Повышение пространственной жесткости каменных зданий

В результате неравномерной осадки оснований фундаментов, различной жесткости элементов и разнонагруженности стен, а также при воздействиях природных и техногенных факторов происходит нарушение пространственной жесткости коробки здания в целом или какой-либо ее части.

Для восстановления целостности остова здания применяют пояса, которые воспринимают неравномерные деформации, растягивающие усилия кладки и способствуют перераспределению нагрузки на основание.

В зависимости от характера проводимых работ (восстановление жесткости эксплуатируемого здания, реконструкция или надстройка), причин и вида повреждений применяются стальные (гибкие, жесткие), армокаменные или железобетонные пояса.

Стальные гибкие напрягаемые пояса (рис. 14.10) представляют собой систему горизонтальных распределительных устройств, состоящих из тяжей диаметром 20…40 мм, напрягаемых при помощи муфт с двухсторонней резьбой (правой и левой) или закручиванием гаек на концах, концевых и промежуточных упоров.

Поясами создается один или несколько замкнутых контуров по стенам. Производится объемное обжатие всего здания или его части.

С целью эффективного обжатия всей коробки здания длину большей части пояса рекомендуется принимать не более 1,5 коротких. В многоэтажных зданиях тяжи устанавливают в уровне перекрытий. Допускается связь тяжей с перекрытиями. В промышленных и общественных одноэтажных зданиях тяжи устанавливают в уровне низа стропильных конструкций.

Пояса устанавливают либо на поверхности стен, ухудшая внешний вид, но сокращая трудоемкость работ, либо в штрабах кладки, не меняя внешнего вида и надежно предохраняя металлические детали от коррозии.

При устройстве пояса в кладке пробивают горизонтальные штрабы глубиной 70…80 мм и сквозные отверстия для продольных и поперечных тяжей. На углах здания на растворах повышенной прочности вертикально устанавливают отрезки уголков. Если пояса устанавливают на поверхности стен, для удобства монтажа и исключения провисания тяжей по длине в кладку забивают промежуточные скобы.

Монтаж поясов усиливаемого здания осуществляется последовательно снизу вверх (см. рис. 14.10).

Предварительное напряжение производят с помощью соединительных муфт одновременным натяжением всех тяжей или первоначально напрягают тяжи проходящие внутри здания, а затем – снаружи. Натяжение производят динамометрическим ключом, домкратом или ломиком с плечом 1500 мм с усилием на конце 30…40 кг. Для уменьшения трудоемкости натяжения рекомендуется осуществлять электро- или термонагрев тяжей. Степень натяжения следует контролировать приборами. Тяжи считаются натянутыми, если они не провисают и при ударе по ним ломиком издают звук высокого тона. При устройстве тяжей в условиях пониженных температур выполняется их дополнительное натяжение. После фиксации тяжей и их напряжения производится инъецирование трещин в стенах или выполняется частичная перекладка в зависимости от характера и степени повреждения.

Рис. 14.10. Усиление здания стальными предварительно напряженными поясами:
1 – тяж, 2 – стяжная муфта с двухсторонней резьбой, 3 – упорный уголок,
4 – накладка из швеллера, 5 – гайка с шайбой

Расчет сечения гибких тяжей производят из условия равной прочности тяжей на растяжение и каменной кладки на срез.

Расчетное усилие определяется по формуле

, (14.5)

где – расчетное сопротивление кладки на срез, МПа; – длина стены; – толщина стены.

Стальные жесткие пояса(рис. 14.11) выполняются из профильной стали (в основном, из швеллеров, уголков и полосовой стали) и предназначаются для передачи усилий на более прочные участки. Пояса охватывают все здание или его часть, выполняются замкнутыми или незамкнутыми. Незамкнутые пояса применяют при разрывах здания, продольных и поперечных стен, углов. Номер профиля назначается конструктивно.

Рис. 14.11. Усиление части здания устройством предварительно напряженного
стального пояса из прокатных профилей: 1 – трещина, 2 – пояс из швеллера,
3 – стяжной болт, 4 – гайка, 5 – анкер

Стальные жесткие пояса могут выполняться предварительно напряженными. Натяжение жестких поясов осуществляется с помощью болтовых соединений (рис. 14.12). Диаметр натяжного болта (шпильки) определяется расчетом и ориентировочно составляет 20…25 мм.

Стальные жесткие пояса устанавливают по всему контуру здания или его части в штрабах или на поверхности стен. В зависимости от толщины стены ненапрягаемые пояса располагаются с одной или двух сторон стены: при толщине более 640 мм – с двух сторон, при толщине менее 640 мм – с одной.

Фиксация двухсторонних поясов выполняется болтами диаметром 16...20 мм, которые при помощи гаек стягивают пояса друг с другом и играют роль анкеров. При расположении пояса с одной стороны совместная работа достигается за счет устройства анкеров (рис. 14.11, вариант А (в штрабе). Шаг болтов – 2000...2500 мм, анкеров – 500...700 мм.

Рис. 14.12. Натяжное устройство предварительно напряженного
стального пояса из прокатных профилей

Стальные гибкие и жесткие пояса, установленные на поверхности стен, вместе с муфтами, упорными уголками, накладками, огрунтовывают и окрашивают или оштукатуривают по сетке.

При надстройке здания с целью повышения его пространственной жесткости в уровне перекрытий, покрытий выполняют армокаменные
(рис. 14.13, а) или железобетонные (рис. 14.13, б) пояса жесткости.

Рис. 14.13. Усиление стен здания поясами: а – армокаменным; б – железобетонным:
1 – кирпичная кладка стен, 2 – армокаменный пояс, 3 – стальная сетка,
4 – железобетонный пояс, 5 – продольная арматура, 6 – поперечная арматура,
7 – утепление

При устройстве армокаменного пояса допускается применение продольных стержней арматуры в поясе диаметром до 12 мм с утолщением шва до 25 мм. Ориентировочно площадь продольной арматуры пояса в стенах толщиной до 510 мм можно принимать в пределах 4,5 см², а при большей толщине – 6,5 см².

Железобетонный поясвыполняется из бетона класса не ниже с армированием пространственным арматурным каркасом. Возможно использование жесткой арматуры в поясе. Высота поперечного сечения пояса составляет не менее 120 мм, ориентировочно ширина сечения пояса принимается равной: при толщине стены до 510 мм – толщине стены с учетом утепления, при толщине стены более 510 мм – возможно устройство меньшего по ширине пояса. В месте устройства железобетонного пояса следует предусматривать дополнительное утепление стен для ликвидации «мостиков холода».