Восстановление и усиление железобетонных и каменных конструкций

ВОССТАНОВЛЕНИЕ 

И УСИЛЕНИЕ 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ 

И КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

М.В. Яковлева, О.Н. Коткова, B.C. Широков

Рекомендовано Государственным образовательным учреждением

высшего профессионального образования

«Московский государственный строительный университет» (МГСУ)
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по направлению подготовки «Строительство»

по профилю подготовки «Городское строительство»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2022

ИНФРА-М

УДК 624(075.8)
ББК 38.5я73
 
Я47

Яковлева М.В.

Я47 
 
Восстановление и усиление железобетонных и каменных конструк
ций : учебно-методическое пособие / М.В. Яковлева, О.Н. Коткова, 
B.C. Широков. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 191 с. — 
(Высшее образование: Бакалавриат).

ISBN 978-5-00091-703-9 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015341-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107798-6 (ИНФРА-М, online)

Пособие предназначено для поверочных расчетов при оценке остаточ
ного ресурса строительных конструкций и способов восстановления их 
несущей способности при выполнении практических занятий, а также для 
подготовки курсовых и выпускных квалификационных работ.

Рассмотрены основные виды усиления строительных конструкций. 

Приведены примеры расчета различных вариантов усиления с обоснованием их применения.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся 

по направлениям «Городское строительство» и «Экспертиза и управление 
недвижимостью», рекомендуется также при изучении дисциплины «Усиление и реконструкция строительных конструкций зданий и сооружений».

УДК 624(075.8)

ББК 38.5я73

Р е ц е н з е н т ы:

Пучков Ю.М. — кандидат технических наук, доцент кафедры го
родского строительства и архитектуры Пензенского государственного 
университета архитектуры и строительства;

Зубков В.А. — профессор кафедры металлических и деревянных 

конструкций Самарского государственного архитектурно-строительного университета

ISBN 978-5-00091-703-9 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-015341-4 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107798-6 (ИНФРА-М, online)

© Яковлева М.В., Коткова О.Н., 

Широков В.С., 2015

© ФОРУМ, 2015

Введение

Строительные конструкции зданий и сооружений от начала эксплуатации до ее полного завершения проходят несколько этапов.
В пределах каждого этапа (длительностью 15—20 лет) в конструкциях
возникают нарушения, так называемые износовые потери или отказы
в результате внештатных ситуаций, которые требуют проведения восстановительных работ. Завершается каждый этап капитальным ремонтом или реконструкцией, дающей новую жизнь старому строению.
Гражданские здания проходят несколько таких этапов за полный
срок своей жизни (примерно 100—150 лет).
Производственные здания и сооружения изза их быстрого физического и морального износа требуют более частых ремонтновосстановительных работ и обновления оборудования (модернизации).
Нормативный срок службы строений промышленного комплекса составляет менее 100 лет, поэтому после 60—70 лет службы требуются
перестройка, переоборудование, реконструкция или снос (прекращение существования).
Таким образом, для зданий и сооружений любого назначения неотъемлемым видом работ являются разработки предложений по восстановлению или усилению конструктивных элементов на основании
результатов проведенных обследований действительного состояния
строительных конструкций и установление величины их остаточного
ресурса.
В данном пособии в приложениях приведены нормативные сведения, характеризующие материалы конструкций с учетом действующих в настоящее время и ранее используемых СНиПов и ГОСТов для
применения в поверочных расчетах.

Раздел I
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Причины снижения
несущей способности конструкций

Здания и сооружения, эксплуатируемые в настоящее время, в подавляющем большинстве — каменные или железобетонные. Использование несущих конструкций из этих материалов целесообразно
экономически. Они достаточно долговечны, технологичны, отвечают
климатическим требованиям. Между тем, каменная кладка, бетон и
железобетон — это конгломераты, композитные материалы, т. е. материалы весьма неоднородные. При возникновении нарушений начального состояния этих материалов происходят сбои работы конструктивных элементов здания.
Нарушения или повреждения, появляющиеся в материале конструкций строений, являются причиной снижения надежности. Постепенное снижение прочностных качеств происходит под воздействием
внешних (природных и техногенных) и внутренних (функциональных
или технологических) факторов.
Материалы строительных конструкций в процессе эксплуатации
оказываются под влиянием механических нагрузок и физикохимических воздействий окружающей среды, в результате чего происходят
структурные изменения и снижение качества материала.
Начальные дефекты и нарушения способствуют развитию повреждений разного вида, различной степени опасности и надежности, а значит, и степени опасности дальнейшего существования конструкций.
Федеральным законом № 384ФЗ [25] введено понятие «механическая безопасность». Это такое состояние строительных конструк

ций, при котором отсутствует недопустимый риск вследствие разрушения, потери устойчивости или повреждений, приводящих элементы здания в аварийное состояние. Причиной повреждений могут
быть воздействия природного или техногенного вида.
Безопасность эксплуатации зависит от надлежащего содержания
строительного фонда, своевременного проведения осмотров и мониторинга состояния строительных конструкций, окружающей среды,
основания в процессе эксплуатации зданий или сооружений.
Таким образом, в каждый момент «жизни» конструкции ее безопасность будет зависеть от работоспособности материала и характера
воздействий на нее.
Фактическая несущая способность для конкретного элемента
здания в каждый момент зависит от остаточных прочностных и геометрических характеристик. Степень изменения по сравнению с первоначальной несущей способностью зависит от вида и размеров повреждений, а также характера изменения физикомеханических параметров материала.

1.2. Способы восстановления и усиления
элементов зданий и сооружений

Как правило, необходимость в усилении элементов зданий и сооружений вызвана нарушениями условий нормальной эксплуатации,
стихийными бедствиями, возникновением нештатных ситуаций, приводящих к изменениям в основаниях с появлением осадок, трещин и
других деформаций в отдельных конструкциях и в здании в целом.
Существует несколько видов классификаций способов усиления
[6, 9]. Увеличения несущей способности железобетонных конструкций в зависимости от их предназначения возможно добиться тремя
путями:
первый — устройство новых заменяющих или разгружающих
конструкций, когда затруднено использование существующих конст
рукций;
второй — восстановление повреждений конструкций, у которых
несущая способность снизилась в процессе эксплуатации;
третий — повышение несущей способности конструкций, для которых в процессе эксплуатации предусматривается существенное увеличение внешних нагрузок.

1.2. Способы восстановления и усиления элементов зданий и сооружений
5

С точки зрения характера работы способы усиления можно подразделить на две группы: первая — усиления с изменением расчетной
схемы и напряженнодеформированного состояния; вторая — без изменения состояния, когда у элемента сохраняется первоначальное
распределение деформаций по сечению.
К первой группе относятся усиления с введением дополнительных опор, связей, а также предварительнонапряженных элементов
(шпренгели, затяжки, распорки). Во вторую группу входят различные
способы увеличения сечения. Это разного вида обоймы, одностороннее наращивание, шпонки, накладные пояса, заполнение нарушенных зон инъецированием, анкерными связями, восстановление поврежденных поверхностей дополнительными покрытиями. При выборе способа усиления необходимо учитывать минимальные сроки
остановки действующего производства, а также суммарную продолжительность работ, возможность передачи нагрузки на усиленные
конструкции; минимальную трудоемкость работ и квалификацию рабочей силы; технологичность, простоту проводимых работ по усилению с учетом требований производства и техники безопасности; максимальное использование имеющихся в наличии материалов, изделий, механизмов; экономию средств и основных материальных
ресурсов (стали, цемента и др.); надежность и долговечность решений
по усилению с учетом условий эксплуатации объекта и окружающей
среды. Усиление конструкций способами первого направления целесообразно применять при значительной потере конструкцией несущей способности, которую практически нельзя восстановить, или
если по технологическим соображениям не допускается уменьшение
габаритов производственных помещений, или сделать это не позволяет технологическое оборудование.
Существующие конструкции заменяются новыми, воспринимающими на себя всю полезную нагрузку в тех случаях, когда несущая
способность существующих конструкций составляет менее 50 % или
когда несущие конструкции (из бетона, стали) подверглись коррозии
и дальнейший процесс приостановить невозможно (фото 1.2.1). Частичное разгружение элементов, например, при разгрузке плит перекрытий, второстепенных и главных балок, ригелей и пр., применяется в случае, когда с разгружаемой конструкции необходимо снять
только часть полезной нагрузки. Особенностью этого способа является то, что перераспределение усилий в разгружаемой и разгружающей

6
Раздел I. Основные сведения

конструкциях происходит пропорционально их жесткостям, и обязательным условием является их совместная работа.
Любое принятие решения об усилении — непростая задача, так
как не может быть шаблонных решений, ведь каждый случай уникален и имеет свои индивидуальные особенности.

Способы усиления первой группы, например, при постановке
промежуточных жестких и упругих опор, зачастую приводят к изменению расчетной схемы конструкции и требуют проверки расчетом.
Ко второму направлению могут быть отнесены способы усиления, вызванные необходимостью восстановления сооружения или
конструкций в связи с их отказом в период эксплуатации (потеря устойчивости отдельных их элементов, появление трещин, повышение
деформативности) или необходимостью продления срока эксплуатации сооружения, например, при коррозии отдельных элементов. Область применения второй группы способов усиления охватывает элементы надземных и заглубленных конструкций, выполненные из различных материалов.

1.2. Способы восстановления и усиления элементов зданий и сооружений
7

Фото 1.2.1. Аварийная железобетонная балка, замененная разгружающей системой

Третье направление и соответствующие способы усиления связаны с необходимостью увеличения несущей способности конструкций
в связи с возрастанием на них полезных нагрузок или необходимостью усиления сооружения в целом. При этом особое внимание уделяется обеспечению пространственной работы всего здания или сооружения, надежной связи между элементами здания и повышенной
несущей способностью самих элементов, что определяет область их
применения. Разгружающие конструкции представляют собой отдельные балки, плиты или фермы, подведенные под усиливаемую
конструкцию и работающие с ней совместно. Для включения разгружающей конструкции в работу применяется подклинка.
Разгружающие конструкции могут быть выполнены в виде устанавливаемых на средних опорах балок, уменьшающих их пролет и
воспринимающих часть приходящейся нагрузки, или в виде выносных опор (фото 1.2.2). Дополнительные разгружающие элементы при
частичном разгружении могут иметь контакт с существующими конструкциями по всей длине или в отдельных точках. Рассматривать до8
Раздел I. Основные сведения

Фото 1.2.2. Разгружающая конструкция усиления элементов перекрытия с введением дополнительных опор

полнительные разгружающие элементы как конструкцию частичного
разгружения, в отличие от наращивания, следует в случае, если при
их устройстве не обеспечивается по всей длине совместная работа с
усиливаемым элементом.
Частичное разгружение элементов конструкций рекомендуется
применять, когда с разгружаемой конструкции необходимо снять
только часть полезной нагрузки. Если опорные сечения элементов,
воспринимающие нагрузку разгружающих конструкций, не обладают
необходимой несущей способностью или отсутствуют опоры для установки разгружающих конструкций, на колоннах устанавливаются
специальные опорные хомуты (рис. 1.2.1). Они могут быть как железобетонными, так и металлическими.
Перед устройством железобетонных опорных хомутов поверхности колонн и ригелей рекомендуется скалывать на толщину защитного слоя для оголения арматуры. Бетон для опорных хомутов должен
быть на мелком щебне или гравии пластичной консистенции с осадкой конуса, равной 10 см.
При усилении центрально и внецентренно сжатых колонн под
нагрузкой рекомендуется устраивать предварительно напряженные
металлические распорки (рис. 1.2.2), конструкция которых состоит из
двух уголков, связанных между собой приваренными соединительными планками из листового металла. Сверху и снизу уголков распорки
привариваются специальные планки, с помощью которых распорка
передает нагрузку на упорные уголки при монтаже, натяжении и эксплуатации. Упорные планки распорок выполняются из полосовой
или листовой стали и должны быть не тоньше 15 мм, а по площади
должны соответствовать сечению распорок. Планки выступают за
грани уголков распорок на 100—120 мм. В выпусках предусматриваются отверстия для пропуска монтажных закрепляющих болтов.
Монтаж распорок производят с перегибом их в середине высоты,
для чего в боковых полках уголков необходимо предусмотреть вырезы. Площадь поперечного сечения распорок в этих местах возмещается приваркой специальных планок, которые одновременно используют для установки натяжных болтов.
Для восприятия части нагрузок применяется дополнительная
предварительно напряженная арматура, которая может быть двух типов: в виде прямолинейных стержней, привариваемых к продольной
арматуре усиливаемого ненапряженного элемента, или в виде шпренгельной системы (рис. 1.2.3).

1.2. Способы восстановления и усиления элементов зданий и сооружений
9

Раздел I. Основные сведения

Рис. 1.2.1. Усиление конструкций при помощи опорного хомута