Усилване на панелни сгради със система Sika® CarboDur®/SikaWrap® – първа част

От няколко години в България е „на мода“ санирането на панелните сгради. Държавата приоритетно се е заела да увеличи експлоатационния живот на споменатия сграден фонд, стимулирайки и подпомагайки хиляди граждани да подобрят начина си на живот, финансирайки различни саниращи мероприятия. Основните мерки, които се предприемат са свързани с енергийната ефективност, хидроизолацията и ВиК системите на т.нар. “панелки“, а най-съществените въпроси, свързани с конструктивното обследване на състоянието на панелните сгради и мерките за тяхното възстановяване и/или усилване остават незададени и нерешени.

Без да омаловажаваме извършените и извършващите се в момента саниращи мероприятия, в тази статия бихме желали да обърнем внимание на спецификите на панелните сгради, съществуващите конструктивни проблеми и начините за тяхното решаване. Всяко саниране без отчитане на конструктивните особености и без отстраняване на конструктивните несъответствия е крайно недостатъчно (а в някои случаи и опасно!) и би могло да доведе до сериозни последствия.

Конструктивни схеми на панелните сгради

В България са проектирани и построени множество безскелетно-панелни жилищни (по системата ЕПЖС – едропанелно жилищно строителство) и обществени сгради, вкл. хотели, общежития, мотели, училища, детски заведения, почивни станции и др.

Прилаганите конструктивните схеми при системата ЕПЖС с носещи вертикални стени, поемащи вертикалните (постоянни, временни, земетръсни) и хоризонталните (ветрови, земетръсни) товари са следните:
1. Носещи напречни и надлъжни (3 бр.) стенни панели (нарича се още клетъчна), фиг. 1. Подовите панели предават натоварването в двете си направления на напречните и надлъжните носещи стени (плътни или с отвори – фасадни, оформящи носещи рамки). При тази схема сградата има най- добра пространствена устойчивост и коравина, но е консервативна по отношение на архитектурното вътрешно разпределение.
2. Носещи надлъжни (3 бр.) стени, фиг.2. Подовите панели предават натоварването на надлъжните носещи стени. В напречно направление сеизмичните (и ветровите усилия) се поемат от междусекционните напречни стени и стълбищните клетки. В архитектурно отношение има по-голяма свобода за разпределение, но нейното приложение е ограничено за сгради с повишена етажност.

3. Носещи напречни стени, фиг. 3. Подовите панели предават натоварването на напречните носещи стени. В надлъжно направление сеизмичните (и ветровите усилия) се поемат от надлъжните носещи стени между апартаментите.

4. Носещи напречни стени и носеща средна надлъжна стена (смесена), фиг.4. Подовите панели предават натоварването на напречните и средната надлъжна носещи стени в три направления. С оглед по-голяма свобода при архитектурното разпределение приложение намират вариантите с прекъсната и разместена средна надлъжна стена.

Фундиране и нулев цикъл

При проектиране и изпълнение на панелните сгради, начинът на фундиране се определя кате се отчитат хидрогеоложките, инженерно-геоложките условия, сеизмичността на района, приетата и прилаганата конструктивна схема. Прилагани са следните начини на фундиране:
1. Обща фундаментна ст.б. плоча. Този начин на фундиране е приложим и най-приемлив при сложни инженерно-геоложки условия, терени с големи наклони, водонаситена земна основа с изчислително почвено натоварване Ro ≤ 0.15 MPa. Този начин на фундиране е много благоприятен в райони с висока сеизмичност, като се препоръчва в ЕК-8.

2. Пилотно фундиране със система от обикновени или пирамидални набивни ст.б. пилоти. Използва се при пропадъчни льосови, водонаситени почви, при изчислително почвено натоварване Ro ≤ 0.15 MPa (за сеизмични райони VII, VIII I IX степен съгласно ПРАВИЛНИКА за строителство в земетръсните норми от 1964 г.), при дължина не повече от 2 секции и на 40 m. Главите на пилотите се обединяват с монолитен ст.б. ростверк (надпилотна гредова скара). Този начин на фундиране е много благоприятен в силно сеизмични условия, като се препоръчва като начин на фундиране съгласно ЕК-8.

3. Ст.б. скара от ивични ст.б. фундаменти (височина ок. 70 cm) в двете направления на сградата. В зависимост от начина на изпълнение са прилагани следните варианти:
– монолитно изпълнение на ст.б. скара – много благоприятен начин на фундиране при сеизмични райони.
– сглобяемо-монолитни фундаменти – прилага се при нормативно почвено натоварване на земната основа Ro > 0.20 MPa.
– сглобяема фундаментна скара – прилага се при еднородна земна основа и нормативно почвено натоварване на земната основа Ro > 0.25 MPa и райони с ниска сеизмична активност съгласно земетръсните норми от 1964г., 1978г. и наредба N2 от 2007г., в зависимост от периода на изграждане на панелната сграда.

Нулевият цикъл на панелните сгради включва носещите сутеренни стени по периметъра на сградата и вътрешните такива и неносещите (преградни) стени, като са прилагани различни начини на изпълнение – монолитни, сглобяеми и комбинирани.

Решаващо условие за гарантиране сеизмичната устойчивост, общата коравина, носещата способност и дълговечност на панелната сграда е да не се допусне формиране на пукнатини във фундамента и нулевия цикъл. Появата на пукнатини във фундамента и нулевия цикъл следствия неравномерни слягания на земната основа водят до опасна дезинтеграция на панелната сграда по височина, съпроводена с формиране и отваряне на пукнатини в съединенията и в носещите панели!

Конструктивни елементи на панелните сгради

Конструктивните елементи, от които се състоят сградите по системата ЕПЖС са ст.б. панели – носещи и неносещи, а именно:
1. Стенни носещи ст.б. панели – еднослойни, най-често вътрешни с дебелина 14 cm от обикновен стоманобетон или керамзитобетон с анкерирана армировка за връзките.

2. Стенни фасадни носещи ст.б. панели:
– еднослойни, външни, с обща дебелина 26 cm от керамзитобетон (Б7.5 – с дебелина 23.5 cm), външна варо-циментова мазилка – 2 cm, вътрешна мазилка – 1 cm и с анкерирана армировка за връзките;
– многослойни, външни, с дебелина 26 cm от външен слой от керамзитобетон (или сгурбетон, обикновен бетон и др.), вътрешен слой от топлоизолация (стиропор) с покритие и анкерирана армировка за връзките; могат да бъдат с отвори за врати, прозорци и др.;
– двуслойни от външен слой от сгурбетон Б7.5 с дебелина 20 cm, вътрешен слой от хетраклит с дебелина 3.5 cm, ст.б. пояс (бетон В15) по периметъра на панела, декоративна външна мазилка –2 cm, вътрешна мазилка – 1 cm.

3. Стенни неносещи вътрешни преградни ст.б. панели с дебелина 6 cm и анкерирана армировка за връзките; могат да бъдат с отвори за врати, и др.

4. Стенни фасадни носещи ст.б. панели:
– еднослойни от керамзитобетон и анкерирана армировка за връзките; могат да бъдат с отвори за врати, прозорци и др.
– многослойни, с носещ вътрешен ст.б. слой с дебелина 8 cm, неносещ външен ст.б. слой с дебелина 4 cm, топлоизолация между двата слоя и арм. свързващи ги връзки, могат да бъдат с отвори за врати, прозорци и др.

5. Подови ст.б. панели – с дебелина обикновено 10 cm, армировка и анкерирана армировка за връзките; могат да преминават към балкони или лоджии.

6. Покривни ст.б. панели – с дебелина обикновено 10 cm, армировка и анкерирана армировка за връзките. Покривът може да бъде единичен топъл, двоен студен (вентилируем) с използваемо или неизползваемо подпокривно пространство, при външно или вътрешно отвеждане на дъждовните води.

7. Ст.б. покривни рамки, върху които лягат покривните панели при панелни сгради със студен покрив. Върху ст.б. панели (подовете на студения покрив) за топлоизолация се насипва слой от керамзитов чакъл.

8. Ст.б. стълбищни рамена (статическа схема – проста греда) с:
– плоска долна повърхност, плътни или с кухини (цилиндрични, триъгълно-призматични);
– странични ребра и долна или стъпаловидна долна повърхност;
– стъпаловидна долна и горна повърхност, с дебелина 5-8 cm;
– две надлъжни наклонени греди и отделни стъпала, монтирани върху тях.

9. Стълбищни ст.б. площадки – върху тях се монтират стълбищните рамена. Площадките са междинни или етажни, като са изпълнявани като: плътна ст.б. плоча с дебелина 18-22 cm или греда и ст.б. плоча с дебелина 10-16 cm. Натоварването се предава на напречните стени.

10. Ст.б. елементи за асансьорната клетка.

11. Покривни ст.б. панели над стълбищното помещение (вкл. асансьорната шахта) – могат да са панели с ширина 1.6 m, върху които е положена топло- и хидроизолация.

12. Корнизни ст. б. панели при покрива.

Панелните сгради от системата ЕПЖС в сравнение със сградите от другите конструктивни системи – монолитна ст.б. конструкция, пълзящ кофраж, ППП (пакетно повдигани плочи), едроплощен кофраж (ЕК) и др., сa с най-малка маса (тегло), което означава, че при сеизмични въздействия акумулират най-малка сеизмична енергия. Освен това, поради изграждането на тези сгради от отделни равнинни елементи, свързани с метални връзки ги причисляват към условно коравите сгради (с по-нисък първи период на собствени трептения).

Конструктивни антисеизмични изисквания при проектирането на сгради по системата ЕПЖС

Проектирането и изпълнението на панелните сгради по системата ЕПЖС започва през 1958 г. и продължава за срок ок. 40 г., като през периоди на най-голямо приложение достига до 80% от цялото жилищно строителство. В големите градове (бивши окръжни центрове) започва функционирането на домостроителни комбинати за производство на панели по системата ЕПЖС, като се прилагат и модификации на прилаганата номенклатурата от елементи. Указано е ограничаване на ширината на пукнатините във външните панели до 0.3 mm и в съединенията до 1 mm.

Пространствената коравина и устойчивост на панелната сграда се осигурява от съвместната работа на напречните и надлъжни стенни панели, на подовите и покривни панели, всички свързани чрез стомано-стоманобетонни съединения.

Земетръсните норми от 1964 г. са в сила през началния период на едропанелното жилищно строителство, като съгласно тях сградите до 5 етажа са без асаньор, от 5 до 9 етажа – с един асансьор. Максимална етажност е ограничена до 9 етажа в земетръсни райони и до 12 етажа в неземетръсни райони.

Конструкцията на сградите в земетръсните райони се различава от тази в неземетръсни райони по броя на хоризонталните съединения между вертикалните носещи стенни панели (диафрагми)!

По-подробни и нови съществени изисквания са дадени в Норми за проектиране на сгради и съоръжения в земетръсни райони 1987 г. с картата (новата) за сеизмично райониране с период 1000 години. Същите изисквания със същата карта за сеизмично райониране са повторени и в Наредба №2 от 2007 г. за проектиране на сгради и съоръжения в земетръсни райони.

Съгласно сеизмичните Норми от 1987 г. и Наредбата от 2007 г., изискванията за едропанелните сгради по системата ЕПЖС са следните:
1. Коефициент на реагиране при изчисляване на сеизмичната сила, R = 0.25.

2. При сеизмични райони с коеф. на сеизмичност от Кс > 0.05 до Кс ≤ 0.15: максимална височина 39 m, макс. 12 етажа, максимално разстояние между вертикалните носещи елементи, поемащи сеизмичните сили – 30 m.

3. При сеизмични райони с коеф. на сеизмичност от Кс > 0.15 до Кс ≤ 0.27: максимална височина 30 m, макс. 9 етажа, максимално разстояние между вертикалните носещи елементи, поемащи сеизмичните сили – 25 m, максимално конзолно издаване на етажните и покривните конструкции, когато са на едно ниво с етажната или покривната конструкция – 1.20 m.

4. Напречното сечение на металните връзки във фугите между панелите не трябва да бъде по-малко от 1 cm² на линеен метър фуга, а за сгради до 5 етажа в райони с Кс≤ 0.27 – не по-малко от 0.5 cm² на линеен метър фуга. Mеталните връзки се поставят на разстояние ≤ 1.5 m.

5. Вертикалните носещи стени (диафрагми) трябва в план да са разположени така, че коравините на сградата в двете направления да не се различават повече от два пъти. В двете направления на сградата вертикалните диафрагми трябва да се разполагат най-малко в две оси.

6. С цел изравняване на хоризонталните премествания на отделните етажни нива връзката между подовите панели трябва да осигурява недеформируеми хоризонтални диафрагми.

7. При калканни носещи трислойни панели, вътрешният носещ слой трябва да е с дебелина минимум 80 mm.

8. Изследванията на земетръс следва да се провеждат при пространствен изчислителен модел.

През периода на въвеждане на БДС EN 1998-1, ЕВРОКОД 8: Проектиране на конструкциите за сеизмични въздействия, Част 1: Общи правила, сеизмични въздействия и правила за сгради с Националното приложение към тях, със строителството на панелни жилищни сгради по системата ЕПЖС в България е приключено. В този смисъл остава само тяхното поддържане, конструктивно усилване (ако такова е необходимо или желано от собствениците) и енергийно саниране (топлотехническо и др.).

Съгласно БДС EN 1998-1, ЕВРОКОД 8 и Националното приложение предписаните изисквания за безскелетните сглобяеми панелни сгради са:

1. Прилага се клас на дуктилност DCM.

2. Редукционният коефициент kp за определяне на коефициента на поведение qp се приема:
– kp = 1.0 за конструкции със съединения, удовлетворяващи изискванията за разстояние до критичните зони, завишен проектен капацитет и разсейване на енергия;
– kp = 0.5 за конструкции със съединения, неудовлетворяващи горните изискванията.

3. Минималният процент на надлъжна армировка в съединение на едропанелни стени е rc,min = 1% от минималното напречно сечение на замонолитващия бетон.

За сградите по едропанелната строителна система в сеизмични условия от особено значение са фундирането с нулевия цикъл, приложената конструктивна система, носимоспособността на отделните елементи и особено на съединенията между тях.

Определяне състоянието на безгредово-панелната сграда, обект на конструктивното възстановяване и усилване

1. Информация за сградата:
– година на построяване и приложена строителна система по ЕПЖС;
– конструктивна схема на сградата;
– извършени преустройства и строително-конструктивни дейности от построяване на сградата.

2. Налична документация за сградата:
– строително-конструктивни чертежи и изчисления;
– архитектурни чертежи;
– документация по част ВиК;
– документация по част Ел.;
– документация по част ОВ.

3. Обследване на сградата по различните части:
– строително-конструктивно обследване;
– обследване по част Архитектурна;
– обследване по част ВиК;
– обследване по част Ел.;
– обследване по част ОВ.

4. Строително – конструктивно обследване на сградата.

5. Изготвяне на строително-конструктивна експертиза относно състоянието на безгредово-панелната сграда.

6. Изготвяне на проект за възстановяване и усилване на безгредово панелната сграда по част строително-конструктивна.

Усилвания при панелните сгради със системата на Сика – Sika® Carbodur®/Sikawrap®

Конструктивните елементи, от които се състоят сградите по системата ЕПЖС – носещи и неносещи ст. б. стени, ст.б. панели и съединенията (връзките) могат да бъдат възстановявани със структурни възстановителни разтвори и лепила Sika® MonoTop®, SikaGrout®, Sikadur® и Sika® AnchorFix® и усилвани с композитни материали от системата Sika® CarboDur®/SikaWrap®. Най-често се използват следните системи:

Sika® MonoTop®, SikaGrout®: Високоякостни цимент полимерни разтвори за защита на армировката от корозия, връзка стар-нов бетон, дебелослойно и тънкослойно въстановяване на бетони и стоманобетонни елементи. За възстановяване на носещи и неносещи панели – външни и вътрешни, по хоризонтални, вертикални, надвесени основи и сутеренни стени.

Sikadur®: Високоякостни епоксидни структурни смоли/лепила за залепване на бетон (вкл. за инжектиране на пукнатини), метални елементи и композитни материали при възстановяване и усилване на носещи и неносещи еднослойни и многослойни ст.б. панели – външни и вътрешни, по хоризонтални, вертикални, надвесени основи, ст.б. фундаменти и сутеренни стени.

Sika® AnchorFix®: Високоякостни химически анкери на база епоксидни и хибридни (комбинация от епоксидни и метакрилатни) смоли за анкериране на шпилки и стоманена армировка в напукан и ненапукан бетон, вкл. при ниски температури (до -25°С).

Външно залепени ламели Sika® CarboDur®: Ламели (ленти) от въглеродни (карбонови) нишки с дебелини 1.2, 1.4 и 2.6 mm и ширини 50, 60, 80, 90, 100, 120 и 150 mm и различни Е-модули за усилване на на ст.б. панели, усилване на вертикални връзки между носещи панели или създаване на допълни такива. Могат да се използват в комбинация с FRP тъкани SikaWrap®.

Sika® CarboShear®L: L-образни, ъглови въглеродни ламели от въглеродни (карбонови) нишки с дебелини 1.4 mm и ширина 40 mm. Могат да се използват за прихващане и анкериране на вертикалните ламели, монтирани по фасадните панели и създаване на връзка с носещите напречни панели.

NSM ламели Sika® CarboDur®: въглеродни ламели/ленти типове с дебелини 2.5 и 3.0 mm и широчини 10, 15 и 20 mm за монтиране и анкериране в предварително прорязани слотове (улеи) по повърхността на ст.б. панели и сутеренни стени.

Sika® CarboDur® BС: Пръти от въглеродни нишки с кръгло напречно сечение и диаметри 6, 8, 10 и 12 mm. Могат да се монтират и анкерират в предварително прорязани слотове (улеи) по повърхността на ст.б. панели и сутеренни стени.

FRP тъкани SikaWrap®: Система от импрегниращи смоли и тъкани от въглеродни, стъклени или арамидни влакна/нишки при монтаж по сух или мокър способ. Тъканите обикновено са еднопосочни (в едно направление), но могат да бъдат в две или повече направления. Ролките са със стандартни ширини от 30 и 60 cm. Този тип системи могат да се прилагат за усилване (поне в 2 пласта) на панели и сутеренни стени, като направлението на нишките следва да бъде перпендикулярно (доколкото това е възможно) на предварително инжектираните със структурна смола (обикновено епоксидна) пукнатини.

Въжета SikaWrap® FX-50C: Въжета от карбонови нишки за анкериране или като допълнителна гъвкава армировка за вграждане. Единият край се анкерира в предварително пробит отвор (в панела), а другият край се оформя като анкерна глава, звездообразно върху повърхността на другия панел с епоксидна смола, като по този начин се създава допълнителна връзка – хоризонтална или вертикална.

SikaCrete®-213F: Пожарозащитен състав на циментова основа, модифициран с вермикулит. Нанася се с дебелина 40-60 mm. Осигурява защита на усилващи FRP системи за 45-60 минути и защита на стоманобетонни елементи (вкл. панели) над 4 часа. При пожар не отделя димни газове и токсични изпарения.

Sikagard®: Богато разнообразие от хидрофобни импрегнатори и защитни покрития, особено подходящи за защита на фасадни ст.б. панели.

Продължение…

Забележка: Информацията в настоящото и всички други съвети се предоставят добронамерено и се базират на текущите познания и опит на Sika с продуктите при условия на правилно съхранение, боравене и използване в нормални условия в съответствие с препоръките на Sika. Информацията се отнася само за приложенията и продуктите, упоменати в настоящото. При промени в параметрите на използване като напр. промени в основата и др., или за друг вид приложение, консултирайте с Техническата служба на Sika преди да използвате продуктите на Sika. Информацията, съдържаща се в настоящото, не освобождава потребителя на продуктите от задължението да ги изпита за пригодност. Всички поръчки се приемат съгласно нашите текущи условия на продажба и доставка. Потребителите са длъжни винаги да правят справка с последното издание на Лист с технически данни за съответния продукт, копия от които се предоставят по заявка.