Глава 20. Армированные каменные конструкции

§ 20.1. Виды армирования и усиления кладки

К армированию каменной кладки прибегают для по­вышения ее прочности и устойчивости, так как арматур­ные сетки, уложенные в швы кладки, препятствуют развитию поперечных деформаций, воспринимая растяги­вающие усилия, служащие основной причиной разру­шения каменных конструкций. Различают армирование поперечное (сетчатое) и продольное. Поперечное арми­рование каменной кладки производят стальными сетка­ми, укладываемыми в горизонтальные швы. Применяют сетки прямоугольные (рис. 20.1, а) и типа «зигзаг» (рис. 20.1, б). Сетки изготавливают из холоднотянутой прово­локи класса В_Р-1 диаметром не менее 3 и не более 5 мм при пересечении стержней в швах и 8 мм — без пересе­чения. Расстояние между стержнями сетки (размер яче­ек) принимается в пределах 30. ..120 мм.

Шаг сеток по высоте элемента кладки s должен быть не более 400 мм. Сетки типа «зигзаг» должны быть уло­жены таким образом, чтобы в двух смежных горизон­тальных сечениях направление стержней было взаимно перпендикулярным. Толщина швов кладки должна пре­вышать диаметр арматуры не менее, чем на 4 мм. Для армокаменных конструкций рекомендуется применять раствор марки не ниже 50. Количество арматуры в клад­ке принято определять процентом армирования по объе­му элемента

μ=(V_a /V_k)100 (20.1)

где V_a и V_k — соответственно объемы арматуры и кладки.

Для квадратных сеток из арматуры с площадью се­чения стержней A_s при размере ячейки с и шаге сеток по высоте s объему кладки V_k=c²s соответствует объем арматуры V_a=2A_sc. Тогда процент армирования можно вычислить по формуле

μ=2A_s /cs. (20.2)

Количество сетчатой арматуры ограничивается кон­структивными требованиями и должно быть в пределах 0,1 %≤ μ ≤1 %. Наибольший эффект поперечное арми­рование даст при использовании его в центрально-сжа­тых элементах. При внецентренном сжатии эффектив­ность применения сеток снижается и при больших экс­центриситетах их использовать уже нецелесообразно. Поэтому СНиП рекомендует применять сетчатое арми­рование при эксцентриситетах, не выходящих за преде­лы ядра сечения (для прямоугольных сечений при е₀>0,17h), или гибкости λ_h>15 либо λ_і>53.

Продольное армирование используют в каменных конструкциях, работающих на изгиб, растяжение и внецентренное сжатие, если расчетная несущая способность неармированной кладки недостаточна. Иногда продоль­ное армирование назначается по конструктивным требо­ваниям для повышения устойчивости и прочности в центрально-сжатых элементах большой гибкости (λ≥15 или λ_і≥53), а также в тонких стенах и перегородках и конструкциях, находящихся под воздействием значи­тельных вибраций. Продольную арматуру устанавливают снаружи кладки в слое раствора (рис. 20.1, в) или вну­три (рис. 20.1,г). Совместная работа стержней и кладки обеспечивается установкой хомутов. Если арматура рас­положена снаружи кладки, то расстояние между хому­тами принимают не более 15 диаметров продольного стержня (2...3 ряда кирпичной кладки), при расположе­нии арматуры внутри кладки это расстояние принимают не более 25 диаметров; конструктивная арматура и ар­матура, работающая на растяжение, должны связывать­ся хомутами не реже чем через 80 диаметров, но не бо­лее чем через 50 см.

Марка раствора должна приниматься не менее 50. Толщина защитного слоя цементного раствора в поме­щениях с нормальной влажностью должна составлять не менее 10...12 мм, во влажных и мокрых помещениях, ре­зервуарах и фундаментах — 20...30 мм. Количество про­дольной арматуры в растянутых элементах должно быть не менее 0,05 %, в сжатых — не менее 0,1 %. Диаметр сжатой продольной арматуры принимается не менее 8 мм, растянутой и хомутов — не менее 3 мм. В арми­рованных стенах и перегородках расстояние между вер­тикальными стержнями не должно превышать по фаса­ду 8h (h — толщина стены).

Комплексные конструкции. Из каменной кладки, уси­ленной железобетоном, располагаемым внутри (рис. 20.1,д) или снаружи в пазах (рис. 20.1, е), изготовляют комплексные конструкции. Такие конструкции из-за включения в работу железобетонных элементов имеют более высокую несущую способность при сжатии, растя­жении и изгибе по сравнению с обычными неармирован­ными конструкциями. Кладка при возведении служит опалубкой при бетонировании, тем самым несколько снижается трудоемкость работ. Комплексные конструк­ции целесообразно применять при ограниченных конст­руктивными требованиями размерах поперечного сече­ния, когда прочности неармированной кладки недоста­точно, а также в гибких, внецентренно сжатых и изгибаемых элементах.

Усиление кладки. Когда требуется повысить несущую способность сечения без увеличения его площади, усиливают кладку обоймами. Такая необходимость может возникнуть при реконструкции зданий, сопровождаю­щейся увеличением нагрузок на колонны или столбы, а также в случае развития значительных деформаций в эксплуатируемых зданиях, образующихся в результате ошибок, допущенных при проектировании или возведе­нии зданий. Обоймы препятствуют развитию поперечных деформаций, существенно увеличивают несущую способность кладки. Наиболее эффективны стальные (рис. 20.1, ж) и железобетонные обоймы (рис. 20.1,з). Конст­рукция штукатурных обойм аналогична конструкции бетонной обоймы, их применяют, когда требуется незна­чительно увеличить несущую способность кладки, так как они менее эффективны.

Стальную обойму конструируют из вертикальных стальных уголков, устанавливаемых по углам элемента и соединяемых для совместной работы планками из по­лосовой стали через 20...50 см по высоте. Размер по­перечного сечения уголков устанавливается расчетом, сечение планок назначается конструктивно в пределах 5×35...12×60 мм. Защита обоймы от коррозии осуще­ствляется с помощью покрытия из цементной штукатур­ки толщиной 25...30 мм. Толщина железобетонной обой­мы должна составлять 6...10 см, ее армируют продоль­ной арматурой и хомутами. Площадь поперечного сечения стержней назначают по результатам расчета. Диаметр вертикальных стержней рекомендуется прини­мать в пределах 6...12 мм, хомутов — 4...10 мм. Расстоя­ние между хомутами — не более 15 см. Класс бетона сле­дует принимать В25...В40. Штукатурные обоймы изго­товляют из вертикальных стержней диаметром 6...12 мм, которые назначаются конструктивно, и хомутов диа­метром 4...10 см, расстояние между последними не более 15 см. Штукатурку толщиной 3...4 см наносят из раство­ра марок 75...100.