Усиление стен обоймами. Способы усиления зданий различных конструктивных схем Укрепление кирпичных стен напряженными металлическими поясами

При землетрясениях здания и сооружения получают наряду с обычными дополнительные характерные повреждения, степень которых во многом зависит от распределения элементов, воспринимающих сейсмическую нагрузку в плане здания и по его высоте, т.е. от конструктивной схемы сооружения и вида материалов, использованных для изготовления строительных конструкций. Наглядным примером сравнительной сейсмостойкости зданий с конструкциями из различных материалов могут служить данные обследования последствий землетрясения с магнитудой M = 7,5 в мае 1960 г. в г. Консенсьоне (Чили), приведенные в табл. 6.1.

Последствия многих землетрясений в бывш. СССР позволяют дополнить конструктивные схемы, приведенные в табл. 6.1, крупнопанельными зданиями и зданиями со стенами из монолитного легкого и тяжелого бетонов.
Средняя степень повреждений при Кайраккумском 1985 г. землетрясении, по данным, составляла: кирпичных зданий 2,22...2,8; каркасных 1,5; крупнопанельных 1,33, а по данным, - крупнопанельных 1,3...1,7 и кирпичных 1,3...2,7. При Газлийском 1984 г. землетрясении степень повреждений составляла: кирпичных зданий 3...4, крупнопанельных 2...3, со стенами из монолитного керамзитобетона 2...3, степень повреждения монолитных домов, выполненных в скользящей опалубке при Карпатском 1986 г. землетрясении, по данным Госстроя Молдавии, составляла в зависимости от этажности 1,8...2,6.
Способы восстановления и усиления зданий, пострадавших в результате землетрясений, могут быть разделены на три типа. Первый тип - объединяет все приемы восстановления отдельных несущих элементов зданий (простенки, стены, колонны, ригели, плиты перекрытий, блоки, панели). Эти общие приемы восстановления, которые применимы и при ликвидации повреждений, вызванных землетрясениями, частично изложены ранее. Второй тип - способы восстановления связей между частями и элементами здания (углы, пересечения и сопряжения стен, панелей, блоков, узлы железобетонных рам и т.п.). Третий тип - включает в себя способы восстановления и повышения пространственной жесткости здания, увеличения способности здания как системы в делом воспринимать и распределять сейсмическую нагрузку между всеми несущими элементами. Для наглядности показаны все три типа восстановления в виде схемы на рис. 6.1.

Решения по обеспечению пространственной жесткости здания достаточно общие для зданий различных конструктивных схем, потому они выделены в самостоятельную группу. Утрата пространственной жесткости здания характеризуется значительным расстройством связей между вертикальными элементами здания, между вертикальными элементами и горизонтальными, а также повреждениями в местах заделки вертикальных элементов в грунт. Восстановление пространственной жесткости здания позволяет обеспечить перераспределение усилий между элементами, улучшить передачу и поглощение энергии соответствующими конструкциями.
Пространственная жесткость здания может быть обеспечена:
- устройством горизонтальных гибких напрягаемых поясов, которые выполняют из круглой стали или многопрядевых канатов. Напряжение их производится с помощью муфт (по две в каждом пролете) или болтовых соединений (рис. 6.2). По углам здания устанавливают уголки, к которым в уровне каждого тяжа крепится наружный горизонтальный пояс (рис. 6.2, в). Элементы пояса соединяются в местах пересечения стен стальными полосами толщиной 1...2 см. К этим же полосам крепятся с помощью гаек сквозные тяжи, уложенные вдоль внутренних поперечных стен (рис. 6.2, г). Предварительное напряжение производится в двух горизонтальных направлениях, значение напряжения определяется расчетом с учетом потерь при напряжении, как указано ранее;

- устройством наружного металлического каркаса. Каркас выполняется в виде сплошных поясов и стоек прижимов из швеллеров N 12 и угловых стоек из уголков 150х150х10, которые стягиваются со стеной болтами через 1...1,5 м по выпоте и длине, а в местах примыкания к поперечным стенам тяжами диаметром 24 мм с каркасом противоположной стены (рис. 6.3). Для этого в уровне перекрытия во внутренней стене просверливают отверстия, устанавливают, как и на внутренней стороне наружной стены, уголки или пластины для крепления тяжей. Тяжи натягивают с помощью муфт или нагревом и при достижении требуемой степени натяжения закрепляют. Отверстия инъецируют раствором, а выступающие наружные элементы защищают от коррозии;

- устройством дополнительных поперечных стен или рам каркаса из стали, дерева, железобетона от стены до стены, к которым с помощью изложенных в предыдущем случае мер прочно крепят стены. Для крепления допускается устройство тяжей-коротышей на сварке. Одним из вариантов является устройство наружных железобетонных рам, которые обрамляют здание как в плоскости всех поперечных стен, так и в пролете между ними (рис. 6.4). Поперечные П-образные рамы в продольном направлении связаны между собой монолитными или сборно-монолитными железобетонными ригелями в уровне конька, карнизов, перекрытий и фундаментных балок. Все конструкции усиления сваркой и последующим за-моноличиванием надежно соединяются с антисейсмическими обвязками поврежденного здания. Этот способ восстановления позволяет проводить работы, не прерывая эксплуатации здания.

Встречаются и другие решения, направленные на обеспечение пространственной работы здания. Например решения с устройством двухстороннего железобетонного пояса в уровне перекрытия (рис. 6.5) или под перекрытием (рис. 6.6), в том числе выполняемого из отдельных сборных железобетонных элементов (рис. 6.7).

Как следует из табл. 6.1 и других материалов, степень повреждения зданий зависит от их конструктивного решения, что диктует необходимость выработки для зданий каждого типа своих способов восстановления с учетом физического износа элементов и степени сейсмовооружения объекта. В связи с этим способы восстановления и усиления зданий и сооружений рассматриваются далее применительно к соответствующим конструктивным схемам.

Усиление каркасных зданий. Необходимость в усилении элементов каркасных зданий может быть вызвана ухудшением их технического состояния в процессе длительной эксплуатации или выявлении несоответствия несущей способности уточненным значениям расчетных нагрузок на здание в целом или его отдельные конструкции. Особенность повреждения каркасных зданий в результате сильных землетрясений состоит в том, что даже частичная потеря устойчивости сооружения наступает только тогда, когда большинство несущих элементов и узлов их сопряжений почти утратило несущую способность. Поэтому вопрос о восстановлении пространственной жесткости каркасных зданий в целом ставится исключительно редко, так как в большинстве случае это экономически нецелесообразно и равноценно возведению нового здания. В связи с этим основной задачей восстановления каркасных зданий является усиление отдельных деформированных элементов каркаса и связей между ними, что подробно рассмотрено ранее.
Повреждение зданий с каркасом из железобетонных элементов при землетрясениях часто происходит из-за низкой прочности бетона в колоннах и ригелях, недостаточного количества поперечной арматуры. Усиление железобетонных конструкций производится увеличением их сечений в результате устройства обойм из жесткой или гибкой арматуры с последующим обетонированием поверхностей. При этом должны предусматриваться конструктивные решения, обеспечивающие совместную работу старого и нового бетона конструкций. Чаще всего производится сварка старой и новой уставливаемой арматуры или выполняется предварительное напряжение поперечной арматуры. В последние годы при усилении железобетонных конструкций находят применение полимерные композиции для склеивания существующих и дополнительно устанавливаемых элементов из металла, предварительно напрягаемого железобетона или стекловолокна.
Опорные узлы сборных железобетонных каркасов могут усиливаться металлическими накладками, профильным металлом в сочетании со стяжными болтами, арматурными скобами, железобетонными обоймами; недостаточное количество поперечной арматуры на опорных участках ригелей следует компенсировать замкнутыми хомутами со стяжными муфтами, устройством металлических обойм. Усиление плоских железобетонных элементов, например плит перекрытий, может быть выполнено увеличением высоты их сечения, устройством дополнительных балок, соединением старого и нового бетона болтами, анкерами, тяжами или склеиванием полимерными составами.
Несущая способность металлических каркасов увеличивается обетонированием колонн, установкой дополнительных стальных элементов, увеличивающих сечение колонн, ригелей или выполняющих роль связей между колоннами, заменой ослабленных элементов, устройством диафрагм, воспринимающих частей сейсмических нагрузок и снижающих тем самым нагрузки на основные конструкции существующего здания.
Усиление крупнопанельных зданий. Крупнопанельные здания, рассчитанные с учетом сейсмической опасности, по своей надежности могут быть сопоставимы с сейсмостойкими каркасными зданиями. Анализ характера повреждений конструкций крупнопанельных зданий при землетрясениях показывает, что при необходимости повышения их сейсмостойкости для усиления конструкций таких зданий могут приниматься следующие способы: устройство шпонок ПАШ и инъецирование в трещины панелей полимеррастворов; установление дополнительных связей (шпонок, металлических накладок и т.п.) в горизонтальных и вертикальных стыках панелей, в местах сопряжения панелей стен и перекрытий; инъецирование раствора в трещины при ширине их раскрытия до 0,6 см или при недостаточной прочности панелей - торкретирование их поверхностей полностью или на участках панелей с дефектами или повреждениями, а в необходимых случаях замена отдельных панелей.
Анализ состояния усиленных крупнопанельных зданий показал, что в результате землетрясения в г. Газли в 1984 г. только 20% соединений ПАШ получили повреждения и потребовалась их замена. Основная доля поврежденных шпонок приходится на горизонтальный шов между цокольной панелью и стеновыми панелями первого этажа. Одна из причин такого повреждения - отсутствие пространства, в связи с чем нижний горизонтальный стык первого этажа оказался ослабленным.
Характер трещинообразования в стеновых панелях указывает на концентрацию напряжений в зоне ПАШ и на необходимость разработки способов, обеспечивающих более равномерное распределение связей в швах. Такими мероприятиями могут быть увеличение числа шпонок с уменьшением их сечения и армирования, оклейка стыка стеклотканью на эпоксидном клее и др. Повреждения стеновых панелей наблюдались в основном в наружных стенах из керамзитобетона в виде наклонных трещин от шпонок к углам проемов. Полученные повреждения легко устранимы и уже в первые месяцы после землетрясения были повторно восстановлены и сданы в эксплуатацию пять крупнопанельных зданий, а затем остальные.
Таким образом, впервые суммарно проверен способ восстановления крупнопанельных зданий с помощью инъецирования полимеррастворов в трещины панелей и усиление связей устройством ПАШ, причем образцы испытаны не только при статическом нагружении, на натурных фрагментах и на зданиях при динамических воздействиях, но и при землетрясении высокой интенсивности.
Усиление крупноблочных зданий. Сейсмостойкость зданий, построенных из крупных блоков, из природного камня или легких бетонов, зависит в основном от качества связей между отдельными блоками, между стенами взаимоперпендикулярного направления и связей между стенами и перекрытиями, прочности материалов, блоков, прочностных свойств оснований и фундаментов. Наиболее уязвимыми элементами крупнообломочных зданий при землетрясениях являются связи между конструкциями; для их усиления, кроме способов, изложенных выше рекомендуется; устройство предварительно напряженных тяжей не только в горизонтальном, но и вертикальном направлениях. Для этого с наружной стороны здания к арматуре перемычечных блоков через отрезки неравнобоких уголков приваривают вертикальные стальные тяжи d = 20...36 мм. Предварительное напряжение создается стягиванием соседних ветвей тяжа горизонтальными скобами. Расчет обжатия определяется из условия компенсации отклонений от требуемого нормального сцепления.
Если необходимо усилить внутренние стены, то тяжи устанавливают с двух сторон каждого простенка. В случае когда требуется усилить связи в вертикальных швах перемычечных блоков, тяжи крепят к напрягаемому горизонтальному металлическому поясу. Пояс выполняют из швеллера и прикрепляют на болтах к перемычечным блокам. Такой способ увеличения пространственной жесткости здания был применен при восстановлении домов из легких бетонных блоков, пострадавших в результате землетрясения в 1971 г. в Петропавловске-Камчатском (рис. 6.8, а). При установке горизонтального напрягаемого пояса в нему могут быть прикреплены стены перпендикулярного направления с помощью напрягаемых металлических тяжей, присоединенных к специально установленной закладной детали (рис. 6.8, б);

- устройство железобетонных или металлических шпонок для воспринятия сдвигающих усилий между блоками. Железобетонные шпонки размером 30х30 см ставят не более двух на вертикальный стык в пределах этажа. Металлические шпонки размером 40х20х2 см устанавливают на растворе в специально подготовленные углубления с двух сторон блоков (рис. 6.9).
При недостаточной прочности материалов блоков их несущая способность может быть повышена торкретированием поверхности стен по металлической сетке. При необходимости проводятся работы по устройству дополнительных стен или железобетонных рам, разделение сложного в плане здания на отдельные отсеки.

Усиление зданий со стенами из кирпича и камня. Сейсмостойкость зданий с кирпичными и каменными стенами в основном определяется: монолитностью кладки, зависящей от прочности сцепления раствора с кирпичом, камнем или блоками типа кладки, прочности материалов; прочностью связей между стенами взаимоперпендикулярного направления; наличием вертикального и горизонтального армирования кладки и горизонтальных антисейсмических поясов; конструкцией междуэтажных перекрытий и их связей со стенами.
В зависимости от состояния конструкций здания со стенами из мелкоштучных материалов - кирпича, блоков, из искусственных материалов или природного камня применяются следующие основные способы их усиления:
- торкретирование по металлической сетке с одной или с двух сторон стен с проемами или сплошных стен полностью или отдельными участками;
- устройство металлических каркасов, применяемых в случае массового отрыва стен (рис. 6.3). Для этого по наружным стенам здания в углах и местах пересечения с внутренними стенами устанавливают стойки, а в уровне перекрытий - пояса из проката. Все элементы притягивают к стенам через 100...150 см по высоте и длине. Отверстия под тяжами инъецируют, а открытые элементы оштукатуривают;
- использование напрягаемых вертикальных и горизонтальных жестких или гибких стальных поясов и затяжек. Металлические затяжки устраивают при отсутствии или недостаточном армировании пересечений стен, в случае взаимного их отрыва, а также при креплении выпучившейся стены (рис. 6.4, а). Затяжки выполняют в виде тяжей из арматуры и крепежных элементов из уголков, швеллеров и пластин. Тяжи обычно выполняют преднапряженными механическим и электрическим способами, а крепежные элементы устанавливают в специально пробитые штрабы или гнезда и оштукатуривают;
- устройство железобетонных или стальных антисейсмических поясов в уровнях перекрытий (см. рис. 6.5 и 6.6);
- введение в кладку железобетонных или стальных элементов усиления (рис. 6.10);

- устройство дополнительных стен или рам для уменьшения расстояния между несущими стенами и соответствующих вертикальных и горизонтальных нагрузок. При усилении кирпичных зданий введением дополнительных диафрагм, контрфорсов и рам особое внимание уделяется их связи со стенами и перекрытиями во всех уровнях. Диафрагмы и рамы выполняют в железобетоне или стали, а контрфорсы в кирпиче или монолитном бетоне. Крепление диафрагм и рам к стенам осуществляют анкерами, пропускаемыми сквозь стену, или устройством армированных торкрет-бетонных обойм (прокладок), а к перекрытиям - специальными шпонками или скобами;
- устройство специальных связей между продольными и поперечными стенами (анкеров, тяжей, шпонок), которые воспринимают сдвигающие, растягивающие, крутящие усилия;
- усиление отдельных участков стен цементацией или инъецированием полимерцементных растворов;
- замена или усиление конструкций междуэтажных перекрытий, не обеспечивающих равномерную передачу сейсмических нагрузок на стены.
В зданиях старой постройки со сложной конфигурацией плана может производиться разборка отдельных участков стен и разделение здания на отдельные отсеки. При значительных повреждениях и перекладке стен устанавливают каркасы из арматурной стали диаметром не менее 10 мм, как показано, на рис. 6.11. При усилении зданий могут применяться как отдельные из указанных способов, так и их комбинации.

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.

кирпичный стена кладка

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. 1 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.

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. 2

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

Своевременное предотвращение деформации несущих элементов способствует увеличению периода эксплуатации здания. Усиление кирпичных стен монтируют с целью повышения прочности сооружения. При правильном подходе можно восстановить стену с потерей прочности до 50%. Важно соблюдать нормы и правила на каждом этапе строительства, поскольку опорные элементы конструкций могут сократить несущую способность, и дом начнет рушиться. Существует несколько методов устранения трещин и проседаний конструктивных элементов.

Причины укрепления

Усиление кирпичной кладки проводят для увеличения прочности сооружения. Такие мероприятия гарантируют сохранение целостности конструкции при возможной перепланировке дома, смещении внутренних перегородок, монтаже дополнительных оконных или дверных проемов. Укрепление кирпичной стены позволяет предотвратить деформацию здания в целом. При первых признаках нарушения целостности сооружения рекомендуется монтировать усиление стен.

Деформация кладки происходит под воздействием таких факторов:

Неправильно рассчитанный проект. Нарушение нормативной дистанции между постройками, неравномерное распределение несущей способности элементов, чрезмерные нагрузки на фундамент.
Нарушение технологии устройства фундамента. Отсутствие дополнительного укрепления рыхлой почвы, неправильная глубина основания, использование добавок в растворах.
Некачественная кладка. Неправильно выбран способ устройства оконных и дверных проемов, облицовка смесями с низким уровнем воздухопроницаемости, применение некачественного раствора, отсутствие распределительных плит при укладке перекрытий.
Нарушение правил эксплуатации стен. Отсутствие водосточных труб и отмостки, протекание подземных коммуникационных систем, нарушение шарнирных связей несущих элементов с перекрытиями.

Методы усиления кирпичных стен

При нешироких трещинах можно прибегнуть к методу инъектирования.

Схема усиления стен из кирпича разрабатывается с учетом степени деформации. Разрушение кладки проявляется в виде трещин разной ширины. Дефекты до 4 см промывают и заделывают торкретбетоном. Более широкие разъемы через инъекторы заполняют специальной смесью для возобновления уровня прочности. Перед началом работ ремонтируют цоколь, возобновляют кладку, проделывают проемы. Существует несколько способов укрепления стен, выбор зависит от характера разрушения.

Чтобы восстановить треснувшую несущую стену здания, выполняют укрепление обоймами.

Усиление железобетонной обоймой

Сравнительно недорогой метод возобновления несущей способности элементов сооружения. Выполнение занимает немного времени. Главный недостаток - увеличение нагрузки на основание. Этапы работ с железобетонными обоймами:

Креплениями фиксируют на кладке арматурную сетку. Железобетонные оболочки делают из поперечных арматурных прутьев А240/AI класса и продольной арматуры А240-А400/AI, AII, AIII классов.
Определяют толщину и материал для бетонирования. Рекомендуется использовать мелкозернистые бетонные составы 10-го класса и выше.
Обойму толщиной менее 4 см заливают пневмобетоном и дают застыть.
Выполняют облицовку штукатуркой.
Для слоя толще 4 см по периметру устанавливают опалубку, в ней оставляют отверстия для инъекционных трубок.
Заливают площадь монолитными бетонными составами.

Для усиления проемов в стенах можно воспользоваться стальной обоймой.

Применение метода позволяет укрепить несущие элементы конструкции. Стальными обоймами и балками из швеллера можно выполнить усиление проемов в кирпичных стенах. При создании нового оконного отверстия с целью повышения прочности кладки применяют металлоконструкции. Для укрепления проема в кирпичной стене монтируют швеллер. Для усиления стены понадобятся арматурные прутья и профильные уголки.

Этапы проведения работ с металлическими креплениями:

По углам заданной площади раствором крепят уголки.
Фиксируют металлические полосы шириной не более 6 см.
Монтируют остальные продольные элементы. Их размер зависит от высоты заданной площади.
На каркас крепят сетку. Применение металлической основы повышает прочность сооружения.
Заливают цементным раствором толщиной 3 см. Такой слой защитит укрепление стальными тяжами от коррозии.

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).

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.