Правила проектирования жилых и общественных зданий для строительства в сейсмических районах (стр. 11 из 17)
Умеренные повреждения - трещины в элементах конструкций раскрытием от 0,3 до 0,5 мм, в фермах и на опорах большепролетных балок раскрытием от 0,1 до 0,3 мм; смещение сборных элементов на опорах до 20 % глубины опирания, повреждение стыков сборных конструкций без существенного смещения стыкуемых элементов.
Тяжелые повреждения - трещины раскрыием более 0,8 мм в обычных конструкциях, трещины от 0,5 до 0,8 мм в преднапряженных балках, от 0,3 до 0,5 мм в фермах; разрушение защитного слоя вследствие сжатия с оголением арматуры, наклонная трещина по всему сечению элемента раскрытием более 1 мм, разрушение отдельных стыков со смещением соединяемых элементов.
Разрушения - повреждения бетона по всему сечению элемента с выпучиванием или разрывом арматуры, в том числе с возможным сдвигом смежных сечений; трещины на опорах пролетных конструкций (балки, фермы и т.п.) с выходом на нижнюю грань, с выколом бетона и оголением арматуры; трещины в элементах фермы раскрытием более 0,5 мм.
9.3.9 Железобетонные конструкции, как правило, являются статически неопределимыми системами, поэтому разрушение отдельных элементов или участков еще не означает разрушения конструкции в целом, и ее несущая способность может быть восстановлена. Однако когда разрушений и повреждений много и тем более когда конструкции угрожает обрушение, то в этом случае вопрос восстановления или замены на новую конструкцию решается с учетом экономических соображений.
9.3.10 Элементы железобетонных конструкций при сейсмическом воздействии в зависимости от соотношения нагрузок и прочностных характеристик могут иметь различные виды повреждений. Наиболее характерные повреждения элементов железобетонных конструкций схематически показаны на рисунках 9.14 - 9.19.
На рисунке 9.14 показаны обычные повреждения защитного слоя. Эти повреждения не опасны, но со временем вследствие коррозии арматуры конструкция будет ослаблена и окажется в опасном состоянии. Поэтому защитный слой должен быть обязательно восстановлен.
а — начальные трещины в основании колонны; б и в - обнажение арматурного каркаса на колонне и балке перекрытая
Рисунок 9.14 - Повреждение защитного слоя железобетонной конструкции
а - в - повреждение при увеличении изгибающего момента; г - е - повреждение стоек каркаса при недостаточном косвенном их армировании
Рисунок 9.15 - Стадии повреждения колонн
При перегрузке колонн горизонтальной сейсмической нагрузкой в зоне значительных изгибающих моментов могут возникнуть в арматуре пластические деформации (рисунок 9.15, а). Если эти моменты превышают несущую способность, то может произойти местное разрушение колонны с выпучиванием арматуры (рисунок 9.15, б) или ее разрыв и раздробление бетона (рисунок 9.15, в). Последние виды разрушений требуют проведения незамедлительного выполнения восстановительных работ и, если надо, выполнения необходимого комплекса усиления. Характер повреждения стойки каркаса, приведенный на рисунках 9.15, г - е, свидетельствует о недостаточном косвенном армировании, т.е. в этой зоне оказалось мало хомутов для восприятия поперечной силы. Если трещины проходят через все сечение бетона, то возможно даже взаимное смещение верхней и нижней частей колонны (рисунок 9.15, е).
На рисунке 9.16 изображены обычные виды повреждений балок перекрытий и стыка верха колонн с ригелем, которые возникли от действия больших скалывающих напряжений в ригеле и от чрезмерного изгибающего момента в стойке. Если раскрытие этих трещин превышает 2 - 3 мм, то конструкция должна быть усилена.
Если при конструировании балок не учитывают усилия жесткого защемления в местах их опирания (сварка, анкерное крепление), то в верхней части балки в узлах опирания возникают трещины, показанные на рисунке 9.17, а, б).
а - трещины в растянутой зоне балки; б - повреждения в верхнем узле рамного каркаса
Рисунок 9.16 - Повреждение конструкции перекрытия и элементов каркаса
а, б - трещины, вызванные недостаточным армированием торца балки, жестко закрепленной на опоре; в, г - трещины в балке с недостаточной площадью сечения отогнутой или поперечной арматуры; д - смещение плит покрытия
Рисунок 9.17 - Повреждение железобетонной балки на опорном и приопорном участках
При недостаточном армировании концевых участков балки для восприятия поперечных сил в этих местах (рисунок 9.17, в, г) возникают косые трещины, которые в случае их полного пересечения балки свидетельствуют о том, что хомуты разорваны либо находятся за пределом упругости, и несущая способность балки поддерживается в значительной мере за счет сил сухого трения.
Примеры повреждения конструкции фермы покрытия показаны на рисунке 9.18. В основном эти повреждения вызваны следующими обстоятельствами:
а) образованием трещины вследствие скалывающих усилий в зоне сопряжения верхнего и нижнего поясов;
б) недоучетом величины усилия в растянутом элементе нижнего пояса и, как следствие, появлением здесь трещин растяжения, а также образованием косых трещин в районе узла из-за недостаточного числа поперечных стержней арматуры (хомутов);
в) раздроблением бетона в сжатом элементе верхнего пояса и возникновением трещин отрыва в нисходящем раскосе фермы.
а - трещины от скалывающих усилий в опорном узле; б - трещины, вызванные растяжением нижнего пояса и поперечными силами в одном из узлов этого пояса; в - раздробление бетона в сжатом элементе верхнего пояса и трещина отрыва в нисходящем раскосе
Рисунок 9.18 - Разрушение элемента железобетонной фермы
9.3.11 Работу по восстановлению или усилению железобетонных конструкций выполняют с использованием металла разного сортамента, начиная от легкой арматуры и кончая крупными прокатными профилями, а также бетона высокого класса (выше В30) и полимерных составов. При проведении работ по восстановлению или усилению конструкций необходимо соблюдать рекомендации п. 9.2.20 настоящего Свода правил.
9.3.12 Разрушенный плоский участок стены, оболочки или перекрытия восстанавливают следующим образом (рисунок 9.19). Разрушенный участок разбирают до неповрежденного бетона, при этом не менее чем на 12 см обнажают концы имеющейся в конструкции арматуры и восстанавливают ее проектные характеристики с небольшим усилением (обычно от 5 % до 10 %), и далее осуществляют обетонирование бетоном класса на ступень выше, чем применялся ранее.
9.3.13 Восстановление или усиление элементов перекрытия (рисунок 9.20) и несущего каркаса здания выполняют с увеличением проектного сечения конструкции. Общая последовательность проведения работы заключается в следующем: удаляют бетон и восстанавливают арматуру на поврежденных участках конструкции; выполняется насечка поверхности бетона (или даже полное удаление защитного слоя) на всем усиливаемом элементе; затем элемент дополнительно армируется с установкой хомутов и распределительных стержней и бетонируется в опалубке или торкретируется. Такой способ является наиболее надежным. если устраиваемая железобетонная оболочка полностью охватывает проектное сечение элемента (рисунок 9.20, б, в).
1 - поврежденный участок; 2 - новый бетон; 3 - восстановленная арматура
Рисунок 9.19 - Схема восстановления поврежденного плоского участка железобетонной конструкции
а - усиление элементов плиты перекрытия; б - усиление балки с элементами перекрытия либо колонны, прислоненной к стене; в - укрепление ствола колонны; 1 - монолитная железобетонная плита усиления; 2 - балка с элементами перекрытия; 3 - железобетонная обойма; 4 - колонна
Рисунок 9.20 - Способ усиления железобетонной конструкции
9.3.14 Увеличение несущей способности железобетонной конструкции в большинстве случаев достигается усилением ее прокатным металлом. Это наиболее простой способ усиления. При этом поврежденный элемент укрепляют достаточно жесткой конструкцией из уголка, швеллера или другого профильного металла, соединенного с ним, что позволяет существенно уменьшить усилия в железобетоне (рисунок 9.21). Очень часто усиливаемый элемент просто схватывается металлическим бандажом, конструкция которого жестко присоединяется к железобетону и в последующем обетонируется либо покрывается защитным составом.
9.3.15 Дополнительный несущий элемент (рисунок 9.22) применяют для усиления главным образом балок перекрытия. При этом создается самостоятельная металлоконструкция, частично или полностью разгружающая железобетонный элемент. В качестве такой конструкции применяют балку, шпренгель, ферму, дополнительную стойку, раму и т.д.