Усиление строительных конструкций: основные способы и когда они нужны

Усиление строительных конструкций устанавливает комплекс технических мероприятий, направленных на восстановление или повышение несущей способности, жесткости и устойчивости элементов зданий и сооружений. Такие работы выполняются на основании проекта, разработанного по результатам обследования технического состояния и поверочных расчётов. Для разработки этих документов выполняется проект усиления конструкций. В статье рассмотрены нормативная база, основания для усиления, основные способы, особенности применения по материалам конструкций, состав проекта и порядок приёмки работ.

Понятие и задачи усиления строительных конструкций

Усиление строительных конструкций применяется для восстановления проектных характеристик, утраченных вследствие износа, повреждений, ошибок проектирования или строительства, либо для повышения несущей способности при изменении функционального назначения и нагрузок. Основные задачи: восстановление или увеличение несущей способности, снижение деформаций, повышение жесткости и устойчивости, обеспечение нормативных требований безопасности.

Усиление может быть временным или постоянным. Временное усиление выполняется на период аварийной ситуации или ремонтных работ. Постоянное усиление рассчитывается на весь остаточный срок службы конструкции с учетом планируемых условий эксплуатации.

Основания для назначения усиления

Усиление строительных конструкций назначается по результатам обследования, если категория технического состояния оценена как ограниченно работоспособное или аварийное. Типичные основания:

• снижение прочности материалов ниже проектных значений;
• коррозия арматуры, закладных деталей и стальных элементов;
• сверхнормативные прогибы, крены и деформации;
• увеличение нагрузок при реконструкции или перепланировке;
• изменение технологических процессов и назначения помещений;
• ошибки в проектной документации и строительные дефекты;
• последствия пожара, затопления, сейсмических воздействий;
• окончание нормативного срока службы;
• необходимость изменения конструктивной схемы.

Нормативная база

Порядок обследования, проектирования и производства работ по усилению регламентируется следующими документами:

• Федеральный закон от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»;
• ГОСТ 31937 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»;
• СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»;
• СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»;
• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»;
• СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции»;
• СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции»;
• СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»;
• СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования»;
• ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Обследование и выявление дефектов

До начала проектирования выполняется техническое обследование. Оно включает анализ проектной и исполнительной документации, визуальный осмотр, инструментальные измерения геометрических параметров, определение прочности материалов, выявление дефектов и повреждений, оценку условий эксплуатации.

Применяются методы неразрушающего контроля: ультразвуковой, ударно-импульсный, метод отрыва со скалыванием, магнитный, вихретоковый и тепловизионный. Для металла используются толщиномеры, твердомеры и дефектоскопы. Для древесины выполняется зондирование, отбор проб на влажность и биоповреждения. Результаты обследования оформляются техническим отчетом с категорией технического состояния и картой дефектов.

Поверочные расчёты и выбор способа усиления

На основании данных обследования выполняется расчёт строительных конструкций. Он определяет фактическую несущую способность, деформативность и устойчивость с учетом выявленных дефектов и планируемых нагрузок. Расчёт выполняется по первой и второй группам предельных состояний. Для сложных узлов и пространственных систем применяются конечно-элементные модели.

«МОС-ЭКСПЕРТ» выполняет такие работы в расчетных комплексах Лира 10 и SCAD Office, а инструментальные данные обеспечивает собственная лаборатория неразрушающего контроля, оснащенная более чем 200 поверенных приборов, внесенных в госреестр средств измерений. По итогам расчёта формируется заключение о необходимости усиления и подбираются способы.

Способы усиления: обоймы и наращивание сечений

Наиболее распространенный способ усиления сжатых элементов: устройство обойм. Железобетонная обойма увеличивает сечение, защищает арматуру и повышает прочность. Стальная обойма из уголков, планок и листов применяется для колонн, простенков и балок. Композитная обойма из углеродных лент создает внешнее армирование.

Наращивание сечения используется для изгибаемых и сжатых элементов: бетонирование с дополнительным армированием, торкретирование, установка металлических накладок, увеличение высоты или ширины балки, плиты, колонны. Работы выполняются после подготовки поверхности: удаление слабого бетона, очистка, насечка, обработка праймером.

Способы усиления: разгрузка и изменение расчетной схемы

Способ применяется, когда прямое наращивание сечения недопустимо или неэффективно. Разгрузка может быть полной или частичной. Используются временные стойки, домкраты, подкосы, подвесные системы и предварительно напряженные затяжки.

Изменение расчетной схемы включает установку дополнительных опор, диафрагм, связей, разгружающих балок и шпренгелей. Это снижает расчетные усилия в существующих элементах и позволяет передать часть нагрузки на новые конструкции.

Способы усиления: композитные материалы

Для усиления железобетонных и каменных конструкций применяются системы внешнего армирования на основе углеродных, стеклянных и арамидных волокон. Материалы: ленты, ламели, холсты и сетки. Композиты наклеиваются на подготовленную поверхность эпоксидными составами.

Преимущества: малая толщина, высокая прочность, коррозионная стойкость, отсутствие значительного увеличения массы. Ограничения: температура эксплуатации, горючесть, требования к подготовке основания, необходимость защиты от механических повреждений. Для каменных конструкций также используется инъектирование трещин и армирование кладки.

Особенности усиления разных типов конструкций

Выбор способа зависит от материала несущих элементов:

• железобетонные конструкции: обоймы, наращивание сечения, композиты, инъектирование трещин, восстановление защитного слоя, антикоррозионная защита;
• каменные конструкции: металлические и композитные обоймы, инъектирование, установка тяжей, армирование швов;
• металлические конструкции: приварка дополнительных элементов, установка ребер жесткости, замена корродированных участков, предварительное напряжение, защита от коррозии;
• деревянные конструкции: протезирование, установка накладок и металлических зубчатых пластин, замена врубок, антисептирование, усиление узлов.

Состав и этапы работ

Работы выполняются поэтапно: обследование, поверочные расчёты, разработка проекта усиления, согласование, подготовка основания, монтаж временных креплений при необходимости, выполнение усиления, контроль качества, сдача работ. В состав проекта входят:

• пояснительная записка;
• чертежи усиления;
• спецификации материалов;
• ведомости объёмов работ;
• технологические регламенты;
• мероприятия по безопасности.

Проект должен учитывать реальные условия эксплуатации и возможность выполнения работ без остановки или с частичной остановкой объекта.

Типовые ошибки при усилении

При усилении строительных конструкций типичны ошибки: отсутствие качественного обследования, неправильное определение фактических нагрузок, игнорирование коррозионных повреждений, неверный выбор расчетной схемы, несовместимость материалов, нарушение технологии подготовки поверхности, некачественное выполнение сварных швов, отсутствие временного раскрепления, неправильная последовательность работ, отсутствие контроля прочности после усиления.

Сроки и стоимость

Сроки усиления зависят от объёма работ, типа конструкций, доступности, сезонных ограничений и необходимости остановки технологического процесса. Стоимость формируется на основании сметного расчёта по ведомости объёмов работ и применяемых материалов. В смету включаются подготовительные работы, монтаж, материалы и контроль качества. Прямые показатели стоимости не устанавливаются нормативно, их определяет проектная документация и конъюнктура рынка.

Контроль качества и приёмка

После выполнения усиления проводится контроль: визуальный осмотр, измерение геометрических параметров, неразрушающий контроль прочности бетона, сварных соединений и адгезии композитов, при необходимости испытания. По результатам оформляется исполнительная документация, акты освидетельствования скрытых работ и протоколы испытаний.

Приёмка осуществляется при участии заказчика, проектной организации и строительного контроля. Допускается выполнение повторного обследования для подтверждения категории технического состояния. Система контроля качества «МОС-ЭКСПЕРТ» соответствует требованиям ГОСТ Р ИСО 9001-2015.

Порядок оформления документации при усилении

Документальное сопровождение усиления включает техническое задание на обследование, программу работ, технический отчет, проектную и рабочую документацию, акты освидетельствования скрытых работ, протоколы испытаний и журналы производства работ. Все документы должны соответствовать требованиям нормативных документов и передаваться заказчику в составе исполнительной документации.

При необходимости выполняется экспертиза проектной документации в порядке, установленном законодательством. После завершения работ и приемки в технический паспорт здания вносятся сведения о выполненных мероприятиях, изменении конструктивной схемы и новых характеристиках элементов.

Методики измерений при обследовании и контроле

Инструментальные измерения выполняются поверенными средствами измерений, внесенными в государственный реестр. Для определения прочности бетона применяются ударно-импульсный метод, метод отрыва со скалыванием и ультразвуковой метод по ГОСТ 22690. Защитный слой и расположение арматуры контролируются магнитными и электромагнитными приборами.

Прогибы и деформации измеряются нивелирами, тахеометрами и прогибомерами. Металлические элементы проверяются ультразвуковыми толщиномерами и дефектоскопами, сварные соединения : визуально-измерительным и ультразвуковым методами. Влажность древесины определяется диэлькометрическими или резистивными влагомерами. Тепловизионный контроль применяется для выявления скрытых дефектов и участков переувлажнения.

Практика применения результатов усиления и мониторинг

После ввода усиленных конструкций в эксплуатацию рекомендуется организовать периодический мониторинг технического состояния. Контрольные точки устанавливаются на наиболее нагруженных элементах и узлах сопряжения. Периодичность наблюдений определяется проектом, но не реже одного раза в год в течение первых двух лет.

Результаты мониторинга фиксируются в журналах наблюдений и учитываются при плановых осмотрах. При обнаружении отклонений от проектных параметров выполняется внеочередное обследование. По истечении контрольного периода может быть назначено повторное обследование для подтверждения остаточного ресурса и актуализации эксплуатационной документации.

Заключение

Усиление строительных конструкций не является формальным наращиванием сечений. Выбор способа должен опираться на результаты обследования, поверочные расчёты и технико-экономическое сравнение вариантов. Только такой порядок обеспечивает требуемую безопасность и остаточный ресурс. Необоснованное усиление может привести к перераспределению усилий и новым повреждениям.