Усиление деревянных элементов зданий

29.06.2016

К их числу в первую очередь относятся элементы деревянного каркаса (стойки и ригели), перекрытий (балки, и настил), покрытий (фермы и стропила), стен (рубленые и сборно-щитовые). Все перечисленные элементы соединяются либо устройством нагелей, шпонок, шипов из дерева твердых пород, соединений ”в полдерева” , ”в чашку”, ’’в лапу”, врубок типа ’’сковородня” и других, либо с помощью металлических накладок, в том числе зубчатых, хомутов, болтов, скоб, гвоздей и т.п.
Дерево обладает более высокой прочностью относительно плотности, чем большинство других строительных материалов, и поэтому является хорошим материалом при восстановительных работах, особенно в сейсмических районах. Однако массивные стены могут создавать высокую поперечную нагрузку на каркас. Для деревянных элементов наиболее характерны разрушения в месте соединения стойки и ригеля из-за значительного выреза (рис. 3.62, б), в узлах, вследствие отсутствия диагональных связей (рис. 3.62, в) в местах соединения стен с фундаментом, в результате скольжения всего здания и отсутствия анкерных болтов (рис. 3.63, а), при разрыве нижнего пояса стропильной фермы (рис. 3.63, б).
Усиление деревянных элементов зданий

Ликвидацию повреждений или усиление деревянных элементов осуществляют наращиванием дополнительных деревянных или металлических элементов в местах ослабления или повышенной деформативности в узлах соединений. В случае если трещины или расколы находятся в непосредственной близости в зоне стыка, могут использоваться стяжные болты или скобы в качестве усиливающих элементов при условии, что соединения находятся в постоянно сжатом состоянии.
Усиление деревянных элементов зданий

Обвязка стальными обручами может использоваться для зажима растрескавшегося элемента в месте соединения. Щели, влияющие на сопротивление сдвигу, могут быть отремонтированы с помощью эпоксидного клея. С открытых поверхностей должен быть удален всякий посторонний материал, препятствующий сцеплению эпоксидной смолы с древесиной, причем это вариант неэффективен, если в древесине наблюдались значительные колебания влажности. Огнейстойкость элементов и конструкций, отремонтированных с помощью эпоксидной смолы, оценивается в соответствии с требованиями строительных норм, так как первоначальные пределы могут быть уменьшены при ремонте или усилении. В некоторых случаях можно использовать штыри для увеличения прочности на сдвиг отдельных элементов при условии, что поперечное сечение (разделенное трещинами) сопоставимо с размерами штырей и соответствует требуемому шагу между ними.
Уменьшение сечения часто вызывает перенапряжение как растянутых, так и изогнутых элементов при растяжении, параллельном волокну. Это перенапряжение можно устранить стержнями с локализованным предварительным напряжением. Там, где это позволяют условия, поперечное сечение растянутых элементов может быть увеличено прибиванием гвоздей или приклеиванием накладок, используя пустото-порозаполняющий клей для наружного применения. Предварительное напряжение может быть применено вместо увеличения поперечного сечения, используя соединения на обеих сторонах элемента для стрежневой или канатной анкеровки. В некоторых случаях применяются стальные уголки, швеллеры, стержни или канаты для передачи всей нагрузки.
При любом из этих методов стальные элементы могут потребовать проверки на огнестойкость во избежание перевода в более низкую категорию. Поперечное сечение элементов, работающих на изгиб, наращивается также склеиванием, как и для растянутых элементов. Короткие колонны можно ремонтировать с помощью затяжных болтов или скоб. Несущая способность средних или длинных колонн может быть увеличена уменьшением гибкости элемента в результате создания колонны с распорками и с дополнительным элементом.
Во многих старых сооружениях деревянные диафрагмы выполнены из прямо положенных досок, прибитых парами гвоздей, которые не соответствуют допустимым срезывающим усилиям. В этом случае возникает необходимость в диагонально расположенной обшивке из фанеры для передачи на нее всего расчетного усилия сдвига. Фанеру можно укладывать лицевым волокном под углом 40° к направлению досок. Важно, чтобы все края фанерных листов примыкали к гвоздимой поверхности и не совпадали с первоначальными дощатыми диафрагмами. Горизонтальная система связей жесткости может быть использована как основной элемент распределения поперечного усилия наряду с уже имеющейся деревянной обшивкой, предназначенной для воспринятия только собственного веса.
Для примера приведем варианты усиления узлов деревянных ферм и балок деревянного перекрытия. В случае появления трещин и сколов в верхнем поясе деревянных ферм поврежденное место стягивают болтами d = 12 мм. Затем устанавливают деревянные накладки, равные по ширине укрепляемому поясу, которые прибивают гвоздями и стягивают через просверленные отверстия болтами d = 12 мм. Под все болтовые соединения устанавливают квадратные шайбы δ = 5 мм.
При частичном разрыве нижнего пояса усиление производят аналогично описанному случаю или заменяют элемент. Усиление при скалывании и опорном узле нижнего пояса деревянных ферм и выпадении подкоса при скалывании в верхнем поясе выполняют установкой в двух сторон сколотого опорного узла нижнего пояса фермы накладок площадью поперечного сечения, равновеликой площади сечения нижнего пояса фермы. Накладки крепят нагелями и болтами, площадь которых принимают по расчету. На торце опорного узла устанавливают обрезок швеллера. Через заранее просверленные отверстия в швеллере пропускают хомуты с диаметром, определяемым расчетом, которые охватывают накладки (рис. 3.62, а).
Возможен случай, когда расколотый верхний пояс и выпавший подкос укрепляют накладками из швеллеров N 8, стягиваемых болтами d = 12 мм. Болты пропускают в заранее просверленные отверстия (рис. 3.64, б). В случае горизонтального смещения деревянных балок перекрытия предусматривается следующий порядок производства восстановительных работ: снимают плинтусы, пробивают отверстия между верхом балки и кирпичной кладкой для пропуска полос 50х5 см. В пробитые отверстия устанавливают полосы с просверленными отверстиями для крепления к балкам с помощью костылей (рис. 3.64, в).
Усиление деревянных элементов зданий

Усиление балок деревянного перекрытия, концы которых пришли в негодность ввиду значительного срока эксплуатации, осуществляют наращиванием конца балки в результате устройства с обеих сторон деревянных накладок того же сечения, что и балка. В промежуток между накладками вставляют доску, к которой накладки крепят гвоздями. Длина накладок 1...2 м. С балкой накладки соединяют нагелями и болтами. Этому методу усиления балок должна предшествовать установка временных опор для воспринятия нагрузок от перекрытия. Концы балок (накладок) перед установкой в гнезда оборачивают толем, а затем жестко соединяют с балкой.
Элементы деревянного каркаса при восстановлении и усилении следует рассматривать с двух сторон. Во-первых, это несущая конструкция, которая, как и другие, может быть повреждена и требовать усиления, во-вторых, это эффективный элемент усиления, особенно зданий со стенами из сырцового кирпича, а также глинобитными и глинолитными стенами. В этом случае устанавливают две деревянные стойки и с обеих сторон стены (под карнизом) обвязки из досок или балок.
Обвязки из досок укладывают плотно примыкающими к стенке и соединяют между собой стяжными болтами d = 12 мм. По длине стены стяжные болты располагают от внутренней грани стены на расстоянии 14, 64 и 164 см. Обвязки в углах крепят с помощью полосовой стали 50х4 мм, запускаемой вдоль обвязки на расстояние 1 м от внутренней грани стены. Полосовую сталь наряду со стяжными болтами крепят с обеих сторон наружной обвязки дюбелями 1 = 30 см, расположенными через 20 см.
Деревянные стойки должны плотно примыкать к стене и обвязке, для чего в стойке необходимо устраивать врубки в местах примыкания к цоколю, обвязке и карнизу. Стойки жестко крепятся в самостоятельные бетонные фундаменты через металлические косынки из швеллеров, заделываемых на глубине 40 см и соединенных со стойками стяжными болтами d = 12 мм.
Усиление деревянных элементов зданий

Стеновые каркасы, состоящие из нижних брусьев, стоек и обвязок, должны иметь диагональные связи жесткости или обшивки с тем, чтобы каркасы (рамы) могли работать как несущие стены. Если обшивок нет, то стойки сечением 4х9 см должны быть присоединены к прилегающим стойкам горизонтальными ригелями на высоте не менее 150 см (рис. 3.65, а).
Минимальные размеры связей жесткости составляют 2x6 см. Связь жесткости по обоим концам и посередине крепится к элементам каркаса гвоздями (не менее двух штук), имеющими минимальную длину 5 см.
Максимальные расстояния между стойками сечением 40х90 мм в конструкции каркасных стен, например по стандартам Индии, рекомендуется принимать согласно приведенным в табл. 3.1.
Усиление деревянных элементов зданий

Вариант крепления нижней обвязки к фундаменту приведен на рис. 3.65, б. Детали усиления элементов стропил, мауэрлата и деревянного антисейсмического пояса приведены на рис. 3.60, б.
Повышение жесткости деревянного перекрытия осуществляется либо с помощью пришиваемого поверху деревянного настила, уложенного перпендикулярно, или под углом 45°, либо с использованием варианта, применяемого в некоторых странах (рис. 3.66, а), когда обетонированная (δ = 4 см) стальная сетка, укладываемая по верху перекрытия, крепится к нему и к стене специальными анкерами.
Усиление деревянных элементов зданий