Как усиливают колонны и простенки?

Усиливают стальными (рис. 66, а) или железобетонными (рис. 66, б) обоймами. Каменную кладку иног­да усиливают также и армированными штукатурными обоймами. Же­лезобетонные колонны крайних ря­дов (у которых 4-стороннее нара­щивание не всегда возможно осу­ществить) вместо обойм усиливают рубашками, а колонны, работающие на внецентренное сжатие с боль­шими эксцентриситетами, усилива­ют также односторонним или дву­сторонним наращиванием, подобно изгибаемым элементам (см. вопрос 6.15).

Обоймы выполняют двойную функцию: сдерживают поперечные

деформации усиливаемого элемен­та, т. е. повышают его прочность на сжатие за счет объемного напря­жения, и воспринимают часть вер­тикальной нагрузки, т. е. частично разгружают усиливаемый элемент. Функцию сдерживания поперечных деформаций выполняют планки стальных обойм и поперечная ар­матура (хомуты) железобетонных обойм, функцию восприятия верти­кальной нагрузки — соответствен­но вертикальные уголки и бетон с продольной (вертикальной) армату­рой.

Степень объемного напряжения можно повысить, если в планках со­здать предварительное напряжение (натяжными гайками, электронагре­вом, попарным стягиванием). Пред­варительным напряжением можно также повысить и степень включе­ния в работу вертикальных уголков стальных обойм.

Одним из самых простых спосо­бов такого преднапряжения являет­ся установка заранее перегнутых уголков с последующим их выпрям­лением за счет горизонтального стягивания (рис. 67). После выпрямле­ния уголки превращаются в распор­ки и в них возникает сжимающее усилие , на величину которого происходит разгружение колонны. Здесь 0,9 — ко­эффициент условий работы, учиты­вающий потери напряжений от обмятия, А_sc — суммарная площадь по­перечного сечения уголков, i = tgα. Приведенная формула справедлива, разумеется, только при наличии на­дежных упоров в торцах уголков с самого начала их стягивания. По­добным способом эффективно уси­ливать колонны, работающие как с малыми (а), так и с большими (б) эксцентриситетами.

При усилении колонн многоэтаж­ных зданий следует помнить о том, что нижние реакции распорок на промежуточных этажах создают до­полнительные нагрузки на нижеле­жащие перекрытия, поэтому усиле­ние нужно выполнять, начиная с самых нижних колонн.

6.23. Как рассчитывают уси­ление железобетонных колонн обоймами?

При усилении стальными обой­мами последние рассматривают как самостоятельные конструкции, в ко­торых несущими элементами явля­ются вертикальные уголки, а план­ки играют ту же роль, что и планки стальных решетчатых колонн. Ины­ми словами, положительным влияни­ем планок на поперечные дефор­мации бетона усиливаемой колон­ны пренебрегают.

Наибольший эффект усиления достигается при использовании преднапряженных обойм-распорок, кото­рые можно использовать без разгружения колонн (см. вопрос 6.22). Проектируя их, следует, однако, помнить о том, чтобы усилие N_sp не продавило опорные поверхности перекрытий (покрытия) и не оторва­ло от колонны сами перекрытия (по­крытие), и о том, что стадия монта­жа (стягивания вертикальных угол­ков) является наиболее невыгодной в работе распорок, так как уголки еще не соединены планками и их гибкость велика.

При отсутствии преднапряжения стальные обоймы имеет смысл при­менять только при условии частич­ного или полного разгружения ко­лонн (что далеко не всегда возмож­но осуществить) и при условии плот­ной подклинки зазоров между кон­цами уголков и опорными поверх­ностями. Тогда при действии допол­нительной нагрузки уголки следует рассчитывать на основе равенства их продольных деформаций с дефор­мациями железобетонной колонны (точнее всего — совмещая диаграм­мы сжатия стали и бетона данного класса). Понятно, что чем меньше нагрузки снято с колонны, тем мень­ше напряжения в уголках обоймы, тем менее эффективно работает обойма.

При усилении железобетонными обоймами поперечное сечение, если пользоваться рекомендациями справочников (весьма спорными), приведенными в ответе 6.16, мож­но рассчитывать как монолитное с соответствующими коэффициентами условий работы бетона и арматуры наращённой части и с поправками на разные классы бетона старой и новой частей сечения.

6.24. Как рассчитывают ка­менные колонны и простенки, уси­ленные обоймами?

При усилении каменных колонн и простенков поперечная армату­ра и планки играют куда более заметную роль, чем при усилении железобетонных колонн. Это выз­вано, с одной стороны, большей деформативностью каменной клад­ки, а с другой — более основа­тельными экспериментальными ис­следованиями, выполненными еще на рубеже 1940-50-х гг. В расчет­ные формулы несущей способнос­ти усиленной кладки (см. "Посо­бие по проектированию каменных и армокаменных конструкций", М., 1989) входят два главных слагае­мых — несущая способность клад­ки и несущая способность верти­кальных элементов обоймы (угол­ков или бетона с продольной ар­матурой).

Несущая способность кладки зависит от марки кирпича и ра­створа, от наличия в ней дефектов и повреждений и от объемного про­цента внешнего поперечного арми­рования (планок или хомутов). На­пример, при наличии поперечных планок сечением 5 х 60 мм с ша­гом по высоте 500 мм (объемный процент армирования 0,47%) проч­ность колонны сечением 510x510 мм из кирпича марки 75 на ра­створе марки 50 повышается на 62%. Однако с увеличением попе­речного армирования его влияние затухает. В том же примере увели­чение сечения планок или умень­шение их шага вдвое дает допол­нительное повышение расчетного сопротивления кладки всего на 19%.

Несущая способность вертикаль­ных элементов обоймы зависит от площади их сечения, класса (мар­ки) стали и бетона и от способов закрепления концов обоймы. Если оба конца уперты в соответствую­щие конструкции, т. е. нагрузка с вышележащих конструкций непос­редственно передается на обойму, а с нее на нижележащие конструк­ции, то расчетное сопротивление вертикальных уголков и продольной арматуры принимается с коэффици­ентом 0,85, а бетона — с коэффи­циентом 1,0. Если уперт только один конец, то с коэффициентами соот­ветственно 0,6 и 0,7, если непос­редственной передачи нагрузки нет, то соответственно 0,2 и 0,35. В пос­леднем случае продольные напря­жения в вертикальных элементах обойм образуются благодаря совме­стным деформациям за счет сил сцепления (или трения) с поверхно­стью кладки.

6.25. Как передать часть на­грузки непосредственно на вер­тикальные уголки стальных обойм?

Передавать нагрузку удобнее всего через горизонтальные (упор­ные) уголки, которые через тонкий выравнивающий слой раствора сле­дует плотно прижать к опорным по­верхностям соответствующих конст­рукций — балок, перемычек, фун­даментов и т. п., а затем приварить к вертикальным уголкам (рис. 68).

Однако возможности передавать нагрузку на вертикальные уголки существенно ограничены, о чем все­гда следует помнить. Во-первых, при усилении промежуточных колонн многоэтажных зданий нагрузка от уголков будет передаваться на ни­жележащие перекрытия. Для такой передачи должна быть уверенность в том, что эти перекрытия в состоя­нии воспринять дополнительную нагрузку. Во-вторых, чтобы передать хотя бы часть нагрузки, необходимо эту часть с перекрытия (покрытия) предварительно снять.

Наконец, в многоэтажных здани­ях, чтобы загрузить уголки обоймы нижнего этажа, мало разгрузить пе­рекрытия всех этажей, нужно еще усилить обоймами все выше распо­ложенные колонны, уголки которых будут передавать по цепочке нагруз­ку на нижнюю обойму. Если обой­мы на выше расположенных колон­нах не установить, то на уголки ниж­ней колонны будет передаваться только та часть нагрузки, которая была временно снята с перекрытия одного нижнего этажа. В силу пере­численных причин использовать в полной мере несущую способность вертикальных уголков без их пред­варительного напряжения удается крайне редко.

6.26. Всегда ли поперечные планки стальных обойм эффектив­но сдерживают поперечные де­формации каменных колонн и простенков?

Нет, не всегда. Если вертикаль­ные уголки неплотно и неравномер­но прижаты к поверхностям усиливаемого элемента, то последний имеет возможность беспрепятствен­но деформироваться в поперечном направлении до тех пор, пока не исчезнет зазор, — только тогда план­ки начнут вступать в работу. При таком качестве исполнения (к со­жалению, не редком) проку от уси­ления почти нет. Поэтому при уси­лении стальными обоймами всегда необходимо предусматривать мероп­риятия, заставляющие планки не­медленно включаться в работу.

Одним из них может быть при­жатие уголков инвентарными струб­цинами до начала приварки к ним планок, другим — предварительное напряжение планок электронагревом или натяжными гайками (в после­днем случае планками являются круглые стержни с резьбой на од­ном конце). При этом между повер­хностями уголков и усиливаемой кон­струкции следует проложить вырав­нивающий слой раствора. Данные требования особенно относятся к усилению каменных или бетонных простенков, образуемых в существу­ющих стенах при устройстве в них новых проёмов. При пробивке та­ких проемов перфораторами (отбой­ными молотками) образуются "рва­ные" края, зазоры между уголками и поверхностями простенков дости­гают нескольких сантиметров и стальная обойма, по существу, ста­новится лишь декорацией. Поэтому новые проемы в стенах следует не пробивать, а прорезать дисковой пилой.

Далее, при редком расположе­нии планок разрушение усиливае­мого элемента может произойти в промежутках между ними. Поэтому планки по высоте необходимо располагать с шагом не более 500 мм и не более наименьшего размера поперечного сечения усиливаемого элемента.

Наконец, с увеличением шири­ны простенков влияние планок, рас­положенных по коротким сторонам сечения, уменьшается. Поэтому, если ширина простенка превышает его толщину в два раза и более, то длинные планки необходимо стяги­вать попарно болтами, которые иг­рают роль внутренних планок (рис. 69). Их пропускают через отверстия в кладке с шагом не более 0,75 м по высоте и не более двойной тол­щины простенка (но не более 1 м) по ширине.

6.27. Какую ошибку допуска­ют при усилении простенков, об­разуемых в результате устройства новых проемов?

После устройства в стене ново­го проема, неподалеку от существу­ющего, простенок, расположенный между ними, часто оказывается пе­регруженным, и в проекте реконст­рукции предусматривают его усиле­ние обоймой. Однако усиление, как правило, выполняют уже после уст­ройства нового проема, допуская тем самым грубейшую ошибку, посколь­ку усиливают уже перегруженный (а то и аварийный) простенок. Чтобы подобная ошибка не привела к ро­ковым последствиям, проектировщи­кам следует разрабатывать в про­екте комплекс противоаварийных мер, включая устройство временных разгружающих конструкций до на­чала пробивки проема.

6.28. Как усиливают стыки ко­лонн со стаканными фундамента­ми?

Типичный дефект стыков колонн со стаканными фундаментами опи­сан в вопросе 1.2. Исправить этот дефект — значит восстановить жес­ткость узла сопряжения указанных конструкций. Делается это обычно с помощью наращивания фунда­мента (рис. 70). Размеры наращённой части, класс бетона и армиро­вание определяются изгибающими моментами и поперечными силами в заделке. Для надежной передачи усилий наращённая часть должна иметь хорошее сцепление с повер­хностью колонны и существующего фундамента (см. вопрос 6.15).