В современном мире с уверенностью можно предположить, что перепрофилирование морально устаревших производств будет подвержено реконструкции. Реконструкция строительных объектов — это переустройство зданий, установки современного оборудования и создание дизайнерского ландшафта. Под усилением строительной конструкции принимается совокупность действий, которые положительно влияют на улучшение ее несущей способности, жесткости, трещиностойкости, то есть всех тех факторов, которые необходимы для безопасной эксплуатации зданий и сооружений.

Как правило усиление железобетонных конструкций необходимо применять в следующих случаях:

— Изменение технологии производства, изменения функционала здания может привести к увеличению расчетных нагрузок на колонны и перекрытия;

— В процессе эксплуатации здания или сооружения происходит физический износ конструкций;

— Глубокая реконструкция, подразумевающая изменение пролетов, высот, шага колонн.

Новейшие разработки в технологии строительных работ позволяют наиболее эффективно проводить перепланировку, увеличение высоты помещений, усиление и замену конструкций. Хорошо обосновываются сроки на строительство — временные затраты на реконструкцию в 1,5–2 раза меньше, чем на новое строительство, в основном благодаря введению новых технологий и материалов. В статье предлагаются три основных метода усиления колонн, в третьем варианте предлагается рассмотреть технологию усиления из композитных материалов. Последнюю технологию можно по праву считать самым современным методом усиления конструкции. Данная технология по сравнению с иными повышает трудоемкость и скорость производства работ.

1. Усиление железобетонными обоймами

По праву можно считать самым проверенным методом для ремонта и увеличения несущей способности колон и стен. По своей сути, он очень схож с другим методом — торкретирования. Отличие лишь в том, что торкретирование — это нанесение слоя бетона из аппарата под давлением на стену, а железобетонная обойма подразумевает еще армирование по все площади стены. Физический смысл заключается в том, что вокруг существующей стены выполняется армирование (поперечное и продольное), а затем наносится бетонный раствор тем самым повышая площадь поперечного сечения будущей стены, а также автоматически повышается ее теплоизоляция. Существуют определенные принципы данной технологии, они основываются на толщине обоймы и влияют на производство работ.

Важно учитывать, что если обойма толщиной до 5 см, тогда используют метод нанесения торкретированием, если толщина доходит до 14 см тогда устанавливают щитовую опалубку по все площади стен. В данном случае подача бутона будет осуществляться через инъекционные трубки под давлением. По завершению набора прочности бетона, опалубку демонтируют и допускается проведении работ по оштукатуриванию стены.

Рис. 1. Метод усиление железобетонными обоймами

1 — Усиливаемая стена, 2 — продольная арматура, 3 — поперечная арматура, 4 — металлические штыри, 5 — рубашка из цементно-песчаного раствора

2. Усиление металлическими обоймами

Для усиления вертикальных строительных конструкций применяется метод стальных обойм, согласно статистике также популярен среди инженеров-строителей и проектировщиков как зарекомендовавший себя метод. Здесь применяются стальные уголки, установленные в углах стен или колонн и соединительных планок. Соединительные планки являются стягивающим статическим элементом, так как полный эффект усиления начинает создаваться после их приварки к уголкам. Ввиду того, что поперечные планки сначала нагревают до температуры 120 градусов Цельсия, а после монтажа они остывают и стягивают стальные уголки создавая напряженную металлическую обойму. Это получается за счет того, что металл при нагревании расширяется, а при остывании сжимается. На данном физическом факте и основывается вся технология металлических обойм. Данный способ позволяет незначительно или вовсе не увеличивать поперечное сечение конструкции. В ряде случаев, когда соотношение сторон сечения больше 1:2 применяется дополнительная вертикальная планка, закрепленная насквозь через стену стягивающими болтами. В данной технологии нанесение бетонного раствора под давлением не подразумевается обязательным, но допустимо.

Рис. 2. Усиление каменных конструкций устройством обоймы: а — стальной, при соотношении сторон сечения меньше 1:2; б — то же, при соотношении сторон сечения больше 1:2; в — железобетонной и растворной; г — бандажами из углеволокна; 1 — хомуты (планки) из круглой или полосовой стали; 2 — уголки; 3 — промежуточные вертикальные планки из полосовой стали; 4 — стяжные болты; 5 — слой цементно-песчаного раствора; 6 — вертикальная арматура обоймы; 7 — сварные хомуты обоймы; 8 — растворная или железобетонная обойма; 9 — усиливаемый каменный элемент; 10 — слой цементно-песчаного раствора

3. Усиление композитными материалами

Композитный материал — это гибкая ткань с одно или двунаправленным расположением волокон, применяемый в технологии усиления строительных конструкций. Технология усилия с данным материалом является на сегодняшний день наиболее современным и высокотехнологичным методом. Существует три основных типа волокна

1. КМФУ на основе Углерода

2. КМФА на основе Арамида

3. КМФС на основе Стекловолокна

Выбор композитного материала для различных систем усиления является одним из наиболее важных вопросов, решаемых при проектировании усиления строительных конструкций.

Таблица 1

Типичные свойства применяемой фибры

При утверждении рабочего проекта с правильно расчетными характеристиками приступают к монтажу, который не является сильно трудоемким по отношению к другим технологиям усиления. Он представляет из себя несколько этапов:

1. Удаление разрушенного бетона, обеспыливание конструкции
2. Нанесение/восстановление защитного слоя
3. Установка холстов с нанесенным клеевым составом
4. Пропитка материала усиления. Защитный слой

Композитный материал является долговечным и обладает высокой надежностью. Не требует дополнительных мероприятий по защите от агрессивной среды, а также легко ремонтопригоден — дополнительно усиливается при нанесении дополнительного слоя композитного материала. Усиление конструкций композитными материалами является менее трудоемким и энергозатратным процессом по сравнению с другими аналогичными способами. Всем этим можно объяснить увеличивающийся объем применения усиления строительных конструкций композитными материалами в мире.

Рис. 3. Композитная обойма

Рис. 4. Лента КМФ

Литература:

1. Тилинин Ю. И. Рациональное применение домостроительных технологий//Дьячкова О. Н., Тилинин Ю. И., Ратушин В. А. Жилищное строительство. 2020. № 1–2. С. 11–15.

2. Тилинин Ю. И. Кладочные технологии при возведении наружных ограждающих конструкций //Тилинин Ю. И., Хуссейн С. Г. Н.Д., Тилинин В. Ю. Актуальные проблемы военно-научных исследований. 2021. № S3 (15). С. 228–238.

3. Юдина А. Ф., Евтюков С. А., Тилинин Ю. И. Развитие технологий жилищного строительства в Санкт-Петербурге// Вестник гражданских инженеров. — 2019 — № 1 (72). — с. 110–119 СПб.: СПБГАСУ, 2019.

4. Тилинин Ю. И. Домостроительные технологии в системе сохранения и развития архитектурно-планировочной структуры исторических российских городов: монография / Ю. И. Тилинин, О. А. Пастух (принадлежит авторство первой главы), Д. А. Животов, А. Н. Панин; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. — Санкт-Петер бург: СПбГАСУ, 2022. — 239 с.

5. Тилинин Ю. И. Совершенствование технологии усиления бетонных колонн при реконструкции каркасных зданий//Юдина А. Ф., Тилинин Ю. И., Животов Д. А. Вестник гражданских инженеров. 2019. № 2 (73). С. 104–111.

6. Бирюков Ю. А. Оценка экономической эффективности при обосновании варианта и планирования реконструкции зданий (на примере Северо-Западного федерального округа)//Бирюков Ю. А., Макаров Р. В. Сметно-договорная работа в строительстве. 2020. № 12. С. 30–33.