4. Усиление кирпичных, каменных и деревянных конструкций зданий
4.2. Основные способы усиления деревянных конструкций зданий [2, 9]
Частичный или полный ремонт деревянных конструкций чаще всего связан с некачественной их защитой от непосредственного увлажнения атмосферными или техногенными водами, плохой термо- и пароизоляцией, отсутствием систематической просушки древесины, неудовлетворительной защитой от гниения и энтомологических разрушителей.
В связи с этим для длительной безопасной эксплуатации деревянных конструкций необходимо создать вокруг них соответствующие температурно-влажностные условия. Если это невозможно по технологическим или другим соображениям, деревянные конструкции следует тщательно обработать ядохимикатами, т.е. антисептировать.
Антисептирование производят в весенний или летний период, так как в это время личинки жучков подходят к поверхности пораженной древесины и обеспечивается просушивание деревянных конструкций. Антисептики в виде водных растворов применяют для тех деревянных конструкций, которые защищены от увлажнения и вымывающего воздействия воды. Антисептические пасты используют для защиты деревянных конструкций, которые эксплуатируются в условиях повышенной влажности.
Деревянные элементы, подлежащие сплошной окраске (окна, двери, чистые полы), не антисептируются. При влажности окружающей среды до 25 %, отсутствии опасности увлажнения или обеспечении быстрого высыхания конструкций применяют нормальное (одноразовое) антисептирование, при более сложных условиях эксплуатации — повышенное (удвоенное).
Защита деревянных конструкций от возгорания осуществляется специальными огнезащитными составами — антипиренами. В огнезащитные составы могут добавляться антисептики, которые не снижают огнезащитных свойств состава и позволяют осуществить комбинированную защиту деревянных конструкций от возгорания и гниения.
Наиболее уязвимыми местами загнивания деревянных конструкций являются опорные узлы и крепления. Устранение загнивания достигается прокладками из рубероида, антисептированием древесины, созданием условий, не допускающих увлажнения древесины. Подтягивание болтов соединений, тяжей, затяжек, стяжных муфт производится при обнаружении провисания, неравномерности натяжения отдельных элементов и при уменьшении жесткости деревянных конструкций.
При поражении гнилью опорных частей отдельных балок перекрытий взамен обрезанного сгнившего конца устанавливают две накладки из досок, сечение которых определяется расчетом и должно быть несколько больше, чем сечение существующей балки (рис. 4.15).
Рис. 4.15 Усиление балок перекрытия прутковыми протезами: 1 — прутковый протез; 2 — усиливаемая балка; 3 — вкладыш; 4 — соединительные элементы
При большом объеме повреждений применяют прутковые протезы, которые изготовляют заранее в мастерских. Длину протезов принимают на 10 % больше двойной длины обрезанного конца балки. Опорные части выполняют из швеллеров (№ 20-30 — для балок междуэтажных перекрытий, № 12-16 — для чердачных перекрытий).
Для установки прутковых протезов под дефектные балки подводят временные опоры, разбирают деревянное перекрытие по ширине на 75 см снизу и на 1,5 м сверху от стены, спиливают поврежденный участок балки по длине примерно на 0,5 м, заводят протез в опорную нишу и скрепляют его с балкой гвоздями (рис. 4.16).
Новую древесину должны применять в воздушно-сухом состоянии, а также обрабатывать огнезащитными составами и антисептиками.
При повышенных нагрузках на перекрытие в деревянных балках появляются продольные трещины в средней зоне. Аналогичные трещины могут возникнуть и при усушке древесины.
При незначительных дефектах деревянных перекрытий их ремонт осуществляют протезированием, наращиванием сечения балок, частичной заменой черного или чистого пола. Протезирование применяют при поражении гнилью или жучками небольших участков балок, оно заключается в аккуратном вырезании дефектного участка и установкой на гвоздях (болтах) новой древесины. Места усиления должны быть соответствующим образом антисептированы.
При усилении наращиванием сечение балки увеличивается накладками расчетного сечения по всей длине или на части пролета. Усиливаемые элементы крепят к существующей балке гвоздями или болтами.
Рис. 4.16 Усиление балок перекрытия прутковыми протезами: 1 — прутковый протез; 2 — усиливаемая балка
При достаточной толщине перекрытия усиление до деревянных балок может быть осуществлено с помощью надбалок или подбалок, которые крепят к усиливаемой балке с помощью вертикальных болтов. Усиленные концы балок междуэтажных перекрытий антисептируют и заделывают в стены наглухо, в чердачных перекрытиях балки оставляют открытыми сверху, утепляя их эффективным материалом. Элементы усиления должны быть изолированы от каменной кладки (бетона) прокладкой из толя или рубероида.
При значительных дефектах деревянных балок рекомендуется преобразование их в шпренгельные фермы, в балки составного сечения или полная замена путем установки рядом с поврежденной балкой новой.
Ремонт деревянных покрытий, как правило, связан с расстройством узловых соединений (появлением трещин в местах концентрации напряжений), обнаружением продольных трещин в стропильных конструкциях из-за усушки древесины или перегрузки кровли, гниением деревянных конструкций из-за плохого проветривания, замачивания, некачественного антисептирования и т.п. Чаще всего гниению подвержены мауэрлат и участки стропильных ног, примыкающих к нему. При перегрузке кровли появляются также расслоения древесины в стропилах в местах крепления затяжки.
Реконструкция кровли требуется при замене более, легкого кровельного покрытия (например, кровельного железа) на более тяжелое (асбестоцементные листы). В этом случае, как правило, необходимо увеличить уклон стропил и их сечение.
Усиление стропил при незначительных повреждениях гнилью осуществляют протезированием или наращиванием. При необходимости увеличения уклона устанавливают новые стропила, которые соединяют с существующими стойками и подкосами (рис. 4.17). При наличии средней стены увеличения несущей способности стропил можно добиться установкой дополнительных подкосов, а в случае ее отсутствия — второй по высоте затяжкой или шпренгелем.
Рис 4.17. Усиление деревянных стропил: 1 — усиливаемые стропила; 2 — новые стропила; 3 — подкос; 4 — шпренгель
Продольные трещины в стропилах стягивают металлическими хомутами на болтах.
Усиление деревянных стропильных ферм всех типов осуществляют различными способами с учетом характера обнаруженных дефектов:
— при загнивании опорных концов ферм вырезают опасный участок, заменяя его протезами;
— при недостаточной несущей способности стыка нижнего пояса (растянутого раскоса) устраивают дополнительные накладки или растянутые тяжи между узлами ферм;
— при потере устойчивости верхнего пояса или сжатых элементов решетки устанавливают дополнительные связи или увеличивают сечения элементов, прикрепляя к ним с помощью болтов или гвоздей дополнительные бруски или доски.
Усиление деревянных арок и рам зависит от вида конструкции и характера обнаруженных дефектов. Наиболее простым способом усиления гнутых арок из нескольких слоев досок, соединенных на гвоздях, является устройство обшивки из двух слоев досок, которые крепятся к вертикальным поверхностям арок также на гвоздях. Кружальные арки усиливают постановкой рядом со старой аркой новой из косяков и скреплением их гвоздями или болтами. Гнутые арки можно усилить, превратив их в металлодеревянные фермы (рис. 4.18).
К распространенным дефектам в дощато-гвоздевых и клеефанерных рамах является выпучивание их нижних поясов в карнизных узлах. После разгрузки рам нижние пояса выправляют и усиливают постановкой парных накладок или нашивкой фанерных диагональных фасонок. Усиленные сжатые пояса смежных рам должны быть раскреплены связями. Нижние растянутые пояса рам усиливают парными накладками или металлическими тяжами.
Рис. 4.18 Усиление гнутых арок: 1 — затяжка; 2 — ферма усиления
Тонкостенные пространственные деревянные своды-оболочки усиливают пришивкой по поверхности купола дополнительного кольцевого настила из реек или постановкой изнутри ребер жесткости. Ребра усиления должны упираться в нижнее растянутое кольцо из стали и в верхнее сжатое кольцо из деревянных кружальных косяков. Таким образом, тонкостенный купол-оболочка превращается в ребристый купол. Загнившую на небольших участках дощатую обшивку сводов заменяют новой.
Во многих случаях эффективными мероприятиями по усилению поврежденных стоек, балок, ферм при наличии опасных трещин, разрывов, гнили, значительных прогибов являются установка дополнительных стальных или деревянных накладок на болтах, применение стальных шпренгелей или дополнительных опор. Сильно поврежденные конструкции, если позволяют условия, заменяются на новые.
Временное усиление поврежденных конструкций деревянными элементами (рис. 4.19) при аварийном состоянии строительных конструкций и возможность их обрушения производят установкой:
— подкрепляющих стоек из бревен и брусьев при высоте до 6,5 м (рис. 4.19 а);
— пространственных опор из бревен и брусьев, при высоте более 6,5 м (рис. 4.19 б).
Рис. 4.19 Временные крепления поврежденных конструкций: а — в виде стоек; б — пространственной опоры; в, г — подкосов для стен; 1 — конструкция; 2 — временная подпорка-стойка из бревна; 3 — клинья; 4 — пространственная опора; 5 — подкосы из бревен диаметром 16-20 см; 6 — прокладка диаметром 16-20 см; 7 — лежень диаметром 18-22 см; 8 — упорный столб диаметром 18-22 см; 9 — крепежный штырь
Передача нагрузки от конструкции производится с помощью подкладок с обязательным подклиниванием стоек. В одиночных и двойных стойках подклинивание производится под низ стойки, а в пространственных клинья ставят между верхом стойки и подпираемой конструкцией.
Крепление стен по схеме рис. 4.19 в, применяется при высоте стен до 6 м, а по схеме рис. 4.19 г — при высоте 6-12 м.
Усиление деревянных конструкций (рис. 4.20) при частичном разрушении древесины подрезами, смятиями под шайбами болтов, разрывами, сколами, гнилью осуществляется с помощью дополнительного крепления гвоздями или болтами досок, брусьев, накладок, швеллерных профилей.
Рис. 4.20 Усиление деревянных прогонов и стоек: а — с помощью швеллерных профилей; б, в — с помощью накладок; г — с помощью досок или брусьев; 1 — скрепляющие болты; 2 — швеллер; 3 — накладка; 4 — доски (брусья); д — стойка с разрушенным основанием; 5 — трещины; ж — пристыковка нового основания стоек с помощью врубки вполдерева; е — заключение основания стойки в обойму из швеллерных профилей
Разрушенное гнилью основание стоек отрезают и пристыковывают новое с помощью врубки «вполдерева». При наличии опасности повторного гниения основание заключают в обойму из швеллерных профилей.
Усиление узлов деревянных конструкций (рис. 4.21) производят следующим образом:
— при разрушении опоры балки, находящейся в кладке и гнили, осуществляется с помощью наращивания поврежденного конца стальными уголками или швеллерными профилями (рис. 4.21 а);
— при образовании трещин в опорном узле врубки зубом и в стыковом узле балок при наличии поперечной силы — укреплением скрепляющими болтами (рис. 4.21 б, в).
Рис. 4.21 Усиление узлов деревянных конструкций: а — опоры балки; б — опорного узла врубки; в — стыкового узла балок; 1 — кладка; 2 — стальные уголки усиления; 3 — скрепляющие болты; 4 — балка; 5 — трещина
Источник
Способы и средства усиления деревянных конструкций
При реконструкции зданий с деревянными конструкциями (в основном междуэтажные перекрытия зданий старой застройки и стропильные крыши) часто возникает необходимость усиления отдельных элементов или конструкции в целом.
Снижение прочности деревянных конструкций связано с неудовлетворительной их эксплуатацией, допускающей увлажнение древесины при отсутствии защиты от гниения и вредителей. На ранней стадии обнаружения дефектов бывает достаточно изменить условия эксплуатации: создать для деревянных конструкций соответствующий температурно-влажностный режим (исключение попадания атмосферных и технологических вод, систематическое проветривание и просушка, качественная термо- и пароизоляция) или тщательно обработать древесину антисептиками.
При необходимости восстановления или увеличения прочности (жесткости) деревянных элементов их усиление выполняют заменой части разрушенного элемента, а также увеличением поперечного их сечения.
Частичная замена древесины в сечении заключается в вырезании дефектного участка, антисептировании древесины в местах усиления и последующей плотной установке новой древесины (рис. 16.1). Совместная работа старой и новой древесины в сечении обеспечивается болтовым, гвоздевым, нагельным соединением или приклеиванием.
Рис. 16.1. Усиление деревянных элементов частичной заменой древесины в сечении:
1 – усиливаемый элемент, 2 – накладки из новой древесины, 3 – болты (гвозди)
Для усиления растянутых и изгибаемых деревянных элементов применяется стержневая арматура, которая вклеивается в специально подготовленные продольные пазы. Стальные профили прикрепляются к усиливаемому элементу путем приклеивания или болтового (гвоздевого) соединения. Расчет усиленных элементов производится по их приведенному сечению в предположении совместной работы древесины и арматуры вплоть до разрушения.
Наиболее часто происходит снижение прочности деревянных балок междуэтажных перекрытий в местах их заделки в кирпичные стены. Из-за недостаточной термоизоляции стен и отсутствия проветривания концы балок увлажняются конденсатом, вызывая повышенную деформативность балок, их гниение и снижение прочности.
При большом количестве поврежденных балок с целью экономии металла применяются стержневые накладки, представляющие собой заранее изготовленные стальные фермы из уголков и круглых стержней (рис. 16.2).
Рис. 16.2. Усиление опорных участков стержневыми накладками:
1 – усиливаемая балка, 2 – стержневая накладка
Замена разрушенного концевого участка балок перекрытий производится установкой накладок из досок или брусьев, а также стальных профилей взамен обрезанного конца. Накладки могут устанавливаться сбоку или сверху сечения (рис. 16.3). На время установки накладок под балки подводят временные опоры. Элементы усиления должны быть изолированы от стен прокладками из гидроизоляционного материала. Размеры сечений накладок и соединительных болтов определяются расчетом, деревянные накладки должны быть несколько больше размеров сечения балки.
Усиление деревянных элементов стропильных крыш
В конструкциях стропильных крыш наиболее часто подвержены гниению элементы мауэрлата, соприкасающиеся с кирпичной кладкой, и участки стропильных ног, примыкающие к нему, а также стропила и обрешетка в местах протечек кровельного покрытия.
При перегрузке кровли одним из повреждений стропил могут быть продольные трещины, которые стягивают стальными хомутами на болтах (рис. 16.4).
Рис. 16.4. Усиление деревянных элементов с продольными трещинами:
1 – усиливаемый элемент, 2 – продольная трещина, 3 – стальной хомут
Усиление стропил может производиться увеличением поперечного сечения с помощью накладок на наиболее нагруженном участке или установкой шпренгелей (рис. 16.5). При недостаточной прочности стыка стропил с мауэрлатом устраивают дополнительные накладки или затяжки, воспринимающие горизонтальные усилия (рис. 16.6).
При значительных дефектах деревянных конструкций устраивают полную замену элементов междуэтажных перекрытий и стропильной крыши путем установки новых конструкций рядом с поврежденными.
Одним из методов реконструкции стропильной крыши при увеличении на нее нагрузки (например, замена более легкого покрытия на более тяжелое) является увеличение уклона стропил (рис. 16.7).
Рис. 16.5. Усиление деревянных элементов шпренгелем:
1 – усиливаемый элемент, 2 – шпренгель
Рис. 16.6. Усиление стыка стропил с мауэрлатом: а – с помощью накладок,
б – устройством затяжки: 1 – стальная накладка, 2 – затяжка
Источник
