загнивание древесины;

1.1.2. продольные усушенные трещины, коробление древесины, разбухание при высыхании;

1.2. поражение насекомыми.

2. Дефекты

2.1. вызванные ошибками при проектировании;

2.2. несоблюдение проекта и правил производства работ;

2.3. нарушение правил эксплуатации зданий;

2.4. огневое воздействие.

Наиболее характерными повреждениями второй группы являются:

* разрывы растянутых элементов в местах ослабления сечения

* отклонение от вертикали, выгиб из плоскости, местное выпучивание сжатых элементов

* прогибы и изломы изгибаемых элементов

* расслоения по клеевым швам клееных деревянных элементов

* дефекты соединений (скалывание лобовых врубок и шпонок, срезы нагелей)

* механические повреждения с ослаблением поперечного сечения элементов.

При освидетельствовании растянутых элементов необходимо выявлять наличие полных или частичных разрывов или надрывов волокон древесины вблизи стыков; около 7 сучков, выходящих на кромки элементов; около отверстий под нагели; фиксировать глубинуи протяженность продольных усушечных трещин и трещин по косослою.

В сжатых, изгибаемых и сжато-изгибаемых элементах проверяется правильность и достаточность раскрепления сжатой кромки из плоскости действия вертикальной нагрузки, признаки выпучивания, прогибы и изломы. Опасны местные деформации (выпучивание) сжатых элементов, превышающие 1/80 его длины.

В изгибаемых элементах прогибы, превышающие нижеприведенные величины, свидетельствуют об аварийном состоянии конструкций: в балках и прогонах цельного или клееного сечения - более 1/50l; составных балках на податливых связях (на шпонках, пластинчатых нагелях) - более 1/100l; в фермах - более 1/150l [2]. При обследовании стропил дополнительно фиксируется наличие креплений стропил к кирпичным стенам проволочными скрутками и шаг этих креплений.

В КДК, кроме вышеописанных дефектов, замеряют длину и глубину расслоений по клеевым швам, а также места их расположения (обычно расслоения встречаются вблизи опорных узлов в средней части сечения, а также в арках в местах появления радиальных растягивающих напряжений поперек волокон) [1].

В узлах проверяется количество и правильность размещения нагелей и болтов (соответствие требованиям СП «Деревянные конструкции» расстояний между нагелями вдоль и поперек волокон древесины), степень обжатия соединяемых элементов болтами (болты часто не затянуты), наличие трещин по возможным площадкам скалывания, наличие гидроизоляционных прокладок из толя или рубероида под опорными подушками, мауэрлатами.

ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФЕКТОВ И ПОВРЕЖДЕНИЙ.

Многолетний опыт инженерных обследований зданий и сооружений свидетельствует о том, что аварийные ситуации возникают при одновременном воздействии нескольких факторов.

По данным Госархстройнадзора РФ, основные причины аварий зданий и сооружений в стране примерно следующие (в процентном соотношении):

* нарушение правил эксплуатации - 30

* низкая прочность конструкций (дефекты изготовления) - 20

* дефекты узловых монтажных соединений - 16

* недостаточная несущая способность оснований - 10

* недостаточное опирание несущих конструкций на каменную кладку - 8

* нарушение правил производства строительно-монтажных работ - 8

* ошибки в проектных решениях - 4

* внешние воздействия, превысившие расчетные величины - 4

Проанализируем каждую причину в отдельности.

Нарушение правил эксплуатации

Большинство серьезных повреждений и аварий деревянных конструкций, как и других видов строительных конструкций, связано с нарушением правил эксплуатации зданий и сооружений. Чаще всего эти нарушения приводят к загниванию деревянных конструкций. Основные причины загнивания деревянных конструкций: прямое или конденсационное увлажнение, дефекты гидроизоляции, не соблюдение температурно-влажностного режима эксплуатации.

Наиболее часто стропильные конструкции повреждаются у торцов зданий, из-за протечек в кровле ввиду небрежно выполненного примыкания рубероидного ковра к парапетным стенам. Возведение различных пристроек и надстроек к существующему зданию приводит к изменению схемы приложения снеговой нагрузки на покрытие и схемы водоотвода с крыши. Если эти вопросы решены неграмотно, то конструкции оказываются перегруженными в зоне снегового мешка, а нарушение водостока приводит к загниванию опорных частей конструкций [4].

Случаев загнивания КДК очень мало, в частности, отмечены случаи загнивания верхней зоны сечения арок под прогонами, а также зафиксировано загнивание арок, расположенных в противопожарных зонах складов минеральных удобрений. Для повышения огнестойкости арок, по требованию пожарников, поперечное сечение конструкций в этих зонах обшили оцинкованной жестью с прокладкой из асбеста. Сечение деревянного элемента оказалось в замкнутом пространстве без вентиляции, что привело к конденсации лаги на поверхности арок и загниванию древесины. После случаев обрушения таких арок было принято решение снять эту обшивку.

Характерная ошибка при эксплуатации чердачных помещений - глухая заделка слуховых окон (листами фанеры или остекление). Это не только нарушает режим проветривания деревянных конструкций, но и приводит в летний период к повышению температуры внутри чердачного помещения (t>50°С, особенно при использовании в покрытии кровельного железа). По этой причине наблюдается разрыв нижних растянутых поясов деревянных ферм из-за «текучести» древесины при высоких температурах.

Балки чердачных перекрытий в старых зданиях часто полностью засыпаются шлаком, что ведет к поверхностному загниванию деревянных балок на глубину 2...3 см, однако при сверлении в глубину сечения древесина, судя по белому цвету стружки, зачастую имеет здоровый вид. Другой ошибкой является обертывание толем опорных концов балок или даже полное обертывание толем балок по всей длине, что способствует конденсации влаги на поверхности древесины и препятствует проветриванию конструкций. Достаточно проложить слой гидроизоляции под опорную подушку или опорную часть балки, соприкасающуюся с кирпичной стеной.

Механические повреждения деревянных конструкций случаются, как правило, при погрузочно-разгрузочных работах внутри зданий и сооружений.

Низкая прочность конструкций (дефекты изготовления)

Другой, часто встречающейся причиной повреждений и аварий деревянных конструкций являются дефекты изготовления, которые возникают при нарушении технологического процесса производства конструкций. В частности, применение для изготовления конструкций сырой древесины (с влажностью более 20 %) приводит в процессе эксплуатации к появлению в деревянных элементах продольных усушечных трещин, которые мало влияют на несущую способность сжатых и изгибаемых элементов, но опасны в растянутых элементах и в коротких балках.

Для КДК наиболее характерны следующие нарушения технологического процесса:

* сушка пиломатериалов при жестких режимах, что приводит к короблению досок, появлению значительных внутренних напряжений в клееных элементах и расслоению по клеевым швам

* превышение нормативных сроков хранения синтетических смол, не соблюдение правил приготовления клеев, ошибки в дозировке отвердителя ведут к снижению прочности клеевых швов и их 10 расслоению в процессе эксплуатации

* низкое качество соединений заготовок по длине на зубчатый шип и возможное расположение в одном сечении элемента более 25 % стыков заготовок.

При обмере конструкций следует определять величины отклонений от проектных размеров.

Проверку размеров конструкций измерительными инструментами следует проводить с точностью до 1 мм при измерении поперечных сечений несущих конструкций и высоты (толщины) - ограждающих конструкций и с точностью до 3 мм - при измерении длины несущих конструкций и радиуса кривизны несущих криволинейных конструкций, а также длины и ширины ограждающих конструкций.

древесина клееный монолитный железобетонный

3. ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Для взятия проб из конструкций деревянных перекрытий необходимо производить их вскрытие. Число мест вскрытий перекрытия по деревянным балкам должно составлять не менее трех при обследуемой площади до 100 м2 и не менее 5 при большей площади. Для деревянных перекрытий по металлическим балкам эти цифры соответственно равны 2 и 4. Вскрываться должны полы (чистые и черные), стяжки, подготовка под полы, гидроизоляция, утеплитель или звукоизоляционная засыпка, подшивка, штукатурка.

Для определения физико-механических характеристик древесины и микоанализа из ненагруженных или слабонагруженных частей деревянных конструкций, имеющих повреждения и дефекты в не предусмотренных таблицей 1 СНиП II-25 условиях, высверливают керны или выпиливают бруски длиной 150-350 мм.

Выпиленные бруски маркируются, помещаются в полиэтиленовые пакеты и отправляются для лабораторных исследований, а места отбора брусков фиксируются на схемах конструкций, которые прикладываются к актам с результатами испытаний образцов древесины.

Из брусков выпиливают образцы, размеры которых устанавливают соответствующим ГОСТом для каждого вида испытаний

Элементы деревянных конструкций, из которых выпилены бруски древесины, подлежат восстановлению или усилению.

Влажность древесины определяют по ГОСТ 16483.7 и ГОСТ 16588.

Температуру и влажность в вентилируемых полостях перекрытий, чердачных и подвальных помещений определяют термометрами и психрометрами, а воздухообмен - с помощью анемометров. Плотность древесины определяют по ГОСТ 16483.1.

При выборе образцов особое внимание следует обращать на опорные и стыковочные узлы деревянных конструкций по всей их длине, а также на места болтовых, нагельных и гвоздевых соединений и на места контакта древесины с металлом, бетоном и кирпичной кладкой. Тщательному обследованию при отборе образцов следует подвергать стропила в местах протечек кровли, в зонах, примыкающих к слуховым окнам. Должны быть отмечены естественные и искусственные пороки древесины, механические повреждения, увлажнение, биопоражение древесины и др.

Взятие проб для оценки биоповреждений деревянных конструкций производят при выборочных вскрытиях полов, перегородок, подшивок потолков и т. п. Площадь вскрытия должна быть не менее 0,5 м2 в промежутках между балками перекрытий и не менее 30 30 см в перегородках. Диагностические признаки биоповреждений определяют визуально, а более точную диагностику устанавливают путем анализа отобранных проб древесины в лаборатории при микологических испытаниях.

Вскрытие деревянных конструкций производят в первую очередь в местах протечек: у наружных стен, на опорах балок, прогонов и ферм; в санузлах, в местах прохода коммуникаций; в перекрытиях и перегородках, разделяющих отапливаемые и неотапливаемые помещения и т. д.

Степень биологического повреждения элементов деревянных конструкций определяют путем отношения непораженной площади сечения элементов к его общей площади, на основе измерений глубины поражения древесины.

Глубину биоповреждений древесины грибами следует определять путем стесывания пораженной древесины до здоровой структуры. Вид грибкового заболевания можно определить по внешнему виду пораженной древесины или рассмотрев ее на срез под микроскопом.

Стойкость древесины к биоразрушению определяют по ГОСТ 18610, а параметры защищенности древесины устанавливают по ГОСТ 20022.0.

В висячих стропильных системах должны подробно обследоваться стыки нижнего и верхнего поясов по их длине, а также сопряжения поясов друг с другом, со стойками и раскосами, должна проверяться вертикальность плоскости висячих стропил. Из дефектных мест отбираются образцы для испытаний.

При обследовании наслонных стропил в обязательном порядке должны определяться прогибы (провисания) поясов, затяжек и собственно стропил. Особенно тщательно должны обследоваться узлы опирания наслонных стропил на стены и оцениваться состояние опорных узлов с точки зрения поражения их гнилью. В этих местах, при необходимости, отбирают древесину для испытаний.

При обследовании клееных конструкций (балок, рам, арок) в первую очередь следует обращать внимание на состояние клеевых швов, их расслоение. При обнаружении расслоения необходимо определить глубину разрушения клеевого шва с поверхности конструкции.

Следует обращать внимание на наличие гидроизоляционных прокладок под опорами арок и рам.

Предел прочности древесины при сжатии волокон определяют по ГОСТ 16483.10, а при сжатии поперек волокон - по ГОСТ 16483.11.

Предел прочности древесины при статическом изгибе определяют по ГОСТ 16483.3, а модуль упругости при статическом изгибе - по ГОСТ 16483.9.

Предел прочности древесины при местном смятии поперек волокон определяют по ГОСТ 16483.2.

Предел прочности древесины при скалывании вдоль волокон определяют по ГОСТ 16483.5, а при скалывании поперек волокон - по ГОСТ 16483.12.

В связи с отсутствием данных об изменении прочности древесины во времени расчетные сопротивления древесины конструкции в целом или ее частей, не пораженных гнилью, принимают по СНиП II-25 как для новой древесины. При поверхностном разрушении древесины гнилью размеры сечения деревянных элементов уменьшают на толщину слоя, пораженного гнилью, а кроме того, если среда влажная и древесина поражена мицелием, то при расчете следует ввести коэффициент 0,8.

4. Типы усиления монолитных железобетонных стен и перегородок. Усиление проёмов

При прорезке отверстия в железобетонной стене потребуется усиление проема, чтобы восполнить ославленную часть бетона и тем самым сделать ее равнопрочной.

Расчет усиления проемов необходимо производить в обязательном порядке, особенно если это касается несущих стен и элементов. Расчет позволит подобрать максимально эффективное решение, ведь усиление конструкций это всегда дополнительные средства и время и что самое главное, от этого решения будет зависеть безопасность вашего дома.

В данной статье рассмотрим один из вариантов расчета усиления, который будет основан на применении металла как усиливающего элемента. Принципиальные расчеты для наглядности будут представлены в расчетной программе SCAD.

Расчетная схема конструкции, которую в дальнейшем придется усиливать.

Для наглядности я представил тестовую расчетную схемку, на основании которой мы будем рассматривать расчет усиления.

Прорезка отверстия будет происходить в стене, которая опирается на 2 пилона, тем самым образующая жесткую раму. На данную стену опирается плита перекрытия которая то и передает основную нагрузку и от которой как следствие придется подбирать метод укрепления отверстия.

В общем схема представлена как подземная конструкция, на верхнее перекрытие которого передается вся нагрузка в том числе и транспорта - для упрощения взял по максимуму.

Упрощенные максимальные нагрузки на усиливаемую конструкцию:

Собственный вес - как само собой разумеющееся;

Полезная на нижнюю фундаментную плиту около 0,6 т/м2;

Полезная на покрытие - все в сумме взял 3,0 т/м2.

В результате расчета конструкции, которую предстоит в дальнейшем резать и усиливать мы получаем принципиальное армирование и перемещения, которые будут служить сравнительными показателями.

Вертикальное армирование я не представляю, так как там практически все армирование конструктивное. Относительные перемещения показывают, что данная стена достаточно жесткая и из-за этого мало деформируется.

Теперь давайте посмотрим на схему, где произойдет удаление элементов, что по факту служит прорезке отверстия в существующей железобетонной стене

Расчет усиления проемов в существующей железобетонной стене.

Для более точного определения максимальных усилий и концентратов напряжений мы более детально разобьем конечные элементы вокруг отверстия, это позволит нам максимально точно и эффективно отследить ослабленное сечение.

В результате расчета прорезанной стенки, мы получим следующие усредненные данные по армированию и перемещениям, которые необходимо в дальнейшем максимально “воспроизвести ” для создания равнопрочного сечения.

Исходя из изополей армирования можно судить о концентрациях усилий, которые видно что превышают то армирование, которое было в целой (не прорезанной стене). В основном наша задача и будет состоять в том, чтобы восполнить увеличенное армирование металлическим профилем.

В дополнение к продольному концентрату напряжения появляется еще и вертикальное, которое превышает то, что было без прорезки и которое армировалось конструктивно.

Вставляем в расчетную модель металлический профиль усиления.

Как правило расчет усиления проемов в несущей стене ориентирован на применение металлического профиля, в нашем случае я применю спаренные швеллера 20П с параллельными полками, которые в последующим будут стягиваться шпильками, для совместной работы бетона и металла.

Так как при усилении указанного проема мы применяем спаренные швеллера, которые будут стягиваться шпильками, то необходимо указать и приблизительно это отразить в расчетной схеме, конечно это все будет приблизительно, но это приблизить максимально к реальным показателям.

В данном случае мы пытаемся задать совместную работу швеллеров и бетона, но пока только точечно, так как усилие стягивание отойдет пока в запас)))

В итоге усиления спаренными металлическими профилями, получим следующие результаты по армированию.

Согласно представленным изополям нам удалось размазать концентраты напряжений и армирования по длине проема сосредоточив их в местах шпилек, максимальные усилия которые находятся поверхностно, где то в пределах 5см будем в дальнейшем снимать с помощью напряжения стягивания болтов и конструктивно (кстати при устройстве усиления отверстий в кирпичных стенах принимается аналогичное решение со швеллерами). В вертикальном направлении также произошло перераспределение и локализация в точках сопряжения спаренного швеллера с бетонной стеной.

Перемещения не будем сравнивать, так как на предыдущих изополях не было четко выраженного понижения жесткости, даже в случае прорезки отверстия, а вот на сам металлический профиль стоит взглянуть, чтобы понять на сколько мы его используем и необходимо ли его увеличивать.

Хоть имеется запас по прочности для примененного спаренного швеллера 2х20П нам все равно лучше его оставить, так как с точки зрения реализации и конструирования (в дальнейшем проектировании) особенно с применением шпилек нам это будет лучше и надежнее сделать.

Расчет усиления проемов в основном подошел к концу, нам удалось проверить принятое металлическое сечение с помощью которого удалось разгрузить концентрации напряжений вокруг прорезанного проема, но проблема с низшей точкой стены все еще остается, так как там потребуется еще дополнительное усиление, которое мы позже рассмотрим, так как в этой статье мы рассматриваем принципиальное усиление отверстия в несущей стене.

Обрамление проема швеллерами

Универсальный способ усиления проемов, устраиваемых в монолитных железобетонных и панельных стенах. Усиление осуществляется путем обрамления проема с помощью сваренных между собой швеллеров, закрепляемых в теле стены посредством анкеров. Применение данного решения целесообразно при толщине стен до 24 см.

Конструктивно данный вариант усиления ничем не отличается от предыдущего: вместо швеллеров используются равнополочные уголки, соединяемые между собой при помощи привариваемых накладок из полосовой стали. Замена швеллеров уголками позволяет добиться некоторой экономии на стоимости материалов (металлоконструкций).

Две одинаковые сварные рамы, состоящие из швеллеров, устанавливаются с каждой стороны проема (вплотную к стене) и стягиваются шпильками (сквозь стену). В конструктивном плане данный вариант является самым сложным, в экономическом -- самым дорогим. К реализации данного решения прибегают при значительных нагрузках, а также при устройстве проема на всю высоту стены (этажа).

При проектировании и разработке усиления железобетонных конструкций зданий и сооружений необходимо помимо настоящих Рекомендаций руководствоваться требованиями СНиП 2.03.01-84* главы СНиП II-23-81*, СНиП 2.01.07-85, СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.03.11-85, а также « Руководством по проектированию предварительно напряженных железобетонных конструкций из тяжелого бетона» (М.: Стройиздат, 1977).

Усиление железобетонных конструкций требуется для увеличения или восстановления их несущей способности, снизившейся от износа в процессе эксплуатации, перегрузки, неравномерной осадки фундаментов, пожара и т.п.

Железобетонные конструкции следует усиливать лишь после того, как будут использованы все возможности обеспечения их надежной эксплуатации в новых условиях без усиления. К этим возможностям относятся: рациональное распределение технологических нагрузок, введение временных разгружающих элементов и устройств при демонтаже и монтаже оборудования; ограничение сближения кранов, не нарушающее технологический процесс; ограничение по одновременному загружению временными нагрузками больших площадей перекрытий; снижение уровня вибрации и динамических нагрузок посредством применения эффективной виброизоляции машин и ряд других мероприятий.

Все работы по усилению конструкций рекомендуется выполнять при наличии проекта организации строительства (ПОС) и проекта производства работ (ППР) и в полном соответствии с ними.

Усиление строительных конструкций в условиях реконструкции и технического перевооружения действующих предприятий следует проектировать с учетом следующих факторов:

выполнения работ в минимальные сроки;

массовости (серийности) работ по усилению;

выполнения на стадии проектирования требований технологии и условий производства работ;

унификации элементов усиления и деталей с учетом отклонения размеров усиливаемых конструкций от проектных;

учета стоимости остановки производства, которая в большинстве случаев значительно превышает стоимость материалов и производства работ по усилению.

Степень совмещения работ по усилению конструкций с основной деятельностью предприятия определяется с учетом объемно-планировочной и технологической компоновки здания; возможности устройства проемов и проездов для строительных машин и механизмов; условий производства работ (стесненность участка, наличие в зоне производства работ действующего технологического оборудования, внутрицехового транспорта, установок с высоким напряжением и т.п.); агрессивности среды предприятия (степень концентрации в воздухе рабочей зоны пыли и газов, температурно-влажностный режим, степень взрыво- и пожароопасности и т.д.); требований техники безопасности.

На производствах с часто сменяемым технологическим оборудованием проектирование конструкций усиления рекомендуется осуществлять с учетом возможности дальнейшего увеличения нагрузок, а в указаниях по эксплуатации усиленных конструкций отмечать предельные значения нагрузок и возможные способы увеличения несущей способности.

При решении вопроса об усилении и для проектирования усиления железобетонных конструкций при реконструкции зданий и сооружений необходимы, как правило, следующие материалы:

рабочие чертежи существующих конструкций зданий и сооружений;

данные об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях площадки, на основании которых выполнялось первоначальное проектирование;

данные о соответствии фактического выполнения конструкций проектным решениям с указанием всех отклонений от проекта в части габаритов конструкций, узлов их сопряжения;

результаты геодезической съемки положения конструкций для определения осадок, относительных смещений, прогибов и кренов существующих конструкций, а также узлов их сопряжения;

данные о продолжительности эксплуатации существующего здания;

данные о величинах и режимах технологических нагрузок в период эксплуатации;

данные о фактических характеристиках бетона и стали каждого конструктивного элемента, количестве арматуры и ее классе, состоянии сварных швов (места для определения класса бетона, количества арматуры, ее диаметра и класса назначаются организацией, разрабатывающей усиление);

данные об особенностях технологического процесса в реконструируемом сооружении (сухой, мокрый, наличие повышенных температур, характер агрессивных воздействий), наличие загазованности, препятствующей выполнению сварочных работ;

данные об имевших место аварийных состояниях конструкций за весь период до момента проектирования усиления;

данные об имевших место аварийных деформациях оснований и причинах, их вызвавших (просадка и набухание от замачивания, усадка основания от повышенных температур, циклическое замораживание и оттаивание);

данные о ранее имевших место усилениях конструкций и оснований;

инженерно-геологические и гидрогеологические условия на период проведения реконструкции (усиления), в том числе уровень агрессивности грунтовых вод;

прогноз подтопления оснований;

данные о новых нагрузках, режимах эксплуатации и ожидаемой агрессивности среды;

сведения об основных дефектах конструкций, оказывающих влияние на несущую способность, снижение долговечности и ухудшение эксплуатационных свойств конструкций.

Сведения об основных дефектах конструкций включают наименование дефектов, места их расположения (для трещин - их направление), основные размеры и другие данные, характеризующие параметры дефекта.

Объем и состав данных по инженерно-геологическим условиям на период проведения реконструкции (усиления) определяются программой, составленной изыскательской организацией при участии проектной организации, и должны отвечать основным требованиям СНиП 1.02.07-87, СНиП 2.02.03-85, СНиП 2.02.01-83.

Для усиления в первую очередь рекомендуются конструктивные решения с четкой расчетной схемой, обеспечивающие совместную работу усиливаемой и усиливающей частей конструкций и позволяющие надежно определить величину дополнительно воспринимаемой нагрузки.

При проектировании усиления поврежденных конструкций следует предусмотреть мероприятия по закреплению их в проектном положении, удалению бетона на разрушенных участках, выравниванию арматуры с последующим усилением.

При обследовании конструкций, подлежащих усилению, следует устанавливать места потери прочности поверхностного слоя бетона (от смятия, раздробленности, воздействия высоких температур, коррозии арматуры и бетона) и намечать дефектные участки, требующие удаления.

Удаление бетона следует производить с вырубкой полостей преимущественно прямоугольной формы с тем, чтобы основные рабочие грани их были по возможности перпендикулярны направлению действующих усилий, а остальные грани - примерно параллельны ему. При этом следует избегать устройства полостей, труднодоступных для заполнения их бетоном.

В случае разрушения в колоннах части хомутов для обеспечения устойчивости сжатых стержней арматуры необходимо предусматривать устройство новых хомутов в проделанных в бетоне бороздах с последующей заделкой последних. При этом рекомендуется применение составов с повышенной адгезией к усиливаемому бетону (например, полимербетонов).

Для обеспечения совместной работы бетона усиливаемой конструкции с бетоном усиления необходимо как при проектировании, так и при производстве работ уделять внимание мероприятиям, способствующим повышению сцепления старого бетона с новым. В частности, гладкие контактные поверхности рекомендуется подвергать пескоструйной обработке, насечке или обработке металлическими щетками. Непосредственно перед укладкой нового бетона поверхность старого должна быть промыта струей воды под давлением. При этом лишняя вода в виде лужиц должна быть удалена, так как излишнее увлажнение отрицательно влияет на сцепление. При устройстве железобетонных обойм колонн поверхность существующего бетона промывается струей воды под давлением.

Поверхность скважин, пробуренных в бетоне для закрепления арматуры эпоксидным клеем или виброзачеканкой для наращивания конструкций или крепления закладных элементов, очищается от инородных включений, воды, наледи. Скважины, залитые водой, должны быть предварительно осушены сжатым воздухом.

Поверхность арматуры, подлежащей закреплению в скважинах, очищается от грязи механическим путем, от смазки и жировых пятен - с помощью ацетона, а от коррозии - обработкой в 20 %-ном растворе соляной кислоты.

Класс бетона усиления следует принимать по значению, ближайшему большему, чем условный класс бетона1усиливаемой конструкции, но не ниже В15 для надземных конструкций и не ниже В12,5 для фундаментов.

Под «условным классом бетона» подразумевается кубиковая прочность бетона конструкции, определенная по средней прочности с обеспеченностью 0,95 с помощью приборов, тарированных на кубах 150 ? 150 ? 150 мм.

Для конструкций, работающих в агрессивной среде или имеющих повреждения от коррозии, класс бетона усиления должен приниматься по плотности или по стойкости соответствующим требованиям данной агрессивной среды.

Раствор для защитных цементных штукатурок и бетон для заделки гнезд, борозд, отверстий следует принимать не ниже класса В15.

Материалы для защиты конструкций от коррозии следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.11-85.

Усиление колонн железобетонными обоймами рекомендуется выполнять с частичным разгружением, соблюдая условия, указанные в п. 3.13.

После выполнения работ по усилению передача нагрузок на усиливаемую конструкцию до набора бетоном усиления проектной прочности не рекомендуется.

Сварочные работы при усилении железобетонных конструкций следует производить в соответствии с ГОСТ 10922-75, СНиП III-18-75, СНиП 3.03.01-87.

При усилении под нагрузкой рекомендуется избегать конструктивных решений, предусматривающих сварные соединения существующей арматуры со стальными элементами усиления.

Не допускается применение сварных соединений при напряжениях в арматуре усиливаемого элемента более 0,85 от предела текучести арматуры. Проверку величины напряжений в арматуре производят по наиболее нагруженному и наиболее ослабленному сечениям с учетом фактической прочности и площади сечения арматуры и бетона. Площадь сечения арматуры в этом случае принимается за вычетом сечения свариваемого стержня.

Если несущая способность в этом случае не обеспечена, требуются мероприятия по временному усилению или разгружению на время выполнения работ.

Если конструктивное решение предусматривает сварные соединения, коротыши, скобы и другие соединительные детали, привариваемые к существующей арматуре, то во избежание поджогов и подрезов рекомендуется изготавливать их из арматурной стали класса А- I диаметром 10...16 мм.

Для обеспечения надежной работы усиленной конструкции детали, соединяющие существующую и дополнительную арматуру, устанавливаемые на сварке, должны располагаться «вразбежку» (в шахматном порядке). При этом расстояние между соединительными деталями вдоль стержней арматуры не должно быть меньше 20 диаметров арматуры.

В проекте необходимо оговаривать вид сварных соединений, марку электродов, очередность выполнения сварных швов, количество выполняемых проходов, обработку поверхности швов и т.д. Конструкция и очередность выполнения сварных швов должны обеспечивать минимальные деформации конструкций в процессе выполнения сварочных работ.

Для снижения деформаций в ригелях рам и балках приварку дополнительной арматуры к существующей коротышами при выполнении ее под нагрузкой рекомендуется осуществлять в направлении к более нагруженным сечениям симметрично с обеих сторон.

Приварку скоб, хомутов необходимо вести от изогнутой части к концу стержня с обязательным заплавлением кратера шва.

Во всех случаях при усилении во избежание концентрации напряжений следует назначать минимально необходимое сечение сварных швов, причем целесообразнее увеличивать длину шва, а не его сечение.

При проектировании и выполнении сварных соединений арматуры следует руководствоваться следующими указаниями: в случае приварки дополнительной арматуры к существующей сварные швы с катетом hf = 4...6 мм в конструкциях, разгружаемых во время выполнения работ по усилению, допускается выполнять за один проход; швы сh 1 > 6 мм - за два прохода; при сварке под нагрузкой при отрицательной температуре, а также для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы с hf < 6 мм выполняются за два прохода, а при hf ? 6 мм - за три прохода.

В случае сварки листового металла или приварки к нему арматуры в конструкциях, разгружаемых на время усиления, швы с hf = 8...9 мм выполняются за три прохода при их горизонтальном положении и за четыре прохода - при вертикальном и потолочном положении, швы с h 1 = 10 мм выполняются соответственно за три и пять проходов, при сварке таких конструкций под нагрузкой при отрицательной температуре и для конструкций, воспринимающих при эксплуатации динамические нагрузки, швы с hf = 8...9 мм выполняются за четыре прохода, а швы с hf > 10 мм - за пять проходов. При необходимости закрепления закладных деталей последние должны привариваться к существующей арматуре фланговыми швами согласно п. 1.21.

В стальных конструкциях усиления наиболее рационально применять сварные швы, накладываемые симметрично относительно нейтральных осей свариваемых элементов. При проектировании сварных швов для соединения прокатных профилей следует руководствоваться положениями п. 1.21.

При устройстве многослойных швов после наложения каждого последующего слоя следует устраивать перерывы для остывания предыдущего до температуры ниже 100 °С.

Двусторонние многослойные швы следует накладывать симметрично слоями поочередно с каждой стороны.

В элементах, подверженных динамическим нагрузкам, рекомендуется предусматривать вогнутые сварные швы, концы которых должны выводиться в менее нагруженные области.

В деталях, воспринимающих растягивающие динамические напряжения, не рекомендуется применять поперечные сварные швы.

Прихватку при сборке деталей, воспринимающих динамические нагрузки, рекомендуется выполнять электродами толщиной 2,5 мм.

Максимальная толщина шва за один проход должна приниматься равной 2 мм для угловых швов и 3 мм для швов других типов. Длина прихваток должна быть не более 20 мм.

Перед сваркой арматурных стержней свариваемые концы и соединительные накладки должны быть очищены в местах сварки от грязи, масла и других загрязнений до чистого металла. Вода, в том числе конденсационная, снег, лед должны быть удалены с поверхности стержней и соединительных накладок посредством нагревания их пламенем газовых горелок и паяльных ламп до температуры 100 °С.

Не допускается наличие ожогов и подплавлений от дуговой сварки на поверхности рабочих стержней. Ожоги должны быть зачищены абразивным кругом, при этом уменьшение площади сечения стержня (углубление в основной металл) не должно превышать 3 %. Место зачистки стержня должно иметь плавные переходы, а риски от абразивной обработки должны быть направлены вдоль стержня.

При необходимости приварки коротышей, соединительных скоб существующая арматура вскрывается в местах их установки не менее чем на половину своего диаметра участками, превышающими длину соединительных деталей на 10 - 15 мм.

Отрезка концов стержней электрической дугой при усилении конструкций не допускается.

Для усиления наращиванием, рубашками и обоймами рекомендуется применять портландцемент марки не ниже 400 ( ГОСТ 10178-85 ); при необходимости быстрого схватывания и твердения рекомендуется тот же цемент, но с тепловой обработкой бетона по мягким режимам (с повышением температуры на 5 - 10 ° в час).