5.34. Несущая способность существующих каменных конструкций (столбов, простенков, стен и др.) может оказаться недостаточной при реконструкции зданий, надстройках, а также при наличии дефектов в кладке. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.

Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные.

Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), марка бетона или штукатурного раствора и состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию.

С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет непропорционально, а по затухающей кривой.

Опытами установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами, полностью восстанавливают свою несущую способность.

5.35. Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см (черт. 15, а). Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.

5.36. Железобетонная обойма выполняется из бетона марок 150-200 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (черт. 15,б).

5.37. Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора марки 50-100 (черт. 15, в).

Черт. 15. Схема усиления кирпичных столбов обоймами.

а - металлической; б - железобетонной; в - армированной штукатуркой; 1 – планка f 1 сечением 35´5 - 60´12 мм; 2 - сварка; 3 - стержни диаметром 5-12 мм; 4 - хомуты диаметром 4-10мм; 5 - бетон класса В7,5 -В15; 6 - штукатурка (раствор марки 50-100)

5.38. Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, производится по формулам:

при стальной обойме

при железобетонной обойме

при армированной растворной обойме

. (73)

Коэффициенты y и h принимаются при центральном сжтии y = 1 и h = 1; при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием):

В формулах (71) - (75):

N - продольная сила;

А - площадь сечения усиливаемой кладки;

A¢ s - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или продольной арматуры железобетонной обоймы;

А b - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

R sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

R sc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;

j - коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a принимается как для неусиленной кладки);

m g - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, пп.;

m k - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 - для кладки с трещинами;

m b - коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, 0,7 - при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и 0,35 - без непосредственной передачи нагрузки на обойму;

m - процент армирования хомутами и поперечными планками, определяемый по формуле

, (76)

где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;

s - расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (h ³ s £ b, но не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах (s£15 см).

5.39. Расчетные сопротивления арматуры, применяемой при устройстве обойм, принимаются по табл.10.

Усиление каменных конструкций из кирпича

Необходимость усиления строительных конструкций в процессе их эксплуатации возникает как при реконструкции и техническом перевооружении здании, так и вследствие физического износа и различных повреждений, вызванных коррозией материалов, механическими воздействиями, воздействиями агрессивной среды, некачественным изготовлением конструкций и нарушением норм производства строительно- монтажных работ, нарушением правил эксплуатации и условий технологии производства.

Восстановление и усиление каменных конструкций может быть выполнено различными способами, которые можно условно объединить в три группы: усиление без изменения расчетной схемы, с изменением расчетной схемы и с изменением напряженного состояния.

Результаты обследования каменных зданий, их конструкций и элементов обобщаются в техническом заключении, в котором на основании их технического состояния делаются выводы о необходимости их усиления или восстановления .

1. Методы восстановления конструкций из кирпича

   Наиболее распространенными методами восстановления каменных конструкций являются: оштукатуривание, инъецирование имеющихся трещин, частичная или полная перекладка элементов.

   Восстановление элементов оштукатуриванием применяется при поверхностных повреждениях кладки в виде выветривания раствора, размораживания, расслоения на глубину до 150 мм, а также при наличии стабилизированных осадочных трещин. Оштукатуривание осуществляется вручную (при глубине повреждения до 40 мм) или торкретированием раствором марки М75 и выше на основе цемента.

   Для обеспечения надежного сцепления штукатурного слоя с кирпичной кладкой производят подготовку оштукатуриваемой поверхности: кладку очищают от поврежденного кирпича и раствора, промывают и высушивают. При большой площади и толщине штукатурного слоя дополнительно расчищают горизонтальные швы на глубину 10...15 мм, на кладке выполняют насечку поверхности, устанавливают металлические сетки из проволоки диаметром 2...6 мм или стеклосетки. Металлические сетки могут выполняться на месте путем обвязки проволокой диаметром 2...3 мм вокруг анкеров диаметром, не превышающих толщину шва (рисунок 30). Края сеток заводят за поврежденный участок на длину не менее 500 мм. Если поврежденный участок находится вблизи угла здания, сетку заводят за угол на стену не менее чем на 1000 мм.

   Для восстановления и усиления каменной кладки, имеющей сквозные трещины силового и осадочного характера (при стабилизировавшихся осадках), применяется инъецирование цементным и полимерным растворами путем их нагнетания под давлением до 0,6 МПа с помощью нагнетательных устройств.

   Рисунок 30 – Восстановление кирпичных стен: а - с использованием обвязки из проволоки, б - с использованием готовых сеток: 1 - анкер, 2 - проволока, 3 - сетка, 4 - гвозди, 5 - восстанавливаемая кладка, 6 – раствор

   Расчетное сопротивление каменной кладки, усиленной инъецированием раствора в трещины, принимается с учетом поправочного коэффициента m k , зависящего от вида раствора и характера трещин:

   m k = 1,1 – для кладки с трещинами от силовых воздействий, инъецированных цементным раствором;

   m k = 1,3 – то же, полимерным раствором;

   m k = 1,0 – для кладки с трещинами от неравномерной осадки или нарушением связи между отдельными элементами, инъецированными цементным или полимерным растворами.

   Частичная (полная) перекладка производится при наличии большого количества мелких, одиночных глубоких и сквозных трещин при стабилизировавшихся осадках здания. Для перекладки применяют кирпич и раствор марки, не ниже марки кирпича и раствора восстанавливаемой кладки. При перекладке участков должна быть сохранена принятая перевязка швов (рисунок 31).

   

   Рисунок 31 – Восстановление каменной кладки частичной перекладкой: а - частичная перекладка с одной стороны, б - то же с двух сторон: 1 - трещина, 2 - восстанавливаемая стена, 3 - частичная перекладка

   Для восстановления целостности 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 мм и более, а также накладки из листового или профильного металла, закрепляемые на усиливаемых участках стен с помощью стяжных болтов (рисунок 32). 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.

   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 600 мм. 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 .

   
   

   Рисунок 32 – 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

2. Усиление элементов конструкций из кирпича

   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 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,

   γ k , ad = 0,8.

   при усилении элемента под нагрузкой, не превышающей 70 %

   расчетной, γ k , ad = 1.

   Для устройства наращивания из железобетона применяется бетон класса не ниже C12/15. Железобетонная часть возводится в предварительно подготовленных нишах или существующих каналах кирпичной кладки (рисунок 33). 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.

   

   Рисунок 33 – 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 (рисунок 34), 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.

   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.

   
   

   Рисунок 34 – 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

   Железобетонная обойма (рисунок 35) 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.

   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 C12/15 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.

   
   

   Рисунок 35 – 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

   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 .

   Расчет каменных конструкций, усиленных обоймами, производится в соответствии с .

3. Усиление сопряжений элементов конструкций из кирпича

   Для восстановления целостности стен в местах сопряжения применяютстальные затяжки (рисунок 36),шпонки (рисунок 37),гибкие связи в виде анкеров (рисунок 38), а такжеперекладку поврежденных участков.

   Стальные затяжки выполняют из круглой стали диаметром 20...25 мм с резьбой по концам и распределительных прокладок из уголков или швеллеров. Стальные затяжки располагают, как правило, в уровне перекрытия. Устройство затяжек производят в следующей последовательности: устраивают горизонтальную штрабу в продольной стене на глубину 60…130 мм, просверливают отверстия для тяжей. В поперечных стенах на расстоянии не менее 1000 мм от места разрыва пробивают отверстие для установки распределительной прокладки. Тяжи закрепляют на распределительных прокладках и предварительно напрягают завинчиванием гаек на концах в сочетании с нагреванием тяжей. После монтажа затяжек тяжи покрывают антикоррозионными составами, а штрабы заполняют бетоном или заделываются кирпичом.

   

   Рисунок 36 – Восстановление сопряжений стен стальными затяжками: 1

   Продольная стена, 2 - поперечная стена, 3 - перекрытие, 4 - тяжи, 5 -

   распределительные прокладки, 6 - гайки, 7 - цементный раствор

   
   

   Рисунок 37 – Восстановление сопряжений железобетонными шпонками: а - с вертикальными арматурными каркасами, б - то же, с горизонтальными каркасами

   
   

   Рисунок 38 – Восстановление сопряжений гибкими связями: 1 - продольная стена, 2- железобетонная колонна, 3 - закладная деталь колонны, 4 - сварка, 5 – анкер

   Для восстановления сопряжений стен также используются шпонки: железобетонные и стальные. На этаж устанавливается не более 2-3 шпонок. Для первого этажа: в уровне пола у фундамента, в середине стены и в уровне перекрытия.

   Железобетонные шпонки состоят из арматурного каркаса из стержней

   16…20 мм и бетона класса C12/15 и выше.

   Стальные шпонки выполняют из пластин, уголков, швеллеров. При устройстве стальных шпонок пробивают вертикальные штрабы длиной 400…600 мм. Монтаж шпонок производят на растворах повышенной прочности. Шпонки оборачивают металлической сеткой, а после монтажа стягивают болтами диаметром не менее 16 мм и оштукатуривают раствором.

   Перекладка участков стен, простенков осуществляется в случаях значительных отклонений от вертикали, сдвигов, перекосов, выпучиваний,

   когда отклонение от первоначального положения составляет более 1/3 толщины, с обязательным креплением гибкими связями к близлежащим конструкциям: стенам, колоннам, перекрытиям и покрытиям .

4. Повышение пространственной жесткости кирпичных зданий

   В результате неравномерной осадки оснований фундаментов, различной жесткости элементов и разнонагруженности стен, а также при воздействиях природных и техногенных факторов происходит нарушение пространственной жесткости коробки здания в целом или какой-либо ее части.

   Для восстановления целостности остова здания применяют пояса, которые воспринимают неравномерные деформации, растягивающие усилия кладки и способствуют перераспределению нагрузки на основание.

   В зависимости от характера проводимых работ (восстановление жесткости эксплуатируемого здания, реконструкция или надстройка), причин и вида повреждений применяются стальные (гибкие, жесткие), армокаменные или железобетонные пояса.

   Стальные гибкие напрягаемые пояса (рисунок 39) представляют собой систему горизонтальных распределительных устройств, состоящих из тяжей диаметром 20...40 мм, напрягаемых при помощи муфт с двухсторонней резьбой (правой и левой) или закручиванием гаек на концах, концевых и промежуточных упоров.

   Поясами создается один или несколько замкнутых контуров по стенам.

   Производится объемное обжатие всего здания или его части.

   С целью эффективного обжатия всей коробки здания длину большей части пояса рекомендуется принимать не более 1,5 коротких. В многоэтажных зданиях тяжи устанавливают в уровне перекрытий. Допускается связь тяжей с перекрытиями. В промышленных и общественных

   одноэтажных зданиях тяжи устанавливают в уровне низа стропильных конструкций.

   Пояса устанавливают либо на поверхности стен, ухудшая внешний вид, но сокращая трудоемкость работ, либо в штрабах кладки, не меняя внешнего вида и надежно предохраняя металлические детали от коррозии.

   При устройстве пояса в кладке пробивают горизонтальные штрабы глубиной 70…80 мм и сквозные отверстия для продольных и поперечных тяжей. На углах здания на растворах повышенной прочности вертикально устанавливают отрезки уголков. Если пояса устанавливают на поверхности стен, для удобства монтажа и исключения провисания тяжей по длине в кладку забивают промежуточные скобы.

   Монтаж поясов усиливаемого здания осуществляется последовательно снизу вверх (рисунок 39).

   Предварительное напряжение производят с помощью соединительных муфт одновременным натяжением всех тяжей или первоначально напрягают тяжи проходящие внутри здания, а затем - снаружи. Натяжение производят динамометрическим ключом, домкратом или ломиком с плечом 1500 мм с усилием на конце 30...40 кг. Для уменьшения трудоемкости натяжения рекомендуется осуществлять электро- или термонагрев тяжей. Степень натяжения следует контролировать приборами. Тяжи считаются натянутыми, если они не провисают и при ударе по ним ломиком издают звук высокого тона. При устройстве тяжей в условиях пониженных температур выполняется их дополнительное натяжение. После фиксации тяжей и их напряжения производится инъецирование трещин в стенах или выполняется частичная перекладка в зависимости от характера и степени повреждения.

   

   Рисунок 39 – Усиление здания стальными предварительно напряженными поясами: 1 - тяж, 2 - стяжная муфта с двухсторонней резьбой, 3 - упорный уголок, 4 - накладка из швеллера, 5 - гайка с шайбой

   Расчет сечения гибких тяжей производят из условия равной прочности тяжей на растяжение и каменной кладки на срез. Расчетное усилие определяется по формуле

   (16)

   где R sq - расчетное сопротивление кладки на срез, МПа; l - длина стены; b -

   толщина стены.

   Стальные жесткие пояса (рисунок 40) выполняются из профильной стали (в основном, из швеллеров, уголков и полосовой стали) и предназначаются для передачи усилий на более прочные участки. Пояса охватывают все здание или его часть, выполняются замкнутыми или незамкнутыми. Незамкнутые пояса применяют при разрывах здания, продольных и поперечных стен, углов. Номер профиля назначается конструктивно.

   
   

   Рисунок 40 – Усиление части здания устройством предварительно напряженного стального пояса из прокатных профилей: 1 - трещина, 2 - пояс из швеллера, 3 - стяжной болт, 4 - гайка, 5 - анкер

   Стальные жесткие пояса могут выполняться предварительно напряженными. Натяжение жестких поясов осуществляется с помощью болтовых соединений (рисунок 41). Диаметр натяжного болта (шпильки) определяется расчетом и ориентировочно составляет 20...25 мм.

   Стальные жесткие пояса устанавливают по всему контуру здания или его части в штрабах или на поверхности стен. В зависимости от толщины стены пояса располагаются с одной или двух сторон стены: при толщине более 640 мм - с двух сторон, при толщине менее 640 мм - с одной.

   Фиксация двухсторонних поясов выполняется болтами диаметром 16...20 мм, которые при помощи гаек стягивают пояса друг с другом и играют роль анкеров. При расположении пояса с одной стороны совместная

   работа достигается за счет устройства анкеров (рисунок 40, вариант А (в штрабе). Шаг болтов - 2000...2500 мм, анкеров - 500...700 мм.

   
   

   Рисунок 41 – Натяжное устройство предварительно напряженного стального пояса из прокатных профилей

   Стальные гибкие и жесткие пояса, установленные на поверхности стен, вместе с муфтами, упорными уголками, накладками, огрунтовывают и окрашивают или оштукатуривают по сетке.

   При надстройке здания с целью повышения его пространственной жесткости в уровне перекрытий, покрытий выполняют армокаменные (рисунок 42,а) или железобетонные (рисунок 42,б) пояса жесткости.

   

   Рисунок 42 – Усиление стен здания поясами: а - армокаменным; б - железобетонным: 1 - кирпичная кладка стен, 2 - армокаменный пояс, 3 - стальная сетка, 4 - железобетонный пояс, 5 - продольная арматура, 6 - поперечная арматура, 7 – утепление

   При устройстве армокаменного пояса допускается применение продольных стержней арматуры в поясе диаметром до 12 мм с утолщением шва до 25 мм. Ориентировочно площадь продольной арматуры пояса в стенах толщиной до 510 мм можно принимать в пределах 4,5 см 2 , а при большей толщине - 6,5 см 2 .

   Железобетонный пояс выполняется из бетона класса не ниже C12/15 с армированием пространственным арматурным каркасом. Возможно использование жесткой арматуры в поясе. Высота поперечного сечения пояса составляет не менее 120 мм, ориентировочно ширина сечения пояса принимается равной: при толщине стены до 510 мм - толщине стены с учетом утепления, при толщине стены более 510 мм - возможно устройство меньшего по ширине пояса. В месте устройства железобетонного пояса следует предусматривать дополнительное утепление стен для ликвидации

   «мостиков холода» .

   Устройство предварительно напряженных армированных поясов рассмотрено в .

Существуют разные варианты усиления простенков, столбов и колонн здания. Чаще применяемые - это обоймы металлические, армоцементные и железобетонные. Проще всего выполнить обойму из уголков с последующим оштукатуриванием по сетке. Для этого отбивают штукатурку, устанавливают вертикальные уголки по углам простенка и соединяют их горизонтальными полосами. При ширине простенка больше полутора его толщины (b >1,5h ) длинные полосы стягивают через кладку тяжами из арматуры Ø10S240. Затем зачеканивают все щели цементным раствором, обвязывают простенок сетками и штукатурят (рис. 2).

Рис. 2 Усиление кирпичного простенка:

а - вид на простенок; б - сечение 1-1; 1 - кирпичный простенок; 2 - уголки металлической обоймы; 3 - полосы; 4 - тяж из арматуры; 5 - штукатурка по сетке

Исходные данные. Выполнить усиление кирпичного простенка обоймой из уголков с последующим оштукатуриванием по сетке. Простенок имеет ширину b = 90 см и толщину h = 51 см. Высота этажа 2,8 м. Кирпичная кладка из глиняного кирпича пластического прессования марки 75 на растворе М25 с упругой характеристикой кладки α = 1000 и расчетным сопротивлением R = 1,1 МПа.

На простенок передается расчетная нагрузка N = 476 кН с эксцентриситетом е 0 = 5 см. В кладке имеются трещины.

Решение

Усиливаем простенок обоймой из 4-х уголков 50×50×5 с площадью сечения и полосами 50×8 с площадью сечения . Полосы располагаем по высоте с шагом s = 35 см. Расчетное сопротивление металла полос R sw = 150 МПа, а уголков в зависимости от схемы передачи нагрузки на уголки и с уголков на стену: без передачи 43 МПа, с односторонней передачей 130 МПа, с двухсторонней передачей (уголки непосредственно воспринимают нагрузку и передают ее вниз) 190 МПа.

Несущая способность простенка после усиления уголками определяется по формуле:

,

где φ и η - коэффициенты, зависящие от эксцентриситета е 0 и высоты сечения

простенка h ;

Средний коэффициент продольного изгиба всего простенка и сжатой части простенка, зависящие соответственно от гибкостей λ 1 и λ 2 ;

; (Приложение II);

; (Приложение II);

m к = 0,7 при наличии трещин в кладке. Если они отсутствуют, то m к = 1;

m g = 1 при h ≥ 30см.

А - площадь сечения усиливаемой кладки,

А = b·h = 90∙51 = 4590 см 2 = 0,459 м 2 ;

μ - процент армирования кладки поперечными полосами,

Несущая способность усиленного металлической обоймой простенка при R s с = 43 МПа равна:

Как видно, несущая способность простенка после усиления выше, чем расчетная нагрузка.

6 Темы для самостоятельного изучения материала дисциплины

Темы для самостоятельного изучения	Литература
Тема 1. Усиление металлических конструкций 1. Основные положения при разработке проектной документации, расчете и конструировании усилений 2. Дефекты и повреждения стальных конструкций 3. Усиление металлических стропильных ферм	стр.125-131, стр.165-168, стр.83-87 стр.73-76, стр.47-50. стр.191-202
Тема №2. Усиление железобетонных несущих элементов зданий. Фундаменты и способы их усиления. 1. Определение необходимости усиления железобетонных конструкций 2. Классификация способов усиления. Усиление сжатой зоны бетона путем наращивания дополнительного слоя бетона 3. Расчетные формулы. Усиление балок в растянутой зоне бетона путем приварки дополнительного слоя арматуры 4. Усиление железобетонных колонн обоймами 5. Основные причины и методы усиления фундаментов	стр.125-131 стр.160-163, стр. 5-11 стр.286-288. стр.180-191, стр.8-11. стр.131-144, стр.3-32, стр.175-176, стр.174-175.

Литература

1. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л.Шагин, Ю.В. Бондаренко, Д.Ф. Гончаренко, В.Б. Гончаров; Под ред. А.Л. Шагина: Учебное пособие для строит. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1991.-352 с.: ил.

2. Бондаренко С.В., Санжаровский Р.С. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий - М.: Стройиздат, 1990 г.

3. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1988.-287 с.

4. Травин В.И. Капитальный ремонт и реконструкция жилых и общественных зданий - «Феникс», Ростов-на-Дону, 2002 г.

5. В.Н. Кутуков. Реконструкция зданий. – М.: Высшая школа, 1981. – 263 с., ил.

6. Калинин А.А. Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений: Учебное пособие / Издательство Ассоциации строительных вузов. Москва; 2004, 160 с.

7. Девятаева Г.В. Технология реконструкции и модернизации зданий: Учеб. пособие. – М.: ИНФРА-М, 2006.-250 с.- (Среднее профессиональное образование).

8. Федоров В.В. Реконструкция и реставрация зданий: Учебник.- М.: ИНФРА-М, 2003. – 208 с. – (Серия «Среднее профессиональное образование»).

9. Б.С. Попович, Е.Р. Хило. Усиление строительных конструкций. – Львов, Высшая школа, 1985. – 290 с.

10. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). – М.: Стройиздат, 1989. – 159 с.

11. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22-81). – М.: ЦИНТ, 1988. – 150 с.

12. Усиление железобетонных конструкций (Пособие П1-98 к СНиП 2.03.01-84*). - Минск, 1998. – 189 с.

СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.

СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.

СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.

ТКП 45-5.05-146-2009 (02250). Деревянные конструкции.

СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции.

ТКП 45-5.01-67-2007 (02250). Фундаменты плитные. Правила проектирования.

ТКП 45-5.01-254-2012 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения. Строительные нормы проектирования.

Приложение II Коэффициенты продельного изгиба φ

Гибкость	Коэффициенты продельного изгиба φ при упругих характеристика кладки α
λ h	λ i
					0,98	0,94	0,9	0,82
		0,98	0,96	0,95	0,91	0,88	0,81	0,68
		0,95	0,92	0,9	0,85	0,8	0,7	0,54
		0,92	0,88	0,84	0,79	0,72	0,6	0,43
		0,88	0,84	0,79	0,72	0,64	0,51	0,34
		0,85	0,79	0,73	0,66	0,57	0,43	0,28
		0,81	0,74	0,68	0,59	0,5	0,37	0,23
		0,77	0,7	0,63	0,53	0,45	0,32	-
		0,69	0,61	0,53	0,43	0,35	0,24	-
		0,61	0,52	0,45	0,36	0,29	0,2	-
		0,53	0,45	0,39	0,32	0,25	0,17	-
		0,44	0,38	0,32	0,26	0,21	0,14	-
		0,36	0,31	0,26	0,21	0,17	0,12	-
		0,29	0,25	0,21	0,17	0,14	0,09	-
		0,21	0,18	0,16	0,13	0,1	0,07	-
		0,17	0,15	0,13	0,1	0,08	0,05	-
		0,13	0,12	0,1	0,08	0,06	0,04	-
Примечания: Коэффициенты φ при про­межуточных величинах гибкостей определяются по интерполяции.

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.

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.