Эффективные методы усиления плит перекрытия

Все несущие и ограждающие конструкции зданий и сооружений в ходе эксплуатации утрачивают качественные свойства. Не исключение – линейные опорные элементы (балки) и плиты перекрытия. Вследствие увеличения нагрузки на конструкции, а также частичного повреждения арматуры появляются растрескивания на поверхности сборных панелей и в глубине бетонного массива монолитных конструкций. Для увеличения несущей способности и повышения срока эксплуатации производится усиление плит. Выбор подходящего метода укрепления плит обуславливается их конструкционными особенностями.

Типы плит перекрытия

Типы:

1. Полнотелая (монолитная), где нет внутренних пустот. Их используют на нижних этажах здания и производственных площадках. У этого вида есть подвиды — безбалочная, кессонная (имеющая структуру ячеечной сетки), ребристая.
2. Пустотные плиты перекрытия, которые применяют при строительстве многоэтажных домов и зданий административного назначения. Конструкция такого элемента гораздо проще полнотелой, но это отрицательно сказывается на показателях прочности и надежности.

В каких случаях требуется усиление

Аварийное или предаварийное состояние зданий, требующее усиления плиты перекрытия, может быть вызвано различными причинами. Большинство из них возникает на производствах, где применяются агрессивные химические вещества, разрушающие бетон и вызывающие коррозию арматуры, а также там, где на перекрытия оказываются постоянные динамические нагрузки от работающего оборудования.

В частных домах к износу плит чаще приводят другие факторы:

• механические повреждения;
• слишком высокая нагрузка на перекрытия, не предусмотренная при проектировании;
• последствия пожаров, взрывов, землетрясений;
• атмосферное воздействие – осадки, смена температуры;
• естественный износ старых конструкций;
• несоблюдение технологии при устройстве перекрытий, отсутствие грамотного расчета.

В любом случае принимать решение о необходимости укрепления конструкций, оценивать степень повреждений и выбирать методику должен грамотный специалист. Результат самостоятельных действий может быть непредсказуем.

Признаки аварийного состояния перекрытий

Если перечисленные причины разрушений имели место быть, необходимо выяснить, не повлияли ли они на перекрытия. Для чего проводится сначала визуальный осмотр, а затем оценка повреждений инструментальными методами.

Определяемые визуально

В жилых домах, в которых полы и потолки отделаны штукатуркой, краской, подвесными конструкциями и декоративными настилами, необходимость в усилении монолитного перекрытия может остаться незамеченной, поэтому отделку демонтируют.

При визуальном осмотре обращают внимание на следующие дефекты:

• изменение геометрических параметров конструкции;
• наличие отслоений, трещин и сколов бетона;
• отслоение и разрушение стяжки;
• обнажение арматурного каркаса и наличие следов коррозии металла;
• изменение цвета на отдельных участках плиты или следов замачивания;
• появление провисаний и прогибов;
• появление трещин и других дефектов в местах опирания плиты на стены, балки, колонны.

Выявляемые экспертизой

Как показывает практика, чаще всего несущая способность плит снижается из-за коррозии арматуры. Этот процесс сопровождается уменьшением её сечения и разрушением окружающих слоев бетона продуктами коррозии. Чтобы обнаружить эти изменения, приходится вскрывать конструкции, после чего усиление железобетонных перекрытий становится неизбежным.

Инструментальное обследование позволяет обойтись без дополнительных разрушений. С помощью специального оборудования можно определить:

• степень коррозии и уменьшения сечения элементов арматуры;
• состав и прочность бетона;
• динамику раскрытия трещин;
• величину прогибов.

Особенности усиления плит перекрытия

При строительстве зданий и сооружений используются различные типы плит перекрытия: пустотные, монолитные и ребристые. В зависимости от типа плиты, условий эксплуатации и характера разрушения инженер-строитель принимает решение какой тип или типы усиления применить. Решение принимается в каждом конкретном случае, производится прочностной расчет усиления плиты перекрытия, а также оформляется и согласовывается технический проект.

На данный момент времени в арсенале конструктора есть следующие технологии усиления повреждённой плиты перекрытия: усиление плит перекрытия углеволокном, усиление плит перекрытия металлическими балками, а также усиление плиты перекрытия сверху или снизу наращиванием арматуры и слоя бетона. Рассмотрим технологии восстановления несущей способности плит перекрытия подробнее.

Усиление пустотных плит перекрытия

Технология усиления и ремонта пустотных плит перекрытия, является одной из самых простых и самых малозатратных. Суть технологии заключается в высвобождении плиты от всех механических нагрузок (оборудование, мебель и пр.). Далее производится механическое вскрытие пустот, установка арматуры и принудительное, под давлением, наполнение пустот высокопрочным бетонным раствором.

Усиление ребристых плит перекрытия

Ремонт ребристых плит перекрытия предусматривает использование трех технологий. Дополнительное армирование и бетонирование как в случае с монолитными плитами. Установка поддерживающих колонн и усиление несущей способности плиты с помощью шпренгельной арматуры.

Шпренгельная арматура обустраивается по диагоналям усиливаемой конструкции и образуя взаимно пересекающиеся плоскости (ребра жесткости) обеспечивают необходимое усиление и жёсткость усиливаемой плиты перекрытия

Усиление монолитных плит перекрытия

Вид усиления железобетонных изделий этого вида принимается конструктором на основании обследования конкурентного сооружения и расчета величины механических нагрузок. В подавляющем большинстве случаев принимается решение об усилении плиты перекрытия снизу, в зоне изгибающих нагрузок. Разработано и используется две технологии усиления монолитной плиты снизу.

В обоих вариантах присутствует дополнительный арматурный пояс, на который методом торкретирования «набрасывается» дополнительный бетонный материал. Разница заключается в том, что в первом варианте дополнительный арматурный пояс крепится к усиливаемой плите через специальные отгибы, приваренные к вскрытой арматуре усиливаемой плиты. А во втором случае армпояс крепится к стальной полосе, смонтированной на сквозных анкерных болтах.

В ряде случаев применяется технология усиления сверху с устройством железобетонных шпонок, верхнее наращивание в виде дополнительной монолитной армированной плиты и другие технологии. В любом случае при усилении монолитной плиты решаются задачи:

Усиление железобетонных плит перекрытия

Это самая современная технология, позволяющая существенно увеличить несущую способность пииты перекрытия любого вида и типа конструкции. Суть и технический смысл технологии заключается в наклеивании на верхние или нижние поверхности плиты углеродной ленты и ламелей.

Углеродные волокна работают как дополнительное армирование и увеличивают несущую способность конструкции. Учитывая небольшую относительную прочность углеволокна можно говорить, что с помощью данного метода невозможно кардинально увеличить несущую способность плит перекрытия.

Усиление П-образных плит перекрытия

Работы по увеличению несущей способности П-образных плит перекрытия могут осуществляться либо наращиванием нового массива армированного бетона, как в предыдущих случаях, так и усилением плит перекрытия швеллером. В этом варианте изгибающие нагрузки на плиту перераспределится на балки из швеллера и несущие стены. Ввиду неэстичности внешнего вида усиления, данный метод используется для ремонта и реконструкции производственных цехов и складских помещений.

Подготовка к работам по усилению перекрытий

Чтобы выполнить работы по усилению монолитных плит перекрытия и сборных железобетонных конструкций качественно и с обеспечением безопасности работников, необходимо провести ряд подготовительных мероприятий:

1. Укрепление перекрытий. Под ремонтируемую конструкцию подводят временные поддерживающие балки на опорах из металлических труб, брусьев или бревен сечением от 150 мм.
2. Разгрузка. Пол верхнего этажа освобождают от мебели и техники.
3. Демонтаж отделки. С перекрытия полностью демонтируют подвесные потолки, снимают напольные покрытия, удаляют стяжку, очищают от штукатурки, побелки.
4. Очистка. С поверхности плит снимают рыхлый и отслаивающийся бетон. Обнаженную арматуру очищают от коррозии, используя ручной или электроинструмент, после чего обрабатывают преобразователем ржавчины.

Правила

При проведении работ по усилению плит перекрытия, помимо выполнения единых правил техники безопасности (ТБ) в строительных работах в соответствии с главой СНиП III-4-80, необходимо выполнение дополнительных правил, которые связаны с особенностью и условиями производимых работ.

Техпроцессы (ТП), производимые на территории функционирующего производства и в работающих цехах, имеют отношение к мероприятиям высокой опасности и должны осуществляться по наряду-допуску. Трудящиеся строительных компаний должны быть ознакомлены с планами выполнения работ и пройти внеочередной инструктаж по ТБ в связи с высокой опасностью выполнения работ.

Способы

При возведении сооружений и зданий применяются самые разные виды плит перекрытия: монолитные, ребристые и многопустотные. В зависимости от разновидности панели, условий использования и вида разрушения специалист, занимающийся координацией строительных работ, выносит решение, какой вид либо виды усиления использовать. Решение утверждается в каждом определенном эпизоде, выполняется прочностный расчет усиления конструкции, а также согласовывается и утверждается технический проект.

На текущий момент имеются такие методики усиления поврежденной панели перекрытия: укрепление плит перекрытия железными балками, углеродным волокном, а также усиление панели перекрытия снизу либо сверху наращиванием бетонного слоя и арматуры. Проанализируем способы восстановления способности выдерживать нагрузку панели перекрытия детальнее.

Усиление опорных колонн

Если плиты перекрытия опираются на колонны с недостаточной площадью сечения, при увеличении нагрузки (например, при возведении тяжелой кирпичной перегородки на верхнем этаже) возникает риск их продавливания в точках опоры. В таких случаях увеличивают площадь опирания, расширяя верхний торец колонны или наращивая её по всей высоте.

Чтобы заставить существующий и наращиваемый объем железобетона работать единой конструкцией, необходим точный расчет марки бетона и конфигурации арматурного каркаса, а также усиление фундамента под подошвой колонн.

Установка металлических балок

Усиление плит перекрытия металлическими балками снизу из швеллера или двутавра практикуется для всех видов перекрытий с большими пролетами для устранения их провисания. Сечение балки рассчитывается по величине пролета и сумме нагрузок.

Для монтажа балки снизу она подводится под плоскость перекрытия, до отказа прижимается к нему домкратами с большим усилием и подпирается телескопическими стойками. Затем монтируются опорные столбы.

Допускается усиление плит перекрытия металлическими балками сверху. Этот вариант предпочтительнее, когда интерьер нижнего этажа не хочется портить массивными конструкциями. Балку укладывают вдоль стыка плит торцами на несущие стены или в вырубленные в них ниши и притягивают к ним плиты подвесками с опорными пластинами.

Замоноличивание перекрытия сверху

Самый распространенный и вместе с тем самый ненадежный способ, часто применяемый домовладельцами самостоятельно. Обнаружив трещины и сколы в бетонной плите, они заливают поверх неё армированный бетон, скрывая дефекты.

Чтобы правильно провести усиление плиты перекрытия сверху, необходимы расчеты по нагрузкам и соблюдение следующих условий:

• арматурный каркас новой монолитной плиты должен иметь опору на несущие стены, для чего в них вырубаются ниши или просверливаются отверстия;
• новый каркас нужно связать со старым, вырубив местами защитный слой бетона;
• на поверхности старой плиты необходимо сделать насечки для лучшего сцепления со свежим бетоном.

Усиление монолитной плиты снизу

Поврежденные перекрытия можно укрепить и снизу, усилив их арматурной сеткой с ячейками 15×15 см и накрыв слоем раствора. В этом случае также необходим расчет на дополнительную нагрузку. Если перекрытия опираются на балки и колонны, их тоже обвязывают арматурой и усиливают, чтобы увеличить несущую способность.

Арматурный каркас может крепиться к нижней плоскости перекрытий двумя способами:

• приваривается к вскрытой арматуре плит посредством отгибов;
• приваривается полоскам стали, закрепленным на плитах сквозными болтами через верхнюю плоскость.

Бетонирование выполняют методом торкретирования, который заключается в набрызге раствора под большим давлением торкрет-пушкой. Сильный напор обеспечивает его качественное сцепление со старым бетонным основанием и прочность бетона после застывания. Слой такого покрытия имеет толщину около 5 см, но является весьма неравномерным, поверхность приобретает выраженную рельефную структуру и нуждается в выравнивании штукатуркой или скрытии подвесными системами.

Усиление ребер швеллером

Швеллер используют в качестве несъемной опалубки и мощного стального каркаса, выполняя усиление П-образных плит перекрытия. Подобрав швеллер такого сечения, чтобы он «сел» на два соседних продольных ребра, его закрепляют шпильками через швы между плитами с шагом 150-200 см. Затем швы заполняют мелкозернистым бетоном более высокой, чем у плит, марки. Дополнительно можно армировать перекрытие по верху с заливкой монолитного слоя.

Заливка пустот с установкой каркаса

Для устройства перекрытий малоэтажном жилищном строительстве чаще всего используют облегченные многопустотные плиты с круглыми или овальными продольными отверстиями. При их износе или механических повреждениях применяют дополнительное армирование и бетонирование каналов.

Усиление многопустотных плит перекрытия является одним из самых малозатратных способов и выполняется так:

1. Поверхность плит освобождают от стяжки.
2. Вскрывают поврежденные каналы, а при отсутствии видимых повреждений прорубают штробы над крайними и одной из средних продольных пустот, делая ширину штробы достаточной для установки внутрь каркаса.
3. Связывают плоский каркас из арматуры, соединяя верхний и нижний стержни через каждые 25-30 см.
4. Устанавливают готовый каркас в открытый канал. Каркас по высоте должен полностью помещаться в канале и находиться ниже поверхности плиты на 2-2,5 см.
5. Заполняют пустоты мелкозернистым бетоном, используя для его приготовления безусадочный цемент.
6. Уплотняют бетон вибратором со специальным наконечником и выравнивают по плоскости плиты.

Армирование углепластиком

Углепластик или углеволокно – это технологичный полимерный материал, способный заменить собой стальную арматуру и выполнять функции поддерживающих конструкций. У него есть несколько важных преимуществ, которые обращают на себя внимание при выборе способа усиления несущих конструкций:

Углепластиком можно выполнить усиление железобетонной балки перекрытия, опорной колонны и всех видов плит перекрытия.

Монолитные конструкции оклеивают полосами материала снизу в продольном направлении, перекрывая всю поверхность. После того, как клей схватится, сплошной холст из углеволокна превратится в жестко-упругий поддерживающий каркас.

Для усиления и частичной разгрузки многопустотных плит достаточно создать на их нижней поверхности сетку из перекрещивающихся полос.

А усиление ребристых плит перекрытия выполняется оклеиванием ребер жесткости с созданием сплошной объединяющей перемычки.

В арсенале строителей есть и другие способы восстановления несущей способности железобетонных перекрытий и поддерживающих их конструкций. Какой из них будет лучшим в каждой конкретной ситуации, уверенно скажет только специалист после проведенных исследований.

Усиление стекловолокном

Для изготовления композитных материалов с матрицей из термоактивных синтетических смол применяется неорганическое стекло.

Такой наполнитель имеет несвойственные стеклу характеристики — не бьется, легко гнется, обладает огромной прочностью. Благодаря этому стекловолокно становится отличным армирующим материалом.

Технология внешнего армирования (ТВА)

Инновационная технология внешнего армирования композитами стала популярной, поскольку дала возможность достичь важных целей:

1. Упростить строительно-ремонтные процессы. Устранить ошибки проектирования и результаты нарушения технологий строительства. Усилить несущую способность перекрытия, ригеля, колоны или других частей здания, нуждающихся в дополнительном армировании.
2. Облегчить строительную конструкцию при максимальном сохранении полезной площади. Отпадает надобность в металлических обоймах, хомутах, раскосах, балках, колоннах и пр. Применяемые для усиления композиты значительно легче, тоньше и прочнее традиционных материалов.
3. Увеличить эксплуатационные сроки зданий и сооружений. Углеродные и стеклосодержащие материалы не подвержены разрушающему влиянию влаги (кородированию) и химических сред, прочны на разрыв.
4. Сэкономить. Внешнее армирование композитными материалами дороже традиционного усиления, но эта технология в разы повышает прочность конструкций. В результате минимизируется необходимость остановки эксплуатации здания в период применения ТВА, финансовые затраты и расход времени на усиление конструкций. Конечная экономия средств составляет до 20 %.

Внешнее армирование является универсальной технологией — его можно применять не только на этапе строительства, но также при реставрации и ремонте зданий или там, где необходимо усилить элементы конструкции. В последнем случае даже не требуется приостанавливать эксплуатацию строения.

Причины для использования ТВА различны: от ликвидации последствий стихийного бедствия, нарушившего целостность несущих конструкций, до желания повысить эксплуатационные нагрузки на объект.

Универсальность внешнего армирования наблюдается и в разнообразии объектов, для которых оно подходит:

• жилые, производственные и коммерческие здания;
• уникальные строения (памятники архитектуры);
• гидротехнические и транспортные сооружения;
• объекты атомной промышленности.

Технология внешнего армирования предполагает ряд этапов:

1. Обследование конструкции на предмет целостности, выявление дефектов.
2. Разработка проекта усиления.
3. Подготовка усиливаемой конструкции — разметка зоны монтажа, механическая подготовка, локальный ремонт усиливаемой части, грунтовка эпоксидными материалами.
4. Монтаж высокопрочных элементов (углеродных лент, ткани, сетки, углепластиковых ламелей, мультиаксиальной ткани) посредством эпоксидных двухкомпонентных систем, соответственно проекту.
5. Нанесение защитного слоя от повреждений или огнезащиты (материал выбирают в зависимости от условий, в которых эксплуатируется строение).

Что делать при перегруженности колонн

Многие специалисты, которым приходилось сталкиваться с восстановлением плит, считают, что подобные способы в большинстве случаев полностью не решают проблему. Их можно использовать, когда проводится усиление сжатых колонн, которые совпадающих с проекцией рабочих арматурных стержней каркаса. Колоны в этом случае обматываются жгутами в несколько слоев. Жгуты сделаны из углеродного волокна. Если нет жгутов, используют полосы из такой же ткани. При применении комплекса этих мер несущая способность всей конструкции повышается.

Плиты любого здания постоянно находятся под напряжением. На них действуют механические, статистические и динамические силы. Дополнительно они разрушаются от неблагоприятных условий окружающей среды, воздействия разных химических веществ. Поэтому обследование их состояния и определение метода усиления являются ответственной работой.

Полезные рекомендации

Имеется всего два, но очень важных совета. При осуществлении восстановительных процедур и монтаже конструкций необходимо следовать требованиям технологии и практиковать высококачественное сырье. Расчет способности выдерживать нагрузку плит перекрытия, возможность ее укрепления необходимо поручать квалифицированным, опытным в данном вопросе организациям. Исполнение указанных рекомендаций даст возможность исключить проблемные ситуации в процессе использования постройки.

Заключение

Плиты перекрытия зданий и сооружений работают в тяжелых условиях эксплуатации. На данные конструкции воздействуют механические статические и динамические нагрузки, вредные атмосферные факторы, химические вещества. Поэтому расчет несущей способности плит перекрытия возможное ее усиление следует доверять профессиональным, опытным в этом вопросе компаниям.