Усиление каменной кладки железобетонной обоймой



В настоящей статье рассматривается один из методов усиления кирпичной стены железобетонным наращиванием и варианты расчета в условиях местного сжатия.

Ключевые слова: каменная кладка, усиление, местное сжатие, железобетонная обойма

This article discusses one of the methods for observing a brick reinforced concrete wall and calculation options in direct sunlight.

Key words: masonry, inaccessibility, local compression, reinforced concrete cage.

При строительстве и эксплуатации каменных зданий и сооружений часто наблюдаются повреждения конструкций, снижающие прочность, устойчивость, долговечность и эксплуатационную надежность как всего сооружения в целом, так и отдельных его частей. Указанные повреждения являются следствием различных дефектов и нарушений, допущенных при инженерно-геологических изысканиях на площадке строительства, проектировании сооружения, изготовлении строительных материалов и деталей, строительно-монтажных работах, а также в экстремальных ситуациях (при пожаре, взрыве), возникающих в процессе эксплуатации сооружений. Для обеспечения достаточной прочности, устойчивости зданий и возможности их эксплуатации необходимо усилить поврежденные конструкции. Аналогичные задачи возникают также при надстройке или реконструкции существующих зданий, когда это связано с необходимостью увеличения нагрузок на существующие конструкции, а также при реставрационно-восстановительных работах. Одним из методов усиления каменной кладки является применение железобетонной обоймы.

Схема усиления каменной стены железобетонной обоймой приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема усиления каменной стены железобетонной обоймой, где: 1 — металлическая сетка; 2 — дополнительные стержни; 3 — хомуты (связи); 4 — бетон обоймы; 5 — кладка стены

Железобетонные обоймы нужны в случаях необходимости значительного повышения несущей способности усиливаемой конструкции. Бетон для обоймы при толщине ее от 6 до 10 см следует применять не ниже В12,5-В15 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами [1]. Расстояние между хомутами должно быть не более 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и может быть 6–10 см. Большей толщины обоймы делают при значительных размерах поперечных сечений усиливаемых конструкций. Основными факторами, влияющими на эффективность обоймы, являются процент поперечного армирования хомутами, класс бетона, состояние кладки и схема передачи усилия на конструкцию [1]. С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет не пропорционально, а по затухающей кривой. С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при соотношении их сторон 1:1–1:2,5 эффективность обойм несколько уменьшается, однако это уменьшение незначительно и практически его можно не учитывать [1].

Усиление каменной стены железобетонной обоймой приведено на рисунке 2.

Рис. 2. Усиление каменной стены железобетонной обоймой

В современной нормативной литературе, отсутствует методика расчета кирпичных стен, усиленных двухсторонним железобетонным наращиванием (обоймой), работающих в условии местного сжатия (смятия). На основании существующих методик выведем ряд формул для расчета:

Вариант 1. Расчет несущей способности при местном сжатии (с учетом поперечного армирования) согласно [2]:

(1)

На начальном этапе предположим, что влияние поперечного армирования при местном сжатии будет несущественным, тогда формула упрощается

(2)

— коэффициент условий работы бетона; 1 — при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры обоймы внизу; 0,7 — при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры обоймы внизу; 0,35 — при передаче нагрузки косвенно (только через кладку); — коэффициент, учитывающий равномерность распределения местной нагрузки по площади смятия, учитывая, что обойма имеет небольшую толщину и располагается снаружи кладки, примем первоначально равномерное распределение нагрузки по обойме принимается равным 0,75 при неравномерном распределении нагрузки; — площадь смятия бетона под нагрузкой. — расчетное сопротивление бетона смятию;

(3)

(4)

— расчетное сопротивление бетона сжатию; — расчетная площадь сечения бетона; - коэффициент, учитывающий длительное действие нагрузки (при размерах сечения менее 30 см); - коэффициент условий работы кладки, принимается равным 1 при отсутствии повреждений в кладке и 0,7 при их наличии (кладка с трещинами); — коэффициент, учитывающий полноту эпюры давления от местной нагрузки; — при равномерном распределении давления; — при треугольной эпюре давления; — коэффициент, учитывающий материал кладки;

- для виброкирпичной или кирпичной кладки, кладки из блоков или сплошных камней, изготовленных из легкого и тяжелого бетонов;

— расчетное сопротивление кладки смятию, определяющееся по формуле:

(5)

(6)

Где — коэффициент, учитывающий работу ненагруженных участков кладки; — коэффициент, зависящий от места приложения нагрузки и материала кладки; — расчетная площадь сечения кладки; — площадь смятия кладки под нагрузкой;

Вариант 2. Расчет несущей способности при местном сжатии при определении расчетного сопротивления конструкции как для комплексных элементов:

(7)

(8)

(9)

(10)

Где — продольная сжимающая сила от местной нагрузки;

— коэффициент использования несущей способности кладки; — площадь смятия под нагрузкой; — коэффициент, учитывающий материал кладки; - для виброкирпичной или кирпичной кладки, кладки из блоков или сплошных камней, изготовленных из легкого и тяжелого бетонов;

— для кладки из пустотелых сплошных или бетонных камней и блоков из ячеистого и крупнопористого бетонов, а также крупноформатных керамических кирпичей; — коэффициент, учитывающий полноту эпюры давления от местной нагрузки; — при равномерном распределении давления; — при треугольной эпюре давления;

— коэффициент, учитывающий работу ненагруженных участков кладки;

— коэффициент, зависящий от места приложения нагрузки и материала кладки; А — расчетная площадь сечения; — расчетное сопротивление смятию комплексной конструкции; — расчетное сопротивление комплексной конструкции; — расчетное сопротивление бетона при сжатии;

— расчетное сопротивление кладки при сжатии; — площадь сечения кладки; – площадь сечения бетона;

Вариант 3. Расчет несущей способности при местном сжатии с учетом приведенной площади сечения (бетон приводится к материалу кладки):

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

Где — продольная сжимающая сила от местной нагрузки;

— площадь смятия, приведенная к кладке; — расчетная площадь сечения, приведенная к кладке; — ширина расчетной площади бетонной обоймы, приведенная к кладке; b — ширина расчетной площади кладки, м;

(18)

b _b — ширина расчетной площади бетонной обоймы, определяемая как:

(19)

— ширина площадки смятия бетонной обоймы, приведенная к кладке; b _c — ширина площадки смятия бетона (кладки); — толщина бетона обоймы; — толщина кладки усиливаемой стены с учетом опирания балки;

— расчетное сопротивление сжатию бетона; — расчетное сопротивление сжатию кладки; — коэффициент использования бетона, принимаем равным 1; — коэффициент использования кладки, предварительно;

— коэффициент, учитывающий материал кладки; — при треугольной эпюре давления — расчетное сопротивление кладки смятию;

— коэффициент, учитывающий работу ненагруженных участков кладки;

— коэффициент, зависящий от места приложения нагрузки и материала кладки.

Литература:

1. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений / ЦНИИСК им. Кучеренко. — М.: Стройиздат, 1984. — 36 с.
2. Новожилова Н. С. Исследование напряженного состояния кирпичных стен, усиленных двухсторонним бетонным наращиванием, при местном сжатии. Вестник гражданских инженеров. — 2021. — № 6 (89).-С.34–42.
3. СП 15.13330.2020 «Каменные и армокаменные конструкции». Актуализированная редакция СНиП 2–22–81*.
4. СП 63.13330.2018 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52- 01–2003 (с изменением № 1).