РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ МНОГОПУСТОТНОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ

В строительстве многоэтажных жилых домов и промышленных зданий повсеместно используются пустотные плиты перекрытия. Они являются одними из самых востребованных железобетонных изделий. С их помощью устраивают межэтажное и подкровельное пространство.

Круглопустотные плиты выпускают любых размеров, но при необходимости легко рубятся, несмотря на высокие прочностные характеристики.

Каждое отверстие в плите перекрытия заполнено воздухом, поэтому эти изделия обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Эти изделия изготавливаются из тяжелого бетона, внутри них проложена продольная стальная напрягаемая арматура. Чтобы под весом вышеуложенных стен, края плит не деформировались, их заделывают легким бетоном. Что приводит к улучшению тепло- и звукоизоляционных свойств. Марка бетона, применяемого для изготовления пустотных плит, по прочности В15 или В25, а по морозостойкости F50. Стандартные размеры изделий: толщина — 220 мм, длина — от 2,4 до 6,3 м, ширина — от 1 до 1,8 м.

Потребность в усилении

Стержень участвует в перераспределении полезной нагрузки на балки, тем самым уменьшает пролет между ними.

На этапе проектирования здания производится расчет эксплуатационной нагрузки на перекрытия. Однако в процессе эксплуатации эти нагрузки нередко начинают превышать допустимые нормы. Установка каминов, крупногабаритных аквариумов, систем «джакузи», опорных колонн оказывает непосредственное влияние на межэтажные плиты. По этой причине их несущая способность оказывается недостаточной. Однако основными причинами, требующими укрепления несущих конструкций, являются коррозия арматуры и старение бетона.

Помимо этого, в процессе эксплуатации здания возникает неудовлетворительное техническое состояние его конструктивных элементов. Усиление старого перекрытия может производиться разными способами. Радикальная мера — замена плит. Но она зачастую нецелесообразна как с точки зрения технических возможностей, так и экономических затрат. Способ ремонта здания и порядок выполнения работ определяются организацией, его проектирующей.

Основные этапы работ и их последовательность:

• Арматурные стержни следует очистить от бетона;
• Металл покрывается антикоррозийным составом;
• Разбиваются пустоты в железобетонной плите, после чего она очищается от мусора и щебня;
• Монтируются армирующие каркасы;
• Поверхность плиты бетонируется;
• По высыхании бетон покрывается грунтующим составом;
• Наносится штукатурный слой толщиной 10-15 мм.

Критерии и этапы оценки износа

Перед проведением мероприятий по усилению зданий необходимо провести работы по оценке текущего состояния перекрытий. Для этого используют данные визуального осмотра, а также оценочные критерии, полученные при помощи специальных устройств.

Наиболее распространенным видом дефектов, которые появляются с течением времени, является полное или частичное разрушение арматуры плит в результате коррозионных процессов. Как правило, явление сопровождается разрушением прилегающих слоев бетона и заметным визуально ржавлением армирующего каркаса. Такие плиты могут иметь значительно более низкую прочность и, как следствие, сниженную несущую способность.

Помимо прямых признаков износа есть целый ряд косвенных критериев, по которым можно обнаружить и установить наличие дефекта. К ним относятся сколы и глубокие трещины в плитах, появление светлых или темных пятен на поверхности перекрытий, а также отслоение штукатурки на потолке или на полу. В ходе визуального осмотра устанавливается факт наличия дефектов и их характер, целостность армирующего каркаса, измеряются видимые сколы и трещины.

Инструментальный контроль позволяет определять толщину и глубину трещин, уровень прогиба плит, наблюдать и отслеживать динамику изменения деформаций.

Технология и методы усиления перекрытий определяются специалистами исходя из конструкции плит и характера деформаций. При этом составляется проектно-техническая документация на работы по упрочнению, производятся необходимые расчеты.

Укрепление несущих элементов

Если монолитные плиты можно усиливать методом дополнительного бетонирования и установки дополнительных опор (ж/б или железных балок), то пустотные изделия ремонтируют, используя находящиеся внутри них отверстия. Это самый эффективный метод укрепить такие плиты.

Без точных технологических расчетов невозможно самостоятельное выполнение армирования.

Способы укрепления пустотных железобетонных изделий:

• Усиление дополнительным бетонированием. Оно не всегда целесообразно, так как у пустотных изделий довольно тонкая полка, по причине чего установка вертикальных стоек или бетонных перемычек становится довольно затруднительным делом;
• Установка опор. Если позволяют конструктивные особенности ремонтируемого здания, в проемах между железобетонными плитами возможна установка опорных стоек, выполненных поперечно уложенными стальными балками, которые должны опираться на опоры или подкосы. За счет чего однопролетная плита превратится в 2-, 3-пролетную;
• Армирование пустот;
• Усиление углеволокном или углепластиком.

Усиление армированием

Армировать можно монолитные перекрытия, которые создаются на месте, а также готовые плиты перекрытия.

Для этого устраивается отверстие в железобетонной плите перекрытия в зоне расположения пустотного канала. То есть пробивается полка и монтируется арматурный каркас. Такое укрепление решает сразу две задачи: производится дополнительное усиление с помощью армирования и увеличивается высота сечения изделия, так как поверх перекрытия устраивается набетонка.

Площадь соприкосновения старого и нового бетона увеличивается. Для обеспечения способности к их совместной деформации поверхность плиты требуется тщательно очистить. В большинстве случаев для этой цели сначала используется продувка сжатым воздухом, а затем — промывка струей воды. Что позволяет одновременно увлажнить поверхность, подготовив ее к заливке бетоном. Во время промывки важно не избегать образования луж воды.

Варианты установки армирующего каркаса

Толщина арматуры варьируется в зависимости от вида изделия.

• Если требуется усиление только в местах опоры самой пустотной плиты, то арматурный каркас следует располагать вдоль этой линии пролета;
• Если усиление требуется по всей площади перекрытия, то линии арматурных каркасов монтируют на протяжении всей длины пролета. Далее в образовавшиеся каналы заливается жидкий бетон вперемешку с мелким щебнем с обязательным добавлением пластификаторов;
• Если площадь опоры плиты недостаточна, то усиление железобетонного перекрытия осуществляют по одной из следующих схем: усиление крайних опор производится способом устройства отверстий в полке, а монтаж армирующих каркасов осуществляется с тем расчетом, чтобы они выходили за пределы перекрытий. Также возможно устройство вертикальных каркасов, которые должны быть расположены параллельно линиям пустот.

Сложности усиления монолитных перекрытий

Усиление железобетонных балок перекрытий — сложная инженерно-техническая задача, в процессе решения которой нередко приходится применять как стандартные (армирование, наращивание, использование сетки), так и нетрадиционные методы восстановления. При этом для каждого конкретного здания разрабатывается персональный проектный план, учитывающий требования не только по прочности, но и по эстетичности.

Различают два принципиально разных способа упрочнения монолитного перекрытия:

• передача всей нагрузки или ее части возводимому усилению;
• повышение несущей способности уже существующей несущей конструкции.

Усиление композитными материалами

Благодаря новейшим разработкам в области технологии укрепления несущих конструктивных элементов зданий и сооружений, появилась возможность производить усиление плит перекрытия углеводородными волокнами (углеволокно) и углеводородным пластиком (углепластик), что является самым эффективным методом внешнего армирования.

Преимущества композитных материалов:

• Эксплуатационные возможности здания намного увеличиваются;
• Эти материалы высокопрочные и способны противостоять любым агрессивным средам;
• С их помощью можно сохранить первоначальное сечение изделий из железобетона;
• Углепластик и углеволокно идеальны для усиления несущих элементов зданий;
• Эти материалы используются при установке обойм из бетона или металла;
• Время, требуемое на проведение ремонтных работ, значительно сокращается;
• Применение композитных материалов позволяет зданию выдерживать гораздо большие нагрузки, в несколько раз превышающие нормы, заложенные при его проектировании;
• Зачастую только использование углеволокна или углепластика позволяет сохранить здание, что используется при восстановлении памятников старины;
• Композитные материалы обеспечивают значительно большую сейсмоустойчивость зданий;
• Выпускаются в виде холстов или ленты шириной 300-600 мм и длиной 50 м, уложенной в рулоны.

Укрепление пустотных плит

На качество усиления конструкций композитами влияет состояние основания и качество его подготовки.

Холсты из углеволокна эффективны на тех участках, где действуют растягивающие напряжения. Внешнее армирование производится с помощью приклеивания к поверхности плиты или вклеивания в предварительно подготовленные проемы и трещины, которые предпочтительно делать таким образом, чтобы обеспечить минимальное нарушение целостности сечения железобетонного изделия.

Усиление можно сделать незаметным, сохраняя первоначальный вид перекрытия. Простота технологии укрепления несущих конструктивных элементов здания с помощью композитных материалов позволяет значительно ускорить ремонтные работы. Использование углеволокна позволяет снизить финансовые расходы, так как отпадает необходимость бетонирования, устройства отверстий, монтажа арматурных каркасов.

Усиление перекрытий ребристой конструкции

Перекрытие ребристого типа укрепляют аналогично плите из железобетона, используя указанные в предыдущем разделе стройматериалы и инструменты.

Для усиления необходимо выполнить следующие работы:

1. Удалить отслоившиеся куски бетона между ребрами плит.
2. Обеспечить доступ к элементам арматурного каркаса.
3. Усилить решетку стержнями увеличенного диаметра.
4. Покрыть стальную арматуру антикоррозионной смесью.
5. Заделать трещины и дефекты в бетонной поверхности.
6. Забетонировать перекрытие, обеспечив расстояние 5 см до поверхности арматуры.

Технологический процесс допускает формирование дополнительных ребер, повышающих прочность конструкции перекрытия. При этом новые элементы усиления формируются параллельно имеющимся ребрам с помощью разборной опалубки.

Бетонирование дополнительных ребер позволяет снизить нагрузку на каждое ребро жесткости и соответственно повысить прочностные характеристики всей конструкции.

Технология устройства отверстий

В железобетонной пустотной плите в одной из ее пустот допускается выполнить 1-2 отверстия диаметром 15 см. Если возникла необходимость увеличить их количество, то нужно сделать перерасчет несущей способности перекрытия с учетом изменения напряжения в сжатой зоне бетона. В каталогах ж/б изделий для пустотных плит допускается возможность высверливания одного из ребер с удалением арматуры, что снизит несущую способность плиты перекрытия на 15%.

Монтаж отверстий алмазным бурением

Сделать дырку в бетонной плите можно, используя сверлильные машины и специализированные коронки различного диаметра. Это позволяет произвести бурение отверстия нужной формы до заданной глубины. Сверлить можно не только в горизонтальной плоскости, но и под различными углами наклона. Этапы работ:

Сверлить отверстия для систем канализации и кондиционирования следует с проектным уклоном, иначе нарушится правильная работа системы.

• Прежде всего следует выбрать подходящую модификацию установки алмазного бурения, ее комплектацию, необходимые инструменты. Решение принимается, ориентируясь на проектную документацию;
• Далее оборудование транспортируется на объект;
• На поверхности плиты осуществляется вся необходимая для бурения разметка: прежде всего находят центр отверстия;
• От этой точки, используя специальный шаблон, находят центр сверления. Здесь будет устанавливаться анкер, с помощью которого будет крепиться станина аппарата алмазного бурения;
• Перфоратором или ударной дрелью пробивают отверстие, предназначенное для установки анкера. Его (отверстия) диаметр должен соответствовать диаметру анкера, используемого в работе;
• С плиты и лунки удаляется пыль;
• Анкер устанавливается заподлицо с бетонным перекрытием;
• В него вставляется расклинивающее приспособление, по которому производится 2-3 удара молотком, после чего появляется возможность вкрутить анкерный болт;
• Далее производится установка станины бурильного аппарата, которую центрируют, используя специальный указатель центра бурения;
• После чего производится выравнивание станины и крепление ее с помощью специальных винтов;
• Алмазную коронку требуемого диаметра накручивают на шпиндель редуктора.
• К охлаждающей системе бурильной установки следует подключить подачу воды от центральной сети;
• При заходе алмазной коронки в бетон скорость ее вращения должна быть небольшой. После прохождения защитного слоя ее следует увеличить.

Отверстия для прокладки коммуникаций

Железобетон — композитный материал, его прочность обеспечивается совместной «работой» бетона и армирующего материала (арматуры). Если отверстие в плите сделать с помощью отбойного молотка, то арматура оголится. Поэтому рекомендуется резать плиту вдоль линии пустот, а усиление отверстий сделать с помощью железного уголка, приваренного к швеллеру.

Как произвести усиление проема:

• Рекомендуется произвести армирование проема с помощью установки металлической сетки в его нижней и верхней плоскостях. Сетку следует перевязать с арматурой;
• Усиление плиты производится по периметру отверстия швеллером и уголком;
• Если отверстие прямоугольное, перед бетонированием уложите 2-4 отрезка арматуры сечением 10-14 мм, расположив их под углом 45° к боковым сторонам отверстия.