Долговечность и эксплуатационная надежность строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений

Национальный исследовательский  Мордовский Государственный Университет им. Н.П. Огарева

 

Архитектурно-строительный факультет

 

Кафедра строительных конструкций

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«Долговечность  строительных конструкций

зданий и сооружений»

на тему

«Долговечность и эксплуатационная надежность строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений»

 

 

 

Автор проекта ст. гр. 403 д/о Шабаев И. Н.

Специальность 270102 «Промышленное  и гражданское строительство»

Номер зачетной книжки 081062

Обозначение курсовой работы КР-02069964-СК-2011

Руководитель проекта  И.П. Терешкин

 

Проект защищен

Оценка

 

 

 

 

 

Саранск 2011

Национальный исследовательский  Мордовский Государственный Университет им. Н.П. Огарева

 

Архитектурно-строительный факультет

 

Кафедра строительных конструкций

 

 

Задание на курсовую работу

 

на тему «Современные проблемы оценки степени ухудшения эксплуатационных качеств снижения несущей способности каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений»

 

 

 

 

Автор проекта ст. гр. 403 д/о И. Н. Шабаев

Специальность 270102 «Промышленное  и гражданское строительство»

Номер зачетной книжки 081062

Тема «Долговечность и  эксплуатационная надежность строительных материалов, конструкций, зданий и сооружений»

Обозначение курсовой работы КР-02069964-СК-2011

Руководитель проекта  И.П. Терешкин

Срок представления  проекта к защите _______________

 

 

 

 

 

Саранск 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

1. Введение…………………………………………………………………………………………………………………………….1

2. Кладочные растворы……………………………………………………………………………………………………..2

3. Материалы для каменной кладки и их свойства………..…………………………..…………….6

4.Экспертиза каменных конструкций

   4.1. Долговечность и энергоэффективность наружных стен………………………….8

   4.2. Причины образования трещин…………………………………………..………………………………14

   4.3. Осадка зданий……………………………………………………………………………………………………….21

   4.4. Температурные  деформации влажной кирпичной  кладки………………………….28

   4.5. Прочность кладки  зависит от расчета………………………………………………………..34

   4.6. Каменная кладка  с позиции Европейской строительной  науки –         - Еврокад 6…………………………………………………………………………………………………………………………….36

  4.7. Методика оценки  качества возведения кирпичных  зданий……………………….39

  4.8. Использование ЭВМ  в проектировании армокаменных  конструкций …….45

5.Методы мониторинга каменных зданий…………………………………………………………………..52

6.Инновационные методы ремонта и усиления каменных конструкций………….…57

   6.1. Инъецирование  как метод усиления каменных  конструкций…………………..58

   6.2. Спиралевидные  жесткие связи…………………………………………………………………………64

   6.3. Морозостойкие  кладочные растворы пониженной  плотности с добавками микрокремнезема  и омыленного таллового пека…………………………………..67

7. Результаты и их обсуждения…………………………………………………….……………………………73

8. Список литературы……………………………………………………………………………………………………..76

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

   Каменные конструкции – древнейший вид сооружений. Тысячелетиями создавался опыт строительства из камня. До настоящего времени существуют сооружения, построенные в Средневековье, древнем Риме и Египте. В те далекие времена технология строительства базировалась на предыдущем опыте, не было научно обоснованных расчетов.

 Отсутствие  до XX века мощного прессового  оборудования, необходимого для  экспериментов, тормозило создание  научно обоснованных методов  расчета.

 Наука о  проектировании каменных конструкций  создавалась в 20–30-е гг. ХХ столетия. Ученые России в результате изучения прочностных и деформационных свойств кладок разработали теорию расчета каменных конструкций. Большой вклад внесли Л.И. Онищик, В.А. Камейко, С.В. Поляков, С.А. Семенцов. Разработанные научно обоснованные методы расчета позволили уверенно строить каменные дома высотой 15–18 этажей и другие гражданские и промышленные сооружения.

До проведения исследовательских работ толщину  стен в верхних двух этажах назначали  не менее 2.5 кирпичей (для климата  Москвы), а в нижерасположенных  этажах толщину стен увеличивали  на 0.5 кирпича для каждых двух этажей. Это приводило к излишним расходам материала и затратам труда. Средняя  толщина и вес стен восьмиэтажного дома в настоящее время на 60 % меньше, чем в зданиях первой четверти прошлого века.

В настоящее время, когда проводится государственная  политика энергосбережения с повышением требований к теплозащитным качествам  стеновых ограждающих конструкций, актуальным становится применение многослойных стен. Если до недавнего времени  термическое сопротивление ограждающих  конструкций устанавливалось не менее требуемого значения из условия  гигиены, то в настоящее время  определяющим является требование по энергосбережению. Например, для г. Хабаровска требуемое термическое  сопротивление из условия гигиены  составляет R₀^тр = 1.55, а по условию энергосбережения R₀^тр_э = 3.84 м²* С/Вт, т.е. в 2.5 раза больше. Поэтому традиционная для Хабаровска толщина кирпичных стен в 64 см (2.5 кирпича) перестала удовлетворять требованиям теплозащиты.

При этом возможен переход на кладку из пустотелого  кирпича, многослойную облегченную  кладку с эффективными плитными утеплителями или минеральными засыпками.

В 1932 году были сделаны  первые попытки возведения стен в  зимних условиях – методом замораживания кирпичной кладки. Раньше уже при температуре минус 2...3 С прекращали кладку стен. Наступал перерыв в работе на 5–6 месяцев, а в условиях Дальнего Востока – и на больший срок.

Исследования  свойств кладки, возведенной методом замораживания, позволили сделать его основным методом кладки в зимних условиях. Внедрение этого метода работ является большим достижением нашей отечественной науки.   

 

 

 

В настоящее время  каменные конструкции, обладающие высокой  огнестойкостью и долговечностью, широко применяются при возведении фундаментов  и стен зданий, подпорных стен, дымовых  труб, водонапорных башен, плотин, канализационных  коллекторов, резервуаров и других сооружений.

К недостаткам  каменных конструкций следует отнести  трудности механизации работ  при мелких штучных камнях, недостаточную  прочность кирпича, что приводит к большому расходу материалов, рабочей  силы и ограничивает этажность зданий. Поэтому уже в середине прошлого века стали применять блоки из бетона и кирпича и стеновые панели.

В последние годы заметно ухудшилось качество выпускаемого кирпича, что связано в основном с изношенностью основных фондов заводов. Это заметно отразилось на качестве кирпичной кладки (чрезмерная толщина швов раствора, неровности рядов кладки). Специалисты-строители  должны знать, что утолщение швов раствора в кладке приводит к понижению  ее прочности на 30 и более процентов. Поэтому следует обращать большое  внимание на качество выполнения кладки.

Основными задачами в области совершенствования  каменных конструкций следует считать  повышение их качественного выполнения, максимальное облегчение веса за счет применения легких материалов (ячеистые бетоны, бетоны на легких заполнителях), пустотелых и пористых, экономное  расходование вяжущих материалов и  металлов, применение материалов, стойких  к атмосферным воздействиям и  агрессивной среде.

 

2. Кладочные растворы

Для кладки каменных штучных  материалов и для отделочных (штукатурных) работ применяют растворы различных  составов и предназначений. По количеству компонентов в составе растворы подразделяются на простые – с одним вяжущим веществом и сложные – с комбинацией вяжущих. В зависимости от вида конструкции и условий дальнейшей эксплуатации подбирают и состав растворов: цементный, цементно-глиняный, цементно-известковый.

Основной характеристикой  раствора является его прочность, т.е. сопротивление нагрузкам сжатия. Марка раствора определяется пределом прочности на сжатие по прошествии 28 суток при температуре от +5 до +25. Необходимую марку раствора получают при соблюдении свойств и соотношения компонентов в строгом соответствии к расчетным показателям, при этом особо обращают внимание на активность вяжущего вещества, период твердения и набора прочности и водоцементное соотношение.

При изменении количества содержания вяжущего вещества, растворы могут быть тощими, нормальными и  жирными. Тощий раствор (избыток  заполнителя) – рассыпается, затрудняет производство работ и, что важно, не отвечает требованиям прочности. Жирный раствор (избыток вяжущего) – при высыхании растрескивается, выкрашивается. Определить жирность раствора можно еще в момент приготовления и внесением соответствующих компонентов довести его до нормальной консистенции.

 

 

 

Количество и свойства вяжущего вещества, а так же введение в раствор высокодисперсных добавок  оказывает влияние на способность  раствора удерживать влагу в процессе твердения (особенно на пористых основаниях).

Преждевременная потеря влаги  ведет к растрескиванию швов кладки (или штукатурного слоя), несоответствию раствора проектной прочности  и угрозе разрушения конструкции.

При ведении каменной кладки немаловажным свойством раствора является его подвижность, влияющая на удобство его использования в производстве кладочных работ. Удобоукладываемость  раствора оказывает влияние на сроки  производства работ и, как следствие, на общую экономическую эффективность. Для пустотелого (эффективного) кирпича  выбирают растворы с низким показателем  подвижности (чуть выше чем для штукатурных работ), для полнотелого – средним, для забутовки – высоким.

Наиболее распространенным в применении является цементный  раствор. Такой раствор имеет  наиболее высокие прочностные показатели и может применяться в любом  виде кладки (в т.ч. наружных и подземных  конструкций). Недостатком цементного раствора является его низкое сопротивление  потерям тепла, поэтому в стеновой кладке его рекомендуется применять  только в облицовочном слое, используя  на внутреннем слое «теплые» растворные смеси (сложные и известковые).

Растворы, изготовленные  в заводских условиях, должны соответствовать  проектной марке и завозиться на место использования в строгом  соответствии с графиком производства работ и в необходимом количестве. При приготовлении раствора непосредственно  на стройплощадке необходимо уделять  особое внимание соблюдению пропорций  состава смеси и качеству применяемых  материалов. Приготовление растворов  может осуществляться только под  контролем технолога или опытных, обладающих необходимыми знаниями бригадиров и прорабов. Компоненты раствора просеивают через металлическую сетку с  ячейками 5*5 мм (для штукатурного раствора 2,5*2,5 мм), отделяя крупные частицы  и посторонние включения. Для  кирпичной лицевой кладки используют карьерный (желательно намывной) песок  с модулем крупности от 1 мм до 2,5 мм, для бутовой кладки размер зерен допускается до 5 мм, а в  штукатурном растворе - до 1 мм. Характеристики вяжущего вещества должны подбираться  в строгом соответствии с маркой, условиями эксплуатации и сложностью раствора (табл. 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Табл.1. Состав растворов для кладки выше уровня земли.

 

Марка цемента	Марка раствора
	100	75	50	25
с влажностью помещений  до 60%
Цементно-известковые растворы
600	1:0,4:4,5	1:0,7:6	-	-
500	1:0,3:4	1:0,5:5	1:1:8	-
400	1:0,2:3	1:0,3:4	1:0,7:6	1:1,7:1,2
300	-	1:0,2:3	1:0,4:4,5	1:1,2:9
Цементно-глиняные растворы
600	1:0,4:4,5	1:0,7:6	-	-
500	1:0,4:4,5	1:0,7:6	1:1:3	-
400	1:0,2:3	1:0,3:4	1:0,7:6	1:1:11
300	-	1:0,2:3	1:0,4:4,5	1:1:9
с влажностью помещений  выше 60%
Цементно-известковые растворы
600	1:0,4:4,5	1:0,7:6	-	-
500	1:0,3:4	1:0,5:5	1:0,7:8	-
400	1:0,2:3	1:0,3:4	1:0,7:6	-
300	-	1:0,2:3	1:0,4:4,5	1:0,7:9
Цементно-глиняные растворы
600	1:0,4:4,5	1:0,7:6	-	-
500	1:0,3:4	1:0,5:5	1:0,7:6	1:0,7:8,5
400	1:0,2:3	1:0,3:4	1:0,7:6	1:0,7:8,5
300	-	1:0,2:3	1:0,4:5	-
Цементные растворы
600	1:4,5	1:6	-	-
500	1:4	1:5	-	-
400	1:3	1:4	1:6	-
300	-	1:3	1:4,5	-