В статье поставлена цель изучить особенности реконструкции и дальнейшей эксплуатации зданий культурного наследия. В статье рассмотрены области применения и преимущества углеволокна. В результате анализа выявлены задачи внедрения способа усиления зданий КГИОПа при помощи углеволокна.
Ключевые слова: здания КГИОПа, прогиб, деформации, углеволокно, усиление.
В Санкт-Петербурге находится множество зданий дореволюционной постройки. У большинства из этих зданий перекрытие — это деревянная балочная система, которая в большинстве случаев либо никогда не менялась, либо менялась очень давно. В этих зданиях проживает огромное количество людей, а значит вопрос усиления перекрытий является всегда актуальным.
Плохое состояние балочной конструкции происходит вследствие повреждения целостности древесины. Перепады температуры, влажности, вредоносное действие жуков короедов приводит к деформированию балки перекрытия.
Под тяжестью собственного веса, а также постоянной и переменной нагрузки балки могут достигать предела допустимого нормами прогиба. Если прогиб находится в пределах 1:300, то значение прогиба считается нормальным, но если показатели больше, то балку усиливают.
Часто требуется сделать из чердака мансарду или жилое помещение, тем самым увеличится и постоянная нагрузка, и временная, и тогда автоматически требуется увеличить сечение деревянных несущих конструкций.
Приступать к восстановлению деревянных конструкций следует только после проведения детального инженерно-технического обследования здания. В процессе обследования изначально следует выявить особо опасные дефекты, которые могут привести к обрушению, а именно:
- сильное поражение от жизнедеятельности дереворазрушающих грибов и насекомых;
- растрескивание ответственных частей конструкции;
- разрывы растянутых элементов (поясов, раскосов, стоек и т. д.);
- деформации изогнутых элементов.
При незначительных биологических повреждениях древесину, сохранившую прочность, следует очистить от грибковых налетов до здоровых слоев и тщательно обработать антисептиками с последующим усилением.
Древесину, в значительной степени утратившую свои нормальные физико-механические свойства, необходимо удалить, при этом удаляется не только явно разрушенная древесина, но и прилегающая к ней на расстоянии до 0,5 м здоровая на вид [1].
Рассмотрим основные способы усиления деревянных конструкций.
Усиление деревянными накладками
Данный способ является наиболее распространенным. Он достаточно прост в исполнении, и не требует больших навыков от рабочих, совершающих установку накладок.
Накладки применяются при повсеместном, но не очень сильном повреждении древесины. Устанавливаются они с двух сторон бруса, или сверху и снизу, или по бокам, но по всей длине. Сначала все части плотно затягиваются друг к другу, а затем насквозь скрепляются. Особое внимание уделяют обработке поврежденной балки и накладок противогрибковым раствором.
Рис. 1. Усиление балки деревянными накладками
Усиление пролетов металлическими накладками (пластинами)
Также вместо деревянных накладок можно использовать стальные. Металл перед установкой следует обработать антикоррозионным раствором.
Монтаж пруткового протеза
Очень часто происходит так, что конец балки сгнивает особенно сильно, тогда ту часть обрезают и ставят на место её прутковый протез, выполненный из двух спаренных металлических ферм малого сечения (10–25 мм).
Длина протеза должна быть на 10 % больше двойной длины сгнившего конца балки, но не более 1,2 м.
Усиление балок шпренгельными затяжками
Также распространено усиление деревянных балок шпренгельными затяжками. Это металлическая система из стержней, закрепленных снизу балки, она не позволяет балке прогнуться, более чем на нормируемую величину.
Изменение условий работы конструкций
Данный способ применяется, при условии возможности установки дополнительных раскосов и стоек, которые улучшают работу конструкции, но занимают большое количество пространства.
Но задача усиления усложняется, когда конструкции здания относятся к объектам культурного наследия. Обязательное условие при этом — максимально возможная сохранность существующих конструкций, их внешнего вида. Обеспечить эти требования, при условии сохранения или увеличения несущей способности, возможно путем их армирования с использованием полимерных композитных материалов, а именно — наклеиваемые тканые материалы.
Усиление углеродным волокном является современной технологией. Представляет собой наклеивание стольких слоев углеволокна, с помощью эпоксидной смолы, сколько потребуется для обеспечения требуемых показателей жесткости.
Рис. 2. Усиление деревянной балки углеволокном
Целесообразность применения углеволокна при усилении существующих конструкций обусловлена несколькими факторами. Главный из них — это высокие прочностные характеристики, которые могут компенсировать выявленные пороки и повреждения в деревянных конструкциях.
Второе достоинство полимерных композитов состоит в их относительно малой плотности, что позволяет не увеличивать габариты и нагрузку на фундамент при усилении.
Третье достоинство — это высокая устойчивость к воздействию химически агрессивных сред, которая позволяет применять углеволокно в аквапарках, бассейнах, складах минеральных удобрений и солей.
К преимуществам полимерных композитов относится и сравнительно простой их монтаж, что важно при производстве работ на конструкции, находящейся в проектном положении и при ограниченном доступе к ней [2].
Но сдерживающим фактором расширения усиления полимерными композитами можно считать отсутствие нормативной базы и специальных руководств по проектированию, а также недостаточный объем исследований в этом направлении.
Подводя итоги можно сказать, что за годы исследований было разработано и внедрено в строительную практику множество вариантов усиления деревянных конструкций, однако, многие из них связаны с изменением статической схемы, они оказывают существенное влияние на эстетический вид конструкции и уменьшают полезное пространство в помещении. Часто это является нежелательным, а при усилении конструкций культурного наследия — недопустимым. Поэтому в таких случаях целесообразно усиление армированием, которое позволяет значительно повысить несущую способность и жесткость деревянного элемента без изменения его внешнего вида, а именно углеродное волокно.
Литература:
- Погорельцев А. А. Высокомодульные материалы, используемые в массивных клеедощатых конструкциях / А. А. Погорельцев, С. Б. Турковский, В. О. Стоянов // Современные строительные конструкции из металла и древесины: сб. научных трудов. — Одесса.- 2015. — С.106–109.
- СП 164.1325800.2014 Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. М.: Стандартинформ, 2015. — 56с.
