Усиление деревянных балок перекрытия от прогиба

Усиление деревянных балок перекрытия от прогиба

Как усилить деревянные балки перекрытия

Повреждённые деревянные балки, изношенные нагрузками и временем, или недостаточно прочные изначально «по проекту» — это первая причина ослабления несущей способности перекрытий, появления вибраций и скрипов полов на верхних этажах дома. Давайте разберёмся, как усилить деревянные балки и сделать прочнее конструктивные элементы перекрытия.

Причины ослабления балок

Необходимость укрепления балок может возникнуть в ряде случаев:

  • естественный износ правильно установленного изделия;
  • повреждение балки вследствие ошибок при изготовлении и монтаже;
  • изменение назначения помещения, связанное с усилением нагрузки на перекрытия.

Рассмотрим данные причины подробнее. Итак, балка может прийти в неудовлетворительное состояние вследствие воздействия разных факторов, в том числе повышенного уровня влажности, резких температурных перепадов, в результате жизнедеятельности вредителей, а также простого физического износа с дальнейшим появлением трещин.

Не следует сбрасывать со счёта недобросовестность или некомпетентность строителей. Хозяин дома не в состоянии проверить качество и правильность установки элементов скрытого монтажа. Проблемы выявляются позже — уже в процессе эксплуатации помещения при ходьбе на верхнем этаже полы вибрируют или скрипят.

К основным ошибкам на этапе изготовления и монтажа балок относятся следующие:

  • применение недостаточно или неверно просушенной древесины. После высыхания таких балок они покрываются трещинами;
  • использование слишком тонкого бруса, что приводит к вибрации балок;
  • слишком большие пролёты между балками;
  • сборка балок из нескольких частей.

Если же идёт речь об изменении назначения помещения — к примеру, чердак планируется превратить в мансарду или жилой блок, то в данном случае нагрузки на перекрытие увеличатся. Очевидно, это потребует увеличения несущей способности балок.

Определить необходимость укрепления балок может неспециалист. Основным показателем при этом, кроме упомянутых вибраций или видимых повреждений, служит уровень прогиба, возникающего как под нагрузкой, так и под собственным весом балки. Прогиб может увеличиться после наращивания нагрузки — установки паркета на верхнем этаже или после завоза мебели. В таком случае балки начинают провисать, что не только чревато вибрацией перекрытий, но и может угрожать их обрушением.

Предельно допустимый прогиб балки несложно рассчитать самостоятельно. Самая простая методика — это вычисление показателя в зависимости от длины балки. В частности, уровень прогиба не должен превышать примерно одной трёхсотой части от длины изделия. К примеру, если прогиб составляет 8–10 миллиметров при длине балки в 2,5 метра — это норма. Если же он оказался большим, то, значит, пришло время укрепить или заменить балку.

Наращивание площади сечения балки

Одним из самых популярных способов укрепления балок перекрытий является наращивание их сечения установкой дополнительных деревянных накладок. В основном этот способ применяется в случаях, когда материал балок становится рыхлым вследствие естественного старения или же в результате жизнедеятельности жуков-древоточцев.

Увеличение площади сечения достигается установкой накладок из дерева толщиной не менее 50 мм на ослабленном или повреждённом участке. Отдельные специалисты утверждают, что имеет смысл лишь увеличение сечения по горизонтальным сторонам, то есть сверху и снизу балки, а наращивание толщины изделия по ширине не даёт полезного эффекта.

Перед установкой накладок, как и в случае с другими работами по укреплению балок, следует обработать ослабленные участки противогрибковыми средствами. После противогрибковой обработки нужно снизить до минимума уровень прогиба при помощи домкратов. Непосредственно монтаж накладок эффективнее осуществлять по всей длине балки. Прикрепление осуществляется при помощи болтов или шпилек насквозь.

В качестве усиливающего элемента можно использовать не только дерево, но и металл. В таком случае используются швеллеры или металлические полосы. Последние менее надёжны, чем швеллер, и могут применяться только для усиления небольших участков повреждённых балок.

Усиление пролёта балки с помощью металлических накладок производится по такому же алгоритму, как и в случае накладок из дерева, однако при этом имеет некоторые особенности. В частности, перед установкой металлические накладки обрабатываются антикоррозийным составом. Кроме того, между металлическими и деревянными частями следует устроить гидроизоляционный слой.

Прутковые протезы

В случаях сильного повреждения участков балок практикуется удаление таких зон и установка на их место прутковых протезов, сделанных из стальной арматуры. Такой метод используется по большей мере при замене торцевых элементов, которые приходят в негодность чаще всего.

В роли протезов выступают обрезки арматуры сечением от 10 до 25 мм. Длина протеза выбирается с расчётом на то, что она должна быть больше на 10%, чем двойная длина повреждённого участка балки. Есть и ограничение длины протеза — он может быть не более 1,2 м.

Перед выполнением работы следует подпереть участок, который будет укрепляться, стойкой для предотвращения возможного обрушения конструкции. Стойки и прогон опоры ставятся на расстоянии от одного до полутора метров от несущей стены. После такого временного укрепления перекрытие разбирается, а сгнивший участок балки спиливается.

Заготовка протеза заводится вертикально в перекрытие, после чего поворачивается в горизонтальную позицию. Конструкция в первую очередь надвигается на балку и затем — в нишу стены. Нужно учесть, что балки, восстановленные с применением протезов, прослужат ещё долгое время, однако прочность обновлённой конструкции, безусловно, будет ниже, чем в случае с новой балкой. Потому нагружать восстановленные балки следует по минимуму.

Армирование балок углеволокном

Помимо традиционных технологий при укреплении балок достаточно широко применяются инновационные решения, одним из которых является армирование конструкций углепластиками. Внимание: такой метод является единственно возможным способом укрепить балки в случае, если ввиду крайней стеснённости помещений или по каким-то другим причинам наращивание сечения конструкций невозможно или крайне затруднительно.

Несомненное преимущество укрепляющих элементов из углеволокна — это отсутствие необходимости оперировать с габаритными и тяжёлыми металлическими или деревянными компонентами, а также минимальная трудоёмкость работы в целом. Современные углепластики, как и любые композитные материалы, характеризуются большой прочностью и малым весом. Укрепляющие элементы из углеволокна прекрасно справляются со значительными механическими нагрузками. Они выпускаются в разных модификациях — в виде лент, ткани, нитей, пластин или листов.

Армирование балки композитами осуществляется путём наклеивания на неё углеволокна в несколько слоёв. Прикрепляемые слои углепластика прикладываются к поверхности балки друг над другом и по всей её длине. Края наклеенных полос нужно перекрыть поперечными слоями. Наклеивание армирующих компонентов производится до тех пор, пока усиленная балка не станет достаточно жёсткой для того, чтобы противостоять нагрузкам. Монтаж осуществляется с применением эпоксидного клея. После застывания слой по прочностным характеристикам иногда не уступает металлу.

Что делать, если укрепление балок невозможно

Если балки перекрытий не повреждены, однако с трудом выдерживают нагрузку и прогибаются, а их укрепление проблематично или нецелесообразно, нужно рассмотреть вариант обустройства дополнительных балок или поставить подпорки под уже существующие. В этом случае несущая способность конструкций будет усилена перераспределением нагрузки на дополнительные балки или стойки. Последние, естественно, будут передавать нагрузку на перекрытия нижнего помещения.

Новые балки-дублёры точно так же, как и существующие, закрепляются в гнезде, обустроенном в несущей стене. Установка же стоек — хоть и более простая задача, однако она зачастую сопряжена с дополнительным нежелательным эффектом — такие опоры могут загромождать пространство и мешать беспрепятственному проходу по помещению. Важна и визуальная составляющая — опоры желательно декорировать для того, чтобы они гармонично вписались в дизайн помещения.

Итак, мы рассмотрели несколько основных, наиболее распространённых способов укрепления балок. Выбор конкретного метода зависит как от степени износа конструкций и нагрузки на них, так и от умений строителя, наличия необходимого инструментария, финансовых возможностей и свободного времени мастера.

Укрепление чердачного перекрытия – способы усиления деревянных балок

Устройство мансарды в значительной степени увеличивает жилую площадь дома. Практически, в доме появляется еще один эксплуатируемый этаж. Но для его полноценного использования необходимо выполнять укрепление чердачного перекрытия, так как нагрузки на конструкцию существенно возрастают. Прежде всего, это касается деревянных балок, чаще всего применяемых при возведении частных строений.

Специфика деревянных балок перекрытия

Популярность использования прогонов из дерева в чердачных перекрытиях связана с их легким весом по сравнению со стальными и железобетонными аналогами. К тому же, древесина обладает низкой теплопроводностью и малой звукопроницаемостью. Но натуральный материал, к сожалению, имеет ряд недостатков, которые необходимо учитывать. Это:

  • отсутствие устойчивости к действию плесени, грызунов и насекомых;
  • высокая пожароопасность;
  • слабая прочность балок малого сечения.

С первыми двумя недостатками можно справиться путем обработки деревянных балок антисептиками и антипиренами. Последнюю же проблему решают путем использования пиломатериалов большего сечения или посредством укрепления несущих элементов перекрытия.

Балки чердачного перекрытия несут меньшие нагрузки по отношению к аналогичным межэтажным конструкциям.

При устройстве мансарды требуется усиление несущих деревянных элементов перекрытия. Если мероприятия не будут выполнены, то прогоны под увеличенной нагрузкой станут прогибаться и со временем безвозвратно деформируются. Это в лучшем случае, а в худшем – произойдет их растрескивание и, как результат, разлом. Но не стоит отчаиваться и думать, что столь желанное увеличение эксплуатируемой площади останется только в мечтах. Вариантов укрепления чердачных перекрытий существует достаточно много для того, чтобы выбрать единственно правильное решение, исходя из конкретных условий эксплуатации.

Когда требуется усиление

Следует отметить, что укреплять балочные конструкции требуется не только при сооружении мансарды, но и по другим веским причинам. А именно – при снижении несущих характеристик деревянных балок вследствие плохого состояния древесины, произошедшего в результате:

  • неверных расчетов;
  • повышенной влажности;
  • случайного повреждения;
  • жизнедеятельности насекомых-вредителей или грызунов;
  • появления недопустимых прогибов;
  • растрескивания;
  • периодического воздействия непредусмотренных проектом временных нагрузок.

Профессионалы не рекомендуют надолго откладывать восстановительные работы. Несвоевременное решение проблемы может привести к печальным последствиям и даже трагедии. Для грамотной оценки предстоящих мероприятий разумнее будет пригласить специалиста.

Читать еще:  Длина плит перекрытия для частного дома

Распространенные способы усиления деревянных балок

Диаметр бревен или сечение бруса для чердачного и межэтажного перекрытия выбирают с учетом нагрузок, приходящихся на квадратный метр площади пола или потолка в плане. При этом учитывается:

  • ширина пролета;
  • шаг деревянных балок.

В представленной ниже таблице можно увидеть оптимальные значения сечения бревен и пиломатериалов.

Укрепление чердачного перекрытия производится без изменения или с изменением условий работы балочной конструкции, с применением типовых или нестандартных решений. Выбор зависит от степени деформации древесины и конкретных требований по усилению прочностных характеристик прогонов и настила в целом. Наиболее распространенные варианты укрепления балок предусматривают использование:

  • деревянных накладок;
  • металлических пластин;
  • прутковых протезов;
  • углеволокна, называемого, также, углепластиком;
  • подпоров в виде столбов.

Деревянные накладки и металлические пластины могут устанавливаться как в пролетной части деревянных балок, так и в местах их стыков с опорной стеной. Усиливающие элементы фиксируются с обоих боков или снизу и сверху ремонтируемого прогона. При этом накладки крепко стягиваются посредством болтов, пропущенных сквозь балки. Деревянные детали предварительно обрабатывают противогрибковыми составами и антипиренами. Металлические пластины окрашивают или наносят на их поверхность специальные средства, препятствующие ржавлению материала. Кроме того, древесину от металла отделяют слоем гидроизоляции.

Для обеспечения надежности балочной конструкции, накладки рекомендуется устанавливать по всей длине прогона.

Торцевые усиливающие элементы монтируют на участках, опирающихся на стены. В этом случае подгнившие концы балки обрезают, а удаленные куски заменяют:

  • двойными деревянными накладками с установленными на уровне опорной части стены вкладышами, соответствующими толщине укрепляемой балки;
  • концевыми металлическими протезами, выполненными из швеллера;
  • металлическими полосами с хомутами;
  • арматурными стержнями, скрепленными швеллерной обвязкой.

Список можно продолжить еще несколькими способами, в том числе передвижными протезами, сдвоенными системами и т.д., но они относятся к более сложным вариантам укрепления балок. Торцевое усиление имеет свою характерную особенность. Она заключается в устройстве временного подпора ремонтируемой балки столбом. После окончания работ он демонтируется.

Прутковые протезы представляют собой систему, состоящую из металлических хомутов, наложенных в нескольких местах поврежденной балки, и соединительных элементов. Последние изготавливаются из прочного стального профиля или нескольких арматурных прутьев, переплетенных между собой по «правилу треугольника». В этом случае система остается стабильной, без каких-либо пространственных подвижек. Вариант монтажа прутковых протезов зависит от степени требуемого усиления балочного перекрытия.

Армирование углеволокном относится к современным способам укрепления деревянных балок. Композитный материал пока еще не имеет широкого распространения, но технология, несомненно, относится к передовым методам. С нижней стороны прогона укладывается усиливающая конструкцию арматура. Далее углепластик в несколько слоев наклеивается на частично укрепленную балку, образуя корытообразный хомут. Легкость углеволокна, удобство в работе и отсутствие в конструкции малоэстетичных накладок являются несомненными преимуществами современного материала.

В случае неисправимых деформаций, поврежденный участок балки лучше будет удалить во избежание бесполезных затрат.

Простое решение

Наверное, самым востребованным должен быть наиболее простой вариант усиления чердачного перекрытия, а именно – установка столба, подпирающего проблемную балку. Этот незатейливый способ решает вопрос принятия нагрузок вертикальной опорой. Работы, в данном случае, сводятся лишь к монтажу столба. В результате, основная проблема исчезает, но на ее месте появляются две другие.

Один недостаток сводится к образованию точечной нагрузки, воздействующей на пол. Второй – связан с эстетической стороной вопроса. Дело в том, что столб, установленный посреди комнаты, будет смотреться нелепо. Но если его оригинально украсить, то опора может превратиться в интересный элемент декора, к тому же – функциональный.

Существует еще один способ укрепления чердачного перекрытия. Но его использование оказывается эффективным лишь в тех случаях, когда потолочные балки не имеют деформаций. Несущую способность конструкции увеличивают за счет установки дополнительных прогонов с обязательной обмоткой их торцов рубероидом. Защитные меры позволяют избежать механических повреждений и помогают противостоять воздействиям влаги.

Укрепление чердачного настила

Если усиление балок выполняется с целью дальнейшего устройства мансарды, то подумать об обновлении напольного настила все-таки придется. Опытные мастера рекомендуют воспользоваться плитами OSP. Их укладывают по черновому полу. В дальнейшем производят отделочные работы.

Усиление деревянного перекрытия

Фундамент, стены, крыша и перекрытия – основные элементы большинства строительных объектов. В многоэтажном доме эти конструкции разделяют этажи и чердачное отделение, несут и распределяют нагрузку от основных составляющих здания. От того, насколько прочными будут перегородки, зависит прочность всего сооружения и безопасность людей. Очень часто перекрытия сооружают из дерева, однако со временем балки изнашиваются и требуют усиления. Рассмотрим, как это делается.

Когда нужно усиливать деревянные балки перекрытия

Перекрытием называется горизонтальная конструкция, которая крепится к стенам на определенной высоте и разделяет этажи. Сооружение выполняет роль полноценного пола, поэтому должно выдерживать большие нагрузки от людей, мебели, оборудования и других объектов. По СНиП без учета собственной массы деревянное перекрытие дома должно выдерживать 150 кг/м2, в общественных зданиях эта цифра выше – 400 кг/м2.

Следует учитывать, что увеличение нагрузок выше допустимых норм приводит к более быстрому износу балок, что приводит к потере изначальной прочности всей несущей конструкции. Помимо этого, сам по себе срок службы деревянных перекрытий ограничен 50-60 годами, это связано со свойствами материала. Избыточная влажность, плесень, грибок, температурные перепады негативно влияют на свойства дерева, в результате после длительной эксплуатации может возникать прогиб, провисание или искривление конструкции. Тогда требуется усиление балок деревянного перекрытия.

Укрепление перегородок также может стать неизбежной мерой, если планируется кардинальное изменение функций помещений, расположенных на этаже. Это может быть связано с размещением ударного оборудования или увеличением нагрузок. Например, если планируется переделать помещения под склады, следует ознакомиться со строительной документацией на здание и в случае необходимости укрепить соответствующую площадку.

Способы усиления

Существует три способа укрепления конструкций: замена деревянных балок, увеличение их количества, усиление существующих. Менять опорные элементы необходимо, если имеют место повреждения по всей длине. Испорченные балки демонтируются, и в те же посадочные места устанавливаются новые.

Если повреждений нет, и существующие лаги в нормальном состоянии, но требуется усилить несущую способность перекрытия, можно расширить количество ребер жесткости. Процедура заключается в установке балок между существующими. Таким образом жесткость конструкции увеличивается в несколько раз. Следует помнить, что при монтаже новых лаг их торцы необходимо закрыть рубероидом, чтобы защитить от повреждений.

Усиление существующих деревянных балок выполняется при незначительных повреждениях или необходимости создать дополнительную жесткость перекрытию. Есть несколько способов укрепления лаг, один из них заключается в двустороннем креплении накладных элементов.

Накладки из дерева используются, если существующее ребро жесткости повреждено. Усиливающие элементы могут устанавливаться с двух сторон по бокам лаги, либо сверху и снизу. Необходимо обеспечить плотное прилегание брусков к опорному элементу, после чего стянуть их болтами с гайками. Крайне важно перед тем, как приступить к работе, обработать накладки и прилегающие к ним участки балки противогрибковым раствором. Если участок лаги небольшой, но имеет достаточно сильные повреждения, его необходимо удалить, а накладные брусья прикрепить к неповрежденным частям.

Пролеты между лагами можно усилить и при помощи металлических элементов, для чего используются пластины, швеллера или прутковые протезы. Предварительно обработанная антикоррозионным раствором металлическая конструкция крепится в месте повреждения, жестко фиксируя и обездвиживая дефектный участок. Вариантов исполнения металлических усилителей может быть несколько: прутковая ферма, коробка из пластин, швеллера со скобами.

Самым современным способом усиления балочных перекрытий является укрепление углеволокном, которое применяется в виде лент и холстов. Углеволоконная операция увеличения жесткости перегородок из дерева относится к внешнему армированию и осуществляется при помощи полимерцементного или эпоксидного клея.

Скорость и простота установки углеродного волокна – основное преимущество этого способа усиления балок деревянного перекрытия. Еще одним положительным моментом такого способа укрепления является эстетичность – внешнее армирование практически не влияет на красоту конструкции. Благодаря такой особенности усиление углеволокном применяется при работах с памятниками архитектуры, гидротехническими и транспортными сооружениями, в случаях, когда укрепить перегородку иными способами невозможно.

Усиления чердачного перекрытия – установка столба

При сооружении мансарды или для усиления в связи с длительным сроком эксплуатации часто требуется укрепить чердачное перекрытие, для чего можно использовать вертикальные опоры. Деревянный столб соединяет нижнюю и верхнюю перегородку, являясь одновременно ребром жесткости для двух конструкций.

Вертикальная опора, как правило, выполняется из оцилиндрованного бревна диаметром 150-200 мм. Столбы для балок используются исключительно в случае усиления конструкции, но не при повреждениях. Если лаги повреждены, их необходимо заменить или укрепить вышеуказанными способами, после чего производить монтаж вертикальной опоры. Столб по всей длине следует обработать противогрибковым раствором, а установка в торец предполагает подготовку мест крепления, для чего изготавливаются специальные пазы.

Одного элемента жесткости может быть недостаточно, особенно для поддержки наклонных балок, поэтому для таких конструкций устанавливают три столба, с равным шагом по длине лаги. Вертикальные опоры – один из самых надежных видов усиления как чердачных, так и межэтажных деревянных перекрытий. Единственный их недостаток – неэстетичность, но эту проблему можно решить покраской или декоративным оформлением.

Техническое обслуживание и усиление балок, перекрытий

Колонны, балки, перекрытия, фермы являются наряду со стенами и крышами основными несущими элементами зданий, а потому исправному их состоянию должно уделяться п о – стоянное внимание. Они отличаются материалами и разнообразными конструктивными решениями. Их износ, а также увеличение полезных нагрузок при реконструкции сооружений и установке нового технологического оборудования, выявление дефектов, допущенных в проекте и при возведении, приводят к необходимости ремонта или усиления. При выборе способа усиления любых несущих конструкций должны быть учтены многие факторы, и прежде всего обеспечены:
минимальная длительность остановки технологического процесса;
максимальное выполнение подготовительных работ за пределами зоны ремонта;
технологичность конструктивных решений усиления, серийность и простота изготовления новых конструкций; необходимые монтажные средства; высокое качество ремонтных работ; ремонтопригодность новой конструкции.

Читать еще:  Арматура в плитах перекрытия ПК

Следует учесть также возможность осуществления профилактических мер как временного, так и постоянного характера, в частности снятие или уменьшение временных и постоянных нагрузок на ремонтируемые конструкции (тогда при загрузке элементы усиления лучше включаются в работу), очистка их от снега, пыли, увеличение расстояния между подвижными нагрузками (кранами, тельферами), ограничение их грузоподъемности, а также устранение технологических воздействий путем снижения агрессивности среды, перепадов температур и т. п.

Эффективность выбранного способа усиления любых конструкций, затраты на его проведение, как и на ремонтные работы в целом, трудно точно заранее определить по действующим расценкам из-за плохо поддающихся расчету убытков вследствие нарушения ритма производства, непредвиденных осложнений при ремонте и пр. И все же экономические расчеты должны проводиться, так как они дают наиболее полное

И достоверное представление об эффективности усиления ПЛИ ремонта конструкции.

Рассмотрим способы усиления балок, перекрытий, ферм из металла, железобетона и дерева. Металлические балки можно усилить несколькими способами (табл. 12.4): установкой дополнительных опор;
увеличением сечения накладками, особенно на высокопрочных болтах; шпренгельными системами;

изменением опорных сопряжений посредством перевода разрезных балок в неразрезные;
регулированием напряжений натяжными и распорными устройствами.

Повышение несущей способности изгибаемых элементов достигается при симметричном расположении элементов усиления или создании симметрии относительно нейтральной оси. При этом должна быть обеспечена надежная совместная работа нового сечения с балкой и конструкция защищена от коррозии.

Усиление металлических балок (рис. 12.8) может быть местным (путем установки накладок и ребер) или общим (посредством шпренгелей, изменением опорного сопряжения; наиболее эффективна затяжка вдоль нижнего пояса, при которой несущая способность балки может быть увеличена до 80% при минимальных затратах материала). Весьма эффективным и перспективным усилением балочных систем является изменение их расчетной схемы путем создания неразрезной системы и опорных подкреплений, а также регулирования напряжений натяжными и распорными устройствами. Эти устройства еще мало разработаны, но обладают важными достоинствами в условиях реконструкции действующих объек
тов, в частности простотой и доступностью приемов и контроля регулирования усилий, исключением громоздкого оборудования при производстве работ, использованием домкратов, муфт и пр.

Усиление металлических ферм для повышения их жесткости и несущей способности может быть местным, (отдельных стержней) или общим (главным образом путем усиления нижнего пояса). Для усиления используются накладки с целью увеличения сечений и моментов сопротивления отдельных элементов решетки, дополнительные пояса, шпренгели, сокращающие длину растянутых или сжатых элементов.

Рис. 12.8. Способы усиления металлических балок
а, б — накладками; в — обетонированием; г — шпренгелем; д, рах; ж, з — сопряжением балок на опорах

Из рассмотренных способов усиления металлических конструкций наиболее трудоемко и металлоемко по совокупному эффекту увеличение сечений усиливаемых элементов, так как оно требует сплошного или прерывистого скрепления их по длине, точной подгонки и т. п.

Эффективны и разнообразны приемы усиления конструкций с изменением расчетных схем и регулированием напряжений в процессе усиления. Общие затраты и их материалоемкость в несколько раз ниже, чем других способов, а потому дальней
шему изучению и разработке таких способов необходимо уделять больше внимания.

Усиление железобетонных балок намного сложнее, чем металлических, вследствие их монолитности и наличия скрытой арматуры. Можно выделить два основных способа усиления или восстановления несущей способности железобетонных балочных конструкций (рис. 12.9): усиление без изменения первоначальной конструктивной схемы; усиление с ее изменением.

Первый способ заключается в увеличении поперечного сечения усиливаемого элемента, что достигается установкой хомутов или устройством специальных рубашек, обойм, накладок, наращиваний с добавлением арматуры, расширением опор; все это приводит к уменьшению пролета.

Рис. 12.9. Способы усиления железобетонных балок
а, в — обетонированием; б — хомутами; г, д, е, ж — заделкой и сопряжением на опорах

Второй способ состоит в установке дополнительных горизонтальных или шпренгельных затяжек с предварительным натяжением либо комбинированных затяжек, сочетающих оба упомянутых способа.

Оба способа усиления обладают существенными достоинствами, поскольку используемые при этом элементы конструктивно просты, изготавливаются из арматуры или фасонного проката вне реконструируемого объекта, устанавливаются с минимальными трудовыми затратами, сразу же включаются в работу после установки и натяжения или увеличения сечения без применения других приспособлений, в 2—2,5 раза повышают первоначальную несущую способность изгибаемых элементов, не нарушают интерьеров помещений, могут быть скрыты подвесным потолком и т. п., занимают мало места и незначительно увеличивают сечение или высоту конструкций.

Усиление деревянных балок и стропил чаще всего производится по их концам: концы балок, заделанные в кирпичные стены, загнивают вследствие использования сырой древесины, закупорки торцов, увлажнения балок влагой кирпичной кладки или атмосферными осадками и т. п.

Можно выделить два варианта усиления (протезирования) балок: накладками и прутковыми протезами [16 и 18]. Первый способ применяют при усилении одиночных балок, а второй — многих балок, когда протезы заготавливают в механических мастерских. В обоих случаях сгнившие концы балок удаляют, до начала протезирования перекрытия укрепляют временными стойками. Древесину, пораженную грибами, необходимо н е – медленно сжечь, а для усиления рекомендуется воздушносухая или антисептированная древесина.

Усиление стропильных ног и мауэрлатов может быть осуществлено по одному из трех вариантов [16 и 18]: с помощью деревянных накладок на стропильные ноги; прутковыми протезами, как и деревянными балками; посредством накладок и подбалки. Во всех вариантах кровля разбирается захватками, так чтобы работы закончить в течение дня и не замочить перекрытие возможными атмосферными осадками.

Усиление перекрытий можно производить сверху или снизу конструкции: это зависит от высоты и назначения помещения, цели усиления и др.

Перекрытия по металлическим балкам можно усилить снизу путем установки дополнительных опор под балками, связав их, в неизменяемую систему. Более сложно устройство снизу железобетонных сводов. Сверху перекрытие усиливается дополнительным армированием и бетоном. При этом над металлическими или железобетонными балками (рис. 12.10, а, б) производится дополнительное армирование по ширине в обе стороны от балки для восприятия опорных изгибающих моментов.

Железобетонные перекрытия тоже могут быть усилены сверху путем устройства дополнительной железобетонной плиты, как показано выше. Снизу плоские железобетонные перекрытия усиливаются металлическими предварительно-напряженными тяжами, заделанными в опорные части панелей, настилов. Балочные железобетонные перекрытия можно усилить дополнительным армированием и обетонированием балок, но чаще для этого используют шпренгели, располагая их по обе стороны балки,а снизу под балкой стягивая для придания им предварительного напряжения и включения в работу (рис. 12.10, в—г). Поперечное стягивание шпренгелей не так эффективно и приводит к смятию бетона на боковых гранях балки. Автор предложил составные по длине шпренгели с натяжением их в продольном направлении (рис. 12.10, д).

Весьма эффективно усиление балок шарнирно-стержневой цепью (рис. 12.10, е), разработанное Ю. И. Лозовым и Е. Р. Хило [10]. По характеру работы такое усиление является предварительно-напряженным шпренгельного типа. Все соединения усиления выполняются шарнирными, и если тангенсы углов наклона звеньев начиная от середины относятся как 1:3:5 и т. д., то усилия в подвесках и стойках оказываются одинаковыми. В цепи делают три-семь промежуточных узлов в зависимости от пролета балки. Подвески располагаются с разных сторон балки и соединяются снизу планкой. При натяжении всей цепи последней натягивают среднюю подвеску. Иногда требуется несколько попыток для осуществления равномерного, замеренного динамометром усилия натяжения всех подвесок.

Автор предложил улучшить работу такой конструкции путем подведения под подвески швеллера-подкладки, а по концам усиливаемой балки — постановки напряженных хомутов (рис. 12.10, ж). Швеллер-подкладка объединяет работу всех подвесок воедино и устраняет обмятие бетона под отдельными подвесками, а хомуты по концам позволяют усилить балку на перерезывающую силу.

Металлические конструкции усиления перекрытий, в частности тяжи, могут быть скрыты дополнительным потолком, штукатуркой по закрепленной сетке или листами сухой штукатурки. Они могут быть, особенно в производственных помещениях, выкрашены и оставлены открытыми.

Усиление деревянных балок перекрытий

Концы деревянной балки работают в условиях переменного температурно-влажностного режима, и поэтому они разрушаются быстрее, чем другие ее части. Частичное восстановление деревянных балок может быть произведено путем «протезирования» (наращивания). Поврежденные балки могут «протезироваться» лишь после тщательного удалений зараженных участков древесины отпиливанием, оттеской и последующим антисептированием.

Усиление конца балки перекрытия выполняют в такой последовательности. После разгрузки балки в непосредственной близости от опоры вырезают пораженный участок и заменяют его швеллером или спаренными уголками, прикрепляя к деревянной балке болтами. Профиль конструкции и сечение болтов назначают согласно статическим расчетам. Концевой протез из жестких профилей и деревянных накладок применяют в том случае, когда концы деревянных балок у опор поражены гнилью, а также при устройстве новых санузлов, приходящихся на концы балок (рис. 4.35, 4.37). В этом случае можно заменить участки деревянных перекрытий на железобетонные.

Рис. 4.35. Восстановление и усиление деревянных балок с помощью концевых протезов: а — усиление протезом из прокатного профиля; б — усиление протезами пруткового типа; 1 — деревянная балка с обрезкой поврежденного гнилью торца; 2 — обрезки швеллера; 3 — швеллерная балка (по расчету); 4 — сталь круглая

Рис. 4.36. Увеличение несущей способности деревянных балок: а — превращением балки в шпренгельную систему; б — увеличением сечения деревянными накладками;

1 — существующая балка; 2 — пришиваемые доски усиления

Рис. 4.37. Усиление концов деревянных балок: а — боковыми накладками; б — накладками сверху; в — боковыми стальными накладками;

  • 1 вкладыш; 2 — деревянная накладка; 3 — стальная накладка; 4 — болт диаметром 16—18 мм; 5 — металлическая шайба; 6 — гайка; 7— уголок 75×5 мм; 8— хомуты;
  • 9 и 10— накладки из швеллеров; 11 — усиливаемая существующая балка
Читать еще:  Изоспан укладка на перекрытия

Наиболее распространенный дефект чердачных перекрытий — наличие дереворазрушителей в междубалочном заполнении. Обычно пораженный накат находится в зонах систематических протечек кровли в местах расположения ендов, парапетов, вентиляционных шахт, газоходов, канализационных стояков. При остаточных сроках эксплуатации здания свыше 60 лет наиболее целесообразным способом модернизации перекрытия является устройство монолитной железобетонной плиты по верхней полке стальных балок с вывешиванием сохраняемого междубалочного заполнения на вновь устраиваемую плиту через арматурный каркас.

На рисунке 4.35 показано крепление конца балки с помощью протеза. При усилении концов накладками они могут быть прикреплены к балке болтами, гвоздями или хомутами.

При остаточном сроке эксплуатации здания менее 60 лет применяют закрепление междубалочного заполнения к несущим элементам перекрытия через стальной каркас, обтянутый штукатурной сеткой и состоящий из арматурной стали диаметром 10 мм с ячейками размером 100×100 мм. Каркас хомутами крепится к стальным балкам. Для уменьшения поперечного сечения арматуры каркаса и предотвращения его провисания при воспринятой нагрузке от междубалочного заполнения арматурный каркас рекомендуется прикреплять к несущим элементам через 70—75 см, а в середине пролета между балками вывешивать через вновь вводимые подвески. Подвески изготавливают из арматурной стали диаметром 10—12 мм. После монтажа арматурного каркаса потолочную поверхность оштукатуривают. Такой арматурный каркас способен воспринимать нагрузки 30 кН/м 2 , что соответствует нагрузке от междубалочного заполнения перекрытия с накатом из пластин, тепло- и звукоизоляционной засыпки толщиной ПО мм. Этот способ модернизации перекрытий экономичнее по сравнению с полной заменой перекрытий (по стоимости — на 25%, по трудозатратам — на 38%).

Отличительной особенностью деревянных конструкций перекрытий является возможность их обработки непосредственно на стройплощадке, что позволяет при ремонте перекрытий максимально использовать резервы несущей способности.

Балки перекрытия рассчитывают по двум предельным состояниям исходя из максимально допустимой нагрузки, воспринимаемой сечением. Сечение постоянно по длине. Его опорная часть работает в не- донапряженном состоянии, что позволяет производить ремонт балок с меньшими трудозатратами, уменьшая поперечное сечение до определенных пределов.

Устранение зыбкости междуэтажных перекрытий

Наиболее распространенным недостатком деревянных перекрытий в жилых домах постройки 20-х гг. XX в. является повышенная зыбкость, создающая неудобства для проживания и не совсем объективное представление о физическом износе.

Многочисленные жалобы жильцов на появляющиеся в штукатурном слое потолочной поверхности трещины после проведения очередного ремонта приводят к принятию эксплуатирующей организацией решения о необходимости проведения капитального ремонта, направленного на максимальное сокращение физического износа конструктивных элементов перекрытия. В действительности при проведении капитального ремонта выявляется относительно хорошее состояние деревянных перекрытий. Отсутствие четкой классификации дефектов облегченных конструкций и методов их устранения приводит к необоснованным проектным решениям, предусматривающим полную замену перекрытий, не выработавших нормативного срока эксплуатации. Суть данного дефекта заключается в конструктивных недостатках облегченных перекрытий, которые часто не удовлетворяют требованиям по зыбкости.

В практике проектирования определилось решение, которое в значительной степени снижает зыбкость полов и состоит в устройстве дополнительного сплошного черного настила под углом 45° к направлению существующих балок перекрытия. Но выполнение этих работ требует больших трудозатрат.

Заслуживает внимания способ модернизации деревянных перекрытий с повышенной зыбкостью, заключающийся в введении между существующими деревянным балками в распор дополнительного элемента из асбестоцементного швеллера. При выполнении работ частично вскрывают полы в У3 пролета участками шириной 15—20 см, устанавливают на существующие деревянные балки специально изготовленные из листовой стали хомуты-сиделки и заводки в распор дополнительных элементов из асбестоцементных швеллеров. Для обеспечения необходимого распора длина дополнительных элементов принимается равной расстоянию между существующими балками минус толщина стенки одного хомута-сиделки. Данный вариант наиболее экономичен при стоимости и по трудозатратам и позволяет в короткие сроки устранить рассматриваемый дефект перекрытия.

Современный способ усиления деревянных балок в объектах культурного наследия

Рубрика: Архитектура, дизайн и строительство

Дата публикации: 11.06.2019 2019-06-11

Статья просмотрена: 358 раз

Библиографическое описание:

Полякова, Н. А. Современный способ усиления деревянных балок в объектах культурного наследия / Н. А. Полякова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 23 (261). — С. 63-65. — URL: https://moluch.ru/archive/261/60463/ (дата обращения: 09.06.2020).

В статье поставлена цель изучить особенности реконструкции и дальнейшей эксплуатации зданий культурного наследия. В статье рассмотрены области применения и преимущества углеволокна. В результате анализа выявлены задачи внедрения способа усиления зданий КГИОПа при помощи углеволокна.

Ключевые слова: здания КГИОПа, прогиб, деформации, углеволокно, усиление.

В Санкт-Петербурге находится множество зданий дореволюционной постройки. У большинства из этих зданий перекрытие — это деревянная балочная система, которая в большинстве случаев либо никогда не менялась, либо менялась очень давно. В этих зданиях проживает огромное количество людей, а значит вопрос усиления перекрытий является всегда актуальным.

Плохое состояние балочной конструкции происходит вследствие повреждения целостности древесины. Перепады температуры, влажности, вредоносное действие жуков короедов приводит к деформированию балки перекрытия.

Под тяжестью собственного веса, а также постоянной и переменной нагрузки балки могут достигать предела допустимого нормами прогиба. Если прогиб находится в пределах 1:300, то значение прогиба считается нормальным, но если показатели больше, то балку усиливают.

Часто требуется сделать из чердака мансарду или жилое помещение, тем самым увеличится и постоянная нагрузка, и временная, и тогда автоматически требуется увеличить сечение деревянных несущих конструкций.

Приступать к восстановлению деревянных конструкций следует только после проведения детального инженерно-технического обследования здания. В процессе обследования изначально следует выявить особо опасные дефекты, которые могут привести к обрушению, а именно:

  1. сильное поражение от жизнедеятельности дереворазрушающих грибов и насекомых;
  2. растрескивание ответственных частей конструкции;
  3. разрывы растянутых элементов (поясов, раскосов, стоек и т. д.);
  4. деформации изогнутых элементов.

При незначительных биологических повреждениях древесину, сохранившую прочность, следует очистить от грибковых налетов до здоровых слоев и тщательно обработать антисептиками с последующим усилением.

Древесину, в значительной степени утратившую свои нормальные физико-механические свойства, необходимо удалить, при этом удаляется не только явно разрушенная древесина, но и прилегающая к ней на расстоянии до 0,5 м здоровая на вид [1].

Рассмотрим основные способы усиления деревянных конструкций.

Усиление деревянными накладками

Данный способ является наиболее распространенным. Он достаточно прост в исполнении, и не требует больших навыков от рабочих, совершающих установку накладок.

Накладки применяются при повсеместном, но не очень сильном повреждении древесины. Устанавливаются они с двух сторон бруса, или сверху и снизу, или по бокам, но по всей длине. Сначала все части плотно затягиваются друг к другу, а затем насквозь скрепляются. Особое внимание уделяют обработке поврежденной балки и накладок противогрибковым раствором.

Рис. 1. Усиление балки деревянными накладками

Усиление пролетов металлическими накладками (пластинами)

Также вместо деревянных накладок можно использовать стальные. Металл перед установкой следует обработать антикоррозионным раствором.

Монтаж пруткового протеза

Очень часто происходит так, что конец балки сгнивает особенно сильно, тогда ту часть обрезают и ставят на место её прутковый протез, выполненный из двух спаренных металлических ферм малого сечения (10–25 мм).

Длина протеза должна быть на 10 % больше двойной длины сгнившего конца балки, но не более 1,2 м.

Усиление балок шпренгельными затяжками

Также распространено усиление деревянных балок шпренгельными затяжками. Это металлическая система из стержней, закрепленных снизу балки, она не позволяет балке прогнуться, более чем на нормируемую величину.

Изменение условий работы конструкций

Данный способ применяется, при условии возможности установки дополнительных раскосов и стоек, которые улучшают работу конструкции, но занимают большое количество пространства.

Но задача усиления усложняется, когда конструкции здания относятся к объектам культурного наследия. Обязательное условие при этом — максимально возможная сохранность существующих конструкций, их внешнего вида. Обеспечить эти требования, при условии сохранения или увеличения несущей способности, возможно путем их армирования с использованием полимерных композитных материалов, а именно — наклеиваемые тканые материалы.

Усиление углеродным волокном является современной технологией. Представляет собой наклеивание стольких слоев углеволокна, с помощью эпоксидной смолы, сколько потребуется для обеспечения требуемых показателей жесткости.

Рис. 2. Усиление деревянной балки углеволокном

Целесообразность применения углеволокна при усилении существующих конструкций обусловлена несколькими факторами. Главный из них — это высокие прочностные характеристики, которые могут компенсировать выявленные пороки и повреждения в деревянных конструкциях.

Второе достоинство полимерных композитов состоит в их относительно малой плотности, что позволяет не увеличивать габариты и нагрузку на фундамент при усилении.

Третье достоинство — это высокая устойчивость к воздействию химически агрессивных сред, которая позволяет применять углеволокно в аквапарках, бассейнах, складах минеральных удобрений и солей.

К преимуществам полимерных композитов относится и сравнительно простой их монтаж, что важно при производстве работ на конструкции, находящейся в проектном положении и при ограниченном доступе к ней [2].

Но сдерживающим фактором расширения усиления полимерными композитами можно считать отсутствие нормативной базы и специальных руководств по проектированию, а также недостаточный объем исследований в этом направлении.

Подводя итоги можно сказать, что за годы исследований было разработано и внедрено в строительную практику множество вариантов усиления деревянных конструкций, однако, многие из них связаны с изменением статической схемы, они оказывают существенное влияние на эстетический вид конструкции и уменьшают полезное пространство в помещении. Часто это является нежелательным, а при усилении конструкций культурного наследия — недопустимым. Поэтому в таких случаях целесообразно усиление армированием, которое позволяет значительно повысить несущую способность и жесткость деревянного элемента без изменения его внешнего вида, а именно углеродное волокно.

  1. Погорельцев А. А. Высокомодульные материалы, используемые в массивных клеедощатых конструкциях / А. А. Погорельцев, С. Б. Турковский, В. О. Стоянов // Современные строительные конструкции из металла и древесины: сб. научных трудов. — Одесса.- 2015. — С.106–109.
  2. СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стандартинформ, 2015. — 56с.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector