Перекрытия выполняют многофункциональную роль в общей работе здания. Они являются несущими и ограждающими конструкциями, а также дисками жесткости, обеспечивающими устойчивость здания в целом. При их сравнительно невысокой удельной стоимости, составляющей 13—15 % восстановительной стоимости здания, полная замена перекрытий приводит к потере его восстановительной стоимости до 75 %.
Модернизация перекрытий — наиболее сложный и трудоемкий процесс в капитальном ремонте жилых зданий, и она должна быть обоснована их техническим состоянием, определяемым при визуальном и инструментальном обследовании.
К перекрытиям предъявляются следующие основные требования: статические, теплотехнические, акустические и противопожарные.
Перекрытие должно быть прочным, т. е. выдерживать, не разрушаясь, приходящуюся на него нагрузку — постоянную и временную.
Помимо прочности перекрытиям необходима достаточная жесткость. В недостаточно жестком перекрытии под влиянием временной нагрузки возникают значительные прогибы, что, с одной стороны, отражается на отделке потолка (появляются трещины), а с другой — вызывает неприятное ощущение зыбкости. Степень жесткости оценивается величиной относительного прогиба (отношение абсолютного прогиба к величине пролета).
Особое место в конструктивных элементах, влияющих на безопасное проживание жильцов, занимают скрытые конструктивные элементы деревянных перекрытий здания. Для многих основных конструктивных элементов здания возможно определить натуральный показатель физического износа на период обследования и с достаточной точностью спрогнозировать время проведения капитального ремонта по остаточному сроку безаварийной эксплуатации. Исключением являются конструктивные элементы деревянных перекрытий, нормативный срок безаварийной эксплуатации которых во многом зависит от условий эксплуатации и нормального тепловлажностного режима, от своевременного и качественного проведения профилактических работ.
Физическое состояние перекрытий влияет не только на несущую способность последних, но также и физическое состояние стенового остова, поскольку перекрытия, как указывалось выше, выполняют двойную функцию в общей структуре здания: воспринимают и передают на стены нагрузку от собственного веса, оборудования и людей, находящихся в здании, а также обеспечивают устойчивость здания в целом. Потеря жесткости основных несущих элементов перекрытия приводит к нарушению шарнирных связей стен по высоте, что ведет к потере устойчивости стен, особенно в зданиях, в которых роль внутренних разгружающих опор выполняют либо системы колонн, либо каркасные деревянные перегородки.
Нормативный срок безаварийной эксплуатации деревянных перекрытий по стальным балкам — 80 лет — в первую очередь обусловлен сроком старения стали после 70—80 лет эксплуатации. Поэтому при капитальном ремонте с последующим использованием существующего металла необходимо это учитывать и не допускать концентрации напряжений. Нормативный срок безаварийной эксплуатации деревянных перекрытий по деревянным балкам — 60 лет. Он обусловлен подверженностью основных несущих элементов поражению домовыми грибами и насекомыми при изменении тепловлажностного режима помещений.
Конструкции и материалы перекрытия определяют разную систему жесткости коробок зданий, передачу нагрузки от перекрытий на стены, расстояние между поперечными стенами. Наружные стены зданий работают в сложном сжато-изогнутом состоянии. Их устойчивость и жесткость зависят от жесткости перекрытий, которые связывают стены в систему по высоте.
Здания с несущими наружными стенами подразделяются на две группы пространственной работы — с жесткой и упругой конструктивными схемами. К первой группе относятся преимущественно гражданские здания с часто расположенными поперечными стенами, расстояние между которыми меньше LCT (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Минимальные расстояния между поперечными конструкциями Ln, м |
Класс перекрытий | Перекрытия и покрытия | Группа кладок стен | |||
I | II | III | IV | ||
А | Деревянные | 30 | 24 | 18 | 12 |
Б | Из сборного железобетона | 40 | 32 | 24 | - |
В | Железобетонные монолитные, сборные замоноличенные | 50 | 40 | 30 | - |
В указанных зданиях перекрытия рассматриваются как неподвижные жесткие опоры, на которые опираются стены.
Для упрощения расчета допускается рассматривать стену многоэтажного здания как ряд разрезных однопролетных балок, опирающихся в горизонтальном направлении на перекрытия и находящихся под воздействием внецентренно приложенной продольной силы.
Пролет балки принимается равным расстоянию в свету между плитами перекрытий.
Ко второй группе пространственной работы относятся здания с расстояниями между поперечными стенами более LCT. Перекрытия в таких зданиях рассматривают как упругие опоры, на которые опираются стены. К группе с упругой конструктивной схемой в основном относятся одноэтажные производственные здания.
При расчетах несущей способности сжато-изогнутых кирпичных элементов вводится коэффициент продольного изгиба φ, учитывающий снижение предела прочности кладки при сжатии.
Формула для определения продольного изгиба предложена Л.И. Онищиком:
φ = φо/(1 + φо).
Продольный изгиб элементов прямоугольного сечения рассчитывают по формуле
φо = 0,75а(я/Lо)2,
где а — упругая характеристика кладки (табл. 2.2); а — наименьший размер сечения, см; L0 — расчетная высота элемента при продольном изгибе, см.
Таблица 2.2. Упругая характеристика кладки
Кладка | Марка раствора | ||||
25-200 | 10 | 4 | 2 | 0 | |
Из кирпича, легкобетонных камней, легких природных камней на тяжелых (песчаных) растворах | 1000 | 750 | 500 | 350 | 200 |
Из тяжелых природных и бетонных обыкновенных камней, бута на тяжелых растворах | 1500 | 1000 | 750 | 500 | 350 |
Значения коэффициента продольного изгиба для кладки с упругой характеристикой а = 1000 приведены в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Значения коэффициента продольного изгиба для кладки с упругой характеристикой
РПО | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
Ф | 0,99 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,9 | 0,88 | 0,86 |
РПП | 12 | 13 | 14 | 1516 | 17 | 18 | 19 | 20 |
ф | 0,84 | 0,81 | 0,79 | 0,77 | 0,74 | 0,72 | 0,7 | 0,65 |