Усиление и ремонт каменных конструкций

1.

УСИЛЕНИЕ И РЕМОНТ КАМЕННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Причинами недостаточной надежности каменных конструкций и
необходимости их усиления или ремонта могут являться:
- размораживание кладки вследствие попеременного замораживания и
оттаивания;
- возникновение и развитие трещин вследствие неравномерной осадки
или просадки, а также в результате перегрузки;
- коррозия кладки под воздействием агрессивной среды;
- результат воздействия высоких температур (пожар);
- ошибки при проектировании (недостаточный учет действующих
нагрузок, неполное соответствие выбранной расчетной схемы
действительному напряженному состоянию конструкций и др.);
- недостатки при производстве работ (заниженная марка кирпича или
раствора, некачественная кладка и др.);
- увеличение нагрузки при изменении функционального назначения
здания или при надстройке здания.
Усиление каменных конструкций призвано повысить их несущую
способность, жесткость и трещиностойкость. Принятие решения по
усилению каменных конструкций основывается на оценке несущей

2.

1. Оценка несущей способности и степени повреждения каменных
конструкций
Несущая способность поврежденных каменных конструкций
определяется методом разрушающих нагрузок на основании данных,
полученных при обследовании, и фактических значений прочности
(марок) кирпича, камней, раствора и предела текучести арматуры. При
этом учитывают факторы, снижающие их несущую способность:
- трещины;
- разрушение поверхностных слоев кладки в результате
размораживания, пожара или механических повреждений (выбоины и
т.п.);
- наличие эксцентриситетов, вызванных отклонением стен и столбов от
вертикали или при их выпучивании из плоскости;
- нарушение конструктивной связи между стенами вследствие
образования вертикальных трещин в местах их пересечения или
вследствие разрыва поперечных связей между стенами, колоннами и
перекрытиями каркаса;
- повреждение опор балок, перемычек, смещение элементов покрытий
и перекрытий на опорах.

3.

Поврежденные каменные и армокаменные конструкции подлежат
временному усилению, если их несущая способность недостаточна для
восприятия фактически действующих нагрузок на рассматриваемый
элемент:
F Кбп Ф Ктр,
где F - фактическая нагрузка на рассматриваемую конструкцию в
момент обследования;
Кбп - коэффициент безопасности, принимаемый:
Кбп = 1,7 - для неармированной кладки;
Кбп = 1,5 - для кладки с сетчатым армированием;
Ф - несущая способность конструкции без учета повреждений,
определяемая по фактическим значениям площади сечения, гибкости и
прочности материалов кладки;
Ктр - коэффициент снижения несущей способности каменных
конструкций при наличии повреждений (трещин, сколов, повреждений
при пожаре и т.п.).
Несущую способность армированной и неармированной кладки без
учета повреждений (Ф) следует определять путем подстановки в правые
части формул, характеризующих различные виды напряженного

4.

При известной марке кирпича и раствора средний предел прочности
кладки R принимается равным удвоенной величине расчетного
сопротивления кладки.
При отклонении от вертикали или при выпучивании стен в пределах
этажа на величину до 1/3 толщины стены их несущая способность
определяется с учетом фактических эксцентриситетов от вышележащей
нагрузки. При большем отклонении или выпучивании стены, столбы и
перегородки подлежат разборке или обязательному усилению.
При образовании вертикальных трещин в местах пересечения стен
или при разрыве поперечных связей между стенами, колоннами и
перекрытиями каркаса несущая способность и устойчивость стен при
Действии вертикальных и горизонтальных (ветровых) нагрузок
определяется с учетом фактической свободной высоты стены между
точками сохранившихся закреплений (связей).
При смещении прогонов, плит перекрытий и покрытий на опорах
проверяется несущая способность стен на местное смятие и
внецентренное сжатие по фактической величине эксцентриситетов и
площади опирания прогонов и плит перекрытий на стены.

5.

При наличии в стенах больших обвалов или при обрушении одного
или нескольких простенков нижележащих этажей оставшаяся часть
стены может работать по схеме свода. В этом случае несущая
способность крайних простенков или участков стен определяется с
учетом перегрузки (F) от массы стен и перекрытий, находящихся выше
обвалов, а также с учетом распора (Н), определяемого статическим
расчетом.
Степень повреждения каменных конструкций оценивается по потере
их несущей способности, при:
- слабых повреждениях
- до 15 %
- средних повреждениях - до 25 %
- сильных повреждениях - до 50 %
- разрушениях
- свыше 50 %.
Характерные виды повреждений и дефектов каменных конструкций,
возникающие при указанных выше снижений несущей способности, а
также рекомендуемые мероприятия по временному усилению
(укреплению) конструкций приведены в таблице.

6.

7.

2. Способы усиления, восстановления и ремонта каменных
конструкций
Способы усиления, восстановления и ремонта каменных
конструкций можно разделить на несколько групп по виду усиления и
конструктивным особенностям каменных конструкций:
- Усиление столбов, простенков и участков стен.
- Усиление пилястр, перемычек, углов кирпичных зданий, примыкания
стен и опорных зон балок, плит или ферм.
- Обеспечение пространственной жёсткости кирпичных зданий при
отклонении от вертикали стен или общих повреждений большой
протяженности.
- Ремонт стен, инъецирование.
- Усиление образованных проемов в несущих стенах.
- Усиление стен при надстройке зданий.

8.

Способы усиления и ремонта каменных конструкций
1. Стальные, железобетонные и армированные растворные обоймы;
2. Крепление стен напряженными поясами;
3. Крепление стен напряженными связями и обвязками;
4. Замена простенков и столбов новой кладкой;
5. Устройство и восстановление облицовки;
6. Инъецирование кирпичных конструкций;
7. Временные усиления поврежденной кладки.
Усиление каменных конструкций обоймами
Кладка в обойме работает в условиях всестороннего сжатия и
ограничения свободы поперечного его расширения, что значительно
увеличивает сопротивляемость кладки воздействию продольной
силы.
В практике строительства применяются следующие основные виды
обойм:
- стальные;
- железобетонные;
- армированные растворные;
- кирпичные (армированная кладка).

9.

Стальная обойма выполняется из вертикальных стальных уголков с
полками не менее 50...75 мм, устанавливаемых на растворе по углам
усиливаемого элемента (простенка, столба), и хомутов из полосовой или
крутой стали, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами
должно быть не более меньшего размера сечения и не более 500 мм. Для
включения обоймы в работу зазоры между кладкой и уголками следует
тщательно зачеканить цементным раствором. Стальная обойма
защищается от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм
по металлической сетке. Стальная обойма применяется при
прямоугольном сечении конструкции. Перед установкой уголков проводят
разгрузку временными стойками, удаление заполнений оконных проемов
и срубку четвертей. Для включения стальных уголков в работу
применяется предварительное напряжение, которое осуществляется
взаимным стягиванием ломаных пар уголков между собой. Выпрямляясь,
уголки воспринимают часть вертикальной нагрузки и разгружают
усиляемую конструкцию.
Железобетонная обойма выполняется из бетона классом не ниже
В12,5 с армированием вертикальными стержнями не менее 12 мм и
сварными хомутами 6...10 мм. Расстояние между хомутами не более 15
см. Толщина обоймы назначается по расчету и может быть 4-12 см.
Применяется, когда необходимо большое (в 2...3 раза) усиление кладки и
сечение элемента не прямоугольное. Устройство ж.б. обоймы
эффективно при поверхностном разрушении кладки на значительную
глубину или при глубоких трещинах, когда возможно уширение кирпичной
конструкции. При невозможности уширения конструкции, разрушенные
участки расчищают на глубину не менее толщины обоймы.
Бетонирование обоймы ведется снизу вверх с соответствующим

10.

Усиление кирпичных
столбов (простенков)
обоймами:
а, б металлической,
в
- железобетонной или
армированной
штукатуркой,
гкирпичной армированной
1 - усиливаемый элемент; 2 - металлический уголок, 3 - поперечные планки сечением
кладкой;
35 5; 60 12мм или 12...30мм; 4 - бетон В12.5...В15; 5 - арматурные стержни 6...12
мм; 6 - хомуты 6. .10 мм; 7 - новая кладка, армированная сетками через 3 ряда, 8 сварка, 9 - отрезок уголка, 10 - поперечный стержень; 11 - гайка; 12 - шайба; 13 штукатурный слой (раствор М50-М100), 14 - прямой клин; 15 - обратный клин; 16 - ребро

11.

Армированная растворная обойма армируется аналогично
железобетонной, но вместо бетона покрывается слоем цементного
раствора марки М75...М100 толщиной 30...40 мм. Продольная арматура,
6...12 мм, устанавливается с шагом < 400 мм, хомуты 4... 10 мм,
расположенные с шагом < 150 мм. Растворная обойма применяется,
когда не требуется большое увеличение несущей способности
конструкции и нет возможности увеличить ее размеры.
Основными факторами, влияющими на эффективность обоймы,
являются:
- процент поперечного армирования хомутами;
- класс бетона или марка раствора; состояние кладки;
- схема передачи нагрузок на конструкцию.
С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности
кладки растет не пропорционально, а по затухающей кривой.
Усиление поврежденных стен, простенков и столбов обоймами
рекомендуется вести с последующей инъекцией поврежденной
трещинами кладки цементным раствором, что обеспечивает наиболее
высокую несущую способность конструкций.
С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при
соотношении их сторон от 1:1 до 1:2,5 эффективность обойм несколько
уменьшается, однако это уменьшение незначительно и практически его
можно не учитывать.
При отношении сторон более 1:2,5 необходима постановка
дополнительных поперечных, пропускаемых через кладку связей,
располагаемых на расстоянии по ширине стены не более 2h и не более
1,0 м, а по высоте не более 0,75 м. В этом случае, в формулы к

12.

13.

14.

15.

Расчетные схемы усилий нормальных сечений каменных элементов,
усиленных обоймами: а - стальной; б - железобетонной; в армированной штукатуркой;
1 - усиливаемый элемент; 2 - металлический уголок; 3 - поперечные планки
сечением 35 5...60 12 мм; 4 - бетон класса В10...В15; 5 -хомуты 4...10 мм; 6 -

16.

Расчет элементов кладки, усиленных обоймами
Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при
центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не
выходящих за пределы ядра сечения, производится по формулам:

17.

Коэффициенты ψ и η принимаются:
- при центральном сжатии ψ =1,0 и η = 1,0;
- при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми
элементами с сетчатым армированием):
= 1 – (2е0)/h; = 1 – (4е0)/h,
где е0 - эксцентриситет приложения продольной силы N. При этом
величина е0 < 0,17h, если данное условие не выполняется, усиление
кладки обоймами неэффективно;
N - расчетная продольная сила;
А - площадь сечения усиливаемой кладки;
A`s - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или
продольной арматуры железобетонной обоймы;
Аb - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами
и кладкой (без учета защитного слоя);
R - расчетное сопротивление кладки;
Rsw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;
Rsc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой
арматуры обоймы;

18.

φ - коэффициент продольного изгиба. При определении φ по табл. 19
СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» значение
упругой характеристики принимается как для не усиленной кладки,
гибкость определяется по расчетной длине;
mg - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия
нагрузки (длительную ползучесть кладки). При h > 30 см; i > 8,7 см или А
> 0,3 м2 mg = 1,0;
mk - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным:
mk = 1,0 - для кладки без повреждений;
mk = 0,5…0,90 - для кладки с трещинами;
mb - коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным:
mb = 1,0 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу
обоймы;
mb = 0,70 - при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу
обоймы;
mb = 0,35 - без непосредственной передачи нагрузки на обойму;
μ - процент армирования хомутами и поперечными планками,
определяемый по формуле
2 As ( h b )
100%
h b S

19.

здесь h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;
As - площадь поперечного сечения планки или хомута;
S - расстояние между осями поперечных связей:
- при стальных обоймах h < S < b, но не более 500 мм;
- между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах S < 150
мм.