3.8. Кам’яні елементи, посилені обоймами

При наявності значних дефектів і пошкоджень в кладці, виявлених в результаті обстеження будівель і споруд, а також при їх реконструкції або надбудові, виникає необхідність у забезпеченні та збільшенні несучої здатності існуючих кам’яних конструкцій (стін, стовпів, простінків тощо). Підвищити несучу здатність, жорсткість, тріщиностійкість конструкцій, тим самим забезпечивши їх надійність, можна методами підсилення. Підсилення потребують і несучі конструкції будівель, в яких при зміні технологічного процесу збільшуються навантаження на них, змінюються умови роботи конструкцій (збільшується ступінь агресивності середовища, змінюється температурний режим тощо) або змінюється характер дії навантаження (динамічні впливи).

Одним з найбільш розповсюджених методів підсилення кам’яних конструкцій є взяття їх в обойму. Застосовують наступні види обойм: у вигляді армованої штукатурки (рис. 3.7а), стальні (рис. 3.7б) та залізобетонні (рис. 3.7в). Обойми можуть влаштовуватись як по всій висоті елемента, так і в окремій його частині.

Обойми у вигляді армованої штукатурки застосовують для будь якої форми перерізу за невеликого підсилення. Їх перевагою є мала товщина, отже і незначне збільшення перерізу кам’яного елемента. Обойма складається з вертикальних стержнів діаметром 12...16 мм, розташованих по периметру перерізу стовпа, але не рідше чим через 400мм та хомутів із дроту діаметром 4...8 мм, що охоплюють поздовжні стержні з кроком s ≤ 150 мм. Арматуру захищає шар цементно-піщаної штукатурки із розчину марки М50...100 товщиною 30...40 мм.

Залізобетонні обойми, що застосовують за різних форм перерізу, суттєво підвищують несучу здатність кам’яних елементів. Вони виготовляється аналогічно обоймі з армованої штукатурки, але замість цементно-піщаної штукатурки вкладають бетон класу не нижче В10. Товщина шару бетону визначається розрахунком, але приймається в межах 60...120 мм.

Стальні обойми, поряд зі значним підвищенням несучої здатності, мають суттєве обмеження щодо використання, а саме, вони застосовуються лише для стовпів і простінків прямокутного перерізу і є неекономічними за витратами сталі. Стальні обойми складаються з сталевих кутників, розміщених по кутах перерізу, та хомутів зі

стрічкової сталі або стержнів діаметром 10 мм, приварених до кутників. Відстань між хомутами приймається не більше за менший розмір перерізу елемента і не більше 500 мм. Щоб кутники сприймали вертикальне навантаження безпосередньо після встановлення, їх роблять попередньо напруженими. Стальна обойма захищається від корозії шаром цементно-піщаного розчину марки М50...100 товщиною 25...30 мм. Для надійного зчеплення з розчином стальну обойму рекомендується обмотувати металевою сіткою.

Особливістю всіх обойм є те, що вони чинять опір поперечним деформаціям стисненої кладки, збільшуючи її несучу здатність. Крім того, залізобетонні і стальні обойми самі сприймають частину поздовжнього зусилля. Отже, основними факторами, що впливають на ефективність обойм є стан кладки і схема передачі зусилля на конструкцію, клас бетону і марка розчину за міцністю, площа перерізу поздовжньої арматури, відсоток поперечного армування хомутами або планками.

Несуча здатність кам’яних стовпів, підсилених обоймами, за центрального і позацентрового стиску у випадку малих ексцентриситетів визначається за формулами:

- при обоймі у вигляді армованої штукатурки

; (3.51)

- при залізобетонній обоймі

; (3.52)

- при стальній обоймі

. (3.53)

Значення коефіцієнтів ψ і φ приймають:

• у випадку центрального стиску ψ = 1 і η = 1;

• у випадку позацентрового стиску

; . (3.54)

Відсоток армування визначається за формулою:

(3.55)

У формулах (3.51) – (3.55) прийняті наступні позначення:

А – площа перерізу стовпа;

А_b – площа перерізу бетонної обойми, що знаходиться в межах між

хомутами і кам’яною кладкою;

– площа перерізу поздовжніх кутників стальної обойми або ж

поздовжньої арматури залізобетонної обойми;

А_sw – площа перерізу хомутів;

γ_к – коефіцієнт умов роботи кладки: для кам’яної кладки без

ушкоджень γ_к = 1, для кладки з тріщинами γ_к = 0,7;

γ_b – коефіцієнт умов роботи бетону, при передачі навантаження на

обойму і наявності опори під нею: γ_b = 1 при передачі

навантаження на обойму і відсутності опори під нею; γ_b = 0,7 при

передачі навантаження тільки через кладку γ_b = 0,35;

R_b – розрахунковий опір бетону осьовому стиску;

R_sw – розрахунковий опір поперечної арматури обойми (табл. Б1);

R_sс – розрахунковий опір поздовжньої арматури обойми (табл. Б1);

R_y – розрахунковий опір листового та фасонного прокату розтяганню,

стиску та згинанню (табл. Б.4);

R_s – розрахунковий опір зрізу листового та фасонного прокату

приймається рівним R_s = 0,58R_y.

Решта позначень у формулах відомі з попередніх розділів. Коефіцієнт поздовжнього згину φ визначається як для не підсиленої кладки.

Необхідно приймати до уваги, що у випадку, коли e₀ > h/6, підсилення кам’яної кладки обоймами не є ефективним.

Так само, як і кам’яні стовпи, можна підсилювати обоймами простінки. Але, зважаючи, що переріз простінків майже завжди буває з відношенням сторін понад 2,5, то необхідно встановлювати додаткові поперечні в’язі, що перетинають кладку і влаштовуються з кроком не більше 2h (де h – товщина простінка) і не більше 750 мм. При цьому в складову формул (3.52) – (3.54), що враховує вплив хомутів, додатково вводиться множник – коефіцієнт умов роботи, рівний 0,5.

Так як при влаштуванні обойм збільшуються розміри простінків, зменшуються прорізи, погіршується зовнішній вигляд будівлі, то їх влаштування не завжди є можливим і бажаним. У цьому випадку простінки з недостатньою несучою здатністю необхідно розібрати і звести заново у такий спосіб. У прорізи з двох боків простінка встановлюють дерев’яні стояки і клинами підтискають їх до перемичок. Діаметр і кількість стояків визначається розрахунком з умови сприйняття всього розрахункового навантаження, що діє на простінок, за умови

, (3.56)

де А_с – площа поперечного перерізу всіх дерев’яних стояків,

розташованих на половині прорізу з обох боків простінка;

R_с – розрахунковий опір деревини поперек волокон.

Марка цегли і розчину нової кам’яної кладки простінка визначаються з розрахунку на повне експлуатаційне навантаження.

Видалення дерев’яних стояків проводиться не раніше ніж через 28 діб, тобто після того, як розчин заповнення швів досягне проектної міцності.