Усиление перекрытия: Усиление перекрытий — варианты усилений и как сделать правильно

Усиление перекрытий: виды, способы и факторы

Все части строительных конструкций в процессе эксплуатации теряют прочность. Не являются исключением панели перекрытия и опорные балки. В результате повышения нагрузки на перекрытия, а также при частичном разрушении армирования плиты возникают трещины на поверхности сборных плит, а также внутри бетонного массива монолитных перекрытий. Для повышения нагрузочной способности и увеличения продолжительности эксплуатации выполняется усиление перекрытий. Выбор оптимального способа укрепления панелей определяется их конструктивными особенностями.

Усиление перекрытий – необходимое мероприятие

Необходимость осуществления восстановительных работ, направленных на увеличение прочности перекрытий, возникает достаточно часто:

• при выполнении планового ремонта обычной квартиры, расположенной в многоэтажном доме;
• при осуществлении ремонтных работ внутри помещений производственного или складского назначения;
• в процессе реставрации архитектурных памятников и восстановления межэтажных конструкций старых зданий;
• при производстве ремонтных мероприятий, связанных с серьезной перепланировкой различных видов помещений.

Причины разрушения несущих конструкций различные:

• несоблюдение требований технологии при выполнении строительных работ;
• использование низкокачественных строительных материалов;
• значительное повышение нагрузки на несущие стены и потолки;
• арматурная коррозия, связанная с нарушением защитного слоя.

Кроме того, иногда возникает потребность в укреплении межэтажных панелей, состояние которых вполне удовлетворительное. Такая ситуация связана с изменением функционального назначения помещений. Ведь новые владельцы зданий достаточно часто размещают массивное оборудование, выполняют существенную реконструкцию, а также повышают этажность строения.

В зависимости от характерных особенностей разрушения, ремонтные работы предусматривают:

• удаление разрушающихся элементов и локальную их замену новыми;
• восстановление бетонного массива или наращивание толщины плит;
• усиление панелей стальной сеткой или дополнительными прутками арматуры;
• установку в участках стыковки балок стальных накладок и мощных хомутов.

Выбор оптимального метода усиления определяется строителями в зависимости от материала перекрывающих конструкций. В качестве материала перекрытий используется:

• древесина;
• металлопрофиль;
• железобетон.

Выполнение указанных рекомендаций позволит избежать проблемных ситуаций в процессе эксплуатации строения.

Усиление плиты перекрытия – распространенные виды панелей

Усиление железобетонных перекрытий выполняется различными методами в зависимости от конструктивных особенностей плит. Применяются следующие разновидности плит:

• составные. Они широко используются в железобетонных перекрытиях жилых, производственных и коммерческих объектов. Сборные панели из бетона ложатся на несущие стены, а также продольно расположенные ригельные балки или железобетонные фермы;
• цельные. Они формируются путем непрерывной заливки марочного бетона в предварительно установленную опалубку с арматурным каркасом. Монолитная конструкция также собирается из стандартных железобетонных элементов, которые после монтажа плит перекрытия заливаются толстым слоем бетонного раствора.

Для сооружения перекрытий применяют различные виды панелей:

• полнотелые. В них отсутствуют внутренние полости. Цельные плиты в основном применяют для нижних этажей строений, а также на производственных объектах. Характерными разновидностями полнотелых панелей являются ребристые, кессонные, а также безбалочные плиты. Ребристые плиты легко отличить по трапецеидальному сечению и наличию продольно расположенных ребер. Длина элементов достигает 12 м, что позволяет использовать их для формирования перекрытий на различных строительных объектах;
• пустотелые. Они отличаются наличием шести продольно расположенных каналов круглого или овального сечения. Длина пустотных плит составляет от 3 до 6 м. Пустотные изделия, имеющие уменьшенный вес, востребованы при возведении жилых и административных многоэтажных зданий. Конструктивные особенности панелей, связанные с наличием внутренних полостей, отрицательно сказываются на прочностных свойствах. Для повышения надежности строительных конструкций изделия нуждаются в усилении.

Наряду с указанными видами перекрытий применяется следующие конструкции:

• сформированные каркасом из деревянных брусьев;
• выполненные из металлических балок двутаврового сечения.

Строительные конструкции из деревянных и стальных балок применялись в зданиях, построенных в 19-20 веках. Свободное пространство между горизонтально расположенными элементами из древесины и металла армировалось и заполнялось бетоном. В результате формировалась монолитная поверхность. Перекрытия на базе деревянных и металлических балок хорошо сохранились до нашего времени, однако нуждаются в дополнительном усилении.

Какие факторы свидетельствуют о необходимости усиления

Необходимость укрепления плит связана в основном с временным факторам:

• в процессе длительной эксплуатации снижается способность перекрытий воспринимать нагрузки;
• при продолжительном использовании перекрытий ухудшается их техническое состояние;
• при постепенном нарушении целостности кровли и проникновении влаги внутрь помещения возникает коррозия арматуры.

Не всегда удается обнаружить прослабленные места перекрытия. Поврежденные участки, расположенные в нижней части монолитного или сборного перекрытия, бывает проблематично визуально определить. Достаточно часто они расположены под слоем декоративной штукатурки, находятся под подвесным потолком или покрыты слоем краски.

При осмотре важно обращать внимание на следующие моменты:

• отслаивание бетона от верхней или нижней поверхности панелей;
• глубокие и поверхностные трещины на поверхности плит;
• отслоение цементной стяжки от железобетонной основы;
• нарушение целостности напольного покрытия;
• коррозионное разрушение арматурного каркаса;
• появление на бетонной поверхности светлых или темных пятен;
• образование на поверхности плит ржавых разводов;
• разрушение защитного слоя бетона и обнажение арматуры;
• повышенную величину прогиба элементов перекрытий;
• неравномерность поперечного сечения элементов несущих конструкций;
• значительное разрушение деревянных и железобетонных балок перекрытия.

В зависимости от вида дефектов специалисты принимают решение выполнить усиление плиты перекрытия снизу или усилить поверхность новым арматурным каркасом и забетонировать сверху.

Усиление перекрытий – подготовительные мероприятия

Правильный подход к осуществлению мероприятий по ремонту влияет на надежность и долговечность восстанавливаемых конструкций.

Ремонтные работы требуют подготовки и выполняются в следующей последовательности:

1. Выявляются уязвимые участки.
2. Определяется фронт строительных работ.
3. Разрабатывается проектная документация по усилению перекрытия.
4. Выполняются необходимые для реставрационных работ расчеты.
5. Выбирается подходящий метод восстановления.
6. Подготавливаются строительные инструменты.
7. Приобретаются стройматериалы, предусмотренные проектом.

Остановимся на особенностях выполнения отдельных этапов.

• путем визуального контроля определяется правильность геометрии, целостность армирования, степень воздействия повышенных нагрузок от технологического оборудования, наличие локальных дефектов бетонного массива;
• методом инструментального контроля определяется запас прочности бетона, размер поперечного сечения арматурных прутков, ширина и толщина трещин, величина прогиба панелей перекрытия, толщина цементной стяжки или защитного слоя бетона.

Завершив мероприятия по обследованию, определяются с методикой выполнения работ, предусматривающей решение следующих задач:

• восстановление нагрузочной способности железобетонных плит;
• выполнение работ по дополнительному укреплению панелей;
• устранение факторов, вызвавших дефекты железобетонной основы.

Независимо от вида перекрытия, до начала восстановительных мероприятий выполняют следующие работы:

• монтируют под укрепляемой конструкцией вертикально расположенные опоры, изготовленные из стальных труб или деревянных бревен. Фиксация опорных элементов, предназначенных для перераспределения усилий, осуществляется с помощью распорок или подкладок;
• удаляют остатки старой краски, слой штукатурки и побелки. Важно удалить отслоения бетона, а также тщательно очистить элементы арматурного каркаса от коррозии с помощью металлической щетки;
• очищают поверхность от напольного покрытия и старой стяжки, а также производят демонтаж находящегося в помещении технологического оборудования.

На участках, где планируется локальное восстановление, следует удалить пыль и обезжирить поверхность бетонного массива и арматуры.

Распространенные схемы усиления монолитных перекрытий

Профессиональные строители используют различные схемы укрепления перекрытий:

• дополнительное армирование поврежденного участка с последующим бетонированием;
• увеличение толщины плит за счет формирования дополнительного слоя железобетона;
• торкретирование поверхности железобетонной основы марочным бетонным раствором.

Выбор оптимальной схемы укрепления производится индивидуально в зависимости от конструктивных особенностей перекрытия.

Способ усиления перекрытия многопустотной конструкции

Для укрепления конструкции из пустотных панелей применяются различные строительные приемы:

• формирование на поверхности дополнительного слоя бетона, усиленного стальной арматурой;
• усиление плит с нижней стороны железобетонного массива с помощью стальной арматуры и бетонирование;
• локальное армирование поврежденных участков и заливка полостей бетонным раствором;
• укрепление железобетонных панелей арматурой и бетоном в местах контакта с поверхностью стен.

Какой способ выбрать для конкретной ситуации, решают специалисты.

Как повысить несущую способность монолитного перекрытия

Для повышения нагрузочной способности цельного перекрытия из железобетона используют различные методы:

• сооружают на проблемных участках опорные конструкции, предназначенные для усиления. Это позволяет перераспределить действующие нагрузки;
• повышают несущие характеристики имеющейся строительной конструкции. Для этого производят полную замену устаревшего перекрытия или его частичное восстановление.

Установка дополнительных опор под проблемными участками позволит обеспечить неподвижность конструкций.

Подводим итоги

Усиление плиты перекрытия – серьезная строительная операция, требующая профессионального подхода. Важно выполнить анализ фактического состояния конструкций с учетом реальных нагрузок, а также правильно подобрать способ усиления и изучить технологию восстановительных работ. Воспользуйтесь услугами профессионалов, в совершенстве владеющих технологией укрепления плит.

для чего нужно и как правильно сделать

Дата: 12 июня 2018

Просмотров: 1679

Коментариев: 0

В процессе длительной эксплуатации зданий постепенно снижаются прочностные характеристики частей строения. Стены и фундамент дома отличаются повышенным ресурсом эксплуатации по сравнению с расположенными под кровлей, а также между этажей элементами перекрытия. Для увеличения их нагрузочной способности и повышения долговечности осуществляется усиление перекрытий. В зависимости от особенностей проекта, в качестве перекрытия применяются бетонная плита, металлический профиль или деревянные брусья. Рассмотрим основные методы усиления различных конструкций.

Для чего необходимо усиливать перекрытия – актуальность и методы решения задачи

Выполнение мероприятий по повышению нагрузочной способности перекрытий из различных материалов осуществляется в следующих ситуациях:

• при ремонте квартиры, частного дома, офиса, гаражного, складского или производственного помещения;
• при производстве реставрационных работ, связанных с восстановлением и повышением прочности памятников архитектуры;
• при масштабной перепланировке помещений в жилых зданиях, а также перестройке объектов коммерческого и производственного назначения.

Ремонт перекрытия чаще всего предполагает замену элементов или фрагментов перекрытия, а также его усиления

О необходимости усиления свидетельствуют следующие факторы:

• значительное коррозионное разрушение арматурного каркаса в железобетоне;
• снижение сечения несущего элемента при продолжительном использовании;
• уменьшение способности балок воспринимать действующие на них нагрузки;
• существенные дефекты балок перекрытия, резко снижающие их прочность;
• разрушение армирования плиты и образование глубоких трещин в бетоне;
• локальное или полное разрушение балки перекрытия, сделанной из древесины.

В процессе ремонтных и восстановительных мероприятий осуществляется:

• частичная замена пришедших в негодность элементов;
• восстановление части плиты или увеличение толщины перекрытия;
• армирование поверхности плиты с помощью арматуры или металлической сетки;
• установка в месте соединения балок дополнительных опор или хомутов из стали.

Одной из вероятных причин снижения прочности перекрытий также является:

• нарушение технологии строительства;
• применение некачественных стройматериалов;
• резкое повышение нагрузки на потолки, стены.

Можно усилить конструкцию перекрытия путем установки опор или стальных хомутов, а также используя новую арматуру и бетон.

Строителям нужно будет применять индивидуальный метод усиления для каждого типа перекрытия:

• деревянного;
• металлического;
• железобетонного;
• ребристого.

Также причиной усиления перекрытий может стать нерациональный подбор строительных материалов

Выполнение работ по повышению нагрузочных характеристик различных перекрытий имеет нюансы. Независимо от материала, из которого изготовлено перекрытие, на ремонтируемом участке монтируются опорные стойки из древесины или металла. В этом месте также может устанавливаться колонна коробчатого сечения, обладающая повышенной прочностью. В процессе реставрационных работ и монтажа перекрытий важно соблюдать технологию и применять соответствующие материалы. Соблюдение указанных требований позволит не допустить непредвиденных ситуаций во время эксплуатации здания.

Что необходимо сделать перед началом работ

Правильная подготовка к выполнению ремонтных мероприятий влияет на конечный результат. К работам следует тщательно подготовиться:

• разработать проект усиления и выполнить комплекс расчетов;
• подготовить необходимые для выполнения работ инструменты;
• приобрести предусмотренные проектной документацией материалы.

Перечень используемых стройматериалов и необходимых инструментов отличается для различных видов перекрытий. Разберем детально технологические особенности усиления различных конструкций.

Собираемся усилить перекрытие из древесины – важные моменты

Необходимость ремонта перекрытий из древесины связана со следующими моментами:

• частичным или полным повреждением деревянных балок;
• разрушением других элементов деревянного перекрытия;
• уменьшением площади поперечного сечения несущих брусьев.

Необходимость усиления деревянных балок возникает чаще всего в связи с их разрушением или частичным повреждением

Для восстановления деревянной конструкции потребуются следующие материалы и инструменты:

• доски или балки с минимальной толщиной 4 см;
• листовой рубероид для гидроизоляционных работ;
• саморезы или гвозди для крепления накладок;
• молоток или профильная отвертка;
• состав для антисептической обработки.

Усиление перекрытий из древесины выполняется различными способами:

• заменой поврежденных брусьев. Данный метод применяется при значительных повреждениях деревянных конструкций по всей их длине. Технология предусматривает демонтаж пришедших в негодность балок и установку новых брусьев из древесины или металла в имеющиеся на капитальных стенах гнезда. Процесс замены брусьев связан с локальным восстановлением перекрытия между ними. В процессе демонтажа поврежденных балок несложно сформировать часторебристую конструкцию, располагая элементы на равном расстоянии друг от друга;
• увеличением общего количества опорных брусьев. Для уменьшения величины нагрузки, действующей на горизонтально расположенную балку, следует между имеющимися брусьями установить дополнительные опорные элементы. Уменьшив интервал между ними, и увеличив количество брусьев, профессиональные строители обеспечивают повышение несущей способности деревянного перекрытия. Наряду с изменением количества опорных элементов целесообразно использовать балки увеличенного поперечного сечения, повышающие прочность конструкции;
• усилением деревянных брусьев перекрытия. Повышение прочности балок в опасных сечениях и поврежденных участках обеспечивается путем установки специальных накладок. В качестве накладок применяют бруски или доски толщиной от 4 см, а также металлические пластины, размещенные с противоположных сторон балки. Фиксация накладок осуществляется как на поврежденном участке, так и по всей длине брусьев. Важно обеспечить надежность крепления накладок, гарантирующих жесткость поврежденного участка.

Замена деревянных балок, которая необходима только в том случае, если они подверглись повреждению по всей своей длине

При выполнении работ обратите внимание на следующие моменты:

• антисептическую обработку имеющихся и добавляемых деревянных элементов;
• изоляцию деревянных брусьев в местах контакта со стенами с помощью рубероида.

Обратите внимание, что древесина, к которой должна крепиться подшивка, не должна быть трухлявой. Завершив усиление деревянного перекрытия, надежно закрепите потолок и пол к брусьям.

Усиление плиты перекрытия Клейна

Несмотря на былую популярность, данный вид перекрытия в настоящее время встречается редко. Однако некоторые застройщики при возведении объектов применяют проверенную временем конструкцию.

Конструктивные особенности перекрытия:

• использование металлических балок двутаврового профиля, уложенных с интервалом 1-1,6 м;
• применение профильного металлопроката с высотой сечения от 8 до 24 см в зависимости от величины нагрузки;
• формирование плиты из керамического кирпича, опорной поверхностью для которой служат нижние полки двутавра.

Для выполнения работ подготовьте:

• материалы для бетонного раствора;
• арматурную проволоку или готовую сетку;
• фиксирующие хомуты или стальные полосы;
• бетоносмеситель;
• электросварочный аппарат;
• отбойный молоток или лом.

Для его монтажа используются двутавровые балки из стали

Обеспечение требуемой нагрузочной способности перекрытия Клейна и повышение прочности достигается различными способами:

• усилением ранее установленного двутаврового профиля с помощью стальных накладок или металлических хомутов. Для фиксации металлических элементов усиления используется электросварка или резьбовой крепеж;
• восстановлением прочностных характеристик кирпичной плиты путем армирования поверхности с последующей заливкой бетонного раствора. Толщина укладываемого на кирпичную основу слоя бетона составляет 3-5 см.

При невозможности частичного восстановления кирпичной плиты, следует демонтировать ослабленный участок основы, установить арматуру и залить бетон.

Как укрепить монолитные плиты из железобетона

Усиление железобетонных перекрытий – ответственная операция, выполняемая в строгом соответствии с предварительно разработанным планом. Важно не только повысить прочностные характеристики, но и обеспечить соответствующий внешний вид. Главной причиной уменьшения сечения в арматурных стержнях является коррозия. Ослабление железобетонной основы связано не только с разрушительным влиянием коррозии на арматурную решетку, но и с уменьшением толщины и разрушением бетонного слоя вокруг прутков.

Для укрепления основы из железобетона потребуется:

• электрический перфоратор или отбойный молоток;
• электрическая сварка;
• бетоносмеситель;
• металлопрофиль;
• древесина для опалубки;
• бетонная смесь.

Зачастую необходимость восстановления железобетонных перекрытий возникает в связи с коррозийными процессами, приводящими в негодность армирующие стержни

Технология предусматривает повышение прочностных характеристик монолитной плиты различными методами:

• усилением арматурного каркаса за счет приварки дополнительных стержней;
• наращиванием толщины монолитной основы после заливки нового раствора бетона;
• удалением поврежденного участка железобетонной основы с последующим восстановлением.

Внешние проявления ослабления железобетонной плиты:

• наличие полос ржавчины на бетонной поверхности;
• выступание незащищенных бетоном арматурных прутков;
• глубокие трещины и локальные выкрашивания на поверхности бетона.

Комплекс мероприятий по защите стальной арматуры предусматривает выполнение следующих работ:

1. Тщательную очистку нижней и верхней части железобетонного перекрытия.
2. Отбивку выкрашивающегося бетона вокруг выступающих прутков.
3. Нанесение на арматурные стержни антикоррозионного покрытия.
4. Заделку имеющихся трещин и полостей в бетонном массиве.
5. Грунтование поверхности бетона и нанесение известково-цементной штукатурки.
6. Установку разборной опалубки, приготовление раствора и бетонирование.

До усиления монолитных конструкций из железобетона важно установить надежную конструкцию из опорных элементов. При выполнении бетонных работ обратите внимание, насколько старый бетон перекрыт новым раствором. Толщина дополнительного слоя бетона составляет 5-8 см. После застывания бетона временные опоры следует демонтировать, а опалубку разобрать.

Усиление перекрытий ребристой конструкции

Перекрытие ребристого типа укрепляют аналогично плите из железобетона, используя указанные в предыдущем разделе стройматериалы и инструменты.

Для усиления необходимо выполнить следующие работы:

1. Удалить отслоившиеся куски бетона между ребрами плит.
2. Обеспечить доступ к элементам арматурного каркаса.
3. Усилить решетку стержнями увеличенного диаметра.
4. Покрыть стальную арматуру антикоррозионной смесью.
5. Заделать трещины и дефекты в бетонной поверхности.
6. Забетонировать перекрытие, обеспечив расстояние 5 см до поверхности арматуры.

Технологический процесс допускает формирование дополнительных ребер, повышающих прочность конструкции перекрытия. При этом новые элементы усиления формируются параллельно имеющимся ребрам с помощью разборной опалубки.

Бетонирование дополнительных ребер позволяет снизить нагрузку на каждое ребро жесткости и соответственно повысить прочностные характеристики всей конструкции.

Повышение прочностных свойств плит – заключительные моменты

Планируя выполнить усиление плиты перекрытия снизу или в ее верхней части, важно проанализировать состояние имеющейся конструкции и рассчитать величину действующих нагрузок. При повышенной величине нагрузки, в зависимости от конструктивных особенностей перекрытия, следует определиться с сортаментом элементов усиления и тщательно изучить технологию осуществления реставрационных мероприятий. Предварительно разработанный проект облегчит выполнение строительных работ. Консультация профессиональных строителей позволит избежать серьезных ошибок.

На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках – 12 лет, из них 8 лет – за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.

Усиление железобетонных плит перекрытия и покрытия

20.09.2018

Усиление плит – мероприятие, которое может потребоваться в любом типе сооружений. Неудовлетворительное состояние конструкции, внезапное увеличение нагрузки, как правило, становятся основными причинами в востребованности заказа данной услуги. Как правило, выбор методики усиления плиты зависит от вида конструкции, количества этажей, используемого материала и иных факторов.

Усиление железобетонных плит перекрытия практикуется в сфере строительства достаточно часто. Основными причинами в необходимости такого мероприятия считается плохое техническое состояние данного элемента, его удовлетворительная несущая способность, несоблюдение определенных требований в ходе эксплуатации постройки.

Типы плит перекрытия

Выделяют два вида плит перекрытия:

1. Полнотелая плита перекрытия (монолитная), где нет внутренних пустот. Такую конструкцию используют на нижних этажах здания и производственных площадях. У этого вида плит есть подвиды:
   • Безбалочная плита.
   • Кессонная плита (имеющая структуру ячеечной сетки).
   • Ребристая плита.
2. Пустотные плиты перекрытия, которые применяют при строительстве многоэтажных домов и зданий административного назначения. Конструкция такого элемента гораздо проще полнотелой плиты, но это негативно сказывается на показателях прочности и надежности изделия. Именно поэтому так востребовано усиление пустотных плит перекрытия.

Когда необходимо делать усиление?

Можно выделить несколько факторов, которые указывают на то, что необходимо усиление плиты перекрытия.:

• Плохая несущая способность и удовлетворительное техническое состояние конструкции.
• Увеличение эксплуатационных нагрузок на плиту.
• Коррозия арматурных стрежней.
• Образование ржавчины ввиду тонкого слоя бетона.

Опытный специалист сможет диагностировать причины повреждения конструкции и предложить оптимальный путь решения этой проблемы. Для усиления плит потребуется особое оборудование и определенные знания, поэтому рекомендуется доверить данный процесс профессиональным рабочим, а не заниматься ремонтом самостоятельно.

Схемы усиления монолитных перекрытий

а — наращивание арматуры растянутой зоны и торкретирования поверхностей;

б , в — устройство дополнительного армирования плиты с наращиванием верхнего железобетонного слоя;

г — установка звуко- и виброизоляционных плит и наращивание верхнего железобетонного слоя; 1 — железобетонное перекрытие; 2 -наращиваемая арматура; 3 -дополнительный слой бетона; 4 — штрабы; 5 — подвесная опалубка; 6 — шумо- и виброзащитные плиты

Схемы усиления перекрытий из многопустотного настила

а — наращивание железобетонного поверхностного слоя: 1 -многопустотная плита перекрытия; 2 — металлическая сетка; 3 — слой наращиваемого бетона;

б — дополнительное армирование нижнего пояса: 1 — многопустотная плита перекрытия; 2 — дополнительная арматура, устанавливаемая в пазы; 3 — омоноличивание арматуры;

в ,г -армирование и бетонирование пустот: 1 — многопустотная плита перекрытия; 2 — продольные и поперечные сетки; 3 — слой наращиваемого бетона; 4 — арматура в виде двутавров;

д , е — схемы дополнительного армирования зон опоры на стены

Основные способы усиления железобетонных перекрытий

Многие квалифицированные специалисты сходятся во мнении, что для усиления железобетонных плит перекрытия нередко приходиться применять не только традиционные способы, но и новаторские малоизвестные методики.

Выбор в пользу той или иной техники зависит от многих факторов, но в первую очередь необходимо предельно точно установить причины, влияющие на необходимость усиления плит:

• Ошибки инженеров на этапе проектирования здания.
• Монтажные дефекты.
• Износ несущих конструкций в ходе эксплуатации.
• Полная реконструкция строения, в ходе которой планируется также увеличение нагрузки на перекрытие.

Каждый случай стоит рассматривать отдельно и в соответствии с определенными показателями разрабатывать проектный план усиления плит перекрытий.

Принято выделять несколько распространенных способов решения данного вопроса:

• Передача частичной или всей нагрузки конструкции усиления.
• Увеличение несущих свойств уже существующей конструкции.

Радикальный способ увеличения несущей способности плиты – замена старого перекрытия более мощным. Однако в большинстве случаев проще и легче разобрать перекрытие и заново его собрать.

Услуги по усилению плит перекрытий от компании «ГЕЛИОС»

Компания «ГЕЛИОС» предлагает полный комплекс необходимый работ.

Мы используем эффективные решения, современное оборудование материала для оказания услуг на профессиональном уровне. Материально-техническая база и штат опытных специалистов позволяют решать даже самые трудновыполнимые задачи максимально быстро и результативно.

Наши специалисты найдут самый оптимальный способ усиления перекрытий в зависимости от условий эксплуатаций строения и его технических показателей. Правильно подобранная техника позволит избежать излишних финансовых и трудовых затрат. Гибкая политика цен, профессиональный подход, сжатые сроки выполнения поставленных задач – выгодные преимущества от компании «ГЕЛИОС».

Мы будем рады ответить на все интересующие вас вопросы по контактным телефонам: +7 (495) 943-66-88, +7 (916) 268-02-01.

Усиление плиты перекрытия: пустотные, монолитные, ребристые

Плиты перекрытий зданий и сооружений работают в условиях высоких механических нагрузок и нередко подвергаются вредному воздействию ряда вредных факторов: взрыв, осадка, землетрясение, пожар, высокая влажность, промерзание, внезапная механическая нагрузка, воздействие химически агрессивных веществ и др.

СодержаниеСвернуть

Основной материал и армирование изделия частично разрушаются. Поэтому для возможности дальнейшей эксплуатации сооружения требуется усиление плиты перекрытия различными способами.

Особенности усиления плит перекрытия

При строительстве зданий и сооружений используются различные типы плит перекрытия: пустотные, монолитные и ребристые. В зависимости от типа плиты, условий эксплуатации и характера разрушения инженер-строитель принимает решение какой тип или типы усиления применить. Решение принимается в каждом конкретном случае, производится прочностной расчет усиления плиты перекрытия, а также оформляется и согласовывается технический проект.

На данный момент времени в арсенале конструктора есть следующие технологии усиления повреждённой плиты перекрытия: усиление плит перекрытия углеволокном, усиление плит перекрытия металлическими балками, а также усиление плиты перекрытия сверху или снизу наращиванием арматуры и слоя бетона. Рассмотрим технологии восстановления несущей способности плит перекрытия подробнее.

Усиление пустотных плит перекрытия

Технология усиления и ремонта пустотных плит перекрытия, является одной из самых простых и самых малозатратных. Суть технологии заключается в высвобождении плиты от всех механических нагрузок (оборудование, мебель и пр.). Далее производится механическое вскрытие пустот, установка арматуры и принудительное, под давлением, наполнение пустот высокопрочным бетонным раствором.

Усиление монолитных плит перекрытия

Вид усиления железобетонных изделий этого вида принимается конструктором на основании обследования конкурентного сооружения и расчета величины механических нагрузок. В подавляющем большинстве случаев принимается решение об усилении плиты перекрытия снизу, в зоне изгибающих нагрузок. Разработано и используется две технологии усиления монолитной плиты снизу.

В обоих вариантах присутствует дополнительный арматурный пояс, на который методом торкретирования «набрасывается» дополнительный бетонный материал. Разница заключается в том, что в первом варианте дополнительный арматурный пояс крепится к усиливаемой плите через специальные отгибы, приваренные к вскрытой арматуре усиливаемой плиты. А во втором случае армпояс крепится к стальной полосе, смонтированной на сквозных анкерных болтах.

В ряде случаев применяется технология усиления сверху с устройством железобетонных шпонок, верхнее наращивание в виде дополнительной монолитной армированной плиты и другие технологии. В любом случае при усилении монолитной плиты решаются задачи:

• Эффективное крепление арматурного пояса к ремонтируемой поверхности.
• Установка опалубки.
• Заливка бетонного раствора и уход за залитой конструкцией.

Усиление ребристых плит перекрытия

Ремонт ребристых плит перекрытия предусматривает использование трех технологий. Дополнительное армирование и бетонирование как в случае с монолитными плитами. Установка поддерживающих колонн и усиление несущей способности плиты с помощью шпренгельной арматуры.

Шпренгельная арматура обустраивается по диагоналям усиливаемой конструкции и образуя взаимно пересекающиеся плоскости (ребра жесткости) обеспечивают необходимое усиление и жёсткость усиливаемой плиты перекрытия

Усиление П образных плит перекрытия

Работы по увеличению несущей способности П-образных плит перекрытия могут осуществляться либо наращиванием нового массива армированного бетона, как в предыдущих случаях, так и усилением плит перекрытия швеллером. В этом варианте изгибающие нагрузки на плиту перераспределится на балки из швеллера и несущие стены. Ввиду неэстичности внешнего вида усиления, данный метод используется для ремонта и реконструкции производственных цехов и складских помещений.

Аналогичный эффект получается при усилении монолитных плит перекрытия сверху металлическими балками. Данная технология связывает аварийную плиту своеобразным «корсетом» из сварных швеллеров или двутавровых балок и не допускает ее разрушение.

Усиление железобетонных плит перекрытия углеволокном

Это самая современная технология, позволяющая существенно увеличить несущую способность пииты перекрытия любого вида и типа конструкции. Суть и технический смысл технологии заключается в наклеивании на верхние или нижние поверхности плиты углеродной ленты и ламелей.

Углеродные волокна работают как дополнительное армирование и увеличивают несущую способность конструкции. Учитывая небольшую относительную прочность углеволокна можно говорить, что с помощью данного метода невозможно кардинально увеличить несущую способность плит перекрытия.

Заключение

Плиты перекрытия зданий и сооружений работают в тяжелых условиях эксплуатации. На данные конструкции воздействуют механические статические и динамические нагрузки, вредные атмосферные факторы, химические вещества. Поэтому расчет несущей способности плит перекрытия возможное ее усиление следует доверять профессиональным, опытным в этом вопросе компаниям.

как усилить железобетонные, металлические и деревянные балки перекрытия? Усиление прогнившей балки снизу

Технологический процесс строительства дома подразумевает крепление несущих балок перекрытия. Они могут быть выполнены из различных по прочности материалов, но по ряду причин требуют усиления. Почему балки приходят в негодность и как их восстановить, расскажем в этой статье.

Особенности

На сегодняшний день в строительстве используются следующие основные виды перекрытий:

• железобетонные плиты;
• металлические конструкции;
• перекрытия Клейна.

Все они разнятся между собой по способам усиления и материалу, при помощи которого будет проводиться работа.

Чаще всего повреждённые места перекрытий обнаружить очень сложно. Как правило, основания, выполненные из разных материалов, располагаются под декоративной штукатуркой или закрыты подвесными потолками, окрашены.

Именно поэтому усиление перекрытий приходится проводить не совсем своевременно, когда начинаются явные проблемы со строительной конструкцией.

Существует несколько причин, по которым перекрытия следует укреплять, чтобы избежать трещин плит, их гниения или прогиба.

1. В первую очередь причиной может стать нарушение самого процесса установки перекрытий при строительстве дома.
2. Другой причиной часто является использование материалов низкого качества.
3. В случае с металлическими элементами возможна их ускоренная коррозия.
4. Чаще всего усиление балок перекрытия проводят, если они выполнены из дерева. Их порча происходит главным образом в результате природного воздействия, например, при резких изменениях влажности воздуха или температуры.
5. Усиление железобетонных перекрытий производится по причине увеличения нагрузки на несущую конструкцию, появления трещин, дефектов при монтаже или дальнейшей эксплуатации.
6. Бывает необходимость достройки этажа дома. В результате увеличения нагрузки происходит и перераспределение силы воздействия на все составляющие части основания. Это тоже одна из причин, требующая мер по укреплению несущих конструкций дома.

Ремонт перекрытий подразумевает замену некоторых элементов при незначительных дефектах или усиление по всей площади при критическом положении дел.

Процесс укрепления перекрытия является довольно сложным мероприятием, поскольку все работы нужно проводить в замкнутом пространстве (внутри здания), а механизировать те или иные операции не представляется возможным.

Много времени занимают подготовительные работы.

Чтобы осуществить весь процесс, под конструкцией, которую будут укреплять, возводят монтажные опоры. Их располагают вертикально. Опорные элементы изготовляют из брёвен или стальных труб и фиксируют распорками или подкладками. После этого очищают поверхность, которую собираются усиливать. Убирают краску, побелку, отслоившийся бетон, прогнившие части брусьев. То есть создают оптимальные условия для удобства и безопасности перемещения под перекрытиями.

Прежде чем приступать к подготовительным, а затем и к основным этапам работ, следует иметь определённый план усиления оснований (технологическую карту). Нужно знать величины имеющихся нагрузок и провести расчёт количества механизмов и материалов для осуществления мероприятий по реставрации существующих балок.

Лучше всего прибегнуть к консультации опытных строителей либо доверить работу по усилению балок перекрытия бригаде специалистов.

Что нужно учесть?

Для каждого вида перекрытий существует ряд особенностей, которые нужно учитывать.

Например, делая усиление растянутых или сжатых металлических балок, обязательно нужно следить за сохранением первоначального центра тяжести. Любые дополнительные элементы следует располагать таким образом, чтобы они не влияли на прочность исходной конструкции.

Швы, образующиеся в результате сварочных работ, могут иметь деформации. Для обеспечения качественной работы дополнительных компонентов с основным усиливаемым элементом высота катета шва должна быть на уровне от 3 до 6 мм. По краям усиливаемой металлической конструкции нужно делать не прерывистые, а сплошные швы. Болты, заклёпки, усиливающие полосы и спаренные уголки, должны находиться в местах, где будет удобно проводить сварные швы.

Нужно стараться осуществлять усиление перекрытий материалами, идентичными тем, из которых состоят основные элементы, а также иметь представление об их механических свойствах. Следует понимать, в каком напряженно-деформированном состоянии находится металлическая конструкция, как на неё влияют отдельные повреждения. Заранее выбрать способ, каким нужно выполнить усиление перекрытий и знать технологию самого производственного цикла.

Балки из дерева чаще всего усиливают вследствие их разрушения или прогиба. Последний образуется потому, что несущая балка может быть прогнившим элементом.

Чаще всего проводят полную замену деревянных оснований или усиливают уже существующие элементы. Если вы планируете увеличить массу (надстроить, например, мансарду), приходящую на несущее перекрытие, то обязательно сделайте предварительные расчёты. Нагрузка на него изменится и перераспределится, поэтому необходимо скорректировать его сечение.

Когда нет необходимости проводить полную замену, но вы обнаружили прогиб деревянных балок, нужно учесть тот факт, что нормальным считается прогиб в пределах 10 мм. Если этот параметр превышен, то усиление перекрытия надо делать обязательно.

Какой способ подойдёт наилучшим образом для этого, может определить только опытный специалист.

Железобетонные плиты усилить не совсем просто, для этого нужны инженерные знания. Прежде чем приступать к самому процессу, необходимо учесть конструктивные особенности оснований. Они делятся на составные и цельные конструкции. Сборные панели обычно укладывают на стены, продольные балки либо бетонные фермы.

Цельные перекрытия делают путём заливки бетона в подготовленную заранее опалубку, возведённую над арматурным каркасом. Способы восстановления нагружающей способности у разных плит отличаются между собой.

Предварительно необходимо определить причины повреждений. Надо знать, уменьшилась ли нагружающая способность плиты из-за того, что она лопнула или этот показатель утрачен по причине дефектов, полученных в ходе монтажа, а также требуется ли полная замена перекрытия или достаточно усилить некоторые её части.

В процессе усиления нельзя совершить новые ошибки, влекущие за собой дальнейшее разрушение перекрытий и большие финансовые траты.

Способы

Чтобы провести укрепление железобетонных плит в доме, строители применяют на практике ряд методов.

• Усиливают стержни арматуры. В результате коррозии они становятся непригодными частями. Вокруг них уменьшается толщина бетона. На самой бетонной поверхности появляется ржавчина. Перед проведением усиления снимают бетонный слой, находящийся вокруг оголённых стержней. На них наносят покрытие, препятствующее образованию коррозии, после чего осуществляют грунтовку всей бетонной поверхности, ликвидируя тем самым образовавшиеся в бетоне пустоты.
• Увеличивают толщину плит. Наносят дополнительный слой железобетона.
• Плиты усиливают снизу при помощи арматуры из стали и бетона. Укрепляют железобетонные перекрытия в районе контакта со стенами дома.
• Осуществляют нанесение торкрета (раствора из бетона) под давлением сжатого воздуха. Такой состав заполняет трещины и места повреждения в плитах перекрытия.
• Снизу под отдельные повреждённые участки сооружают подпорки, в результате чего общая нагрузка на перекрытия перераспределяется.
• Если повреждение крупное, то проводят полную замену устаревших железобетонных плит.

Металлические конструкции усиливают при помощи наращивания сечений элементов, делают дополнительные связующие цепочки, наращивают элементы соединений, ставят рёбра, диафрагмы или распорки. Часто проводят монтаж дополнительных компонентов к уже существующим конструкциям или меняют конструктивную схему.

Как показывает практика, работу проводят несколькими способами одновременно.

Наиболее часто встречающимся перекрытием в частных строениях является балка, сделанная из бруса. Если у вас в доме имеется второй этаж, а пол стал скрипеть и местами прогибаться, то следует провести его укрепление.

Перекрытия из дерева являются самыми доступными по цене конструкциями, но их срок службы по сравнению с железобетонными и металлическими основаниями ограничен временем.

На качество древесины, помимо климатических факторов, оказывает огромное влияние её обработка. Насекомые и различные вредители (например, короеды) также способствуют сокращению периода эксплуатации деревянных балок. Материал подвергается деформации, крошению, появляются трещины.

Существует несколько способов реконструкции деревянных перекрытий.

• Если дерево повреждено, его обрабатывают противогрибковыми составами. После этого элементы можно усилить при помощи деревянных накладок. Их закрепляют сверху и снизу несущей балки по всей её длине при помощи болтов.
• Усиление также проводят не деревянными, а металлическими пластинами. В качестве металла используют сталь. Саму пластину предварительно обрабатывают антикоррозийным составом. Металлические элементы фиксируют с двух сторон балки. Если имеются серьёзные деформации дерева, то рекомендуется использовать швеллер. Необходимо побеспокоиться и о гидроизоляции. Она должна быть между деревянными и металлическими конструкциями.
• Производят крепление углепластиковыми или углеволокнистыми материалами. Это могут быть листы или пластины, ленты, ткань. С ними легко работать. Балку усиливают путём наклеивания элементов на неё. Клеят материалы слоями до того момента, пока не увеличивается жёсткость деревянной основы.
• Концы перекрытия можно укрепить с помощью протезов, выполненных из дерева или металла. Основной упор делается на места стыка деревянного перекрытия со стенами. В результате смены погоды и постоянного изменения температуры воздуха именно на этих участках чаще всего происходит повреждение и деформация.
• Чтобы провести разгрузку деревянных балок, под ними проводят установку опор из брусьев. Большую часть нагрузки с несущего элемента такие опорные стойки забирают на себя.
• Очень часто проводят увеличение количества лаг. Дополнительные деревянные балки дают возможность повысить нагрузку на всю конструкцию, тем самым увеличивая несущую способность перекрытия. Торцы установленных лаг обязательно покрывают рубероидом во избежание их повреждений.

Как видим, существуют различные методы по восстановлению функциональных возможностей перекрытий.

Выбор того или иного способа работы следует проводить с учётом особенностей строения и материалов, из которых оно было возведено.

Полезные рекомендации

Специалисты, занимающиеся усилением перекрытий, дают советы.

1. Потолочные основания имеют пределы нагрузок на один квадратный метр. Если в доме потолок заканчивается чердаком, то нагрузка на балки не должна превышать 100–105 кг на 1 кв. метр площади. Когда в жилище имеется второй этаж, то перекрытие может выдерживать вес до 200 килограмм на метр квадратный. Эти показатели нужно учитывать при установке лаг и балок. Вся конструкция обязана быть с прочной основой. Ещё нужно делать хорошую теплоизоляцию, заделывать тщательно швы и щели.
2. Прежде чем выбрать древесину для сооружения перекрытий, обращайте внимание на качество её просушки. Плохо обработанное и просушенное дерево подвержено быстрому высыханию или деформации. Нельзя экономить на материале. Балки для перекрытий следует подбирать одинаковой толщины и длины. Они должны быть цельными, а не состоять из нескольких фрагментов.
3. Конечно, всю работу можно сделать самостоятельно, но для этого вам необходимо обладать не поверхностными, а очень глубокими знаниями в области прочности строительных конструкций.

О том, как правильно усилить балки перекрытия, смотрите в следующем видео.

Усиление плит перекрытия

Большинство современных зданий построенных в наши дни, а также в предыдущем столетии имеют конструкцию с применением железобетонных плит перекрытий. Несмотря на высокую надежность и прочность таких сооружений, с течением времени по причине износа или модернизации может потребоваться усиление плит перекрытий. В первую очередь это может быть вызвано физическим износом конструктивных строительных элементов, которые в результате воздействия времени и внешних факторов частично утратили свои первоначальные свойства в области несущей способности. Помимо этого усиление может потребоваться и в результате переоборудования и модернизации зданий и сооружений, в которых изменяются параметры в результате строительства дополнительных этажей или увеличения нагрузки. При этом эксплуатация объектов с утратившими свои прочностные характеристики перекрытиями или с элементами, подвергающимися высоким нагрузкам, выходящим за пределы расчетных, допустимых показателей, является недопустимой. Это может привести к обрушению здания или сооружения, гибели или травмированию людей, служить причиной для нанесения экономического ущерба в результате утраты имущества, основных средств, оборудования.

Нередко усиление перекрытий требуется и в обычных многоквартирных домах. Причиной тому может служить, как износ и влияние механических факторов, а также внешней среды, так и проведение незаконных перепланировок соседями. Разрушение несущих конструкций является причиной прогрессирующих разрушений, которые необходимо своевременно устранять для предотвращения аварий и их негативных последствий.

В ряде случаев усиление представляет собой плановое мероприятие, которое предусмотрено амортизационными сроками объектов, преследуя цель поддержания рабочих параметров прочности строительных конструкций, зданий и сооружений. Упрочнение может потребоваться и новым зданиям по причине наличия монтажных дефектов или необходимости проведения работ по устранению инженерных ошибок и просчетов, допущенных на стадии проектирования. Работы по реконструкции зданий служат обязательным этапом для всех видов сооружений и могут потребоваться досрочно при изменении условий эксплуатации сооружений. Дополнительные нагрузки и вибрации способствуют преждевременному износу строительных конструкций, которые нуждаются в своевременном ремонте.

При этом срок службы здания, как правило, указывается в паспорте, а периодичность осмотров и проверок целостности, запланированных ремонтов устанавливается лицами ответственными за состояние зданий и сооружений с составлением соответствующих актов и документов.

Критерии и этапы оценки износа

Перед проведением мероприятий по усилению зданий необходимо провести работы по оценке текущего состояния перекрытий. Для этого используют данные визуального осмотра, а также оценочные критерии, полученные при помощи специальных устройств.

Наиболее распространенным видом дефектов, которые появляются с течением времени, является полное или частичное разрушение арматуры плит в результате коррозионных процессов. Как правило, явление сопровождается разрушением прилегающих слоев бетона и заметным визуально ржавлением армирующего каркаса. Такие плиты могут иметь значительно более низкую прочность и, как следствие, сниженную несущую способность.

Помимо прямых признаков износа есть целый ряд косвенных критериев, по которым можно обнаружить и установить наличие дефекта. К ним относятся сколы и глубокие трещины в плитах, появление светлых или темных пятен на поверхности перекрытий, а также отслоение штукатурки на потолке или на полу. В ходе визуального осмотра устанавливается факт наличия дефектов и их характер, целостность армирующего каркаса, измеряются видимые сколы и трещины.

Инструментальный контроль позволяет определять толщину и глубину трещин, уровень прогиба плит, наблюдать и отслеживать динамику изменения деформаций.

Технология и методы усиления перекрытий определяются специалистами исходя из конструкции плит и характера деформаций. При этом составляется проектно-техническая документация на работы по упрочнению, производятся необходимые расчеты.

Усиление плит перекрытия ребристых

Сборно-ребристые плиты в большинстве случаев задействуются при возведении промышленных объектов, а именно возведении их кровли, в отдельных случаях могут выполнять функции перекрытий между этажами цехов и других строений.

При усилении ребристых плитных конструкций при помощи инновационной технологии наклеивания композитной ленты, необходимо наносить материал на нижнюю часть ребер изделий. Число слоев определяет степень заданной прочности и формируется в процессе расчета на основании оценки износа перекрытия. Опорная часть системы подлежит усилению за счет установки так называемых хомутов, выполненных из углекомпозитной ленты.

При использовании техники усиления реберных плит металлических конструкций задействуют стальные балки. Усиление в местах разрушения и просадки ребер наиболее рационально осуществлять посредством уголка размером 100х100 мм или 120х120мм. Для этой цели предварительно в опорных частях формируется зазор заданной глубиной 100 -120 мм, где впоследствии должна разместиться нижняя полка уголка.

Другой способ усиления — установка каркасного сооружения из стальных балок, в качестве которых находят применение швеллеры. Такой вариант укрепления позволяет в значительной мере перераспределить действующие нагрузки и сфокусировать их на стены и балочный каркас. Поперечные планки при этом крепятся при помощи стяжек в виде шпилек на болтовом соединении.

При значительном разрушении может проводиться замена фрагментов перекрытия или установка дополнительных поддерживающих колонн.

В отдельных случаях задействуется шпренгельная арматура, которая укладывается в направлении каждой из двух диагоналей плиты перекрытия, формируя дополнительные ребра жесткости внутри конструкции.

Усиление монолитных плит перекрытий

Монолитные перекрытия в строительстве по-праву считаются самыми прочными, обладая при этом повышенной материалоемкостью, массой и, как следствие, довольно высокой ценовой категорией. В связи с этим применение монолитных конструкций не всегда оправдано с экономической точки зрения и является необходимой и оправданной мерой при наличии высоких проектных нагрузок.

Наиболее популярным способом укрепления плит перекрытия монолитной конструкции является возведение еще одной сходной по структуре плиты, которая располагается на поверхности старой. При этом в ряде случаев такой метод считается малоэффективным, создавая, помимо номинальной, дополнительную нагрузку на существующее перекрытие.

В альтернативном варианте применяются стальные поддерживающие конструкции из балок различных профилей. В их качестве применяются все виды профильного металлопроката, а именно: уголок и швеллер, тавровая и двутавровая балки. На их основе формируются опорные конструкции, предназначенные для перераспределения рабочей нагрузки. Также как в реберных плитах могут устанавливаться элементы в виде шпренгельной арматуры, а также при возможности дополнительные опоры в виде колонн. При этом необходимо правильно оценить возможность их инсталляции особенно в многоэтажных зданиях и сооружениях.

В случае необходимости усиления плит при повышении нагрузки или равномерном износе монолитных перекрытий, рационально использовать углекомпозитные материалы, в виде наносящихся слоями лентовых покрытий.

Усиление плит перекрытия пустотных

Многопустотные плиты перекрытий заслужили высокую популярность, благодаря сочетанию небольшого веса с высокими показателями прочности и жесткости. Обладая невысокой стоимостью, изделия укладывались при помощи простого крана, обеспечивая быстрый монтаж и высокую скорость застройки.

Пустотные плиты изготавливаются по технологии опалубочного и безопалубочного производства. Изделия марки ПНО и ПК выполняются по опалубочной технологии, имея толщину 160 мм и 220 мм соответственно. Плиты серии ПБ относятся к изделиям, который выполнены по технологии непрерывного формирования, имея стандартную толщину 220 мм.

В зависимости от марки, габаритов и метода изготовления для плит, варьируются показатели предельной несущей способности. Допустимая нагрузка для ЖБИ, изготовленные по опалубочной методике производства составляет 800кг/м2. В ряде случаев реже встречаются экземпляры у которых показатель нагрузки достигает 1250/м2. Для безопалубочных изделий несущая способность находится в пределах от 300 до 1600 кг/м2.

При выборе варианта усиления плит в расчет необходимо принимать и рабочую длину таких изделий, которая достигает 10800 мм для марок ПБ, 6300 мм для ПНО и 7200 мм для ПК.

Одним из наиболее распространенных вариантов усиления пустотных плит перекрытия является метод заливки технологических пустот, предусмотренных их конструкцией. Такой вариант упрочнения эффективен при устранении таких дефектов как трещины и частичные разрушения поверхности. Технология реализации предусматривает удаление стяжки и формирование углублений над пустотами шириной до 100 мм. После этого в них укладывается новый вертикальный армирующий каркас и производится заливка пустот бетонным раствором.

В ряде случаев используется наращивание слоя перекрытия, которое осуществляется посредством увеличения толщины стяжки. Такую технологию принято называть набетонкой. Прочность усиления при этом зависит от степени сцепления нового слоя с поверхностью плиты.

В том случае, если усиливаемая плита в значительной мере потеряла свою несущую способность и подвергается провисанию, необходимо принять меры по ее выравниванию в горизонтальной плоскости. Для этого могут эффективно задействоваться стальные разгружающие балки с верхней, а также нижней конструкцией крепления. При этом металлический двутавр принимает на себя массу плиты, обеспечивая необходимую жесткость и прочность.

Для усиления пустотных плит применяют и ряд других способов, в числе которых установка шпренгельных затяжек с монтажом консольных разгружающих балок. В некоторых случаях необходимой является установка дополнительной арматуры, которая укрепляется посредством применения полимерных растворов.

Современные технологии позволяют производить усиление прочностных характеристик пустотных плит перекрытия за счет использования специальных лент, выполненных из композитных материалов. Технологически ленты наклеиваются на поверхность ЖБИ, образуя многослойный холст из углекомпозита. Степень упрочнения при этом регулируется числом наносимых слоев.

Усиление деревянных балок перекрытия — как укрепить межэтажные, чердачные и подвальные лаги по полу и потолку

Основным элементом чердачных и межэтажных перекрытий во многих частных домах является деревянная балка. Срок службы перекрытий из дерева ограничен ввиду свойств древесины, особенно, если она была плохо обработана или подвергалась нагрузке и воздействию влаги.

В следствие таких факторов балка перестает справляться с возложенной на нее функцией (возможно провисание, прогиб, искривление) и потребуется усиление деревянных балок перекрытия.

Помимо повреждений и утраты несущей способности балок пола и потолка (лаг, прогонов), укрепление может быть продиктовано увеличением нагрузки на перекрытие.

 

Когда нужно усиливать деревянные балки перекрытия

• плохое состояние балочной конструкции. Является следствием повреждение древесины. Повышенная влажность, перепады температуры, деятельность различных вредителей (жуков короедов), растрескивание – все это приводит к деформированию балки перекрытия;
• снижение несущей способности. Под собственным весом, постоянной и переменной нагрузкой балки перекрытия могут прогибаться. Согласно нормативам, если прогиб находится в пределах 1:300, то беспокоится не о чем. Например, если балка длиной 2500 мм. прогнулась на 10 мм. это соответствует нормальному значению прогиба. Если показатель прогиба больше – ее следует усилить;
• необходимость увеличения несущей способности балки. Связанная, например, с перестройкой чердака под мансарду или жилое помещение. Такая перестройка приведет к увеличению постоянных и переменных нагрузок на перекрытия второго этажа, что автоматически требует изменения сечения установленных деревянных балок.

В пределах статьи будут приведены несколько распространенных способов усиления перекрытия (ремонт, реконструкция). Но, точно ответить на вопрос, как усилить деревянные балки перекрытия может только профессионал и только после анализа состояния конструкции. Ведь в каждом случае решение будет индивидуально.

Воспользовавшись таблицей можно получить представление о том, какое сечение должно быть у балки при определенной нагрузке.

Допустимое сечение балок при нагрузке

Материал подготовлен для сайта moydomik.net

Способы усиления деревянных балок перекрытия

Основные типы и методы усиления деревянных перекрытий приведены в порядке увеличения трудозатрат и длительности на выполнение работ.

Тип усиления без изменения условий работы

Усиление деревянными накладками

Способ применяется в том случае, когда дерево повреждено. Накладки устанавливаются с двух сторон от балки из бруса (по бокам или сверху и снизу), максимально плотно к ней и скрепляются (затягиваются) насквозь болтом. При этом важно обработать поврежденный участок и накладки противогрибковым раствором. В критическом случае, если участок поврежден сильно – его лучше удалить. Чтобы усилить балку нужно крепить накладку по всей ее длине.

Усиление пролетов металлическими накладками (пластинами) или прутковыми протезами

Стальные пластины используются вместо деревянных, описанных выше. Металл также нужно обработать антикоррозионным раствором. Схема устройства показана на рисунке.

Усиление пролетов балок металлическими накладками и прутковыми протезами

Усиление перекрытия углеволокном (углепластиком)

Современная технология усиления (армирование углеродным волокном). Углеволокно (ленты, листы, пластины, нити, ткань) наклеивается в несколько слоев, пока не будут достигнуты требуемые показатели жесткости балки. Удобство работы и легкость материала приводят к тому, что углепластик приобретает популярность как эффективное средство для восстановления балок и строительных конструкций.

Ниже приведена схема армирования (усиления) балок перекрытия углеволокном.

Усиление балок углеволокномУсиление балок углеволокном — схемаУсиленные балки углеродным волокном

Усиление на торцах деревянными или металлическими протезами

Технология позволяет усилить балку в местах стыка с несущей стеной. Это именно то место, где, за счет перепадов температур повреждение древесины происходит быстрее.

На схеме ниже показана технология усиление протезами из швеллера, прокатного профиля

Усиление протезами из швеллера, прокатного профиляУсиление протезами из швеллера, прокатного профиля — 2

Монтаж пруткового протеза

Прутковый протез системы Дайдбекова выполняется из двух спаренных ферм, которые изготавливаются из обрезков арматурной стали сечением (диаметром) 10-25 мм. Длина протеза должна быть на 10% больше двойной длины сгнившего конца балки, но не более 1,2 м.

Устройство пруткового протеза

1. Установить временные опоры под перекрытие на расстоянии 1-1,5 м от несущей стены, состоящие из стоек и прогона.
2. Разобрать перекрытие снизу на ширину 75 см и сверху – 1,5 м от стены.
3. Отрезать поврежденный участок балки (0,5м)
4. Завести заготовку протеза вертикально в междуэтажное перекрытие и повернуть в горизонтальное положение, сначала надвигая на балку, затем, в обратную сторону задвигая в нишу стены.
5. Сместить и прибить гвоздями сдвижную планку.

Установка пруткового протеза

Усиление балок шпренгельными затяжками

Усиление перекрытий — установка шпренгелей

Тип усиления с изменением условий работы

Усиление деревянных перекрытий такими способами предусматривает существенную перестройку несущей конструкции балочных пролетов.

Изменение условий работы конструкций

Изменение схемы работы

Нестандартные решения

Если нет возможности усилить деревянные балки перекрытия, можно попытаться их разгрузить, т.е., распределить нагрузку с существующих балок на дополнительно установленные элементы.

Усиление перекрытий путем установки опор под несущие балки

Опоры, подпирающие балки снизу, являются хорошим способом перераспределить нагрузку с балки на опору.

Усиление перекрытий — установка опор

Усиление перекрытий путем установки дополнительных балок

Если существующие лаги находятся в целости и сохранности, увеличить их несущую способность можно посредством увеличения их количества. Установка дополнительных деревянных балок позволит увеличить нагрузку на конструкцию. Устанавливая новые лаги нужно обязательно защитить их торцы рубероидом, чтобы избежать повреждения.

Усиление перекрытий — установка дополнительных балок

Надеемся, что из приведенных способов усиления деревянных балок перекрытия вы подберете именно тот, который решит вашу проблему наилучшим образом и с минимальными затратами.

Обучение с подкреплением с Keras + OpenAI: DQN | автор: Яш Патель

Краткое резюме

В прошлый раз в нашем руководстве по Keras / OpenAI мы обсудили очень простой пример применения глубокого обучения в контекстах обучения с подкреплением. Оглядываясь назад, это был невероятный показ! Если вы посмотрите на данные обучения, то модели со случайной вероятностью обычно будут способны выполнять только 60 шагов в среднем. И все же, обучаясь на этих, казалось бы, очень посредственных данных, мы смогли «победить» среду (т.е. получить производительность более 200 шагов). Как это возможно?

Мы можем почувствовать это интуитивно. Давайте представим совершенно случайный ряд, который мы использовали в качестве обучающих данных. Крайне маловероятно, что какие-либо две серии будут иметь большое перекрытие друг с другом, поскольку они генерируются совершенно случайно. Тем не менее, есть — это ключевых особенностей, которые являются общими для успешных испытаний, например, толкание тележки вправо, когда штанга наклонена вправо, и наоборот. Итак, обучая нашу сетевую сеть по всем этим данным испытаний, мы извлекаем общие закономерности, которые способствовали их успеху, и можем сгладить детали, которые привели к их независимым неудачам.

При этом окружающая среда, которую мы рассматриваем на этой неделе, значительно сложнее, чем на прошлой неделе: MountainCar.

Более сложные среды

Несмотря на то, что кажется, что мы можем применить ту же технику, что применяли на прошлой неделе, есть одна важная особенность, которая делает это невозможным: мы не можем генерировать данные для обучения. В отличие от очень простого примера Cartpole, случайные движения часто просто приводят к тому, что испытание заканчивается у нас у подножия холма.То есть у нас есть несколько испытаний, которые в итоге имеют одинаковые значения -200. Это практически бесполезно использовать в качестве обучающих данных. Представьте, что вы были в классе, где независимо от того, какие ответы вы поставили на экзамене, вы получили 0%! Как вы собираетесь извлечь уроки из этого опыта?

Случайный ввод для среды «MountainCar-v0» не дает никакого результата, который стоит или полезно тренировать на

. В соответствии с этим, мы должны найти способ постепенного улучшения результатов предыдущих испытаний.Для этого мы используем одну из самых простых ступеней обучения с подкреплением: Q-обучение!

История теории DQN

Q-обучение (которое, кстати, ничего не означает) сосредоточено на создании «виртуальной таблицы», которая учитывает, сколько вознаграждения назначается за каждое возможное действие с учетом текущего состояния окружающей среды. Давайте разберем это по шагам:

Вы можете представить себе сеть DQN как внутреннюю, поддерживающую электронную таблицу значений каждого из возможных действий, которые могут быть предприняты с учетом текущего состояния среды

Что мы подразумеваем под «виртуальной таблицей»? ” Представьте, что для каждой возможной конфигурации пространства ввода у вас есть таблица, в которой назначается оценка для каждого из возможных действий, которые вы можете предпринять.Если бы это было возможно волшебным образом, вам было бы очень легко «обыграть» окружающую среду: просто выберите действие, набравшее наибольшее количество очков! Два момента, на которые следует обратить внимание об этом счете. Во-первых, эта оценка обычно называется «Q-оценкой», отсюда и происходит название всего алгоритма. Во-вторых, как и в случае с любой другой оценкой, эта оценка Q имеет значение , что не означает вне контекста их моделирования. То есть, у них нет абсолютного значения , но это прекрасно, поскольку оно нам нужно исключительно для сравнений.

Зачем тогда нам нужна виртуальная таблица для каждой конфигурации ввода ? Почему у нас не может быть только одна таблица, чтобы управлять ими всеми? Причина в том, что в этом нет смысла: это было бы то же самое, что сказать, что наилучшее действие, которое следует предпринять, находясь на дне долины, — это именно то, что вы должны предпринять, когда находитесь на самой высокой точке левый уклон.

Итак, основная проблема с тем, что я описал (поддержание виртуальной таблицы для каждой конфигурации ввода ), заключается в том, что это невозможно: у нас есть непрерывное (бесконечное) пространство ввода! Мы могли бы обойти это, дискретизируя пространство ввода, но это кажется довольно хитрым решением этой проблемы, с которым мы будем сталкиваться снова и снова в будущих ситуациях.Итак, как нам это обойти? Применяя нейронные сети к ситуации: вот откуда D в DQN!

Агент DQN

Итак, теперь мы свели проблему к поиску способа присвоения различных действий Q-score с учетом текущего состояния. Это ответ на очень естественный первый вопрос, на который нужно ответить при использовании любой NN: каковы входы и выходы нашей модели? Степень математики, которую вам необходимо понять для этой модели, представляет собой следующее уравнение (не волнуйтесь, мы его разберем):

Q, как уже упоминалось, представляет собой значение, оцененное нашей моделью с учетом текущего состояния (s ) и предпринятые действия (а).Однако цель состоит в том, чтобы определить общее значение состояния. Что я имею в виду? Общее значение составляет и — это немедленное вознаграждение, которое вы получите , и — ожидаемое вознаграждение, которое вы получите в будущем, находясь на этой должности. То есть мы хотим учесть тот факт, что стоимость позиции часто отражает не только ее немедленную выгоду, но и будущую выгоду, которую она дает (черт возьми, глубоко). В любом случае, мы дисконтируем будущие вознаграждения, потому что, если я сравниваю две ситуации, в которых я ожидаю получить 100 долларов, одна из двух будет в будущем, я всегда буду соглашаться на текущую сделку, поскольку положение будущей сделки может измениться между тем, когда Я заключил сделку и когда получу деньги.Гамма-фактор отражает эту остаточную стоимость для ожидаемой будущей прибыли от государства.

Вот и все: это все, что нам для этого понадобится! Пора действительно перейти к коду!

Реализация агента DQN

Сеть Deep Q основана на непрерывном обучении, а это означает, что мы не просто собираем кучу данных испытаний / обучения и вводим их в модель. Вместо этого мы создаем обучающие данные с помощью запускаемых нами испытаний и вводим в них эту информацию сразу после запуска пробной версии.Если сейчас все это кажется несколько расплывчатым, не волнуйтесь: пора взглянуть на этот код. Код в основном вращается вокруг определения класса DQN, где фактически будет реализована вся логика алгоритма и где мы предоставляем простой набор функций для фактического обучения.

DQN Hyperparameters

Прежде всего, мы собираемся обсудить некоторые параметры, актуальные для DQN. Большинство из них являются стандартными для большинства реализаций нейронных сетей:

 class DQN: 
 def __init __ (self, env): 
 self.env = env 
 self.memory = deque (maxlen = 2000) 
 self.gamma = 0.95 
 self.epsilon = 1.0 
 self.epsilon_min = 0.01 
 self.epsilon_decay = 0.995 
 self.learning_rate = 0.01 
 

Давайте пройдемся через эти по одному. Первый — это просто среда, которую мы предоставляем для удобства, когда нам нужно ссылаться на фигуры при создании нашей модели. «Память» — это ключевой компонент DQN: как упоминалось ранее, испытания используются для непрерывного обучения модели.Однако вместо того, чтобы тренироваться на испытаниях по мере их поступления, мы добавляем их в память и тренируемся на случайной выборке из этой памяти. Почему это вместо того, чтобы просто тренироваться на последних испытаниях x в качестве нашей «выборки»? Причина несколько тонкая. Представьте, что вместо этого мы просто тренировались на самых последних испытаниях в качестве нашей выборки: в этом случае наши результаты будут учиться только на самых последних действиях, которые могут не иметь прямого отношения к будущим прогнозам. В частности, в этой среде, если бы мы двигались по правой стороне склона, обучение на самых последних испытаниях повлекло бы за собой обучение на данных, где вы двигались вверх по склону вправо.Но это не имело бы никакого отношения к определению того, какие действия следует предпринять в сценарии, с которым вы скоро столкнетесь, взбираясь на левый холм. Таким образом, взяв случайную выборку, мы не искажаем наш обучающий набор, а вместо этого в идеале узнаем о масштабировании всех сред, с которыми мы могли бы столкнуться, одинаково хорошо.

Итак, теперь мы обсудим гиперпараметры модели: гамма, эпсилон / эпсилон-распад и скорость обучения. Первый — это коэффициент амортизации будущего вознаграждения (<1), рассмотренный в предыдущем уравнении, а последний - стандартный параметр скорости обучения, поэтому я не буду обсуждать его здесь.Второй, однако, интересный аспект RL, заслуживающий отдельного обсуждения. В любом виде обучения у нас всегда есть выбор между исследованием и эксплуатацией. Это не ограничивается информатикой или академическими науками: мы делаем это изо дня в день!

Рассмотрите рестораны в вашем районе. Когда вы в последний раз ходили в новую? Наверное, очень давно. Это соответствует вашему переходу от разведки к эксплуатации : вместо того, чтобы пытаться найти новые и лучшие возможности, вы выбираете лучшее, что вы нашли в своем прошлом опыте, и максимизируете свою полезность оттуда.Сравните это с тем, когда вы переехали в свой дом: в то время вы не знали, какие рестораны были хорошими или нет, и поэтому были соблазнены изучить ваши варианты. Другими словами, существует четкая тенденция к обучению: исследуйте все возможные варианты, когда вы о них не знаете, и постепенно переходите к использованию, когда у вас сложится мнение о некоторых из них. Таким же образом мы хотим, чтобы наша модель отражала эту естественную модель обучения, и эпсилон играет эту роль.

Эпсилон обозначает часть времени, которую мы посвятим исследованиям.То есть в части self.epsilon испытаний мы просто предпримем случайное действие, а не то, которое мы прогнозировали бы как лучшее в этом сценарии. Как уже говорилось, мы хотим делать это чаще, чем не вначале, прежде чем мы сформируем стабилизирующие оценки по этому вопросу, и поэтому инициализируем эпсилон близким к 1,0 в начале и уменьшаем его на некоторую долю <1 на каждом последующем временном шаге.

Модели DQN

Был один ключевой момент, который был исключен при инициализации DQN выше: фактическая модель, используемая для прогнозов! Как и в нашем оригинальном руководстве по Keras RL, нам напрямую предоставляются входные и выходные данные в виде числовых векторов.Таким образом, нет необходимости использовать в нашей сети более сложные уровни, кроме полносвязных. В частности, мы определяем нашу модель так:

 def create_model (self): 
 model = Sequential () 
 state_shape = self.env.observation_space.shape 
 model.add (Dense (24, input_dim = state_shape [0], 
 Activation = "relu")) 
 model.add (Dense (48, activate = "relu")) 
 model.add (Dense (24, activate = "relu")) 
 model.add (Dense (self.env. action_space.n)) 
 model.compile (loss = "mean_squared_error", 
 optimizer = Adam (lr = self.learning_rate)) 
 return model 

И используйте это для определения модели и целевой модели (объяснено ниже):

 def __init __ (self, env): 
 self.env = env 
 self.memory = deque (maxlen = 2000) 
 self.gamma = 0,95 
 self.epsilon = 1,0 
 self.epsilon_min = 0,01 
 self.epsilon_decay = 0,995 
 self.learning_rate = 0,01 
 self.tau = 0,05 
 self.model = self.create_model () 
 # " hack », реализованный DeepMind для улучшения сходимости 
 self.target_model = self.create_model () 

Тот факт, что существует две отдельных моделей , одна для прогнозирования, а другая для отслеживания «целевых значений», определенно противоречит интуиции. Чтобы быть точным, роль модели ( self.model ) заключается в том, чтобы делать фактические прогнозы относительно того, какое действие следует предпринять, а целевая модель ( self.target_model ) отслеживает, какие действия мы хотим, чтобы наша модель предприняла. .

Почему бы просто не иметь единственную модель, которая поддерживает и то, и другое? В конце концов, если что-то предсказывает действия, которые необходимо предпринять, не должно ли это косвенно определять, какую модель мы, , хотим, чтобы приняла наша модель? На самом деле это одна из тех «странных уловок» в глубоком обучении, которые DeepMind разработал, чтобы добиться конвергенции в алгоритме DQN.Если вы используете одну модель, она может (и часто это делает) сходиться в простых средах (таких как CartPole). Но причина того, что она не сходится в этих более сложных средах, заключается в том, как мы обучаем модель: как упоминалось ранее, мы обучаем ее «на лету».

В результате мы проводим обучение на каждом временном шаге, и, если бы мы использовали одну сеть, также существенно изменили бы «цель» на каждом временном шаге. Подумайте, насколько это запутанно! Это как если бы учитель сказал вам закончить стр.6 в вашем учебнике, и, когда вы закончили половину, она изменила его на стр. 9, и к тому времени, когда вы закончили половину этого, она сказала вам сделать стр. 21! Это, таким образом, вызывает отсутствие сходимости из-за отсутствия четкого направления, в котором следует использовать оптимизатор, то есть градиенты меняются слишком быстро для стабильной сходимости. Итак, чтобы компенсировать это, у нас есть сеть, которая меняется медленнее и отслеживает нашу конечную цель, и сеть, которая пытается ее достичь.

Обучение DQN

Обучение включает три основных этапа: запоминание, обучение и переориентацию целей.Первый — это просто добавление в память, когда мы проходим больше испытаний:

 def помнить (self, state, action, reward, new_state, done): 
 self.memory.append ([state, action, reward, new_state, done]) 

Здесь особо нечего отметить, кроме того, что мы должны сохранить этап done для того, как мы позже обновим функцию вознаграждения. Переходя к основной части нашего DQN, у нас есть функция train. Здесь мы используем нашу сохраненную память и активно учимся на том, что видели в прошлом.Мы начинаем с взятия образца из всей нашей памяти. Оттуда мы обрабатываем каждый образец по-разному. Как мы видели в уравнении ранее, мы хотим обновить функцию Q как как сумму текущего вознаграждения и ожидаемых будущих вознаграждений (обесцениваемых по гамме). В случае, если мы находимся в конце испытаний, таких будущих наград нет, поэтому вся ценность этого состояния — это просто текущая награда, которую мы получили. Однако в нетерминальном состоянии мы хотим увидеть, какое максимальное вознаграждение мы получили бы, если бы смогли предпринять любое возможное действие, из чего мы получаем:

 def replay (self): 
 batch_size = 32 
 если len (self.memory)  return samples = random.sample (self.memory, batch_size) 
 for sample in samples: 
 state, action, reward, new_state, done = sample 
 target = self.target_model.predict (state) 
 если done: 
 target [0] [action] = reward 
 else: 
 Q_future = max (
 self.target_model.predict (new_state) [0]) 
 target [0] [action] = reward + Q_future * self.gamma 
 self.model.fit (state, target, epochs = 1, verbose = 0) 

И, наконец, мы должны переориентировать наши цели, где мы просто копируем веса из основной модели в целевую.Однако, в отличие от основного метода поезда, это целевое обновление вызывается реже:

 def target_train (self): 
 weights = self.model.get_weights () 
 target_weights = self.target_model.get_weights () 
 for i in range ( len (target_weights)): 
 target_weights [i] = weights [i] 
 self.target_model.set_weights (target_weights) 

DQN Action

Последний шаг — просто заставить DQN выполнить желаемое действие, которое чередуется на основе заданного параметра epsilon между выполнением случайного действия и действием, основанным на прошлом обучении, следующим образом:

 def act (self, state): 
 self.epsilon * = self.epsilon_decay 
 self.epsilon = max (self.epsilon_min, self.epsilon) 
 если np.random.random ()  return self.env.action_space.sample () 
 return np. argmax (self.model.predict (state) [0]) 

Training Agent

Обучение агента теперь естественным образом следует из разработанного нами сложного агента. Мы должны создать его экземпляр, передать ему опыт, когда мы с ним сталкиваемся, обучить агента и обновить целевую сеть:

 def main (): 
 env = gym.make ("MountainCar-v0") 
 гамма = 0,9 
 epsilon = 0,95 испытаний = 100 
 trial_len = 500 updateTargetNetwork = 1000 
 dqn_agent = DQN (env = env) 
 шагов = [] 
 для пробной версии в диапазоне (испытания): 
 cur_state = env.reset (). Reshape (1,2) 
 для шага в диапазоне (trial_len): 
 action = dqn_agent.act (cur_state) 
 env.render () 
 new_state, reward, done, _ = env. шаг (действие) награда = награда, если еще не сделано -20 
 print (награда) 
 new_state = new_state.reshape (1,2) 
 dqn_agent.запомнить (cur_state, action, 
 reward, new_state, done) 
 dqn_agent.replay () 
 dqn_agent.target_train () 
 cur_state = new_state 
 если сделано: 
 break 
 if step> = 199: 
 print («Не удалось завершить пробную версию ") 
 else: 
 print (" Завершено в {} испытаниях ".format (испытание)) 
 break 

Полный код

Вместе с этим, вот полный код, используемый для обучения работе со средой» MountainCar-v0 » используя DQN!

Следите за следующим руководством по Keras + OpenAI!

.

Дифференциальное усиление — Специальная статья для обучения

Дифференциальное подкрепление — это реализация усиления только соответствующей реакции (или поведения, которое вы хотите усилить) и применения угашения ко всем остальным реакциям. Угасание — это прекращение подкрепления ранее подкрепленного поведения.

Основным принципом дифференцированного подкрепления является концепция различения. Дискриминация развивается через дифференцированное подкрепление, определяя, когда подкрепление получено, а когда нет.Примером дифференцированного подкрепления является поощрение ребенка за чистку зубов перед сном и отказ в вознаграждении, если ребенок не чистит зубы перед сном.

Дифференциальное подкрепление другого поведения (DRO) — также известное как процедуры обучения бездействию — инструментальная процедура кондиционирования, в которой положительное подкрепление периодически доставляется только в том случае, если участник делает что-то, кроме целевой реакции.

Пример: усиление любых действий руками, кроме ковыряния в носу.

Дифференциальное подкрепление альтернативного поведения (DRA) — это подкрепление поведения, которое служит альтернативой проблемному или неадекватному поведению, особенно альтернативным средствам общения.

Пример: Ребенка можно научить дарить своему учителю значок PECS для перерыва в работе вместо того, чтобы использовать истерику, чтобы избежать нежелательной активности.

Дифференциальное подкрепление несовместимого поведения (DRI) — это подкрепление поведения, несовместимого с проблемой, или несоответствующего поведения, которое ребенок не может выполнять одновременно.

Пример: Если ребенок постоянно прикасается к своим соседям во время игры, его можно поощрить подкреплением за то, что он держит руки на коленях или сидит на них.

Дифференциальное подкрепление меньших темпов поведения (DRL) — это усиление периодов времени, в течение которых ребенок демонстрирует поведение с заранее определенной меньшей скоростью.

Пример: Когда ребенок встает в классе десять раз в час, его можно подкрепить, встав только пять раз в час.

Варианты использования дифференциального армирования

При использовании DRO следует иметь в виду как минимум 3 варианта.

1. Подкрепление зависит от отсутствия целевого поведения в течение указанного периода времени. Подкрепление дается только после того, как в течение всего интервала не происходит ни одного случая целевого поведения.

Пример: Джону говорят: «Если вы не встанете со своего места во время нашего урока английского языка (продолжительностью 40 минут), вы можете оказаться во главе очереди за обедом.Если Джон встречает это непредвиденное обстоятельство, не вставая со своего места, будет дано подкрепление.

2. Во многих случаях желательно разбивать сеансы на более мелкие интервалы времени. Пример: мы можем захотеть подкрепить Джона во время урока английского, а не ждать до конца урока. В этой ситуации может быть разумным обеспечить подкрепление в течение меньших интервалов времени в пределах периода.

3. Учитель может захотеть использовать DRO для выполнения определенной академической работы.

Пример: Если ученик выполняет письменное задание в классе, учитель может наклеить стикер или счастливое лицо на свой лист, только если он передается без каракулей (заранее определенное целевое поведение).

Авторские права © Special Learning Inc. Все права защищены.

Никакая часть этой статьи не может быть воспроизведена каким-либо образом без письменного разрешения, за исключением кратких цитат, содержащихся в критических статьях и обзорах.За информацией обращайтесь в Special Learning Inc. по адресу: [email protected]

.

Глубокое обучение с подкреплением с помощью TensorFlow 2.1

Содержание

Введение

В этом руководстве я дам обзор возможностей TensorFlow 2.x через призму глубокого обучения с подкреплением (DRL). путем реализации агента-критика с преимуществом (A2C), решая классическую среду CartPole-v0. Хотя цель — продемонстрировать TensorFlow 2.x, я сделаю все возможное, чтобы сделать DRL доступным, включая обзор поля с высоты птичьего полета.

На самом деле, поскольку основная цель выпуска 2.x — облегчить жизнь разработчикам, сейчас отличное время, чтобы познакомиться с DRL с TensorFlow. Например, исходный код этого сообщения в блоге занимает менее 150 строк, включая комментарии! Код
доступен на GitHub здесь и как блокнот на Google Colab здесь.

Настройка

Чтобы продолжить, я рекомендую настроить отдельную (виртуальную) среду.
Я предпочитаю Anaconda, поэтому проиллюстрирую его:

 > conda create -n tf2 python = 3.7
> conda активировать tf2
> pip install tensorflow = 2.1
  

Давайте быстро проверим, все работает как положено:

  >>> импортировать тензорный поток как tf
>>> print (tf .__ version__)
2.1.0
  

Обратите внимание, что теперь по умолчанию мы находимся в режиме ожидания!

  >>> печать (tf.executing_eagerly ())
Правда
>>> print ("1 + 2 + 3 + 4 + 5 =", tf.reduce_sum ([1, 2, 3, 4, 5]))
1 + 2 + 3 + 4 + 5 = tf.Tensor (15, shape = (), dtype = int32)
  

Если вы еще не знакомы с активным режимом, то, по сути, это означает, что вычисления выполняются во время выполнения, а не через заранее составленный график.Вы можете найти хороший обзор в документации TensorFlow.

Поддержка графического процессора

Одна замечательная особенность TensorFlow 2.1 заключается в том, что больше нет проблем с отдельными колесами CPU / GPU! TensorFlow теперь поддерживает как по умолчанию, так и нацелен на соответствующие устройства во время выполнения.

Преимущества Anaconda очевидны сразу, если вы хотите использовать графический процессор. Настройка всех необходимых зависимостей CUDA занимает всего одну строку:

 > conda install cudatoolkit = 10.1
  

Вы даже можете установить разные версии инструментария CUDA в разных средах!

Обучение с подкреплением

Вообще говоря, обучение с подкреплением — это высокоуровневый каркас для решения задач последовательного принятия решений. Агент RL перемещается в среде , выполняя действия на основе некоторых наблюдений , получая в результате вознаграждение . Большинство алгоритмов RL работают, максимизируя ожидаемое общее вознаграждение, которое агент собирает на траектории , e.g., в течение одного игрового раунда.

Результатом алгоритма RL является политика - функция от состояний к действиям.
Действительная политика может быть такой же простой, как жестко запрограммированное бездействие, но обычно он представляет собой условное распределение вероятностей действий при некотором состоянии.

Рисунок: Общая схема цикла обучения RL. Изображение взято из Стэнфордского CS234 (2019).

Алгоритмы

RL часто группируются на основе их оптимизационной функции потерь .

Методы Temporal-Difference , такие как Q-Learning , уменьшают ошибку между прогнозируемым и фактическим состоянием (-действием) значениями .

Градиенты политики напрямую оптимизируют политику, настраивая ее параметры. Само по себе вычисление градиентов обычно невозможно; вместо этого они часто оцениваются с помощью методов Монте-Карло .

Самый популярный подход представляет собой гибрид двух методов: методов «субъект-критик», , где градиенты политики оптимизируют политику агента, и метод временной разницы используется в качестве начальной загрузки для оценок ожидаемого значения.

Глубокое обучение с подкреплением

Хотя большая часть фундаментальной теории RL была разработана на табличных случаях, современный RL почти исключительно выполняется с помощью аппроксиматоров функций, таких как искусственные нейронные сети . В частности, алгоритм RL считается глубиной , если функции политики и ценности аппроксимируются нейронными сетями.

Рисунок: DRL подразумевает, что ИНС используется в модели агента. Изображение взято из Mohammadi et al (2018).

(Асинхронный) Advantage Actor-Critic

За прошедшие годы было добавлено несколько улучшений, направленных на повышение эффективности выборки и стабильности процесса обучения.

Во-первых, градиенты взвешиваются по доходности : дисконтированная сумма будущих вознаграждений, который решает теоретические проблемы с бесконечными временными шагами, и смягчает проблему присвоения кредита - распределяет вознаграждения за правильные действия.

Во-вторых, вместо исходных результатов используется функция преимущества . Преимущество формируется как разница между доходностью и базовым показателем , который часто является оценкой стоимости, и может рассматриваться как мера того, насколько хорошо данное действие по сравнению с некоторым средним.

В-третьих, в целевой функции используется дополнительный член максимизация энтропии , чтобы гарантировать, что агент достаточно исследует различные политики. По сути, энтропия измеряет, насколько случайных является данное распределение вероятностей. Например, энтропия самая высокая в равномерном распределении.

Наконец, в parallel используются несколько рабочих процессов, чтобы ускорить сбор образцов, помогая декоррелировать их во время обучения, разнообразить опыт, которому агент тренируется в данной партии.

Объединив все эти изменения с глубокими нейронными сетями, мы пришли к двум наиболее популярным современным алгоритмам: (асинхронный) критик актора преимущества, или для краткости A3C / A2C . Разница между ними скорее техническая, чем теоретическая. Как следует из названия, все сводится к тому, как параллельные рабочие оценивают свои градиенты и передают их в модель.

Изображение предоставлено Джулиани А. (2016).

На этом мы завершаем нашу экскурсию по методам DRL и переходим к статье в блоге, посвященной TensorFlow 2.x особенности. Не волнуйтесь, если вы все еще не уверены в предмете; все должно проясниться с примерами кода.
Если вы хотите узнать больше, один отличный ресурс - это Spinning Up in Deep RL.

Advantage Actor-Critic с TensorFlow 2.1

Теперь, когда мы более или менее на одной странице, давайте посмотрим, что нужно для реализации основы многих современных алгоритмов DRL: актер-критик, описанный в предыдущем разделе. Хотя без параллельных воркеров (для простоты) большая часть кода будет такой же.

В качестве тестового стенда мы будем использовать среду CartPole-v0. В некоторой степени упрощенный, это все же отличный вариант для начала. Фактически, я часто полагаюсь на это как на проверку работоспособности при реализации алгоритмов RL.

Политики и модели ценностей через API Keras

Сначала мы создаем NN политики и оценки стоимости в рамках одного класса модели:

  импортировать numpy как np
импортировать тензорный поток как tf
импортировать tensorflow.keras.layers как kl


класс ProbabilityDistribution (tf.keras.Model):
  def call (self, logits, ** kwargs):
    # Выбрать случайное категориальное действие из заданных логитов.
    return tf.squeeze (tf.random.categorical (logits, 1), axis = -1)


Модель класса (tf.keras.Model):
  def __init __ (self, num_actions):
    super () .__ init __ ('mlp_policy')
    # Примечание: нет tf.get_variable (), только простой API Keras!
    self.hidden1 = kl.Dense (128, активация = 'relu')
    self.hidden2 = kl.Dense (128, активация = 'relu')
    self.value = kl.Dense (1, name = 'значение')
    # Логиты - это ненормализованные вероятности журнала.self.logits = kl.Dense (num_actions, name = 'policy_logits')
    self.dist = Распределение вероятностей ()

  def call (self, inputs, ** kwargs):
    # Входные данные - это массив, преобразованный в тензор.
    x = tf.convert_to_tensor (входные данные)
    # Отделить скрытые слои от одного и того же входного тензора.
    hidden_logs = self.hidden1 (x)
    скрытые_вала = self.hidden2 (x)
    вернуть self.logits (hidden_logs), self.value (hidden_val)

  def action_value (self, obs):
    # Выполняет `call ()` под капотом.
    логиты, значение = себя.pred_on_batch (набл.)
    действие = self.dist.predict_on_batch (логиты)
    # Другой способ пробовать действия:
    # действие = tf.random.categorical (логиты, 1)
    # Позже станет яснее, почему мы его не используем.
    return np.squeeze (действие, ось = -1), np.squeeze (значение, ось = -1)
  

И убедитесь, что модель работает должным образом:

  импортный тренажерный зал

env = gym.make ('CartPole-v0')
model = Модель (num_actions = env.action_space.n)

obs = env.reset ()
# Не нужны feed_dict или tf.Session ()!
действие, значение = модель.action_value (obs [Нет,:])
print (действие, значение) # [1] [-0.00145713]
  

На заметку:

• Слои модели и путь выполнения определяются отдельно
• Нет «входного» слоя; модель принимает необработанные массивы numpy
• Два пути вычисления могут существовать в одной модели через функциональный API
• Модель может содержать вспомогательные методы, такие как выборка действий
• В нетерпеливом режиме все работает с необработанных массивов numpy

Интерфейс агента

Теперь мы можем перейти к самому интересному - классу агента.Сначала мы добавляем метод test , который проходит через весь эпизод, отслеживание наград.

  класс A2C Агент:
  def __init __ (я, модель):
    self.model = модель

  def test (self, env, render = True):
    obs, done, ep_reward = env.reset (), False, 0
    пока не сделано:
      действие, _ = self.model.action_value (obs [None,:])
      набл., награда, выполнено, _ = env.step (действие)
      ep_reward + = награда
      если рендер:
        env.render ()
    вернуть ep_reward
  

Теперь мы можем проверить, сколько очков получает агент со случайно инициализированными весами:

  агент = A2CAgent (модель)
rewards_sum = агент.тест (env)
print ("% d из 200"% rewards_sum) # 18 из 200
  

Даже близко не к оптимальному, пора переходить к тренировочной части!

Функция потери / цели

Как я описал в разделе RL, агент улучшает свою политику с помощью градиентного спуска на основе некоторой (целевой) функции потерь. В алгоритме A2C мы тренируемся для достижения трех целей: улучшить политику с помощью взвешенных по преимуществу градиентов, максимизировать энтропию и минимизировать ошибки оценки стоимости.

  импорт тензорного потока.keras.losses как kls
импортировать tensorflow.keras.optimizers как ko


класс A2CAgent:
  def __init __ (self, model, lr = 7e-3, value_c = 0.5, entropy_c = 1e-4):
    # Коэффициенты используются для условий потерь.
    self.value_c = value_c
    self.entropy_c = entropy_c

    self.model = модель
    self.model.compile (
      optimizer = ko.RMSprop (lr = lr),
      # Определите отдельные потери для логитов политики и оценки стоимости.
      loss = [self._logits_loss, self._value_loss])

  def test (self, env, render = False):
    # Без изменений по сравнению с предыдущим разделом....

  def _value_loss (self, return, value):
    # Потеря стоимости обычно представляет собой MSE между оценкой стоимости и возвратом.
    return self.value_c * kls.mean_squared_error (возвращает, значение)

  def _logits_loss (себя, действия_и_ преимущества, логиты):
    # Уловка для ввода действий и преимуществ через один и тот же API.
    действия, преимущества = tf.split (действия_и_ преимущества, 2, ось = -1)

    # Редкий категориальный объект CE потерь, который поддерживает аргумент sample_weight в `call ()`.
    # Аргумент from_logits обеспечивает преобразование в нормированные вероятности.weighted_sparse_ce = kls.SparseCategoricalCrossentropy (from_logits = True)

    # Потеря политики определяется градиентами политики, взвешенными по преимуществам.
    # Примечание: мы рассчитываем убыток только от фактически предпринятых действий.
    действия = tf.cast (действия, tf.int32)
    policy_loss = weighted_sparse_ce (действия, логиты, sample_weight = преимущества)

    # Потеря энтропии может быть рассчитана как кросс-энтропия над самой собой.
    probs = tf.nn.softmax (логиты)
    entropy_loss = kls.categorical_crossentropy (проблемы, проблемы)

    # Мы хотим минимизировать политику и максимизировать потери энтропии.# Здесь знаки перевернуты, потому что оптимизатор сворачивает.
    return policy_loss - self.entropy_c * entropy_loss
  

И мы закончили с целевыми функциями! Обратите внимание, насколько компактен код: строк комментариев почти больше, чем самого кода.

Учебный цикл

Наконец, есть петля поезда. Это относительно долго, но довольно просто: собирать образцы, рассчитывать доходность и преимущества и обучать модель на них.

  класс A2C Агент:
  def __init __ (self, model, lr = 7e-3, gamma = 0.99, значение_c = 0,5, entropy_c = 1e-4):
    # `гамма` - коэффициент скидки
    self.gamma = гамма
    # Без изменений по сравнению с предыдущим разделом.
    ...
  
  def train (self, env, batch_sz = 64, updates = 250):
    # Помощники по хранению для одного пакета данных.
    действия = np.empty ((batch_sz,), dtype = np.int32)
    награды, выпады, значения = np.empty ((3, batch_sz))
    наблюдения = np.empty ((batch_sz,) + env.observation_space.shape)

    # Цикл обучения: собрать образцы, отправить оптимизатору, повторить время обновления.ep_rewards = [0,0]
    next_obs = env.reset ()
    для обновления в диапазоне (обновления):
      для шага в диапазоне (batch_sz):
        наблюдения [шаг] = next_obs.copy ()
        действия [шаг], значения [шаг] = self.model.action_value (next_obs [None,:])
        next_obs, rewards [step], dones [step], _ = env.step (actions [step])

        ep_rewards [-1] + = награды [шаг]
        если сделано [шаг]:
          ep_rewards.append (0,0)
          next_obs = env.reset ()
          logging.info ("Эпизод:% 03d, Награда:% 03d"% (
            len (ep_rewards) - 1, ep_rewards [-2]))

      _, next_value = self.model.action_value (next_obs [Нет,:])

      возвращает, advs = self._returns_advantages (награды, бонусы, значения, следующее_значение)
      # Уловка для ввода действий и преимуществ через тот же API.
      act_and_advs = np.concatenate ([действия [:, None], advs [:, None]], axis = -1)

      # Выполняет полный шаг обучения для собранной партии.
      # Примечание: не нужно возиться с градиентами, Keras API справится с этим.
      потери = self.model.train_on_batch (наблюдения, [действия_и_адвс, возвраты])

      Ведение журнала.отладка ("[% d /% d] Потери:% s"% (обновление + 1, обновления, потери))

    вернуть ep_rewards

  def _returns_advantages (self, rewards, dones, values, next_value):
    # `next_value` - оценка начального значения будущего состояния (критик).
    возвращает = np.append (np.zeros_like (награды), next_value, axis = -1)

    # Возврат рассчитывается как дисконтированная сумма будущих вознаграждений.
    для t в обратном порядке (диапазон (rewards.shape [0])):
      возвращает [t] = награды [t] + self.gamma * возвращает [t + 1] * (1 - dones [t])
    возвращает = возвращает [: - 1]

    # Преимущества равны доходности - базовый уровень (в нашем случае оценка стоимости).преимущества = возврат - ценности

    возврат возврат, преимущества

  def test (self, env, render = False):
    # Без изменений по сравнению с предыдущим разделом.
    ...

  def _value_loss (self, return, value):
    # Без изменений по сравнению с предыдущим разделом.
    ...

  def _logits_loss (себя, действия_и_ преимущества, логиты):
    # Без изменений по сравнению с предыдущим разделом.
    ...

  

Результаты

Теперь мы готовы обучить нашего одиночного агента A2C работе с CartPole-v0! Тренировочный процесс должен занять пару минут.После завершения обучения вы должны увидеть, как агент набрал 200 баллов из 200.

  rewards_history = agent.train (env)
print («Завершено обучение, тестирование ...»)
print ("% d из 200"% agent.test (env)) # 200 из 200
  

В исходный код я включил несколько дополнительных помощников, которые распечатывают награды и проигрыши текущих эпизодов, вместе с основным заговорщиком для истории наград.

Статический вычислительный граф

При всем этом волнении, связанном с нетерпеливым режимом, вы можете задаться вопросом, возможно ли вообще использование статического графика.Конечно, это является! И это займет всего одну строчку!

  с tf.Graph (). As_default ():
  print (tf.executing_eagerly ()) # Ложь

  model = Модель (num_actions = env.action_space.n)
  агент = A2CAgent (модель)

  rewards_history = agent.train (env)
  print («Завершено обучение, тестирование ...»)
  print ("% d из 200"% agent.test (env)) # 200 из 200
  

Но есть одно предостережение: во время выполнения статического графа мы не можем просто хранить тензоры, вот почему нам понадобился этот трюк с отдельным определением модели ProbabilityDistribution .Фактически, пока я искал способ выполнения в статическом режиме, Я обнаружил одну интересную деталь низкого уровня о моделях, построенных с помощью Keras API…

Еще одна вещь…

Помните, я сказал, что TensorFlow по умолчанию работает в режиме ожидания, даже подтверждая это с помощью фрагмента кода? Ну я соврал! Вид.

Если вы используете Keras API для построения и управления своими моделями, он пытается скомпилировать их как статические графики под капотом. В итоге вы получаете производительность статических графиков с гибкостью активного выполнения.

Вы можете проверить статус вашей модели с помощью флага model.run_eagerly . Вы также можете принудительно установить режим ожидания, установив его вручную, хотя в большинстве случаев вам, вероятно, не нужно - если Keras обнаруживает, что нет никакого выхода из режима ожидания, он сам отступает.

Чтобы проиллюстрировать, что он работает как статический график, вот простой тест:

  # Сгенерировать 100 тысяч наблюдений для выполнения тестов.
env = gym.make ('CartPole-v0')
obs = np.repeat (env.reset () [Нет,:], 100000, ось = 0)
  

Eager Benchmark

  %% времени

model = Модель (env.action_space.n)
model.run_eagerly = Верно

print ("Нетерпеливое исполнение:", tf.executing_eagerly ())
print ("Модель нетерпеливого Кераса:", model.run_eagerly)

_ = модель (набл.)

######## Полученные результаты #######

Нетерпеливое исполнение: верно
Модель нетерпеливого Кераса: Правда
Время ЦП: пользовательское 639 мс, системное: 736 мс, всего: 1,38 с
  

Статический тест

  %% времени

с тф.График (). As_default ():
    model = Модель (env.action_space.n)

    print ("Нетерпеливое исполнение:", tf.executing_eagerly ())
    print ("Модель нетерпеливого Кераса:", model.run_eagerly)

    _ = model.predict_on_batch (obs)

######## Полученные результаты #######

Нетерпеливое исполнение: ложь
Модель нетерпеливого Кераса: ложь
Время ЦП: пользовательское 793 мс, системное: 79,7 мс, всего: 873 мс
  

Контрольный показатель по умолчанию

  %% времени

model = Модель (env.action_space.n)

print ("Нетерпеливое исполнение:", tf.executing_eagerly ())
print ("Модель нетерпеливого Кераса:", model.run_eagerly)

_ = model.predict_on_batch (obs)

######## Полученные результаты #######

Нетерпеливое исполнение: верно
Модель нетерпеливого Кераса: ложь
Время процессора: пользовательское 994 мс, системное: 23,1 мс, всего: 1,02 с
  

Как видите, нетерпеливый режим стоит за статическим, и по умолчанию наша модель действительно выполнялась статически, почти соответствует явно статическому исполнению.

Заключение

Надеюсь, это был иллюстративный тур как по DRL, так и по блестящим новинкам в TensorFlow 2.x. Обратите внимание, что многие обсуждения выбора дизайна открыты для публики, и все может быть изменено.Если в TensorFlow есть что-то, что вам особенно не нравится (или нравится :)), сообщите об этом разработчикам!

У людей может возникнуть постоянный вопрос: лучше ли TensorFlow или PyTorch? Может быть. Может быть нет. Обе прекрасные библиотеки, поэтому трудно сказать так или иначе. Если вы знакомы с PyTorch, вы, вероятно, заметили, что TensorFlow 2.x догнал и, возможно, избежал некоторых ловушек API PyTorch.

В то же время, я думаю, было бы справедливо сказать, что на PyTorch повлиял выбор дизайна TensorFlow.Ясно одно: это «соревнование» привело к положительным результатам для обоих лагерей!

.

Требования к детализации арматуры в бетонных конструкциях

Армированный бетон - это композитный материал, следовательно, правильная связь между двумя материалами - бетоном и арматурой - является первым требованием.

Минимальная длина арматурного стержня необходима для достижения полной прочности связи между бетоном и сталью. Эта длина выражается в длине развития.

‘ Длина развертки ’ на каждой стороне любой секции - это длина, на которой сила в арматуре на этом участке будет развиваться без разрыва связи между этими двумя материалами.

Иногда арматурный стержень удлиняется и / или изгибается на концах, чтобы удовлетворить требованиям длины развертки. Такое удлинение и / или изгиб стержня на концах называется анкерным креплением. Изогнутый стержень обеспечивает большую защиту от разрушения сцепления, так как при вытягивании весь бетон должен быть раздроблен.

Рис. Развертка арматуры в бетоне

Арматурные стержни имеют ограниченную длину для простоты обращения и транспортировки; следовательно, в случае неразрывного элемента или элемента с большим пролетом необходимо для непрерывности соединить два стержня, перекрывая концы в месте соединения.

Перекрывающиеся части соединяются либо самим бетоном, обеспечивая соответствующую длину развертки, либо сваркой в ​​случае ограничения длины нахлеста. Такое соединение двух стержней для непрерывности арматурного стержня на любом участке называется стыковкой.

Рис. Детализация арматуры в неразрезной балке

Арматура круглая. Они бывают прямыми или имеют форму, соответствующую требованиям. Эти усиления размещаются на определенном расстоянии в соответствии с требованиями проекта.

Но это расстояние должно быть в пределах диапазона минимального и максимального расстояния для облегчения заливки, уплотнения, контроля растрескивания и т. Д., Как указано в Стандартных практических правилах.

Все типы арматуры должны иметь достаточное бетонное покрытие для защиты от воздействия окружающей среды, а также от огня. Такое покрытие называется Номинальным покрытием.

Другими требованиями к деталировке являются минимальное и максимальное количество армирования, усиление боковой поверхности, распределение арматуры и т. Д.

Подробнее о Руководство по армированию

.