ТехЛиб СПБ УВТ

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/см² 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.

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.

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.

При разработке рекомендаций по дальнейшей эксплуатации кладки необходимо определить ее прочностные характеристики описанными выше способами.

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 см²/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 см²/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.

 

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

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.

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.

 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.

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 e₀<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 см². Расчетное сопротивление кладки R=l5 кгс/см² (при F > 0,3 м²). Расчетное сопротивление продольной арматуры из стали класса А-1  R_a=l900 кгс/см².

Растянутую арматуру принимаем из четырех стержней диаметром 10 мм  F_a=3,14 см².

Определяем высоту сжатой зоны сечения х при h₀=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 _прF_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 см² > 0,3м².

Расчетное сопротивление кладки R = l4 кгс/см². 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<N_п= 60000 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/см². Площадь сечения планки f_x = 0,5х3,5= 1,75 см². Расчетное сопротивление уголков обоймы (нагрузка на уголки не передается) R_a =430 кгс/см². Площадь сечения уголков F_a=6,91х4=27,6 см². 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.