CC BY
99Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
УДК 69.056.52
DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-47-52
Е.Ф. ФИЛАТОВ, начальник строительной лаборатории (iilatovef@.mail.ru), А.В. ИВАНЬКОВ, инженер-строитель-технолог
ООО СЗ УСК «Надежда» (214007, г. Брянск, ул. Бежицкая, 1, к. 11)
Усиление железобетонных изделий крупнопанельных зданий, поврежденных трещинами
При изготовлении, транспортировке и монтаже железобетонных изделий крупнопанельных зданий нередки случаи образования трещин во внутренних стеновых панелях и плитах перекрытий. Анализ повреждений внутренних стеновых панелей и плит перекрытий показал, что во многих случаях, выполняя конструктивные мероприятия, можно восстановить их несущую способность, и обеспечить эксплуатационную надежность. Зачастую по согласованию с проектной организацией строители производят усиление поврежденных железобетонных изделий. Однако при этом они могут принять недостаточно обоснованные конструктивные решения. В одних случаях эти решения выполняются с излишним запасом прочности и требуют большого расхода основных строительных материалов, в других - не являются надежными. Например, при усилении внутренних стеновых панелей, поврежденных трещинами, панели с двух сторон забирают в металлические обоймы. Недостаток такой конструкции - ее высокая стоимость, трудоемкость, а кроме того, утолщение стен из-за обойм уменьшает жилую площадь помещений. Разработка решений по усилению внутренних стеновых панелей и плит перекрытий, которые будут просты, технологичны в исполнении и потребуют минимальных материальных и финансовых затрат, является актуальной и важной задачей. При разработке методов восстановления внутренних стеновых панелей и плит перекрытий потребовалось систематизировать трещины и повреждения по степени опасности, конфигурации, расположению их в изделии, наличию излома в плоскости, и другим признакам. Рассмотренные методы восстановления указанных железобетонных изделий, поврежденных трещинами, прошли опытную проверку на реальных обьектах строительства. Внедрение этих методов при строительстве крупнопанельных зданий в регионах, отдаленных от домостроительных предприятий и связанных с транспортированием изделий на объекты, позволяет сократить материальный ущерб отбраковки железобетонных изделий, вернуть в производство большое количество изделий. Приведены методы усиления железобетонных изделий крупнопанельных зданий, поврежденных трещинами, позволяющие восстановить их эксплуатационные качества. Методы восстановления железобетонных изделий (внутренние стеновые панели и плиты перекрытия), поврежденных трещинами, защищены авторскими свидетельствами и апробированы на практике.
Ключевые слова: железобетонные изделия, трещина, метод усиления, стройиндустрия, крупнопанельные здания.
Для цитирования: Филатов Е.Ф., Иваньков А.В. Усиление железобетонных изделий крупнопанельных зданий, поврежденных трещинами // Жилищное строительство. 2019. № 3. С. 47-52. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-47-52
E.F. FILATOV, Head of Construction Laboratory (filatovef@.mail.ru), A.V. IVANKOV, Engineer-Builder-Technologist OOO SZ USK "Nadezhda" (1, bldg. 11, Bezhitskaya Street, Bryansk, 214007, Russian Federation)
Strengthening of Reinforced Concrete Products of Large-Panel Buildings Damaged by Cracks
When manufacturing, transporting and installing reinforced concrete products of large-panel buildings, cases of the crack formation in internal wall panels and floor slabs are not rare. The analysis of damages of internal wall panels and floor slabs shows that in many cases, carrying out constructive actions, it is possible to restore their bearing capacity, and provide their operational reliability. Often, in agreement with the design organization, builders make strengthening of damaged concrete products. However, at the same time they often take insufficiently substantiated constructive decisions. In some cases, these solutions are performed with an excessive reserve of strength and require a large consumption of basic building materials, in others - they are not reliable. For example, when strengthening the internal wall panels damaged by cracks, panels are taken in a metal casing from two sides. The disadvantage of such a design is its high cost, laboriousness, and in addition, the thickening of the walls due to the clips reduces the living area of the premises. Development of solutions to strengthen the internal wall panels and floor slabs, which will be simple, technological in execution and require minimal material and financial costs - is an urgent and important task. When developing methods of restoration of internal wall panels and floor slabs it is necessary to systematize cracks and damages on degree of danger, a configuration, their arrangement in a product, existence of a fracture in a plane, and other signs. The considered methods of restoration of these reinforced concrete products damaged by cracks have been tested on real objects of construction. The introduction of these methods when constructing large-panel buildings in the regions remote from the house-building enterprises and associated with the transportation of products to the facilities, can reduce the material
Крупнопанельное домостроение
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
damage of rejection of iron-concrete products, return to production a large number of products. The methods of strengthening of reinforced concrete products of large-panel buildings damaged by cracks, making it possible to restore their operational qualities are presented. Methods of restoration of reinforced concrete products (internal wall panels and floor slabs), damaged by cracks, are protected by copyright certificates and tested in practice.
Keywords: reinforced concrete products, crack, strengthening method, construction industry, large-panel buildings.
For citation: Filatov E.F., Ivankov A.V. Strengthening of reinforced concrete products of large-panel buildings damaged by cracks. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 3, pp. 47-52. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-3-47-52 (In Russian).
Известно, что при изготовлении, транспортировании и монтаже сборных конструкций крупнопанельных зданий в них часто образуются трещины как температурно-усадочного, так и силового характера. Наиболее опасны для работы конструкций силовые трещины: развиваясь в результате приложения внешних нагрузок, они могут существенно нарушить условия эксплуатации зданий, снизить их надежность и долговечность и даже привести к аварийным ситуациям [1].
Для этих зданий характерны вертикальные и наклонные сквозные силовые трещины внутренних стеновых панелей и плит перекрытий [2, 3].
Техническое обследование состояния несущих конструкций 9-этажного 6-секционного крупнопанельного дома серии 90 (г. Брянск, мкр. Московский, 69) производилось в связи с тем, что в процессе эксплуатации дома было выявлено образование трещин внутренних стен и плит перекрытий [4-10].
Обследование проводилось путем визуального осмотра конструкций с инструментальными замерами трещин и их расположения.
Основание под домом сложено из песчаных водо-насыщенных грунтов. Мощность слоя свыше 20 м в пойме р. Десна.
Рис. 1. Наклонные трещины отсекают угол панели, не доходя до нижней грани: а — данные обследования; 1 — плита перекрытия; 2—перегородка; 3—трещина с шириной раскрытия 1,5 мм; б — схема усиления по типу I детали
Повреждения (трещины) в конструктивных элементах - панелях внутренних стен и плит перекрытий имеют место в одной из шести секций, в верхних этажах начиная с четвертого. Степень повреждения конструктивных элементов различна. Трещины имеют различные размеры, количество. Степень опасности развития повреждений также различна [1].
Основные типы трещин внутренних стеновых панелей объекта были следующие [1]:
- наклонные трещины отсекают угол панели не доходя до нижней грани (рис. 1) ;
- наклонная трещина пересекает нижнюю грань стеновой панели (рис. 2);
- в панели одна (или две) вертикальные трещины (рис. 3).
Ранее усиление таких конструкций, как правило, выполняли путем усиления всей панели с помощью жесткой металлической рамы из прокатных профилей. Однако, помимо уменьшения полезной площади, такой способ требует значительного расхода металла (до 500 кг на панель), трудозатрат и имеет высокую стоимость (Отчет о научно-исследовательской работе «Разработка неразрушающих методов и средств контроля с целью использования панелей перекрытия с силовыми трещинами производства ДСК-1 на стадиях
Рис. 2. Наклонная трещина пересекает нижнюю грань стеновой панели: а — данные обследования: 1 — трещина шириной раскрытия 2 мм; 2 — трещина шириной раскрытия 2,5 мм; 3, 4, 5 — мелкие трещины; б — схема усиления; деталь усиления трещины 1 по типу II; деталь усиления трещины 2 по типу I, трещины 3,4,5 затереть полимерным раствором
2
в
Научно-технический и производственный журнал
Q
i
■4-
ш
k
А—А
Рис. 4. Усиление панельных внутренних стен: 1 — внутренняя стена; 2 — трещина; 3 — металлическая шпонка; 4 — заделка шпонки полимерцементным раствором [7]
4=Г
20-25
io 0
Рис. 3. Одна-две вертикальные трещины: а — данные обследования: 1 — трещина шириной раскрытия 1 мм; б — решение по заделке — расшить и затереть полимерным раствором
изготовления, монтажа и перед сдачей зданий в эксплуатацию». М.: МИСИ им. Куйбышева, 1988. 66 с.).
В ряде стран, а также в России (в мостостроении) при ремонте различных железобетонных конструкций применяется метод инъекции в трещины клеящих эпоксидных составов [4-14].
Применяется также способ усиления внутренних стеновых панелей при помощи металлических шпонок из листовой стали. В бетонной панели механизированным инструментом устраивают прорези-пазы перпендикулярно трещине, в которые на клеящем вяжущем (эпоксидная смола, полимерцементные растворы) устанавливают соединительные элементы - металлические пластины-шпонки (по расчету), обеспечивающие соединение отдельных частей панели, разделенных трещиной и воспринимающие сдвигающие усилия, возникающие по трещине (рис. 4). После этого прорези и трещину разделывают и затирают цементным раствором. Применяются также конструкции металлических соединительных элементов в виде зигзага [7].
Выбран способ усиления бетонных и железобетонных элементов, поврежденных трещинами, с помощью специальных анкерных узлов усиления, рассчитанный и запатентованный (Авторское свидетельство СССР № 742564. Способ усиления бетонных элементов, поврежденных трещинами / Барков Ю.В., Сендеров Б.В. Заявл. 05.12.1983. Опубл. 30.08.1985. Бюл. № 32) на применение в строительстве крупнопанельных домов различных серий, несущие конструкции которых представляют собой плоские внутрен-
ние стеновые панели и плиты перекрытия сплошного сечения [3, 5]. Эти крепления обеспечивают обжатие частей панелей, разделенных трещинами, и предотвращают дальнейшее их развитие.
Часть трещин с шириной раскрытия до 1-1,5 мм, являющиеся неопасными с точки зрения дальнейшего их развития, заделываются полимерцементным раствором.
При усилении конструкций выполняются следующие работы:
- обследуются повреждения конструкций;
- определяется расчетом количество узлов усиления;
- проект усиления согласуется с проектной организацией;
- производится устройство узлов усиления.
Конструктивное решение узла усиления панельных конструкций, поврежденных трещинами в крупнопанельных домах, заключается в следующем. Вдоль трещины, разделяющей панель на отдельные части, в ряде сечений, перпендикулярных направлению трещины, сверлят симметрично относительно трещины по два сквозных канала под углом 40-50° к плоскости элемента, в которые затем устанавливают металлические стержни, имеющие отгибы на одном конце и резьбу на другом; отгибы стержней соединяют между собой электросваркой, после чего на стержнях с противоположных сторон затягивают гайки. За счет установки стержней с двух сторон обеспечивается равномерное обжатие сечения с трещиной (рис. 4).
Количество устанавливаемых узлов усиления определяется расчетом в зависимости от типа и назначения конструкций, действующих усилий и величины нагрузки с учетом трения вдоль трещины, при коэффициенте трения, принимаемым равным 0,9:
n = 0,15Л Cos а,
где P - расчетная нагрузка, кН; а - угол наклона трещины к вертикали (от 200 до 450); l - длина горизонтальной проекции трещины, м.
а
3
по а—а
Крупнопанельное домостроение
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
по 1-1
а
1
по II-II
2 1 t—/
S
T ^ ~Г
TN S
TN S
Рис. 5. Конструктивное решение способа усиления элементов: а — элемент с трещиной и узлами усиления; б — конструкция одностороннего усиления; в — конструкция двухстороннего усиления; 1 — элемент с узлами усиления; 2 — трещина; 3 — сквозной канал; 4 — металлический стержень усиления; 5 — гнездо; 6 — отгибы стержней, соединенные на сварке; 7 — гайка с шайбой; 8 — сварной шов; S — усилие от натяжения стержня, передаваемого через шайбу; Т — вертикальная составляющая от усилия , воспринимаемая отгибами стержней; N — горизонтальная составляющая, создающая обжатие сечения с трещиной [5]
Узлы усиления могут выполняться либо с одной стороны (одной грани ) элемента, либо с двух сторон. Так, при усилении внутренних стен усиление, как правило, выполняется с двух сторон с некоторым шагом, определяемым количеством узлов и длиной трещины. При усилении перекрытий узлы усиления выполняются с одной стороны с расположением стержней со стороны растянутой зоны плиты.
Количество устанавливаемых узлов соединений при усилении внутренних стеновых панелей определяется из расчета несущей способности одного узла
и величины нагрузки, приходящейся на внутренние стены. Расчетная несущая способность одного узла усиления при работе на сдвиг составляет 5 кН и установлена экспериментально.
Основные типы трещин обследованных плит перекрытий:
- трещины, параллельные короткому пролету;
- трещины, направленные под углом не более 45° к короткому пролету.
Ширина раскрытия трещин не превышала 0,2-0,3 мм. Прогибов плит не отмечено.
Научно-технический и производственный журнал
Направление трещин обследованных плит перекрытий не совпадает с направлением трещин от нагрузки, наблюдаемым при испытаниях таких плит. Дальнейшее их раскрытие либо не происходит, либо оно незначительно, т. е. на прочность и деформатив-ность плит эти трещины практически не влияют даже в тех случаях, когда их начальное раскрытие превышало 0,2 мм и достигало 0,3-0,5 мм. Это дает основание заключить, что образовавшиеся трещины с шириной раскрытия до 0,5 мм не могут быть причиной возникновения опасности аварийного состояния указанных плит перекрытий [2]. Производится перетирка трещин полимерцементным раствором.
Усиление плит перекрытий, поврежденных трещинами, производится в том случае, если величина прогиба в плите перекрытия превышает допустимое значение прогиба (1/200 от расчетного пролета плиты). Если же прогиб плиты больше допустимого, ее усиление производится с предварительным выправлением прогиба. Рекомендуемое усиление для плит перекрытий производится путем устройства узлов усиления, при этом узлы усиления располагаются с одной стороны, т. е. отгибы соединительных стержней в узлах усиления помещаются в растянутой зоне сечения плиты перекрытия [5].
Для разработки мер по восстановительному ремонту необходимо было установить причину повреждений конструкций, чтобы исключить ее воздействие на конструкцию и тем самым предотвратить развитие
Список литературы
1. Барков Ю.В. Натурное обследование и разработка рекомендаций для усиления строительных конструкций 9-этажного крупнопанельного жилого дома серии 90. М.: ЦНИИЭП жилища, 1988. 48 с.
2. Филатов Е.Ф. Теоретические и физические предпосылки применения железобетонных плит перекрытия с технологическими трещинами в жилых домах // Жилищное строительство. 2016. № 3. С. 57-59.
3. Зайцев Ю.В. Новое в строительной науке. М.: Знание, 1986. 57 с.
4. Грязнов М.В., Титанов И.М., Свинцова А.С. Решение проблем эксплуатации крупнопанельных жилых зданий // Новый университет. Серия: Технические науки. 2016. № 1 (47). С. 57-62.
5. Рекомендации по усилению бетонных и железобетонных элементов крупнопанельных зданий, поврежденных трещинами М.: ЦНИИЭП жилища, 1990. 24 с.
6. Сендеров Б.В. Аварии жилых зданий. М.: Строй-издат, 1992. 216 с.
повреждений в дальнейшем [15]. Первоначально панели внутренних стен и плиты перекрытий были поставлены на объект монтажа и смонтированы с небольшими (допустимыми нормативами) трещинами. После сдачи дома в эксплуатацию зимой, в 20 м от секции № 6 начали производиться сваебойные работы на соседнем участке строительства. Было забито около 100 свай. Наличие в этом районе водонасыще-ных песков создавало условия для интенсивной передачи динамических воздействий от ударов молота на соседний жилой дом [16, 17]. Эти воздействия может вызвать колебание одной блок-секции в резонансном режиме, так как частота забивки свай и собственная частота блок-секции примерно находятся в диапазоне 2-3 Гц [1].
Выводы
Существует ряд отработанных методик и практический опыт, что позволяет провести обследование конструкций многоэтажных крупнопанельных домов, выявить дефекты и повреждения конструкций, оценить возможность их дальнейшего развития, разработать мероприятия по восстановлению эксплуатационных качеств конструкций и предотвращению их аварийного состояния. При необходимости восстановление бетонных панелей, поврежденных трещинами, возможно выполнять в заводских условиях непосредственно на предприятиях-изготовителях внутренних стеновых панелей и плит перекрытий.
References
1. Barkov Yu.V. Naturnoe obsledovanie i razrabotka re-komendatsii dlya usileniya stroitel'nykh konstruktsii 9-etazhnogo krupnopanel'nogo zhilogo doma serii 90 [On-site investigation and development of recommendations for strengthening of building constructions of the 9th floor large-panel house of series 90]. Moscow: TsNIlEP zhilishcha, 1988. 48 p.
2. Filatov E.F. Theoretical and physical prerequisites of application of reinforced concrete plates of overlapping with technological cracks in houses. Zhilishch-noe Stroiteistvo [Housing Construction]. 2016. No. 3, pp. 57-59. (In Russian).
3. Zaytsev Yu.V. Novoe v stroitel'noi nauke [New in construction science]. M.: Znanie, 1986. 57 p.
4. Gryaznov M.V., Titans I. M., Svintsov A. S. Solution of problems of operation of large-panel residential buildings. Novyi universitet. Seriya: Tekhnicheskie nauki. 2016. No. 1 (47), pp. 57-62. (In Russian).
5. Recommendations about strengthening of concrete and reinforced concrete elements of the large-panel buildings damaged by cracks: Moscow: TsNIlEP zhilishcha, 1990. 24 p. (In Russian).
Крупнопанельное домостроение
Ц M .1
Научно-технический и производственный журнал
7. Рекомендации по восстановлению бетонных панелей, поврежденных трещинами. М.: ЦНИИЭП жилища, 1987. 20 с.
8. Шилин А.А., Пшеничный В.А., Картузов Д.В. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. М.: Стройиздат, 2007. 181 с.
9. Захаров А.В., Леонтьева М.П. Конструктивные решения крупнопанельных домов нового поколения // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 10. С. 104.
10. Касимов Р.Г., Мизиров А.А., Касимов А.А. Трещины в наружных стенах крупнопанельных зданий. Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры. Материалы Всероссийской научно-методической конференции. 2016. С. 543-549.
11. Айгумов М.М. Устранение зыбкости междуэтажного перекрытия крупнопанельного жилого дома // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2015. № 6. С.53-57.
12. Платонова Н.П. Повреждаемость конструкций цокольной части крупнопанельных зданий серии 1-464вм в г. Якутске // Естественные и технические науки. 2013. № 6 (68). С. 480-484.
13. Беккер В.А., Нарушевич А.Н. Разновидности и повторяемость дефектов и повреждений панельных зданий на основе результатов натурных исследований // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2005. № 8 (560). С. 97-99.
14. Ротштейн Д.М. Оценка надежности железобетонных конструкций крупнопанельных жилых домов из блок-секций 121/14т // Вестник Тюменского государственного архитектурно-строительного университета. 2015. № 2. С. 3-6.
15. Бондаренко В.П., Евтушенко А.И. Причины и анализ повреждений крупнопанельных зданий в период их эксплуатации // Научное обозрение. 2016. № 8. С. 56-63.
16. Бакрышева В.В., Шашкин К.Г., Сахаров И.И. Численный анализ работы горизонтальных стыков элементов крупнопанельных зданий при неравномерных деформациях основания // Геотехника. 2018. Т. 10. № 4. С. 72-82.
17. Юдина Н.П. Ремонт бетонных и железобетонных конструкций методом инъектирования. Прорывные экономические реформы в условиях риска и неопределенности. Сборник статей Международной научно-практической конференции. Самара, 10 января 2016. С. 203-205.
6. Senderov B.V. Avarii zhilykh zdanii [Accidents of residential buildings]. Moscow: Stroyizdat, 1992. 216 p.
7. Recommendations about restoration of the concrete panels damaged by cracks. Moscow: TsNIIEP zhilish-cha, 1987. 20 p. (In Russian).
8. Shilin A.A., Wheaten VA., Kartuzov D.V. Vneshnee armirovanie zhelezobetonnykh konstruktsii kom-pozitsionnymi materialami [External reinforcing of reinforced concrete structures composite materials]. Moscow: Stroyizdat, 2007. 181 p.
9. Zakharov A.V., Leontyeva M. P. Constructive solutions of large-panel houses of new generation. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2016. No. 10, pp. 104. (In Russian).
10. Kasimov R.G., Mizirov A.A., Kasimov A.A. Cracks in external walls of large-panel buildings. University complex as regional center of education, science and culture. Materials of the All-Russian scientific and methodical conference. 2016, pp. 543-549. (In Russian).
11. Aygumov M.M. Elimination of unsteadiness of inter-floor overlapping of a large-panel house. Resursoen-ergoeffektivnye tekhnologii v stroitel'nom komplekse regiona. 2015. No. 6, pp. 53-57. (In Russian).
12. Platonova N.P. Damageability of designs of a socle part of large-panel buildings of a series the 1-464th in Yakutsk. Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2013. No. 6 (68), pp. 480-484. (In Russian).
13. Becker V. A., Narushevich A.N. Versions and repeatability of defects and damages of panel buildings on the basis of results of natural researches. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2005. No. 8 (560), pp. 97-99. (In Russian).
14. Rotstein D.M. Assessment of reliability of reinforced concrete structures of large-panel houses from block sections 121/14t. Vestnik Tyumenskogo gosudarst-vennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2015. No. 2, pp. 3-6. (In Russian).
15. Bondarenko V. P., Yevtushenko A.I. The reasons and the analysis of damages of large-panel buildings during their operation. Nauchnoe obozrenie. 2016. No. 8, pp. 56-63. (In Russian).
16. Bakrysheva V.V., Shashkin K.G., Sakharov I.I. The numerical analysis of work of horizontal joints of elements of large-panel buildings at uneven deformations of the basis. Geotekhnika. 2018. V. 10. No. 4, pp. 72-82. (In Russian).
17. Yudina N.P. Repair of concrete and reinforced concrete structures by an injection method. Breakthrough economic reforms in the conditions of risk and uncertainty. Collection of articles of the International scientific and practical conference. Samara, on January 10, 2016, pp. 203-205. (In Russian).
