Сравнительный анализ изменения несущей способности перекрытий при изменении защитных слоев рабочей арматуры

В статье рассмотрено расчетное обоснование и сравнительный анализ предельных моментов в железобетонных перекрытиях при изменении защитных слоев рабочей арматуры.

Ключевые слова: железобетон, армирование, обследование, ошибки при производстве, перекрытия, несущая способность, строительство, защитный слой.

Железобетон в настоящее время является одним из наиболее распространенных материалов для возведения зданий и сооружений. Одним из преимуществ монолитного железобетона является сравнительная простота изготовления конструкций.

Не смотря на достаточно обширную нормативную базу железобетонных конструкций, ошибок на всех стадиях проектирования и возведения конструкций избежать не получается. При классификации дефектов строительных конструкций по вызывающим их причинам принято подразделять дефекты на вызванные: ошибками при проектировании, нарушением технологии их изготовления и монтажа, нарушением правил эксплуатации зданий и сооружений и стихийными бедствиями [6].

Можно выделить несколько групп ошибок в каждой из стадий производства монолитных железобетонных конструкций.

1) Ошибки при проектировании.

– Несоблюдение требований и норм при проектировании.

Наиболее часто встречающиеся дефекты, связанные дефектами в конструкциях перекрытий (рис. 1).

– Ошибки, связанные с некорректными решениями по устройству узлов;

– Ошибки, связанные с неверно подобранными классами и марками бетона и арматуры;

– Ошибки, связанные с недостаточным отображением узлов в чертежах и с недостаточным количеством указаний по производству работ.

2) Ошибки при производстве строительно-монтажных работ.

–Нарушения технологии армирования;

– Нарушения проектной геометрии конструкций;

– Отсутствие должного строительного контроля;

– Экономия при выборе материалов для изготовления конструкций;

– Неверная последовательность выполнения работ;

– Неправильный уход за бетоном в процессе заливки и после и т. д.

А) нарушение защитных слоев при армировании, за счёт чего не обеспечивается коррозийная устойчивость арматуры и необходимая несущая способность.

Б) Игнорирование рекомендаций нормативов по сварным соединениям арматуры. Зачастую строительно-монтажные организации используют вязку арматуры или сварку «прихватками», для сокращения сроков проведения СМР, что в свою очередь также ведёт с значительному снижению несущей способности.

3) Ошибки, связанные с эксплуатацией.

– Превышение проектных нагрузок;

– Несогласованные перепланировки;

– Несоблюдение температурно-влажностного режима;

– Агрессивные воздействия на конструкции (например, химическое, механическое);

– Несвоевременная очистка конструкций от снега, пыли (для производственных зданий) и т. д.

Для определения порядка выполнения работ по усилению конструкций внешним армированием в данной статье разобрана ошибка, связанная с изменением положения рабочей арматуры в плите перекрытия.

Проектное расположение основной рабочей арматуры.

Расположению рабочих сеток армирования не уделяется должное количество внимания ни на стадии проектирования, ни на стадии монтажа арматуры, от этого фактически защитный слой армирования изменяется по отношению к заложенному в поверочных расчетах.

Согласно экспериментальным исследованиям, оголение рабочей арматуры в сжатой зоне является более неблагоприятным случаем, чем ситуация, когда такой же участок оказывается в растянутой зоне. Исправление допущенных дефектов путем нанесения слоя цементного раствора не является эффективным, несущая способность не восстанавливается [7].

Рассмотрим железобетонное монолитное перекрытие пролётом 6 метров шириной 1 метр.

Стены и перекрытия в схеме замоделированы оболочками. Стены приняты толщиной 250мм с классом бетона В25, перекрытия толщиной 220мм с классом бетона В25.

Рис. 2. Геометрические параметры железобетонной конструкции

Рис. 3. Расчетная схема железобетонной конструкции

– 0,6 для вертикальных сжатых железобетонных стен;

– 0,2 — для несущего горизонтального перекрытия.

В соответствии с ГОСТ Р 54257–2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования» класс сооружения принят КС-2. Коэффициент надежности по ответственности принят равным 1 [5].

Все нагрузки приняты согласно СП 20.13330.2016 г. Перечень принятых нагрузок представлен в таблице 1 [1].

Таблица 1

Перечень принятых нагрузок

В результате расчета получено максимальное усилие момента (Рисунок 4), равное - 4.42 т.*м.

Рис. 4. Результаты расчета

Защитный слой арматуры принят 25 мм в соответствии с требованиями СП 63.133330.2018 [2].

Рассматриваемые защитные слои при выполнении расчета:

1) 25мм. — защитный слой арматуры проектный

2) 35мм. — защитный слой арматуры проектный с допуском в 10 мм, согласно таблице 5.10, СП 70.13330.2012 [3].

3) 37 мм. — защитный слой арматуры при изменении направления сетки

4) 47 мм. — защитный слой арматуры при изменении направления сетки с учетом максимального допуска.

Результаты расчета по прочности изгибающего момента п. п. 8.1.8–8.1.14 СП 63.13330.2018 [2] представлены на рисунке 5.

Рис. 5. Коэффициент использования по предельному моменту (п.п. 8.1.8–8.1.14 СП 63.13330.2018)

Рис. 6. Снижение несущей способности по предельному моменту

В результате выполненных поверочных расчетов следует вывод, что в конструкциях перекрытий с минимальным запасом прочности, даже допускаемые отклонения, указанные в таблице 5.10 СП 70.13330.2012 [3] ведут к снижению несущей способности. Согласно скачку, на диаграммах следует, что снижение несущей способности по предельному моменту большей степени при нарушении защитного слоя в большую сторону при увеличении защитного слоя в первые 10мм. Результаты снижения несущей способности в процентном соотношении представлены на рисунке 6.

Выводы:

1. Изменение защитного слоя арматуры ведёт к снижению несущей способности конструкции на величину от 3,5 % для арматуры диаметром 12мм. Для арматуры больших диаметров — снижение несущей способности, при изменении защитного слоя более существенно.
2. Контроль защитного слоя при обследовании влияет на разработку проекта по усилению конструкций перекрытий при помощи внешнего армирования.
3. С учетом использования порядка 30 % от прочности композитных материалов (без преднапряжения) [1], при усилении перекрытий необходимо учитывать снижение несущей способности от фактической картины армирования, выявленной в процессе обследования.

Литература:

1. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
2. СП 63.133330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»
3. СП 430.1325800.2018 «Монолитные конструктивные системы. Правила проектирования».
4. ГОСТ Р 54257–2010 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования»
5. СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
6. В. Т. Гроздов «О некоторых ошибках проектирования железобетонных и каменных конструкций и технического обследования зданий и сооружений». Санкт — Петербург 2006 г.47 с.
7. Мохаммед Джалил Мохаммед Навшад, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук: «Исследование напряженно-деформированного состояния монолитных железобетонных плит перекрытий с дефектами». Москва 2004.