УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ЗДАНИЙ
2 Г.М. Бадьин, Н.В. Таничева УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ЗДАНИЙ Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению «Строительство» Издательство Ассоциации строительных вузов Москва 2013
3 Рецензенты: доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой архитектуры, строительных конструкций и геотехники Петрозаводского государственного университета А. Н. Петров; директор по производству ОАО «Строительная компания «Век» О. И. Максимов Бадьин Г. М., Таничева Н.В. Усиление строительных конструкций при реконструкции и капитальном ремонте зданий: Учебное пособие. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, с. ISBN В пособии комплексно рассмотрены современные аспекты реконструкции и капитального ремонта зданий. Приводятся методы обследования зданий, подлежащих реконструкции, характерные дефекты конструкций. Даются рекомендации по проектированию усиления конструкций. Предназначено для студентов строительных вузов и факультетов, а также специалистов в области проектирования и строительства. Бадьин Г.М., Таничева Н.В., 2013 ISBN Издательство АСВ, 2013
4 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ. 5 ГЛАВА 1. ЗАДАЧИ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ЗДАНИЙ. 6 ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЙ И МОРАЛЬНЫЙ ИЗНОС ЗДАНИЙ. 8 ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ЗДАНИЙ ГЛАВА 4. ОБСЛЕДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Цели, стоящие перед обследованием Методика обследования конструкций Оценка деформаций конструкций Оценка прочности бетона и камня Оценка прочности металла Определение фактических нагрузок ГЛАВА 5. ХАРАКТЕРНЫЕ ДЕФЕКТЫ КОНСТРУКЦИЙ Деформации конструкций от повышенных температур и огня Влияние отрицательных температур на основания и конструкции зданий Коррозийные разрушения конструкций Характерные дефекты эксплуатируемых строительных конструкций
5 ГЛАВА 6. УСЛОВИЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПО УСИЛЕНИЮ И ЗАМЕНЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ГЛАВА 7. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ГЛАВА 8. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ, СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ГЛАВА 9. УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Увеличение сечения элементов и их соединений Разгрузка несущих элементов Изменение расчетных и геометрических схем конструкций Введение затяжек, шпренгелей, постановка тяжей Усиление теплоизолирующей функции здания ПРИЛОЖЕНИЕ ПРИЛОЖЕНИЕ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
6 ВВЕДЕНИЕ Целесообразность выполнения реконструкции и капитального ремонта диктуется многими факторами, к числу которых относятся: градостроительные проблемы, архитектурно-историческая значимость объекта, архитектурно-планировочные и организационно-технологические решения, экологические, социальные и экономические вопросы, удаленность от городских транспортных средств и коммуникаций, наличие инфраструктуры и т. п. Каждый объект реконструкции индивидуален, имеет отличающиеся от других зданий эксплуатационные показатели и свой физический и моральный износ. Поэтому, прежде чем начинать реконструкцию объекта, следует провести тщательную организационно-техническую подготовку на основе данных технической диагностики и обследования фактического состояния конструкций здания. Эффективность конструктивно-технологических решений при реконструкции конкретного здания оценивается на основе сопоставительного анализа основных показателей и дополнительных факторов, влияющих на технологию работ по реконструкции: трудоемкость, продолжительность, стоимость, расход материальных и трудовых ресурсов, основной заработной платы, времени эксплуатации машин и механизмов, затрат по накладным расходам и другие экономические, организационно-технологические и социальные факторы. Особое значение имеют конструктивно-технологические разработки прогрессивных технологий реконструкции в стесненных условиях застройки. Различный уровень известных технологических решений позволяет наиболее рационально адаптировать производственный потенциал строительной организации, учесть региональные особенности и реальные условия реконструкции. Стесненные условия строительной площадки часто диктуют и технологию производства работ, которая реализуется прежде всего в проектной и исполнительной документации: ПОС, ППР, технологические карты. В учебном пособии излагаются общие принципы реконструкции зданий, методы оценки физического и морального износа зданий, способы диагностики технического состояния, обследования конструктивных элементов, характерные дефекты строительных конструкций и методы их усиления. Учтены последние достижения в области капитального ремонта и реконструктивных работ, применения новых конструктивных решений, методы усиления и замены строительных конструкций. Материалы учебного пособия посвящены решению практических задач, возникающих при реконструкции и капитальном ремонте зданий. Учебное пособие полезно студентам строительных вузов и сотрудникам проектно-строительных организаций, занимающихся вопросами реконструкции зданий. 5
7 Глава 1. ЗАДАЧИ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ЗДАНИЙ Вначале дадим определение некоторых основных терминов. Реконструкция зданий и сооружений комплекс ремонтностроительных работ, связанных с переустройством здания, сооружения или всего объекта в целом с целью повышения его вместимости, комфортности и т. п. Реконструкция также предполагает разборку отдельных частей сооружений и строительство новых. Капитальный ремонт комплекс ремонтно-восстановительных работ с целью усиления или восстановления с целесообразным улучшением эксплуатационных качеств зданий и сооружений путем наладки систем, восстановления защитных покрытий и устранения небольших повреждений. Текущий ремонт восстанавливает работоспособность отдельных элементов здания. Существует плановый (профилактический) и непредвиденный (экстренный ликвидационный, в срочном порядке) текущий ремонт. Система технического обслуживания зданий комплекс организационно-технических мероприятий по предупреждению нарушений или отклонений эксплуатационных показателей или характеристик объекта (технических, планировочных, санитарно-технических, гигиенических, экономических). Эксплуатационные качества зданий и сооружений, их элементов фактические физико-технические и технологические качества зданий, сооружений, их элементов. Количественные их значения параметры эксплуатационных качеств определены в нормах. Различают нормативные (расчетные) и фактические параметры, замеренные при сдаче в эксплуатацию и в процессе эксплуатации зданий и сооружений. Износ зданий и сооружений величина, характеризующая потери ими первоначальных эксплуатационных качеств. Различают два вида износа зданий и сооружений: физический износ потеря конструкциями и зданием в целом физико-технических первоначальных показателей; моральный износ (старение) потеря технологического (функционального) соответствия здания своему назначению. Строительная конструкция изделие, предназначенное для применения в качестве элемента строительной конструкции зданий и сооружений. Реконструкция любого здания или сооружения связана с решением ряда важных вопросов, относящихся не только к данному району и предприятию, но и ко всему городу в целом. Основные градостроительные задачи, целью которых является оздоровление городской среды, затрагивают множество вопросов: реконструкция промышленных и жилых районов, создание рациональной планировки, застройки и благоустройства промышленных территорий; выведение за территорию города промышленных объектов, выделяющих производственные отходы (газ, пыль и т. д.); создание и эффективное использование очистных сооружений. 6
8 К градостроительным задачам также относятся вопросы улучшения застройки промышленных предприятий на границе с жилыми районами по принципу ансамблевой застройки главных магистралей города. Основной задачей реконструкции гражданских зданий является обеспечение сохранности основных фондов непроизводственной сферы, предотвращение их преждевременного выхода из эксплуатации и сноса, а также их переустройство с целью изменения функции, улучшения потребительских качеств, повышения комфортности проживания. Реконструкция зданий и сооружений включает в себя ряд мероприятий по переустройству их объемно-планировочного и конструктивного решения объекта; перепланировку помещений; усиление, частичную разборку или замену конструкций; надстройку; пристройку; улучшение состояния фасадов здания; формирование современных интерьеров помещений. Реконструкция зданий почти всегда связана с восстановлением эксплуатационных показателей и усилением несущих конструкций остова. Технические задачи реконструкции предприятий предусматривают повышение технического уровня, увеличение объема производства, изменение производственного профиля предприятия. Строительная часть такой реконструкции предусматривает более широкое применение эффективных современных материалов для несущих, ограждающих конструкций и отдельных зданий. На повестке дня стоит вопрос проведения обследования состояния и пригодности старого жилого фонда, фонда общественных и производственных зданий для процесса их реконструкции. 7
9 Глава 2. ФИЗИЧЕСКИЙ И МОРАЛЬНЫЙ ИЗНОС ЗДАНИЙ В процессе эксплуатации здания постепенно изнашиваются, устаревают, приходят в непригодность, то есть подвергаются моральному и физическому износу. Физический и моральный износ зданий имеет свои, четко обозначенные в соответствии с ВСН 53-86(р) определения. Критерием оценки технического состояния здания в целом и его конструктивных элементов и инженерного оборудования является физический износ. Физический износ это частичная или полная потеря элементами здания своих первоначальных технических и эксплуатационных качеств. Признаками являются возникающие неисправности элементов зданий. Многие факторы влияют на время достижения зданием предельно допустимого физического износа, при котором дальнейшая эксплуатация здания практически невозможна. Основными факторами, влияющими на время достижения зданием предельно допустимого физического износа, являются: качество применяемых строительных материалов; периодичность и качество проводимых ремонтных работ; качество технической эксплуатации; качество конструктивных решений при капитальном ремонте; период неиспользования здания; плотность заселения. Оценка состояния здания в зависимости от общего физического износа представлена в табл Хорошее Вполне удовлетворительное Удовлетворительное Не вполне удовлетворительное Неудовлетворительное Ветхое Непригодное (аварийное) Таблица 2.1 Состояние здания Физический износ, % и выше Физический износ определяется процентами износа различных элементов здания, которые имеют свое процентное удельное соотношение во всем объеме здания (табл. 2.2). 8
10 Определение физического износа жилого здания (цифры условные) Элементы жилого здания Удельный вес элемента в общей стоимости жилого здания, % Таблица 2.2 Физический износ элементов здания, % по результатам оценки средневзвешенная степень физического износа Фундаменты ,55 Стены ,8 Перегородки ,1 Перекрытия ,5 Крыша ,4 Кровля ,4 Полы ,8 Окна Двери ,8 Отделочные покрытия ,6 Центральное отопление 2,8 40 1,1 Холодное водоснабжение 0,5 15 0,08 Горячее водоснабжение 4,5 30 1,35 (с ваннами) Канализация ,4 Газоснабжение 1,2 10 0,12 Электрооборудование 3,5 25 0,88 Прочие элементы ,2 Итого ,98 Примечание. Удельный вес элементов принят по сборнику укрупненных показателей восстановительной стоимости жилых, общественных зданий и зданий и сооружений коммунально-бытового назначения для переоценки основных фондов 28/Госстрой СССР. М.: Стройиздат, В ходе эксплуатации здания подвергаются многочисленным природным, технологическим воздействиям. В результате суммарное воздействие многих факторов может привести к ускоренному износу сооружений. В процессе износа конструкций можно выделить: 1-й период износа, так называемый осадочный после окончания строительства; 9
11 2-й период нормальной эксплуатации, во время которого накапливаются необратимые деформации, приводящие к структурным изменениям материала, медленному его разрушению; 3-й период ускоренного износа, когда износ конструкций достигает критического значения и возникает вопрос о целесообразности капитального ремонта или разборки (сноса) здания. Большое практическое значение имеет прогнозирование физического износа на определенный период эксплуатации. Прогнозируемый физический износ здания, %, рассчитывают по формулам. В табл. 2.3 приведены данные физического износа каменных зданий I и II группы капитальности. Прирост физического износа каменных зданий на ближайшие два десятилетия после переоценки основных фондов 10 Таблица 2.3 Физический износ в год Прирост физического износа переоценки основных фондов за 1-е десятилетие за 2-е десятилетие ,3 15 5,8 4,7 20 4,8 4,3 25 3,6 4,6 30 3,5 3,5 35 3, ,2 4,6 45 4,8 5,9 50 6,1 9, Моральный износ зданий состоит в несоответствии их эксплуатационных характеристик современным требованиям. Эти требования отражены в нормах строительного проектирования. Признаки морального износа можно подразделить на три группы: недостатки планировки; несоответствие конструкций действующим нормативам по теплозащите, звукоизоляции, гидроизоляции и т. п.; отсутствие отдельных видов инженерного благоустройства. Для количественной оценки морального износа может быть применен технико-экономический метод, который заключается в определении размеров затрат на устранение износа в процентах к восстановительной стоимости здания. Показатели износа, рассчитанные по этому методу, приведены в табл. 2.4.
12 Глава 3. МЕТОДЫ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ЗДАНИЙ Реконструкция зданий представляет собой переустройство их с изменением назначения, внутреннего или внешнего вида. При реконструкции здания, кроме работ по капитальному ремонту, выполняются работы, связанные с новым строительством. Вместе с тем при капитальном ремонте и реконструкции могут выполняться однотипные работы, например замена отдельных несущих конструкций (покрытий, колонн). Однако следует правильно квалифицировать те или иные работы: либо капитальный ремонт, либо реконструкция здания. Основные направления реконструкции устаревших зданий можно условно разделить на три группы (рис. 3.1). Рис Основные направления реконструкции Особое место при реконструкции центров городской застройки должно отводиться рациональному освоению подземного, примыкающего к зданиям, пространства, которое может быть использовано в качестве торговых центров, автостоянок, малых предприятий и т. п. 16
13 Основным конструктивно-технологическим приемом реконструкции зданий без изменения расчетной схемы является сохранение несменяемых конструкций наружных и внутренних стен, лестничных клеток с устройством перекрытий повышенной капитальности (рис. 3.2). а б в Рис Конструктивно-технологические варианты реконструкции зданий: а с сохранением конструктивной схемы; б с изменением конструктивной схемы и надстройкой этажа; в с изменением конструктивной схемы, надстройкой этажа и пристройкой объемов; 1 существующий фундамент; 2 стена; 3 сменяемые конструкции; 4 монолитная плита фундамента; 5 встроенный монолитный или сборный каркас; 6 фундаменты пристраиваемых объемов 17
14 При значительной степени износа внутренних стен в результате частых перепланировок с устройством дополнительных проемов, переносом вентиляционных каналов и т. п. при реконструкции монтируются встроенные системы с сохранением только наружных стен как несущих и ограждающих конструкций. Реконструкция с изменением строительного объема предусматривает устройство встроенных несменяемых систем с самостоятельными фундаментами. Это обстоятельство позволяет осуществлять надстройку зданий с несколькими этажами. При этом конструкции наружных и в ряде случаев внутренних стен освобождаются от нагрузок вышележащих этажей и превращаются в самонесущие ограждающие элементы. При реконструкции с уширением здания возможны конструктивнотехнологические варианты частичного использования существующих фундаментов и стен в качестве несущих с перераспределением нагрузок от надстраиваемых этажей на выносные элементы зданий. Принципы реконструкции зданий поздней постройки (30 40-е годы) диктуются более простой конфигурацией домов секционного типа, наличием перекрытий из мелкоштучных железобетонных плит или деревянных балок, а также меньшей толщиной наружных стен. Основные приемы реконструкции состоят в пристройке лифтовых шахт и других малых объектов в виде эркеров и вставок, надстройке этажей и мансард, устройстве выносных малоэтажных пристроек административного, коммерческого или хозяйственного назначения. В подготовительный период непосредственно перед началом работ по реконструкции выполняются научно-изыскательские работы (сбор технической документации, техническое обследование конструкций, выполнение поверочных статических и теплотехнических расчетов конструкций) и подготавливается проектная документация. Ремонт зданий и сооружений может быть текущим и капитальным. Текущий ремонт может быть плановым (профилактическим) и непредвиденным (экстренным ликвидационным, в срочном порядке) и позволяет восстановить работоспособность отдельных элементов здания, повысить их технологичность, улучшить систему отопления и вентиляции, электрического освещения и пр. Капитальный ремонт это комплекс технических мероприятий, направленных на восстановление первоначальных эксплуатационных качеств как зданий и сооружений в целом, так и отдельных конструкций. Капитальный ремонт может быть выборочным и комплексным и относится к ремонтно-восстановительным работам, проведение которых позволяет восстановить работоспособность всего здания в целом. Капитальный ремонт осуществляется по перспективным планам, причем примерно 2% от восстановительной стоимости объекта расходуется на материалы и 7 8% на оборудование. Основные методы ремонта различных конструкций зданий представлены на рис
15 Учебное пособие Геннадий Михайлович Бадьин Наталья Владимировна Таничева УСИЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ И КАПИТАЛЬНОМ РЕМОНТЕ ЗДАНИЙ Компьютерная верстка: Е.В. Орлов Редактор: Р.В. Воробьева Дизайн обложки: Н.С. Романова Лицензия ЛР от Подписано к печати Формат 60х90/16. Бумага газ. Гарнитура Таймс. Усл. 7 п.л. Доп. тираж 500 экз. Заказ Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ) , Москва, Ярославское шоссе, 26, отдел реализации оф. 511 тел., факс: (499) ,
Источник