- усилению и восстановлению отдельных элементов существующей кладки;
- повышению несущей способности перенапряженной кладки в целом;
- повышению пространственной жесткости деформированного здания;
- обеспечению устойчивости стен при разрывах креплений и отклонениях от вертикали;
- обеспечению свободы осадочных деформаций сопрягаемых стен.
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 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).
Обойма из композиционных материалов на основе специальных стекло-, арамидных и углеродных волокон, наклеиваемых на усиливаемый элемент специальными клеящими составами (рис. 10.1, г).
Для надежного обеспечения совместной работы кирпичного элемента с обоймой рекомендуется использовать анкера, закрепленные в кирпичной кладке и соединенные с обоймой.
10.1.5. Методика расчета конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, изложена в 11, 26.
10.1.6. При соотношении сторон сечения элемента более 1:2 (широкие простенки, стены и т.п.), необходима установка дополнительных поперечных связей, пропускаемых через кладку и располагаемых по длине сечения на
расстоянии не более 2h и не более 100 см, где h толщина стены. По высоте
стен расстояние между связями должно быть не более 75 см (рис. 10.2, а). Связи должны быть надежно соединены со стальными элементами обоймы.