Конструктивные схемы усиления каменных конструкций
Эффективным способом усиления каменных конструкций является заключение кладки в стальную или железобетонную обойму.
Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, привариваемых к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не более 50 см. Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.
Железобетонная обойма выполняется из бетона класса не ниже В12,5 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не более 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и может быть от 4 до 12 см. Ремонт поврежденной кладки стен, столбов, простенков, фундаментов осуществляется методом инъецирования, при котором в поврежденную кладку под давлением нагнетается жидкий цементный или полимерный раствор, что способствует замоноличиванию в кладке трещин, пор и пустот.
Подготовительные работы при инъецировании кладки включают: определение места расположения скважин, высверливание скважин и установку в них металлических патрубков; очистку трещин и поверхности кладки от образующегося при сверлении шлама и пыли; герметизацию всех трещин путем оштукатуривания тонким слоем цементного раствора. При инъецировании применяется в качестве вяжущего для цементных и цементно-полимерных растворов портландцемент марки не ниже 400 тонкостью помола не менее 2400 см 2 /г. Раствор нагнетается в конструкцию под давлением до 0,6 МПа. Инъекционные патрубки длиной 6-10 см изготовляются из обрезков газовых труб и имеют на одном конце резьбу 5-6 витков.
Ремонт каменных конструкций может осуществляться способом замены поврежденной кладки новой. Способ замены конструкций новыми требует предварительного устройства временных креплений на период производства работ, способных воспринять передающиеся на них вышерасположенные нагрузки. После устройства временных креплений допускается разборка старой кладки и выполнение новой с применением сетчатого армирования.
Ремонт кирпичных и бетонных стен (рис. 4.1) при разрушении кладки от размораживания в сооружениях с повышенной влажностью производят путем нанесения с наружной стороны стены дополнительного слоя утеплителя с одновременным устройством воздушной прослойки. Дополнительный утеплитель защищает конструкцию стены от воздействия отрицательных температур, а воздушная прослойка служит для удаления из стен избытка влаги.
Рис. 4.1 Устройство дополнительного слоя утеплителя с наружной стороны стены
Стекло или минераловатные утеплители и профилированные листы (стальные или асбестоцементные) крепятся опорными уголками к стене с помощью специальных элементов. Профилированные листы к опорным уголкам крепятся самонарезающимися винтами. Вентилируемые прослойки образуются внутренними полостями профилированных листов.
В случае ослабления прочности кладки до устройства ограждения с на-ружной стороны необходимо выполнить усиление кладки торкретированием.
Усиление столбов, простенков и пилястр обоймами показано на рис. 4.2; 4.3. Несущая способность каменных и кирпичных столбов, простенков, пилястр и пилонов может быть значительно увеличена устройством стальных, железобетонных или армированных растворных обойм, создающих боковое обжатие кладки. Обоймы устраивают в тех случаях, когда несущая способность столбов, простенков и пилястр недостаточна при реконструкции и надстройке зданий или при значительных повреждениях кладки (трещины, раздробления, сколы).
Рис. 4.2 Усиление столбов (простенков) обоймами: а - металлической; б - железобетонной; 1- кирпичный столб; 2 - стальные уголки; 3 - планки; 4 - бетон; 5 - продольная арматура диаметром 6-12 мм; 6 - хомуты диаметром 4-10 мм; 7 - новая кладка, армированная сетками через 3 ряда; 8 - сварка
Рис. 4.3 Усиление пилястр обоймами: а - стальными; б - железобетонными; 1 - стальные уголки; 2 - соединительные планки (хомуты); 3 - упорная шайба 10-12 мм; 4 - болт диаметром 18-22 мм; 5 - зачеканка цементным раствором; 6 - хомут диаметром 18-22 мм; 7 - арматурная сетка диаметром 8-12 мм; 8 - бетон; 9 - бетонные сухарики
Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов (поперечных планок) из полосовой стали или круглых стержней, привариваемых к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения элемента и не более 55 см. Для защиты от коррозии стальную обойму оштукатуривают цементным раствором М50-100 толщиной 2-3 см по металлической сетке. Сечение уголков и хомутов определяют расчетом. Рекомендуется применять уголки с полками размером 50-75 мм и хомуты из полосовой стали сечением 40х5-60х12 мм или из круглой стали диаметром 12-30 мм.
Для получения эффекта обжатия кладки зазор между кладкой и уголками следует тщательно заделывать (зачеканивать) цементным раствором М50-100 и обжимать с помощью напрягаемых обойм (рис. 4.4). Для натяжения гайки закручивают динамометрическим ключом. Величина натяжения 30-40 кН.
Рис. 4.4 Усиление каменных столбов металлическими напрягаемыми обоймами: 1 - уголки; 2 - отрезок уголка; 3 - поперечный стержень; 4 - гайка; 5 - шайба; 6 - штукатурный слой; 7 - прямой клин; 8 - обратный клин; 9 - peбро жесткости; 10 - опорный уголок
Железобетонная обойма выполняется из бетона В 12,5 и выше с армированием вертикальными стержнями диаметром 10-16 мм и хомутами диаметром 6-10 мм. Расстояние между хомутами должно быть не более 15 см. Класс бетона должен быть больше марки кирпича. Толщина обоймы принимается по расчету и может изменяться от 4 до 12 см. Бетонирование производится в опалубке.
Усиление каменных конструкций армированными растворными обоймами производится так же, как и железобетонными обоймами. При этом на поверхность конструкций вместо бетона наносят слоями по 2-3 см цементный раствор М75-200 вручную, с помощью растворонасоса или торкретированием.
При отношении ширины столба или простенка к толщине более двух в середине устанавливают дополнительные поперечные связи, пропускаемые через кладку на расстоянии не более двух толщин и не более 100 см.
Поврежденные пилястры усиливают стальными или железобетонными обоймами, как показано на рис. 4.3. Обоймы должны охватывать пилястру с трех сторон. При этом через стену пропускают стяжные хомуты диаметром 18-22 мм. Хомуты после установки обоймы затягивают снаружи с помощью гаек, под которые подкладывают стальные упорные шайбы 10х10 см толщиной 10-12 мм или обрезки швеллеров.
Перед устройством обойм поврежденную трещинами кладку столбов, простенков и пилястр рекомендуется усилить инъецированием цементного или цементно-полимерного раствора.
Стальные, железобетонные и растворные обоймы рассчитывают в соответствии с Руководством по проектированию каменных и армокаменных конструкций (М.: Стройиздат, 1984).
При местном повреждении кладки простенков, столбов, пилястр (вертикальные или косые трещины небольшой длины, раздробление и сколы кладки под концами перемычек в местах опирания балок, ферм) устройство обойм необязательно. Поврежденные участки достаточно стянуть одиночными хомутами (бандажами) из полосовой стали 6х60 (80) мм (рис. 4.5), а поврежденную кладку заинъецировать цементным раствором под давлением.
Рис. 4.5 Усиление простенка стальным хомутом: 1 - хомут из полосовой стали 6х60 (80) мм; 2 - перемычка; 3 - заделка цементным раствором М100; 4 - трещина; 5 - простенок; 6 - сварка
Монолитность и несущая способность поврежденных трещинами каменных конструкций (стен, столбов, простенков, сводов и т. п.) можно восстановить путем нагнетания (инъекции) в кладку под давлением до 0,6 МПа цементных, цементно-полимерных и полимерных растворов с помощью ручных или механических насосов. Монолитность и прочность кладки повышается благодаря склеивающему эффекту растворов и заполнению ими пустот и трещин в кладке.
Несущую способность поврежденной трещинами кирпичной кладки при сжатии после инъецирования цементным и цементно-полимерным раствором рассчитывают как монолитной кладки в соответствии со СНиП П-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» с умножением на коэффициенты m к: при инъецировании цементным и цементно-полимерным растворами m к =1,1; то же, полимерными растворами m к =l,3; при инъецировании отдельных трещин, возникших под воздействием температуры, усадки, при неравномерных осадках фундаментов m к =1.
Несущая способность кладки стен и фундаментов может быть значительно увеличена путем прикладки (новой кладки) или набетонки стен с одной или двух сторон. Прикладку стен и фундаментов выполняют из тех же материалов, что и основную стену.
Для повышения несущей способности кладку армируют сетками и каркасами. Толщина прикладки, определяемая расчетом, может изменяться от 12 до 38 см и более. Для обеспечения совместной работы с основной кладкой прикладка должна иметь конструктивную связь с основной кладкой (перевязка, шпонки, штыри, сквозные стержни и т. п.).
Набетонка стен выполняется из тяжелого или легкого бетонов В7,5-15, армированных сетками диаметром 4-12 мм (рис. 4.6). Толщина бетонных слоев, определяемая расчетом, колеблется от 4 до 12 см. Набетонку проводят на высоту этажа в опалубке с вибрированием или послойно бетонированием методом торкретирования.
Для повышения сцепления бетона с кладкой горизонтальные и вертикальные швы предварительно расчищают, поверхность кладки стен насекают и промывают водой.
Арматурные сетки крепят к стальным штырям диаметром 5-10 мм, заделанным на цементном растворе Ml00 в швы кладки или отверстия, просверленные электродрелью.
Для стен из кирпича и камней правильной формы глубина заделки штырей 8-12 см, шаг штырей по длине и высоте 60-70 см, при шахматном расположении - 90 см.
При двусторонней набетонке стен и фундаментов из бутовой кладки устанавливают сквозные связующие стержни диаметром 12-20 мм. Шаг стержней при хорошем сцеплении бетона с бутовой кладкой 1 м.
Несущую способность стен и фундаментов, усиленных набетонкой, рассчитывают как для многослойных стен с жесткой связью между слоями в соответствии с Пособием по проектированию каменных и армокаменных конструкций (М., 1987) к СНиП П-22-81 .
Рис. 4.6 Усиление стен набетонкой: 1 - стена; 2 - плиты перекрытий; 3 - набетонка; 4 - штыри диаметром 10 мм; 5 - арматурная сетка диаметром 6-8 мм
Столбы и простенки перекладывают в следующих случаях: когда усиление конструкций обоймами, инъекцией и т.п. экономически и технически нецелесообразно (значительное повреждение или ослабление сечения, аварийное состояние кладки); при надстройке и реконструкции зданий, когда указанные способы усиления недостаточны; при необходимости сохранения архитектурного облика здания.
Столбы и простенки, подлежащие перекладке, разбирают после устройства на время работ временных креплений, которые должны быть рассчитаны на восприятие нагрузок, действующих на заменяемый столб или простенок. Заменять простенки рекомендуется поочередно.
Временные крепления столбов и простенков рекомендуется выполнять в виде деревянных или металлических стоек на клиньях, устанавливаемых в непосредственной близости от разбираемой конструкции (рис. 4.7), либо путем частичной или полной временной закладки проемов по обе стороны от простенка.
Рис. 4.7 Укрепление поврежденных простенков стойками и разгрузка их от веса перекрытий: 1 - подкладка; 2 - стойка; 3 - клинья; 4 - лежень; 5 - перемычка; 6 - балка
При разборке простенков и столбов следует соблюдать меры безопасности при постоянном контроле состояния стоек и их подклинки. Использовать пневматические молотки для разборки кладки поврежденных простенков не рекомендуется.
Для кладки новых столбов и простенков применяют материалы повышенной прочности: каменные материалы (кирпич, бетонные и природные камни) марки 100 и выше на цементном растворе марки 100-150. При необходимости кладку армируют стальными сетками, располагаемыми в горизонтальных швах.
Для обеспечения плотного прилегания новой кладки к старой верх новой кладки не доводят до старой на 3-5 см с последующей тщательной зачеканкой зазора плотным («сухим») цементным раствором марки 100-150. Временные крепления разбирают при достижении раствором новой кладки 50 % проектной прочности.
Поверхностные слои и облицовку стен восстанавливают следующим образом. Выветрившиеся, размороженные и отслоившиеся слои кладки или облицовки стен удаляют и заменяют новой кладкой (облицовкой), конструктивно связанной со старой неповрежденной кладкой. Возводить новую кладку или облицовку без конструктивной связи со старой не допускается. Новая кладка (облицовка) выполняется из тех же или более прочных и морозостойких материалов на цементном растворе М50-100. Конструктивная связь новой и старой кладок обеспечивается перевязкой тычковых рядов (при возможности) либо с помощью стальных сеток и каркасов из стержней диаметром 3-4 мм или «усов» из вязальной или отожженной проволоки, заделанных в горизонтальные швы новой кладки через 60-90 см по высоте (кратно высоте ряда). Сетки, каркасы и «усы» крепят к стальным штырям диаметром 5-8 мм (рис. 4.8). Штыри забивают или заделывают на цементном растворе М100 в швы кладки на глубину 6-12 см. «Усы» могут заделываться в швы кладки на цементном растворе без штырей (петлей).
Вертикальный шов между старой и новой кладкой (облицовкой) заполняют цементным раствором. Замену разрушенных или отслоившихся слоев кладки и облицовки рекомендуется выполнять последовательно участками длиной не более 5 м в соответствии с ППР и с соблюдением мер безопасности.
В зависимости от конструктивных и архитектурных требований к монолитности и лицевой фактуре наружных поверхностей (фасадам) стен трещины рекомендуется заделывать путем инъекции и зачеканки цементным раствором, закладки кирпичом или заделки бетоном и путем залицовки поверхностей кладки кирпичом (камнем).
Инъекцию трещин с раскрытием до 4 мм выполняют нагнетанием цементного или цементно-полимерного раствора под давлением. При раскрытии трещин более 4 мм заделку трещин раствором можно выполнять с помощью растворонасоса или пневмонагнетателя.
Рис. 4.8 Крепление кирпичной облицовки к старой кладке штырями: 1 - старая кладка; 2 - облицовка; 3 - стальной штырь или гвоздь диаметром 5-8 мм; 4 - «усы» из проволки или арматурные сетки (пунктир) диаметром 3-4 мм; 5 - цементный раствор
Заделка (зачеканка) трещин цементным раствором рекомендуется при раскрытии трещин более 3 мм в случаях, когда полное заполнение трещин раствором не обязательно. Зачеканку цементным раствором М100 производят на глубину 2-4 см с каждой стороны после расчистки и промывки трещин водой.
Крупные трещины (разломы) с раскрытием более 5 см закладывают кирпичом на растворе М50-100 с перевязкой или без перевязки с основной кладкой или трещины заделывают бетоном (раствором) В3,5-7,5 на легких заполнителях.
Залицовку трещин и разломов стен выполняют, когда необходимо сохранить лицевую фактуру кладки из кирпича, камней или облицовки. При этом кладку стены по длине трещины разбирают на глубину в полкирпича и ширину не менее одного кирпича (камня) с последующей закладкой штрабы новым кирпичом в перевязку со старым (рис. 4.9).
В стенках и перегородках толщиной 25 см и менее разборку поврежденной кладки в зоне трещины и ее замену производят на всю толщину стены. Стены и простенки, имеющие продольное расслоение кладки (продольные трещины), должны стягиваться в поперечном направлении болтами с шайбой. Трещины заделывают инъекцией цементного или цементно-полимерного раствора, как указано выше. Диаметр стяжных болтов не менее 16 мм; шаг болтов по длине и высоте 60-70 см, при расположении болтов в шахматном порядке - 90 см.
Рис. 4.9 Заделка трещин с разборкой старой кладки
Усиление напрягаемыми стальными тяжами и поясами поврежденных трещинами стен и перекрытий одноэтажных и многоэтажных зданий (рис. 4.10, 4.11) проводят в целях: восстановления или повышения монолитности, пространственной жесткости зданий и прочности и устойчивости стен и перекрытий; прекращения развития деформаций стен из плоскости (наклонов, выпучивания); уменьшения или прекращения развития трещин в стенах и перекрытиях при неравномерных осадках фундаментов, температурно-влажностных воздействиях и при разной жесткости и нагруженности сопряженных стен.
Тяжи должны иметь натяжное устройство (муфты, гайки) или напрягаться термонагревом с помощью паяльных ламп или автогена. Усиление натяжения должно составлять 30-50 кН. Натяжение контролируют специальными приборами (тензометрами, тензодатчиками, индикаторами) или простукиванием (при ударе напряженный тяж должен издавать звук высокого тона). Натяжение проводят одновременно по всему контуру здания после заделки трещин цементным раствором под давлением. Расстояние между тяжами рекомендуется принимать 4-6 м с таким расчетом, чтобы на один тяж приходилась площадь стены не более 20 м 2 .
Рис. 4.10 Крепление стен металлическими тяжами в уровне перекрытий: а - внутри здания; б - снаружи здания; в - разрез; г - вариант укладки тяжей в штрабу; 1 - тяж; 2 - муфта натяжения; 3 - металлическая подкладка; 4 - швеллер № 16-20; 5 - уголок; 6 - цементный раствор марки 100
Рис. 4.11 Крепление выпучившейся стены металлическими тяжами: 1 - стена; 2 - тяж; 3 - натяжная муфта; 4 - траверса из швеллера № 14-16; 5 - подкладка
В многоэтажных зданиях тяжи снаружи и внутри помещений устанавливают в уровне верха перекрытий. В одноэтажных промышленных зданиях тяжи устанавливают по осям ферм или несущих балок в непосредственной близости от их опор и крепят к ним от провисания.
При усилении каменных стен снаружи поясами (рис. 4.10) тяжи укладывают на поверхности стен в штрабы сечением 70х80 мм, вырубленные в кладке, которые после натяжения тяжей заделывают цементным раствором М100-150.
Концевые упоры тяжей выполняют в виде металлических пластинок 10х10-15х15 см толщиной 10-12 мм или из отрезков швеллеров. Концы стержней (тяжей) должны иметь нарезку с гайкой.
При отсутствии перевязки или образовании вертикальных трещин в местах сопряжения наружных и внутренних стен монолитность кладки можно восстановить путем установки в уровне верха перекрытий напрягаемых хомутов из стержней диаметром 20-24 мм длиной 1,5-2 м (рис. 4.12).
Хомуты анкерят в поперечные стены с помощью отрезков уголков или швеллеров. Натяжение хомутов производят закручиванием гаек. Трещины или зазор между стенами заделывают цементным раствором под давлением.
Местное усиление поврежденных трещинами углов зданий и отдельных участков стен может выполняться двусторонней накладкой (обвязкой) металлических полос сечением 6х80-10х100 мм или швеллеров № 14-20, стянутых болтами диаметром 16-20 мм (рис. 4.13).
Поврежденные трещинами или разрушенные рядовые или клинчатые перемычки проемов перекладывают или усиливают подводкой стальных балок из швеллеров. Балки укладывают в штрабы, вырубленные с двух сторон стены, и стягивают болтами или хомутами (рис. 4.14). Металлические балки после установки покрывают сеткой и штукатурят цементным раствором М50-100.
Железобетонные перемычки в зависимости от степени повреждения ремонтируют (усиливаются) или заменяют новыми. Перемычки, на которые опираются балки или плиты перекрытий, при замене или перекладке необходимо полностью разгрузить путем подводки под опоры балок и плит временных креплений в виде стоек или рам (см. рис. 4.7). Стойки и рамы должны устанавливаться на клиньях.
Стальные тяжи, балки, обвязки, шайбы, хомуты, подвергающиеся атмосферным воздействиям или находящиеся в помещениях с влажным и мокрым режимами, должны иметь антикоррозионную защиту.
Рис. 4.12 Усиление стальными тяжами пересечения кирпичных стен, ослабленного трещиной или швом: 1 - тяж диаметром 20 мм; 2 - шайба 75х75х8; 3 - трещина, инъецированная цементным раствором М100; 4 - уголок или швеллер; 5 - штраба, залицованная кирпичом
Рис. 4.13 Усиление угла металлическими балками 1 - металлические балки № 16-20; 2 - стяжные болты диаметром 16-20 мм
Рис. 4.14 Усиление рядовых и клинчатых перемычек 1 - кладка; 2 - швеллер; 3 - болт; 4 - штукатурка по сетке
| Предыдущая |
В процессе эксплуатации каменных конструкций от различных причин могут появляться признаки их разрушения - в элементах возникают раскрытые трещины (см. рис. 5.27). Такие конструкции можно продолжать эксплуатировать после их усиления при помощи заключения каменной кладки в обойму.
Необходимость усиления может возникать и при изменении условий эксплуатации, например при увеличении нагрузок в результате реконструкции зданий, возведении надстроек и т.п.
Обоймы, которые должны плотно прилегать к кирпичной кладке, выполняются стальными, железобетонными, армированными. Кладка, заключенная в обойму, работает в условиях ограничения поперечного расширения (обойма препятствует расширению кладки), что увеличивает ее несущую способность в 2-2,5 раза. Включение столбов и простенков, имеющих трещины, в обойму может полностью восстановить их несущую способность. Наиболее эффективна работа той обоймы, на которую предусмотрена передача нагрузки (обойма упирается в верхнюю и нижнюю конструкции), в этом случае она не только сдерживает поперечное расширение кладки, но и воспринимает часть нагрузки, разгружая усиливаемый элемент.
Стальные обоймы выполняются путем постановки по углам столбов и простенков стальных прокатных уголков на растворе. Уголки объединяются планками, выполняемыми из полосовой стали, которые привариваются с шагом не более 500 мм и не более чем меньшая сторона сечения усиленного элемента. Для защиты стальной обоймы ее покрывают слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм по металлической сетке, обеспечивающей надежное сцепление раствора, или выполняют окраску обоймы (рис. 5.34, а).
Армированная штукатурная обойма выполняется из вертикальных стержней и хомутов и штукатурится раствором М75, М100 толщиной 30-40 мм (рис. 5.34, б). Аналогично можно выполнять железобетонную обойму, принимая толщину обоймы 40-120 мм.
Рис. 5.34. Усиление простенка обоймами: а) стальной обоймой;
б) армированной штукатурной обоймой; 1 - простенок; 2 - уголки;
3 - планки 35x5-60x12 мм; 4 - штукатурка; 5 - вертикальные стержни 0 8-12 мм; 6 - хомуты 0 4-10 мм
Примеры расчета колонн
Пример 5.1. Используя данные примера 3.7, рассчитать стальную колонну для здания магазина. Колонна выполнена из прокатного двутавра с параллельными гранями полок. Нагрузка N= 566,48 кН (фактически нагрузки от веса стальных балок и стальной колонны меньше, чем нагрузки, взятые по примеру 3.7, в котором нагрузки определены от веса железобетонных балок и кирпичной колонны, но для сравнения результатов расчетов в примерах 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 нагрузки приняты одинаковыми). Коэффициент надежности по ответственности принимаем у„ = 0,95; нагрузка с учетом коэффициента надежности по ответственности 566,48 0,95 = 538,16 кН. Колонна фактически выполняется высотой в два этажа, но расчетная длина принимается равной высоте одного этажа, так как учитывается ее закрепление в перекрытии 1е/- 3,6 м. Расчетная схема колонны и ее сечение приведены на рис. 5.35.
1. Определяем группу конструкций по табл. 50* СНиП П-23-81*; колонны относятся к группе конструкций 3. Принимаем сталь С245 по ГОСТ 27772-88 (принимая сталь, следует учитывать, выполняется из этой стали данный прокат или нет, так как зачастую определенный вид проката производится из ограниченных типов сталей (см. Приложение 1, табл. 2).
2. Определяем расчетное сопротивление стали по табл. 2.2, учитывая, что двутавр относится к фасонному прокату, и предварительно задавшись его толщиной / до 20 мм, /^=240 МПа = 24 кН/см2.
3. При расчетах на устойчивость принимаем коэффициент условия работы ус = 1 (табл. 2.3). Задаемся гибкостью колонны X- 100, что соответствует коэффициенту продольного изгиба Ф ~ 0,542 (табл. 5.3). Определяем требуемую площадь:
4. Определяем требуемый минимальный радиус инерции (по заданной гибкости X = 100): / = 4/А. = 360/100 = 3,6 см.
5. По требуемым площади и радиусу инерции подбираем двутавр по сортаменту двутавров с параллельными гранями полок. Ближе всего подходит двутавр 23Ш1, который имеет следующие характеристики: А = 46,08 см2; /х= 9,62 см; 4= 3,67 см.
6. Проверяем подобранное сечение:
Определяем наибольшую фактическую гибкость (наибольшая гибкость будет относительно оси у-у, так как радиус инерции от
одинаковых расчетных длинах сечения колонн получаются разными. Наименьшее сечение имеет стальная колонна, наибольшее сечение имеет колонна, выполненная из неармированной кирпичной кладки. Сечение деревянной колонны меньше, чем сечения колонн, выполненных из железобетона и кирпичной кладки.
Задачи для самостоятельной работы
Задача 5.1.
Подобрать сечение основной стальной колонны, выполненной из прокатного двутавра: нагрузка, действующая на колонну N- 300 кН; коэффициент надежности по ответственности % = 0,95; сталь С 235; коэффициент условия работы ус= 1; расчетная длина колонны 1^=6 м.
Задача 5.2.
Определить несущую способность стальной второстепенной колонны, выполненной из прокатного двутавра 20К2. Нагрузка, действующая на колонну, 20 кН, приложена по центру тяжести сечения; сталь С245; коэффициент условия работы ус = 1; расчетная длина 1е/= 5,0 м.
Задача 5.3.
Проверить прочность центрально-сжатого кирпичного столба. Нагрузка, действующая на столб, N- 340 кН; N,= 250 кН. Коэффициент надежности по ответственности уп = 0,95. Сечение столба 510x640 мм; кирпич силикатный М75; раствор цементно-известковый М50. Расчетная схема - шарнирное закрепление столба на опорах; высота столба Н= 4,2 м.
Задача 5.4.
Подобрать сечение центрально-сжатого кирпичного столба Расчетная длина /0=2,8 м. Нагрузка N- 120 кН, N,- 100 кН. Коэффициент надежности по ответственности у„ = 0,95. Кирпич глиняный пластического прессования М75; раствор цементно-известковый М75.
Задача 5.5.
Проверить прочность центрально-сжатой кирпичной колонны, выполненной с сетчатым армированием. На колонну действует нагрузка N- 380 кН. Коэффициент надежности по ответственности уп - 0,95. Сечение колонны 640x640 мм. Кирпич глиняный пластического прессования Ml25; раствор цементно-известковый М50. Колонна армирована сетками, выполненными из арматуры класса Вр-1, 04 мм. Шаг стержней арматуры в сетках (размер ячейки) с- 60 мм; шаг сеток 5= 154 мм.
Задача 5.6.
Подобрать сечение деревянной стойки из бруса; стойка шарнирно закреплена по концам, длина стойки /= 2,0 м. Нагрузка приложена по центру тяжести сечения, N- 15 кН. Коэффициент надеж
ности по ответственности уп = 0,9. Материал: береза; сорт 2. Температурно-влажностные условия эксплуатации В2 (эксплуатация на открытом воздухе в нормальной зоне, для таких условий эксплуатации коэффициент тв = 0,85). При определении расчетного сопротивления березы следует расчетное сопротивление, определенное для древесины сосны (ели), умножать на коэффициент тп (табл. 2.5), учитывающий другую породу древесины, и коэффициент тъ, учитывающий условия эксплуатации. Предельная гибкость стойки Хтах= 120.
Задача 5.7.
Проверить несущую способность деревянной стойки, выполненной из бревна. Материал: ель, сорт 3; условия эксплуатации A3 (коэффициент тъ = 0,9). Нагрузка, действующая на стойку, приложена по центру тяжести сечения, N- 150 кН. Коэффициент надежности по ответственности у„ = 0,95. Закрепление стержня шарнирное по обоим концам, длина /== 3,0 м. Диаметр бревна D= 180 мм. Предельная гибкость стойки Хтах- 120.
Задача 5.8.
Подобрать класс арматуры и диаметры поперечных стержней для железобетонной колонны, определить их шаг, если продольные стержни каркаса колонны приняты диаметром 25 мм, A-III.
Задача 5.9.
Рассчитать железобетонную колонну. Нагрузка, действующая на колонну, N= 640 кН; N{= 325 кН. Коэффициент надежности по ответственности уп = 0,95. Нагрузка приложена со случайным эксцентриситетом. Сечение колонны 350x350 мм, армирование симметричное. Высота колонны Н= 4,9 м, закрепление концов колонны шарнирное. Арматура - продольная класса A-II; поперечная Вр-1. Бетон тяжелый класса В20; уЬ2 - 0,9.
Задача 5.10.
Определить арматуру железобетонной колонны со случайным эксцентриситетом и законструировать ее сечение. Нагрузка: N- 1800 кН; N,= 1200 кН. Коэффициент надежности по ответственности у„ - 0,95. Расчетная длина колонны /0 = //кожя!НЫ = 7,0 м.
Сечение колонны 400x400 мм. Бетон тяжелый класса В30; уЬ2 - 0,9. Продольная и поперечная арматура класса A-III.
Задача 5.11.
Проверить несущую способность железобетонной колонны, на которую действует нагрузка N= 250 кН. Нагрузка приложена
со случайным эксцентриситетом; длительная часть нагрузки А,= 125 кН; коэффициент надежности по ответственности у„ = 0,95. Расчетная длина колонны /0 = 3,0 м. Армирование симметричное Ах = Л5 = (2 022 мм). Арматура класса А-Ш. Бетон тяжелый, класс прочности бетона В20; уй = 0,9. Сечение колонны 300x400 мм (рис. 5.39).
Задача 5.12.
Подобрать арматуру железобетонной колонны со случайным эксцентриситетом. Расчетная длина колонны /0 = 6,0 м. Сечение колонны 400 x 500 мм. Армирование симметричное, А5 -ЛЕ. Нагрузка: Ії= 700 кН, длительная часть нагрузки 525 кН. Коэф
фициент надежности по ответственности у„ ~ 1,0. Бетон тяжелый класса В25, коэффициент условия работы бетона уь2 = 0,9. Арматура продольная класса А-ІІ, поперечную арматуру принять, исходя из требуемого диаметра, класса А-І или Вр-1.
ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК)
УСИЛЕНИЕ КИРПИЧНЫХ ПРОСТЕНКОВ
I. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Работы по усилению кирпичных простенков и столбов выполняются в соответствии с настоящей технологической картой; последняя составлена для следующих вариантов проектного решения:
а) устройство металлического каркаса (рис.1);
Рис.1. Усиление кирпичного простенка устройством металлического каркаса.
б) устройство железобетонной обоймы (рис 2);
Рис.2. Усиление кирпичного простенка железобетонной обоймой
а - без увеличения сечения простенка; б-с увеличением сечения простенка
в) перекладка всего простенка или его части (рис.3, а - б).
Рис.3.Усиление кирпичного простенка путем его перекладки
а - полной; б - частичной
До начала работ по усилению простенков и столбов должны быть устранены причины, вызвавшие деформацию этих конструктивных элементов.
II. ПРИЕМЫ И СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ
1. Усиление кирпичных простенков и столбов состоит из следующих операций:
а) Демонтаж оконных заполнений.
б) Устройство временных креплений и предохранительного козырька или наружных (выпускных) лесов.
Временные крепления, предохранительный козырек и выпускные леса устраивать по конструктивной схеме показанной на рис.4. При наличии соответствующих указаний в проекте, а также во всех случаях перекладки (простенков, столбов и ремонте элементов в этих конструкциях), связанной с ослаблением сечения кладки при разборке более чем на 25%, производить вывешивание вышележащих конструкций перекрытий здания (рис.5), передающих нагрузку на перекладываемый простенок.
Рис.4. Схема устройства временных креплений перемычек и устройства выпускных лесов при перекладке простенков
Рис.5. Вывешивание балок перекрытия, опирающихся на перекладываемый простенок
Наружные (выпускные) леса для выполнения работ по устройству металлических каркасов и железобетонных обойм устанавливать, если эти работы невозможно вести с автовышек или передвижных лесов башенного типа.
в) Отбивка штукатурки со всей поверхности подлежащего усилению простенка.
г) Пробивка отбойными молотками борозд, отбивка четвертей (при установке металлического каркаса), срубка кирпичной кладки по периметру простенка (при устройстве железобетонной обоймы), разборка кирпичной кладки (при перекладке простенка).
Работы с отбойными молотками выполнять с осторожностью, непрерывно наблюдая за состоянием деформированных конструкций и временных креплений. При слабой (сильно деформированной) кладке пневматический инструмент для разборки не применять.
д) Сверление сквозных отверстий и установка стяжных болтов при выполнении работ по усилению простенков каркасами (при соотношении - b/d>1,5) и обоймами. Сверление отверстий выполнять с помощью электродрели.
е) Устройство металлического каркаса или железобетонной обоймы.
При монтаже металлического каркаса отдельные элементы (стойки и поперечные планки) в процессе установки прихватывать электросваркой с последующей обваркой швов по контуру.
Отбитые при установке каркаса кирпичные четверти у простенков наружных стен восстанавливать путем устройства опалубки и бетонирования.
При устройстве железобетонной обоймы опалубку устанавливать в соответствии с рис.6. После установки арматуры и первого яруса щитов опалубки произвести укладку бетона с тщательным уплотнением. Затем установить следующий ярус щитов и т. д.
Рис.6. Установка опалубки при усилении простенка железобетонной обоймой
ж) Новая кирпичная кладка простенка (после разборки старой кладки).
При частичной перекладке сохранять систему перевязки, принятую при кладке сохраняемой части простенка, обеспечить надежную связь новой кладки с сохраняемой путем устройства горизонтальных штраб или забивки металлических штырей. Кладку простенка выполнять с инвентарных подмостей на металлических или деревянных стойках.
з) Распалубка монолитных железобетонных конструкций (при устройстве железобетонных обойм).
и) Разборка временных креплений и подмостей.
Допускается разборка креплений через 7 дней после перекладки простенков на растворе М25 и более.
Рис.7. Общая схема организации работ по перекладке простенка
1 - подмости; 2 - предохранительный козырек; 3 - кран "в окно"; 4 - кирпич; 5 - раствор; б - каменщик; 7 - подсобный рабочий.
Примечание . Приведенные данные действительны при температуре наружного воздуха не ниже +10°; при температуре наружного воздуха от +5 до +10° указанные сроки следует увеличивать на 20%, а при температуре от 1° до +5°-на 40%.
2. Общая схема организации работ по усилению кирпичного простенка (путем перекладки) показана на рис.7
3. При разборке кладки простенков годный для дальнейшего употребления кирпич отсортировать, очистить от раствора, сложить на рабочем месте и использовать при возведении простенка вновь.
4. Работы по усилению кирпичных простенков выполнять звеньями в составе:
1 плотника и 1 электросварщика - при устройстве металлического каркаса;
1 плотника и 1 арматурщика-при устройстве железобетонной обоймы;
1 каменщика и 1 подсобного рабочего-при перекладке простенка.
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА РАБОТ
Тычковые ряды в кладке необходимо укладывать из целых кирпичей и камней всех видов.
Независимо от принятой системы перевязки швов укладка тычковых рядов является обязательной в нижнем (первом) и верхнем (последнем) рядах возводимых конструкций, на уровне обрезов стен, в выступающих рядах кладки (карнизах, поясах и т. д.), под опорные части балок, прогонов, плит, перекрытий, балконов, под мауэрлаты и другие сборные конструкции является обязательной. При однорядной (цепной) перевязке швов допускается опирание сборных конструкций на ложковые ряды кладки.
Кирпичные простенки шириной в два с половиной кирпича и менее, рядовые кирпичные перемычки и карнизы следует возводить из отборного целого кирпича.
Применение кирпича-половняка допускается только в кладке забутовочных рядов и мало нагруженных участков стен под окнами в количестве не более 10%.
При вынужденных разрывах кладку необходимо выполнять в виде наклонной или вертикальной штрабы. При выполнении разрыва кладки вертикальной штрабой кладку следует армировать с расстоянием до 1,5м по высоте кладки, а так же на уровне каждого перекрытия.
При поперечном армировании простенков сетки следует изготовлять и укладывать так, чтобы было не менее двух арматурных стержней, выступающих на 2-3 мм на внутреннюю поверхность простенка.
Приемку выполненных каменных конструкций следует производить до оштукатуривания поверхностей.
При возведении каменных стен следует освидетельствовать скрытые работы с составлением актов на:
Армирование стен;
Места опирания несущих сборных элементов;
Закрепления в кладке карнизов, балконов;
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
До начала работы каменщик обязан:
а) получить от мастера инструктаж о безопасных методах, приемах и последовательности выполнения производственного задания, а также об оградительных устройствах и подмостях, предназначенных для выполняемых работ;
б) осмотреть рабочее место и проверить правильность размещения материалов;
в) убедиться в исправности инвентаря, инструментов, приспособлений и устройств, которыми приходится пользоваться во время работы, и при обнаружении какой-либо неисправности сообщить мастеру;
г) осмотреть установленные для производства работ леса и подмости и в случае обнаружения каких-либо дефектов или недоделок сообщить мастеру;
д) при работе в закрытом помещении - убедиться в достаточности освещения;
е) проверить наличие наружных защитных козырьков и ограждений оконных и дверных проемов, отверстий в настилах и перекрытиях,
ж) при работе внутри действующего цеха (если над рабочим местом каменщика производится какая-либо работа или поблизости проходят краны) проверить, имеются ли необходимые оградительные и защитные устройства.
2. После окончания работы каменщик обязан:
а) убрать со стены оставшиеся кирпичи и инструмент, очистив его от раствора;
б) очистить и привести в порядок рабочее место и проходы;
в) при работе на высоте спускаться вниз только по стремянкам или капитальным маршевым лестницам. Пользоваться приставными лестницами или грузовыми подъемниками для спуска вниз категорически запрещается;
г) спецодежду сдать: сухую - в гардероб, а мокрую - в сушилку.
Меры безопасности при перекладке простенка.
3. Кирпич следует располагать вдоль возводимого здания на поддонах в зоне действия крана.
4. Перекладку простенка зданий нужно производить только с перекрытия или с правильно установленных подмостей или лесов (внутренних или наружных).
5. На промышленном строительстве перекладку простенка необходимо вести с трубчатых или других лесов, устанавливаемых снаружи или внутри здания.
6. На жилищном строительстве перекладку следует вести с внутренних подмостей, переставляемых с одного этажа на другой.
7. Устраивать подмости на случайных опорах (бочках, ящиках, кирпичах и т. п.) запрещается.
8. При недостаточной ширине настила и отсутствии ограждений, а также на подмостях, концы досок которых оставлены на весу, работать не разрешается. Рабочий настил должен быть ровным и не прогибаться от ходьбы по нему.
9. Одним из основных условий безопасности работы каменщика является рациональная организация его рабочего места, предусматривающая следующие требования:
а) применение правильно устроенных инвентарных подмостей, проверенных перед работой мастером;
б) правильное распоряжение кирпича и раствора;
в) чистота и порядок на рабочем месте.
10. Подмости, на которых размещают материалы, при кирпичной кладке должны быть шириной не менее 2,4 м. Площадь настила в этом случае делится на три зоны: рабочую (шириной 50-60 см, примыкающую к выкладываемой стене), складирования материалов (шириной 80-90 см), транспортирования материалов и прохода рабочих (шириной 1-1,1 м).
11. При ленточной установке подмостей необходимо устраивать у края настила ограждения (перила) высотой не ниже 1 м, состоящие из стоек и трех горизонтальных досок: перильной, средней и нижней (бортовой), прикрепляемых с внутренней стороны стоек.
Бортовая доска должна быть высотой не менее 15 см. На трубчатых лесах перильную и среднюю доску можно заменить трубами.
12. Леса и подмости нельзя перегружать материалами и захламлять отходами.
В целях предупреждения перегрузки рабочих настилов на видных, местах должны быть вывешены схемы-плакаты с указанием расположения, количества и емкости пакетов с кирпичом и ящиков с раствором. Нагрузка на настил подмостей и лесов допускается не более 250 кг/м.
13. При пакетной подаче кирпича на поддонах захваты должны иметь ограждения.
14. Работать и ходить на выкладываемой стене запрещается.
При толщине стены в 3 кирпича и более, а также при далеко выступающих наружных пилястрах, когда каменщик не может их выполнить с внутренних подмостей, и вынужден находиться на стене, он должен работать с предохранительным поясом, привязанным к надежным частям здания.
15. Каждый ярус стены необходимо выкладывать так, чтобы уровень стены после каждого перемащивания рабочего настила был на 2-3 ряда кирпича выше настила.
С одного яруса настила каменщик может возводить кладку на высоте не более 1,1-1,2 м. Нижние пять и верхние три ряда в ярусе кладки являются наиболее трудоемкими, так как каменщику приходится работать в неудобном согнутом или вытянутом положении.
Самым удобным и безопасным для работы уровнем кладки является 0,3-0,9 м от рабочего настила. Поэтому наиболее удобными подмостями для кирпичной кладки являются подъемные, дающие возможность поддерживать указанный уровень настилов.
16. Щель, оставляемая между стеной и настилом для провески кладки, должна быть не более 5 см. Необходимо следить за тем, чтобы через щели не падали никакие предметы.
17. Вести кладку стен при расположении настила подмостей выше укладываемых рядов кирпичной кладки категорически запрещается.
18. При нарушении принятого порядка производства работ и обнаружении дефектов в лесах, подмостях и защитных козырьках необходимо немедленно сообщить об этом мастеру или производителю работ и прекратить работу до получения указания о возможности ее продолжения.
19. В зимнее время необходимо:
а) рабочее место постоянно очищать от снега и наледи;
б) при кладке стен способом замораживания применять более прочные растворы, приготовленные с подогревом воды;
в) с наступлением оттепели следить за состоянием выполненной методом замораживания каменной кладки и в случае неравномерной осадки принимать меры против ее обрушения;
г) при прогреве кирпичной кладки паром остерегаться ожогов;
д) при работе в тепляках следить за тем, чтобы нагревательные приборы перед эксплуатацией были испытаны пробной топкой.
20. При обогревании тепляка печами дым следует отводить отдельными трубами. Воспрещается отапливать тепляки различного рода жаровнями, а также применять для растопки керосин, бензин и т. д.
21. При выполнении кирпичной кладки способом электропрогрева должны быть установлены ограждения и предупредительные надписи, запрещающие доступ посторонним на обогреваемые участки.
Работа с применением электропрогрева требует особой осторожности.
Участок кладки, находящийся под электропрогревом, должен находиться под непосредственным наблюдением дежурного электромонтера.
23. Включение электротока для прогрева каменной кладки производится только после окончания работы каменщиков.
График выполнения работ приведен в таблице 1.
График выполнения работ
Таблица 1
Состав работ | Единица измерения | Объем работ | Трудо- | Состав звена | Почасовой график работ |
|||||||||||||||
профессия | количество | Рабочие смены |
||||||||||||||||||
Установка временных креплений | 1 м стойки | Плотники | ||||||||||||||||||
Устройство выпускных лесов | Плотники | |||||||||||||||||||
Разборка кирпичной кладки | Каменщик III разряда | |||||||||||||||||||
Кирпичная кладка простенка | Каменщик | |||||||||||||||||||
Разборка временных креплений и выпускных лесов | Плотники | |||||||||||||||||||
Калькуляция трудовых затрат приведена в таблице 2.
Калькуляция трудовых затрат
Таблица 2
Основание к принятым нормам по ЕНиР | Состав работ | Единица измерения | Объем работ | Норма времени в чел.-ч. | Состав звена | Расценка в руб. | Количество чел.-ч. на весь объем работ | Стоимость всего объема работ в руб. |
|
Установка временных креплений из деревянных стоек на клиньях | 1 м стойки | Плотники | |||||||
6-1-20, | Устройство и разборка выпускных лесов | Плотники | |||||||
20-1-2, | Разборка кирпичной кладки простенка отбойным молотком | Каменщик | |||||||
3-1-3, | Кирпичная кладка простенка | Каменщики | |||||||
Подъем кирпича краном "в окно" | Машинист | (0-44,6) | |||||||
Подъем раствора краном "в окно" | 100 подъемов | Такелажники | (23-40) | ||||||
20-1-55, | Разборка временных деревянных стоек из бревен | Плотники | |||||||
Итого: | 31,12 | 13-13 |
График выполнения работ и калькуляция трудовых затрат составлены для случая усиления кирпичного простенка путем его полной перекладки.
III. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Трудоемкость работ на 1 м перекладываемого простенка 2,6 чел.-дня
Стоимость трудозатрат на 1 м по ЕНиР 7-80
IV. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ
4.1. Потребность в механизмах, инструментах и приспособлениях приводится в таблице 3 (на усиление(перекладку) одного простенка).
Компрессорная станция
Ящик для раствора емкостью 0,12 м
Кельма комбинированная
Ковш-лопата
Молоток-кирочка
Отвесы весом 400 и 600 г
Уровни строительные
Метр складной
Шнур 3 мм для причалки
Молотки плотничные
Топоры плотничные
Молотки отбойные ОМСП-5
Подмости инвентарные
Электронный текст документа подготовлен
ЗАО "Кодекс" и сверен по:
Общероссийский общественный фонд
"ЦЕНТР КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА"
г. Санкт-Петербурга
Укрепление при перегрузках. Необходимость усиления каменных стен и столбов возникает при механических повреждениях кладки, растесках проемов, ликвидации промежуточных перекрытий, чрезмерных нагрузках, наличии трещин или других признаков деформации и т.д. Следствием каждой из причин становится перегрузка рабочих сечений кладки, либо внецентренно обжатых, либо многократно сокративших несущую способность, например при расслоении конструкции на отдельные гибкие элементы. Поэтому большинство видов укрепления стен и столбов заключается в обеспечении местной устойчивости обжатой кладки.
Традиционным способом укрепления служит устройство внешнего «корсета» или обойм, препятствующих горизонтальному «расползанию» кладки. Обоймы столбов и узких простенков представляют собой систему нескольких угловых профилей, объединенных горизонтальными полосовыми связями, шаг которых зависит от гибкости стоек и величины сжимающего давления. (Следует заметить, что «горизонтальная составляющая», принимаемая в расчетах равной 10—15% вертикальной нагрузки, увеличивается по мере расслоения и деструкции кладки.) Металлическими обоймами укреплено множество столбов и простенков древних зданий, в том числе центральный столб Грановитой палаты Московского Кремля и столбы в помещениях так называемой Собственной половины Большого Кремлевского дворца. Для усиления широких простенков используются иногда двухсторонние корсеты в виде плоских сварных решеток, соединенных арматурными стержнями через просверленные в кладке отверстия. Подобным образом закреплены слабые и перегруженные стены старого здания МХАТа (реставрация 1980-х г.). Металлические корсеты маскируются обычно в специально пробиваемых штрабах или внутри толстого штукатурного слоя, что создает значительные трудности при укреплении столбов и пилонов сложного профиля, несущих лепной или живописный декор.
В практике реставрации нередки случаи замены старого строительного материала более прочным современным. Это может быть простая внешняя с перевязкой и сквозная перекладка с армированием опасной зоны. Например, аварийный просевший столб крыльца церкви Троицы в Никитниках (Москва) был разобран и переложен вместе с фундаментом (с временным сложным «вывешиванием» вышеуказанных конструкций). Перегруженный (безуспешно «усиляемый» еще в XVIII в.) раздавленный простенок алтарной преграды церкви Спаса за Золотой решеткой в Московском Кремле был переложен (также с временной разгрузкой) при реставрации 1979 г. Иногда старая кладка сохраняется фрагментарно или только в качестве облицовочного слоя, скрывающего внедренный в тело конструкции металлический или железобетонный несущий элемент (рис. 79).
79. Усиление каменных конструкций при перегрузках
1 — заделка металлического каркаса в ветхую кладку;
2 — корсет из перекрестных металлических полос;
3 — обойма из угловых профилей;
4 — устройство современного каркаса с полной разборкой и перекладкой исторической конструкции
Заделка современного несущего каркаса в ветхую или перегруженную кладку — довольно сложная задача, связанная с необходимостью глубокого штрабления, введения разгрузочного элемента, временного крепления и т.д. Кроме того, должна быть обеспечена полная передача нагрузки на новую конструкцию, так как включение в совместную пропорциональную работу разнородных материалов практически неосуществимо из-за различных модулей деформации. Именно по этой причине при реставрации западной стены надвратной церкви Перервинского монастыря были демонтированы чугунные стойки XIX в., которые первоначально предполагалось сохранить внутри восстанавливаемых кирпичных пилонов. Металлические стойки достаточно часто применяются также для усиления или разгрузки деревянных здании каркасного типа и срубов.
Укрепление при структурном разрушении кладки. Под структурным разрушением здесь подразумевается, во-первых, деструкция строительного материала кладочных элементов, а во-вторых, нарушение монолитности кладочной структуры целых конструкций. Структурному разрушению подвергается перегруженная, а также мокрая кладка (при протечках кровель и коммуникаций, капиллярном подсосе влаги из грунта, коррозии закладного металла, изменении температурно-влажностного режима).
Характерные признаки структурного разрушения при перегрузках— образование системы Х-образных трещин, выкалывание треугольных призм и истощение обжатых сечений, иногда— вертикально ориентированных трещин, расслоение или волнообразное искривление поверхностей. Морозное и солевое разрушение при замачивании может быть выражено в размягчении и высыпании раствора из швов в поверхностном слое, отслоении и падении целых пластов кладки, образовании рыхлого, осыпающегося щебеночного конгломерата.
Перечисленные виды разрушений создают необходимость разработки так называемых технологических или комбинированных способов укрепления, например армирования и инъекции кладки (рис. 80).
80. Инъекционное и комбинированное укрепление кладки
1,2 — металлические стержни "косвенного" армирования;
2 — инъецируемые пустоты и шпуры;
3 — штукатурное заполнение зон утрат;
4 — анкерное крепление проема в бутовой кладке;
5 — сохранившаяся кладка крепостной стены;
6— современная докладка;
7 — стержни поярусного анкерного крепления;
8 — стержни местного армирования и инъецирования;
9 — зоны утрат;
10—трещины расслоения свода;
11 — ось устойчивой сжатой зоны;
12 — местные арочные образования;
13 — металлические костыли поверхностного крепления;
14— штукатурный намет;
15 — радиальное армирование свода;
16— инъецирование пустот
Расслоившиеся кирпичные конструкции могут быть укреплены системой анкерных стержней, установленных в просверленные отверстия нормально или под некоторым углом к плоскости расслоения. На первой стадии стержни работают как противоаварийные элементы, препятствующие дальнейшему расслоению и уменьшающие свободную длину каждого слоя как самостоятельной сжимаемой конструкции. На второй стадии при инъецировании зазоров между слоями анкерные стержни воспринимают избыточное давление раствора, создаваемое насосом и способное вызвать обрушение наружного слоя. Далее, после твердения раствора и склеивания слоев стержни служат элементами армирования.
Часто расположенными пересекающимися стержнями «косвенного» армирования укрепляются перегруженные аварийные конструкции небольшого сечения — столбы, контрфорсы, аркбутаны. Для массивных стен большого протяжения, имеющих одну или две открытые боковые поверхности, возможно только поперечное армирование. Поярусное расположение стержней, концы которых могут быть объединены арматурными сетками, удобно для создания «опорных» армированных рядов или железобетонных поясов при восстановлении утраченной лицевой кладки.
Анкерное крепление и другие комбинированные способы требуют высокой культуры производства. Для армирования рекомендуется применять нержавеющий металл, количество черного металла должно быть минимальным даже при его антикоррозийном покрытии. Коррозия закладного металла в сырой кладке способна привести к ее разрывам и расслоениям, выдергиванию растянутого стержня или анкера, сдвигу и обрушению блоков кладки. Практика показывает, что в условиях некачественного производства работ анкерное крепление или армирование особо ответственных конструкций следует рассматривать только как часть укрепительного комплекса, но не как основной или единственный вид укрепления.
Инъецирование специально подобранными растворами — современный и весьма рациональный способ укрепления кирпичной, каменной и смешанной кладки, расчлененной трещинами на крупные и средние блоки или на щебеночные фракции. Эффективность инъекционного укрепления зависит от структуры кладки, степени ее расслоения, влажности и химического состава материала, качества раствора, частоты скважин и других факторов. Наилучшие результаты обычно достигаются при инъецировании сравнительно сухой, расслоившейся кладки из кирпича, белого камня, песчаника и туфа при раскрытии трещин более 1 мм. Тесаная кладка из гранита, базальта и других тяжелых непористых материалов укрепляется инъекцией плохо, так как не происходит отбора воды, и раствор, заполняющий швы, остается рыхлым, слабо сцепляющим разорванные трещинами блоки и отдельные камни. Вообще затвердевший инъекционный раствор должен быть близок по своим физико-техническим свойствам к материалу кладки. Компонентами растворов могут быть известь-тесто, цемент, кварцевая пыль, белокаменная мука, цемянка. Для нагнетания растворов используются ручные или механические насосы, создающие давление до 6—8 атм.
Инъекция нежелательна для укрепления кладки стен и сводов, имеющих темперную или масляную живопись, так как отбор воды из раствора сопровождается движением солей, разрушающим грунт и живописный слой.
Укрепление гибких и наклонных стоек и стен. К внешне неустойчивым конструкциям, требующим введения от крытых, логически завершающих рабочую схему элементов усиления, относятся наклоненные крепостные и подпорные стены, а также ограждающие стены и столбы зданий с обрушенными или разобранными междуэтажными перекрытиями. Если восстановление этих перекрытий трудноосуществимо или не оправдано методически, то чрезмерная свободная длина стен и колонн может быть снижена с помощью стержневых связей-затяжек и распорок, объединяющих элементы в пространственные блоки.
Отдельно стоящие гибкие стены при отсутствии близких жесткостных модулей (лестничных клеток, угловых сопряжений стен и т.п.) могут быть укреплены открытыми подкосами трубчатого и иного сечения, решетчатыми диафрагмами, а также контрфорсами (рис. 81).
81. Укрепление неустойчивых конструкций
1 — современный сквозной контрфорс, компенсирующий распор сводов;
2, 3 — скрытые обратные контрфорсы подпорных стен;
4 — перевернутые арки-контрфорсы;
5 — угловой фрагмент, укрепленный железобетонной накладкой;
6 — фрагмент гибкой стены, укрепленный контрфорсом
Контрфорсы — достаточно рапространенный способ укрепления в реставрации. В зависимости от архитектурных требований и характера нагрузки они выполняются либо из традиционных материалов — кирпича и камня, либо из железобетона. Эффективная работа контрфорса возможна лишь при надлежащей устойчивости его основания. Практика показывает, что многие исторические контрфорсы, возведенные как до, так и после начала деформаций, своих функций не выполняют, существуя независимо от укрепляемого объекта. При укреплении подпорных стен возможно применение обратных контрфорсов, а также буроинъекционных свай в сочетании с распределительными подхватами, зачеканкой и инъецированием кладки.
Выпрямление стен, столбов, пилонов. Если наклон стен, пилонов, башен и т.п. достаточно заметен, а укрепление с помощью октрытых конструкций не представляется возможным, например из эстетических соображений, возникает необходимость в их подъеме (повороте).
Наиболее просто выпрямление отдельно стоящих сплошных сооружений или компактных жестких объемов — обелисков, пьедесталов, пилонов, невысоких декоративных башенок, крепостных зубцов и консольных простенков, масса которых не превышает 10—15 т. В этом случае подъем может производиться легкими винтовыми и гидравлическими домкратами при минимальных трудозатратах. В основание выпрямляемой конструкции врезается временная обойма из металлических профилей (железобетона), служащая либо непосредственно наддом-кратной балкой, либо упором при рычажном приложении сил (выпрямление надгробия Ахмета Ясави в г. Туркестане). Нижним упором домкрата может быть фундаментная кладка или специально укрепленная плита. Для подъема наклоненных барабанов собора Нижегородского Благовещенского монастыря в качестве нижнего упора домкрата использованы железобетонные пояса стягивающего собор корсета. Если выпрямляется не целиком все сооружение, а какаято его часть или ярус, то усилие домкрата расходуется не только, на подъем этой части, но и на «разрыв» сооружения, т.е. на преодоление сил сцепления раствора. Поэтому в зоне предполагаемого разрыва производится штрабление кладки или расчистка шва.
Сравнительно высокие столбы, а также сквозные или расчлененные трещинами конструкции выпрямляются с применением страховочных креплений — оттяжек, траверс, рам и т.п. Усилие домкратов с помощью наклонных бревенчатых или металлических упоров передается на вертикальный распределительный элемент или в обойму одного из верхних ярусов крепления.
Выпрямление звонниц, минаретов, и башен, т.е. зданий с очень высоко расположенным центром тяжести, представляет собой сложную задачу, требующую постадийного расчета устойчивости и разработки системы взаимосвязанных подъемных и удерживающих устройств. Так как длина толкающих упоров ограничивается предельной их гибкостью, массой и углом наклона (не более 45°), выпрямление высотных сооружений осуществляется натяжными тросовыми системами. Существуют методы выпрямления, основанные не на подъеме, а на опускании сооружения с помощью домкратов, мешков с песком, сгораемых шпальных клеток, закладываемых в специальные штрабы и проемы со стороны, противоположной наклону. Как при подъеме, так и при опускании промежуточное положение конструкции фиксируется временными прокладками и контролируется системой отвесов. При достижении проектного положения штрабы закладываются, швы зачеканиваются и инъецируются.
Особого рода сложность возникает при выпрямлении длинных волнообразно наклоненных стен, например, крепостных, или фрагментов деформированных зданий. Принцип подъема или опускания сохраняется, однако возникает необходимость в искусственном расчленении конструкции на блоки — вертикальном распиливании и горизонтальном штраблении стен. Подъем крепостных прясел многометровой толщины и стен так называемой полубутовой кладки требует двухстороннего или сквозного крепления, так как может сопровождаться расслоением кладки и выпучиванием лицевого слоя. Подъем крепостных стен успешно проведен при реставрации Кирилло-Белозерского, Боровского и Даниловского монастырей, Псковского кремля. Тонкостенные прясла и кирпичные ограды иногда могут быть выпрямлены и без разрезания на блоки с помощью распределительных траверс при дифференцированных усилиях в домкратах.
Простенки представляют собой часть стены, расположенной между различными проёмами, находящимися на одном уровне. Например, такая конструкция может разделять окна или двери.
Уже сама конфигурация простенков позволяет говорить об их значительной уязвимости и непрочности, в общей конструкции стен – это самые нагруженные участки. Неудивительно, что к ремонтным работам по их усилению приходится прибегать довольно часто.
Усиление простенков посредством арматурной сетки
Самое явное показание для использования этой усиливающей конструкции – образовавшиеся на кладке хорошо заметные трещины.
В таком случае необходимо соорудить специальные обоймы из проволоки с сечением не более 5 мм. Арматурная сетка сваривается таким образом, чтобы образовался замкнутый контур. Полученную конструкцию плотно прикладывают к простенку и закрепляют на нём штырями (гвоздями) длиною 100-150 мм. Гвозди необходимо загонять в швы усиливаемой кирпичной кладки. Заключительный этап – покрытие рабочего участка торкрет-бетоном. Подойдёт и штукатурка. Но в любом случае слой материала должен быть не тоньше 20 мм.
Укрепление простенков при помощи стальной обоймы
Для начала необходимо собрать стальную обойму. Для этого потребуются продольные уголки размером 50x50 мм. К ним привариваются стальные планки (полосы) размером в те же 50х5 мм на расстоянии не более 500 мм друг от друга.
Для создания наилучших технологических характеристик изготавливаемой обоймы и для наиболее прочного её сцепления с усиливаемой кладкой можно прибегнуть к маленькой профессиональной хитрости – перед приваркой нагреть полосы до 150-200°С.
Полученные обоймы следует уложить на поверхность простенка, которая должна быть предварительно оштукатурена и выровнена.
Укрепление простенков железобетонной обоймой
Эта методика используется, если усиливаемая кладка имеет сложную конфигурацию и в случаях серьёзных повреждений на поверхности простенка.
Для изготовления ЖБ-обоймы лучше всего воспользоваться бетоном класса В15-В20. Усиливающую конструкцию нужно подвергнуть армированию пространственным каркасом с продольными и поперечными стержнями.
Если же вы имеете дело с простенком немалой длины (в 2 и более раз превышающей толщину), нужно предусмотреть монтаж дополнительных связей, которые будут пропущены через усиливаемый простенок.
