Усиление перекрытия
Компания Ouverture Murs Porteurs Trémies (OMPT) предлагает вам свой строительный опыт
Проёмы в несущих стенах, усиление перекрытий, усиление металлоконструкциями, устройство проёмов в перекрытии или стеклянных перегородок — таковы специализации компании OMPT. Эти крупные работы по перепланировке в обязательном порядке должны выполняться аккредитованными специалистами после проверки осуществимости конструкторским бюро (BET) в соответствии с требованиями законодательства о градостроительстве. Несколько пояснений о наших методах работы.
КАК УСИЛИТЬ ПЕРЕКРЫТИЕ ?
Усилить перекрытие может потребоваться по нескольким причинам. Необходимость может возникнуть из-за хранения слишком тяжёлых грузов, износа арматуры вследствие коррозии или пожара, а также для исправления последствий ошибочных расчётов при проектировании, неверного определения защитного слоя при выполнении работ или низкого качества использованного бетона. Устройство проёмов в перекрытии у несущих стен также делает необходимым усиление железобетонного перекрытия сталью — залог прочности и долговечности.
В зависимости от конфигурации помещения и характера материалов можно использовать разные методы усиления перекрытия. Один из них — спаренные балки : деревянные балки или бетонные элементы соединяют, что усиливает перекрытие и обеспечивает его закрепление при наличии проёма. Другой метод — установка компактных профилей с утолщением. Последний способ, называемый «Эрмит», заключается в использовании сталежелезобетонной балки в качестве усиления и приклеенных листовых стальных пластин, как это делают при усилении мостов. Хотя этот метод отличается превосходной прочностью, он не идеален на случай пожара, поскольку огнестойкость клея не оптимальна.
Усиление деревянного или бетонного перекрытия — не лучшее решение, если поверхность слишком сильно повреждена. В этом случае лучше усилить всю конструкцию балка за балкой. На основе существующего необходимо обработать металлические части железобетона, удалив любые следы коррозии, и нанести антикоррозионное покрытие. Затем следует добавить стальные балки, усиливающие существующую конструкцию.
Такое сочетание бетона и стали даёт двойное преимущество в экономическом и статическом отношении. Коннекторы, соединяющие стальную конструкцию и бетонную плиту, позволяют снизить стоимость монтажа и обеспечить их механическую связь для большей прочности и меньших деформаций.
КАК ИЗГОТОВИТЬ СТАЛЬНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ ?
С бетоном : как правило, конструкционный бетон класса не ниже C 25 или C 30 толщиной более 5 см над профнастилом, следя за тем, чтобы не пробить плиту. Можно также использовать более лёгкий бетон. Не забудьте уложить в него сварную сетку или арматуру.
С монтажным пистолетом : пистолет служит для забивания дюбелей стандарта SPIT P 560. Это высокопрочные дюбели, которые продаются вместе с коннектором и крепят стальной профнастил к балке. Монтажный пистолет гарантирует идеальное крепление. Эта система крепления быстрая и надёжная. Остерегайтесь гипсовых материалов: их хрупкость может не выдержать вибраций при забивании дюбеля.
Со сварной сеткой : это арматура для железобетона из пересекающихся и сваренных стержней, нарезанная по размеру плиты. Как правило, используется сетка марки ST 20, которую укладывают на половине высоты коннекторов, не соединяя её с ними.
С профилированным листом : стальной профнастил общей толщиной менее 2 мм надёжно крепится к балке, что позволяет закрепить коннектор. Рекомендуемый тип профнастила — Cofraplus 60 с высотой волны 55–60 мм. Он должен составлять единое целое с балкой, чтобы коннекторы могли работать.
С коннекторами : возможны два типа коннекторов : во-первых, коннектор CTF с выступом из оцинкованной стали, холодной штамповкой выполненный на анкерной пластине и закрепляемый двумя дюбелями ; он используется главным образом для перекрытий, не требующих особого усиления. Во-вторых, «камертон» — U-образный коннектор из оцинкованного листа толщиной 3 мм с двумя лапками, наклон которых обеспечивает прочное сцепление с бетоном. Четыре высокопрочных стальных дюбеля крепят основание к металлической балке и гарантируют отличные механические характеристики.
Со стальными профилями : металлические балки марок S 235, S 275 или S 355. Они либо подвергаются горячему цинкованию, либо окрашиваются. Дюбели забивают в сталь или в полку профиля. Следует следить, чтобы толщина была более 8 мм.
КАК ЗАКРЕПИТЬ ПЕРЕКРЫТИЕ ?
Временное раскрепление перекрытия
Залитому бетону нужно 28 дней, чтобы набрать прочность. Именно в этот период необходимо раскрепить перекрытие, чтобы оно максимально эффективно воспринимало нагрузки без риска прогиба. Если к перекрытию трудно получить доступ, необходимо предусмотреть подвесные тяги.
Соединение плиты со стенами
Плита обязательно должна быть закреплена на несущих стенах с каждой стороны перекрытия. Так перекрытие станет более жёстким и будет устойчиво к землетрясениям. В зависимости от типа стены работы выполняются по-разному.
Усиление существующего металлического перекрытия
Существующие перекрытия часто состоят из металлических балок типа IAO, опирающихся на стеновую часть фундамента, между которыми вставлены элементы из пустотелого или полнотелого кирпича. При проектировании поверхность перекрытия выравнивали слоем засыпки, служившим основанием для напольного покрытия. Введённые с тех пор сейсмические нормы требуют усиления такого типа существующих перекрытий.
Крепление коннекторов
Приваривать стальные элементы к металлическим балкам не рекомендуется из-за их химического состава, а также потому, что на них могут быть налипшие пыль, ржавчина или раствор. Поэтому лучше крепить коннекторы холодным способом, чтобы дюбели входили непосредственно в металл. К тому же эту операцию проще выполнять.
Расстановка коннекторов
Необходимо ставить около 4 штук на м²: ближе друг к другу у стены и реже в середине балки. Разумеется, нельзя размещать их в зонах стыков.
Прокладка изоляции
Укладка изоляции как элемента конструкции полезна для увеличения сечения балки из стали и бетона без создания случайной нагрузки на перекрытие. Это плиты из жёстких материалов, дающие разные преимущества : от прочности до двойной тепло- и звукоизоляции.
ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ СУЩЕСТВУЮЩЕЕ ПЕРЕКРЫТИЕ ?
Металлические балки : типа IAO или NP — это балки с нестандартной геометрией. Их состав исключает возможность сварки. Напряжения в них находились в диапазоне от 900 до 1.200 кг/см².
Бетон : используется бетон класса C 25 или C 30 толщиной более 5 см. Конструкционному лёгкому бетону отдают предпочтение, когда нужно снизить нагрузку на усиленную плиту, сохранив её механическую прочность. Его применение особенно рекомендуется в зонах с высоким сейсмическим риском.
Заполнение : это выравнивающий слой из бетона или гипса, опирающийся на сборные элементы. Изначально заполнение состояло из сыпучих материалов, а теперь выполняется из глины или полистирола. Кирпичи также могут служить опалубкой при заливке бетона, если их состояние это позволяет. В противном случае лучше использовать профнастил.
Сварная сетка и коннекторы, как описано выше.
Деревянные перекрытия
Необходимо различать уже существующие деревянные перекрытия и новые, которые предстоит устроить.
Существующие деревянные перекрытия чаще всего требуют усиления и придания жёсткости, потому что при их проектировании не предполагалось, что они будут нести тяжёлые нагрузки. Примеры деформированных перекрытий часто встречаются в старых постройках. Нередко также наблюдаются чрезмерные вибрации под весом шагов. Вместо замены досок в таком случае лучше использовать сталежелезобетонную плиту. Она усиливает перекрытие, сохраняя его в прежнем виде, и это не заметно по высоте конструкции.
Чтобы конкурировать с бетонными перекрытиями по прочности и жёсткости, новые деревянные перекрытия должны состоять из балок большого сечения. Сочетание деревянного и бетонного сечений — хорошая альтернатива, так как позволяет уменьшить общую толщину.
В любом случае можно повысить прочность и жёсткость старых деревянных перекрытий, уложив поверх существующей конструкции тонкую бетонную плиту. Эта армированная и соединённая с балками плита заливается прямо на месте. Такой метод применим и к новым перекрытиям, позволяя использовать балки значительно меньшего сечения.
Эта технология сочетания дерева и бетона используется и для изготовления кровель, как плоских, так и скатных. При реконструкции существующего старого деревянного перекрытия эффект двойной: такой ремонт заметно повышает способность воспринимать большие нагрузки, а коннекторы позволяют значительно уменьшить сечение деревянной балки, сохранив её несущую способность.
Крайне важно установить коннекторы между бетонной плитой и деревянными балками. Именно так материалы смогут работать совместно. Это позволяет создать единую конструкцию, в которой каждый материал выполняет чётко определённую функцию : при вертикальной нагрузке бетон работает на сжатие, а дерево — на растяжение. Такая смешанная конструкция из дерева и бетона предпочтительнее простой деревянной благодаря высокой жёсткости и прочности.
Помимо этих свойств, есть и немаловажные дополнительные преимущества : вибрации гасятся, теплоизоляция и тепловая инерция повышаются. Конечно, первое улучшение касается несущей способности, которая заметно возрастает ? Такая композитная конструкция имеет меньшую высоту, чем традиционные, обладает высокой жёсткостью и хорошей огнестойкостью при пожаре.
Перекрытия из кирпича и бетона
Перекрытия из кирпича и бетона — это те, что изготавливались в Италии в начале прошлого века. Действующие правила и нормы для нового строительства делают их малопригодными. Одна из основных причин — в их изготовлении : бетона использовано недостаточно или он низкого качества и потому малопрочен, либо металлическая арматура установлена в недостаточном количестве для обеспечения прочности конструкции. Зафиксированы и другие случаи строительного брака или неудачного проектирования.
В зданиях, где установлены такие кирпично-бетонные перекрытия, необходимо выполнить работы по усилению. В первоначальном состоянии они недостаточно устойчивы к большим нагрузкам и не соответствуют сейсмическим нормам, требующим наличия железобетонной плиты для распределения нагрузки при землетрясении.
Поэтому необходимо устроить ещё одну бетонную плиту, которая будет соединена с существующим перекрытием. Это дополнительное решение — самое недорогое при очень хорошем результате. Работа будет тем успешнее, чем лучше связь между двумя частями перекрытия обеспечивает сечение с полным взаимодействием.
Какие этапы нужно пройти ?
Первый шаг перед любыми работами — оценить состояние конструкции : хорошо ли она сохранилась и сохранили ли балки свои механические свойства ? Это можно определить с помощью специалиста-геодезиста, проверив прочность бетона и определив количество и качество арматуры существующих балок перекрытия.
Если заранее сложно проверить, обеспечивает ли шероховатость соединяемой поверхности достаточное сцепление, следует установить коннектор. Ведь если между элементами конструкции происходит сдвиг, несущая способность снижается, а риск деформации возрастает.
Один из способов уменьшить естественную склонность к сдвигу — заливать бетон в два чётко разделённых приёма. Но этого всё же недостаточно для полноценной совместной работы всей конструкции. Поэтому важно установить коннектор, который позволит оценить уровень сцепления материалов.
Существует 4 класса поверхности по шероховатости. Очень гладкая — при заливке на гладкую опалубку ; гладкая, самая распространённая, — для бетонной стяжки с вибрированной поверхностью ; шероховатая, получаемая искусственно механическими способами ; и зубчатая, которую готовят, а затем заливают с помощью специально профилированных элементов. Для открытого кирпича или рыхлого заглаженного слоя следует считать, что вклад в обеспечение безопасности нулевой.
Кроме того, свойства прочности и деформации соединения влияют на то, как будет работать составной элемент. Особое значение имеет пластичность этого соединения, потому что она обеспечивает наилучшую несущую способность и изгибную прочность конструкции. Она также влияет на равномерное распределение всех коннекторов по всей длине конструкции. Это показывает, насколько важно знать, как ведёт себя соединение, чтобы правильно рассчитать и оценить статическую надёжность перекрытия до устройства усиливающей плиты.
Соединение чаще всего выполняют коннекторами с выступом, анкеры которых к разным элементам различаются в зависимости от материалов ; это облегчает монтаж.
Плиты из фибробетона
Новые технологии позволили создавать тонкие плиты, обладающие высокой прочностью. Они состоят из бетона, армированного волокнами. Теперь этот материал очень часто используют для перекрытий из бетона и кирпича. Это FRC — английская аббревиатура от Fiber Reinforced Concrete. Эта смесь на основе цемента, усиленная различными волокнами, гарантирует высокую прочность на сжатие, а также на растяжение. Кроме того, он пластичен и лучше обычного бетона сопротивляется срезу.
Поскольку эти новые материалы ещё не классифицированы, точные области их применения пока неизвестны. Во всяком случае, их уже используют для соответствия сейсмическим нормам и для придания жёсткости тонким перекрытиям с небольшой нагрузкой.
Эффективность такой жёсткой плиты будет оптимальной при условии наличия определённой степени закрепления к существующей конструкции на двух стыках: балка — плита и плита — стена. Разработчики FRC часто советуют заранее выполнить трудоёмкую подготовку усиливаемой поверхности кирпичных и бетонных плит. Например, они рекомендуют удалить глянец с основания механической абразивной обработкой, затем очистить его и начать усиление с нанесения валиком грунтовки. Если местами поверхность не заглажена, необходимо выполнить металлическое соединение, чтобы не оставалось сомнений.
Из каких элементов состоит перекрытие ?
Перекрытия без стяжки : многие перекрытия не имеют верхней стяжки. Это так называемые пустотные перекрытия, для которых необходимо устроить сталежелезобетонную плиту, чтобы нагрузки могли распределяться, а конструкция отвечала требованиям сейсмических норм.
Перекрытия со стяжкой : некоторые перекрытия имеют относительно тонкие или слабо армированные стяжки. В такой конфигурации их следует усилить, чтобы придать жёсткость всей плите и повысить несущую способность.
Перекрытия с низкой несущей способностью : для перекрытий, отличающихся низкой несущей способностью, нужно учитывать возможное увеличение нагрузки. Тогда следует устроить сталежелезобетонную плиту, чтобы увеличить расстояние между внутренними силами и улучшить сопротивление сечения любому изгибу. Чем больше высота сечения, тем выше должна быть прочность.
Размеры существующих балок
Необходимо найти время, чтобы изучить размеры уже имеющихся балок. Их ширина обязательно должна быть достаточной, чтобы коннектор по бокам был покрыт достаточным объёмом бетона. Эту меру предосторожности нужно соблюдать на всю глубину заделки коннектора. Минимальная ширина балки должна составлять 10 см, а максимальная толщина — 2 см, если в перекрытии нет существующей плиты. То же требование к толщине действует при наличии в перекрытии плиты, но её ширина должна быть не менее 8 см. Если у существующих перекрытий балки меньшего размера, установить какой-либо коннектор невозможно. Тип сборных балок позволяет легко понять, какой это случай. Если перекрытие состоит из элементов Bausta, проблем с креплением коннектора нет ; для перекрытий Varese или Sap малого размера всё иначе.
Тип существующих балок
Для существующих бетонных балок необходимо проверить прочность на сжатие. Она должна давать значения не ниже Rck 20 МПа. От этого зависят прочность коннектора, его срез и проверки на изгиб. Если бетон карбонизирован, а сталь окислилась, установить коннекторы невозможно.
Арматура существующих балок
Необходимо проверить прочность нижних стальных стержней усиливаемых перекрытий. Для этого нужно зафиксировать их характеристики: диаметр, тип стали и количество. Испытания в специализированной лаборатории позволяют проверить способность стали сопротивляться вплоть до разрыва.
Какие коннекторы использовать ?
Существуют разные коннекторы, и выбирать их нужно с учётом конфигурации перекрытий и условий их эксплуатации. Например, для перекрытия, которое должно выдерживать большие нагрузки, применяется коннектор CTEM. Он снабжён пластиной в основании, которая закрепляется на существующей плите, что обеспечивает наилучшие механические характеристики.
Для менее нагруженных конструкций может подойти коннектор VCEM. Он оснащён одним винтом с резьбовой частью, чтобы надёжно входить в бетон.
Наконец, коннектор CTC MINI применяется для соединения нескольких очень тонких слоёв высокопрочного бетона при устройстве сталежелезобетонных плит толщиной не менее 20 мм.
Какой бетон использовать ?
Чаще всего используется конструкционный бетон класса не ниже C 25/C 30 толщиной более 4 см. Главное — никогда не превышать уровень сталежелезобетонной плиты и обязательно хорошо увлажнить перекрытие перед бетонированием.
Лёгкий конструкционный бетон рекомендуется для снижения нагрузки на усиленную плиту при сохранении оптимальной механической прочности. Именно этот материал применяется в новом строительстве в соответствии с нормами для зон с высокой сейсмической опасностью.
Общая толщина усиленной плиты должна быть больше 1/25 её длины. Это базовое правило. Чтобы определить количество устанавливаемых коннекторов, нужен простой расчёт. Их размещают чаще у стен и реже по мере приближения к середине балки.
Перед заливкой бетона перекрытия необходимо надёжно подпереть. Если нет доступа к помещениям снизу, следует использовать подвесные тяги, чтобы подвесить перекрытие.
Бетон, армированный фиброй, в свою очередь, применяется, чтобы уложиться в толщину слоя от 20 до 30 мм и уменьшить нагрузки.
Если есть распределительные плиты, не связанные со стенами, или плиты нет вовсе, их нужно либо связать со стенами, либо закрепить стержни на смоле.
Не забудьте уложить сварную сетку на середине высоты плиты. Эту сетку необязательно соединять с плитой коннекторами.
Наконец, важно предусмотреть укладку изоляционной панели, обладающей жёсткостью, прочностью, а также тепло- и звукоизоляционными свойствами.
Проблема разрушения кирпичей
Некоторые перекрытия, чувствительные к значительным прогибам, могут прогнуться настолько, что нижняя плита и блок пустотного перекрытия оседают. В этом случае необходимо соответствующим образом усилить перекрытие, а затем закрепить коннекторы с новой плитой, чтобы не допустить повторения разрушения на уровне кирпичей.
Если перекрытие нельзя усилить, например из-за недостаточных размеров сечения, внутрь него нужно установить стальные балки. Возможны разные решения: от полного демонтажа до восстановления с помощью углеродных волокон. Стальные балки при этом ставятся вместо рядов пустотного перекрытия. Затем балка соединяется со сталежелезобетонной плитой коннектором типа CTF и, наконец, правильно армируется сварной сеткой.
Мы здесь, чтобы помочь вам: если у вас есть вопросы, не стесняйтесь связаться с нами.