Усиление кирпичных столбов металлической обоймой
Обновлено: 26.04.2024
§ 6.5. Технология усиления кирпичных стен, столбов, простенков
При реконструкции жилых зданий со стенами из кирпичной кладки возникает необходимость восстановления несущей способности или усиления элементов кладки вследствие увеличения нагрузок от надстраиваемых этажей. При длительной эксплуатации зданий наблюдаются признаки разрушения простенков, столбов и кладки стен в результате неравномерных осадок фундаментов, атмосферных воздействий, протечек кровли и др.
Процесс восстановления несущей способности кладки следует начинать с исключения основных причин трещинообразования. Если этому процессу способствует неравномерная осадка здания, то следует исключить это явление известными и описанными ранее методами.
До принятия технических решений по усилению конструкций важно оценить фактическую прочность несущих элементов. Эта оценка выполняется методом разрушающих нагрузок, фактической прочности кирпича, раствора, а для армированной кладки - предела текучести стали. При этом необходимо наиболее полно учитывать факторы, снижающие несущую способность конструкций. К ним относятся трещины, локальные повреждения, отклонения кладки от вертикали, нарушение связей, опирания плит и т.п.
Что касается усиления кирпичной кладки, то накопленный опыт реконструкционных работ позволяет выделить ряд традиционных технологий, основанных на использовании: металлических и железобетонных обойм, каркасов; на инъецировании полимерцементных и других суспензий в тело кладки; на устройстве монолитных поясов по верхней части зданий (в случаях надстройки), предварительно напрягаемых стяжек и др. решений.
На рис. 6.40 приведены характерные конструктивно-технологические решения. Представленные системы направлены на всестороннее обжатие стен с использованием регулируемых натяжных систем. Они выполняются открытого и закрытого типов, при внешнем и внутреннем расположении, обеспечиваются антикоррозионной защитой.
Рис. 6.40. Конструктивно-технологические варианты усиления кирпичных стен а - схема усиления кирпичных стен здания металлическими тяжами; б, в, г - узлы размещения металлических тяжей; д - схема размещения монолитного железобетонного пояса; е - то же, тяжами с центрирующими элементами: 1 - металлический тяж; 2 - натяжная муфта: 3 - монолитный железобетонный пояс; 4 - плита перекрытий; 5 - анкер; 6 - центрирующая рама; 7 - опорная пластинка с шарниром
Для создания требуемой степени натяжения используются стяжные муфты, доступ к которым должен быть всегда открыт. Они позволяют по мере удлинения тяжей в результате температурных и других деформаций производить дополнительное натяжение. Обжатие элементов кирпичных стен производится в местах наибольшей жесткости (углы, сопряжения наружных и внутренних стен) через распределительные пластины.
Для равномерного обжатия кладки стен используется специальная конструкция центрирующей рамы, которая имеет шарнирное опирание на опорно-распределительные пластины. Такое решение обеспечивает длительную эксплуатацию с достаточно высокой эффективностью.
Места расположения тяжей и центрирующих рам закрываются различного рода поясами и не нарушают общий вид фасадных поверхностей.
Для элементов стен, простенков, столбов, имеющих разрушения кирпичной кладки, но не потерявших устойчивость, производится местная замена кладки. При этом марка кирпича принимается на 1-2 единицы выше, чем существующая.
Технология производства работ предусматривает: устройство временных разгрузочных систем, воспринимающих нагрузку; разборку фрагментов нарушенной кирпичной кладки; устройство кладки. При этом необходимо учитывать, что удаление временных разгрузочных систем должно осуществляться после набора прочности кладки не менее 0,7RКЛ. Как правило, такие восстановительные работы ведутся при сохранении конструктивной схемы здания и фактических нагрузок.
Весьма эффективны приемы восстановления неоштукатуренной кирпичной кладки, когда требуется сохранить прежний вид фасадов. В этом случае очень тщательно подбираются кирпич по цветовой гамме и размерам, а также материал швов. После восстановления кладки производится пескоструйная очистка, что позволяет получать обновленные поверхности, где новые участки кладки не выделяются из основного массива.
В связи с тем что каменные конструкции воспринимают в основном сжимающие усилия, то наиболее эффективным способом их усиления является устройство стальных, железобетонных и армоцементных обойм. При этом кирпичная кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия, когда поперечные деформации значительно уменьшаются и, как следствие, увеличивается сопротивление продольной силе.
Расчетное усилие в металлическом поясе определяется по зависимости N = 0,2RKJl×l×b, где RKJl - расчетное сопротивление кладки скалыванию, тс/м 2 ; l - длина участка усиливаемой стены, м; b - толщина стены, м.
Для обеспечения нормальной работы кирпичных стен и предотвращения дальнейшего раскрытия трещин первоначальным этапом является восстановление несущей способности фундаментов методами усиления, исключающей появление неравномерных осадок.
На рис. 6.41 приведены наиболее распространенные варианты усиления каменных столбов и простенков стальными, железобетонными и армоцементными обоймами.
Рис. 6.41. Усиление столбов стальной обоймой (а), армокаркасами (б), сетками и железобетонными обоймами (в, г) 1 - усиливаемая конструкция; 2 - элементы усиления; 3 - защитный слой; 4 - щитовая опалубка с хомутами; 5 - инъектор; 6 - материальный шланг
Стальная обойма состоит из продольных уголков на всю высоту усиливаемой конструкции и поперечных планок (хомутов) из плоской или круглой стали. Шаг хомутов принимается не более меньшего размера сечения, но не более 500 мм. Для включения обоймы в работу следует инъецировать зазоры между стальными элементами и кладкой. Монолитность конструкции достигается путем оштукатуривания высокопрочными цементно-песчаными растворами с добавкой пластификаторов, способствующих большей адгезии с кладкой и металлоконструкциями.
Для более эффективной защиты на стальную обойму устанавливается металлическая или полимерная сетка, по которой осуществляется нанесение раствора толщиной 25-30 мм. При незначительных объемах работ раствор наносится вручную с помощью штукатурного инструмента. Большие объемы работ выполняются механизированным путем с подачей материала растворонасосами. Для получения высокопрочного защитного слоя используются установки торкретирования и пнев-мобетонирования. Из-за высокой плотности защитного слоя и большой адгезии с элементами кладки достигается совместная работа конструкции и повышается ее несущая способность.
Устройство железобетонной рубашки осуществляется путем установки арматурных сеток по периметру усиливаемой конструкции с креплением ее через фиксаторы к кирпичной кладке. Крепление осуществляется путем использования анкеров или дюбелей. Железобетонная обойма выполняется из мелкозернистой бетонной смеси не ниже класса В10 с продольной арматурой классов А240-А400 и поперечной - А240. Шаг поперечной арматуры принимается не более 15 см. Толщина обоймы определяется расчетом и составляет 4-12 см. В зависимости от толщины обоймы существенно меняется технология производства работ. Для обойм толщиной до 4 см используются методы нанесения бетона торкретированием и пневмобетонированием. Окончательная отделка поверхностей достигается устройством штукатурного накрывочного слоя.
Для обойм толщиной до 12 см по периметру усиливаемой конструкции устанавливается инвентарная опалубка. В ее щитах устанавливаются инъекционные трубки, через которые мелкозернистая бетонная смесь нагнетается под давлением 0,2-0,6 МПа в полости. Для повышения адгезионных свойств и заполнения всего пространства бетонные смеси пластифицируются путем введения суперпластификаторов в объеме 1,0-1,2 % массы цемента. Снижение вязкости смеси и повышение ее проницаемости достигаются дополнительным воздействием высокочастотной вибрации путем контакта вибратора с опалубкой рубашки. Достаточно хороший эффект
дает импульсный режим подачи смеси, когда кратковременные воздействия повышенного давления обеспечивают более высокий градиент скоростей и высокую проницаемость.
Железобетонные обоймы могут выполняться в виде элементов несъемной опалубки (рис. 6.42). При этом наружные поверхности могут иметь мелкий или глубокий рельеф или гладкую поверхность. После установки несъемной опалубки и крепления ее элементов обеспечивается замоноличивание пространства между усиливаемой и ограждающей конструкцией. Использование несъемной опалубки имеет значительный технологический эффект, так как отпадает необходимость в разборке опалубки, а главное - исключается отделочный цикл работ.
Рис. 6.42. Усиление столбов с использованием опалубки-облицовки из архитектурного бетона 1 - усиливаемая конструкция; 2 - армокаркас; 3 - элементы облицовки; 4 - бетон омоноличивания
Наиболее эффективными несъемными опалубками следует считать тонкостенные элементы (1,5-2 см), изготовленные из дисперсно-армированного бетона. Для вовлечения опалубки в работу она снабжается выступающими анкерами, существенно повышающими адгезию с укладываемым бетоном.
Устройство растворных обойм отличается от железобетонных толщиной наносимого слоя и составом. Как правило, для защиты арматурной сетки и обеспечения ее адгезии с кирпичной кладкой используются штукатурные цементно-песчаные растворы с добавкой пластификаторов, повышающих физико-механические характеристики. Технология строительных процессов практически не отличается от выполнения штукатурных работ.
Для обеспечения совместной работы элементов обоймы по ее длине, превышающей в 2 и более раз толщину, необходима установка дополнительных поперечных связей через сечение кладки. Усиление кирпичной кладки может быть произведено методом инъецирования. Оно осуществляется путем нагнетания через заранее пробуренные шпуры цементного или полимерцементного раствора. В результате достигается монолитность кладки и повышаются ее физико-механические характеристики.
К инъекционным растворам предъявляются достаточно жесткие требования. Они должны обладать малым водоотделением, низкой вязкостью, высокой адгезией и достаточными прочностными характеристиками. Раствор нагнетается под давлением до 0,6 МПа, что обеспечивает достаточно обширную зону проникновения. Параметры инъекции: расположение инъекторов, их глубина, давление, состав раствора в каждом конкретном случае подбираются индивидуально с учетом трещиноватости кладки, состояния швов и других показателей.
Прочность кладки, усиленной инъецированием, оценивается по СНиП II-22-81* «Каменные и армокаменные конструкции». В зависимости от характера дефектов и вида инъецированного раствора устанавливаются поправочные коэффициенты: тк = 1,1 - при наличии трещин от силовых воздействий и при использовании цементного и полимерцементного растворов; тк = 1,0 - при наличии одиночных трещин от неравномерных осадок или при нарушении связи между совместно работающими стенами; тк = 1,3 - при наличии трещин от силовых воздействий при инъекции полимерных растворов. Прочность растворов должна быть в пределах 15-25 МПа.
Усиление кирпичных перемычек достаточно распространенное явление, что связано со снижением несущей способности распорной кладки вследствие выветривания швов, нарушения адгезии и другими причинами.
На рис. 6.43 приведены конструктивные варианты усиления перемычек с использованием различного рода металлических накладок. Они устанавливаются путем пробивки штраб и отверстий в кирпичной кладке и в дальнейшем омоноличиваются цементно-песчаным раствором по сетке.
Рис. 6.43. Примеры усиления перемычек кирпичных стен а, б - путем подведения накладок из уголковой стали; в, г - дополнительными металлическими перемычками из швеллера: 1 - кирпичная кладка; 2 - трещины; 3 - накладки из уголков; 4 - полосовые накладки; 5 - анкерные болты; 6 - накладки из швеллера
Для перераспределения усилий на железобетонные перемычки вследствие увеличения нагрузок на перекрытия используются металлические разгрузочные пояса, выполненные из двух швеллеров и объединенные болтовыми соединениями.
Усиление и повышение устойчивости кирпичных стен. Технология усиления базируется на создании дополнительной железобетонной рубашки с одной или двух сторон стены (рис. 6.44). Технология производства работ включает процессы подготовки и очистки поверхности стен, сверления отверстий под анкеры, установки анкеров, крепления к анкерам арматурных стержней или сеток, омоноличивание. Как правило, при достаточно больших объемах работ используется механизированный метод нанесения цементно-песчаного раствора: пневмобетонированием или торкретированием и реже ручным способом. Затем для выравнивания поверхностей наносится затирочный слой и выполняются последующие операции, связанные с отделкой поверхностей стен.
Рис. 6.44. Усиление кирпичных стен армированием а - отдельными стержнями арматуры; б - арматурными каркасами; в - арматурной сеткой; г - железобетонными пилястрами: 1 - усиливаемая стена; 2 - анкеры; 3 - арматура; 4 - штукатурный или торкрет-бетонный слой; 5 - металлические тяжи; 6 - арматурная сетка; 7 - армокаркас; 8 - бетон; 9 - опалубка
Эффективным приемом усиления кирпичных стен является устройство железобетонных одно- и двусторонних стоек в штрабах и пилястр.
Технология устройства двусторонних железобетонных стоек предусматривает образование штраб на глубину 5-6 см, высверливание сквозных отверстий по высоте стены, крепление с помощью тяжей арматурного каркаса и последующее омоноличивание образовавшейся полости. Для омоноличивания используют цементно-песчаные растворы с пластифицирующими добавками. Высокий эффект достигается при использовании растворов и мелкозернистых бетонов с предварительным домолом цемента, песка и суперпластификатора. Такие смеси кроме большой адгезии обладают свойством ускоренного твердения и высокими физико-механическими характеристиками.
При возведении односторонних железобетонных пилястр требуется устройство вертикальных штраб, в полости которых устанавливают анкерные устройства. К последним осуществляется крепление арматурного каркаса. После его размещения производится установка опалубки. Она выполняется из отдельных фанерных щитов, объединенных хомутами и прикрепляемых к стене с помощью анкеров. Мелкозернистая бетонная смесь нагнетается с помощью насосов поярусно через отверстия в опалубке. Подобная технология применяется при двустороннем устройстве пилястр с той разницей, что процесс крепления щитов опалубки осуществляется с помощью болтов, перекрывающих толщину стены.
ЭЛЕМЕНТЫ, УСИЛЕННЫЕ ОБОЙМОЙ
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 f1 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
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;
Аb - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);
Rsw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;
Rsc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;
j - коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a принимается как для неусиленной кладки);
mg - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, пп.[4.1, 4.7];
mk - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 - для кладки с трещинами;
mb - 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
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.
| Армирование | Расчетные сопротивления арматуры, МПа (кгс/см 3 ) | |
| сталь класса A-I | сталь класса A-II | |
| Поперечная арматура | 150 (1500) | 190 (1900) |
| Продольная арматура без непосредственной передачи нагрузки на обойму | 43 (430) | 55 (550) |
| То же, при передаче нагрузки на обойму с одной стороны | 130 (1300) | 160 (1600) |
| То же, при передаче нагрузки с двух сторон | 190 (1900) | 240 (2400) |
5.40. С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при соотношении их сторон от 1:1 до 1:2,5 эффективность обойм несколько уменьшается, однако это уменьшение незначительно и практически его можно не учитывать.
Когда одна из сторон элемента, например, стена (черт. 16), имеет значительную протяженность, то необходима установка дополнительных поперечных связей, пропускаемых через кладку и располагаемых по длине стены на расстояниях не более 2d и не более 100 см, где d - толщина стены. По высоте стены расстояние между связями должно быть не более 75 см. Связи должны быть надежно закреплены. Расчет дополнительных поперечных связей производится по формуле (72), при этом коэффициент условий работы связей принимается равным 0,5.
Черт. 16. Схема усиления стены железобетонной обоймой
1 - металлическая сетка; 2 - дополнительные стержни, расположенные сверх сетки; 3 - хомуты (связи); 4 - бетон обоймы; 5 - кладка стены
Пример 8. Определение несущей способности кирпичного столба с сетчатым армированием.
Определить расчетную несущую способность и необходимое сетчатое армирование кирпичного столба размером в плане 0,51´0,64 м с расчетной высотой 3 м. Расчетная продольная сила N = 800 кН (80 тc) и приложена с эксцентриситетом е0=5 см в направлении стороны сечения столба, имеющей размер 0,64 м. Столб выполнен из глиняного кирпича пластического прессования марки 100 на растворе марки 75.
Площадь сечения столба А =0,51×0,64 = 0,3264 м 2 . Упругая характеристика кладки по п. [3.21, табл. 15] a=1000; коэффициент продольного изгиба по п. [4.2, табл. 18] j=0,98. Расчетное сопротивление кладки по п. [3.1, табл. 2] R=1,7 МПа (при А>0,3 м 2 ). Расчетную несущую способность Ncc для столба из неармированной кладки определяем по формуле [13]
j1, Ас и w определены по формулам [14] и [15], табл. [19] п. [4.7]; mg=1, так как толщина столба более 30 см.
Расчетная несущая способность столба Ncc оказалась в 1,7 раза меньше расчетной продольной силы N, следовательно, необходимо усиление кладки сетчатым армированием.
Определяем необходимое Rskb=1,7×1,7 = 2,9 МПа.
Принимаем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм. Расчетное сопротивление Rs =219 МПа по п. 5.6.
Процент сетчатого армирования определяем по п. [4.31]
По формуле [6] п. [3.20] определяем
Rsn=243 МПа принимается по п. 5.6.
По формуле [4] п. [3.20] определяем
При lhc=4,7 по формуле [15] и табл. [18] пп. [4.2] и [4.7] определяем по интерполяции j=0,97; jс=05 и j1=0,96.
По формуле [31] п. [4.31] определяем
Проверяем расчетную несущую способность столба по формуле [30] п. [4.31]
кН (83 тс > 80 тс).
Дополнительно проверяем расчетную несущую способность столба при центральном сжатии в плоскости, перпендикулярной к действию изгибающего момента по формуле [27] п. [4.30]
Принимаем Rsk = 3,4 МПа.
По табл. [18] п. [4.2] j = 0,96. По формуле [26] п. [4.30]
кН >N = 800 кН (106 тc > 80 тc).
Следовательно, расчетная несущая способность столба, армированного сетчатой арматурой, при m=0,40% достаточна.
Принимаем диаметр проволоки для сеток 4 мм с расположением через два ряда кладки и исходя из 0,40% армирования по табл. 9 определяем размер ячейки в плане 3,2´3,2 см. Крайние стержни располагаются от наружных граней столба (защитный слой) на 1,5 см.
Пример 9. Расчет усиления кирпичного простенка стальной обоймой.
Требуется запроектировать усиление простенка в существующем жилом доме. Кладка простенков выполнена из глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 25. Размер сечения простенка 54´103 см, высота 180 см; расчетная высота стены - 2,8 м. Кладка простенка выполнена с утолщенными швами низкого качества, в кладке имеются небольшие начальные трещины в отдельных кирпичах и вертикальных швах. Это свидетельствует о том, что напряжение в кладке достигло примерно 0,7Ru (временного сопротивления). На простенок действует вертикальное усилие, равное 600 кН (60 тc), приложенное с эксцентриситетом 5 см по отношению к толщине стены.
По архитектурным соображениям усиление кладки принимается посредством включения простенка в стальную обойму из уголков, согласно указаниям п. 5.35, 5.38.
Необходимое увеличение несущей способности простенка за счет поперечной арматуры обоймы определяем из формулы (71):
По п. [4.2, табл. 18] при l=5,2 и a=1000 j1»j=0,98; mg=1 принимаем согласно п. [4.7]; по п. [3.1, табл. 2] R=1,1 МПа; mk=0,7.
Принимаем для обоймы сталь класса A-I. Вертикальная арматура обоймы (уголки) принимается по конструктивным соображениям 41_50´50 мм
По табл. 10 Rsc=43,0 МПа и Rsw=150 МПа.
Согласно формуле (71)
Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов обоймы 35 см и определяем их сечение из условия %.
Принимаем полосу сечением 30´8 мм; Аs=2,4 см 2 ; Ст A-I.
Пример 10. В связи с надстройкой здания требуется запроектировать усиление внутренней несущей кирпичной стены толщиной в 1,5 кирпича (38 см). Высота стены от уровня пола до низа перекрытия сборного настила 3,0 м. Кладка стены выполнена из сплошного глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 25. Состояние кладки удовлетворительное. После надстройки на 1 м стены будет передаваться нагрузка N = 750 кН (75т).
По табл. [2, 15 и 18], пп. [3.1, 3.21, 4.2] R=1,1 МПа; a=1000; l= =7,9; j=0,92; по формуле [16] п. [4.7] mg=1.
Расчетная несущая способность 1 м стены
Требуется усиление стены, которое осуществляем посредством включения стены в двухстороннюю железобетонную обойму с установкой дополнительных поперечных стальных связей.
Толщину железобетонных стенок по конструктивным соображениям принимаем минимальной, равной 6 см. Бетон класса В12,5 и армирование стальной сеткой из стержней диаметром 5 мм с ячейкой 15´15 см. Кроме того, для обеспечения работы железобетонных стенок как обоймы сверх сеток ставим вертикальные стержни из круглой стали диаметром 16 мм через каждые 50 см и поперечные связи диаметром 16 мм через 50 см по высоте и длине стены.
Расчетную несущую способность 1 м стены, усиленной железобетонной обоймой, определяем по формуле (72). При этом принимаем, что усилие непосредственно на железобетонную обойму не передается; коэффициент условий работы железобетона принимаем mb=0,35. При определении поперечного армирования обоймы учитываем только поперечные связи диаметром 16 мм, расположенные через 50 см по длине и высоте стены.
Определяем процент армирования поперечными связями:
где Vs и Vk - соответственно объем стержня (связей) и объем кладки;
А = 2,01 см 2 - площадь сечения одного стержня;
hw - толщина стены.
Вертикальное армирование обоймы принято: Ст A-I, 7Æ5 мм в 2Æ16 мм на каждые 50 см длины стены. Площадь арматуры на 1 м стены
Коэффициент j принимаем в запас прочности как для кирпичной кладки, учитывая высоту сечения с учетом обоймы
По табл. 10 для связей Rs - 150 МПа.
По формуле (72) с учетом коэффициента условий работы 0,5 согласно п. 5.40 определяем расчетную несущую способность
Таким образом, принятое усиление стены достаточно.
6. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПО
ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ВТОРОЙ ГРУППЫ
(ПО ОБРАЗОВАНИЮ И РАСКРЫТИЮ
ТРЕЩИН И ДЕФОРМАЦИЯМ)
6.1. Расчет элементов конструкций по предельным состояниям второй группы производится по указаниям и формулам, приведенным в пп. [5.1-5.5].
Расчет по раскрытию трещин при учете особых нагрузок или воздействий не требуется.
6.2. Расчет каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям второй группы производится:
по деформациям на воздействие нормативных нагрузок;
по раскрытию трещин на воздействие расчетных или нормативных нагрузок.
6.3. Если деформации растяжения кладки вызваны перемещениями каркаса или ветровых поясов, поддерживающих самонесущие или навесные стены, то предельные деформации растяжения кладки принимаются равными єu=0,15×10 -3 в зданиях с предполагаемым сроком службы конструкций не менее 100 лет, єu=0,2×10 -3 в зданиях с предполагаемым сроком службы конструкций не менее 50 лет.
При наличии продольного армирования в количестве m³0,03%, а также при оштукатуривании неармированных конструкций по сетке приведенные выше значения єu увеличиваются на 25%.
6.4. При расчете по трещинам конструкций из неармированной и армированной кладки, в которых раскрытие швов может вызвать появление трещин в штукатурке, но не является опасным для прочности и устойчивости конструкций, в формулах расчета на прочность по растяжению всех видов Rt, Rtb и Rtw принимаются продольные силы и изгибающие моменты по нормативным нагрузкам и коэффициенты условий работы по табл. [24].
Примечания: 1. Расчет по несущей способности конструкций, указанных в п. 6.4, следует производить с учетом расчленения конструкций после возникновения трещин или образования шарниров в сечениях с раскрытием швов.
2. При невыполнении требований расчета по трещинам, указанных в п. 6.4, в местах раскрытия швов необходимо предусматривать деформационные швы.
6.5. Расчет продольно армированных растянутых, изгибаемых и внецентренно сжатых каменных конструкций по раскрытию трещин (швов кладки) следует производить исходя из следующих предпосылок:
расчет производится для всего сечения кладки и арматуры (без учета раскрытия швов), принимая закон линейного распределения напряжений по сечению;
расчетные сопротивления арматуры Rs, МПа (кгс/см 2 ), принимаются по табл. 11.
6.6. При расчете продольно армированных внецентренно сжатых, изгибаемых и растянутых каменных конструкций по раскрытию трещин (швов кладки) сечение конструкций приводится к одному материалу (стали) в отношении модулей упругости кладки и стали
Площадь сечения, расстояние центра тяжести сечения до сжатой грани и момент инерции приведенного сечения определяются по формулам:
В формулах (77)-(80):
nred - отношение модулей упругости кладки и стали;
А, у, I - площадь сечения, расстояние от центра тяжести сечения до сжатой грани и момент инерции сечения кладки;
Ared, Vred, Ired - те же величины для приведенного сечения;
As - площадь сечения растянутой арматуры;
As1 - площадь сечения сжатой арматуры;
h0=h-а - рабочая высота сечения;
а - расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до растянутого края сечения;
а1 - расстояние от центра тяжести сжатой арматуры до сжатого края сечения.
| Конструкции | Условия работы | Расчетные сопротивление арматуры при предполагаемом сроке службы конструкций, лет | ||
| Продольно армированные изгибаемые и растянутые элементы в условиях агрессивной для арматуры среды | Растяжение кладки в горизонтальном направлении (по перевязанному сечению) | 42 (420) | 60 (600) | 60 (600) |
| Растяжение кладки в вертикальном направлении (по неперевязанному сечению) | 25 (250) | 35 (350) | 35 (350) | |
| Продольно армированные емкости при наличии требований непроницаемости покрытий каменных конструкций | Гидроизоляционная штукатурка | 17 (170) | 25 (250) | 35 (350) |
| Кислотоупорная штукатурка на жидком стекле и однослойное покрытие из плиток каменного литья на кислотоупорной замазке | 12 (120) | 15 (150) | 15 (150) | |
| Двух- и трехслойное покрытие из прямоугольных плиток каменного литья на кислотоупорной замазке: | ||||
| растяжение вдоль длинной стороны плиток | 30 (300) | 35 (350) | 35 (350) | |
| растяжение вдоль короткой стороны плиток | 17 (170) | 25 (250) | 25 (250) |
6.7 Расчет по раскрытию трещин продольно армированных каменных конструкций производится по формулам:
на внецентренное сжатие
на внецентренное растяжение
В формулах (81)-(84):
Rs - расчетное сопротивление арматуры оо раскрытию треаетн;
N и М - продольная сила и момент от нормативных нагрузок (при расчете конструкции по раскрытию трещин в штукатурных и плиточных покрытиях усилия определяются по нормативным нагрузкам, которые будут приложены после нанесения покрытия);
gr - коэффициент условия работы кладки при расчете по раскрытию трещин по табл. [24] с учетом примечания к ней;
Ared, yred, Ired – параметры приведенного сечения по формулам (78)-(80);
Усиление кирпичных столбов металлической обоймой
(Действующий) СТО 221 НОСТРОЙ 2.9.142-2015 Восстановление и повышение несущей.
Докипедия просит пользователей использовать в своей электронной переписке скопированные части текстов нормативных документов. Автоматически генерируемые обратные ссылки на источник информации, доставят удовольствие вашим адресатам.
Toggle navigation
Действующий
в) меры по обеспечению прочности и устойчивости конструкций на всех этапах производства работ, включая такие указания, как:
-
устройство временных опор и раскреплений;
требования к предельно допустимым величинам монтажных нагрузок и воздействий;
схемы расположения и конструкции разгружающих устройств и временных опор (при необходимости).
г) перечень конкретных зон, узлов, конструктивных элементов и технологических операций, для которых требуется соблюдение определенной последовательности и параметров технологических процессов (очередность разборки или демонтажа, порядка укладки и условий твердения бетонной смеси, режим и последовательность сварки, регламент предварительного напряжения и т.п.).
д) меры по обеспечению и контролю качества усилительновосстановительных работ с указанием:
вида работ и операций, которые необходимо принимать по актам на скрытые работы или требующих промежуточного контроля;
перечня нормативных документов, требований к квалификации инженерно-технического персонала и рабочих.
8.9. В зависимости от технического состояния каменных конструкций зданий их усиление и восстановление сводится к:
усилению и восстановлению отдельных элементов существующей кладки;
обеспечению устойчивости стен при разрывах креплений и отклонениях от вертикали;
8.10. Усиление и восстановление элементов каменных конструкций может быть выполнено путем инъектирования, устройства различных обойм, увеличением сечения столбов или простенков, заменой кирпичных надпроемных перемычек на железобетонные или металлические, установкой систем металлических тяжей и накладок и др. Схема классификации способов восстановления и усиления конструкций и принципов их осуществления представлена на рисунке 8.2.
Рисунок 8.2 Классификация методов усиления и восстановления каменных конструкций
9. Материалы, применяемые для усиления и восстановления каменных конструкций
9.1. При выполнении работ по усилению и восстановлению каменных и армокаменных конструкций следует применять кирпич и камни по ГОСТ 530, ГОСТ 379.
Марка кирпича, применяемого для армокаменных конструкций, как правило, должна быть не менее 75, а камня – не менее 50. Как исключение при соответствующем обосновании может быть допущено применение кирпича марки 50 и камня марки 35.
Марка раствора, в который укладывают арматуру, должна быть не ниже 25, а в стенах и столбах сырых помещений, в цоколях и конструкциях, находящихся в земле или на открытом воздухе, не ниже 50.
Бетон, арматура и стальные изделия, применяемые в каменных и армокаменных конструкциях, должны отвечать требованиям ГОСТ 26633, ГОСТ 5781, ГОСТ Р 52544, ГОСТ 10922.
Для армирования каменных конструкций следует применять:
-
для сетчатого армирования арматуру классов А240, В500, Вр500;
для продольной и поперечной арматуры, анкеров и связей арматуру классов А240, А300, В500, Вр500.
9.2. Для изготовления стальных элементов усиления, закладных деталей и соединительных накладок следует применять прокат из сталей марок ВСт3Гпс5-1, ВСт3пс6-1, ВСт3кп2-1, а именно: сталь листовую горячекатаную по ГОСТ 19903, сталь полосовую горячекатаную по ГОСТ 103, сталь прокатную угловую равнополочную по ГОСТ 8509 и неравнополочную по ГОСТ 8510, сталь швеллерную по ГОСТ 8240.
Стяжные болты, анкеры, тяжи, хомуты изготавливают из арматурной стали классов А240, А300, А400 по ГОСТ 5781 диаметром 1032 мм, а также из круглой стали такого же диаметра по ГОСТ 2590.
При соответствующем обосновании допускается применение других видов сталей, используемых для армирования железобетонных конструкций.
Нормативное и расчетное сопротивление арматуры в армированной кладке приведены в приложении Б.
9.3. Для ручной электродуговой сварки стальных элементов при монтаже применяют электроды типов Э42, Э42А, Э46, Э46А, Э50, Э50А по ГОСТ 9467. Прихватки для соединения установленных деталей усиления выполняют теми же электродами, что и основные швы. Их длина должна быть 15…20 мм, высота не более 4 мм, местоположение в пределах основных швов. Размещение и вид сварных швов обуславливаются расчетом и удобством их выполнения. При монтаже деталей по возможности следует избегать потолочных швов. При назначении параметров расчетных сварных швов следует стремиться назначать минимально необходимую их толщину, отдавая предпочтение увеличению длины, что позволяет уменьшить концентрацию напряжений.
9.4. Применяемые бетоны и растворы должны отвечать требованиям ГОСТ 7473 и ГОСТ 5802. Для приготовления бетонных и растворных смесей используют портландцемент марок М400 и М500 по ГОСТ 965, а для конструкций, работающих в агрессивных средах – специальные виды цементов по ГОСТ 969 и др.
Для включения железобетонных обойм в работу как обойм-стоек применяют расширяющийся цемент с расширением не более 0,1 % в 3-х суточном возрасте.
9.5. При усилении каменной кладки методом инъецирования используют цементнопесчанные, беспесчанные, полимерцементные и полимерные растворы. Портландцемент, применяемый для растворов, должен иметь удельную поверхность (суммарную поверхность зерен в 1 г. цемента) не менее 2400 см2/г и нормальной густотой цементного теста в пределах 2225 %.
10. Восстановление и усиление отдельных конструктивных элементов зданий из каменной кладки
10.1. Усиление сжатых элементов обоймами и сердечниками
10.1.1. Восстановление и усиление отдельных элементов зданий из каменной кладки (простенков, отдельных участков стен и узлов их сопряжений) в зависимости от технического состояния кладки, установленного при обследовании, сводится к трем основным случаям:
1.Несущая способность кладки, с учетом имеющихся ослаблений, достаточна. Повреждения кладки незначительные, общее состояние кладки работоспособное, снижение несущей способности не более 15% от первоначальной.
В этом случае проведение особых конструктивных мероприятий по восстановлению не требуется. Имеющиеся трещины заделывают раствором.
2.Несущая способность кладки по расчету достаточна и усиления не требуется, но ослабление кладки превышает 1/3 первоначальной прочности, имеет место значительное расслоение кладки и большое количество трещин. Техническое состояние кладки оценивается как ограниченно работоспособное.
В этом случае производится восстановление путем местной перекладки захваченного глубокими трещинами участка стен, мелкие трещины затираются раствором. При сквозных трещинах перекладка ведется по очереди с двух сторон на толщину половины кирпича с каждой стороны. Столбы и простенки оштукатуриваются по конструктивной сетке из арматурной стали
диаметром 4…6 мм с ячейками 15×15 см
3.Несущая способность каменных элементов недостаточна, их техническое состояние оценивается как недопустимое (неработоспособное), требуется выполнение восстановления или усиления.
10.1.2. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является устройство обоймы в зоне повреждений.
Устройство обойм повышает несущую способность кладки в 1,25÷2,5 раза при незначительных трудозатратах. Обоймами усиливают как отдельные конструктивные элементы (столбы, простенки) (рис. 10.1), так и участки стен, работающие на центральное и внецентренное сжатие (рис. 10.2)
а – стальной, при соотношении сторон сечения меньше 1:2; б – то же, при соотношении сторон сечения больше 1:2; в – железобетонной и растворной; г – полотном из углеродного волокна; 1 – хомуты (планки) из круглой или полосовой стали; 2 – уголки; 3 – промежуточные вертикальные планки из полосовой стали; 4 – стяжные болты; 5 – слой цементно-песчаного раствора; 6 – вертикальная арматура обоймы; 7 – сварные хомуты обоймы; 8– растворная или железобетонная обойма; 9 – усиливаемый каменный элемент; 10 – слой цементно-песчаного раствора
Рисунок 10.1. Усиление каменных конструкций устройством обоймы
а – железобетонной; б – штукатурной предварительно-напряженной; 1 – усиливаемая стена; 2 – арматурные стержни Ø10÷14 мм; 3 – хомуты-связи Ø10 мм; 4 – отверстия в стене; 5
– арматурные сетки, привязанные к арматурным стержням; 6 – бетон обоймы;
7 – стальные пластины с отверстиями для тяжей; 8 – тяжи-связи; 9 – арматурные стержни, приваренные к пластинам и попарно стянутые; 10 – сжимы; 11 – штукатурка из цементнопесчаного раствора
Рисунок 10.2. Усиление стен обоймами
10.1.3. Применяют следующие виды обойм: стальные, железобетонные, армированные растворные, а также из угле-, стеклои бальзатового волокна.
10.1.4. Стальную обойму устраивают из вертикальных уголков устанавливаемых на растворе по углам очищенного от штукатурного слоя 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 более 50 см (рис. 10.1, а, б). Для включения обоймы в работу зазоры между кладкой и уголками зачеканиваются или инъцируются цементно-песчаным раствором. Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементно-песчаного раствора толщиной 25÷30 мм. Для надежного сцепления раствора и защиты от пожара стальные уголки закрываются металлической сеткой.
Наряду с обычной стальной обоймой усиление каменных конструкций может выполняться обоймой с предварительным напряжением только поперечных хомутов или с преднапряжением поперечных хомутов и продольных стальных уголков. Обоймы по конструктивному исполнению могут быть навесными и работающими как обоймы-стойки.
Железобетонная обойма выполняется из бетона классов В12.5÷В15 с армированием вертикальными стержнями и приваренными к ним хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не более 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (рис. 10.1, в; рис. 10.2, а)
Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементно-песчаного раствора марок М50÷М100 (рис. 10.1, в).
Усиление кирпичных стен, простенков и колонн
Рис.39. Заделка трещин кирпичными вставками
в простой замок и с якорем
В местах образования сквозных трещин для их стабилизации с двух сторон стены устанавливают стальные накладки из полосовой стали 50 х 10 мм с креплением их болтами с обеих сторон стены (рис. 40, а). Аналогично поступают при появлении сквозных трещин в углах здания (рис.40, б) и в местах пересечения наружных и внутренних стен (рис.40, в).
Рис.40. Способы усиления кирпичных стен
а) установкой стальных связей на болтах; б) в углу здания; в – то же в местах сопряжений наружных и внутренних стен: 1- двусторонняя металлическая накладка из полосовой стали; 2 – круглая сталь диаметром
20-24 мм; 3 – то же, с нарезкой на двух концах
Рис.41. Усиление кирпичной стены односторонней (а) или двухсторонней (б) набетонкой
Рис.42. Обеспечение пространственной жесткости остова здания
1 – тяжи; 2 – муфта натяжения; 3 – металлическая прокладка; 4 – швеллер № 16-20; 5 – уголок
Рис.43. Усиление простенков несущих стен:
а, б) – железобетонной обоймой; в) – обоймой из прокатного металла; г) – железобетонным сердечником;
д) – то же, металлическим; 1 – кирпичный простенок; 2 – арматура; 3 – бетон; 4 – поперечная стальная связь;
5 – стальной уголок; 6 – стальная планка; 7 – арматурный каркас; 8 – стальной сердечник
Усиление кирпичных колонн и пилястр. Кирпичные колонны и столбы усиливаются аналогично кирпичным простенкам, т.е., путем устройством металлических, штукатурных или железобетонных обойм (рис.44).
Рис.44. Усиление кирпичных колонн и столбов с помощью устройства
металлического каркаса (а), железобетонной (б) или арматурной (в) обоймы
1 – кирпичная колонна; 2 – металлический каркас или арматура усиления; 3 – цементно-песчанный раствор или бетон замоноличивания
Для повышения эффективности работы металлической обоймы горизонтальным планкам придают предварительное напряжение с помощью электронагрева до температуры 120 0С.
По второму способу вместо планок используют металлические стержни, концы которых приваривают с одной стороны к вертикальным уголкам обрамления колонны, а другие концы, имеющие резьбовое окончание, пропускают в заранее приваренные отрезки уголков или труб, после чего с помощью навинчивания гаек динамометрическим ключом создают в стержнях горизонтальное напряжение и дополнительное обжатие колонны (рис.45).
Кирпичные пилястры могут усиливаться с помощью стальных или железобетонных обойм (рис.46).
Железобетонная обойма выполняется из бетона класса В 12,5 и выше с армированием вертикальными стержнями и хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не более 150 мм.
Читайте также: