Стояки та стіни

Найчастіше дерев’яні стійки руйнуються у місцях обпирання. Тому, в такому випадку, немає необхідності підсилювати конструкцію по усій висоті, а виконують реконструкцію стійок лише у місцях значного пошкодження (недостатньої несучої здатності). Найбільш простим способом підсилення є заміна пошкодженої частини стійки дерев’яним елементом. Варіанти кріплення такого протеза можуть бути різними (рис. 2.124): на болтах; хомутах або на накладках упритул. При такому методы підсилення пошкоджена частина стійки видаляється. Стяжні болти встановлюються в заздалегідь просвердлені отвори, а гідроізоляція виконується 3...4 шарами руберойду або толю.

Пошкоджена частина стійки може бути замінена протезом, виконаним із іншого матеріалу. Частіше з цією метою використовують металеві обойми з прокатних профілів (рис. 2.125, а). Рідше — залізобетонні пасинки (рис. 2.125, б). Пошкоджена частина деревини при цьому може відновлюватись або зовсім видалятись.

Аналогічним методом можуть підсилюватися і наскрізні дерев’яні стійки. Такі стійки реконструюються шляхом заміни пошкодженої при опорної частини на металевий елемент (рис. 2.126).

Підсилення вищевикладеними методами повинне виконуватись при повністю розвантажених та вивішених стійках.

Якщо є необхідність підсилення дерев’яних стійок по усій висоті (у разі пошкодження чи збільшення навантаження після реконструкції), використовують метод нарощування поперечного перерізу або розвантажування конструкції шляхом постановки додаткових елементів.

Нарощування може здійснюватися як за допомогою дерев’яних накладок (рис. 2.127, а), так і металевих прокатних профілів (рис. 2.127, б). Конструкції, що підсилюються при цьому повинні бути максимально розвантажені, а отвори для стяжних болтів завчасно просвердлені. Стяжні болти та цвяхи при такому методі підсилення працюють як нагелі та забезпечують сумісну роботу матеріалу конструкції і підсилення, тому особливу увагу слід звертати на якість виконання цих з’єднань.

Розвантажуючи конструкції у вигляді дерев’яних (рис. 2.128, а) чи металевих (рис. 2.128, б) стійок встановлюються поруч існуючих конструкцій та включаються в роботу шляхом розклинювання, влаштування розпірних плит тощо.

Простим методом підсилення суцільних стійок є влаштування дерев’яних підкосів (рис. 2.129). Гнучкість існуючої конструкції при цьому методі зміни розрахункової схеми зменшується, її жорсткість в площині підсилення — збільшується і несуча здатність зростає.

Наскрізні дерев’яні стійки підсилюються аналогічними методами. Такі конструкції за рахунок обшивки їх фанерою (рис. 2.130, а) чи дошками (рис. 2.130, б) можуть бути перетворені у суцільні (з внутрішніми отворами. При цьому покращується робота окремих гілок наскрізної системи, а також збільшується поперечний переріз стійок.

Дерев’яні стіни із брусів чи колод реконструюють шляхом заміни нижніх пошкоджених вінців. Для цього стіни в місцях заміни елементів виважують, тобто навантаження від стін передають на тимчасові опори, пошкоджені бруси або колоди видаляються та замінюються на нові. Після цього тимчасові опори знімаються. Опори можуть бути встановлені у віконні отвори або виконуються похилими та кріпляться до додаткових брусів на стінах (рис. 2.131).

Стіни виважуються за допомогою домкратів (механічних чи гідравлічних), важелів, клинців тощо. Після виконання заміни зазор між існуючими та новими вінцями повинен бути мінімальним, інакше після зняття навантаження з тимчасових опор та передачі їх на стіни будуть мати місце значні деформації. Це може призвести до перекосу стін, виникнення надмірних деформацій і зусиль в інших елементах будівлі.

Найбільш навантажені елементи стін — простінки — можуть втрачати свою стійкість із площини стіни. Такі пошкодження усуваються улаштуванням вертикальних стяжних брусів (рис. 2.132). В якості брусів можуть використовуватися також металеві прокатні профілі. Стяжні болти діаметром не менше ніж 16 мм встановлюються через 1 м по висоті бруса. Отвори в стяжних брусах чи металевих профілях (під болти) виконують овальної форми (витягнуті у вертикальній площині) для вільної осадки стін при подальшій експлуатації.

Балки

Пошкоджені або ті, що не зможуть нести додаткове навантаження після реконструкції будівлі, балки перекриття можуть розвантажуватись за рахунок влаштування зверху обманного перекриття (рис. 2.133). Ідея такого підсилення заключається в тому, що існуюче перекриття в подальшому буде сприймати лише від власну вагу, а нове перекриття — повне навантаження (власна вага його та корисне навантаження). Переваги такого методу підсилення наступні:

· можливість використання приміщень, що знаходяться під перекриттям, яке реконструюється, без обмежень та зупинок;

· існуюче перекриття під час реконструкції служить робочим майданчиком для влаштування нового;

· зберігається архітектура існуючого перекриття (особливо це важливо для історичних будівель);

· зменшується обсяг опоряджувальних робіт.

Нове перекриття не зв’язане з існуючим. Навпаки — між цими конструкціями повинен бути зазор не менше ніж 50 мм для вільного деформування перекриття, яке зводиться. Лише в разі необхідності між конструкціями перекрить встановлюють гнучкі підвіси (поз. 10 на рис. 2.133). Нове перекриття може бути виконане із різних матеріалів: дерева; прокатного металу; збірного чи монолітного залізобетону; залізобетону з жорсткою арматурою у вигляді двотаврів чи швелерів.

В процесі експлуатації часто трапляються випадки, коли пошкодженими є одна або декілька (в різних місцях) балки перекриття. Таке явище пов’язане з місцевим зволоженням (наприклад, у наслідок протікань покрівлі) конструкцій. В цьому випадку, при обґрунтуванні розрахунками, є можливість передати навантаження від балки, що вийшла з ладу, на непошкоджені за допомогою розподільних прогонів (рис. 2.134).

Зміна розрахункової схеми балок (постановка додаткових опор (рис. 2.135), створення нерозрізності в розрізних конструкціях (рис. 2.136), перетворення в раму (рис. 2.137) тощо) призводить до зменшення діючих на конструкцію зусиль, а значить до дотримання умов міцності. Однак є ряд обмежень на використання таких методів реконструкції. Як уже указувалось раніше, постановка додаткових опор на своїх нових фундаментах призводить до додаткових деформацій не ущільнених ґрунтів під ними. Це може викликати значні осадки фундаментів під опори та їх неефективність. Установка рам вимагає значний простір зверху конструкції, що підсилюється.

В ряді випадків, коли, наприклад на покритті влаштовується мансарда або просто скатна покрівля, такий спосіб підсилення не тільки ефективний, але і доцільний, у випадку підсилення міжповерхового перекриття, створення рам практично завжди неможливе через дефіцит простору. Підсилення дерев’яних балок шляхом зміни розрахункової схеми повинне проводитись при максимальному розвантаженні конструкцій, інакше перерозподіл зусиль, а значить і зменшення їх в розрахункових перерізах, буде незначним і мети не буде досягнуто.

Підсилення дерев’яних балок найефективніше виконувати методам нарощування. При такому методові підсилення не змінюється розрахункова схема, не з’являються додаткові опори та пов’язані з цим проблеми, а висота конструкції зростає (якщо є така можливість) незначно або зовсім не збільшується, а розвиток перерізу здійснюється за рахунок ширини.

Нарощування перерізу може здійснюватися по усій довжині конструкції, в найбільш пошкоджених, тобто ослаблених, перерізах (як правило такі місця знаходяться в приопорній частині) або в місцях найбільш навантажених (в середині прольоту балки). В якості матеріалу нарощування використовується дерево, метал. Дерев’яні бруси можуть встановлюватись на болтах (рис. 2.138, а) чи на цвяхах (рис. 2.138, б). Металеві елементи нарощування можуть встановлюватись в розтягнутій, стиснутій або в обох цих зонах. Кріпляться вони аналогічно дерев’яним — за допомогою болтів чи цвяхів (рис. 2.139).

Підсилення дерев’яних балок може виконуватись також за допомогою арматури. Вона може розміщуватись в тілі дерев’яної балки (рис. 2.140) а бо зовні у вигляді шпренгельної затяжки (рис. 2.141).

В першому випадку балку розвантажують шляхом установки посередині її прольоту тимчасової опори. В нижній частині за допомогою фрези вибирають паз для наступної установки в ньому арматурного стержня. Під загнуті кінці стержні висвердлюють отвори. Арматурний стержень відповідної форми (певної довжини та із загнутими кінцями) очищують від продуктів корозії, обезжирюють ацетоном та встановлюють в проектне положення на полімерному, наприклад епоксидному, клеєві. Тимчасову опору знімають після повної полімеризації клею.

У випадку підсилення шпренгельною затяжкою, яка, до речі, може бути одно- та двогілковою і виготовлятись як із арматурної, так і з прокатної сталі, затяжка напружується або шляхом затягування опорних гайок (рис. 2.141) або стягуванням гілок затяжки між собою (аналогічно методу підсилення залізобетонних балок).

Приопорні частини балок можуть підсилюватися протезами із прокатних профілів та дерев’яних брусів (аналогічно прольотним частинам балок), а також шляхом постановки пруткових протезів (рис. 2.142), також залізобетонних протезів різного профілю. Такі протези в перерізі можуть мати п-подібний контур, бути виготовлені у вигляді дво вертикальних залізобетонних накладок або у вигляді залізобетонної плити, що кріпиться зверху конструкції, яка підсилюється (рис. 2.143).

Приклад 2.21. Перекриття цивільної будівлі виконано із дерев’яних балок перерізом з розрахунковою довжиною Балки укладені з кроком 1 м.

Розрахункове (нормативне) значення навантаження на балку:

—від ваги штукатурки, балки і щитового накату з дощок по черепних брусках 1,1 (0,9) кН/м;

—від ваги утеплювача із котельного шлаку товщиною 12 см з домішками (від тривалої експлуатації) пилу і різноманітного сміття (питомою вагою за замірами ) — 1,73 (1,33) кН/м.

Тимчасове навантаження 0,91 (0,7) кН/м за СНиП 2.01.07-85 на час огляду відсутнє.

Балки виконані із деревини осики.

Декілька балок з одного кінця, в місцях обпирання їх на стіну, мають значне загнивання, викликане попаданням атмосферних опадів через дефекти даху. Довжина ушкоджених ділянок балок від поверхні стіни більше ніж 400 мм. Решта балок, а також ділянки без ушкоджень, знаходяться в задовільному стані. Розрахункова схема балки та місця її пошкодження наведені на рис. 2.144.

Необхідно перевірити несучу здатність балки на експлуатаційні навантаження, розрахувати і виконати підсилення ділянки, щ уражена грибками.

Розрахунковий опір деревини породи осика другого ґатунку 14x0,8=11,2 МПа (тут 14 МПа та = 0,8 прийнято згідно СНиП ІІ-25-80).

Відповідно до вказівок цього СНиП приймаємо коефіцієнт умов роботи =0,9, тоді 11,2x0,9=10,1 МПа.

Модуль пружності вздовж волокон при = 0,8 та =0,9:

Е = 10000x0,8x0,9 = 7200 МПа.

Згинальний момент у середині прольоту балки:

—від навантаження при огляді:

—від експлуатаційного навантаження:

Розрахунковий момент опору перерізу балки:

Перевіряємо несучу здатність перерізу при згині:

—від навантаження при огляді:

<

—від експлуатаційного навантаження:

>

Момент інерції перерізу балки:

Визначаємо прогин балки:

—від навантаження при огляді

<

—від експлуатаційного навантаження :

>

Визначаємо реакцію опори від дії експлуатаційного навантаження:

Розрахунковий опір сколюванню приймаємо за СНиП ІІ-25-80 при = 0,8 та =0,9:

Статичний момент зсувної частини поперечного перерізу відносно нейтральної осі дорівнює:

При перевіряємо міцність балки на сколювання від експлуатаційного навантаження:

<

Таким чином, при дії навантаження на час огляду міцність балки на згин, сколювання, а також на жорсткість забезпечені.

При експлуатаційному навантаженні ж забезпечена лише міцність на сколювання, а міцність на згин та жорсткість балки нижчі, ніж вимагають норми. Її необхідно підсилити.

Для забезпечення нормальної експлуатації балки утеплювач зіз котельного шлаку замінюємо на мінераловатні плити товщиною 12 см (щільністю не більше ніж або інший ефективний утеплювач такої ж товщини та щільності.

Розрахункове (нормативне) значення навантаження від утеплювача буде дорівнювати 1,1 (0,84) кН/м.

Розрахунковий згинальний момент в середині прольоту балки:

Перевіряємо міцність балки на згин:

<

Прогин балки в середині прольоту при:

Тоді

Міцність та жорсткість балки при такому виді реконструкції (зменшенні навантаження на конструкцію) на дію експлуатаційного навантаження забезпечена.

Підсилення ушкодженої частини виконують після її вивішування на стояку (рис. 2.144) та видалення цієї ділянки на довжині 40 см, шляхом прибивання цвяхами (l = 150 мм і d = 5 мм) до бокових поверхонь балки двох дерев’яних пластин (із сосни або іншої породи деревини, але міцністю не нижче ніж осика) перерізом bxh =60x240 мм (рис. 2.144).

Розрахункова схема балки показана на цьому ж рисунку.

Визначаємо значення зусиль та , прикладених в центрі мас симетрично зігнутих двозрізних цвяхів кріплення пластин до балки (рис. 2.144, г):

де (реакція опори, що визначена після заміни утеплювача).

Несуча здатність цвяха при двох зрізах:

<

де

Несуча здатність цвяха при двох зрізах:

Визначаємо кількість цвяхів прикріплення однієї пластини до балки:

Для кріплення однієї пластини до бокової поверхні балки проектуємо 24 цвяха, розташованих у 3 ряди (рис. 2.144, в).

Згинальний момент під зусиллям визначаємо за формулою:

Оскільки 6,3 кНм менше ніж величина згинального моменту в середині прольоту балки, то несуча здатність пластин підсилення при згині забезпечена.

Для вивішування балки візьмемо стояк круглого перерізу діаметром 100 мм із деревини 2-го ґатунку породи сосна, з розрахунковим опором стиску Довжина стояка (по висоті приміщення)

Радіус інерції перерізу стояка:

Розрахункова довжина стояка при

Гнучкість стояка:

>

Визначаємо коефіцієнт поздовжнього згину:

Розрахункове значення поздовжньої сили в стояку під час вивішування балки дорівнює (без урахування тимчасового навантаження та після заміни утеплювача):

Перевіряємо несучу здатність стояка на стійкість при

<

Несуча здатність стояка забезпечена.

Ферми

Кроквяні дерев’яні та металодерев’яні ферми відрізняються великою різноманітністю. Вони мають різні прольоти, обриси, решітку і навіть матеріали (дерево чи метал) різних елементів конструкцій. Однак, не дивлячись на усе це, підсилення окремих елементів та конструкцій в цілому, як правило, зводиться до встановлення дерев’яних чи металевих протезів.

Стиснуті елементи ферм частіше за все підсилюються (аналогічно дерев’яним стійкам) шляхом накладання дерев’яних (рідше — металевих) протезів (рис. 2.145). Для включення елементів підсилення в роботу перед їх встановленням елемент ферми, що підсилюється, повинен бути максимально розвантаженим, а з’єднувальні елементи (цвяхи, болти з гайками, шурупи тощо) повинні надійно передавати зсувні зусилля.

Розтягнутий нижній пояс доцільно підсилювати металевою затяжкою, яка закріплюється в опорних вузлах ферми (рис. 2.146). Попереднє напруження в елементі підсилення може створюватись різними шляхами: затягуванням гайок на опорах; розігрівом гілок затяжки та фіксуванні її кінців в такому стані; стягуванні гілок затяжок між собою (при наявності двох стержнів з кожної сторони); відтягуванні стержнів від поясу в горизонтальному напрямі тощо.

Проміжні та опорні (які найбільш часто пошкоджуються) вузли ферм підсилюються постановкою металевих протезів, що замінюють прокородовану деревину (рис. 2.147).

Дерев’яні ферми часто мають пошкодження у вигляді зрізування деревини у лобовій врубці опорного вузла. В таких випадках доцільно лобову вруб кум замінити на лобовий упор (рис. 2.148). При такому виді підсилення металевий тяж прикріплюється до влаштованої за допомогою двох пластин з обох боків нижнього поясу. Попередній натяг тяжу здійснюється затягуванням гайки, яка розміщена на торці нижнього поясу ферми (поз. 6 на рис. 2.148).

Приклад 2.22. Під час реконструкції будівлі механічної майстерні виникла необхідність перевірки несучої здатності трикутної дерев’яної ферми прольотом Висота від осі нижнього пояса до гребеневого вузла ферми — Обстеженням встановлено, що елементи верхнього поясу, решітки та елементів спряження ферми не мають дефектів і пошкоджень та знаходяться в задовільному технічному стані. Елементи нижнього поясу перерізом виконані із деревини 10го ґатунку породи сосна і має наступні дефекти: поздовжнє розтріскування деревини на довжину від 300 до 700 мм; механічне пошкодження в середній частині поясу (вириви та порушення цілісності деревини) з його нижньої поверхні на глибину до 45 мм; поверхневе загнивання деревини на глибину до 5 мм (в поєднанні з місцевим механічним пошкодженням). Ферми виготовлялись на будівельному майданчику. У вузлах елементи нижнього поясу між собою і елементами решіток з’єднані двома поздовжніми рядами болтів та штирів діаметром

Розрахунковий опір деревини нижнього поясу ферми (будівельного виготовлення) із врахуванням коефіцієнта (для розтягнутих елементів з ослабленням) дорівнює (СНиП ІІ-25-80).

Площа нетто поперечного перерізу ферми без дефектів (у вузлі, ослабленому отворами для болтів) (рис. 2.149, а), в місцях з дефектами та пошкодженнями — (рис. 2.149, б).

При статичному розрахунку ферми на дію експлуатаційних навантажень встановлено, що зусилля в її елементах відрізняються від проектних не більше ніж на +5% і в середній панелі нижнього поясу (в місцях з дефектами і пошкодженнями) складають

Перевіряємо несучу здатність нижнього поясу ферми:

—в перерізі без дефектів:

<

—в перерізах з дефектами та пошкодженнями:

>

(перенапруга складає 13,2%).

Несуча здатність нижнього поясу забезпечена для ділянок без дефектів. На ділянках, де мають місце дефекти та пошкодження, міцність не забезпечена і конструкція потребує підсилення. Виконуємо його шляхом влаштування затяжки з двох стержнів арматурної сталі класу А-І з розрахунковим опором розтягу —

Відповідно до вказівок СНиП ІІ-25-80 усе розрахункове зусилля передаємо на затяжку.

Необхідна площа нетто затяжки визначаємо за виразом:

Приймаємо два тяжі діаметром 25 мм (