ТТК. Капитальный ремонт зданий

Усиление простенков и перемычек

Простенки и перемычки относятся к наиболее нагруженным участкам стен и поэтому часто подвергаются усилению.

Традиционно для усиления простенков используют стальные и железобетонные обоймы, хотя в некоторых случаях целесообразно оштукатуривание по сетке или обкладывание кирпичом.

При небольших вертикальных и наклонных трещинах простенки усиливают арматурными сетками из проволоки диаметром 3-5 мм с ячейкой 100x100 мм (табл.4.4, п.1). Сетки сваривают, образуя замкнутый контур. Для лучшего прилегания сетки к стене исполь­зуют штыри (гвозди) длиной 100-150 мм, забиваемые в швы кладки. На усиленный простенок наносят торкрет-бетон или слой штукатурки толщиной 15-20 мм.

При больших вертикальных трещинах простенок усиливают стальной обоймой (табл.4.4, п.2), которую монтируют по предварительно оштукатуренной и выровненной поверхности простенка. Обойма представляет собой конструкцию из продольных уголков 50x50 (45x45) мм и приваренных к ним планок из стальной полосы 50х5 мм с шагом 300-500 мм. При этом шаг планок не должен превышать наименьшего размера простенка. Чтобы создать предварительное напряжение в обойме и улучшить ее совместную работу с кирпичной кладкой, планки перед приваркой иногда нагревают до температуры 150-200°С.

Однако такой способ преднапряжения обоймы достаточно трудоемок и сложен в исполнении, поэтому редко применяется. Более технологично преднапряжение, которое достигается с помощью раствора, приготовленного на напрягающем (расширяющемся) цементе и нагнетаемого в зазор между уголками и кирпичной кладкой.

Простенки, имеющие сложную конфигурацию и поверхностные повреждения, усиливают с помощью железобетонной обоймы (табл.4.4, п.3). Обойму изготавливают из бетона класса В15-В20 и армируют пространственным каркасом, состоящим из продольных и поперечных стержней. Толщину железобетонной обоймы и площадь сечения продольной арматуры определяют расчетом.

Таблица 44

Способы усиления (замены) простенка

№ п/п	Способы усиления. Эскиз усиления	Элементы усиления
№ поз.	Материал, размеры
	Оштукатуривание по сетке		Гвозди l=100-150 Сетка из проволоки, кл. Вр1 Ø=3…5 мм; ячейка 100х100 Цементно-песчанный раствор М100; δ=15-20
	Стальная обойма		Уголок 50х50х5 Планки 50х5 с шагом 300-500
	Железобетонная обойма		Продольная арматура Кл. АII, AIII Ø=6..12 Поперечная арматура кл. АI Ø=6…8 Бетон кл. В15-В20 δ=40-60
	Замена простенка		Стойки Доски δ=30-40 Доски δ=50-60 Деревянные клинья Новый простенок

В проекте усиления простенков большой длины (когда их длина в два и более раз превышает толщину) необходимо предусматривать постановку дополнительных связей, пропускаемых через кладку простенка.

При значительных разрушениях каменной кладки бывает целесообразной замена простенка на новый . Перекладывают (заменяют) простенок после предварительной разгрузки. С этой целью в смежные с простенком оконные проемы устанавливают деревянные стойки, которые для обеспечения жесткости и устойчивости расшивают досками. Нагрузку от перемычек на стойки передают через деревянные клинья, забиваемые враспор со стойкой (табл. 4.4, п.4). После устройства простенка зазор между новой и старой кладкой зачеканивают жестким раствором.

Важно отметить, что материалы для кладки нового простенка и ремонта стены должны иметь аналогичные физико-механические характеристики. Это позволяет исключить неравномерные деформации стены и возможное перенапряжение простенка.

Повреждение перемычек над дверными и оконными проемами обычно наблюдается в старых зданиях, имеющих большой физический износ, и характеризуется появлением вертикальных трещин и выпадением отдельных камней кладки.

Перемычки усиливают стальными уголками (швеллерами) или железобетонными балочками, устанавливаемыми в предварительно устроенные гнезда (табл.4.5). Уголки усиления объединяют при сварке горизонтальными пластинами, а швеллеры - пластинами или болтами. Нагрузку от перемычки, воспринимаемую стальными элементами, передают на стены посредством подвески из полосовой стали или через стальные балочки уголкового или швеллерного профиля, заложенные в пробитые в стене отверстия.

Анализ данных по деформациям зданий и сооружений в рассматриваемых условиях показал, что выбор способа усиления несущих конструкций зависит от инженерно-геологических условий (свойств грунтов) и степени их изученности, характера и величины приложенной нагрузки, детальности обследования существующих фундаментов, сохранности существующих конструкций, способа производства работ и типа применяемого оборудования.

Особо опасные деформации происходят в построенных без учета развития неравномерных осадок старых зданиях, получивших повреждения и имеющих многочисленные дефекты, ослабляющие несущие конструкции: трещины в стенах, сдвиги перекрытий и лестничных маршей, перекосы проемов, отклонения стен от вертикали и др.

Исходя из особенностей и характера примыкания принимаются те или иные конструктивные мероприятия, направленные на обеспечение эксплуатационной пригодности существующих зданий: предупредительные проектные решения; предупредительные меры, необходимые при производстве работ; ремонтные меры при возникновении аварийных ситуаций.

Усиление конструкций может выполняться по временной и по постоянной схеме. Временное усиление конструкций применяют в случаях длительного развития деформаций при возникновении аварийных повреждений зданий. По мере стабилизации деформаций временное усиление заменяется постоянным.

Усиление конструкций, как предупредительное, так и восстановительное, выполняется увеличением несущей способности элементов сооружения или изменением конструктивной схемы зданий путем увеличения его пространственной жесткости и прочности.

К настоящему времени разработаны и проверены практикой многочисленные методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. Одни методы позволяют усилить надфундаментные конструкции креплением простенков в кирпичных домах, устройством накладных и напряженных поясов, разгрузочных балок, скоб-стяжек и т.п. Другими методами повышают несущую способность основания, реконструируют или усиливают фундамент устройством сплошной фундаментной плиты, расширением или заглублением фундамента, подведением под стены здания свай типа «Мега», набивных, буроинъекционных и т.п., вдавливанием существующих свай с увеличением их длины.

Прежде чем начать работу по усилению отдельных конструкций, необходимо их разгрузить с помощью установки временных опор. Однако здесь нередко допускаются ошибки: нагрузка лежащих выше деформированных конструкций сосредоточенно передается на деформирующийся фундамент и тем самым ухудшаются условия его работы. Нагрузку необходимо перераспределить так, чтобы разгрузить полностью или частично деформирующийся фундамент, т.е. передать ее на надежное основание, иногда через специально выполненные опоры (площадки). За временными опорами необходимо вести постоянные наблюдения и при необходимости подбивать под них клинья или ставить дополнительные разгружающие опоры.

Деформированные простенки между оконными, дверными или иными проемами кирпичных зданий усиливают путем устройства металлических или железобетонных корсетов (обойм). Если выполнено временное крепление лежащей выше кладки, простенки могут быть усилены частичной или полной их перекладкой.

Конструкция металлического корсета состоит из вертикальных стоек уголковой стали с шириной полок 100—120 мм, охватывающих углы простенка, и приваренных к стойкам через определенный интервал горизонтальных планок из полосовой стали толщиной 6—8 мм. Такой корсет почти вдвое повышает несущую способность простенка (рис. 8.3). С внутренней стороны здания части металлического каркаса устраиваются с заглублением в тело простенка и последующим оштукатуриванием борозд. Железобетонный корсет применяется в тех случаях, когда напряжение в рабочем сечении простенка может вызвать разрушение кладки. Стойки такого корсета также могут располагаться в вертикальных бороздах, пробиваемых в кладке простенков.

Рис. 8.3.

1 — кирпичная кладка; 2 — металлическая планка; 3 — уголок

В тех случаях, когда в конструкциях здания возникают опасные трещины в местах примыкания капитальных стен друг к другу, стены отклоняются от вертикальной плоскости и выпучиваются их отдельные участки, в целях предотвращения дальнейшего развития деформаций устраивают накладные пояса (рис. 8.4). Эти пояса представляют собой систему парных вертикальных анкеров из швеллеров № 12—14, объединенных горизонтальными тяжами из круглой стали диаметром 18—28 мм. Тяжи лучше всего устраивать на уровне железобетонных перекрытий с последующим укрытием их под полами. Натяжение тяжей ведется вручную с помощью муфт, имеющих обратную нарезку. Рассчитываются тяжи по усилию на растяжение кладки. С наружной стороны анкеры и тяжи можно утапливать в штрабу, которая затем оштукатуривается.

Рис. 8.4.

1 — накладной пояс из швеллера; 2 — металлический тяж

В зимнее время не исключена возможность проявления изморози на металлических частях накладных поясов внутри зданий, поэтому на наружной части тяжей необходимо устраивать теплоизолирующие прокладки.

Напряженные пояса конструкции Козлова применяются в тех случаях, когда в стенах зданий возникают трещины со значительным раскрытием и большой протяженностью. Такие пояса придают зданию пространственную жесткость, снимают растягивающие напряжения в кладке и передают их на металл (рис. 8.5).

Рис. 8.5.

а — фасад; б — план части здания; в — варианты размещения тяжей; 1 — арматурный тяж диаметром 22 — 32 мм; 2 — штраба

Применение напряженных поясов имеет определенные преимущества по сравнению с другими способами, поскольку они обеспечивают: выравнивание неравномерных деформаций коробки здания; ведение восстановительных работ без нарушения нормальной эксплуатации здания; исключение перекладки значительных участков стен; экономичное расходование металла на восстановление поврежденных стен и здания.

Напряженные пояса состоят из металлических стержней диаметром 22—32 мм, охватывающих поврежденное здание или его отсек на уровне междуэтажных и чердачного перекрытий. Стержни натягивают обычно вручную резьбовыми муфтами. Для установки стержней поясов пробивают горизонтальные штрабы с наружной стороны стен. Стержни крепят к опорным частям, представляющим собой вертикальные уголки № 10—15, установленные на углах или пересечениях стен. Пояса должны быть замкнутыми. Согласно методике Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, длина большой стороны пояса не должна превышать 1,5 длины короткой. Длинная сторона обычно составляет 15—18 м. Пояс, охватывающий деформированную часть здания, должен быть заведен на неповрежденную часть не менее чем на 1,5 длины деформированного участка.

Сечение тяжей подбирается по усилию, зависящему от расчетного сопротивления кладки на скалывание, толщины стены и ее длины. Сечение стержней, воспринимающих изгибающий момент в стене, назначается таким, чтобы их прочность равнялась прочности кладки, воспринимающей перерезывающую силу:

N = 0,2Rlb ,

где N — усилие в стержне, кН; R — расчетное сопротивление кладки скалыванию, кН/м 2 ; l — длина стены, м; b — толщина стены, м.

Трещины в стенах здания можно укрепить с помощью скоб-стяжек, устанавливаемых на уровне каждого этажа. Назначение таких скоб — перераспределение нагрузки от деформированных участков стен на прочные участки. Такое мероприятие позволяет предотвратить дальнейшее раскрытие трещин. Скоба-стяжка (рис. 8.6) состоит из обрезка швеллера или уголка длиной не менее 2 м, скрепленного со стеной двумя анкерными болтами диаметром 20—22 мм. Анкерный болт располагается на расстоянии не ближе 1 м от трещины.

Рис. 8.6. Усиление кирпичных зданий с помощью скоб-стяжек или разгрузочных балок (размеры в см)

а — фасад; б — фрагмент усиления, 1 — скоба-стяжка; 2 — разгрузочная балка из швеллера на уровне верха фундамента (на уровне 1-го или подвального этажа), 3 — стяжной болт, 4 — планка-анкер; 5 — бетон марки 100

В отличие от скоб-стяжек, обеспечивающих локальное усиление поврежденного участка стены, разгрузочные балки служат для общего усиления здания. Обычно их устраивают из швеллеров № 22—27 и ставят на уровне верха фундамента или на уровне оконных перемычек первого или подвального этажа (см. рис. 8.6).

Двусторонние разгрузочные балки устанавливают при толщине стен более 64 см и анкеруют болтами диаметром 16—20 мм через 2—2,5 м. Односторонние разгрузочные балки ставят при малой толщине стен и анкеруют полосовым или круглым железом с тем же интервалом, что и двусторонние балки.

Скобы-стяжки и разгрузочные балки устанавливают на цементном растворе в штрабе глубиной не менее ширины полки. По окончании крепления анкеров штраба заполняется бетоном марки 100 с уплотнением. Все металлические детали скоб-стяжек и разгрузочных поясов должны быть покрыты антикоррозионными составами.

Для крупнопанельных зданий в связи с их конструктивными особенностями нужны иные решения по усилению. Для таких зданий предупредительные меры осуществляются введением горизонтального поэтажного армирования (рис. 8.7); усилением крепления плит перекрытий на панелях внутренних и наружных стен (рис. 8.8); устройством консольных опираний перекрытий (рис. 8.8, в ); армированием вертикальных стыков и др.

Рис. 8.7.

а — анкерами; б — тяжами; 1 — анкер; 2 — стеновая панель; 3 — тяж; 4 — арматурный каркас; 5 — тяжи; 6 — штукатурка по сетке; 7 — металлический уголок

Рис. 8.8.

а — вывешиванием перекрытий; б — применением стеновых панелей с консольным уширением; в — установкой ребер жесткости; 1 — металлическая серьга; 2 — балка; 3 — перекрытие; 4 — стеновая панель; 5 — тяж; 6 — трещины, сколы; 7 — консоль; 8 — штукатурка па сетке

Увеличение пространственной жесткости сооружения изменением конструктивной схемы позволяет перераспределить усилия в конструкциях, обеспечив более эффективную их работу. Для этого можно установить дополнительные конструкции в виде стоек, подкосов, порталов, ввести связи, диафрагмы, распорки и др. (рис. 8.9).

Рис. 8.9.

а — дополнительная колонна; б — подкосы; в — портал; г — подкосы

Указанные способы в первую очередь применимы для многоэтажных производственных зданий каркасного типа, являются достаточно эффективными и позволяют разгрузить конструкции, получившие повреждения Во всех случаях усиливающие элементы должны быть включены в совместную работу с существующими конструкциями Для этой цели усиливающие элементы обжимают домкратами, подклинивают, заделывают зазоры раствором на расширяющемся цементе и т.п.

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.

§ 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 0,7R КЛ . 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 = 0,2R KJl ×l ×b , где R KJl - 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.

На рис. 6.41, г приведена технологическая схема производства работ путем инъецирования железобетонной обоймы. Установка опалубки производится на всю высоту конструкции с обеспечением защитного слоя арматурного заполнения. Нагнетание бетона осуществляется по ярусам (3-4 яруса). Процесс окончания подачи бетона фиксируется по контрольным отверстиям с противоположной стороны от места нагнетания. Для ускоренного твердения бетона используются системы термоактивных опалубок, греющих проводов и другие приемы повышения температуры твердеющего бетона. Демонтаж опалубки осуществляется по ярусам при достижении бетоном распалубочной прочности. Режим твердения при t = 60 °С обеспечивает распалубочную прочность в течение 8-12 ч прогрева.

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.

Усиление стен кирпичных позволяет повысить их эксплуатационные характеристики. Очень часто можно видеть трещины в стенах кирпичного дома, что указывает на их слабость и наличие плохой несущей опоры. Существуют различные методы усиления кирпичных стен, позволяющие повысить их стойкость. О некоторых из них расскажет статья.

Основанием для укрепления кирпичных стен является их деформация, причинами которой могут быть:

• Конструктивные ошибки . К ним относятся:

1. недостаточная глубина фундамента;
2. неравномерность при оседании частей дома;
3. деформации, возникшие в балочном покрытии;
4. несоответствие несущей способности конструкции и нагрузки на нее.

• Эксплуатация . В этом случае возможно произошло:

1. переувлажнение укладки;
2. проседание фундамента.

• Ошибки, возникшие при кладке стен.

Оценка степени повреждения кирпичных стен, по потере элементами несущей способности, может быть:

Слабая - до 15%. Обусловлена:

1. размораживанием;
2. действием ветряной нагрузки;
3. повреждениями материала стен от огня на глубину до 5 миллиметров;
4. косыми и вертикальными трещинами, пересекающимися не более чем в двух рядах кладки.

Средняя - до 25%. Вызвана:

1. выветриванием и размораживанием кладки;
2. отслоением облицовочного материала на толщину до 25%;
3. повреждения кирпича от огня на глубину до двух сантиметров;
4. косыми и вертикальными трещинами, которые пересекаются до четырех рядов кладки;
5. выпучиванием и наклоном стен на одном этаже, не превышающем пятую часть толщины конструкции;
6. образованием трещин на участках пересечения поперечных и продольных стен, вызванные нарушением кладки перемычек и под опорами балок;
7. смещением до двух сантиметров плит перекрытий.

Высокая - до 50%. Это может возникнуть из-за:

1. обрушения стен;
2. выветривания и размораживания кладки до 40% к ее толщине;
3. повреждений материала стен от огня на глубину до 6 сантиметров:
4. косых и вертикальных трещин, за исключением температурных и осадочных, на высоту 7 рядов кладки;
5. выпучиваний и наклонов стен на одном этаже на один процент его высоты;
6. смещений стоек и стен по косой штрабе или горизонтальным швам;
7. отрыва продольных стен от поперечных;
8. повреждений кладки под стойками балок и перемычек глубиной более 2 сантиметров;
9. смещений плит перекрытия на опорах больше 4 сантиметров.

Совет: Стены, которые потеряли больше 50% прочности, следует считать разрушенными. Наличие вышеуказанных повреждений является основанием, чтобы проводить ремонтно-восстановительные работы.

Как можно усилить кирпичные стены

Ремонт и последующее усиление кирпичных стен, схемы его проведения могут быть самые разные, но в любом случае необходимо:

• Отремонтировать цоколь здания.
• Заделать трещины.
• Отремонтировать и усилить перемычки.
• Усилить отдельные простенки и стойки.
• Обеспечить пространственную жесткость стен.
• Выполнить перекладку на отдельных участках стен.
• Заложить или устроить проемы.
• Усилить кладку стен инъекцированием.

В кирпичных домах трещины могут быть:

• Узкими - 5 миллиметров. Такие дефекты необходимо:

1. расшить;
2. промыть водой;
3. зачеканить торкретбетоном.

• Широкими – до 40 миллиметров, не нарушающие целостность кладки . Заделываются в такой же последовательности, как и узкие трещины.
• Более 4 сантиметров нарушают целостность кладки. В этом случае трещина:

1. расчищается;
2. промывается водой;
3. зачеканивается торкретбетоном;
4. по длине трещины высверливаются отверстия;
5. вставляются в отверстия инъекторы;
6. в полость трещины под давлением закачивается специальный раствор.

На схеме:

• 1 - трещина в кладке.
• 2 - установка инъекционных шпуров.
• 3 - патрубки для инъекций.
• 4 - раствор из цемента и песка.

Стены из силикатного кирпича можно укрепить такими способами, как:

• Использование обойм из армированных растворов.
• Усиление кирпичных стен стальными тяжами.
• Устройство железобетонных обойм по периметру здания.
• Применение композиционных материалов для обойм.
• Усиление кирпичных стен стальными обоймами.

Выбирая метод усиления дома, следует учитывать большое количество факторов.

Это могут быть:

• Марка, используемого для штукатурки, бетона или раствора.
• Процент армирования здания.
• Состояние кладки стены.
• Схема нагрузки на все здание.

Прочность кладки из кирпичей зависит непосредственно от процента армирования ее хомутами.

При внешнем осмотре можно оценить:

• Число трещин.
• Их размеры: глубину и ширину.

Совет: Чтобы восстановить прочность несущих стен дама, где имеются трещины, необходимо выполнить их усиление обоймами.

Как сделать армированную обойму

Устранить трещины и предотвратить появления новых дефектов своими руками можно, сделав армирование стен (см. ).

Для этого используются:

• Арматурные каркасы.
• Стержни арматуры.
• Арматурная сетка.
• Железобетонные пилястры.

Инструкция по усилению стены арматурной сеткой предлагает:

• Устанавливать материал можно с одной или с двух сторон, зафиксировав сетку на ремонтируемый участок.
• Предварительно сверлятся отверстия.
• Сетка крепится сквозными шпильками или анкерными болтами, входящими в эти отверстия.
• Наносится цементный раствор, не ниже марки М100.
• Слой штукатурки наносится толщиной от 2 до 4 сантиметров.
• Крепятся вспомогательные стержни диаметром 6 миллиметров, по высоте углов, опустив элементы примерно на 30 сантиметров, чтобы обеспечить их усиление.
• При одностороннем креплении сетки анкера диаметром 8 миллиметров ставятся с шагом до 80 сантиметров.
• При двустороннем размещении сетки, она крепится сквозными анкерами диаметром 12 миллиметров с шагом до 1,2 метра, сваркой или крепежом к металлическим сеткам.

Как установить железобетонный пояс

Стена из силикатного кирпича может быть усилена устройством железобетонного пояса.

Его преимущества:

• Экономия времени.
• Меньшая цена.

Недостаток:

При использовании железобетонной обоймы должны учитываться такие технические характеристики, как:

• Толщина изготовления конструкции от 4 до 12 сантиметров.
• Бетонная смесь выбирается с мелким зерном не ниже 10 класса.
• Поперечная арматура выбирается А240/AI класса, с шагом установки до 15 сантиметров.
• Продольная арматура берется А240-А400/AI, AII, AIII класса.

Для изготовления конструкции из железобетонной «рубашки» необходимо установить по всему периметру арматурную сетку, зафиксировав ее не кладке фиксаторами.

Совет: Для укрепления кирпичной стены следует создать оболочку, которая превышает прочность самой стены в несколько раз.

Показателями эффективности обоймы являются:

• Состояние уложенной поверхности.
• Прочность бетона.
• Характер нагрузки.
• Процент армирования.

Этот вид конструкции часть нагрузки берет на себя, освобождая кладку.

При изготовлении обоймы:

• Слои до 4 сантиметров толщиной выполняются пневмобетонированием и торкретированием, а затем выполняется отделка штукатуркой.
• Если слои имеют толщину до 12 сантиметров, обойма стены делается с использованием инвентарной опалубкой, монтируемой вокруг усиливаемой основы. Инвентарная опалубка устанавливается по всей высоте укрепляемого строения, чтобы защитить слой арматурного заполнения. В опалубке устраиваются инъекционные трубки, и в них подается мелкозернистая бетонная смесь.

Особенности композиционной обоймы

На фото представлено сооружение обоймы из композиционного сырья. Это один из наиболее результативных методов для усиления стен из кирпича, за счет использования высокопрочных волокон: угле- и стекловолокна.

Они позволяют увеличить прочность:

• На сжатие отвесных конструкций.
• На сдвиг или срез перпендикулярных сечений.

Технология проведения работ:

• Подготовленная кирпичная кладка обрабатывается пропиткой.
• Выполняется грунтовка для упрочнения поверхности.
• Устанавливаются металлические каркасы.
• Разбираются временные крепления.

Совет: Времянки следует убирать после набора 50% прочности новой кладкой, величина которой указана в проекте.

• Окрашиваются и штукатурятся простенки.

Как сделать стальную конструкцию

Монтаж стальной обоймы значительно повышает несущую способность здания.

Для ее изготовления необходимо приобрести:

• Стержни арматурные, диаметром 12 миллиметров.
• Поперечные металлические полоски, сечение шириной до 6 сантиметров, толщиной – до 12 миллиметров.
• Профильные уголки.

• На растворе по углам площади, предназначенной для усиления, устанавливаются вертикальные уголки.

• Крепятся полосы с шагом не более 50 сантиметров.
• Продольные уголки выбираются длиной, равной высоте усиливаемой конструкции.
• На уголки накладывается металлическая сетка, для улучшения прочности конструкции.
• Цементный раствор должен быть толщиной до 3 сантиметров, чтобы защитить металл от коррозии.

Совет: При отделке большой площади, процесс необходимо выполнять с использованием растворонасоса.

Какие современные методы используются для улучшения прочности кирпичных стен

Традиционные методы с применением композитных материалов и инъектирования, позволяющие быстро и эффективно усилить кирпичные стены, могут заменить инновационные способы проведения процесса.

Его суть заключается в следующем:

• В теле строительной конструкции пробуриваются отверстия.
• В них под давлением закачиваются ремонтные составы, которыми могут быть:

1. микроцементы;
2. на эпоксидной смоле;
3. на полиуретановой основе.

• Инъекционная смесь заполняет существующие пустоты строительной конструкции, имеющиеся трещины, что предотвращает разрушение стены и обеспечивает надежную гидроизоляцию строения.

Инъектирование стен позволяет:

• Полностью укрепить кирпичную кладку.
• Произвести структурное склеивание материала.
• Защитить стены от вредного воздействия капиллярной влаги.

При усилении композитными материалами:

• На строительную конструкцию наклеиваются холсты (ленты или сетки) из высокопрочного материала, изготовленного на основе стекловолокна или углерода.
• Клеем могут быть составы на цементной или эпоксидной основе.

Усиление кладки, усиление проемов в кирпичных стенах должно быть выполнено полностью, чтобы восстановить абсолютно все поврежденные зоны. Очень важно своевременно проводить реконструкцию дома, чтобы не допустить полное разрушение стен. Любой метод, при правильном исполнении, усиливает кирпичную кладку, повышает устойчивость здания к нагрузкам, действующим деформациям и другим факторам. Все особенности проведения работ показывает видео в этой статье.