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).

Рис. 1. Усиление перекрытий путем устройства металлических капителей на стадии возведения конструкций

– 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.

В данном пункте два наиболее распространенных варианта ошибок

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.

В рамках выполнения работ по обследованию одно наиболее часто встречающихся отклонений — отклонение в защитных слоях 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

Жесткостные характеристики элементов конструкции понижены с учетом коэффициентов, согласно п. 6.2.7 СП 430.1325800.2018 [4]:

– 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

Армирование принимается из арматуры Ø12мм с шагом 200мм.

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.