5.34. Несущая способность существующих каменных конструкций (столбов, простенков, стен и др.) может оказаться недостаточной при реконструкции зданий, надстройках, а также при наличии дефектов в кладке. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.

Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные.

Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), марка бетона или штукатурного раствора и состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию.

С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет непропорционально, а по затухающей кривой.

Опытами установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами, полностью восстанавливают свою несущую способность.

5.35. Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см (черт. 15, а). Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.

5.36. Железобетонная обойма выполняется из бетона марок 150-200 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (черт. 15,б).

5.37. Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора марки 50-100 (черт. 15, в).

Черт. 15. Схема усиления кирпичных столбов обоймами.

а - металлической; б - железобетонной; в - армированной штукатуркой; 1 – планка f 1 сечением 35´5 - 60´12 мм; 2 - сварка; 3 - стержни диаметром 5-12 мм; 4 - хомуты диаметром 4-10мм; 5 - бетон класса В7,5 -В15; 6 - штукатурка (раствор марки 50-100)

5.38. Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, производится по формулам:

при стальной обойме

при железобетонной обойме

при армированной растворной обойме

. (73)

Коэффициенты y и h принимаются при центральном сжтии y = 1 и h = 1; при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием):

В формулах (71) - (75):

N - продольная сила;

А - площадь сечения усиливаемой кладки;

A¢ s - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или продольной арматуры железобетонной обоймы;

А b - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

R sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

R sc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;

j - коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a принимается как для неусиленной кладки);

m g - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, пп.;

m k - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 - для кладки с трещинами;

m b - коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, 0,7 - при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и 0,35 - без непосредственной передачи нагрузки на обойму;

m - процент армирования хомутами и поперечными планками, определяемый по формуле

, (76)

где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;

s - расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (h ³ s £ b, но не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах (s£15 см).

5.39. Расчетные сопротивления арматуры, применяемой при устройстве обойм, принимаются по табл.10.

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.

Простенки представляют собой часть стены, расположенной между различными проёмами, находящимися на одном уровне. Например, такая конструкция может разделять окна или двери.

Уже сама конфигурация простенков позволяет говорить об их значительной уязвимости и непрочности, в общей конструкции стен – это самые нагруженные участки. Неудивительно, что к ремонтным работам по их усилению приходится прибегать довольно часто.

Усиление простенков посредством арматурной сетки

Самое явное показание для использования этой усиливающей конструкции – образовавшиеся на кладке хорошо заметные трещины.

В таком случае необходимо соорудить специальные обоймы из проволоки с сечением не более 5 мм. Арматурная сетка сваривается таким образом, чтобы образовался замкнутый контур. Полученную конструкцию плотно прикладывают к простенку и закрепляют на нём штырями (гвоздями) длиною 100-150 мм. Гвозди необходимо загонять в швы усиливаемой кирпичной кладки. Заключительный этап – покрытие рабочего участка торкрет-бетоном. Подойдёт и штукатурка. Но в любом случае слой материала должен быть не тоньше 20 мм.

Укрепление простенков при помощи стальной обоймы

Для начала необходимо собрать стальную обойму. Для этого потребуются продольные уголки размером 50x50 мм. К ним привариваются стальные планки (полосы) размером в те же 50х5 мм на расстоянии не более 500 мм друг от друга.

Для создания наилучших технологических характеристик изготавливаемой обоймы и для наиболее прочного её сцепления с усиливаемой кладкой можно прибегнуть к маленькой профессиональной хитрости – перед приваркой нагреть полосы до 150-200°С.

Полученные обоймы следует уложить на поверхность простенка, которая должна быть предварительно оштукатурена и выровнена.

Укрепление простенков железобетонной обоймой

Эта методика используется, если усиливаемая кладка имеет сложную конфигурацию и в случаях серьёзных повреждений на поверхности простенка.

Для изготовления ЖБ-обоймы лучше всего воспользоваться бетоном класса В15-В20. Усиливающую конструкцию нужно подвергнуть армированию пространственным каркасом с продольными и поперечными стержнями.

Если же вы имеете дело с простенком немалой длины (в 2 и более раз превышающей толщину), нужно предусмотреть монтаж дополнительных связей, которые будут пропущены через усиливаемый простенок.

Несущие стены в зданиях применяются при бескаркасных конструктивных схемах, являются основными вертикальными несущими элементами и одновременно служат ограждающими конструкциями, т.е. должны обладать не только достаточной прочностью, устойчивостью и несущей способностью, но и необходимыми теплотехническими свойствами - обеспечивать заданный температурный режим в помещениях, нормируемый уровень паро-, воздухо- и звуконепроницаемости.

Ниже приведены основные дефекты и повреждения , которые встречаются специалистам ООО "Инженерный Центр "ЭкспертПроект" при проведении обследований, а также указаны мероприятия по устранению тех или иных повреждений для приведения конструкции в соответствие требованиям строительных норм.

1. Недостаточная несущая способность участков стен (простенков) для воспринятия действия фактических эксплуатационных или проектируемых при реконструкции здания нагрузок. Данный дефект устанавливается только по результатам расчетной оценки на основании исходных данных, выявленных при натурном обследовании. Устраняется данный дефект усилением простенков и участков стен стальными обоймами или железобетонными рубашками.

2. Повреждения материала стен под воздействием внешних силовых или атмосферных факторов устраняются ремонтными методами: заделка трещин инъекционным раствором, наблюдение за трещинами, перекладка отдельных разрушенных участков стен.

3. Характерные трещины в стенах при неравномерных осадках фундаментов и оснований. Устранение дальнейшего развития данных деформаций производится путем усиления грунтов оснований или усилением фундаментов, а также повышением пространственной жесткости здания за счет устройства монолитных железобетонных поясов, стальных стягивающих поясов или введением новых стен и жесткостных конструкций.

4. Недостаточные теплотехнические, звуко- и паро- изоляционные качества стен устраняются путем их повышения и улучшения.

Усиление несущих простенков армированными железобетонными или стальными обоймами.

Стальные обоймы, как правило, устраивают из прокатных уголков, устанавливая их в каждом углу сечения простенка. Уголки усиления подбирают по расчету, исходя из перегрузки стены. Стальные уголки обоймы стягивают между собой по граням поперечного сечения простенка стальными планками, предварительно нагретыми до температуры 250-300 С. В верхней и нижней частях стальные обоймы соединяются со стенами распределительными уголками, обеспечивающими передачу усилий. Одновременно на основании расчетной оценки необходимо сохранять несущую способность кладки на продавливание в местах установки распределительных уголков.

Для усиления железобетонными рубашками применяют каркасы из круглой арматурной стали диаметром 6мм - 12мм при шаге хомутов по высоте не более 150мм. Шаг устраиваемых вертикальных арматурных стержней составляет 200мм - 250мм. В случаях, когда соотношение граней усиливаемого простенка более 2,5, то в обоймах любого типа необходимо предусматривать шпильки, пропущенные сквозь отверстия, просверленные в простенке, стягивающие элементы усиления. Толщина слоя бетона обоймы усиления должна составлять от 60мм до 100мм. При этом возможно использование торкрет-бетона с толщиной слоя не более 30мм. Из опыта выполнения проектов усиления известно, что устройство обойм усиления позволяет увеличить несущую способность простенков в 1,5-2,5 раза.

Повышение устойчивости стен, имеющих отклонения от вертикали, а также скрепление разрывов кладки между смежными стенами обеспечивается устройством тяжей, устанавливаемых в плоскости перекрытий.

Так или иначе, усиление несущих стен зданий и сооружений необходимо проводить только по специально разработанному проекту. Специалисты Инженерного Центра "ЭкспертПроект" имеют большой опыт проектирования подобных мероприятий. Наиболее распространенным усиление несущих стен зданий является в случаях проведения реконструкции зданий, надстройки дополнительных этажей или увеличения нагрузок в помещениях. Объекты, на которых проводились мероприятия по усилению стен, представлены в разделе НАШИ ОБЪЕКТЫ.

Примеры работ по усилению стен

Усиление кирпичных стен . К основным методам усиления кирпичных стен относится:

Заделка трещин на лицевых поверхностях стен;

Установка металлических поясов;

Установка разгрузочных балок;

Перекладка отдельных участков стен;

Повышение их несущей способности с помощью армированных и железобетонных обойм;

Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости и др.

При небольших стабилизирующихся трещинах их заделку производят цементно-песчаным раствором с добавлением 30 % известкового теста. При значительном ослаблении стен осуществляют цементацию кладки цементно -_полимерным или расширяющимся раствором.

В том случае, когда трещины в стене сквозные, то осуществляют перекладку стен с двух сторон по фронту на глубину в 1/2 кирпича с обязательным устройством перевязки в один кирпич через каждые четыре ряда кладки, а в длинных и широких трещинах устраивают замок с якорем из прокатного профиля, который укрепляют анкерными болтами (рис.39).

Рис.39. Заделка трещин кирпичными вставками

в простой замок и с якорем

В местах образования сквозных трещин для их стабилизации с двух сторон стены устанавливают стальные накладки из полосовой стали 50 х 10 мм с креплением их болтами с обеих сторон стены (рис. 40, а). Аналогично поступают при появлении сквозных трещин в углах здания (рис.40, б) и в местах пересечения наружных и внутренних стен (рис.40, в).

Рис.40. Способы усиления кирпичных стен

а) установкой стальных связей на болтах; б) в углу здания; в – то же в местах сопряжений наружных и внутренних стен: 1- двусторонняя металлическая накладка из полосовой стали; 2 – круглая сталь диаметром

20-24 мм; 3 – то же, с нарезкой на двух концах

При значительном количестве трещин и когда заделка их не восстанавливает несущую способность стены, производят перекладку отдельных участков стен.

При сильном разрушении кирпичных стен для усиления кирпичной кладки применяют односторонние или двухсторонние железобетонные стенки усиления . При устройстве односторонних стенок в усиливаемые стены забиваются или устанавливаются на растворе в высверленные скважины анкеры, к которым привариваются арматурные сетки диаметром 8-10 мм с размером ячейки 150 х 150 мм (рис.41, а).

При двухстороннем устройстве железобетонных стенок в усиливаемой стене высверливают сквозные отверстия, в которые устанавливают металлические тяжи с шайбами, к которым приваривают такие же арматурные сетки, что и при устройстве односторонних стенок. Толщина стенок усиления достигает 100-150 мм (41, б).

Рис.41. Усиление кирпичной стены односторонней (а) или двухсторонней (б) набетонкой

а) – односторонней набетонкой: 1 – усиливаемая стена; 2 – плиты перекрытия; 3 – набетонка;

4 – штыри диаметром 8-10 мм; 5 – арматурная сетка диаметром 6-8 мм; б) – двухсторонней набетонкой: 1 – усиливаемая стена; 2 – железобетонные стенки усиления, связанные тяжами с усиливаемой стеной; 3 – арматурные сетки, приваренные к шайбам тяжей; 4 – тяжи с шайбами, пропущенные через просверленные отверстия в стене; 5 – отверстия, просверленные в стене для пропуска тяжей; 6 – поверхность стены, подготовленная к бетонированию (зачистка, насечка, промывка)

Когда на фасадах здания имеется множество трещин, для их устранения прибегают к обеспечению пространственной жесткости несущей коробки зданий с помощью устройства обвязочных поясов. Установку металлических поясов производят также при отклонении стен от вертикали в результате неравномерных осадок (рис.42).

В качестве металлических поясов используют сталь круглого или квадратного сечения диаметром 20-40 мм, которую устанавливают под перекрытием каждого этажа. Одни концы металлических поясов приваривают к обрезкам уголков, которые устанавливают по углам здания, а вторые - закрепляют в стяжных муфтах (талреп).

Для случаев обеспечения пространственной жесткости натяжение металлических поясов начинают одновременно по всем этажам, чтобы избежать неравномерной передачи нагрузки. Когда же требуется восстановить вертикальность стены, то натяжения металлических поясов начинают с нижнего этажа.

Заданная величина натяжного усилия обеспечивается специальными динамометрическими ключами в натяжных муфтах.

Рис.42. Обеспечение пространственной жесткости остова здания

1 – тяжи; 2 – муфта натяжения; 3 – металлическая прокладка; 4 – швеллер № 16-20; 5 – уголок

Усиление простенков . Усиление простенков может быть осуществлено за счет:

Увеличения их сечения;

Перекладки;

Устройства металлических каркасов;

Железобетонных и штукатурных армированных обойм;

Установкой гибких или жестких сердечников.

.

Рис.43. Усиление простенков несущих стен:

а, б) – железобетонной обоймой; в) – обоймой из прокатного металла; г) – железобетонным сердечником;

д) – то же, металлическим; 1 – кирпичный простенок; 2 – арматура; 3 – бетон; 4 – поперечная стальная связь;

5 – стальной уголок; 6 – стальная планка; 7 – арматурный каркас; 8 – стальной сердечник

Усиление кирпичных колонн и пилястр . Кирпичные колонны и столбы усиливаются аналогично кирпичным простенкам, т.е., путем устройством металлических, штукатурных или железобетонных обойм (рис.44).

Рис.44. Усиление кирпичных колонн и столбов с помощью устройства

металлического каркаса (а), железобетонной (б) или арматурной (в) обоймы

1 – кирпичная колонна; 2 – металлический каркас или арматура усиления; 3 – цементно-песчанный раствор или бетон замоноличивания

Для повышения эффективности работы металлической обоймы горизонтальным планкам придают предварительное напряжение с помощью электронагрева до температуры 120 0 С.

По второму способу вместо планок используют металлические стержни, концы которых приваривают с одной стороны к вертикальным уголкам обрамления колонны, а другие концы, имеющие резьбовое окончание, пропускают в заранее приваренные отрезки уголков или труб, после чего с помощью навинчивания гаек динамометрическим ключом создают в стержнях горизонтальное напряжение и дополнительное обжатие колонны (рис.45).

Рис.45. Усиление кирпичных колонн с помощью преварительно напряженных стержней

1 – уголки; 2 – отрезок голка; 3 – поперечный стержень; 4 – гайка; 5 - шайба; 6 – штукатурный слой; 7 – прямой клин; 8 – обратный клин; 9 – ребро жесткости; 10 – опорный уголок

Кирпичные пилястры могут усиливаться с помощью стальных или железобетонных обойм (рис.46).

Рис. 46. Усиление пилястр стальными (а) или железобетонными (б) обоймами

1 – стальные уголки; 2 – соединительные планки (хомуты); 3 – упорная шайба 10-12 мм; 4 – болт диаметром 18-22 мм; 5 – зачеканка цементным раствором; 6 – хомут диаметром 18-22 мм; 7 – арматурная сетка; 8 – бетон; 9 – бетонные сухарики

Железобетонная обойма выполняется из бетона класса В 12,5 и выше с армированием вертикальными стержнями и хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не более 150 мм.