Реконструкция жилых зданий с применением встраиваемого каркаса с плоскими сборно-монолитными перекрытиями мордич А. И. канд техн наук, Белевич В. Н., Навой Д. И. Научно-исследовательское и экспериментально-проектное унитарное предприятие

Вид материала

Документы

Содержание Конструктивное решение по модернизации здания Технология устройства каркаса Методика натурных испытаний фрагмента перекрытия каркаса Основные результаты испытаний Рис.8. Относительные деформации бетона по верхней (И-6) и нижней (И-11) граням плиты перекрытия в ячейке в осях «В/1-Г»/18/1-19 Рис.9. Абсолютные деформации бетона (ширина раскрытия трещин) по верхней грани несущего ригеля (И-1, И-4) и плиты (И-5) в сечени Рис.10. Относительные деформации бетона по верхней грани шпоночного сопряжения торцов плиты с монолитными ригелями Рис.10. Абсолютные деформации бетона (ширина раскрытия трещины) по верхней грани консоли (И-8) и по стыку торца плиты с крайним

Подобный материал:

• Научно-исследовательское и проектное республиканское унитарное предприятие «белтэи», 66.85kb.
• Методические указания по организации учета жидкого и газообразного топлива на тэс, 1517.02kb.
• Гост 17623-87, 138.94kb.
• Б. В. Баркалов ), Государственным проектным конструкторским и научно-исследовательским, 2674.7kb.
• Надійності та безпеки в будівництві, 692.13kb.
• Гост 5382-91, 1729.88kb.
• Д. М. Лаковский (руководитель темы); И. В. Колечицкая; С. А. Резник, канд техн наук;, 203.82kb.
• Гост 14637-89: Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества Технические, 310.23kb.
• Государственный стандарт союза сср здания и сооружения Методы измерения яркости, 278.78kb.
• Гост 26824-86, 248.28kb.

УДК

РЕКОНСТРУКЦИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ с применением встраиваемого КАРКАСА С ПЛОСКИМИ СБОРНО-МОНОЛИТНЫМИ ПЕРЕКРЫТИЯМИ

Мордич А.И. канд.техн.наук, Белевич В.Н., Навой Д.И.

Научно-исследовательское и экспериментально-проектное унитарное предприятие

«Институт БелНИИС» г.Минск, Беларусь


АННОТАЦИЯ

Приведен опыт реконструкции 5-этажного жилого дома с наружными кирпичными стенами, основанный на замене внутренних несущих стен и деревянных перекрытий на встраиваемый внутри существующего объема неполный железобетонный каркас с плоскими сборно-монолитными дисками из многопустотных плит. Проведены натурные испытания фрагмента перекрытия каркаса и даны основные результаты.

Введение

К настоящему времени в городских фондах жилищно-коммунальных хозяйств накопилось достаточно большое количество зданий средней этажности (до 4..5 этажей) старой постройки c наружными и внутренними несущими стенами из кирпича и междуэтажными перекрытиями и покрытиями по деревянным балкам. Такие перекрытия после длительного срока эксплуатации в большинстве случаев исчерпали ресурс по прочности и надежности, имеют большой физический износ, не удовлетворяют требованиям пожарной безопасности, потребительским качествам и подлежат демонтажу и замене, либо сносу здания. Последнее требует дополнительных затрат на демонтаж и утилизацию старых строений, перекладку инженерных сетей, коммуникаций и др., что вызывает рост себестоимости вновь возводимых площадей для потребителей. Вместе с тем, в силу сложившейся градостроительной ситуации и исторических традиций, отдельные здания могут иметь статус памятников архитектуры как историческая ценность и охраняются государством. Поэтому для сохранения таких зданий предпочтительным является их реконструкция без изменения внешнего облика с максимальным использованием существующих конструкций и применением новых, более надежных конструктивных решений, позволяющих при минимальной себестоимости обеспечивать современную планировку внутреннего пространства, удовлетворять требованиям действующих Норм. В УП «Институт БелНИИС» разработано и апробировано на практике техническое решение по ремонту и модернизации зданий старой постройки, замене деревянных перекрытий и внутренних несущих стен и перегородок на встраиваемый в существующий объем неполный железобетонный каркас с плоскими сборно-монолитными дисками перекрытий из многопустотных плит. Такое решение впервые реализовано в историческом центре г.Могилева (Республика Беларусь) при реконструкции 5-этажного жилого дома с надстройкой мансардного этажа с использованием доступных материалов.

Конструктивное решение по модернизации здания

В этом здании были демонтированы конструкции кровельного покрытия, деревянные междуэтажные перекрытия, внутренняя продольная стена, а также конструкции дымоходов печного отопления до уровня существующего железобетонного перекрытия над подвалом и над первым этажом в одной из секций. При этом полностью сохранены наружные несущие стены из глиняного кирпича (рис.1), конструкции бутобетонных фундаментов и существующие перекрытия из монолитного железобетона, а также внутренние стены лестничных клеток. В образовавшееся пространство, после соответствующего обследования и определения несущей способности кирпичной кладки стен, фундаментов и оснований под ними, был встроен неполный железобетонный каркас с плоскими сборно-монолитными перекрытиями из многопустотных плит. Это позволило расчистить внутренний объем здания и обеспечить гибкую планировку квартир, офисов, предприятий торговли и др. помещений, с возможностью ее изменения на любой стадии строительного процесса и эксплуатации.

^{а б в}

Рис.1. Общий вид реконструируемого в г.Могилеве 5-этажного жилого дома в процессе разборки (а), на стадии СМР (б) и после реконструкции (в)

В местах опирания монолитных колонн встраиваемого каркаса на существующие ленточные фундаменты из бутобетона, последние для восприятия сосредоточенной нагрузки были усилены охватывающими их по боковым сторонам железобетонными обоймами, уширенными в основании. На средних участках внутренней продольной кирпичной стены подвала и монолитном перекрытии над ним для пропуска колонн устроены сквозные проемы (рис.2), а в местах сопряжения внутренней продольной кирпичной стены подвала с торцевыми стенами и с поперечными стенами лестничных клеток выполнялось их усиление металлопрокатом, выводимого на уровень отметки пола первого этажа. К конструкциям усиления крепили на сварке стальные оголовники, которые одновременно являлись пятами крайних колонн каркаса в каждой секции (рис.3в). Такое конструктивное решение позволило обеспечить совместную работу существующих и дополнительных конструкций по восприятию действующих нагрузок.

^{а б в}

Рис.2. Сопряжение монолитных колонн каркаса с существующими фундаментами (а, б); узел сопряжения крайних колонн каркаса в уровне первого этажа с конструкцией усиления кирпичных стен подвала через стальной оголовник (в)

Плоское сборно-монолитное междуэтажное перекрытие в ячейках каркаса образовано группами многопустотных плит и скрытыми в пределах толщины перекрытия продольными и поперечными монолитными железобетонными ригелями. Последние в створе колонн и по периметру стеновых ограждений объединяют группы плит в единый диск с жесткими узлами и образуют перекрестно-балочную систему, опертую на колонны сечением 400х400 мм в жестких узлах и шарнирно – на кирпичную кладку наружных несущих стен здания и внутренних стен лестничных клеток. Сопряжения многопустотных плит с поперечными ригелями осуществлено посредством выпусков рабочей арматуры из плит, заанкеренных в ригелях на длину 150±10 мм, а также бетонных шпонок, входящих в открытые по торцам плит пустоты на глубину 100±10 мм до заранее установленных в них заглушек из бетонных вкладышей. Опирание дисков перекрытий на кирпичные стены решено дискретно с шагом 800 мм посредством армированных монолитных железобетонных выступов крайних монолитных ригелей (рис.3а,б), наглухо забетонированных в существующих нишах по месту расположения демонтированных деревянных балок. Кроме того, применение монолитных ригелей в дисках перекрытий позволило на наружном фасаде здания выполнить устройство балконов, которые решены на консолях (см.рис.1б,в), пропущенных сквозь кирпичную кладку стен.

^аб

Рис.3. Узлы сопряжения перекрытия каркаса с существующими стенами

а - схема опирания сборно-монолитного диска перекрытия на стену; б - общий вид примыкания перекрытия к стене с арматурой консолей крайнего ригеля, заведенной в существующие ниши по месту установки демонтированных деревянных балок;

Для более полного использования резервов несущей способности существующих конструкций и расширения полезных площадей в здании, по результатам обследования была выявлена возможность надстройки дополнительного мансардного этажа из легких ячеистобетонных блоков. В результате общая площадь перекрытий и покрытия над мансардным этажом с учетом площадей балконов после реконструкции здания составила 3485 м², а удельная себестоимость СМР конструктивной части на 1 м² согласно объектных смет составила 34 у.е.

Технология устройства каркаса

Работы по изготовлению встраиваемого в существующий объем здания неполного каркаса осуществляли следующим образом. После бетонирования монолитных колонн в уровне подвального этажа с устройством выпусков их рабочей арматуры над сохраняемым железобетонным перекрытием над подвалом, устанавливали арматурные каркасы колонн верхнего яруса. Затем монтировали опалубку колонн, раскрепляли ее в проектном положении и производили послойную укладку бетонной смеси с виброуплотнением. Для ускоренного набора распалубочной прочности в холодное время года использовали противоморозные добавки с электропрогревом. После распалубки колонн в местах размещения монолитных ригелей (в створах колонн и по периметру стеновых ограждений) устанавливали монтажно-технологическую оснастку из телескопических стоек (рис.4а) со щитами из ламинированной фанеры, уложенной по балкам, служащую временными опорами для монтируемых на них многопустотных плит с зазорами между торцами и опалубкой монолитных ригелей.

^{а б в}

Рис.4. Общий вид монтажно-технологической балочно-стоечной оснастки (а), монтаж многопустотных плит перекрытия (б) и укладка бетонной смеси (в)

На опалубку укладывали рабочую арматуру монолитных ригелей, монтировали многопустотные плиты (рис.4б) и производили заполнение бетонной смесью зазоров между плитами с виброуплотнением глубинными вибраторами (рис.4в). После набора бетоном монолитных ригелей распалубочной прочности оснастку демонтировали и переставляли на верхние ярусы с повторением всего технологического цикла.

Методика натурных испытаний фрагмента перекрытия каркаса

Поскольку при реконструкции жилого дома были впервые применены новые технические решения по сопряжению колонн каркаса с существующими фундаментами и сборно-монолитного диска перекрытия с несущими кирпичными стенами, то потребовалось выполнить проверку их несущей способности по восприятию вертикальной нагрузки и соответствие требованиям действующих норм по жесткости и трещиностойкости. Для этого с участием представителей Генподрядчика, Стройнадзора, Генпроектировщика были проведены натурные контрольные испытания вертикальным нагружением фрагмента сборно-монолитного перекрытия каркаса над 2-м этажом кратковременной равномерно распределенной нагрузкой, соответствующей эксплуатационной. Испытания проведены по стандартной методике ГОСТ 8829-94 в соответствии со специально разработанной в БелНИИС и согласованной с Заказчиком и Генподрядчиком Программе.

Цель испытаний - оценка несущей способности наиболее ответственных при эксплуатации элементов и узлов сборно-монолитного диска перекрытия встроенного каркаса при действии нагрузки от собственного веса и статическом нагружении вертикальной кратковременной равномерно распределенной нагрузкой.

При этом испытания были проведены в два этапа - на действие нагрузки от собственной массы перекрытия, составляющей g_w=3,5 кПа и последующим его кратковременным нагружением полезной вертикальной равномерно распределенной нагрузкой до уровня, соответствующего эксплуатационной gⁿ=3,5 кПа 350 кГс/м². Таким образом, полная нагрузка на перекрытие при испытании составляла g=7 кПа (700 кГс/м²).

Перед испытаниями фрагмента перекрытия каркаса был выполнен осмотр технического состояния его несущих элементов, при котором было установлено фактическое исполнение сборно-монолитного перекрытия, конструкция опирания перекрытия на продольные наружные несущие стены и колонны, определена прочность монолитного бетона несущих ригелей. Дефектов и повреждений в конструкциях, влияющих на снижение их несущей способности в зоне приложения нагрузок не обнаружено.

Для измерения контролируемых деформаций - вертикальных перемещений (прогибов), деформаций бетона в характерных сечениях несущих элементов в зонах действия наибольших изгибающих моментов, по верхним и нижним граням перекрытия были установлены (рис.5) измерительные приборы - прогибомеры 6ПАО и индикаторы ИГМ на базе с ценой деления 0,001 мм.

^абв

Рис.5. План фрагмента перекрытия встраиваемого каркаса и схема расстановки прогибомеров (а) и механических приборов по нижней (б) и верхней (в) граням

Усредненная прочность бетона монолитных ригелей перекрытия на сжатие в день испытаний составила R=21 МПа, или 70% от проектного класса В25.

После распалубки монолитных ригелей и замера при этом деформаций (I-й этап), полезную равномерно распределенную вертикальную нагрузку на перекрытие создавали штучными грузами в виде фундаментных бетонных блоков ФБС24-6-4, ФБС12-6-4 и ФБС9-6-4 и ступенями прикладывали к плитам испытуемых ячеек диска через деревянные прокладки, уложенные поперек плит с равномерным шагом вдоль их пролетов (II-й этап). При этом непосредственно на монолитные ригели нагрузку не прикладывали, а передача на них нагрузки с плит происходила посредством выпусков рабочей арматуры и бетонных шпоночных соединений ригелей с плитами. Массу блоков контролировали по показаниям стрелочного динамометра, подвешенного между крюком и грузом.

На каждой ступени нагружения, составляющей 0,2 от максимальной испытательной нагрузки, давали выдержку в течение 15-20 минут, в процессе которой осуществляли обследование технического состояния несущих элементов перекрытия, монолитных участков между плитами и ригелями, обнаружение, фиксацию и измерение ширины раскрытия трещин, регистрацию показаний механических приборов.

При достижении максимальной полезной нагрузки на перекрытие, соответствующей эксплуатационной и равной g=3.5 кПа (без учета собственного веса перекрытия), выдержка под нагрузкой согласно требованиям ГОСТ 8829-94 составляла не менее 30 мин.

Основные результаты испытаний

В процессе нагружения перекрытия продольные и поперечные монолитные ригели работали в стадии, близкой к упругой, что подтверждается графиками развития прогибов, приведенными на рис.6. При действии на перекрытие каркаса полной вертикальной равномерно распределенной нагрузки, складывающейся от собственного веса, равной g_w=3,5 кПа (350 кГс/м²) и дополнительного пригруза полезной нагрузкой, равной gⁿ=3,5 кПа (350 кГс/м²), наибольшие прогибы в середине пролетов монолитных ригелей составили:

• в середине пролета наиболее нагруженного несущего монолитного ригеля, расположенного вдоль оси «В\1» (рис.6а) между осями 17/1-18/1 – f₄=0,9 мм, в пролете между осями 18/1-19 - f₅=6,8 мм.
  
• в середине пролета связевых ригелей (рис.6б) расположенных между плитами в осях «А-В/1»/18/1 - f₆=1,49 мм, в осях «В/1-Г»/18/1 – f₂=3,7 мм, в осях «А-В/1»/19 – f₈=0,8 мм.
  

^аб

Рис.6. Графики роста вертикальных перемещений (прогибов) под нагрузкой монолитных поперечных (а) и продольных (б) ригелей фрагмента сборно-монолитного диска перекрытия

Наибольшие прогибы в серединах пролетов плит перекрытий составили (рис.7):

• в ячейке, ограниченной осями «А-В/1»/18/1-19 – f₇=9,0 мм,
  
• в ячейке, ограниченной осями «В/1-Г»/18/1-19 – f₁=5,2 мм,
  

в ячейке, ограниченной осями «В/1-Г»/17/1-18/1 - f₃=3,5 мм;

Таким образом, измеренные прогибы во всех случаях не превышали предельно допустимых величин согласно СНиП 2.01.07-85 (Дополнения. Раздел 10. Прогибы и перемещения) и составляющих 1/200 пролета [f]=6400/200=32 мм, что свидетельствует о достаточной несущей способности перекрытия для восприятия эксплуатационных нагрузок. При действии на перекрытие полной нагрузки, равной g=7,0 кПа (700 кГс/м²) поперечных и продольных трещин на нижней поверхности плит не обнаружено, что подтверждается незначительными по величине относительными деформациями бетона по их верхней (_bt=-0,5х10^-5) и нижней _bc=1,0х10^-5 граням (рис.8), достигнутыми к концу нагружения и не превышающих предельную сжимаемость (_bc,u=300..350х10^-5) и растяжимость бетона (_bt,u=15..20х10^-5).

Рис.7. Графики развития под нагрузкой прогибов в середине пролета плит перекрытий

Рис.8. Относительные деформации бетона по верхней (И-6) и нижней (И-11) граням плиты перекрытия в ячейке в осях «В/1-Г»/18/1-19

Образование трещин происходило, в основном, по верхней грани монолитного несущего ригеля в зоне стыка с колоннами с наибольшей величиной отрицательного момента на опоре. Ширина раскрытия трещин на уровне рабочей арматуры к концу нагружения при полной нагрузке, равной g=7,0 кПа (700 кГс/м²) достигла значения, равного а_crc=0,17 мм (рис.9). Относительные деформации удлинения бетона по верхней грани сопряжения торцов плиты с монолитными несущими ригелями в зоне действия изгибающих моментов на опоре в середине пролета несущего ригеля по оси В/1 достигли значения ε_bt=1,2х10^-5 (рис.10), что не превышает предельную растяжимость бетона ε_bt,u=15-30х10^-5.

Рис.9. Абсолютные деформации бетона (ширина раскрытия трещин) по верхней грани несущего ригеля (И-1, И-4) и плиты (И-5) в сечениях по стыку с колоннами

Рис.10. Относительные деформации бетона по верхней грани шпоночного сопряжения торцов плиты с монолитными ригелями

В сопряжении торца плиты с крайним монолитным ригелем, примыкающим к наружной стене наблюдались деформации укорочения бетона, которые к концу нагружения достигли величины ε_bс=-2,8х10^-5. Это означает, что при таких незначительных по величине относительных деформациях от действующей нагрузки образования трещин в шпоночном сопряжении плиты с ригелями не происходило.

Измеренные деформации бетона в сечении защемленного в нише наружной стены консольного выступа крайнего несущего монолитного ригеля показали, что по его верхней грани у обреза стены образовалась трещина (рис.10), ширина раскрытия которой к концу нагружения достигла величины а_crc=0,13 мм, что меньше предельно допустимой [а_crc]=0,4х0,7=0,28 мм. Наибольшие относительные деформации сжатия бетона по верхней грани в пролетном сечении наиболее нагруженного поперечного ригеля по оси В/1 при действии полной испытательной нагрузки (g=7,0 кПа) с учетом собственного веса перекрытия составили _bc=-26х10^-5 (рис.11), что значительно меньше предельной сжимаемости бетона (_bc=-300-350х10^-5).

	Рис.11. Относительные деформации бетона по верхней (И-2) и нижней (И-10) граням сечения в середине пролета несущего монолитного ригеля, расположенного вдоль оси В/1
Рис.10. Абсолютные деформации бетона (ширина раскрытия трещины) по верхней грани консоли (И-8) и по стыку торца плиты с крайним монолитным ригелем (И-9)

Проведенные натурные испытания встроенного фрагмента плоского сборно-монолитного диска перекрытия каркаса, опертого на колонны и несущие кирпичные стены на действие вертикальной нагрузки от собственного веса и статического нагружения кратковременной равномерно распределенной нагрузкой, соответствующей эксплуатационной (расчетной по второй группе предельных состояний) и полученные результаты показали, что конструкции каркаса удовлетворяют требованиям СНиП2.03.01-84*, СНиП2.01.07-85, ГОСТ 8829-94 по жесткости и трещиностойкости, имеют достаточный запас прочности и могут использоваться по назначению.

Выводы

1. Разработано принципиально новое конструктивное решение по модернизации зданий старой постройки и замене внутренних несущих конструкций на встраиваемый в существующий объем здания неполный каркас с плоскими сборно-монолитными перекрытиями из многопустотных плит.
   
2. Реализация предложенного решения позволяет обеспечить гибкость планировки помещений, повышение уровня потребительских качеств, минимальное удельное ресурсопотребление из доступных материалов.
   

Литература