Усиление кирпичных стен, простенков и колонн. Усиление простенков и перемычек
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.
Эффективным методом увеличения прочности каменной кладки при малых эксцентриситетах () является устройствообойм : стальной, железобетонной и растворной .
Наиболее массовыми элементами, усиливаемыми обоймой, являются столбы и простенки. Столбы, как правило, имеют прямоугольную форму поперечного сечения с соотношением сторон не более 1,5, что способствует эффективной работе обойм, ограничивающих поперечные деформации в сечении. Простенки имеют вытянутую в плане форму, обычно с соотношением сторон более двух. При этом для эффективного использования обойм устанавливаются дополнительные связи в виде стяжных болтов или анкеров. Допускаемые расстояния между связями (анкерами, хомутами) не более 1000 мм и не более двух толщин стены по длине, по высоте – не более 750 мм. Связи надежно закрепляют в усиливаемой кладке.
Стальная обойма – это система из продольных элементов уголкового профиля (рис. 14.5), устанавливаемых на растворе по углам или выступам конструкции и приваренных к ним поперечных элементов (планок) в виде полосовой или арматурной стали, а также опорных подкладок (при усилении всего столба или простенка, когда на продольные элементы передается часть усилий от вышерасположенных конструкций). Шаг планок принимают не более меньшего размера поперечного сечения и не более 500 мм.
Р
ис.
14.5. Усиление каменных конструкций
стальной обоймой:
1 – усиливаемая
конструкция, 2 – уголок, 3 – планка, 4 –
поперечная связь,
5 – полоса, 6 –
анкеры, 7 – болт, 8 – опорный уголок, 9 –
стальная пластина
Для повышения эффективности усиления поперечные планки рекомендуется напрягать. Для этого со стороны двух противоположных граней к продольным элементам приваривают планки только с одного конца. После чего нагревают планки до 100…120°С и приваривают в нагретом состоянии второй свободный конец к вертикальным уголкам. При остывании планок происходит обжатие усиливаемой конструкции.
15. Устройство оконных и дверных проемов в существующей кладке.
Работы по замене брусковых перемычек начинают с установки временных креплений. Борозды (штрабы) пробивают с двух сторон перемычки поочередно. Высота и ширина борозд должна соответствовать высоте и ширине заменяемой перемычки и иметь зазор порядка 40...60 мм для плотной заклинки вновь подведенных элементов с существующей кладкой. Пробивка начинается с наиболее ослабленных мест старой перемычки.
До монтажа стальных заменяющих балок из профильной стали (уголков, швеллеров) последние обворачивают сетками. При монтаже балок обеспечивается тщательное заполнение раствором марки не ниже М100 зазоров между кирпичной кладкой и устанавливаемой конструкцией. После заполнения раствором стальные балки стягивают болтами. Шаг стяжных болтов принимают не более 500 мм при пролетах не более 2400 мм и не более 800 мм при пролетах более 2400 мм. Расстояние от торцов профиля до стяжного болта принимается не менее 100 мм.
Аналогичный метод применяется и при устройстве новых проемов в существующих стенах (рис. 14.14).
Р
ис.
14.14. Устройство нового проема в существующих
стенах: 1 – швеллер,
2 – стяжные болты,
3 – раствор, 4 – стальная сетка, 5 –
устраиваемый проем
Номер профиля швеллера стальных перемычек для конкретной ширины проема при различных толщинах стен указан в табл. 14.2. После монтажа элементов перемычки и твердения раствора осуществляется пробивка проемов под перемычками.
При наличии в перемычках дефектов и повреждений для повышения их прочности применяются стальные накладки , представляющие собой упругую опору для элементов (рис. 14.15, 14.16). Накладки выполняют из профильной стали уголкового или швеллерного профиля. Связь профилей между собой осуществляют планками из полосовой стали.
Рис. 14.15. Усиление плоских перемычек накладками: 1 – продольные уголки, 2 – поперечные планки, 3 – торцевые уголки, 4 – проем
Р
ис.
14.16. Усиление арочной перемычки: 1 –
накладки усиления
арочной перемычки,
2 – планка, 3 – вертикальный уголок, 4 –
опорный уголок
Усиление уголками осуществляется с двух сторон поврежденной перемычки на цементном растворе марки не ниже М100. Для этого расчищают горизонтальный шов на глубину до 70 мм в опорных частях перемычек. Зазоры между уголками и перемычкой не допускаются. У торцов перемычки пробивают отверстия для установки отрезков уголков или полосы на всю толщину стены с одного, затем с другого торца. Уголки (полосы) приваривают к торцам продольных уголков. По длине уголки соединяют планками с шагом не более толщины стены и не более 500 мм. Соединительные планки можно заменять сетками, приваренными к нижней грани уголков. Размеры уголков определяются расчетом.
При недостаточной высоте полки уголков и большой ширине проема рекомендуется устанавливать подвески в виде наклонных планок из полосовой стали, толщиной 4 мм и более или круглой стали диаметром 10…16 мм с концевыми анкерами в верхней части стены над простенками. Внизу подвески привариваются к продольным уголкам каркаса (рис. 14.17).
Р
ис.
14.17. Усиление плоских перемычек с
использованием подвесок:
1 – накладки
усиления, 2 – подвески из полосовой
стали, 3 – отверстия под подвески,
4 –
опорная подкладка, 5 – болт, 6 – существующий
проем
Усиление перемычек может осуществляться путем уменьшения ширины проема за счет устройства дополнительных рядов кладок со стороны проема с обязательной перевязкой старой и новой кладки.
§ 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.
При наличии в стенах дефектов, причины появления которых были рассмотрены выше, применяют различные способы их устранения; усиление простенков и столбов; ремонт и усиление перемычек; восстановление первоначального положения стен; увеличение жесткости стенового остова здания.
Кроме того, возможны перекладка отдельных участков стены, повышение теплозащитных свойств и улучшение эстетических качеств стены.
При наличии в стене трещин давнего происхождения, но без следов продолжающегося их раскрытия и удлинения, т. е. когда стена в целом не потеряла своей формы и несущей способности, такие трещины заделывают.
При ширине трещин до 40 мм эту операцию выполняют путем нагнетания раствора с напором порядка 2,5 ат. Раствор для заделки щелей может иметь состав (цемент - вода) от 1: 10 до 1:1, что соответствуют плотности 1,065-1,470.
Места расположения отверстий для нагнетания раствора выбирают в зависимости от расположения трещин на стене: на участках с вертикальными или наклонными трещинами их делают через 0,8-1,5 м, а на горизонтальных трещинах - 0,2-0,3 м.
Иногда при заделке трещин в наиболее видных участках стены укладывают несколько кирпичей, что называется замком (рис. 105, а), а в длинных и широких трещинах устраивают замок с якорем из прокатного профиля, укрепляемого в стене анкерами.
Если в стене обнаружены сквозные трещины в виде разрывов кладки в местах сопряжения наружных и внутренних стен или в наружных углах, для укрепления применяют металлические накладки из полосовой стали. Концы накладок загибают в сторону стены для лучшего сцепления с ней и фиксируют болтами, располагаемыми от трещины на расстоянии, равном примерно полутора толщинам стены (рис. 105, б, в, г). В более простых случаях при сравнительно небольшом протяжении и ширине трещины накладки можно крепить к стене ершами с одной стороны стены.
Если стены отклоняются от вертикали, выправить их можно с помощью вертикальных накладок из прокатных профилей (швеллера № 12-16) с креплением их ершами (рис. 106, а).
Рис. 105. Заделка трещин в стенах:
а - простой замок и с якорем; б - двусторонняя металлическая накладка ра прямом участке стены (фасад и план); в -накладки в месте примыкания внутренней стены; г - то же, на углу здания; 1 - накладка из полосовой стали 50X10 мм; 2 - круглая сталь с винтовой нарезкой d=20-24 мм; 3 - то же, с нарезкой на двух концах
Дефекты стен в виде выпучиваний, нарушений первоначальной формы устраняют путем накладки прокатных профилей с двух сторон стены в горизонтальном или вертикальном направлениях, называемых разгрузочными жесткими поясами.
В случае устройства поясов в параллельных стенах здания их можно связать между собой тяжами, устраиваемыми в уровне конструкции пола для увеличения жесткости всего стенового остова (рис. 106, б).
Помимо системы жестких накладок общее восстановление жесткости стенового остова, как пространственной конструктивной системы, производится с помощью предварительно напряженных поясов или тяжей из круглой арматурной стали " конструкции Н. М. Козлова (рис. 106, в, г). Пояса просты по устройству и очень эффективны. Тяжи диаметром 28-40 мм размещают на уровне тех перекрытий, где имеются трещины. На углах здания устанавливают уголки № 12-15 длиной около 1,5 м, к которым приваривают тяжи.
Рис. 106. Выпрямление неисправных стен:
а - жесткие накладки из прокатных профилей; б - крепление жестких накладок; в - восстановление жесткости стенового остова предварительно напряженными поясами; г - детали Устройства поясов; 1 - трещина в стене; 2 - уровень перекрытия; 3 -накладки из швеллеров № 12-16; 4 - болты крепления d=20-24 м; 5 - ерш; 6 - стягивающие тяжи d-28-40 мм; "--угловая накладка 120-150 длиной 1-1,5 м; 8 - натяжное устройство; I , II, I I I - контуры поясов
В плане здания пояса должны образовывать замкнутые контуры, возможно более близкие к квадрату и не более чем с соотношением 1: 1,5. Длина поясов по каждой из стен может достигать 15-18 м. Предварительное напряжение поясов производят натяжными муфтами - с левой и правой резьбами, которые предусматривают обычно в средней части каждого участка периметра пояса. Усилие натяжения контролируют динамометрическим ключом в соответствии с расчетной величиной. Система напряженных поясов образует в стеновом остове сжимающие усилия, которые погашают растяжения и деформации, являющиеся следствием нарушения формы стенового остова.
При укреплении стенового остова напряженными поясами уменьшается расход металла по сравнению с жесткими накладками. Конструкция напряженных поясов состоит из стандартизированных узлов, а работы на стройплощадке являются чисто монтажными. Небольшие сечения металлических поясов позволяют сохранить поверхность фасада, для чего все составные части поясов нужно помещать в заранее подготовленные борозды.
Частичная перекладка стен может заключаться, как упоминалось, в устройстве замков для закрытия крупных трещин. Можно заменять внешний слой стены при его износе или отслоении облицовочных рядов, с креплением новых камней путем перевязки с существующей кладкой или с помощью анкеров (рис. 107, а, б).
Рис. 107. Улучшение и перекладка стен:
а - замена облицовки путем перевязки с существующей кладкой; б - то же, с помощью анкеров; в - перекладка отдельных простенков; г - перекладка участков стены; д, е - утепление углов со стороны помещения; 1 - старая штукатурка; 2 - рулонный гидроизоляционный материал; 3 - эффективный утеплитель; 4 - новая
штукатурка
Более сложным мероприятием является замена отдельных участков стены (чаще всего простенков) при их разрушении от перегрузки или для изменения размеров. В первом случае (без смены перекрытий в здании) над заменяемым местом вывешивают на временных стойках и балках участок стены и перекрытия. Потом заменяемую часть стены разбирают и выкладывают заново (рис. 107, в).
Рис. 108. Усиление простенков и участков стен:
а - железобетонная обойма (фасад, план и детали); б - то же, из прокатного металла; в - железобетонный сердечник; г - то же, металлический
Во втором случае, когда все перекрытия решено разобрать, участки стены заменяют поэтажно без временных креплений после окончания монтажа нижележащего перекрытия (рис. 107, г).
Усиление простенков производят с помощью железобетонных и металлических обойм - «рубашек». Железобетонные рубашки более эффективны и, когда возможно, следует применять их. Для небольшого усиления стен можно оштукатуривать их по стальной сетке с ячейками порядка 150x150 мм и сечением 4-6 мм.
При соотношении сторон усиляемого простенка или столба более 1: 2,5 необходимо сквозное соединение усиливающих конструкций в середине таких опор. По данным В. К. Соколова, с помощью обойм несущую способность сечения можно повысить в 1,5- 2,5 раза.
При небольших размерах простенков и необходимости значительно увеличить их нагрузку в нем устраивают сердечник из железобетона или в виде металлического профиля (рис. 108, в).
Усилить колонны и столбы всех видов и из всех материалов можно такими же приемами (рис. 109, а, б), а также с применением распора, т. е. созданием напряжения в обойме (рис. 109, в).
Металлические накладки по углам в этом решении делаются несколько длиннее расстояния между верхним и нижним упорами (около потолка и пола). Затем их сжимают с помощью болтов, чем достигается нужное предварительное напряжение конструкции, работающей на сжатие.
Одновременно с усилением отдельных опор обычно усиливают их фундаменты, получая единое и взаимосвязанное конструктивное решение.
Рис. 109. Усиление колонн:
а - железобетонная обойма; б - то же, со спиральной арматурой: в - металлическая рубашка с распором (исходное и проектное положения); / - рабочая арматура d-12-16 мм; 1 - распределительная арматура d-6-10 мм; 3 - имеющаяся арматура; 4 - угловые накладки 60-80 им; 5 - упоры уголковых накладок 50-80 мм; 6 - стягивающие болты; 7 - полосовая сталь 50x5 мм
Перемычки улучшают и усиливают при наличии в них незначительных трещин путем заделки последних. При больших деформациях (сквозных трещинах по всей высоте перемычки и нарушении ее нижней поверхности) их усиливают путем крепления металлическими уголками (рис. 110,а), введением сборных железобетонных перемычек (рис. 110,6) или прокатных металлических профилей, которые принимают на себя нагрузку перемычки. Если при укреплении перемычки уголками трещины находятся в средней ее части, уголки крепят с помощью тяжей из полосовой или арматурной стали к простенкам на анкерах (рис. 110, в).
Для повышения теплоизолирующей способности стен из кирпича делают снаружи расшивку швов, что повышает теплоустойчивость стен до 20%- Лучшие результаты (до 30%) можно получит облицовкой стен кирпичом, керамическими и бетонными плитами.
Стены можно утеплить и изнутри здания напылением раствора с минеральной ватой или установкой плитных утеплителей (пенопласт, сти- ропор, полистирол, минеральная вата и т. п.) по слою рулонного материала. По данным Академии коммунального хозяйства, синтетические материалы повышают температуру внутренней поверхности стены примерно на 2-3° на каждый сантиметр толщины накладываемого слоя.
Особое внимание нужно уделять наружным углам стенового остова. Нередко повышение теплозащитных свойств стен заключается именно в утеплении их углов (см. рис. 107, д).
Улучшать внешний вид стен необходимо при выветривании раствора и самой кладки в отдельных местах при заметных переделках и перекладках или случайных изменениях. Технические способы улучшения эстетических качеств стен описаны в § 41 и показаны на рис. 107.
Существуют разные варианты усиления простенков, столбов и колонн здания. Чаще применяемые - это обоймы металлические, армоцементные и железобетонные. Проще всего выполнить обойму из уголков с последующим оштукатуриванием по сетке. Для этого отбивают штукатурку, устанавливают вертикальные уголки по углам простенка и соединяют их горизонтальными полосами. При ширине простенка больше полутора его толщины (b >1,5h ) длинные полосы стягивают через кладку тяжами из арматуры Ø10S240. Затем зачеканивают все щели цементным раствором, обвязывают простенок сетками и штукатурят (рис. 2).
Рис. 2 Усиление кирпичного простенка:
а - вид на простенок; б - сечение 1-1; 1 - кирпичный простенок; 2 - уголки металлической обоймы; 3 - полосы; 4 - тяж из арматуры; 5 - штукатурка по сетке
Исходные данные. Выполнить усиление кирпичного простенка обоймой из уголков с последующим оштукатуриванием по сетке. Простенок имеет ширину b = 90 см и толщину h = 51 см. Высота этажа 2,8 м. Кирпичная кладка из глиняного кирпича пластического прессования марки 75 на растворе М25 с упругой характеристикой кладки α = 1000 и расчетным сопротивлением R = 1,1 МПа.
На простенок передается расчетная нагрузка N = 476 кН с эксцентриситетом е 0 = 5 см. В кладке имеются трещины.
Решение
Усиливаем простенок обоймой из 4-х уголков 50×50×5 с площадью сечения 
и полосами 50×8 с площадью сечения 
. Полосы располагаем по высоте с шагом s
= 35 см. Расчетное сопротивление металла полос R sw
= 150 МПа, а уголков в зависимости от схемы передачи нагрузки на уголки и с уголков на стену: без передачи 43 МПа, с односторонней передачей 130 МПа, с двухсторонней передачей (уголки непосредственно воспринимают нагрузку и передают ее вниз) 190 МПа.
Несущая способность простенка после усиления уголками определяется по формуле:
,
где φ и η - коэффициенты, зависящие от эксцентриситета е 0 и высоты сечения
простенка h ;
Средний коэффициент продольного изгиба всего простенка и сжатой части простенка, зависящие соответственно от гибкостей λ 1 и λ 2 ;
; (Приложение II);
; (Приложение II);
m к = 0,7 при наличии трещин в кладке. Если они отсутствуют, то m к = 1;
m g = 1 при h ≥ 30см.
А - площадь сечения усиливаемой кладки,
А = b·h = 90∙51 = 4590 см 2 = 0,459 м 2 ;
μ - процент армирования кладки поперечными полосами,
Несущая способность усиленного металлической обоймой простенка при R s с = 43 МПа равна:
Как видно, несущая способность простенка после усиления выше, чем расчетная нагрузка.
6 Темы для самостоятельного изучения материала дисциплины
| Темы для самостоятельного изучения | Литература |
| Тема 1. Усиление металлических конструкций 1. Основные положения при разработке проектной документации, расчете и конструировании усилений 2. Дефекты и повреждения стальных конструкций 3. Усиление металлических стропильных ферм | стр.125-131, стр.165-168, стр.83-87 стр.73-76, стр.47-50. стр.191-202 |
| Тема №2. Усиление железобетонных несущих элементов зданий. Фундаменты и способы их усиления. 1. Определение необходимости усиления железобетонных конструкций 2. Классификация способов усиления. Усиление сжатой зоны бетона путем наращивания дополнительного слоя бетона 3. Расчетные формулы. Усиление балок в растянутой зоне бетона путем приварки дополнительного слоя арматуры 4. Усиление железобетонных колонн обоймами 5. Основные причины и методы усиления фундаментов | стр.125-131 стр.160-163, стр. 5-11 стр.286-288. стр.180-191, стр.8-11. стр.131-144, стр.3-32, стр.175-176, стр.174-175. |
Литература
1. Реконструкция зданий и сооружений / А.Л.Шагин, Ю.В. Бондаренко, Д.Ф. Гончаренко, В.Б. Гончаров; Под ред. А.Л. Шагина: Учебное пособие для строит. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1991.-352 с.: ил.
2. Бондаренко С.В., Санжаровский Р.С. Усиление железобетонных конструкций при реконструкции зданий - М.: Стройиздат, 1990 г.
3. Коновалов П.А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1988.-287 с.
4. Травин В.И. Капитальный ремонт и реконструкция жилых и общественных зданий - «Феникс», Ростов-на-Дону, 2002 г.
5. В.Н. Кутуков. Реконструкция зданий. – М.: Высшая школа, 1981. – 263 с., ил.
6. Калинин А.А. Обследование, расчет и усиление зданий и сооружений: Учебное пособие / Издательство Ассоциации строительных вузов. Москва; 2004, 160 с.
7. Девятаева Г.В. Технология реконструкции и модернизации зданий: Учеб. пособие. – М.: ИНФРА-М, 2006.-250 с.- (Среднее профессиональное образование).
8. Федоров В.В. Реконструкция и реставрация зданий: Учебник.- М.: ИНФРА-М, 2003. – 208 с. – (Серия «Среднее профессиональное образование»).
9. Б.С. Попович, Е.Р. Хило. Усиление строительных конструкций. – Львов, Высшая школа, 1985. – 290 с.
10. Пособие по проектированию усиления стальных конструкций (к СНиП II-23-81*). – М.: Стройиздат, 1989. – 159 с.
11. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22-81). – М.: ЦИНТ, 1988. – 150 с.
12. Усиление железобетонных конструкций (Пособие П1-98 к СНиП 2.03.01-84*). - Минск, 1998. – 189 с.
СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.
СНиП II-23-81*. Стальные конструкции.
СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.
ТКП 45-5.05-146-2009 (02250). Деревянные конструкции.
СНБ 5.03.01-02. Бетонные и железобетонные конструкции.
ТКП 45-5.01-67-2007 (02250). Фундаменты плитные. Правила проектирования.
ТКП 45-5.01-254-2012 Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения. Строительные нормы проектирования.
Приложение II Коэффициенты продельного изгиба φ
| Гибкость | Коэффициенты продельного изгиба φ при упругих характеристика кладки α | |||||||
| λ h | λ i | |||||||
| 0,98 | 0,94 | 0,9 | 0,82 | |||||
| 0,98 | 0,96 | 0,95 | 0,91 | 0,88 | 0,81 | 0,68 | ||
| 0,95 | 0,92 | 0,9 | 0,85 | 0,8 | 0,7 | 0,54 | ||
| 0,92 | 0,88 | 0,84 | 0,79 | 0,72 | 0,6 | 0,43 | ||
| 0,88 | 0,84 | 0,79 | 0,72 | 0,64 | 0,51 | 0,34 | ||
| 0,85 | 0,79 | 0,73 | 0,66 | 0,57 | 0,43 | 0,28 | ||
| 0,81 | 0,74 | 0,68 | 0,59 | 0,5 | 0,37 | 0,23 | ||
| 0,77 | 0,7 | 0,63 | 0,53 | 0,45 | 0,32 | - | ||
| 0,69 | 0,61 | 0,53 | 0,43 | 0,35 | 0,24 | - | ||
| 0,61 | 0,52 | 0,45 | 0,36 | 0,29 | 0,2 | - | ||
| 0,53 | 0,45 | 0,39 | 0,32 | 0,25 | 0,17 | - | ||
| 0,44 | 0,38 | 0,32 | 0,26 | 0,21 | 0,14 | - | ||
| 0,36 | 0,31 | 0,26 | 0,21 | 0,17 | 0,12 | - | ||
| 0,29 | 0,25 | 0,21 | 0,17 | 0,14 | 0,09 | - | ||
| 0,21 | 0,18 | 0,16 | 0,13 | 0,1 | 0,07 | - | ||
| 0,17 | 0,15 | 0,13 | 0,1 | 0,08 | 0,05 | - | ||
| 0,13 | 0,12 | 0,1 | 0,08 | 0,06 | 0,04 | - | ||
| Примечания: Коэффициенты φ при промежуточных величинах гибкостей определяются по интерполяции. |
