2321

Решение

Задаемся толщиной обоймы =0,06 м, тогда суммарные размеры сечения (рис.2.12)

b1=h1=b+2 =0,3+2 0,006=0,42 м.

Ориентировочно назначаем площадь сечения продольной арматуры обоймы, пользуясь выражением

As1=0,009(h1 b1–h b)=0,009(0,42 0,42–0,3 0,3)=7,8 10-4 м2=7,8 см2.

Принимаем 6 14AII ( As1 7,69 см2).

Определяем несущую способность колонны до ее усиления.

рально-сжатую из условия

N Rb A Rsc As .

Находим коэффициенты

b 2 sb b s ;

s Rsc As 280 4,52 10 4 0,165. Rb A 8,5 0,3 0,3

Согласно [6, табл.25 и 27]

b=0,86; sb=0,89;

тогда

=0,86+2(0,89–0,86)0,165=0,97.

Проверяем условие прочности колонны до усиления:

N > 0,87(8,5 103 0,09+280 103 4,52 10-4) = 776 кН, 1200 > 776 кН.

Следовательно, несущая способность колонны недостаточна. Вычисляем прочность колонны после ее усиления обоймой:

=0,905+2(0,905–0,905)0,23=0,905;

N < 0,905 [8,5 103 0,42 0,42+280 103 (4,52+7,69) 10-4] = 1667 кН; 1200 < 1667 кН.

81

Несущая способность усиленной колонны обеспечена. Эффективность усиления по нагрузке составляет:

1667–776=891 кН.

614AII 7.69

Рис. 2.12. Расчетная схема колонны

Пример 2.9. Требуется усилить ствол колонны с помощью металлической обоймы.

Исходные данные приняты из примера 2.8. Конструкция усиления представлена на рис. 2.13.

Решение

Находим расчетную продольную силу, передаваемую на конструкцию усиления в виде металлической обоймы:

N1=N– Nr=1200–776=424 кН,

где Nr – расчетная продольная сила, воспринимаемая сечением колонны до усиления.

Определяем требуемую площадь сечения вертикальных уголков обоймы, принимая коэффициент продольного изгиба 1:

где Ry = 240 МПа – расчетное сопротивление стали марки С245;

m – коэффициент условий работы, зависящий от степени разгрузки

82

колонны и принимаемый равным: 0,7 – при разгрузке на 25 %; 0,8 – при разгрузке на 50 %; 0,9 – при разгрузке на 75 %; 0,95 – при полной разгрузке.

Рис. 2.13. Усиление колонны металлической обоймой

В рассматриваемом примере предполагается разгрузка колонны на

25%, тогда m = 0,7.

Назначаем равнобокие вертикальные уголки 4 ∟75×5; AS1,f = 7,39·4 = =29,56 см2; ix = 2,31 см.

При раскреплении уголков поперечными планками, расположенными с шагом S = 300 мм, что соответствует условию bc ≥ S ≤ 500 мм, расчетная длина уголков l01 = 300 мм. Гибкость уголков λ = l01/ix = 30/2,31 = 12,99.

φ = 0,979 [30, прил. 6, табл. 72].

Поперечные планки принимаем из стали марки С245 сечением bп×δп = =60×6 мм, что соответствует требованиям: bп = (10…15) δп; δп = 6…10 мм.

83

Проверяем условие прочности усиленной колонны:

N1= RyAs1fm;

424 кН < 0,979 240 103 29,56 10–4 0,7=486,18 кН – прочность достаточна.

Выбор метода усиления консоли колонны, как правило, зависит от ее формы и характера действующих усилий. Так, при больших изгибающих моментах эффективной оказывается горизонтальная затяжка (табл.2.8, п.1) из тяжей, натягиваемых гайками до напряжений 60-90 МПа. При больших значениях поперечной силы и сжимающих напряженийвнаклонной сжатой полосе целесообразно усиление преднапряженной наклонной затяжкой (табл.2.8, п.2) или металлическим столиком (табл.2.8, п.3), приваренным к продольной арматуре колонны.

Площадь сечения ветвей горизонтальной затяжки определяется по формуле

2.2. Усиление каменных конструкций

Большие объемы реконструкции старых кирпичных зданий особо остро ставят задачу рационального усиления с малыми трудовыми и материальными затратами. Способы восстановления дефектных конструкций разнообразны. Они выбираются в зависимости от причин, обусловливающих разрушение, а также от степени износа каменной кладки. Так, при значительных поверхностях разрушения, выкрашивании кирпича и раствора может оказаться целесообразной перекладка отдельных участков конструкций. Однаковбольшинствеслучаевусилениесопровождаетсяприменением более прочных материалов: стали и бетона.

Оценка технического состояния и усиление кирпичных стен

Оценку технического состояния стен производят по результатам натурного обследования и поверочных расчетов. При этом стараются учитывать все факторы, которые могут отрицательно повлиять на несущую способность и нормальную эксплуатацию стен. К таковым относятся

85

трещины, местные разрушения кладки, отклонение от вертикали, выпучивание, прогибы, малая площадь опирания элементов перекрытия и перемычек, изменениеэксцентриситетовприложениянагрузки. Крометого, учитывают фактическую прочность составляющих кирпичной кладки: кирпича и раствора, определяемую по результатам лабораторных испытаний образцов.

Элементы стен, имеющие повреждения или заведомо перегруженные, проверяют расчетом по формулам СНиП II-22-81 по двум группам предельных состояний, при этом основное внимание уделяют несущей способности.

Следует отметить, что объективная оценка несущей способности кирпичныхстенвсегдасопряженасозначительнымитрудностями, обусловленными различной степенью повреждений, а также неоднозначностью прочностных показателей камня и раствора, причем не только в различных частях здания, но и по толщине стены. Поэтому в практических расчетах обычно используют систему эмпирических коэффициентов, в той или иной степени учитывающих влияние отрицательных факторов. Так, например, при расчете прочности кладки стены в зоне опирания балок на местное сжатие в расчетную формулу вводят понижающий коэффициент k1, учитывающий характер и степень повреждения кладки (табл.2.9).

При расчете простенков и пилястр с вертикальными трещинами, образовавшимися в результате перегрузки, в расчет вводят коэффициент k2, значения которого даны в табл.2.10.

86

Низкое качество неармированной каменной кладки, характеризуемое отсутствием требуемой перевязки рядов, наличием пустых (не заполненных раствором) вертикальных швов и др., учитывают коэффициентом k3

(табл.2.11).

Величины прочих эмпирических коэффициентов, учитываемых при расчете кирпичных стен, можно найти в соответствующей литературе и нормативных документах 37, 34, 40, 4 .

На основании поверочных расчетов устанавливают процент снижения несущей способности стен, после чего делают окончательный вывод о необходимости и целесообразности их усиления. Ориентиром для этого могут служить следующие рекомендации:

87

1.Усиление целесообразно, если снижение несущей способности стены составляет 15-50%.

2.Усиление возможно, если снижение несущей способности стены составляет менее 15% (при наличии трещин) или более 50%, однако при этом требуется технико-экономическое обоснование.

После принятия соответствующего решения выбирают конструкцию усиления и необходимые для этого материалы.

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 изпроволоки диаметром3-5 мм с ячейкой

100 100 мм (табл.2.12, 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.2.12, п.2), которую монтируют по предварительно оштукатуренной и выровненной поверхности простенка. Обойма представляет собой конструкцию из продольных уголков 50 50 (45 45) мм и приваренных к ним планок из стальной полосы 50 5 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 технологичным является преднапряжение обоймы с помощью струбцин или 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.2.12, 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.

88

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 перемычекнастойкипередаютчерездеревянныеклинья, забиваемыевраспорсо стойкой (табл. 2.12, 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.2.13). 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. После монтажа элементов усиления все пробитые в стене отверстия зачеканивают мелкозернистым бетоном класса В15-В20, приготовленным на безусадочном цементе.

Обобщая рассмотренные выше методы восстановления эксплуатационных качеств простенков и перемычек, следует указать на индивидуальность подхода к усилению в каждом конкретном случае. При этом предпочтение надо отдавать такому методу, при котором эффект усиления достигается при минимальном расходе материалов и малой трудоемкости восстановительных работ.

90