Усиление элементов каменных конструкций

Для местного усиления кирпичных стен, имеющих сквозные трещины силового и осадочного характера, применяют скобы из круглой стали диаметром не менее 6 мм, концы которых закрепляются в устраиваемых отверстиях в кладке на глубину 100 мми более, а также накладки из листового или профильного металла, закрепляемые на усиливаемых участках стен с помощью стяжных болтов (рис. 14.3). Скобы и накладки могут размещаться с одной (при толщине стены 640 мм и менее) или двух сторон (при большей толщине) усиливаемого участка, на поверхности, в горизонтальных швах (для скоб диаметром, не превышающем толщину шва) и в предварительно подготовленных штрабах. Размещение накладок в штрабах эффективно при смещениях участков стен, разделенных трещиной, относительно друг друга по вертикали.

Рис. 14.3. Усиление стен наладками: а – общий вид усиления, б – усиление простенка,
в – усиление вблизи угла здания: 1 – стальная накладка, 2 – стяжной болт, 3 – гайка, 4 – штраба, 5 – опорная пластина (полоса), 6 – уголок, 7 – трещина

В качестве накладок применяются прокатные профили в виде швеллеров №№ 16…20, уголков с шириной полки, примыкающей к стене, 75…100 мм, а также полосовая сталь шириной 70 мм и более. Стяжные болты выполняют из круглой стали диаметром 16…22 мм. Расстояние от трещины до ближайших к ней стяжных болтов должно составлять не менее 600мм. В случае если трещина находится вблизи угла здания, накладки заводятся за угол не менее чем на 1000 мм. После монтажа накладок штрабы заполняют бетоном. Стальные накладки, устанавливаемые на поверхности стен без устройства штраб, покрывают антикоррозионными составами или оштукатуривают по сетке.

При невозможности достижения требуемой степени повышения прочности без увеличения поперечного сечения элемента применяют методы усиления, увеличивающие площадь поперечного сечения путем устройства наращивания или обойм.

Наращивание может быть каменным, армокаменным или железобетонным.

Для наращивания применяется кирпич и раствор марок не ниже фактической условной марки кирпича и раствора, полученной при испытании образцов из усиливаемой конструкции.

Наращивание устраивают толщиной в 1/2 кирпича или более. Совместная работа с кирпичной кладкой усиливаемой конструкции обеспечивается путем устройства борозд в усиливаемой кладке глубиной в 1/2 кирпича или с помощью анкеров, забиваемых в швы. Для кладки наращивания возможно применение продольного и поперечного армирования.

Расчет прочности каменных конструкций, усиленных каменным (армокаменным) наращиванием, производится по [12] с учетом его совместной работы с усиливаемой конструкцией путем введения дополнительного коэффициента условий работы к расчетному сопротивлению каменной кладки наращивания, равного:

- при усилении элемента под нагрузкой, превышающей 70 % расчетной, .

- при усилении элемента под нагрузкой, не превышающей 70 % расчетной, .

Для устройства наращивания из железобетона применяется бетон класса не ниже . Железобетонная часть возводится в предварительно подготовленных нишах или существующих каналах кирпичной кладки (рис. 14.4). Процент армирования железобетонной части сечения должен составлять 0,5…1,5 %. Так как деформативность каменной кладки существенно выше деформативности железобетона, то при усилении под нагрузкой дополнительные бетон и арматура работают совместно с усиливаемой конструкцией и достигают своего расчетного сопротивления в предельном состоянии.

Рис. 14.4. Усиление простенков с пилястрами монолитными железобетонными
элементами: а, в – сквозная пробивка стены; б, г – устройство углублений
с одной стороны: 1 – усиливаемая кладка, 2 – продольная арматура,
3 – поперечная арматура, 4 – бетон усиления

Эффективным методом увеличения прочности каменной кладки при малых эксцентриситетах ( ) является устройство обойм: 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.

Рис. 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.

Железобетонная обойма (рис. 14.6) представляет собой пространственный арматурный каркас из продольной и поперечной арматуры, омоноличенный бетоном. Этот вид обоймы применяется при значительных повреждениях кладки и позволяет значительно повысить прочность усиливаемого каменного элемента.

Рис. 14.6. Усиление железобетонной обоймой: а – столбов, б – простенков:
1 – усиливаемая конструкция, 2 – продольная арматура, 3 – поперечная арматура, 4 – бетон, 5 – дополнительные поперечные связи, 6 – продольная арматура, 7 – анкеры

Толщину обоймы и площадь поперечного сечения арматуры определяют расчетом. Ориентировочно толщина обоймы принимается 40…120 мм, диаметр поперечных стержней – 4…10 мм. Для обеспечения сцепления с бетоном продольная арматура отстоит от усиливаемой кладки не менее чем на 30 мм. Шаг хомутов принимают согласно расчету, но не более 150 мм. Шаг продольной арматуры – 250…300 мм. Для обоймы рекомендуется применять бетоны классов и выше.

Для увеличения площади контакта кладки с элементами усиления обоймы рекомендуется в кладке через каждые 3-4 ряда выполнять борозды на глубину 1/2 кирпича или расчищать швы кладки на 10…15 мм в глубину. Бетонирование производится методом инъецирования, нагнетая смесь через инъекционные отверстия в опалубке, торкретированием или последовательным бетонированием с наращиванием опалубки.

Армированная растворная обойма выполняется по аналогии с железобетонной, но вместо бетона применяют раствор марки не ниже М50. Растворная обойма позволяет сохранить существующие размеры поперечного сечения практически без изменения. При производстве работ не применяется опалубка. Цементный раствор, наносимый тонким слоем порядка 30…40 мм, выполняет функции связи между усиливаемой кладкой и арматурой и защищает арматуру от коррозии. Минимальная толщина защитного слоя составляет: для внутренних сухих помещений – 15 мм, для наружных и влажных помещений – 20…25 мм.

Для усиления каменных конструкций под нагрузкой, превышающей 70…80 % от расчетной, эффективно (позволяют повысить прочность каменных конструкций в 2-3 раза) применение предварительно напряженных распорок, установленных с одной или с двух сторон конструкции, в которых рабочими элементами являются вертикальные ветви распорки, а поперечные планки выполняют роль соединительных элементов, уменьшающих свободную длину ветвей.

Предварительно напряженные распорки (аналогично усилению железобетонных конструкций) состоят из уголковых профилей, располагаемых по углам конструкции и связанных друг с другом планками из полосовой стали или стержневой арматуры. Сверху и снизу распорки передают нагрузку на опорные уголки. Предварительное напряжение распорок осуществляется путем их перегиба в середине длины или с помощью домкратов.