Поверочный расчёт конструкций существующего здания и расчёт усиления ведутся по фактическому состоянию, установленному обследованием: реконструкция и надстройка, увеличение нагрузок на перекрытия, устройство проёмов, смена назначения помещений. Усиление железобетона считается по СП 349, композитными материалами — по СП 164, каменных конструкций — по СП 427.
Когда нужен поверочный расчёт и расчёт усиления
Три типичных повода: изменяются нагрузки или назначение помещений, обследование выявило дефицит несущей способности, либо конструкции повреждены — коррозией арматуры, протечками, пожаром, осадками основания, механически.
СП 349.1325800.2017 ставит границу, о которой часто забывают: усиление предусматривается только тогда, когда конструкция не удовлетворяет условиям прочности или требованиям нормальной эксплуатации (4.1.8). Если фактические прогибы превышают предельные по СП 20, но не мешают эксплуатации и не меняют расчётную схему, усиливать конструкцию не нужно. Это прямое указание нормы, и оно нередко экономит заказчику весь бюджет работ.
Второе принципиальное положение — необходимость усиления определяется по результатам обследования и поверочных расчётов, выполненных по нормам, действующим на момент обследования (4.1.9). Здание, спроектированное по СНиП 1975 года, проверяется по сегодняшним нормам, и дефицит, который при этом вскрывается, — это не ошибка прежних проектировщиков, а изменившиеся требования. Чаще всего дефицит вылезает на снеговых мешках и на прогрессирующем обрушении.
Исходные данные для поверочного расчёта
- Техническое заключение по результатам обследования по ГОСТ 31937-2011: фактические прочности бетона, кладки и стали, фактическое армирование, категории технического состояния, дефекты и повреждения с их развитием во времени.
- Проектная документация на существующее здание — при наличии; данные об изготовлении и возведении конструкций. По 4.1.11 СП 349 расчёт усиления опирается на проектные материалы, данные по возведению и натурные обследования одновременно, а не на что-то одно.
- Новые нагрузки: планируемое назначение помещений, оборудование, изменение конструктивной схемы, надстройка.
- Ограничения по производству работ: возможна ли остановка эксплуатации, есть ли доступ к конструкциям снизу и сверху, допустимо ли увеличение габаритов сечений, допустима ли мокрая технология.
- Для усиления с преднапряжением или композитами — требования к температурно-влажностному режиму и к огнестойкости усиленной конструкции.
Состав расчётов
Поверочный расчёт существующих конструкций
- Модель по фактической геометрии и фактическим характеристикам материалов, с учётом выявленных отклонений и дефектов: уменьшенные сечения, коррозионные потери арматуры, фактические эксцентриситеты, отклонения по СП 70.13330.2012.
- Сбор нагрузок в новом составе, сочетания по СП 20.13330.2016.
- Проверка по первой и второй группам предельных состояний; для железобетона — по СП 63.13330.2018, для каменных — СП 15.13330, для стальных — СП 16.13330.2017.
- Результат этого этапа — количественный дефицит несущей способности по каждому элементу, а не вывод «требуется усиление». Именно от величины дефицита выбирается принципиальная схема усиления (4.1.10 СП 349).
Расчёт усиления железобетона
- Обоймы и наращивание сечений: расчёт составного сечения с учётом разной деформативности старого и нового бетона и начального напряжённо-деформированного состояния существующей части.
- Композитное внешнее армирование по СП 164.1325800.2014 и СП 295.1325800.2017: усиление на изгиб, на поперечную силу, обойма на сжатых элементах; проверка анкеровки и отслоения.
- Преднапряжённые затяжки и распорки: разгрузка существующей конструкции с учётом реального уровня нагружения на момент усиления.
- Проверка узлов и передачи усилий на смежные элементы — усиленная балка нередко перегружает колонну и фундамент, которые никто не проверял.
Расчёт усиления каменных и стальных конструкций
- Каменные и армокаменные — по СП 427.1325800.2018 и СП 15.13330: обоймы стальные, железобетонные и композитные, инъектирование трещин, армирование швов.
- Стальные — усиление под нагрузкой с проверкой несущей способности в процессе работ, изменение расчётных длин при постановке дополнительных связей, проверка сварных и болтовых соединений по СП 16.
- Анкерные крепления элементов усиления к бетону — по СП 513.1325800.2022, с учётом вида нагрузки: статическая, динамическая или сейсмическая.
Расчёт стадий производства работ
Отдельный и часто пропускаемый блок. Усиление выполняется на нагруженной конструкции, поэтому проверяются промежуточные состояния: конструкция при частичной разгрузке, при удалении защитного слоя, при вскрытии участка перекрытия, при временном раскреплении. Если предусматривается разгрузка — определяется её величина и способ, а элементы усиления рассчитываются на то приращение нагрузки, которое они реально воспримут.
Порядок выполнения
Работа начинается с разбора обследования. Если в заключении нет фактических прочностей, схемы фактического армирования или категорий технического состояния, расчёт усиления делать преждевременно — это возврат заказчику с перечнем недостающего, а не повод принять «по проекту».
Затем поверочный расчёт существующих конструкций и получение дефицита по каждому элементу. Здесь же выясняется, что часть элементов усиления не требует, а часть — требует по неочевидной причине.
Далее вариантное проектирование схемы усиления. По 4.1.10 СП 349 схема выбирается с учётом себестоимости, продолжительности и трудоёмкости работ и возможности их выполнения без остановки эксплуатации, после согласования с собственником. Практически это означает два-три варианта с разными технологиями — например, обойма против композита — и сопоставление их по объёму работ и срокам.
После согласования варианта — расчёт усиленных конструкций, стадий производства работ и смежных элементов, на которые перераспределяется нагрузка.
Завершают работу требования к материалам и их совместимости с основанием (4.1.7), к контролю качества и к эксплуатационному обслуживанию усиленных конструкций на остаточный срок службы (4.7).
Что входит в результат
Расчётно-пояснительная записка с поверочным расчётом существующих конструкций, дефицитом по элементам, обоснованием выбранной схемы усиления, расчётом усиленных сечений и стадий работ. Ведомость элементов, подлежащих усилению, с указанием способа по каждому. Задание конструкторам на разработку узлов усиления. Требования к материалам, их совместимости и контролю качества. Файл расчётной модели ЛИРА 10 (2024). Ответы на замечания экспертизы.
На что смотрит экспертиза
Соответствие исходных данных расчёта техническому заключению по обследованию. Если прочность бетона в записке отличается от указанной в заключении, эксперт не разбирает расчёт дальше — работа возвращается на доработку до устранения расхождения. Обоснование необходимости усиления поверочным расчётом, а не общими словами о состоянии. Учёт начального напряжённо-деформированного состояния: элемент усиления, установленный на нагруженную конструкцию, включается в работу только на приращение нагрузки. Проверка смежных элементов и фундаментов. Совместимость материалов усиления с основанием. Огнестойкость усиленной конструкции — для композитного усиления это отдельный вопрос, который эксперты задают почти всегда.
Типовые ошибки расчётной модели существующего здания
Усиление посчитано так, будто конструкция сначала разгружена полностью, а потом нагружена заново, — в результате элементы усиления получают долю нагрузки, которую они в натуре не воспримут. Старый и новый бетон приняты с одинаковыми характеристиками и совместной работой без проверки шва. Композитное усиление посчитано только по прочности ленты, без проверки анкеровки и отслоения от основания. Перераспределение усилий после усиления не отслежено — усиленный ригель стал жёстче и потянул на себя нагрузку, перегрузив соседний. Обследование дало фактическое армирование в трёх точках, а в модель заведена проектная схема армирования по всему зданию.
Выполненные работы
Поверочный расчёт эксплуатируемого сборного железобетонного каркаса с проверкой по современным требованиям к снеговым мешкам и перечнем элементов, потребовавших усиления: каркас КМС-К1. Расчёт новых конструкций при реконструкции действующего административного комплекса, встроенных в существующее здание: атриум и подземная парковка.
Срок и от чего зависит трудоёмкость работы
Главный фактор — качество обследования. Полное заключение с фактическим армированием и прочностями позволяет уложиться в обычный срок; неполное превращает работу в цикл запросов и предположений. Второй фактор — число разных типов усиливаемых элементов: двадцать одинаковых ригелей считаются один раз, а пять разных типов узлов — пять раз. Третий — требование вести работы без остановки эксплуатации: оно добавляет расчёт стадий и обычно меняет выбранную технологию.
Стоимость привязывается к составу работ и фиксируется в предложении. Предложение действует на указанный в нём период и офертой не является.
Нормативная база
СП 349.1325800.2017 «Конструкции бетонные и железобетонные. Правила ремонта и усиления» · СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами» · СП 295.1325800.2017 «Конструкции бетонные, армированные полимерной композитной арматурой» · СП 427.1325800.2018 «Конструкции каменные и армокаменные. Методы усиления» · СП 15.13330.2020 «Каменные и армокаменные конструкции» · СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» · СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции» · СП 513.1325800.2022 «Анкерные крепления к бетону» · СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции» · СП 255.1325800.2016 «Здания и сооружения. Правила эксплуатации» · СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» · ГОСТ 31937-2011 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния»
