Усиление стен. Обеспечение пространственной жесткости зданий Усиление кирпичных стен металлическим каркасом

При наличии в стенах дефектов, причины появления которых были рассмотрены выше, применяют различные способы их устранения; усиление простенков и столбов; ремонт и усиление перемычек; восстановление первоначального положения стен; увеличение жесткости стенового остова здания.

Кроме того, возможны перекладка отдельных участков стены, повышение теплозащитных свойств и улучшение эстетических качеств стены.

При наличии в стене трещин давнего происхождения, но без следов продолжающегося их раскрытия и удлинения, т. е. когда стена в целом не потеряла своей формы и несущей способности, такие трещины заделывают.

При ширине трещин до 40 мм эту операцию выполняют путем нагнетания раствора с напором порядка 2,5 ат. Раствор для заделки щелей может иметь состав (цемент - вода) от 1: 10 до 1:1, что соответствуют плотности 1,065-1,470.

Места расположения отверстий для нагнетания раствора выбирают в зависимости от расположения трещин на стене: на участках с вертикальными или наклонными трещинами их делают через 0,8-1,5 м, а на горизонтальных трещинах - 0,2-0,3 м.
Иногда при заделке трещин в наиболее видных участках стены укладывают несколько кирпичей, что называется замком (рис. 105, а), а в длинных и широких трещинах устраивают замок с якорем из прокатного профиля, укрепляемого в стене анкерами.
Если в стене обнаружены сквозные трещины в виде разрывов кладки в местах сопряжения наружных и внутренних стен или в наружных углах, для укрепления применяют металлические накладки из полосовой стали. Концы накладок загибают в сторону стены для лучшего сцепления с ней и фиксируют болтами, располагаемыми от трещины на расстоянии, равном примерно полутора толщинам стены (рис. 105, б, в, г). В более простых случаях при сравнительно небольшом протяжении и ширине трещины накладки можно крепить к стене ершами с одной стороны стены.

Если стены отклоняются от вертикали, выправить их можно с помощью вертикальных накладок из прокатных профилей (швеллера № 12-16) с креплением их ершами (рис. 106, а).

Рис. 105. Заделка трещин в стенах:
а - простой замок и с якорем; б - двусторонняя металлическая накладка ра прямом участке стены (фасад и план); в -накладки в месте примыкания внутренней стены; г - то же, на углу здания; 1 - накладка из полосовой стали 50X10 мм; 2 - круглая сталь с винтовой нарезкой d=20-24 мм; 3 - то же, с нарезкой на двух концах

Дефекты стен в виде выпучиваний, нарушений первоначальной формы устраняют путем накладки прокатных профилей с двух сторон стены в горизонтальном или вертикальном направлениях, называемых разгрузочными жесткими поясами.
В случае устройства поясов в параллельных стенах здания их можно связать между собой тяжами, устраиваемыми в уровне конструкции пола для увеличения жесткости всего стенового остова (рис. 106, б).

Помимо системы жестких накладок общее восстановление жесткости стенового остова, как пространственной конструктивной системы, производится с помощью предварительно напряженных поясов или тяжей из круглой арматурной стали " конструкции Н. М. Козлова (рис. 106, в, г). Пояса просты по устройству и очень эффективны. Тяжи диаметром 28-40 мм размещают на уровне тех перекрытий, где имеются трещины. На углах здания устанавливают уголки № 12-15 длиной около 1,5 м, к которым приваривают тяжи.

Рис. 106. Выпрямление неисправных стен:

а - жесткие накладки из прокатных профилей; б - крепление жестких накладок; в - восстановление жесткости стенового остова предварительно напряженными поясами; г - детали Устройства поясов; 1 - трещина в стене; 2 - уровень перекрытия; 3 -накладки из швеллеров № 12-16; 4 - болты крепления d=20-24 м; 5 - ерш; 6 - стягивающие тяжи d-28-40 мм; "--угловая накладка 120-150 длиной 1-1,5 м; 8 - натяжное устройство; I , II, I I I - контуры поясов

В плане здания пояса должны образовывать замкнутые контуры, возможно более близкие к квадрату и не более чем с соотношением 1: 1,5. Длина поясов по каждой из стен может достигать 15-18 м. Предварительное напряжение поясов производят натяжными муфтами - с левой и правой резьбами, которые предусматривают обычно в средней части каждого участка периметра пояса. Усилие натяжения контролируют динамометрическим ключом в соответствии с расчетной величиной. Система напряженных поясов образует в стеновом остове сжимающие усилия, которые погашают растяжения и деформации, являющиеся следствием нарушения формы стенового остова.

При укреплении стенового остова напряженными поясами уменьшается расход металла по сравнению с жесткими накладками. Конструкция напряженных поясов состоит из стандартизированных узлов, а работы на стройплощадке являются чисто монтажными. Небольшие сечения металлических поясов позволяют сохранить поверхность фасада, для чего все составные части поясов нужно помещать в заранее подготовленные борозды.

Частичная перекладка стен может заключаться, как упоминалось, в устройстве замков для закрытия крупных трещин. Можно заменять внешний слой стены при его износе или отслоении облицовочных рядов, с креплением новых камней путем перевязки с существующей кладкой или с помощью анкеров (рис. 107, а, б).

Рис. 107. Улучшение и перекладка стен:
а - замена облицовки путем перевязки с существующей кладкой; б - то же, с помощью анкеров; в - перекладка отдельных простенков; г - перекладка участков стены; д, е - утепление углов со стороны помещения; 1 - старая штукатурка; 2 - рулонный гидроизоляционный материал; 3 - эффективный утеплитель; 4 - новая штукатурка

Более сложным мероприятием является замена отдельных участков стены (чаще всего простенков) при их разрушении от перегрузки или для изменения размеров. В первом случае (без смены перекрытий в здании) над заменяемым местом вывешивают на временных стойках и балках участок стены и перекрытия. Потом заменяемую часть стены разбирают и выкладывают заново (рис. 107, в).

Рис. 108. Усиление простенков и участков стен:

а - железобетонная обойма (фасад, план и детали); б - то же, из прокатного металла; в - железобетонный сердечник; г - то же, металлический

Во втором случае, когда все перекрытия решено разобрать, участки стены заменяют поэтажно без временных креплений после окончания монтажа нижележащего перекрытия (рис. 107, г).

Усиление простенков производят с помощью железобетонных и металлических обойм - «рубашек». Железобетонные рубашки более эффективны и, когда возможно, следует применять их. Для небольшого усиления стен можно оштукатуривать их по стальной сетке с ячейками порядка 150x150 мм и сечением 4-6 мм.

При соотношении сторон усиляемого простенка или столба более 1: 2,5 необходимо сквозное соединение усиливающих конструкций в середине таких опор. По данным В. К. Соколова, с помощью обойм несущую способность сечения можно повысить в 1,5- 2,5 раза.

При небольших размерах простенков и необходимости значительно увеличить их нагрузку в нем устраивают сердечник из железобетона или в виде металлического профиля (рис. 108, в).

Усилить колонны и столбы всех видов и из всех материалов можно такими же приемами (рис. 109, а, б), а также с применением распора, т. е. созданием напряжения в обойме (рис. 109, в).

Металлические накладки по углам в этом решении делаются несколько длиннее расстояния между верхним и нижним упорами (около потолка и пола). Затем их сжимают с помощью болтов, чем достигается нужное предварительное напряжение конструкции, работающей на сжатие.

Одновременно с усилением отдельных опор обычно усиливают их фундаменты, получая единое и взаимосвязанное конструктивное решение.

Рис. 109. Усиление колонн:
а - железобетонная обойма; б - то же, со спиральной арматурой: в - металлическая рубашка с распором (исходное и проектное положения); / - рабочая арматура d-12-16 мм; 1 - распределительная арматура d-6-10 мм; 3 - имеющаяся арматура; 4 - угловые накладки 60-80 им; 5 - упоры уголковых накладок 50-80 мм; 6 - стягивающие болты; 7 - полосовая сталь 50x5 мм

Перемычки улучшают и усиливают при наличии в них незначительных трещин путем заделки последних. При больших деформациях (сквозных трещинах по всей высоте перемычки и нарушении ее нижней поверхности) их усиливают путем крепления металлическими уголками (рис. 110,а), введением сборных железобетонных перемычек (рис. 110,6) или прокатных металлических профилей, которые принимают на себя нагрузку перемычки. Если при укреплении перемычки уголками трещины находятся в средней ее части, уголки крепят с помощью тяжей из полосовой или арматурной стали к простенкам на анкерах (рис. 110, в).

Для повышения теплоизолирующей способности стен из кирпича делают снаружи расшивку швов, что повышает теплоустойчивость стен до 20%- Лучшие результаты (до 30%) можно получит облицовкой стен кирпичом, керамическими и бетонными плитами.

Стены можно утеплить и изнутри здания напылением раствора с минеральной ватой или установкой плитных утеплителей (пенопласт, сти- ропор, полистирол, минеральная вата и т. п.) по слою рулонного материала. По данным Академии коммунального хозяйства, синтетические материалы повышают температуру внутренней поверхности стены примерно на 2-3° на каждый сантиметр толщины накладываемого слоя.

Особое внимание нужно уделять наружным углам стенового остова. Нередко повышение теплозащитных свойств стен заключается именно в утеплении их углов (см. рис. 107, д).

Улучшать внешний вид стен необходимо при выветривании раствора и самой кладки в отдельных местах при заметных переделках и перекладках или случайных изменениях. Технические способы улучшения эстетических качеств стен описаны в § 41 и показаны на рис. 107.

Усиление кирпичных стен . К основным методам усиления кирпичных стен относится:

Заделка трещин на лицевых поверхностях стен;

Установка металлических поясов;

Установка разгрузочных балок;

Перекладка отдельных участков стен;

Повышение их несущей способности с помощью армированных и железобетонных обойм;

Обеспечение пространственной жесткости и устойчивости и др.

При небольших стабилизирующихся трещинах их заделку производят цементно-песчаным раствором с добавлением 30 % известкового теста. При значительном ослаблении стен осуществляют цементацию кладки цементно -_полимерным или расширяющимся раствором.

В том случае, когда трещины в стене сквозные, то осуществляют перекладку стен с двух сторон по фронту на глубину в 1/2 кирпича с обязательным устройством перевязки в один кирпич через каждые четыре ряда кладки, а в длинных и широких трещинах устраивают замок с якорем из прокатного профиля, который укрепляют анкерными болтами (рис.39).

Рис.39. Заделка трещин кирпичными вставками

в простой замок и с якорем

В местах образования сквозных трещин для их стабилизации с двух сторон стены устанавливают стальные накладки из полосовой стали 50 х 10 мм с креплением их болтами с обеих сторон стены (рис. 40, а). Аналогично поступают при появлении сквозных трещин в углах здания (рис.40, б) и в местах пересечения наружных и внутренних стен (рис.40, в).

Рис.40. Способы усиления кирпичных стен

а) установкой стальных связей на болтах; б) в углу здания; в – то же в местах сопряжений наружных и внутренних стен: 1- двусторонняя металлическая накладка из полосовой стали; 2 – круглая сталь диаметром

20-24 мм; 3 – то же, с нарезкой на двух концах

При значительном количестве трещин и когда заделка их не восстанавливает несущую способность стены, производят перекладку отдельных участков стен.

При сильном разрушении кирпичных стен для усиления кирпичной кладки применяют односторонние или двухсторонние железобетонные стенки усиления . При устройстве односторонних стенок в усиливаемые стены забиваются или устанавливаются на растворе в высверленные скважины анкеры, к которым привариваются арматурные сетки диаметром 8-10 мм с размером ячейки 150 х 150 мм (рис.41, а).

При двухстороннем устройстве железобетонных стенок в усиливаемой стене высверливают сквозные отверстия, в которые устанавливают металлические тяжи с шайбами, к которым приваривают такие же арматурные сетки, что и при устройстве односторонних стенок. Толщина стенок усиления достигает 100-150 мм (41, б).

Рис.41. Усиление кирпичной стены односторонней (а) или двухсторонней (б) набетонкой

а) – односторонней набетонкой: 1 – усиливаемая стена; 2 – плиты перекрытия; 3 – набетонка;

4 – штыри диаметром 8-10 мм; 5 – арматурная сетка диаметром 6-8 мм; б) – двухсторонней набетонкой: 1 – усиливаемая стена; 2 – железобетонные стенки усиления, связанные тяжами с усиливаемой стеной; 3 – арматурные сетки, приваренные к шайбам тяжей; 4 – тяжи с шайбами, пропущенные через просверленные отверстия в стене; 5 – отверстия, просверленные в стене для пропуска тяжей; 6 – поверхность стены, подготовленная к бетонированию (зачистка, насечка, промывка)

Когда на фасадах здания имеется множество трещин, для их устранения прибегают к обеспечению пространственной жесткости несущей коробки зданий с помощью устройства обвязочных поясов. Установку металлических поясов производят также при отклонении стен от вертикали в результате неравномерных осадок (рис.42).

В качестве металлических поясов используют сталь круглого или квадратного сечения диаметром 20-40 мм, которую устанавливают под перекрытием каждого этажа. Одни концы металлических поясов приваривают к обрезкам уголков, которые устанавливают по углам здания, а вторые - закрепляют в стяжных муфтах (талреп).

Для случаев обеспечения пространственной жесткости натяжение металлических поясов начинают одновременно по всем этажам, чтобы избежать неравномерной передачи нагрузки. Когда же требуется восстановить вертикальность стены, то натяжения металлических поясов начинают с нижнего этажа.

Заданная величина натяжного усилия обеспечивается специальными динамометрическими ключами в натяжных муфтах.

Рис.42. Обеспечение пространственной жесткости остова здания

1 – тяжи; 2 – муфта натяжения; 3 – металлическая прокладка; 4 – швеллер № 16-20; 5 – уголок

Усиление простенков . Усиление простенков может быть осуществлено за счет:

Увеличения их сечения;

Перекладки;

Устройства металлических каркасов;

Железобетонных и штукатурных армированных обойм;

Установкой гибких или жестких сердечников.

.

Рис.43. Усиление простенков несущих стен:

а, б) – железобетонной обоймой; в) – обоймой из прокатного металла; г) – железобетонным сердечником;

д) – то же, металлическим; 1 – кирпичный простенок; 2 – арматура; 3 – бетон; 4 – поперечная стальная связь;

5 – стальной уголок; 6 – стальная планка; 7 – арматурный каркас; 8 – стальной сердечник

Усиление кирпичных колонн и пилястр . Кирпичные колонны и столбы усиливаются аналогично кирпичным простенкам, т.е., путем устройством металлических, штукатурных или железобетонных обойм (рис.44).

Рис.44. Усиление кирпичных колонн и столбов с помощью устройства

металлического каркаса (а), железобетонной (б) или арматурной (в) обоймы

1 – кирпичная колонна; 2 – металлический каркас или арматура усиления; 3 – цементно-песчанный раствор или бетон замоноличивания

Для повышения эффективности работы металлической обоймы горизонтальным планкам придают предварительное напряжение с помощью электронагрева до температуры 120 0 С.

По второму способу вместо планок используют металлические стержни, концы которых приваривают с одной стороны к вертикальным уголкам обрамления колонны, а другие концы, имеющие резьбовое окончание, пропускают в заранее приваренные отрезки уголков или труб, после чего с помощью навинчивания гаек динамометрическим ключом создают в стержнях горизонтальное напряжение и дополнительное обжатие колонны (рис.45).

Рис.45. Усиление кирпичных колонн с помощью преварительно напряженных стержней

1 – уголки; 2 – отрезок голка; 3 – поперечный стержень; 4 – гайка; 5 - шайба; 6 – штукатурный слой; 7 – прямой клин; 8 – обратный клин; 9 – ребро жесткости; 10 – опорный уголок

Кирпичные пилястры могут усиливаться с помощью стальных или железобетонных обойм (рис.46).

Рис. 46. Усиление пилястр стальными (а) или железобетонными (б) обоймами

1 – стальные уголки; 2 – соединительные планки (хомуты); 3 – упорная шайба 10-12 мм; 4 – болт диаметром 18-22 мм; 5 – зачеканка цементным раствором; 6 – хомут диаметром 18-22 мм; 7 – арматурная сетка; 8 – бетон; 9 – бетонные сухарики

Железобетонная обойма выполняется из бетона класса В 12,5 и выше с армированием вертикальными стержнями и хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не более 150 мм.

Здравствуйте. Дом кирпичный старый, сломать рука не поднимается — родительский дом. Стены трещат сверху донизу. Нужно усиливать фундамент. Все рекомендуют обратится к специалисту, а где его взять? Как он называется? В какую организацию обращаться? Подскажите! С уважением, Вячеслав. г.Иваново.

Здравствуйте, Вячеслав!

Профессия требуемого Вам специалиста называется инженер-конструктор (не путайте с архитектором). Найти такого специалиста можно в проектной организации, занимающейся разработкой строительных чертежей. Кроме того, за помощью можно обратиться в строительные организации или бригады, специализирующиеся на реконструкциях аварийных объектов.

Основная причина описанных вами разрушений – неравномерная осадка фундамента. Причины такой осадки могут быть разные. Наиболее распространенные – локальное замачивание грунта, появление (усиление) пучинистых свойств грунта из-за подъема уровня грунтовых вод.

Мероприятия, необходимые в вашем случае, должен разработать специалист по результатам натурного обследования состояния конструкций и коммуникаций. Но так как ваша проблема не является уникальной, общие принципы её решения можно осветить даже без обследования.

Первым делом необходимо определить основную причину происходящих процессов. Вокруг дома должна быть водонепроницаемая отмостка. Водонесущие коммуникации должны функционировать без протечек – проведите их осмотр. Оценить уровень грунтовых вод можно, проверив, есть ли вода в подвалах расположенных рядом домов (если в вашем доме его нет).

Если трещины пересекают несущие стены по всей высоте, и особенно при наличии трещин, расширяющихся в верхней части стены, усиления фундамента может быть недостаточно. При интенсивном трещинообразовании полный комплекс требуемых мер обычно следующий:

1. Усиление фундамента.
2. Установка обрамлений оконных и дверных проемов стальными прокатными уголками и полосой с целью формирования стальных обойм вокруг простенков между ними.
3. Установка стальных тяжей.
4. Ликвидация причин, которые привели к неравномерным деформациям.
5. Ремонт.

Усиление фундамента выполняется отрывкой грунта по периметру здания с последующей заливкой бетона. Необходимость армирования бетона, а также характер его сцепления с существующим фундаментом зависят от конструкции и глубины заложения последнего. В старых домах, как правило, фундамент делали бутобетонным без армирования. Боковые поверхности такого фундамента обычно обеспечивают хорошее сцепление со свежим бетоном. Если поверхность гладкая и фундамент армированный, выполняется небольшая подрывка под подошву фундамента короткими участками (обычно по 1 м) так, чтобы бетон при заливке попал под фундамент и смог принять на себя нагрузку.

Подливка бетона под угловую часть существующего фундамента

Обрамление проемов потребует демонтажа окон и дверей, что обусловит необходимость ремонта. В случае наличия в доме внутренней несущей стены, обязательно нужно осмотреть состояние проемов и в ней.

Обрамление дверного проема во внутренней несущей стене

Тяжи выполняют из стального троса, полосы или арматуры. При необходимости их натяжение обеспечивают специальным приспособлением – талрепом или винтами. Места и способы установки тяжей, а также целесообразность их натяжения должен определить специалист.

Усиление кирпичных стен стальными тяжами

Если отмостки не было или она пришла в негодность, её обязательно нужно обустроить. Рекомендуемая ширина зависит от свойств грунта и колеблется от 1 м до 2 м. Желательно утеплить отмостку и цокольную часть стен. Это позволит уменьшить теплопотери и подстраховаться от пучинистых процессов. Ширина и толщина утепления отмостки также должны быть определены специалистом.

По окончании работ в первый год желательно не выполнять отделку фасадов, чтобы была возможность наблюдать за трещинами. В этом случае поверх них ставят гипсовые маяки, по которым легко можно увидеть остановлены ли деструктивные процессы.

Пример установки гипсового маяка

Широкие трещины следует зачеканить пластичным составом для ремонта бетона.

Полный комплекс мероприятий будет затратным. Поэтому точное квалифицированное определение требуемого объема работ приглашенным на объект специалистом является очень важным.

При землетрясениях здания и сооружения получают наряду с обычными дополнительные характерные повреждения, степень которых во многом зависит от распределения элементов, воспринимающих сейсмическую нагрузку в плане здания и по его высоте, т.е. от конструктивной схемы сооружения и вида материалов, использованных для изготовления строительных конструкций. Наглядным примером сравнительной сейсмостойкости зданий с конструкциями из различных материалов могут служить данные обследования последствий землетрясения с магнитудой M = 7,5 в мае 1960 г. в г. Консенсьоне (Чили), приведенные в табл. 6.1.

Последствия многих землетрясений в бывш. СССР позволяют дополнить конструктивные схемы, приведенные в табл. 6.1, крупнопанельными зданиями и зданиями со стенами из монолитного легкого и тяжелого бетонов.
Средняя степень повреждений при Кайраккумском 1985 г. землетрясении, по данным, составляла: кирпичных зданий 2,22...2,8; каркасных 1,5; крупнопанельных 1,33, а по данным, - крупнопанельных 1,3...1,7 и кирпичных 1,3...2,7. При Газлийском 1984 г. землетрясении степень повреждений составляла: кирпичных зданий 3...4, крупнопанельных 2...3, со стенами из монолитного керамзитобетона 2...3, степень повреждения монолитных домов, выполненных в скользящей опалубке при Карпатском 1986 г. землетрясении, по данным Госстроя Молдавии, составляла в зависимости от этажности 1,8...2,6.
Способы восстановления и усиления зданий, пострадавших в результате землетрясений, могут быть разделены на три типа. Первый тип - объединяет все приемы восстановления отдельных несущих элементов зданий (простенки, стены, колонны, ригели, плиты перекрытий, блоки, панели). Эти общие приемы восстановления, которые применимы и при ликвидации повреждений, вызванных землетрясениями, частично изложены ранее. Второй тип - способы восстановления связей между частями и элементами здания (углы, пересечения и сопряжения стен, панелей, блоков, узлы железобетонных рам и т.п.). Третий тип - включает в себя способы восстановления и повышения пространственной жесткости здания, увеличения способности здания как системы в делом воспринимать и распределять сейсмическую нагрузку между всеми несущими элементами. Для наглядности показаны все три типа восстановления в виде схемы на рис. 6.1.

Решения по обеспечению пространственной жесткости здания достаточно общие для зданий различных конструктивных схем, потому они выделены в самостоятельную группу. Утрата пространственной жесткости здания характеризуется значительным расстройством связей между вертикальными элементами здания, между вертикальными элементами и горизонтальными, а также повреждениями в местах заделки вертикальных элементов в грунт. Восстановление пространственной жесткости здания позволяет обеспечить перераспределение усилий между элементами, улучшить передачу и поглощение энергии соответствующими конструкциями.
Пространственная жесткость здания может быть обеспечена:
- устройством горизонтальных гибких напрягаемых поясов, которые выполняют из круглой стали или многопрядевых канатов. Напряжение их производится с помощью муфт (по две в каждом пролете) или болтовых соединений (рис. 6.2). По углам здания устанавливают уголки, к которым в уровне каждого тяжа крепится наружный горизонтальный пояс (рис. 6.2, в). Элементы пояса соединяются в местах пересечения стен стальными полосами толщиной 1...2 см. К этим же полосам крепятся с помощью гаек сквозные тяжи, уложенные вдоль внутренних поперечных стен (рис. 6.2, г). Предварительное напряжение производится в двух горизонтальных направлениях, значение напряжения определяется расчетом с учетом потерь при напряжении, как указано ранее;

- устройством наружного металлического каркаса. Каркас выполняется в виде сплошных поясов и стоек прижимов из швеллеров N 12 и угловых стоек из уголков 150х150х10, которые стягиваются со стеной болтами через 1...1,5 м по выпоте и длине, а в местах примыкания к поперечным стенам тяжами диаметром 24 мм с каркасом противоположной стены (рис. 6.3). Для этого в уровне перекрытия во внутренней стене просверливают отверстия, устанавливают, как и на внутренней стороне наружной стены, уголки или пластины для крепления тяжей. Тяжи натягивают с помощью муфт или нагревом и при достижении требуемой степени натяжения закрепляют. Отверстия инъецируют раствором, а выступающие наружные элементы защищают от коррозии;

- устройством дополнительных поперечных стен или рам каркаса из стали, дерева, железобетона от стены до стены, к которым с помощью изложенных в предыдущем случае мер прочно крепят стены. Для крепления допускается устройство тяжей-коротышей на сварке. Одним из вариантов является устройство наружных железобетонных рам, которые обрамляют здание как в плоскости всех поперечных стен, так и в пролете между ними (рис. 6.4). Поперечные П-образные рамы в продольном направлении связаны между собой монолитными или сборно-монолитными железобетонными ригелями в уровне конька, карнизов, перекрытий и фундаментных балок. Все конструкции усиления сваркой и последующим за-моноличиванием надежно соединяются с антисейсмическими обвязками поврежденного здания. Этот способ восстановления позволяет проводить работы, не прерывая эксплуатации здания.

Встречаются и другие решения, направленные на обеспечение пространственной работы здания. Например решения с устройством двухстороннего железобетонного пояса в уровне перекрытия (рис. 6.5) или под перекрытием (рис. 6.6), в том числе выполняемого из отдельных сборных железобетонных элементов (рис. 6.7).

Как следует из табл. 6.1 и других материалов, степень повреждения зданий зависит от их конструктивного решения, что диктует необходимость выработки для зданий каждого типа своих способов восстановления с учетом физического износа элементов и степени сейсмовооружения объекта. В связи с этим способы восстановления и усиления зданий и сооружений рассматриваются далее применительно к соответствующим конструктивным схемам.

Усиление каркасных зданий. Необходимость в усилении элементов каркасных зданий может быть вызвана ухудшением их технического состояния в процессе длительной эксплуатации или выявлении несоответствия несущей способности уточненным значениям расчетных нагрузок на здание в целом или его отдельные конструкции. Особенность повреждения каркасных зданий в результате сильных землетрясений состоит в том, что даже частичная потеря устойчивости сооружения наступает только тогда, когда большинство несущих элементов и узлов их сопряжений почти утратило несущую способность. Поэтому вопрос о восстановлении пространственной жесткости каркасных зданий в целом ставится исключительно редко, так как в большинстве случае это экономически нецелесообразно и равноценно возведению нового здания. В связи с этим основной задачей восстановления каркасных зданий является усиление отдельных деформированных элементов каркаса и связей между ними, что подробно рассмотрено ранее.
Повреждение зданий с каркасом из железобетонных элементов при землетрясениях часто происходит из-за низкой прочности бетона в колоннах и ригелях, недостаточного количества поперечной арматуры. Усиление железобетонных конструкций производится увеличением их сечений в результате устройства обойм из жесткой или гибкой арматуры с последующим обетонированием поверхностей. При этом должны предусматриваться конструктивные решения, обеспечивающие совместную работу старого и нового бетона конструкций. Чаще всего производится сварка старой и новой уставливаемой арматуры или выполняется предварительное напряжение поперечной арматуры. В последние годы при усилении железобетонных конструкций находят применение полимерные композиции для склеивания существующих и дополнительно устанавливаемых элементов из металла, предварительно напрягаемого железобетона или стекловолокна.
Опорные узлы сборных железобетонных каркасов могут усиливаться металлическими накладками, профильным металлом в сочетании со стяжными болтами, арматурными скобами, железобетонными обоймами; недостаточное количество поперечной арматуры на опорных участках ригелей следует компенсировать замкнутыми хомутами со стяжными муфтами, устройством металлических обойм. Усиление плоских железобетонных элементов, например плит перекрытий, может быть выполнено увеличением высоты их сечения, устройством дополнительных балок, соединением старого и нового бетона болтами, анкерами, тяжами или склеиванием полимерными составами.
Несущая способность металлических каркасов увеличивается обетонированием колонн, установкой дополнительных стальных элементов, увеличивающих сечение колонн, ригелей или выполняющих роль связей между колоннами, заменой ослабленных элементов, устройством диафрагм, воспринимающих частей сейсмических нагрузок и снижающих тем самым нагрузки на основные конструкции существующего здания.
Усиление крупнопанельных зданий. Крупнопанельные здания, рассчитанные с учетом сейсмической опасности, по своей надежности могут быть сопоставимы с сейсмостойкими каркасными зданиями. Анализ характера повреждений конструкций крупнопанельных зданий при землетрясениях показывает, что при необходимости повышения их сейсмостойкости для усиления конструкций таких зданий могут приниматься следующие способы: устройство шпонок ПАШ и инъецирование в трещины панелей полимеррастворов; установление дополнительных связей (шпонок, металлических накладок и т.п.) в горизонтальных и вертикальных стыках панелей, в местах сопряжения панелей стен и перекрытий; инъецирование раствора в трещины при ширине их раскрытия до 0,6 см или при недостаточной прочности панелей - торкретирование их поверхностей полностью или на участках панелей с дефектами или повреждениями, а в необходимых случаях замена отдельных панелей.
Анализ состояния усиленных крупнопанельных зданий показал, что в результате землетрясения в г. Газли в 1984 г. только 20% соединений ПАШ получили повреждения и потребовалась их замена. Основная доля поврежденных шпонок приходится на горизонтальный шов между цокольной панелью и стеновыми панелями первого этажа. Одна из причин такого повреждения - отсутствие пространства, в связи с чем нижний горизонтальный стык первого этажа оказался ослабленным.
Характер трещинообразования в стеновых панелях указывает на концентрацию напряжений в зоне ПАШ и на необходимость разработки способов, обеспечивающих более равномерное распределение связей в швах. Такими мероприятиями могут быть увеличение числа шпонок с уменьшением их сечения и армирования, оклейка стыка стеклотканью на эпоксидном клее и др. Повреждения стеновых панелей наблюдались в основном в наружных стенах из керамзитобетона в виде наклонных трещин от шпонок к углам проемов. Полученные повреждения легко устранимы и уже в первые месяцы после землетрясения были повторно восстановлены и сданы в эксплуатацию пять крупнопанельных зданий, а затем остальные.
Таким образом, впервые суммарно проверен способ восстановления крупнопанельных зданий с помощью инъецирования полимеррастворов в трещины панелей и усиление связей устройством ПАШ, причем образцы испытаны не только при статическом нагружении, на натурных фрагментах и на зданиях при динамических воздействиях, но и при землетрясении высокой интенсивности.
Усиление крупноблочных зданий. Сейсмостойкость зданий, построенных из крупных блоков, из природного камня или легких бетонов, зависит в основном от качества связей между отдельными блоками, между стенами взаимоперпендикулярного направления и связей между стенами и перекрытиями, прочности материалов, блоков, прочностных свойств оснований и фундаментов. Наиболее уязвимыми элементами крупнообломочных зданий при землетрясениях являются связи между конструкциями; для их усиления, кроме способов, изложенных выше рекомендуется; устройство предварительно напряженных тяжей не только в горизонтальном, но и вертикальном направлениях. Для этого с наружной стороны здания к арматуре перемычечных блоков через отрезки неравнобоких уголков приваривают вертикальные стальные тяжи d = 20...36 мм. Предварительное напряжение создается стягиванием соседних ветвей тяжа горизонтальными скобами. Расчет обжатия определяется из условия компенсации отклонений от требуемого нормального сцепления.
Если необходимо усилить внутренние стены, то тяжи устанавливают с двух сторон каждого простенка. В случае когда требуется усилить связи в вертикальных швах перемычечных блоков, тяжи крепят к напрягаемому горизонтальному металлическому поясу. Пояс выполняют из швеллера и прикрепляют на болтах к перемычечным блокам. Такой способ увеличения пространственной жесткости здания был применен при восстановлении домов из легких бетонных блоков, пострадавших в результате землетрясения в 1971 г. в Петропавловске-Камчатском (рис. 6.8, а). При установке горизонтального напрягаемого пояса в нему могут быть прикреплены стены перпендикулярного направления с помощью напрягаемых металлических тяжей, присоединенных к специально установленной закладной детали (рис. 6.8, б);

- устройство железобетонных или металлических шпонок для воспринятия сдвигающих усилий между блоками. Железобетонные шпонки размером 30х30 см ставят не более двух на вертикальный стык в пределах этажа. Металлические шпонки размером 40х20х2 см устанавливают на растворе в специально подготовленные углубления с двух сторон блоков (рис. 6.9).
При недостаточной прочности материалов блоков их несущая способность может быть повышена торкретированием поверхности стен по металлической сетке. При необходимости проводятся работы по устройству дополнительных стен или железобетонных рам, разделение сложного в плане здания на отдельные отсеки.

Усиление зданий со стенами из кирпича и камня. Сейсмостойкость зданий с кирпичными и каменными стенами в основном определяется: монолитностью кладки, зависящей от прочности сцепления раствора с кирпичом, камнем или блоками типа кладки, прочности материалов; прочностью связей между стенами взаимоперпендикулярного направления; наличием вертикального и горизонтального армирования кладки и горизонтальных антисейсмических поясов; конструкцией междуэтажных перекрытий и их связей со стенами.
В зависимости от состояния конструкций здания со стенами из мелкоштучных материалов - кирпича, блоков, из искусственных материалов или природного камня применяются следующие основные способы их усиления:
- торкретирование по металлической сетке с одной или с двух сторон стен с проемами или сплошных стен полностью или отдельными участками;
- устройство металлических каркасов, применяемых в случае массового отрыва стен (рис. 6.3). Для этого по наружным стенам здания в углах и местах пересечения с внутренними стенами устанавливают стойки, а в уровне перекрытий - пояса из проката. Все элементы притягивают к стенам через 100...150 см по высоте и длине. Отверстия под тяжами инъецируют, а открытые элементы оштукатуривают;
- использование напрягаемых вертикальных и горизонтальных жестких или гибких стальных поясов и затяжек. Металлические затяжки устраивают при отсутствии или недостаточном армировании пересечений стен, в случае взаимного их отрыва, а также при креплении выпучившейся стены (рис. 6.4, а). Затяжки выполняют в виде тяжей из арматуры и крепежных элементов из уголков, швеллеров и пластин. Тяжи обычно выполняют преднапряженными механическим и электрическим способами, а крепежные элементы устанавливают в специально пробитые штрабы или гнезда и оштукатуривают;
- устройство железобетонных или стальных антисейсмических поясов в уровнях перекрытий (см. рис. 6.5 и 6.6);
- введение в кладку железобетонных или стальных элементов усиления (рис. 6.10);

- устройство дополнительных стен или рам для уменьшения расстояния между несущими стенами и соответствующих вертикальных и горизонтальных нагрузок. При усилении кирпичных зданий введением дополнительных диафрагм, контрфорсов и рам особое внимание уделяется их связи со стенами и перекрытиями во всех уровнях. Диафрагмы и рамы выполняют в железобетоне или стали, а контрфорсы в кирпиче или монолитном бетоне. Крепление диафрагм и рам к стенам осуществляют анкерами, пропускаемыми сквозь стену, или устройством армированных торкрет-бетонных обойм (прокладок), а к перекрытиям - специальными шпонками или скобами;
- устройство специальных связей между продольными и поперечными стенами (анкеров, тяжей, шпонок), которые воспринимают сдвигающие, растягивающие, крутящие усилия;
- усиление отдельных участков стен цементацией или инъецированием полимерцементных растворов;
- замена или усиление конструкций междуэтажных перекрытий, не обеспечивающих равномерную передачу сейсмических нагрузок на стены.
В зданиях старой постройки со сложной конфигурацией плана может производиться разборка отдельных участков стен и разделение здания на отдельные отсеки. При значительных повреждениях и перекладке стен устанавливают каркасы из арматурной стали диаметром не менее 10 мм, как показано, на рис. 6.11. При усилении зданий могут применяться как отдельные из указанных способов, так и их комбинации.

Работы по ремонту, усилению каменных стен

Правильный и эффективный способ устранения дефектов каменных стен может быть выбран лишь на основе тщательного анализа и устранения причин их возникновения. К ликвидации дефектов стен приступают только после получения утвержденного проекта. Данные работы должны выполняться в соответствии с проектом производства работ. Способ производства работ выбирается ремонтно-строительной организацией.

Степень повреждения каменных стен оценивается по потере ими несущей способности и подразделяется на слабую, среднюю и сильную.

Слабые повреждения (до 15%) обусловлены размораживанием, выветриванием и огневыми повреждениями материала стен на глубину не более 5 мм, а также вертикальными и косыми трещинами, которые пересекают не более двух рядов кладки.

Средние повреждения (до 25%) вызваны размораживанием и выветриванием кладки, отслоением облицовки на глубину до 25% толщины, огневыми повреждениями материалов стены на глубину до 20 мм, вертикальными и косыми трещинами, пересекающими не более четырех рядов кладки, наклоном и выпучиванием стен в пределах одного этажа на величину, не превышающую 1/5 их толщины, образованием вертикальных трещин в местах пересечения продольных и поперечных стен местными нарушениями кладки под опорами балок и перемычек, смещением плит перекрытий не более чем на 20 мм.

Сильные повреждения (до 50%) - это результат обрушения стен, размораживания и выветривания кладки на глубину до 40% ее толщины, огневых повреждений материала стен на глубину до 60 мм, вертикальных и косых трещин (исключая температурные и осадочные) на высоту не более восьми рядов кладки, наклонов и выпучивания стен в пределах одного этажа на % его высоты, смещения стен и столбов по горизонтальным швам или косой штрабе, отрыва поперечных стен от продольных, повреждения кладки под опорами балок и перемычек на глубину более 20 мм, смещения плит перекрытий на опорах более чем на 40 мм.

Разрушенными считаются стены , потерявшие более 50% прочности.

Необходимость устранения вышеуказанных повреждений служит основанием для проведения ремонтно-восстановительных работ.

К работам по ремонту и усилению каменных стен относят: ремонт цоколей зданий, заделку трещин, ремонт и усиление перемычек, усиление отдельных простенков и столбов, обеспечение пространственной жесткости стен, перекладку отдельных участков стен, утепление стен, закладку или устройство проемов, усиление кладки стен инъецированием.

В каменных зданиях, исходя из величины раскрытия, различают трещины узкие (1...5 мм), широкие (5...40 мм), не нарушающие целостности кладки, и трещины, имеющие величину раскрытия более 40 мм и нарушающие целостность кладки.

Узкие трещины расчищают (расшивают), промывают водой и зачеканивают торкретбетоном.

Широкие трещины, с раскрытием 5...40 мм и не нарушающие целостности кладки, заделывают в такой очередности: трещину расчищают (расшивают) и промывают водой, зачеканивают торкретбетоном.

Трещины, имеющие величину раскрытия более 40 мм или нарушающие целостность кладки, заделывают в такой очередности: трещину расчищают (расшивают) и промывают водой, зачеканивают торкретбетоном, далее высверливаются отверстия по длине трещины, в которые вставляются инъекторы, через которые в полость трещины закачивается под давлением смесь специального состава.

Усиление каменных стен обоймами.

Обоймы первого типа (старая технология) устраивают следующим образом (рис.1). Поверхность столба или простенка в местах установки уголков-стоек сечением 120x120x10 мм и планок 120x20 мм тщательно очищают от штукатурки и выравнивают в целях обеспечения плотного их примыкания к поверхности усиливаемого элемента. Уголки-стойки устанавливают в проектное положение по слою цементно-песчаного раствора с фиксацией положения с помощью проволочных скруток или струбцин. Совместную работу обоймы и усиливаемого элемента обеспечивают путем создания предварительного напряжения планок, привариваемых к уголкам. Наиболее простой и надежный способ создания предварительного напряжения - термический. Он заключается в том, что поперечные планки непосредственно перед установкой нагревают до температуры 150...200 °С и, не давая им остыть, приваривают к уголкам. Расстояние между поперечными планками не должно превышать толщины усиливаемого элемента.

Рис.1. Усиление кирпичных простенков стальными обоймами при отношении ширины к толщине: а - 1,5; б - >1,5; 1 - проем; 2 - простенок; 3 - уголок L120x10; 4 - стальная полоса 120x20; 5 - стяжной болт

Обоймы второго типа изготавливаются из тех же материалов, что и обоймы первого типа, но исключён процесс предварительного нагрева поперечных планок, что в современных построечных условиях практически невыполнимо. Чтобы создать напряжение в конструкции используется специальный торкретбетон, который при кристаллизации имеет свойство расширяться. Часто используется для усиления простенков и столбов комбинированный метод установка обойм, с последующим торкретированием и инъецирование в поврежденную кладку смеси.

Армированные растворные обоймы усиливают простенки за счет создания в них объемного напряженного состояния.

В процессе эксплуатации зданий и сооружений возникает необходимость проведения ремонтных работ по обеспечению устойчивости и жесткости стен. Основными причинами потери устойчивости стен являются значительные деформации основания или возможность их появления при увеличении нагрузок на фундаменты, например при надстройке этажей.

Для увеличения жесткости стен устанавливают стальные тяжи или устраивают железобетонные или стальные пояса.

Установка стальных тяжей (рис.2) является наиболее эффективным методом повышения пространственной жесткости зданий при степени износа стен не более 60%. Тяжи выполняют из арматурной стали класса A-I диаметром 30...38 мм. Их устанавливают в борозды, предварительно пробитые по периметру здания в уровне междуэтажных перекрытий. На углах зданий устанавливают опоры из уголка, например L 125x10. Данные опоры предохраняют кирпичную кладку стен от местного смятия и передают усилия обжатия на большую площадь. Напряжение тяжей производят с помощью стяжных муфт.

Рис.2. Усиление стен стальными тяжами, устанавливаемыми в стенах:
а - фасад; б - план; 1 - стальной тяж; 2 - стяжная муфта; 3 - опорный уголок

При другом варианте установки стальных тяжей - поперек здания на уровне перекрытий каждого этажа или через этаж (рис.3). Стальные тяжи выполняют из круглой, квадратной или полосовой стали. При длине тяжа более 6000мм каждый тяж может состоять из двух частей, соединенных между собой с помощью талрепа. Концевые участки тяжей пропускают через отверстия, предварительно просверленные или пробитые в наружных стенах. Затем поочередно с обеих сторон здания устанавливают швеллер N 16...20 вертикальной полкой к плоскости стены: снаружи или в предварительно пробитую штрабу. Концы тяжей, имеющие винтовую резьбу, пропускают в отверстия швеллеров и навинчивают по две гайки с каждой стороны. Натяжение тяжей осуществляют путем навинчивания гаек, а при большой длине затем с помощью талрепов. При заданном проектном усилии натяжения гайки и талрепы могут завинчивать тарированными гайковертами.

Рис.3. Усиление стен стальными тяжами, устанавливаемыми под перекрытия:
1 - стена; 2 - перекрытие; 3 - стальной тяж; 4 - распределяющая накладка; 5 - талреп (стяжная муфта)

Железобетонные и армокирпичные пояса (рис.4) применяют в основном при надстройке зданий и сооружений. Они служат для равномерной передачи нагрузок на нижележащие стены, восприятия растягивающих усилий, возникающих при неравномерной осадке основания, и обеспечения общей жесткости здания.

Рис.10. Усиление стен поясами жесткости:
а - железобетонный пояс; б - армированный шов; в - армокирпичный пояс

Пояса располагают в уровне междуэтажных перекрытий в виде непрерывных лент на всех капитальных стенах, в том числе и на поперечных. Сечение арматуры принимают согласно проекту.

При внешнем, не глубоком 10-40 мм разрушении поверхности стен применяют нанесение торкретбетона по армирующей сетке. Толщина слоя армированного торкретбетона составляет 30-60мм. Торкретбетон из-за своей малой влагопроницаемости надёжно защищает стену от атмосферных воздействий.

При небольшом раскрытии трещины в стене здания наиболее эффективным способом ее усиления является устройство стальных шпонок. Стягивание кирпичной кладки происходит за счет обжатия трещины с помощью утопленной стальной шпонки, позволяющей равномерно стягивать трещину со всех сторон, исключив повторное разрушение конструкций стен.

Рисунок 5 - Заделка трещины в кирпичной стене способом установки шпонок из прокатного металла; 1- усиливаемая стена; 2- трещина в стене, шириной до 10мм, инъектированная смесью после установки шпонок; 3- штраба в стене; 4- шпонка из прокатного металла (швеллер, уголок); 3- полости, заполненные торкретбетоном. Достоинством такого метода усиления является возможность его осуществления без остановки производства, при небольших затратах материалов и без увеличения поперечных размеров конструкций.

Работы по ремонту, усилению железобетонных стен

При ремонте защитного слоя бетона предусматриваются следующие виды работ:

Заделка отдельных выколов и раковин;

Замена или восстановление защитного слоя (частичная или сплошная).

При сплошной замене толщина защитного слоя может быть увеличена, но во всех случаях должна быть не менее 3 см в свету для рабочей арматуры и не менее 2 см для хомутов и нерабочей арматуры.

Замена защитного слоя бетона производится в тех случаях, когда его свойства, понижены, арматура поражена коррозией или защитный слой бетона отслаивается. В этих случаях старый защитный слой подлежит полному удалению, а арматура должна быть очищена от ржавчины.

Для заделки незначительных по протяженности повреждений защитного слоя применяются ручные приемы штукатурных работ.

При большом объеме работ наиболее эффективным способом нанесения бетонов является торкретирование, при котором достигается получение весьма плотного и прочного защитного слоя.