Усиление простенков и перемычек
Простенки и перемычки относятся к наиболее нагруженным участкам стен и поэтому часто подвергаются усилению.
Традиционно для усиления простенков используют стальные и железобетонные обоймы, хотя в некоторых случаях целесообразно оштукатуривание по сетке или обкладывание кирпичом.
При небольших вертикальных и наклонных трещинах простенки усиливают арматурными сетками из проволоки диаметром 3-5 мм с ячейкой 100x100 мм (табл.4.4, п.1). Сетки сваривают, образуя замкнутый контур. Для лучшего прилегания сетки к стене используют штыри (гвозди) длиной 100-150 мм, забиваемые в швы кладки. На усиленный простенок наносят торкрет-бетон или слой штукатурки толщиной 15-20 мм.
При больших вертикальных трещинах простенок усиливают стальной обоймой (табл.4.4, п.2), которую монтируют по предварительно оштукатуренной и выровненной поверхности простенка. Обойма представляет собой конструкцию из продольных уголков 50x50 (45x45) мм и приваренных к ним планок из стальной полосы 50х5 мм с шагом 300-500 мм. При этом шаг планок не должен превышать наименьшего размера простенка. Чтобы создать предварительное напряжение в обойме и улучшить ее совместную работу с кирпичной кладкой, планки перед приваркой иногда нагревают до температуры 150-200°С.
Однако такой способ преднапряжения обоймы достаточно трудоемок и сложен в исполнении, поэтому редко применяется. Более технологично преднапряжение, которое достигается с помощью раствора, приготовленного на напрягающем (расширяющемся) цементе и нагнетаемого в зазор между уголками и кирпичной кладкой.
Простенки, имеющие сложную конфигурацию и поверхностные повреждения, усиливают с помощью железобетонной обоймы (табл.4.4, п.3). Обойму изготавливают из бетона класса В15-В20 и армируют пространственным каркасом, состоящим из продольных и поперечных стержней. Толщину железобетонной обоймы и площадь сечения продольной арматуры определяют расчетом.
Таблица 44
Способы усиления (замены) простенка
| № п/п | Способы усиления. Эскиз усиления | Элементы усиления | |
| № поз. | Материал, размеры | ||
| Оштукатуривание по сетке | Гвозди l=100-150 Сетка из проволоки, кл. Вр1 Ø=3…5 мм; ячейка 100х100 Цементно-песчанный раствор М100; δ=15-20 | ||
Стальная обойма
 | Уголок 50х50х5 Планки 50х5 с шагом 300-500 | ||
Железобетонная обойма
 | Продольная арматура Кл. АII, AIII Ø=6..12 Поперечная арматура кл. АI Ø=6…8 Бетон кл. В15-В20 δ=40-60 | ||
Замена простенка
 | Стойки Доски δ=30-40 Доски δ=50-60 Деревянные клинья Новый простенок |
В проекте усиления простенков большой длины (когда их длина в два и более раз превышает толщину) необходимо предусматривать постановку дополнительных связей, пропускаемых через кладку простенка.
При значительных разрушениях каменной кладки бывает целесообразной замена простенка на новый . Перекладывают (заменяют) простенок после предварительной разгрузки. С этой целью в смежные с простенком оконные проемы устанавливают деревянные стойки, которые для обеспечения жесткости и устойчивости расшивают досками. Нагрузку от перемычек на стойки передают через деревянные клинья, забиваемые враспор со стойкой (табл. 4.4, п.4). После устройства простенка зазор между новой и старой кладкой зачеканивают жестким раствором.
Важно отметить, что материалы для кладки нового простенка и ремонта стены должны иметь аналогичные физико-механические характеристики. Это позволяет исключить неравномерные деформации стены и возможное перенапряжение простенка.
Повреждение перемычек над дверными и оконными проемами обычно наблюдается в старых зданиях, имеющих большой физический износ, и характеризуется появлением вертикальных трещин и выпадением отдельных камней кладки.
Перемычки усиливают стальными уголками (швеллерами) или железобетонными балочками, устанавливаемыми в предварительно устроенные гнезда (табл.4.5). Уголки усиления объединяют при сварке горизонтальными пластинами, а швеллеры - пластинами или болтами. Нагрузку от перемычки, воспринимаемую стальными элементами, передают на стены посредством подвески из полосовой стали или через стальные балочки уголкового или швеллерного профиля, заложенные в пробитые в стене отверстия.
Эффективным методом увеличения прочности каменной кладки при малых эксцентриситетах () является устройствообойм : стальной, железобетонной и растворной .
Наиболее массовыми элементами, усиливаемыми обоймой, являются столбы и простенки. Столбы, как правило, имеют прямоугольную форму поперечного сечения с соотношением сторон не более 1,5, что способствует эффективной работе обойм, ограничивающих поперечные деформации в сечении. Простенки имеют вытянутую в плане форму, обычно с соотношением сторон более двух. При этом для эффективного использования обойм устанавливаются дополнительные связи в виде стяжных болтов или анкеров. Допускаемые расстояния между связями (анкерами, хомутами) не более 1000 мм и не более двух толщин стены по длине, по высоте – не более 750 мм. Связи надежно закрепляют в усиливаемой кладке.
Стальная обойма – это система из продольных элементов уголкового профиля (рис. 14.5), устанавливаемых на растворе по углам или выступам конструкции и приваренных к ним поперечных элементов (планок) в виде полосовой или арматурной стали, а также опорных подкладок (при усилении всего столба или простенка, когда на продольные элементы передается часть усилий от вышерасположенных конструкций). Шаг планок принимают не более меньшего размера поперечного сечения и не более 500 мм.
Р
ис.
14.5. Усиление каменных конструкций
стальной обоймой:
1 – усиливаемая
конструкция, 2 – уголок, 3 – планка, 4 –
поперечная связь,
5 – полоса, 6 –
анкеры, 7 – болт, 8 – опорный уголок, 9 –
стальная пластина
Для повышения эффективности усиления поперечные планки рекомендуется напрягать. Для этого со стороны двух противоположных граней к продольным элементам приваривают планки только с одного конца. После чего нагревают планки до 100…120°С и приваривают в нагретом состоянии второй свободный конец к вертикальным уголкам. При остывании планок происходит обжатие усиливаемой конструкции.
15. Устройство оконных и дверных проемов в существующей кладке.
Работы по замене брусковых перемычек начинают с установки временных креплений. Борозды (штрабы) пробивают с двух сторон перемычки поочередно. Высота и ширина борозд должна соответствовать высоте и ширине заменяемой перемычки и иметь зазор порядка 40...60 мм для плотной заклинки вновь подведенных элементов с существующей кладкой. Пробивка начинается с наиболее ослабленных мест старой перемычки.
До монтажа стальных заменяющих балок из профильной стали (уголков, швеллеров) последние обворачивают сетками. При монтаже балок обеспечивается тщательное заполнение раствором марки не ниже М100 зазоров между кирпичной кладкой и устанавливаемой конструкцией. После заполнения раствором стальные балки стягивают болтами. Шаг стяжных болтов принимают не более 500 мм при пролетах не более 2400 мм и не более 800 мм при пролетах более 2400 мм. Расстояние от торцов профиля до стяжного болта принимается не менее 100 мм.
Аналогичный метод применяется и при устройстве новых проемов в существующих стенах (рис. 14.14).
Р
ис.
14.14. Устройство нового проема в существующих
стенах: 1 – швеллер,
2 – стяжные болты,
3 – раствор, 4 – стальная сетка, 5 –
устраиваемый проем
Номер профиля швеллера стальных перемычек для конкретной ширины проема при различных толщинах стен указан в табл. 14.2. После монтажа элементов перемычки и твердения раствора осуществляется пробивка проемов под перемычками.
При наличии в перемычках дефектов и повреждений для повышения их прочности применяются стальные накладки , представляющие собой упругую опору для элементов (рис. 14.15, 14.16). Накладки выполняют из профильной стали уголкового или швеллерного профиля. Связь профилей между собой осуществляют планками из полосовой стали.
Рис. 14.15. Усиление плоских перемычек накладками: 1 – продольные уголки, 2 – поперечные планки, 3 – торцевые уголки, 4 – проем
Р
ис.
14.16. Усиление арочной перемычки: 1 –
накладки усиления
арочной перемычки,
2 – планка, 3 – вертикальный уголок, 4 –
опорный уголок
Усиление уголками осуществляется с двух сторон поврежденной перемычки на цементном растворе марки не ниже М100. Для этого расчищают горизонтальный шов на глубину до 70 мм в опорных частях перемычек. Зазоры между уголками и перемычкой не допускаются. У торцов перемычки пробивают отверстия для установки отрезков уголков или полосы на всю толщину стены с одного, затем с другого торца. Уголки (полосы) приваривают к торцам продольных уголков. По длине уголки соединяют планками с шагом не более толщины стены и не более 500 мм. Соединительные планки можно заменять сетками, приваренными к нижней грани уголков. Размеры уголков определяются расчетом.
При недостаточной высоте полки уголков и большой ширине проема рекомендуется устанавливать подвески в виде наклонных планок из полосовой стали, толщиной 4 мм и более или круглой стали диаметром 10…16 мм с концевыми анкерами в верхней части стены над простенками. Внизу подвески привариваются к продольным уголкам каркаса (рис. 14.17).
Р
ис.
14.17. Усиление плоских перемычек с
использованием подвесок:
1 – накладки
усиления, 2 – подвески из полосовой
стали, 3 – отверстия под подвески,
4 –
опорная подкладка, 5 – болт, 6 – существующий
проем
Усиление перемычек может осуществляться путем уменьшения ширины проема за счет устройства дополнительных рядов кладок со стороны проема с обязательной перевязкой старой и новой кладки.
В процессе эксплуатации каменных конструкций от различных причин могут появляться признаки их разрушения - в элементах возникают раскрытые трещины (см. рис. 5.27). Такие конструкции можно продолжать эксплуатировать после их усиления при помощи заключения каменной кладки в обойму.
Необходимость усиления может возникать и при изменении условий эксплуатации, например при увеличении нагрузок в результате реконструкции зданий, возведении надстроек и т.п.
Обоймы, которые должны плотно прилегать к кирпичной кладке, выполняются стальными, железобетонными, армированными. Кладка, заключенная в обойму, работает в условиях ограничения поперечного расширения (обойма препятствует расширению кладки), что увеличивает ее несущую способность в 2-2,5 раза. Включение столбов и простенков, имеющих трещины, в обойму может полностью восстановить их несущую способность. Наиболее эффективна работа той обоймы, на которую предусмотрена передача нагрузки (обойма упирается в верхнюю и нижнюю конструкции), в этом случае она не только сдерживает поперечное расширение кладки, но и воспринимает часть нагрузки, разгружая усиливаемый элемент.
Стальные обоймы выполняются путем постановки по углам столбов и простенков стальных прокатных уголков на растворе. Уголки объединяются планками, выполняемыми из полосовой стали, которые привариваются с шагом не более 500 мм и не более чем меньшая сторона сечения усиленного элемента. Для защиты стальной обоймы ее покрывают слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм по металлической сетке, обеспечивающей надежное сцепление раствора, или выполняют окраску обоймы (рис. 5.34, а).
Армированная штукатурная обойма выполняется из вертикальных стержней и хомутов и штукатурится раствором М75, М100 толщиной 30-40 мм (рис. 5.34, б). Аналогично можно выполнять железобетонную обойму, принимая толщину обоймы 40-120 мм.
Рис. 5.34. Усиление простенка обоймами: а) стальной обоймой;
б) армированной штукатурной обоймой; 1 - простенок; 2 - уголки;
3 - планки 35x5-60x12 мм; 4 - штукатурка; 5 - вертикальные стержни 0 8-12 мм; 6 - хомуты 0 4-10 мм
Примеры расчета колонн
Пример 5.1. Используя данные примера 3.7, рассчитать стальную колонну для здания магазина. Колонна выполнена из прокатного двутавра с параллельными гранями полок. Нагрузка N= 566,48 кН (фактически нагрузки от веса стальных балок и стальной колонны меньше, чем нагрузки, взятые по примеру 3.7, в котором нагрузки определены от веса железобетонных балок и кирпичной колонны, но для сравнения результатов расчетов в примерах 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 нагрузки приняты одинаковыми). Коэффициент надежности по ответственности принимаем у„ = 0,95; нагрузка с учетом коэффициента надежности по ответственности 566,48 0,95 = 538,16 кН. Колонна фактически выполняется высотой в два этажа, но расчетная длина принимается равной высоте одного этажа, так как учитывается ее закрепление в перекрытии 1е/- 3,6 м. Расчетная схема колонны и ее сечение приведены на рис. 5.35.
1. Определяем группу конструкций по табл. 50* СНиП П-23-81*; колонны относятся к группе конструкций 3. Принимаем сталь С245 по ГОСТ 27772-88 (принимая сталь, следует учитывать, выполняется из этой стали данный прокат или нет, так как зачастую определенный вид проката производится из ограниченных типов сталей (см. Приложение 1, табл. 2).
2. Определяем расчетное сопротивление стали по табл. 2.2, учитывая, что двутавр относится к фасонному прокату, и предварительно задавшись его толщиной / до 20 мм, /^=240 МПа = 24 кН/см2.
3. При расчетах на устойчивость принимаем коэффициент условия работы ус = 1 (табл. 2.3). Задаемся гибкостью колонны X- 100, что соответствует коэффициенту продольного изгиба Ф ~ 0,542 (табл. 5.3). Определяем требуемую площадь:
4. Определяем требуемый минимальный радиус инерции (по заданной гибкости X = 100): / = 4/А. = 360/100 = 3,6 см.
5. По требуемым площади и радиусу инерции подбираем двутавр по сортаменту двутавров с параллельными гранями полок. Ближе всего подходит двутавр 23Ш1, который имеет следующие характеристики: А = 46,08 см2; /х= 9,62 см; 4= 3,67 см.
6. Проверяем подобранное сечение:
Определяем наибольшую фактическую гибкость (наибольшая гибкость будет относительно оси у-у, так как радиус инерции от
одинаковых расчетных длинах сечения колонн получаются разными. Наименьшее сечение имеет стальная колонна, наибольшее сечение имеет колонна, выполненная из неармированной кирпичной кладки. Сечение деревянной колонны меньше, чем сечения колонн, выполненных из железобетона и кирпичной кладки.
Задачи для самостоятельной работы
Задача 5.1.
Подобрать сечение основной стальной колонны, выполненной из прокатного двутавра: нагрузка, действующая на колонну N- 300 кН; коэффициент надежности по ответственности % = 0,95; сталь С 235; коэффициент условия работы ус= 1; расчетная длина колонны 1^=6 м.
Задача 5.2.
Определить несущую способность стальной второстепенной колонны, выполненной из прокатного двутавра 20К2. Нагрузка, действующая на колонну, 20 кН, приложена по центру тяжести сечения; сталь С245; коэффициент условия работы ус = 1; расчетная длина 1е/= 5,0 м.
Задача 5.3.
Проверить прочность центрально-сжатого кирпичного столба. Нагрузка, действующая на столб, N- 340 кН; N,= 250 кН. Коэффициент надежности по ответственности уп = 0,95. Сечение столба 510x640 мм; кирпич силикатный М75; раствор цементно-известковый М50. Расчетная схема - шарнирное закрепление столба на опорах; высота столба Н= 4,2 м.
Задача 5.4.
Подобрать сечение центрально-сжатого кирпичного столба Расчетная длина /0=2,8 м. Нагрузка N- 120 кН, N,- 100 кН. Коэффициент надежности по ответственности у„ = 0,95. Кирпич глиняный пластического прессования М75; раствор цементно-известковый М75.
Задача 5.5.
Проверить прочность центрально-сжатой кирпичной колонны, выполненной с сетчатым армированием. На колонну действует нагрузка N- 380 кН. Коэффициент надежности по ответственности уп - 0,95. Сечение колонны 640x640 мм. Кирпич глиняный пластического прессования Ml25; раствор цементно-известковый М50. Колонна армирована сетками, выполненными из арматуры класса Вр-1, 04 мм. Шаг стержней арматуры в сетках (размер ячейки) с- 60 мм; шаг сеток 5= 154 мм.
Задача 5.6.
Подобрать сечение деревянной стойки из бруса; стойка шарнирно закреплена по концам, длина стойки /= 2,0 м. Нагрузка приложена по центру тяжести сечения, N- 15 кН. Коэффициент надеж
ности по ответственности уп = 0,9. Материал: береза; сорт 2. Температурно-влажностные условия эксплуатации В2 (эксплуатация на открытом воздухе в нормальной зоне, для таких условий эксплуатации коэффициент тв = 0,85). При определении расчетного сопротивления березы следует расчетное сопротивление, определенное для древесины сосны (ели), умножать на коэффициент тп (табл. 2.5), учитывающий другую породу древесины, и коэффициент тъ, учитывающий условия эксплуатации. Предельная гибкость стойки Хтах= 120.
Задача 5.7.
Проверить несущую способность деревянной стойки, выполненной из бревна. Материал: ель, сорт 3; условия эксплуатации A3 (коэффициент тъ = 0,9). Нагрузка, действующая на стойку, приложена по центру тяжести сечения, N- 150 кН. Коэффициент надежности по ответственности у„ = 0,95. Закрепление стержня шарнирное по обоим концам, длина /== 3,0 м. Диаметр бревна D= 180 мм. Предельная гибкость стойки Хтах- 120.
Задача 5.8.
Подобрать класс арматуры и диаметры поперечных стержней для железобетонной колонны, определить их шаг, если продольные стержни каркаса колонны приняты диаметром 25 мм, A-III.
Задача 5.9.
Рассчитать железобетонную колонну. Нагрузка, действующая на колонну, N= 640 кН; N{= 325 кН. Коэффициент надежности по ответственности уп = 0,95. Нагрузка приложена со случайным эксцентриситетом. Сечение колонны 350x350 мм, армирование симметричное. Высота колонны Н= 4,9 м, закрепление концов колонны шарнирное. Арматура - продольная класса A-II; поперечная Вр-1. Бетон тяжелый класса В20; уЬ2 - 0,9.
Задача 5.10.
Определить арматуру железобетонной колонны со случайным эксцентриситетом и законструировать ее сечение. Нагрузка: N- 1800 кН; N,= 1200 кН. Коэффициент надежности по ответственности у„ - 0,95. Расчетная длина колонны /0 = //кожя!НЫ = 7,0 м.
Сечение колонны 400x400 мм. Бетон тяжелый класса В30; уЬ2 - 0,9. Продольная и поперечная арматура класса A-III.
Задача 5.11.
Проверить несущую способность железобетонной колонны, на которую действует нагрузка N= 250 кН. Нагрузка приложена
со случайным эксцентриситетом; длительная часть нагрузки А,= 125 кН; коэффициент надежности по ответственности у„ = 0,95. Расчетная длина колонны /0 = 3,0 м. Армирование симметричное Ах = Л5 = (2 022 мм). Арматура класса А-Ш. Бетон тяжелый, класс прочности бетона В20; уй = 0,9. Сечение колонны 300x400 мм (рис. 5.39).
Задача 5.12.
Подобрать арматуру железобетонной колонны со случайным эксцентриситетом. Расчетная длина колонны /0 = 6,0 м. Сечение колонны 400 x 500 мм. Армирование симметричное, А5 -ЛЕ. Нагрузка: Ії= 700 кН, длительная часть нагрузки 525 кН. Коэф
фициент надежности по ответственности у„ ~ 1,0. Бетон тяжелый класса В25, коэффициент условия работы бетона уь2 = 0,9. Арматура продольная класса А-ІІ, поперечную арматуру принять, исходя из требуемого диаметра, класса А-І или Вр-1.
§ 6.5. Технология усиления кирпичных стен, столбов, простенков
При реконструкции жилых зданий со стенами из кирпичной кладки возникает необходимость восстановления несущей способности или усиления элементов кладки вследствие увеличения нагрузок от надстраиваемых этажей. При длительной эксплуатации зданий наблюдаются признаки разрушения простенков, столбов и кладки стен в результате неравномерных осадок фундаментов, атмосферных воздействий, протечек кровли и др.
Процесс восстановления несущей способности кладки следует начинать с исключения основных причин трещинообразования. Если этому процессу способствует неравномерная осадка здания, то следует исключить это явление известными и описанными ранее методами.
До принятия технических решений по усилению конструкций важно оценить фактическую прочность несущих элементов. Эта оценка выполняется методом разрушающих нагрузок, фактической прочности кирпича, раствора, а для армированной кладки - предела текучести стали. При этом необходимо наиболее полно учитывать факторы, снижающие несущую способность конструкций. К ним относятся трещины, локальные повреждения, отклонения кладки от вертикали, нарушение связей, опирания плит и т.п.
Что касается усиления кирпичной кладки, то накопленный опыт реконструкционных работ позволяет выделить ряд традиционных технологий, основанных на использовании: металлических и железобетонных обойм, каркасов; на инъецировании полимерцементных и других суспензий в тело кладки; на устройстве монолитных поясов по верхней части зданий (в случаях надстройки), предварительно напрягаемых стяжек и др. решений.
На рис. 6.40 приведены характерные конструктивно-технологические решения. Представленные системы направлены на всестороннее обжатие стен с использованием регулируемых натяжных систем. Они выполняются открытого и закрытого типов, при внешнем и внутреннем расположении, обеспечиваются антикоррозионной защитой.
Рис. 6.40. Конструктивно-технологические варианты усиления кирпичных стен а - схема усиления кирпичных стен здания металлическими тяжами; б , в , г - узлы размещения металлических тяжей; д - схема размещения монолитного железобетонного пояса; е - то же, тяжами с центрирующими элементами: 1 - металлический тяж; 2 - натяжная муфта: 3 - монолитный железобетонный пояс; 4 - плита перекрытий; 5 - анкер; 6 - центрирующая рама; 7 - опорная пластинка с шарниром
Для создания требуемой степени натяжения используются стяжные муфты, доступ к которым должен быть всегда открыт. Они позволяют по мере удлинения тяжей в результате температурных и других деформаций производить дополнительное натяжение. Обжатие элементов кирпичных стен производится в местах наибольшей жесткости (углы, сопряжения наружных и внутренних стен) через распределительные пластины.
Для равномерного обжатия кладки стен используется специальная конструкция центрирующей рамы, которая имеет шарнирное опирание на опорно-распределительные пластины. Такое решение обеспечивает длительную эксплуатацию с достаточно высокой эффективностью.
Места расположения тяжей и центрирующих рам закрываются различного рода поясами и не нарушают общий вид фасадных поверхностей.
Для элементов стен, простенков, столбов, имеющих разрушения кирпичной кладки, но не потерявших устойчивость, производится местная замена кладки. При этом марка кирпича принимается на 1-2 единицы выше, чем существующая.
Технология производства работ предусматривает: устройство временных разгрузочных систем, воспринимающих нагрузку; разборку фрагментов нарушенной кирпичной кладки; устройство кладки. При этом необходимо учитывать, что удаление временных разгрузочных систем должно осуществляться после набора прочности кладки не менее 0,7R КЛ . Как правило, такие восстановительные работы ведутся при сохранении конструктивной схемы здания и фактических нагрузок.
Весьма эффективны приемы восстановления неоштукатуренной кирпичной кладки, когда требуется сохранить прежний вид фасадов. В этом случае очень тщательно подбираются кирпич по цветовой гамме и размерам, а также материал швов. После восстановления кладки производится пескоструйная очистка, что позволяет получать обновленные поверхности, где новые участки кладки не выделяются из основного массива.
В связи с тем что каменные конструкции воспринимают в основном сжимающие усилия, то наиболее эффективным способом их усиления является устройство стальных, железобетонных и армоцементных обойм. При этом кирпичная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, когда поперечные деформации значительно уменьшаются и, как следствие, увеличивается сопротивление продольной силе.
Расчетное усилие в металлическом поясе определяется по зависимости N = 0,2R KJl ×l ×b , где R KJl - расчетное сопротивление кладки скалыванию, тс/м 2 ; l - длина участка усиливаемой стены, м; b - толщина стены, м.
Для обеспечения нормальной работы кирпичных стен и предотвращения дальнейшего раскрытия трещин первоначальным этапом является восстановление несущей способности фундаментов методами усиления, исключающей появление неравномерных осадок.
На рис. 6.41 приведены наиболее распространенные варианты усиления каменных столбов и простенков стальными, железобетонными и армоцементными обоймами.
Рис. 6.41. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами (б), сетками и железобетонными обоймами (в , г ) 1 - усиливаемая конструкция; 2 - элементы усиления; 3 - защитный слой; 4 - щитовая опалубка с хомутами; 5 - инъектор; 6 - материальный шланг
Стальная обойма состоит из продольных уголков на всю высоту усиливаемой конструкции и поперечных планок (хомутов) из плоской или круглой стали. Шаг хомутов принимается не более меньшего размера сечения, но не более 500 мм. Для включения обоймы в работу следует инъецировать зазоры между стальными элементами и кладкой. Монолитность конструкции достигается путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов, способствующих большей адгезии с кладкой и металлоконструкциями.
Для более эффективной защиты на стальную обойму устанавливается металлическая или полимерная сетка, по которой осуществляется нанесение раствора толщиной 25-30 мм. При незначительных объемах работ раствор наносится вручную с помощью штукатурного инструмента. Большие объемы работ выполняются механизированным путем с подачей материала растворонасосами. Для получения высокопрочного защитного слоя используются установки торкретирования и пнев-мобетонирования. Из-за высокой плотности защитного слоя и большой адгезии с элементами кладки достигается совместная работа конструкции и повышается ее несущая способность.
Устройство железобетонной рубашки осуществляется путем установки арматурных сеток по периметру усиливаемой конструкции с креплением ее через фиксаторы к кирпичной кладке. Крепление осуществляется путем использования анкеров или дюбелей. Железобетонная обойма выполняется из мелкозернистой бетонной смеси не ниже класса В10 с продольной арматурой классов А240-А400 и поперечной - А240. Шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщина обоймы определяется расчетом и составляет 4-12 см. В зависимости от толщины обоймы существенно меняется технология производства работ. Для обойм толщиной до 4 см используются методы нанесения бетона торкретированием и пневмобетонированием. Окончательная отделка поверхностей достигается устройством штукатурного накрывочного слоя.
Для обойм толщиной до 12 см по периметру усиливаемой конструкции устанавливается инвентарная опалубка. В ее щитах устанавливаются инъекционные трубки, через которые мелкозернистая бетонная смесь нагнетается под давлением 0,2-0,6 МПа в полости. Для повышения адгезионных свойств и заполнения всего пространства бетонные смеси пластифицируются путем введения суперпластификаторов в объеме 1,0-1,2 % массы цемента. Снижение вязкости смеси и повышение ее проницаемости достигаются дополнительным воздействием высокочастотной вибрации путем контакта вибратора с опалубкой рубашки. Достаточно хороший эффект
дает импульсный режим подачи смеси, когда кратковременные воздействия повышенного давления обеспечивают более высокий градиент скоростей и высокую проницаемость.
На рис. 6.41, г приведена технологическая схема производства работ путем инъецирования железобетонной обоймы. Установка опалубки производится на всю высоту конструкции с обеспечением защитного слоя арматурного заполнения. Нагнетание бетона осуществляется по ярусам (3-4 яруса). Процесс окончания подачи бетона фиксируется по контрольным отверстиям с противоположной стороны от места нагнетания. Для ускоренного твердения бетона используются системы термоактивных опалубок, греющих проводов и другие приемы повышения температуры твердеющего бетона. Демонтаж опалубки осуществляется по ярусам при достижении бетоном распалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °С обеспечивает распалубочную прочность в течение 8-12 ч прогрева.
Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементов несъемной опалубки (рис. 6.42). При этом наружные поверхности могут иметь мелкий или глубокий рельеф или гладкую поверхность. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов обеспечивается замоноличивание пространства между усиливаемой и ограждающей конструкцией. Использование несъемной опалубки имеет значительный технологический эффект, так как отпадает необходимость в разборке опалубки, а главное - исключается отделочный цикл работ.
Рис. 6.42. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона 1 - усиливаемая конструкция; 2 - армокаркас; 3 - элементы облицовки; 4 - бетон омоноличивания
Наиболее эффективными несъемными опалубками следует считать тонкостенные элементы (1,5-2 см), изготовленные из дисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышающими адгезию с укладываемым бетоном.
Устройство растворных обойм отличается от железобетонных толщиной наносимого слоя и составом. Как правило, для защиты арматурной сетки и обеспечения ее адгезии с кирпичной кладкой используются штукатурные цементно-песчаные растворы с добавкой пластификаторов, повышающих физико-механические характеристики. Технология строительных процессов практически не отличается от выполнения штукатурных работ.
Для обеспечения совместной работы элементов обоймы по ее длине, превышающей в 2 и более раз толщину, необходима установка дополнительных поперечных связей через сечение кладки. Усиление кирпичной кладки может быть произведено методом инъецирования. Оно осуществляется путем нагнетания через заранее пробуренные шпуры цементного или полимерцементного раствора. В результате достигается монолитность кладки и повышаются ее физико-механические характеристики.
К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования. Они должны обладать малым водоотделением, низкой вязкостью, высокой адгезией и достаточными прочностными характеристиками. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа, что обеспечивает достаточно обширную зону проникновения. Параметры инъекции: расположение инъекторов, их глубина, давление, состав раствора в каждом конкретном случае подбираются индивидуально с учетом трещиноватости кладки, состояния швов и других показателей.
Прочность кладки, усиленной инъецированием, оценивается по СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции». В зависимости от характера дефектов и вида инъецированного раствора устанавливаются поправочные коэффициенты: тк = 1,1 - при наличии трещин от силовых воздействий и при использовании цементного и полимерцементного растворов; тк = 1,0 - при наличии одиночных трещин от неравномерных осадок или при нарушении связи между совместно работающими стенами; тк = 1,3 - при наличии трещин от силовых воздействий при инъекции полимерных растворов. Прочность растворов должна быть в пределах 15-25 МПа.
Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенное явление, что связано со снижением несущей способности распорной кладки вследствие выветривания швов, нарушения адгезии и другими причинами.
На рис. 6.43 приведены конструктивные варианты усиления перемычек с использованием различного рода металлических накладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб и отверстий в кирпичной кладке и в дальнейшем омоноличиваются цементно-песчаным раствором по сетке.
Рис. 6.43. Примеры усиления перемычек кирпичных стен а , б - путем подведения накладок из уголковой стали; в , г - дополнительными металлическими перемычками из швеллера: 1 - кирпичная кладка; 2 - трещины; 3 - накладки из уголков; 4 - полосовые накладки; 5 - анкерные болты; 6 - накладки из швеллера
Для перераспределения усилий на железобетонные перемычки вследствие увеличения нагрузок на перекрытия используются металлические разгрузочные пояса, выполненные из двух швеллеров и объединенные болтовыми соединениями.
Усиление и повышение устойчивости кирпичных стен. Технология усиления базируется на создании дополнительной железобетонной рубашки с одной или двух сторон стены (рис. 6.44). Технология производства работ включает процессы подготовки и очистки поверхности стен, сверления отверстий под анкеры, установки анкеров, крепления к анкерам арматурных стержней или сеток, омоноличивание. Как правило, при достаточно больших объемах работ используется механизированный метод нанесения цементно-песчаного раствора: пневмобетонированием или торкретированием и реже ручным способом. Затем для выравнивания поверхностей наносится затирочный слой и выполняются последующие операции, связанные с отделкой поверхностей стен.
Рис. 6.44. Усиление кирпичных стен армированием а - отдельными стержнями арматуры; б - арматурными каркасами; в - арматурной сеткой; г - железобетонными пилястрами: 1 - усиливаемая стена; 2 - анкеры; 3 - арматура; 4 - штукатурный или торкрет-бетонный слой; 5 - металлические тяжи; 6 - арматурная сетка; 7 - армокаркас; 8 - бетон; 9 - опалубка
Эффективным приемом усиления кирпичных стен является устройство железобетонных одно- и двусторонних стоек в штрабах и пилястр.
Технология устройства двусторонних железобетонных стоек предусматривает образование штраб на глубину 5-6 см, высверливание сквозных отверстий по высоте стены, крепление с помощью тяжей арматурного каркаса и последующее омоноличивание образовавшейся полости. Для омоноличивания используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующими добавками. Высокий эффект достигается при использовании растворов и мелкозернистых бетонов с предварительным домолом цемента, песка и суперпластификатора. Такие смеси кроме большой адгезии обладают свойством ускоренного твердения и высокими физико-механическими характеристиками.
При возведении односторонних железобетонных пилястр требуется устройство вертикальных штраб, в полости которых устанавливают анкерные устройства. К последним осуществляется крепление арматурного каркаса. После его размещения производится установка опалубки. Она выполняется из отдельных фанерных щитов, объединенных хомутами и прикрепляемых к стене с помощью анкеров. Мелкозернистая бетонная смесь нагнетается с помощью насосов поярусно через отверстия в опалубке. Подобная технология применяется при двустороннем устройстве пилястр с той разницей, что процесс крепления щитов опалубки осуществляется с помощью болтов, перекрывающих толщину стены.
Ткачев Сергей
Обследование каменных и армокаменных конструкций выполняется с учетом требований СНиП 11-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции», а также «Рекомендаций по усилению каменных конструкций зданий и сооружений».
Перед обследованием каменных конструкций
необходимо выявить их структуру, выделив несущие элементы. Особенно важно учесть реальные размеры несущих элементов, расчетную схему, оценить величины деформаций и разрушений, выявить условия опирания на каменную конструкцию балок, плит и других изгибаемых элементов, состояние арматуры (в армокаменных конструкциях) и закладных деталей. От названных выше условий напрямую зависят размеры и характер дефектов, наличие типичных разрушений (сколы и трещины).
Для определения прочности
каменной кладки применяют инструменты и приборы механического действия, а также ультразвуковые приборы. Молотками и зубилами путем ряда ударов можно приближенно оценить качественное состояние материала каменных и бетонных конструкций. Более точные данные получают с помощью специальных молотков, т. е. приборов механического действия, основанных на оценке следов или результатов удара по поверхности испытываемой конструкции. Наиболее простой, хотя и менее точный инструмент этого вида- молоток Физделя. На ударном торце молотка впрессован шарик определенного размера. Путем локтевого удара, создающего приблизительно одинаковую силу у разных людей, на исследуемой поверхности остается след-лунка. По величине ее диаметра с. помощью тарировочной таблицы оценивают прочность материала.
Более точным инструментом является молоток Кашкарова, при пользовании которым силу удара шариком по исследуемому материалу учитывают по размеру следа на специальном стержне, расположенном за шариком.
Но наиболее современными и точными приборами механического действия являются пружинные: прибор Академии Коммунального хозяйства РСФСР, Центрального научно-исследовательского института строительных конструкций. Принцип действия этих приборов основан на учете определенной силы удара, вызываемого спуском взведенной пружины. Прибор этого типа представляет собой корпус, в котором помещена спиральная пружина, соединенная со стержнем-ударником. После нажима на спусковой крючок пружина отпускается, и стержень-ударник наносит удар. В приборе ЦНИИСКа силу удара можно установим равной 12,5 или 50 кг/см 2 для каменных материалов различной прочности.
Для определения изгибов и деформаций вертикальных поверхностей, их формы и характера отступлений от вертикальности и плоскости применяют нивелир со специальной насадкой, позволяющей вести визирование, начиная с 0,5 м
вместо минимальных 3,5 м, когда насадки нет.
Рельеф вертикальных поверхностей выявляют способом визирования инструмента из одной его стоянки на рейку, прикладываемо горизонтально к заранее намеченным точкам обследуемой поверхности.Результаты измерения деформаций горизонтальных или вертикальных поверхностей наносят на схемы, на которых для наглядности выявляют, наподобие горизонталей, линии равных отклонений от горизонтальной или вертикальной плоскостей. Сечение придают равным 2-5 мм в зависимости от степени отклонения или нарушения положения или местных дефектов обследуемого элемента и его общих размеров.
Однако, в первую очередь, необходимо выяснить характер негативных изменений в кладке и установить стабилизировался ли процесс образования трещин, или их количество и ширина раскрытия нарастают во времени. Для этого в самой кладке устанавливаются маяки.
Маяк представляет собой полоску из гипса, стекла или металла, накрывающую обе стороны трещины. Маяки из гипса и стекла в случае продолжения деформации, вызвавшей появление трещин, лопаются.
| Приборы для диагностики прочности материала: а - молоток Физделя; б-то же Кашкарова; в - пистолет ЦНИИСКа: 1- калиброванный шарик; 2 - угловой масштаб; 3 -
тарировочная таблица; 4- сменный стержень для фиксирования следа удара |
|
 |
Измерение деформаций вертикальной поверхности с помощью нивелира с оптической насадкой: а-план; б- поверхность стены; в - разрез; 1 - нивелир; 2 - рейка; 3 - места прикладывания peйки; 4 - линии равных отклонений от плоскости |
 |
Маяки для наблюдения за состоянием трещин: /-трещина; 2-штукатурка и алебастровый раствор; 3- материал стены; 4- маяк гипсовый; 5 - маяк стеклянный; 6 - металлическая пластинка; 7 - риски через 2-3 мм; 8 - гвоздь |
Путем измерения величины расхождения половинок маяка устанавливают характер изменения трещины или ее стабилизацию. Металлический маяк прикрепляют к одной стороне трещины, и он может передвигаться по другому ее краю, по другой стороне ее, где фиксируют первоначальное и последующие положения конца маяка. Самым простым маяком является бумажный маячок
, представляющий собой полоску бумаги наклеиваемую на трещину, при дальнейшем расширении трещины бумажный маячок разрывается.
Трещины в несущих каменных конструкциях соответствуют стадиям трещинообразования (или стадиям работы кладки при сжатии). При усилиях в кладке F
, не превышающих усилия F crc
, при котором в кладке появляются трещины, конструкция имеет достаточную для восприятия существующей нагрузки несущую способность, трещины не образуются. При нагрузках F
F crc
начинается процесс образования трещин. Поскольку кладка плохо сопротивляется растяжению, на растянутых поверхностях (участках) трещины
появляются значительно раньше возможного разрушения конструкции.
В качестве основных причин образования трещин выдeляют:
1) низкое качество кладки (плохие растворные швы, несоблюдение перевязки, забутовка с нарушением технологии и т.п.);
2) недостаточная прочность кирпича и раствора (трещиноватость и криволинейность кирпича, несоблюдение технологии сушки при его изготовлении; высокая подвижность раствора и т.п.);
3) совместное применение в кладке разнородных по прочности и деформативности каменных материалов (например, глиняного кирпича совместно с силикатным или шлакоблоками);
4) использовaниe каменных материалов не по назначению (например, силикатного кирпича в условиях повышенной влажности);
5) низкое качество работ, выполняемых в зимнее время (использование не очищенного от наледи кирпича; применение смерзшегося раствора, отсутствие в растворе противоморозных добавок);
6) невыполнение температурно-усадочных швов или недопустимо большое расстояние между ними;
7) агрессивные воздействия внешней среды (кислотное, щелочное солевое воздействия; попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание);
8) неравномерная осадка фундамента в здании.
Не случайно осадки фундаментов указаны последним
условием возникновения трещин в каменной кладке. Следует иметь в виду, что в период массового строительства в каменной кладке использовались растворы без противоморозных добавок, тощие, непластичные, т.е. очень дешевые. Все это способствовало обильному образованию усадочных
трещин, которые необходимо при обследовании отделить от чисто осадочных
трещин, имеющих специфический, легко определимый характер.
Рассмотрим процесс образования трещин в каменной кладке при сжатии
Первая стадия
— появление первых волосяных
трещин в отдельных камнях. Усилие F crc
, при котором появляются трещины на этом этапе, зависит, в основном, от вида используемого в кладке раствора:
— в кладке на цементном растворе F crc = (0,8 — 0,6) F u ; ;
— в кладке на сложном растворе F crc = (0,7 — 0,5) F u ;
— в кладке на известковом растворе F crc = (0,6 — 0,4) F u ,
где F u
—
разрушающее усилие.
Вторая стадия
— прорастание и объединение отдельных трещин. Эта стадия начинается и интенсивнее протекает по южному фасаду здания, испытывающему наибольшие температурные колебания атмосферной среды. Кроме того, прорастание трещин наблюдается при неправильной организации наружных водостоков, нарушении их системы в местах периодического намокания кладки.
Третья стадия – дальнейшее образование больших поверхностей разрушения и исчерпание прочности кладки.
 |
 |
|
На фотографии представлено сооружение с мансардой, опирающейся на внутреннюю поперечную стену. На свободной части кровли был создан уклон под организаванную систему наружного водостока, однако угол здания значительно промачивается. Стрелка показывает на развивающуюся трещину, появившуюся после одного года эксплуатации реконструированного сооружения |
Дефекты кирпичной кладки и их причины: а-износ от 20 до 40%; б-износ 41-60%; в- перегруженные простенки с износом до 40%; г- то же, при большем износе; д - обнажение кирпичной кладки при износе штукатурки |
Анализируя картину трещин, следует помнить, что появление отдельных трещин в перевязочных камнях свидетельствует о перенапряжении в каменной кладке. Развитие трещин во второй стадии
указывает на значительное перенапряжение кладки и необходимость ее разгрузки или усиления.
При образовании больших поверхностей разрушения целесообразна замена кладки на новую или ее усиление конструкцией, полностью воспринимающей эксплуатационную нагрузку.
В процессе эксплуатации сооружения могут раскрыться трещины из-за неправомерно большой длины температурного блока или из-за отсутствия температурно-усадочного шва вообще. В период реконструкции с возведением эркеров, навешиванием лифтов, устройством дополнительных и мансардных этажей в кладке могут появиться трещины из-за недостаточной площади опирания перемычек на стену и низкой прочности каменной кладки, от перегрузки простенка и низкой прочности каменной кладки. Возможны и другие причины трещинообразования. Например, хаотично расположенные трещины часто возникают в сооружениях, оказавшихся в непосредственной близости от места забивания свай, или в старых зданиях, износ кирпичной кладки которых достигает 40% и более.
Прочность кирпича и камней
необходимо определять в соответствии с требованиями ГОСТ 8462-85, раствора
— ГОСТ 5802-86 или СН 290-74. Плотность и влажность каменных кладок определяют в cooтветствии с ГОСТ 6427-75, 12730.2-78 путем установления разницы веса образцов до и после высушивания. Морозостойкость каменных материалов и растворов, а также их водопоглощение устанавливают по ГОСТ 7025-78.
Отбор образцов для испытаний производят из малонагруженных элементов конструкций при условии идентичности применяемых на этих участках материалов. Образцы кирпичей или камней должны быть целыми без трещин. Из камней неправильной формы выпиливают кубики размером ребра от 40 до 200 мм
или высверливают цилиндры (керны)
диаметром от 40 до 150 мм
. Для испытаний растворов изготовляют кубы с ребром от 20 до 40 мм
, составленные из двух пластин paствора, склеенных гипсовым раствором. Образцы испытывают на сжатие с использованием стандартного лабораторного оборудования. Участки кирпичной (каменной) кладки, с которых отбирали образцы для испытаний, должны быть полностью восстановлены для обеспечения исходной конструкции.
Технология восстановления и усиления кирпичной кладки
Как уже было отмечено выше, кирпичные корпуса жилых зданий массовых серий имели высокую надежность и значительный запас прочности. Но длительный срок эксплуатации, нарушения технических условий содержания могли нанести несущим кирпичным стенам значительный ущерб. В зависимости от видимых повреждений и состояния конструкций, нагрузок, действующих на них, других факторов, затрудняющих нормальную эксплуатацию, при реконструкции предпринимаются мероприятия по восстановлению несущей способности кирпичной кладки. Кроме того, при повышении этажности сооружения или иному увеличению строительного объема сооружения возникает необходимость в усилении кирпичных конструкций.
Восстановление несущей способности кладки сводится к заделке и локализации трещин. Естественно, что указанную задачу необходимо решать после выявления и устранения причин, вызвавших трещинообразование :
1) ликвидировать или стабилизировать неравномерные осадки фундамента путем усиления фундаментов или оснований;
2) изменить условия передачи нагрузки на треснувший простенок с целью перераспределения нагрузки на большую площадь;
3) перераспределить нагрузки на другие (или даже дополнительные) конструкции в случае недостаточной прочности самой кладки.
Следует отметить, что заделка трещин должна сопровождать и мероприятия по усилению кирпичных конструкций , которые необходимы при увеличении нагрузок и невозможности их перераспределения на другие элементы сооружения.
Технологически заделка трещин в кирпичных стенах может производиться одним из следующих способов или их сочетанием.
Инъектирование трещин —
нагнетание в трещины поврежденной кладки растворов жидкого цемента или полимер-цементного раствора, битума, смолы. Этот способ восстановления несущей способности кладки применяется в зависимости от вида конструкции, характера ее дальнейшего использования, имеющихся возможностей инъектирования, а главное, при локальном характере и небольшом раскрытии трещины. Оно может осуществляться с использованием различных материалов. В зависимости от их вида различают силикатизацию, битумизацию, смолизацию
и цементацию
. Инъектирование позволяет не только замонолитить кладку, но и восстановить, а в ряде случаев и увеличить ее несущую способность, что происходит без увеличения поперечных размеров конструкции.
Наиболее широко применяемы цементные и полимер-цементные растворы. Для обеспечения эффективности инъектирования применяют портландцемент марки не менее 400 с тонкостью помола не менее 2400 см 2 /г
, с густотой цементного теста 22 — 25%, а также шлакопортландцемент марки 400 с небольшой вязкостью в разжиженных растворах. Песок для раствора применяют мелкий с модулем крупности 1,0 — 1,5 или тонкомолотый с тонкостью помола, равной 2000-2200 см 2 /г.
Для повышения пластичности состава в раствор добавляются пластифицирующие добавки в виде нитрита натрия (5% от массы цемента), поливинилацетатную эмульсию ПВА с полимерцементным отношением П/Ц=0,6 или нафталиноформальдегидную добавку в количестве 0,1% от массы цемента.
К инъекционным растворам предъявляют достаточно жесткие требования: малое водоотделение, необходимая вязкость, требуемая прочность на сжатие и сцепление, незначительная усадка, высокая морозостойкость.
При небольших трещинах
в кладке (до 1,5 мм
) применяют полимерные растворы на основе эпоксидной смолы (эпоксидная ЭД-20
(или ЭД-16) — 100 мас.ч
.; модификатор МГФ-9 — 30 мас.ч
.; отвердитель ПЭПА – 15 мас.ч.;
тонкомолотый песок – 50 мас.ч),
а также цементно-песчаные растворы с добавкой тонкомолотого песка (цемент – 1 мас.ч.;
суперпластификатор нафталиноформальдегид – 0,1 мас.ч.;
песок – 0,25 мас.ч.;
водоцементное отношение – 0,6).
При более значительном раскрытии трещин
применяют цементно-полимерные растворы состава 1:0,15:0,3 (цемент; полимер ПВА; песок) или 1:0,05:0,3 (цемент: пластификатор нитрит натрия: песок), В/Ц=0,6, модуль крупности песка М к =1. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа. Плотность заполнения трещин определяется через 28 суток после инъектирования.
Раствор нагнетается через инъекторы диаметром 20-25 мм. Их устанавливают в специально просверленные отверстия через 0,8-1,5 метра по длине трещины. Диаметр отверстий должен обеспечить установку трубки инъектора на цементном растворе. Глубина отверстий – не более 100 мм , трубка инъектора закрепляется в отверстии проконопаченной паклей.
Инъектирование трещин шириной до 10 мм цементно-песчаным раствором:
1- кладка; 2- трещина; 3- отверстия для инъекторов через 800-1500 мм; 4- стальная трубка инъектора; 5- пакля, проконопаченная на клею; 6- подача раствора
Установка скоб из арматурной стали
используется в методиках восстановления несущей способности кладки при раскрытии трещин более 10 мм
. Для этого в кладке фрезой делается углубление по размеру скобы. Скоба закрепляется болтами по краям, сама трещина обычно инъектируется цементно-песчаным раствором и зачеканивается жестким раствором.
Установка скоб из арматурной стали: 1-усиливаемая стена; 2-трещина в стене, инъектированная цементно-песчаным раствором после установки скоб; 3-скобы из арматурной стали; 4-паз в кладке, выбранный фрезой; 5-углубления по концам паза, выполненные сверлом; 6-заполнение цементно-песчаным раствором пазов и углублений
При значительных повреждениях кладки сетью трещин скобы выполняют двухсторонними, в этом случае кладка испытывает двухстороннее обжатие. Развитие многочисленных сквозных трещин можно остановить, используя вместо скобы накладки из полосовой стали , которые устанавливаются с шагом 1,5-2 толщины стены.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Двухсторонние скобы из арматурной стали на болтах: 1- кладка; 2- сквозная трещина; 3- накладки из полосовой стали; 4- стяжные болты; 5- отверстия в стене |
||
Разрушения могут быть настолько значительны, что в некоторых случаях требуется частичная разборка и перекладка разрушенной кирпичной кладки. Как правило, это производится с устройством вставки кирпичных замков, снабженных якорем .
 |
Широкая, более 10 мм, трещина (1 ) перехватывается одно- или двухсторонней накладкой (2) , принимаемой уже не из полосовой стали, а из прокатного металла, который крепится к стене анкерными болтами. В этом случае накладка именуется якорем . По всей длине развития трещины извлекается поврежденный кирпич на толщину в два кирпича и заменяется армированной кладкой на цементно-песчаном растворе, именуемой кирпичным замком
(3-4
).
|
 |
Частичное или полное заполнение проемов кладкой: 1- усиливаемый простенок; 2- оконные проемы; 3- армированная кладка из кирпича марки М75-100 на растворе М50-75; 4- шов, расклиниваемый металлической пластиной и зачеканиваемый цементно-песчаным раствором
|
 |
Схема разгруэки кирпичных простенков: 1 -перемыbr /чка-, 2-доски 50-60 мм; 3- стойки диамером более 20 см; 4 -деревянные клинья; 5- временное крепление стоек |
Повышение несущей способности и устойчивости простенков может быть обеспечено увеличением площади сечения
, устройством различных обойм
или металлического каркаса
.
Повышение площади сечения простенка достигают увеличением его ширины. В этом случае с двух сторон простенка выкладывают новые участки кладки, которую надежно перевязывают со старой, а при необходимости и армируют. Поврежденные несущие простенки разгружаются, площадь сечения простенков увеличивается, соответственно уменьшается площадь оконных проемов, поэтому оконные блоки подлежат замене.
При опирании на усиливаемый простенок стропильной конструкции или отклонении стены от вертикали на величину более 1/3 толщины кирпича, простенок предварительно разгружают путем подведения временных деревянных или металлических столбов на гипсовых растворах.
Основными способами усиления кирпичной кладки
,
являются хорошо проверенные способы устройства обойм
, наращиваний
или рубашек,
разделяемые на железобетонные
и растворные
. При усилении железобетонными обоймами, рубашками
и наращиваниями
используются бетон класса В10 и арматура класса А1, шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см.
Толщина обоймы определяется расчетом и изменяется в пределах от 4
до 12 см
.
Растворные обоймы, рубашки
и наращивания
, называемые также штукатурными
, отличаются от железобетонных
тем, что в них используется цементный раствор марки 75-100, которым защищается арматура усиления.
Устройство железобетонной обоймы эффективно при поверхностном разрушении материала простенков и столбов на незначительную глубину или при возникновении глубоких трещин, когда возможно уширение простенков. В первом случае разрушенные участки простенка расчищают на глубину не менее толщины железобетонной обоймы, и сечение простенка в результате ее устройства не меняется. Во втором случае сечение простенка увеличивается за счет устройства железобетонной обоймы.
Технологический процесс устройства железобетонной обоймы простенков состоит из удаления оконных заполнений, расчистки разрушенных участков или вырубки простенка на необходимую глубину, удаления оконных четвертей, установки арматуры, устройства опалубки, бетонирования, ухода за бетоном, снятия опалубки и разборки подмостей. Рабочая арматура железобетонной обоймы может быть предварительно напряжена нагреванием до 100-150° С (например, нагревом электрическим током).
 |
Устройство железобетонных обойм: а-без увеличения сечения простенка; б-с увеличением сечения простенка |
 |
|
 |
Устройство штукатурной предварительно напряженной обоймы: 1-усиливаемая стена; 2-металлические пластины с отверстиями для тяжей; 3-тяжи-связи; 4-отверстия в стене для тяжей; 5-арматурные стержни, приваренные к пластинам и попарно стянутые; 6- штукатурка из цементно-песчаного раствора; 7-арматурные сетки, привязанные к стержням |
Вместо арматурных каркасов при усилении возможно применять сетки из проволоки диаметром 4-6 мм с ячейкой 150х150 мм. В обоих случаях армирования и сетки, и каркасы крепятся к усиливаемой поверхности штырями (анкерами).
На больших площадях устанавливаются дополнительные хомуты-связи шагом не более 1 м
при средней длине 75 см.
Опалубку железобетонной обоймы наращивают снизу вверх в процессе бетонирования. Для устройства железобетонных обойм используют метод торкретирования, при котором опалубка не требуется. В этом случае на заармированную поверхность простенка наносят под давлением бетонную смесь с помощью цемент-пушки. Преимуществом такого метода устройства железобетонной обоймы является механизация процесса бетонирования. Железобетонная обойма увеличивает несущую способность заключенного в нее элемента в 2-Зраза
 |
|
|
Хомуты-связи железобетонной обоймы: 1- усиливаемая поверхность стены; 2- арматура диаметром 10 мм;3- хомуты-связи диаметром 10 мм; 4- отверстия в кладке;5- бетон обоймы; 6- арматурные каркасы |
|
 |
 |
| Устройство штукатурной или железобетонной рубашки: 1-усиливаемый простенок; 2-проймы; 3-рубашка штукатурная 30-40 мм или железобетонная толщиной 60-100 мм; 4-арматура диаметром 10 мм; 5-арматура диаметром 12 мм; 6-металлические штыри | Устройство железобетонного сердечника: 1-усиливаемый простенок; 2-проемы; 3-стойка (сердечник) из железобетона;
4-ниша, вырубленная в простенке;5-арматурный каркас; 6-бетон |
Растворные рубашки и наращивания
отличаются от обойм только одним конструктивным признаком – они выполняются односторонними
. Рубашка может быть выполнена и не на всю ширину простенка – в виде сердечника.
Иногда стальные обоймы усиления кирпичной кладки на постоянно эксплуатируемых зданиях оставляют без защитного покрытия раствором или бетоном, устраивая металлический каркас
усиления.
 |
 |
| Усиление простенков металлическим каркасом: а- узкого простенка; б- широкого простенка;
1-кирпичный элемент; 2-стальные уголки; 3-планка;
4-поперечная связь |
|
 |
Устройство накладных поясов из уголков: 1-усиливаемый простенок; 2-уголки накладных поясов; 3-поперечные планки; 4-стяжные болты; 5-штукатурка цементно-песчаным раствором по металлической сетке |
Устройство металлического каркаса простенков менее трудоемко и материалоемко, чем устройство железобетонной обоймы, и имеет широкое применение.
Подготовка к устройству металлических каркасов простенков состоит из разгрузки простенков, удаления заполнений оконных проемов и срубки четвертей. При этом методе по углам простенков на всю их высоту устанавливают и плотно подгоняют к простенкам стойки из уголковой стали, которые через 30-50 см по высоте соединяют полосовой сталью, привариваемой к полкам уголков встык. Затем простенок обтягивают проволочной металлической сеткой и оштукатуривают.
Металлический каркас можно накладывать на простенок или втапливать в него заподлицо. Во втором случае перед установкой каркаса срубают углы простенков и пробивают горизонтальные штрабы в местах установки металлических соединительных полос.
После установки каркаса щели между металлическими элементами и простенком тщательно зачеканивают раствором. Если разрушению подверглись и перемычки, опирающиеся на простенок, более эффективным становится усиление простенка подведением стоек из уголков. При этом стойки выполняются несколько длиннее расстояния между перемычкой и полом. Вверху они крепятся к оголенной арматуре перемычек, а в нижней части к накладному поясу из швеллера, монтируемому на корпусе реконструируемого объекта. Стойки выпрямляют попарно струбцинами, таким образом создается предварительное напряжение. Спрямления, надломы, разрезы в полках уголков завариваются.
Усиление углов зданий тоже целесообразно производить при помощи накладок из швеллера длиной 1.5-3 м. Накладки могут размещаться как с наружной, так и с внутренней поверхности стены. С кирпичной кладкой они соединяются с помощью стяжных болтов, устанавливаемых в заранее просверленные отверстия. Стяжные болты располагаются по высоте усиливаемой части кладки через 0,8-1,5 м.
|
|
Подведение стоек из уголков: 1-усиливаемый простенок; 2-проемы; 3-стойки из неравнополочных уголков, выгнутые в сторону; 4-линии надлома; 5-закладная деталь; 6-оголенная арматура; 7-сварка; 8-раствор |
|
|
|
При возникновении местных деформаций и для предотвращения дальнейшего раскрытия трещин осуществляют путем усиления зон сопряжений продольных и поперечных стен здания разгрузочных балок . Paзгрузочные балки устанавливают в ранее пробитые штрабы с одной или двух сторон стены на уровне верха фундамента или перемычек первого этажа.
Двусторонние балки через 2-2,5 м соединяются болтами диаметром l6-20 мм , пропускаемыми через ранее просверленные отверстия в балках и стене. Односторонние балки устанавливают на анкерные болты, гладкие концы которых закрепляют в стене установкой на цементном растворе в ранее просверленные гнезда. Соединения балок на болтах крепят гайками. Шаг анкерных болтов 2-2,5 м .
Щели между полками балок и кирпичной кладкой тщательно зачеканивают цементным раствором состава 1:3. Для изготовления разгрузочных балок используют швеллер или двутавр № 20-27. В местах разрыва стен на трещины на каждом этаже устанавливают скобы-стяжки из Обрезков проката длиной не менее 2 м. Перед установкой скобы-стяжки для нее в стене вырубают штрабу с таким расчетом, чтобы стяжку установить заподлицо с поверхностью кирпичной стены. В стене и в стяжке по разметке просверливают отверстия для болтов 20- 22 мм , с помощью которых скобу-стяжку крепят к стене. Расстояние от трещины до места установки болта должно быть не менее 70 см . Перед установкой скобу-стяжку обматывают проволочной сеткой или проволокой1-2 мм . После установки конструкции трещину и штрабу тщательно заделывают раствором марки М100.
 |
 |
|
Установка металлических накладок (каркаса) при армировании здания: 1-деформированное здание; 2-трещины в стенах здания; 3-накладки из швеллеров или из металлических пластин; 5-стяжные болты; 6-штраба для установки пластин, заделываемая раствором; 7-отверстия в стенах для болтов, после установки болтов зачеканивается раствором |
Как правило, развитие трещин , связанных с неравномерной осадкой фундаментов , требует дополнительных мер не только по повышению несущей способности кладки, но жесткости всего сооружения в целом. Грубые нарушение технологии каменной кладки, недопустимые условия эксплуатации сооружения, как и в случае неравномерной осадки фундаментов, вызывают не только развитие трещин у оконных и дверных проемов, но и нарушения вертикальности ограждающих конструкций.
В местах отрыва наружных стен
от внутренних для восстановления жесткости здания устанавливают связи из металлических каркасов
или железобетонных шпонок
. В этом случае говорят, что здание армируется.
Однако чаще всего, после устранения причин неравномерной осадки фундамента, здание нуждается в стягивании корпуса в целом. Пожалуй, единственным способом такого стягивания является создание напряженных поясов .
 |
 |
 |
 |
Устройство наружных напряженных поясов: 1-деформированное здание; 2-стальные тяжи; 3-прокатный профиль из уголка № 150; 4-стяжные муфты; 5-сварный шов; 6- трещины в стенах здания; 7-штраба в стене для заполненная цементно-песчаным раствором
Здесь следует подчеркнуть, что наиболее часто встречающейся ошибкой усиления корпуса кирпичных зданий с жесткой конструктивной схемой является создание вертикальных дисков жесткости (закладывание или уменьшение площади оконных проемов, устройство вертикальных металлических каркасов и т.п.), в то время как здесь наиболее важен горизонтальный диск жесткости . Напряженный пояс, называемый также «бандаж», принимается из арматурных стержней диаметром 20-40 мм , соединенных стяжными муфтами.
В редких случаях вместо арматуры используется стальной прокат. В результате получается усиливающий элемент, воспринимающий как растягивающие, так и сжимающие усилия, называемый связью-распоркой . Связи-распорки устанавливаются в уровне покрытия и в уровне междуэтажных перекрытий, они могут располагаться как с наружной, так и с внутренней стороны сооружения.
 |
 |
 |
|
| Устройство внутренних напряженных поясов: 1-деформационное здание; 2-стальные тяжи с гайками; 3-металлические пластины; 4-стяжные муфты; 5-отверстия в стенах, которые заделываются раствором после упаковки тяжей; 6-трещины в стенах здания | |
Усиление междуэтажных перекрытий жилых домов серии 1-447 определяется по наличию коротких трещин и раздроблению кирпичного камня в местах опирания плит перекрытия. Основной причиной разрушения обычно бывает недостаточная площадь опирания плиты перекрытия или отсутствие распределительной подушки.
Наиболее эффективной методикой усиления является технология монтажа стальных тяг и связей-распорок под плитой перекрытия, поскольку, как уже отмечалось, создание горизонтального диска жесткости в зданиях такого типа имеет превалирующее значение. Однако это весьма дорогой и многодельный способ, он возможен лишь при полной реконструкции с расселением жильцов. Поэтому стараются выполнить локальное усиление поврежденных конструкций.
Локальное усиление, в зависимости от вида плит перекрытия, при частичной или поэтапной реконструкции осуществляется путем:
—увеличения площади опирания балки при помощи металлических или железобетонных стоек, усилие от которых передается вне зоны разрушения;
-увеличения площади опирания плиты посредством пояса, закрепленного в зоне разрушения кладки;
-устройства под концом плит перекрытия железобетонной подушки.
Расчет кирпичных элементов, усиленных армированием и обоймами
Продольное армирование , предназначенное для восприятия растягивающих усилий во внецентренно сжатых элементах (при больших эксцентриситетах), в изгибаемых и растянутых элементах, в усилениии кирпичной кладки при реконструкции встречается достаточно редко, поэтому в данном разделе не рассматривается. Однако с ростом сейсмической опасности некоторых районов центральной России вследствие подземных выработок и других антропогенных факторов, а также при прокладке железнодорожных и автомобильных магистралей вблизи жилых кварталов, продольное армирование применяется при облицовке тонких (до 51 см) кирпичных стен реконструируемых зданий.
Сетчатое армирование участков кладки существенно повышает несущую способность усиливаемых элементов каменных конструкций (столбов, простенков и отдельных участков стен). Эффективность сетчатого армирования при усилении определяется тем, что арматурные сетки, укладываемые в горизонтальные швы участков кладки, препятствуют ее поперечному расширению при продольных деформациях, вызываемых действующими нагрузками, и благодаря этому повышают несущую способность тела кладки в целом.
Сетчатое армирование применяется для усиления кладки из кирпича всех видов, а также из керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами при высоте ряда не более 150 мм. Усиление сетчатым армированием кладки из бетонных и природных камней с высотой ряда более 150 мм мало эффективно.
Для кладки с сетчатым армированием применяются растворы марки 50 и выше. Сетчатое армирование применяется только при гибкостях или , а также при эксцентрицитетах, находящихся в пределах ядра сечения (для прямоугольных сечений e 0 <0,33 y). При больших значениях гибкостей и эксцентрицитетов сетчатое армирование не повышает прочности кладки.
Например,
требуется определить сечение продольной арматуры для кирпичного столба 51 х 64 см,
высотой 4,5 м.
Столб выложен из обыкновенного глиняного кирпича пластического прессования марки 100
на растворе марки 50
. В среднем сечении столба действует приведенная расчетная продольная сила N п
=25 т
, приложенная с эксцентриситетом е о =
25 см
в направлении стороны сечения, имеющей размер 64 см.
Столб армируем продольной арматурой, расположенной в pастянутой зоне снаружи кладки. Сжатую зону поперечного сечения столба армируем конструктивно, так как при наружном расположении aрматуры потребуется частая установка хомутов, предотвращающих выпучивание сжатой арматуры, что потребует дополнительного pacxода стали. Установка конструктивной арматуры в сжатой зоне является обязательной, так как она необходима для крепления хомутов.
Площадь поперечного сечения столба F=51 х 64 = 3260 см 2 .
R=l5 кгс/см 2
(при F > 0,3 м 2
). Расчетное сопротивление продольной арматуры из стали класса А-1
R
a =l900 кгс/см 2 .
Растянутую арматуру принимаем из четырех стержней диаметром 10 мм
F a =3,14 см 2 .
Определяем высоту сжатой зоны сечения х
при h 0 =65 см,
е=58 см и
Ь=51 см:
1,25-15-51 х (58-65+ )-1900 -3,14-58 = 0,
а из полученного квадратного уравнения определяем х=
35 см <
0,55h o =36 см.
Так как условие удовлетворено, то несущую способноcть сечения определяем по при =1000:
пр = = =7
отсюда = 0,94.
Несущая способность сечения
0,94(1,25 x 15 x 51 x 35-1900 x 3,14) =25,6 т >N п =25 т.
Таким образом, при принятом сечении арматуры, несущая способность столба достаточна.
Комплексные конструкции выполняются из каменной кладки, усиленной железобетоном, работающим совместно с кладкой. Железобетон рекомендуется при этом располагать с внешней стороны кладки, что позволяет проверить качество уложенного бетона, марку которого следует принимать равной 100-150.
Комплексные конструкции применяются в тех же случаях, что и кладка с продольным армированием. Кроме того, их целесообразно применять, также как и сетчатое армирование, для усиления тяжело нагруженных элементов при осевом или внецентренном сжатии с небольшими эксцентрицитетами. Применение в этом случае комплексных конструкций позволяет резко уменьшить размеры поперечных сечении стен и столбов.
Элементы, усиленные обоймами применяются для усиления столбов и простенков, имеющих квадратное или прямоугольное поперечное сечение с соотношением размеров сторон не более 2,5. Необходимость такого усиления возникает, например, при надстройке существующих зданий. Иногда требуется yсилить кладку, имеющую трещины или другие дефекты (недостаточная прочность примененных материалов, низкое качество кладки, физический износ и т. п.)
Обоймы, также как и сетчатое армирование, уменьшают поперечные деформации кладки и благодаря этому повышают ее несущую cпособность. Кроме того, сама обойма также воспринимает часть нагрузки.
В предыдущих разделах были рассмотрены три вида обойм: стальные, железобетонные и армированные штукатурные.
Расчет элементов из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при малых эксцентрицитетах (не выходящих за пределы ядра сечения) производится по формулам:
при стальной обойме
N n [(m к R + ) F+R а F а ];
при железобетонной обойме
N n [(m к R + ) F+m б R пр F б +R а F а ];
при армированной штукарной обойме
N (m R + ) F.
Величины коэффициентов и принимаются:
при центральном сжатии =1 и =1;
при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием)
1 — , где
N п - приведенная продольная сила; F- площадь сечения кладки;
F а -площадь сечения продольных уголков стальной обоймы, устанавливаемых на растворе, или продольной арматуры железобетонной обоймы;
f б - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);
R a - расчетное сопротивление поперечной или продольной арматуры обоймы;
- коэффициент продольного изгиба, при определении значение а принимается как для неусиленной кладки;
т к - коэффициент условий работы кладки; для кладки без повреждений т к =1; для кладки с трещинами т к =0,7;
т б -
коэффициент условий работы бетона; при передаче нагрузки на обойму с двух сторон (снизу и сверху) т б
=1; при передаче нагрузки на обойму с одной стороны (снизу или сверху) т б
=0,7; без непосредственной передачи нагрузки на обойму т б
=0,35.
— процент армирования, определяемый по формуле
x 100,
где f x -сечение хомута или поперечной планки;
h и b- размеры сторон усиливаемого элемента;
s-
расстояние между осями поперечных планок при стальных обоймах (hs b,
но не более 50 см.)
или между хомутами при железобетонных и армированных штукатурных обоймах (s15 см).
Например, в среднем сечении простенка размером 51х90 см, расположенного в первом этаже здания, после окончания строительства надстройки будет действовать расчетная продольная сила N n =60 т, приложенная с эксцентриситетом е о = 5 см, направленным в сторону внутренней грани стены. Простенок выложен из силикатного кирпича марки 125 на растворе марки 25. Высота стены (от уровня пола до низа сборного железобетонного перекрытия) составляет 5 м. Требуется проверить несущую способность простенка.
Сечение простенка F= 51 х 90 = 4590 см 2 > 0,3м 2 .
Расчетное сопротивление кладки R = l4 кгс/см 2 . Расстояние от центра тяжести сечения до его края в сторону эксцентриситета
у = = 25,5 см; = =0,2<0,33,
эксцентриситет находится в пределах ядра сечения. Простенок рассчитываем на внецентренное сжатие с малым эксцентриситетом. Упругая характеристика кладки из силикатного кирпича на растворе марки 25 — = 750.
Приведённая гибкость простенка np == 11,3.
Коэффициент продольного изгиба = 0,85.
Коэффициент , учитывающий влияние эксцентрицитета, = = 0,83.
Определим несущую способность простенка:
0,85 x 14 x 4590 x 0,83 = 45 200
кгс
Так как несущая способность простенка оказалась недостаточной, то усиливаем его обоймой из стальных равнобоких уголков размерами 60х60 мм, d=6 мм. Уголки устанавливаются на растворе в углах про стенка и соединяются между собой планками из полосовой стали сечением 5х35 мм, приваренными к уголкам на расстоянии s=50 см по высоте простенка.
Далее определяем несущую способность усиленного простенка. Коэффициент условий работы кладки т к =1. Расчетное сопротивление стальных планок R a =1500 кгс/см 2 . Площадь сечения планки f x = 0,5х3,5= 1,75 см 2 . Расчетное сопротивление уголков обоймы (нагрузка на уголки не передается) R a =430 кгс/см 2 . Площадь сечения уголков F a =6,91х4=27,6 см 2 . Далее определяем коэффициенты и , =0,83, =1-=0,61 и соответствующий процент армирования: =х100=0,21%
Отсюда несущая способность усиленного простенка составит:
0,83.0,85[(14 +0,61хх)4590+430 х27,6]=63800 кгс > N п =60000 кгс
Несущая способность усиленного простенка достаточна.
