5. Методы усиления наземных конструкций зданий и сооружений

Анализ данных по деформациям зданий и сооружений в рассматриваемых условиях показал, что выбор способа усиления несущих конструкций зависит от инженерно-геологических условий (свойств грунтов) и степени их изученности, характера и величины приложенной нагрузки, детальности обследования существующих фундаментов, сохранности существующих конструкций, способа производства работ и типа применяемого оборудования.

Особо опасные деформации происходят в построенных без учета развития неравномерных осадок старых зданиях, получивших повреждения и имеющих многочисленные дефекты, ослабляющие несущие конструкции: трещины в стенах, сдвиги перекрытий и лестничных маршей, перекосы проемов, отклонения стен от вертикали и др.

Исходя из особенностей и характера примыкания принимаются те или иные конструктивные мероприятия, направленные на обеспечение эксплуатационной пригодности существующих зданий: предупредительные проектные решения; предупредительные меры, необходимые при производстве работ; ремонтные меры при возникновении аварийных ситуаций.

Усиление конструкций может выполняться по временной и по постоянной схеме. Временное усиление конструкций применяют в случаях длительного развития деформаций при возникновении аварийных повреждений зданий. По мере стабилизации деформаций временное усиление заменяется постоянным.

Усиление конструкций, как предупредительное, так и восстановительное, выполняется увеличением несущей способности элементов сооружения или изменением конструктивной схемы зданий путем увеличения его пространственной жесткости и прочности.

К настоящему времени разработаны и проверены практикой многочисленные методы восстановления эксплуатационных качеств зданий. Одни методы позволяют усилить надфундаментные конструкции креплением простенков в кирпичных домах, устройством накладных и напряженных поясов, разгрузочных балок, скоб-стяжек и т.п. Другими методами повышают несущую способность основания, реконструируют или усиливают фундамент устройством сплошной фундаментной плиты, расширением или заглублением фундамента, подведением под стены здания свай типа «Мега», набивных, буроинъекционных и т.п., вдавливанием существующих свай с увеличением их длины.

Прежде чем начать работу по усилению отдельных конструкций, необходимо их разгрузить с помощью установки временных опор. Однако здесь нередко допускаются ошибки: нагрузка лежащих выше деформированных конструкций сосредоточенно передается на деформирующийся фундамент и тем самым ухудшаются условия его работы. Нагрузку необходимо перераспределить так, чтобы разгрузить полностью или частично деформирующийся фундамент, т.е. передать ее на надежное основание, иногда через специально выполненные опоры (площадки). За временными опорами необходимо вести постоянные наблюдения и при необходимости подбивать под них клинья или ставить дополнительные разгружающие опоры.

Деформированные простенки между оконными, дверными или иными проемами кирпичных зданий усиливают путем устройства металлических или железобетонных корсетов (обойм). Если выполнено временное крепление лежащей выше кладки, простенки могут быть усилены частичной или полной их перекладкой.

Конструкция металлического корсета состоит из вертикальных стоек уголковой стали с шириной полок 100—120 мм, охватывающих углы простенка, и приваренных к стойкам через определенный интервал горизонтальных планок из полосовой стали толщиной 6—8 мм. Такой корсет почти вдвое повышает несущую способность простенка (рис. 8.3). С внутренней стороны здания части металлического каркаса устраиваются с заглублением в тело простенка и последующим оштукатуриванием борозд. Железобетонный корсет применяется в тех случаях, когда напряжение в рабочем сечении простенка может вызвать разрушение кладки. Стойки такого корсета также могут располагаться в вертикальных бороздах, пробиваемых в кладке простенков.

В тех случаях, когда в конструкциях здания возникают опасные трещины в местах примыкания капитальных стен друг к другу, стены отклоняются от вертикальной плоскости и выпучиваются их отдельные участки, в целях предотвращения дальнейшего развития деформаций устраивают накладные пояса (рис. 8.4). Эти пояса представляют собой систему парных вертикальных анкеров из швеллеров № 12—14, объединенных горизонтальными тяжами из круглой стали диаметром 18—28 мм. Тяжи лучше всего устраивать на уровне железобетонных перекрытий с последующим укрытием их под полами. Натяжение тяжей ведется вручную с помощью муфт, имеющих обратную нарезку. Рассчитываются тяжи по усилию на растяжение кладки. С наружной стороны анкеры и тяжи можно утапливать в штрабу, которая затем оштукатуривается.

В зимнее время не исключена возможность проявления изморози на металлических частях накладных поясов внутри зданий, поэтому на наружной части тяжей необходимо устраивать теплоизолирующие прокладки.

Напряженные пояса конструкции Козлова применяются в тех случаях, когда в стенах зданий возникают трещины со значительным раскрытием и большой протяженностью. Такие пояса придают зданию пространственную жесткость, снимают растягивающие напряжения в кладке и передают их на металл (рис. 8.5).

Применение напряженных поясов имеет определенные преимущества по сравнению с другими способами, поскольку они обеспечивают: выравнивание неравномерных деформаций коробки здания; ведение восстановительных работ без нарушения нормальной эксплуатации здания; исключение перекладки значительных участков стен; экономичное расходование металла на восстановление поврежденных стен и здания.

Напряженные пояса состоят из металлических стержней диаметром 22—32 мм, охватывающих поврежденное здание или его отсек на уровне междуэтажных и чердачного перекрытий. Стержни натягивают обычно вручную резьбовыми муфтами. Для установки стержней поясов пробивают горизонтальные штрабы с наружной стороны стен. Стержни крепят к опорным частям, представляющим собой вертикальные уголки № 10—15, установленные на углах или пересечениях стен. Пояса должны быть замкнутыми. Согласно методике Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова, длина большой стороны пояса не должна превышать 1,5 длины короткой. Длинная сторона обычно составляет 15—18 м. Пояс, охватывающий деформированную часть здания, должен быть заведен на неповрежденную часть не менее чем на 1,5 длины деформированного участка.

Сечение тяжей подбирается по усилию, зависящему от расчетного сопротивления кладки на скалывание, толщины стены и ее длины. Сечение стержней, воспринимающих изгибающий момент в стене, назначается таким, чтобы их прочность равнялась прочности кладки, воспринимающей перерезывающую силу:

где N — усилие в стержне, кН; R — расчетное сопротивление кладки скалыванию, кН/м 2 ; l — длина стены, м; b — толщина стены, м.

Трещины в стенах здания можно укрепить с помощью скоб-стяжек, устанавливаемых на уровне каждого этажа. Назначение таких скоб — перераспределение нагрузки от деформированных участков стен на прочные участки. Такое мероприятие позволяет предотвратить дальнейшее раскрытие трещин. Скоба-стяжка (рис. 8.6) состоит из обрезка швеллера или уголка длиной не менее 2 м, скрепленного со стеной двумя анкерными болтами диаметром 20—22 мм. Анкерный болт располагается на расстоянии не ближе 1 м от трещины.

В отличие от скоб-стяжек, обеспечивающих локальное усиление поврежденного участка стены, разгрузочные балки служат для общего усиления здания. Обычно их устраивают из швеллеров № 22—27 и ставят на уровне верха фундамента или на уровне оконных перемычек первого или подвального этажа (см. рис. 8.6).

Двусторонние разгрузочные балки устанавливают при толщине стен более 64 см и анкеруют болтами диаметром 16—20 мм через 2—2,5 м. Односторонние разгрузочные балки ставят при малой толщине стен и анкеруют полосовым или круглым железом с тем же интервалом, что и двусторонние балки.

Скобы-стяжки и разгрузочные балки устанавливают на цементном растворе в штрабе глубиной не менее ширины полки. По окончании крепления анкеров штраба заполняется бетоном марки 100 с уплотнением. Все металлические детали скоб-стяжек и разгрузочных поясов должны быть покрыты антикоррозионными составами.

Для крупнопанельных зданий в связи с их конструктивными особенностями нужны иные решения по усилению. Для таких зданий предупредительные меры осуществляются введением горизонтального поэтажного армирования (рис. 8.7); усилением крепления плит перекрытий на панелях внутренних и наружных стен (рис. 8.8); устройством консольных опираний перекрытий (рис. 8.8, в); армированием вертикальных стыков и др.

Увеличение пространственной жесткости сооружения изменением конструктивной схемы позволяет перераспределить усилия в конструкциях, обеспечив более эффективную их работу. Для этого можно установить дополнительные конструкции в виде стоек, подкосов, порталов, ввести связи, диафрагмы, распорки и др. (рис. 8.9).

Указанные способы в первую очередь применимы для многоэтажных производственных зданий каркасного типа, являются достаточно эффективными и позволяют разгрузить конструкции, получившие повреждения Во всех случаях усиливающие элементы должны быть включены в совместную работу с существующими конструкциями Для этой цели усиливающие элементы обжимают домкратами, подклинивают, заделывают зазоры раствором на расширяющемся цементе и т.п.

Сотников С.Н. Проектирование и возведение фундаментов вблизи существующих сооружений

Как сделать армопояс из кирпича на стены из газоблоков?

Армирующий пояс — это усиливающий элемент, создающий контур жесткости, который устанавливают на стенах домов, возведенных из газобетонных блоков.

Его главная задача — обеспечить по несущим стеновым конструкциям равномерное распределение нагрузок.

После чего такие стены домов перестают опасаться воздействия таких негативных явлений, как усадка, пучение грунта и последствий от различных атмосферных воздействий. Они если и происходят, то без какого-либо вреда для домов.

Для того чтобы армирующий пояс исполнял свою роль, застройщику потребуется четко выполнять технологию укладки, выдерживать габариты стены и размеры сечений армирующих элементов.

Когда нужен?

Такой армопояс выполняется в виде не очень большой полосы сплошной кладки, которая усиливается продольными стальными прутьями или сеткой. Это объясняется тем, что газобетонные блоки по своим производственным характеристикам даже имея хорошие показатели прочности на сжатие совершенно не способны выдержать изгиб, что вызывает преждевременное растрескивание стен «по-живому».

Конечно, по прочности такая конструкция не может равняться с бетонным монолитным поясом, но для многих невысоких строительных объектов, ее характеристики вполне достаточно для создания прочных несущих газобетонных стен.

Армопояс принимает на себя основные нагрузки, не позволяя несущим стенам сдвигаться по отношению друг другу в момент воздействия, разнонаправленных либо разных по величине сил.

Дополнительная функция, которую способен осуществлять армиропояс — это служить местом крепление для важных усиленных элементов объекта на анкерах, когда стенка сама не способна их вынести. Поэтому застройщик должен предварительно выполнить своеобразный разделительный кирпичный пояс в соответствии с технологией, указанной в проекте дома.

Справка. Различают несколько видов армирования: продольное, вертикальное и поперечное. Первые два способа используются в сейсмических районах строительства, а последний обеспечивает устойчивость конструкции путем применения специализированной кладочной сетки и применяется повсеместно при использовании в качестве стенового материала пенобетонных блоков.

Очень хорошо на практике показало устройство двойного армопояса, устанавливаемого под фундаментную подошву и его верхний срез при применении основании столбчатого типа. Сезонное движение грунта при данном варианте усиления объекта, не способны будут «играть» опорами, поскольку они становятся общей фермой, жестко зафиксированными 2-мя связками.

Требования

Габариты пояса выбираются в соответствии с конструктивными характеристиками газоблоков, на которых его планируют установить.

Они получаются расчетным путем, который выполняется в ходе проектирования, на базе существующей строительной нормативной документации.

Основные требования к установке армопояса на газобетонных стенах:

1. Армозащита на внешних стенах обязана согласоваться с их шириной без учета размера теплозащитного слоя.
2. Минимальная высота пояса установлена нормативами — 150 мм и не более ширины стены, а общая высота не более 40 см.
3. Кладку закрепляют через 3-5 рядов, при больших нагрузках допускается армирование через каждый ряд.
4. При укладке армопояса применяется стальная оцинкованная проволочная сетка с сечением D=5 мм.
5. В однослойных стенах до 300 мм, ширина армопояса выбирается 250 мм, а высота равной ее толщине.
6. Для легкого перекрытия устанавливают пояс высотой в 100 мм, а для тяжелых бетонных изделий — только монолитный бетонный армопояс со стальными прутьями.
7. Армирование начинают с 1-го ряда.
8. Для оконных и дверных проемов в просвете, который больше 1.8 м, дополнительно армируют по 0,50 см с каждой стороны проема.
9. Армосетка полностью покрывается укладочным раствором, во избежание коррозии.

Расходные материалы и инструменты

При выполнении продольного армирования из основных стройматериалов застройщик предварительно должен приобрести сетку с ровной проволокой D=5 мм или зигзагообразной формой D= 8 мм. Для поперечного армирования приобретают сетку с проволокой от D от 2,5 до 8 мм. Также потребуется красный стандартный кирпич и расходные материалы для кладочного раствора: цемент и просеянный песок.

Из инструментов мастер должен подготовить для укладки армопояса на газобетонную стену:

• Отвес, чтобы контролировать прямолинейность кирпичной кладки.
• Кельма для экономичной укладки раствора.
• Молоток-кирка, для дробления кирпичных блоков для заполнения пустот.
• Расшивка, для аккуратного оформления кромки швов.

Пошаговая технология создания

Такой армопояс поднимают высотой от 4 до 7 рядков и с шириной газобетонной стенки с помощью железной сетки-матрицы 30 или 40 мм либо арматурой D=5 мм.

Технология кладки соответствует обычным кирпичным стенкам со смещением швов на одну треть длины и тычковой перевязкой 3-го ряда.

Если армирующий защитный пояс для газоблочных стен становится опорной конструкцией для мауэрлата, в него замуровывают вертикальную штыревую арматуру с резьбой D 12/ 16 мм, через 1,5 м и с глубиной по размеру бруса и в 2 раза подлиннее освобожденного конца под крепление мауэрлата.

Армоконтур под кровлей исполняет разгрузочную функцию и становится прочной опорой для мауэрлатного бруса. В том случае, когда проектом предусмотрена установка облегченных плит потребует выполнить кирпичный армопояс и на внутренних, и на несущих стеновых конструкций, поскольку именно они будут испытывать нагрузки.

Важно! Пояс в таком варианте предназначен для создания особого буфера, который станет распределять равномерно давление, создаваемое плитой на общую стеновую площадь, при этом предупреждая прогибание несущей конструкции.

Базовые этапы укладки кирпичного армопояса на газобетоне:

1. Первый ряд укладывают с применением раствора прямо на газобетонный слой. При стандартной стене 300 мм, кладку производят в 2 кирпича, при этом заполняя промежутки доборными кусками.
2. Выполняют установку армосетки по всему контуру пояса.
3. Укладывают 2-й ряд по аналогичной схеме с дальнейшим укреплением.
4. 3 ряд — тычковый, его выполняют с ориентацией на внутреннюю поверхность стенки. Сохранившийся наружный зазор заполняют или четвертинками, или кусочками утеплителя, например, базальтовой ваты, в случаях если параллельно устанавливается теплозащитный вентилируемый фасад.
5. Под верхний ряд блоков, когда будет установлен пояс под перекрытия, прокладывают арматурные стержни в штробах, что усилит по жесткости стеновые конструкцию и защитит их от деформационных трещин. Армосетку для антикоррозионной защиты закрывают слоем укладочного раствора, а если она изготовлена из черного металла, то предварительно ее также окрашивают.
6. После окончания процесса схватывания раствора, размещают рубероид либо толь в 2 слоя. Это необходимо выполнить, чтобы обеспечить гидроизоляцию важных элементов и защитить брус и кирпич армопояса от накопления конденсата.
7. Дальше обозначается точки для прикрепления мауэрлата, устанавливают шпильки и закрепляют его на армопоясе гайками с широкими шайбами.
8. Армопояс обязательно утепляют, поскольку кирпич имеет более высокие показатели по теплопроводности, чем газобетон, в этой комбинации он превращается в устойчивые «мостики холода» в стеновой конструкции дома, что увеличивает отвод тепла от его внутренних помещений.

Возможные ошибки и сложности процесса

Монтаж армопояса из кирпича на газобетонные стены — очень ответственный этап, любая ошибка, допущенная в процессе производства, приведет к негативным последствиям для конструкции дома вплоть до его разрушения.

Основные ошибки которые приводят к нарушению прочности армированных слоев на стенах из газобетона:

• неправильно выполненная структура, нарушена непрерывность и замкнутость пояса по всему периметру;
• выбран вариант кирпичного армопояса, для многоэтажного дома или установленного в сейсмическом районе или на слабых грунтах, когда по нормативам требуется установка бетонного монолитного пояса;
• армосетка из черного металла не была предварительно окрашена и не закрыта раствором полностью, из-за чего быстро разрушилась в результате коррозионных процессов;
• была установлена арматура разного сечения;
• нарушение очередности установки сетки-матрицы на кирпичных рядах;
• сетка в процессе монтажа не была закреплена вязальной проволокой.

Заключение

Кирпичный армопояс выполняется в виде обыкновенной кладки, которая усиливается сеткой или арматурными стержнями определенных размеров. Такой метод усиления газобетонных стен является более технологически простым, чем монолитный бетонный пояс, однако он не может устанавливаться в высотных домах, а также при тяжелых конструкциях перекрытий и кровли.