Способ усиления строительных конструкций

(51)7 04 23/02 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(76) Дымов Валерий Борисович Каверин Игорь Юрьевич(54) СПОСОБ УСИЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ(57) Изобретение относится к строительству, а именно к способам сейсмического усиления строительных конструкций путем формирования слоя монолитного железобетона на усиливаемой конструкции. В усиливаемом элементе строительной конструкции выполняют в необходимом количестве сквозные отверстия. Выполняют работы по дополнительному армированию усиливаемого элемента. В сквозных отверстиях размещают соединительные стержни с выпусками на одну или две стороны усиливаемого элемента. Стержни фиксируют в проектном положении с помощью упорных шайб, взаимодействующих со стержнями, и закрепляют выпуски стержней с дополнительной арматурой. На выпусках стержней закрепляют также одну или две наружных опалубки. После этого одновременно заполняют бетонной смесью сформированное межопалубочное пространство и сквозные отверстия. Кроме того, между наружной опалубкой и поверхностью усиливаемого элемента размещают распорки из несжимаемого материала. Способ повышает сейсмостойкость усиливаемой строительной конструкции и может быть использован при сейсмическом усилении конструкций, не имеющих внутреннего армирования. Способ позволяет наращивать на усиливаемые элементы строительных конструкций одно- или двухсторонний слой монолитного железобетона практически любой, наперед заданной толщины. 9844 Изобретение относится к строительству, а именно к способам сейсмического усиления строительных конструкций путем формирования слоя монолитного железобетона на усиливаемый элемент. Известен способ ремонта и реконструкции панельных зданий (патент России 2086742, кл. 04 23/02), использующий метод торкретирования. В соответствии с этим способом, включающим очистку подлежащей ремонту поверхности, смачивание и нанесение бетонной смеси методом торкретирования, производят очистку всей фасадной поверхности зданий, полостей стыков, обнажают арматуру в стыках, крепят к ней и поверхностям панелей обвязочный металлический каркас и арматурную сетку и наносят торкрет-бетон с предварительной защитой дверных и оконных проемов. Согласно данному способу, основанному на применении метода торкретирования, наносить на усиливаемые элементы здания слой монолитного железобетона можно толщиной не более 3 -5 сантиметров. По этой причине известный способ не может быть использован при сейсмическом усилении строительных конструкций с расчетной толщиной слоя монолитного железобетона, превышающей данное значение. Другой недостаток известного способа обусловлен необходимостью послойного нанесения бетонной смеси (в соответствии с сущностью метода торкретирования) с обязательной промежуточной выдержкой для надежного схватывания предварительно нанесенной бетонной смеси во избежание образования технологического брака. Поскольку в методе торкретирования невозможно применение вибрационного уплотнения бетонной смеси для получения на поверхности усиливаемой конструкции монолитного бетона необходимой прочности, вынужденно применяют бетонные смеси более высокого качества с пластификаторами. Это ведет к неоправданному удорожанию известного способа. Недостатком известного способа является также то, что при завершении работ по усилению строительных конструкций необходимы дополнительные работы по выравниванию поверхностей со слоем торкрет- бетона. Это удорожает известный способ усиления, тем более, что работы по выравниванию поверхностей в основном базируются на использовании ручного труда. Известен способ восстановления растрескавшихся или отслоившихся участков железобетонного сооружения (патент Японии 6 084 688 кл. Е 0423/02 ), в соответствии с которым усиление железобетонного сооружения осуществляют наращиванием монолитного железобетона на поврежденную поверхность путем подачи бетонной смеси под давлением в сформированное межопалубочное пространство. При этом в качестве внутренней опалубочной поверхности используют поверхность усиливаемого железобетонного сооружения. Наружную опалубку подвешивают на нижних концах стержней, верхние концы которых с помощью крюков подвешивают к арматурным стержням, открытым на растрескав 2 шемся или отслоившемся участке железобетонного сооружения, нуждающегося в усилении. Основной недостаток известного способа - это низкая сейсмостойкость усиливаемого железобетонного сооружения. Указанный недостаток обусловлен тем, что стержни с крюками, выполняющими также функцию дополнительного армирования для обеспечения механической связи между усиливаемым сооружением и наращиваемым слоем монолитного железобетона,крепят к арматурным стержням усиливаемого сооружения. Такой прием закрепления дополнительной арматуры не обеспечивает совместной работы усиливаемого сооружения и контактирующего с ним слоя монолитного железобетона при воздействии на сооружение динамических нагрузок, например, сейсмических, в требуемом диапазоне их интенсивностей. Это обусловлено тем, что существующая в усиливаемом железобетонном сооружении арматура рассчитана на восприятие вполне определенных динамических воздействий, обусловленных функциональным назначением усиливаемого сооружения. Находящийся с ним в контакте через стержни с крюками слой монолитного железобетона при сейсмическом воздействии будет дополнительно нагружать элементы существующей арматуры инерционными силами, пропорциональными массе слоя монолитного железобетона и возникающими ускорениями. Дополнительные динамические нагрузки,обусловленные силами инерции, воздействующими на участки существующей арматуры в местах закрепления стержней с крюками, ведут к деформации существующей арматуры, отрыву ее от бетона, либо- к повреждению арматуры, что снижает несущую способность усиливаемого сооружения. Ситуация усугубляется, если крюки стержней соединяют с соответствующими арматурными стержнями с помощью, например, электросварки. Качество металла в области сварки не будет соответствовать качеству исходного металла арматуры механические свойства металла при сварке, как правило, ухудшаются. Все это в итоге ведет к снижению сейсмостойкости усиливаемого сооружения, несмотря на попытки его усиления за счет наращивания слоя монолитного железобетона. Описанный выше эффект снижения сейсмостойкости усиливаемого сооружения возрастает с увеличением толщины наращиваемого слоя монолитного железобетона, поскольку с увеличением массы наращиваемого слоя при сейсмическом воздействии возрастают инерционные силы, действующие на существующую арматуру. Другой недостаток известного способа заключается в том, что он применим только для усиления строительных конструкций, содержащих арматуру, и не применим для усиления сооружений, выполненных, например, из камня, бетона, кирпича без армирования. Еще один недостаток данного способа обусловлен тем, что бетонную смесь подают в межопалубочное пространство под давлением, без вибрационного уплотнения, что ведет к расслоению бетонной 9844 смеси. Этому способствует наличие в межопалубочном пространстве усиливаемой конструкции дополнительной арматуры, которая препятствует равномерному распределению в заполняемом объеме крупной фракции, входящей в состав бетонной смеси. При этом более подвижная составляющая (цементное молочко с песком) будет преимущественно проникать в периферийные области межопалубочного пространства. В результате формируемый слой монолитного железобетона окажется неоднородным по структуре, а значит и по прочностным свойствам. Эффект расслоения бетонной смеси без вибрационного уплотнения возрастает при вертикальном расположении межопалубочного пространства . Все это ведет к снижению сейсмостойкости усиливаемого сооружения. Технический результат изобретения - повышение сейсмостойкости усиливаемой строительной конструкции. Технический результат достигается тем, что в способе усиления строительных конструкций путем наращивания слоя монолитного железобетона на усиливаемый элемент строительной конструкции,включающем установку дополнительной арматуры,установку наружной опалубки на усиливаемый элемент строительной конструкции, заполнение межопалубочного пространства бетонной смесью и демонтаж опалубки по мере достижения бетоном распалубочной прочности, в усиливаемом элементе строительной конструкции выполняют в необходимом количестве сквозные отверстия, размещают в их неизвлекаемые соединительные стержни с выпусками на одну или две стороны усиливаемого элемента, скрепляют выпуски соединительных стержней с дополнительной арматурой, после чего на выпусках соединительных стержней монтируют одну или две наружные опалубки, затем одновременно заполняют сформированное межопалубочное пространство и сквозные отверстия бетонной смесью. Кроме того, соединительные стержни фиксируют в проектном положении при помощи упорных шайб, а между наружной опалубкой и поверхностью усиливаемого элемента закрепляют распорки из несжимаемого материала. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена процедура выполнения способа,на фиг. 2 - узел крепления соединительного стержня с использованием съемной упорной шайбы. Способ позволяет осуществлять как одностороннее, так и двухстороннее наращивание на усиливаемые элементы строительных конструкций слоя монолитного железобетона практически любой, наперед заданной толщины. Для выполнения способа не требуется обнажение существующей в усиливаемом элементе арматуры. Способ можно выполнять без прекращения эксплуатации усиливаемого здания и остановки расположенного в здании технологического оборудования. Способ осуществляют следующим образом (фиг. 1). В усиливаемом элементе 1 строительной конструкции выполняют сквозные отверстия 2 без повреждения существующей арматуры. Сквозные отверстия 2 выполняют известными способами с помощью известных технических средств. Со стороны наращивания слоя монолитного железобетона на усиливаемом элементе выполняют работы по дополнительному армированию, которое осуществляют в соответствии с результатами расчета строительной конструкции на сейсмостойкость, по известным методикам. На фиг. 1 дополнительная арматура 3 показана условно. В сквозные отверстия 2 устанавливают соединительные стержни 4, концевую часть которых оснащают несъемными 5 шайбами. Шайбы 5 соединяют со стержнями 4, например, при помощи электросварки заранее, на этапе выполнения подготовительных работ. В качестве соединительных стержней 4 используют, например, арматурные прутки диаметром 8-10 миллиметров круглого или периодического профиля. Длину соединительных стержней 4 выбирают с учетом образования выпусков на одну или обе стороны усиливаемого элемента 1. При одностороннем наращивании монолитного железобетона выпуски 6 соединительных стержней 4 формируют со стороны планируемого наращивания. Выпуски 6 скрепляют с элементами дополнительной арматуры 3 известными способами, с помощью известных технических средств (например, электросваркой), при этом положение стержней 4 фиксируют в центральной области сквозных отверстий 2. После этого закрепляют в проектном положении распорки 7 из несжимаемого материала, например,из обрезков арматуры необходимой длины. Распорки 7 прикрепляют к элементам дополнительной арматуры 3, например, при помощи электросварки. При выполнении этой процедуры распорки 7 концентрируют вблизи сквозных отверстий 2. На выпусках 6 соединительных стержней 4 монтируют основную наружную 8 опалубку, которую в процессе монтажа прижимают к распоркам 7 и фиксируют ее в проектном положении с помощью штатных опалубочных замков 9 известной конструкции, например,с помощью клиновых замков, которые на фиг. 1 показаны условно. Распорки 7 предотвращают деформацию опалубки 8 при фиксировании ее в проектном положении. Внутренней опалубкой является поверхность усиливаемого элемента 1. По завершении монтажа основной 8 наружной опалубки сформированное основное 10 межопалубочное пространство заполняют бетонной смесью, используя известные технологические приемы и технические средства. Одновременно выполняют вибрационное уплотнение бетонной смеси, выполняемое с помощью известных технологических приемов и технических средств. В процессе заполнения межопалубочного пространства 10 бетонной смесью последняя за счет вибрационного уплотнения проникает в сквозные 2 отверстия (на фиг. 1 показано стрелками) на всю их глубину, чем в дальнейшем обеспечивается анкеровка соединительных стержней 4 в усиливаемом эле 3 9844 менте 1 строительной конструкции. В процессе заполнения сквозных 2 отверстий бетонной смесью ее продвижение ограничивается упорными 5 шайбами. По мере достижения бетоном распалубочной прочности основную 8 опалубку демонтируют, после чего выполняют необходимые отделочные работы. Для уменьшения объема таких работ на стадии выполнения сквозных 2 отверстий в усиливаемом 1 элементе подготавливают технологические 11 углубления под упорные 5 шайбы. В случае наращивания двухстороннего слоя монолитного железобетона на усиливаемый элемент 1 на этапе выполнения подготовительных работ длину соединительных стержней 4 выбирают с учетом образования основного 6 и дополнительного 12 выпуска на вторую сторону усиливаемого 1 элемента . Выполняют необходимые работы по формированию основного 10 межопалубочного пространства. Затем формируют дополнительное 13 межопалубочное пространство, закрепляя дополнительную 14 наружную опалубку на дополнительных 12 выпусках соединительных стержней 4. При этом выполняют необходимые работы по дополнительному армированию и формированию единого армокаркаса для основного 10 и дополнительного 13 межопалубочных пространств (на фиг. 1 не показано). Соединительные стержни в этом случае связывают элементы дополнительного армирования основного и дополнительного межопалубочных пространств. Дополнительная 14 наружная опалубка и элементы ее крепления на фиг. 1 изображены пунктиром. Сформированное основное 10 и дополнительное 13 межопалубочные пространства заполняют бетонной смесью с заданными характеристиками, одновременно выполняют вибрационное уплотнение бетонной смеси. При таком выполнении способа формирование основного и дополнительного слоя монолитного железобетона осуществляют одновременно, за один технологический цикл. По достижении бетоном распалубочной прочности демонтируют основную 8 и дополнительную 14 наружные опалубки, после чего выполняют необходимые отделочные работы. Для уменьшения расхода металла (за счет несъемных 5 соединительных шайб), а также снижения трудозатрат на подготовительные работы, способ может быть реализован с применением съемных 15 упорных шайб (фиг. 2), используемых в технологическом процессе многократно. Съемные 15 упорные шайбы так же, как и несъемные 5 шайбы, необходимы для закрепления соединительных стержней 4 в проектном положении после размещения их в сквозных 2 отверстиях. Съемные 15 упорные шайбы фиксируют в проектном положении на соединительных стержнях 4 с помощью штатных опалубочных замков 9. При выполнении способа с односторонним наращиванием слоя монолитного железобетона технологический процесс завершают демонтажом основной 8 наружной опалубки, после чего со свободных концов стержней 4 снимают замки 9 и шайбы 15 для повторного использования. При выполнении способа с 4 двухсторонним наращиванием монолитного железобетона на усиливаемый элемент длину соединительных стержней выбирают из расчета формирования еще и дополнительных 12 выпусков. В этом случае способ выполняют за два технологических цикла. В течение первого технологического цикла выполняют необходимые процедуры по формированию на усиливаемом элементе основного слоя монолитного железобетона. По завершении первого технологического цикла демонтируют основную 8 наружную опалубку и замки 9 с 15 шайбами, которые снимают с дополнительных 12 выпусков соединительных стержней 4. После этого приступают к выполнению второго технологического цикла - выполнению работ по изготовлению дополнительного слоя монолитного железобетона. При этом выполняют работы по формированию дополнительного 13 межопалубочного пространства с одновременным выполнением работ по дополнительному армированию (на фиг. 2 не показано). Дополнительное 13 межопалубочное пространство формируют с помощью основной 8 наружной опалубки, закрепляемой на дополнителтых 12 выпусках соединительных стержней 4. Новое проектное положение основной 8 наружной опалубки, а также элементы ее крепления на фиг. 2 показаны пунктиром. Подготовленное таким образом дополнительное 13 межопалубочное пространство заполняют бетонной смесью. Одновременно выполняют вибрационное уплотнение бетонной смеси. После достижения бетоном распалубочной прочности основную 8 наружную опалубку демонтируют,затем выполняют необходимые отделочные работы. При выполнении способа усиления строительных конструкций расчетным путем определяют необходимое количество неизвлекаемых соединительных 4 стержней, размеры несъемных 5 или съемных 15 упорных шайб, а также - расположение сквозных 2 отверстий в усиливаемом элементе 1 строительной конструкции. Исходными предпосылками для такого расчета является, во-первых, обеспечение совместной работы усиливаемого элемента и контактирующего с ним слоя монолитного железобетона при воздействии на строительную конструкцию сейсмических нагрузок. Другой предпосылкой для такого расчета является обеспечение устойчивости наружной опалубки в проектном положении при воздействии на опалубку гидростатических нагрузок от бетонной смеси, подаваемой в межопалубочное пространство. В зависимости от результатов расчета и технологических требований количество соединительных стержней, размещаемых в каждое из сквозных отверстий, может превышать единицу. В этом случае выпуски одного из соединительных стержней в каждом сквозном отверстии используют для закрепления наружных опалубок, а выпуски остальных стержней соединяют с элементами дополнительной арматуры. Поперечное сечение сквозных отверстий выбирают из условия свободного проникновения бетонной смеси на всю глубину отверстий для обеспечения надежной анкеровки соединитель 9844 ных стержней в усиливаемом элементе строительной конструкции. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ усиления строительных конструкций путем наращивания монолитного железобетона на усиливаемый элемент строительной конструкции,включающий установку дополнительной арматуры,установку наружной опалубки на усиливаемый элемент строительной конструкции, заполнение межопалубочного пространства бетонной смесью и демонтаж опалубки по мере достижения бетоном распалубочной прочности, отличающийся тем, что в усиливаемом элементе строительной конструкции выполняют в необходимом количестве сквозные отверстия, размещают в них неизвлекаемые соединительные стержни с выпусками на одну или две стороны усиливаемого элемента, скрепляют выпуски соединительных стержней с дополнительной арматурой, после чего на выпусках соединительных стержней монтируют одну или две наружные опалубки, затем одновременно заполняют сформированное межопалубочное пространство и сквозные отверстия бетонной смесью. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соединительные стержни фиксируют в проектном положении при помощи упорных шайб. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что между наружной опалубкой и усиливаемым элементом размещают распорки из несжимаемого материала.