Внешнее армирование железобетонных конструкций¶

Внешнее армирование железобетонных конструкций — это совокупность технологических приёмов и материалов, применяемых для усиления несущей способности, жёсткости и трещиностойкости существующих железобетонных элементов (балок, колонн, плит перекрытий, ригелей и фундаментов) путём установки дополнительной арматуры снаружи конструкции, а не внутри её бетонного сечения.

Данный метод относится к категории реконструктивно-восстановительных работ и используется в случаях, когда собственный армирующий каркас элемента исчерпал ресурс, был повреждён коррозией, либо когда требуется повысить нагрузку на здание в связи с изменением его функционального назначения.

¶Классификация методов

В практике строительства выделяют два принципиально различных подхода к внешнему армированию: пассивное и активное (преднапряжённое) усиление.

¶Пассивное армирование

Пассивные системы включаются в работу только после возникновения дополнительных деформаций конструкции. К ним относятся:

• Металлические обоймы и рубашки — стальные уголки, швеллеры или листы, устанавливаемые по периметру колонн или вдоль граней балок. Соединяются между собой сваркой или болтовыми стяжками, обеспечивая эффект бокового обжатия бетона.
• Набетонка (наращивание сечения) — устройство дополнительного слоя бетона с новой арматурной сеткой поверх существующей конструкции. Требует устройства анкеров для связи старого и нового бетона.
• Стальные тяжи и распорки — элементы, устанавливаемые в растянутую зону изгибаемых элементов для восприятия части усилий.
• Композитные материалы (углеволокно, стекловолокно) — система внешнего армирования (СВА) на основе высокопрочных углеродных или стеклянных холстов, лент и ламелей, приклеиваемых на эпоксидные составы. Данный метод получил широкое распространение с конца XX века.

¶Активное армирование

Активные методы создают в конструкции предварительное напряжение, разгружая её ещё до приложения эксплуатационной нагрузки:

• Преднапряжённые затяжки — металлические тяжи, устанавливаемые снаружи и натягиваемые домкратами или муфтами с контролем усилия.
• Наружные преднапряжённые канаты — пучки высокопрочной проволоки или арматурные канаты, укладываемые по специальным обводам и натягиваемые на опорных узлах.

¶Материалы и технологии

Выбор материала для внешнего армирования определяется условиями эксплуатации, требуемой степенью усиления и экономической целесообразностью.

¶Стальные конструкции

Традиционный метод, использующий прокатную сталь марок С235—С345. Монтаж ведётся с помощью сварки (электродуговой, полуавтоматической) или на высокопрочных болтах. Для защиты от коррозии применяются грунтовки и лакокрасочные покрытия. Недостатком является значительный собственный вес и необходимость устройства защитного слоя при пожароопасных условиях.

¶Композитные материалы

Системы внешнего армирования на основе углеродных волокон (CFRP) имеют прочность на разрыв в 5–10 раз выше стали при плотности в 4–5 раз ниже. Основные компоненты:

• Углеродные ленты и холсты (однонаправленные и двухосные);
• Эпоксидные клеевые составы;
• Грунтовочные и защитные покрытия.

Технология включает подготовку поверхности (шлифовку, обеспыливание), нанесение грунта, пропитку холста клеем и прикатку для удаления пузырей воздуха. Усиление лентами эффективно для повышения несущей способности на изгиб, срез и кручение.

¶Области применения

Внешнее армирование используется в следующих типовых ситуациях:

• Реконструкция зданий — при надстройке этажей или изменении планировки с увеличением нагрузок на перекрытия;
• Устранение дефектов — при обнаружении трещин, прогибов, коррозии рабочей арматуры;
• Аварийное восстановление — после пожаров, взрывов, механических повреждений;
• Сейсмоусиление — повышение сейсмостойкости существующих каркасных зданий;
• Усиление фундаментов — при увеличении этажности или просадках основания.

¶Достоинства и ограничения

К преимуществам внешнего армирования относятся:

• Относительно малая трудоёмкость по сравнению с полной заменой конструкции;
• Возможность выполнения работ без остановки эксплуатации здания (в большинстве случаев);
• Минимальное изменение геометрии помещения при использовании композитных материалов;
• Высокая скорость монтажа.

Ограничения метода связаны с необходимостью тщательной подготовки поверхности, чувствительностью эпоксидных клеев к температуре и влажности при монтаже, а также с ограниченной огнестойкостью незащищённых композитных систем (требуется дополнительная огнезащита).

¶Нормативное регулирование

В Российской Федерации проектирование усиления железобетонных конструкций внешним армированием регламентируется СП 63.13330 (актуализированная редакция СНиП 52-01-2003), а также СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами». Для стальных элементов применяются требования СП 16.13330 и СП 15.13330. Проектные решения должны учитывать совместную работу старого бетона, существующей арматуры и внешних элементов, что требует поверочных расчётов по предельным состояниям первой и второй групп.

¶Источники

• СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения».
• СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами».
• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».
• Тихонов И.Н., Гвоздев А.А. «Усиление железобетонных конструкций промышленных зданий» — М.: Стройиздат, 2009.