4.3. Каменные конструкции, усиленные железобетоном (комплексные конструкции)

Усиление каменных конструкций железобетоном применяется в тех же случаях, что и продольное армирование. Комплексные конструкции применяются в тех случаях, когда требуется значительно увеличить несущую способность каменных конструкций.

В комплексной конструкции горизонтальные и вертикальные железобетонные элементы работают совместно с кладкой.

Такого рода армирование и название «комплексные конструкции» предложены проф. П.Л. Пастернаком. Железобетонный скелет, пронизывающий каменную кладку, бетонируется параллельно с ведением каменной кладки, в которой оставляются специальные борозды и каналы для установки арматуры и бетонирования. Железобетон (а именно его продольная арматура) воспринимает все растягивающие усилия при изгибе и внецентренном сжатии, а кладка и частично железобетон воспринимают сжимающие усилия.

Железобетон может располагаться как внутри кладки, так и снаружи (рис. 34). Расположение железобетона снаружи в штрабах более рационально при изгибе и внецентренном сжатии

Рис. 34. Расположение железобетона внутри кладки и снаружи

Площадь сечения продольной арматуры должна составлять не более 1,5 % площади сечения бетона.

При усилении стен здания горизонтальные железобетонные пояса располагают с шагом не более 8h (h - толщина стены). Толщина поясов принимается кратной толщине одного ряда кладки.

Расчет на прочность комплексных конструкций осуществляется аналогично армокаменным конструкциям с продольным армированием с добавлением к кладке и арматуре еще и бетона.

Например, проверка прочности центрально сжатого комплекс­ного элемента выполняется по формуле:

, (36)

где - коэффициент продольного изгиба; А_б - площадь бетона; R_b - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию.

4.4. Каменные конструкции, усиленные обойной

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 (стесненных) ограниченных поперечных деформаций, что значительно (в 2,0 - 2,5 раза) увеличивает сопротивляемость кладки продольным усилиям.

Применяется три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные (штукатурные), показанные на рис. 35.

Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются:

- процент поперечного армирования обоймы (хомутами);

- класс бетона или марка штукатурного раствора;

- схема передачи усилия на конструкцию;

- состояние кладки.

Стальная обойма (рис. 35,а) состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и планок из полосовой стали, приваренных к уголкам. Расстояние между планками должно быть не более меньшего размера сечения и не более 500 мм; при больших расстояниях между планками эффект обоймы уменьшается. Для защиты стальной обоймы от коррозии выполняется штукатурка цементным раствором.

Железобетонная обойма (рис. 35,б) выполняется из бетона класса не ниже В12,5 с армированием вертикальными стержнями и хомутами. Расстояние между хомутами не должно быть более 150 мм. Толщина обоймы чаще всего от 40 до 120 мм.

Штукатурная обойма (рис. 35,в) армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора (штукатуркой) марки 75-100.

В практике усиления каменных конструкций обоймами исполь­зуются три способа передачи усилия на конструкцию:

1. Обойма выполняется на всю высоту конструкции (рис. 36,а) с передачей нагрузки сверху по всему периметру сечения обоймы. В этом случае работа усиленной кладки не отличается от работы комплексной конструкции.

Рис. 35. Три основных вида обойм: а - стальные; б - железобетонные;

в - армированные растворные(штукатурные)

2. Обойма опирается либо внизу, либо вверху (рис. 36,б). В этом случае работа кладки улучшается, а эффективность работы бетона и арматуры обоймы значительно снижается.

3. На обойму непосредственно не передаются усилия, она только улучшает работу кладки, препятствуя ее поперечным де­формациям (рис. 36,в).

Рис. 36. Три способа передачи усилия на конструкцию: а – обойма выполняется

на всю высоту конструкции; б – обойма опирается либо внизу, либо вверху;

в – на обойму непосредственно не передаются усилия

С увеличением процента поперечного армирования проч­ность кладки возрастает по затухающей кривой. Поэтому прини­мать >1% , как показали испытания, нецелесообразно. Процент поперечного армирования определяется как отношение объема по­перечной арматуры (планок, спиралей, хомутов) к объему кладки.

Литература

1. СНиП II-22-81*. Каменные и армокаменные конструкции. - М.: ФГУП ЦПП, 2005. - 40 с.

2. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22-81) /ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР.  М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989.  152 с.

3. Еременок П.Л., Еременок И.П. - Каменные и армокаменные конструкции. – Киев: Вища школа, 1981.

43