Сейсмоусиление и реконструкция школьного здания

Обзор проекта

Этот проект — комплексная программа усиления существующего школьного здания: железобетонная рама с большими пролётами учебных и актовых помещений. По результатам обследования установлено, что исходная рама больше не отвечает действующим нормативным требованиям для зданий образования. Поскольку школы отнесены к повышенному классу ответственности при сейсмическом проектировании — в них находятся дети в учебное время, и после бедствий они часто служат убежищем для населения — целевой уровень усиления был задан выше, чем для обычных зданий, и всю раму требовалось довести до полного соответствия.

Проблемы

Балки: несущая способность по изгибу и на поперечную силу ниже требуемой по действующей проверке, особенно в больших пролётах, обслуживающих учебные этажи;

Плиты: недостаточные несущая способность и жёсткость для текущих нагрузок и требований нормативного сейсмического воздействия;

Колонны: колонны нижних этажей и ключевые колонны требовали существенного прироста несущей способности по вертикальной нагрузке и пластичности для обеспечения общей сейсмической работы рамы.

Схема усиления

1. Балки рамы — усиление приклеенными стальными пластинами

Балки рамы усилены внешне приклеенными стальными пластинами, закреплёнными на стенках и нижней грани балок конструкционным клеем, с дополнительным механическим анкерованием там, где это требовалось по расчёту узлов. Пластины восстанавливают изгибную несущую способность по длине пролёта и добавляют сопротивление сдвигу в приопорных зонах — прямое решение высокой жёсткости, подходящее для крупных сечений балок и имеющейся рабочей высоты в этом здании. В узлах сопряжения балок с колоннами раскладка пластин была увязана со стальными обоймами колонн, чтобы усиленные элементы образовывали непрерывный и надёжный путь передачи нагрузки.

2. Плиты — усиление тканью CFRP

Нижние поверхности плит усилены по всей площади тканью CFRP, приклеенной по сетке — на фотографиях с площадки это тёмная сетка по всей плите перекрытия. Ткань по всей площади работает совместно с плитой как растянутая мембрана: повышает и несущую способность, и жёсткость плит, добавляя менее двух миллиметров толщины — критично в учебных помещениях, где каждый сантиметр высоты потолка сохраняется для инженерных систем и отделки. Система мокрой наклейки (wet lay-up) позволяла вести работы пролёт за пролётом, параллельно со стальными работами по балкам и колоннам и не мешая им.

3. Колонны рамы — внешняя приклеенная стальная обойма

На колонны рамы установлены внешние приклеенные стальные обоймы: вертикальные стальные профили по граням колонн, связанные между собой поперечными планками и приклеенные к бетону конструкционным клеем. Обойма работает как непрерывная внешняя клетка вокруг исходной колонны — обжимает бетонное ядро, дополняет продольную арматуру и обеспечивает прирост несущей способности и пластичности, которого требовала общая сейсмическая проверка. На фотографиях обоймы идут на всю высоту, работы велись с ножничных подъёмников, чтобы сохранить высокий внутренний объём свободным от лесов.

Выполненная программа привела раму школы в полное соответствие действующим конструктивным и сейсмическим требованиям:

Несущая способность балок восстановлена приклеенными стальными пластинами, узлы увязаны со стальными обоймами колонн;

Жёсткость и несущая способность плит повышены тканью CFRP по всей площади без ощутимых потерь внутреннего пространства;

Несущая способность колонн по вертикальной нагрузке и их пластичность обеспечены непрерывными стальными обоймами;

Весь объём работ выполнен в сроки проекта за счёт параллельных бригад и доступа с платформ, без длительного нарушения работы школы.

Horse Construction (horseen.com) — производитель ткани CFRP, конструкционных клеев и эпоксидных систем для приклейки стали для проектов усиления по всему миру.