Содержание Введение .................................................................................................................................................. 3 1. Каменная кладка ................................................................................................................................. 4 2. Основные факторы, влияющие на прочность кладки..................................................................... 5 3. Усиление каменной кладки ............................................................................................................... 7 3.1. Усиление к.к. композитными материалами .................................................................................. 8 3.2. Усиление к.к. спиралевидными стержнями................................................................................ 11 Заключение ........................................................................................................................................... 13 Список использованной литературы .................................................................................................. 14 Изм. Лист Разраб Пров Н. Контр. Утв № докум Дурягина В.В Якупов С.Н. Подпись Дата КГАСУ ИС РФ21 Основы строительных конструкций Литера Лист Листов y 2 11 КГАСУ гр 9АД02 Введение Каменные постройки — самые долговечные и экологически чистые из известных человеку. Эти материалы с древних времен, наряду с деревом, составляют основу строительства. В условиях современного индустриального строительства продолжается возведение зданий из кирпича и каменных материалов. Из этих материалов относительно простыми средствами возводят здания и сооружения, разнообразные по архитектурно-планировочным и художественным решениям. По мнению специалистов, эти строительные материалы остаются непревзойденными по степени долговечности, качеству создаваемой отделки поверхностей, простоте изготовления архитектурных и конструктивных форм. Эксплуатационные свойства и декоративные качества кирпича, практически повсеместное наличие сырья и небольшие затраты на его изготовление делают этот материал универсальным, а в ряде случаев незаменимым при возведении зданий и сооружений самого разнообразного назначения.[1] Необходимость в восстановлении и усилении каменных конструкций в процессе их эксплуатации возникает как при реконструкции, так и вследствие их физического износа и накопления в них различных повреждений, вызванных коррозией материалов, различными, в том числе механическими, воздействиями, некачественным изготовлением конструкций, нарушением требований технологии производства и возведения, а также правил эксплуатации.[2] Целью реферата является изучение современных решений по усилению каменной кладки. Поставленная цель реализуется решением следующих задач: изучить каменную кладку, её виды и элементы; определить основные причины потери прочности кладки; изучить современные методы её усиления. Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 3 1. Каменная кладка Каменная кладка– это конструкция из природных или искусственных камней (кирпича, блоков), соединенных между собой раствором, клеевым составом или пастой.[4] Кладка воспринимает нагрузки от собственного веса и других конструктивных элементов, опирающихся на неё, и приложенных нагрузок, а также выполняет теплоизоляционные, звукоизоляционные и другие функции. При строительстве зданий и сооружений применяют следующие основные виды кладки: кирпичную; из керамических камней; из искусственных крупных блоков, изготовляемых из бетона, кирпича или керамических камней; из природных камней правильной формы (пиленых или тесаных); бутовую (из природных камней, имеющих неправильную форму); бутобетонную; смешанную (бутовая кладка, облицованная кирпичом); облегченную кладку из кирпича и других материалов. Вид кладки назначают в проекте с учетом условий, в которых она будет находиться, капитальности строящегося здания или сооружения и экономической целесообразности использования материалов. Наиболее часто в практике строительства применяют кирпичную кладку.[1] Для выполнения каменной кладки применяют известковые, смешанные цементноизвестковые и цементные растворы, а также цементно-глиняные растворы, в которых глина служит пластифицирующей добавкой.[5] Наиболее нагруженными элементами зданий с каменными конструкциями являются фундаменты, несущие стены, столбы, простенки и надпроёмные перемычки. В этих элементах чаще всего наблюдаются силовые повреждения от перенапряжения под нагрузкой, проявляющиеся в виде вертикальных трещин.[3] Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 4 2. Основные факторы, влияющие на прочность кладки 1. Напряженное состояние кладки. Если постепенно увеличивать нагрузку на кладку до величины, превышающей предел её прочности, то сначала в отдельных кирпичах появятся вертикальные трещины, преимущественно под вертикальными швами, там, где концентрируются напряжения растяжения и изгиба. При росте нагрузки трещины увеличиваются, разделяя кладку на столбики. Окончательное разрушение кладки происходит из-за выпучивания этих столбиков в результате потери ими устойчивости. 2. Свойства раствора. Чем менее прочен раствор в кладке, тем он легче сжимается и, следовательно, тем больше возникают общие деформации кладки, а в каждом кирпиче напряжения изгиба и среза. Поэтому, чтобы получить более прочную кладку, применяют раствор более высокой марки. Но повышение марки раствора лишь незначительно увеличивает прочность кладки. Гораздо большее значение имеет пластичность раствора. Пластичные растворы расстилаются по постели кирпича, обеспечивают более равномерную толщину и плотность шва, что повышает прочность кладки, так как способствует уменьшению напряжения изгиба и среза в отдельных кирпичах. 3. Размеры и форма каменных материалов. С увеличением высоты камня уменьшается количество горизонтальных швов в кладке и увеличивается пропорционально квадрату высоты камня сопротивление его изгибу. В связи с этим при одинаковой прочности камня более прочной оказывается та кладка, которая выполнена из камней большей высоты. 4. Качество швов кладки. Равномерное заполнение и уплотнение швов, правильная перевязка обеспечивают высокую прочность кладки. Низкое качество кладки, применение растворов, не соответствующих нормам, могут явиться причиной разрушения кладки. Чем толще шов, тем труднее достигнуть равномерной его плотности и тем в большей степени кирпич работает в кладке на изгиб и срез. При толстых швах увеличиваются деформации и снижается прочность кладки. Поэтому для каждого вида кладки установлена определенная толщина швов, увеличение которой снижает прочность конструкций. 5. Прочность и сопротивление теплопередаче. Основными положительными качествами каменных конструкций являются их высокая огнестойкость, большая по сравнению с другими материалами химическая стойкость, сопротивляемость атмосферным воздействиям и большая долговечность. Эти качества обусловлены тем, что каменные материалы имеют плотную структуру. В то же время большая плотность увеличивает теплопроводность кладки. Поэтому нередко наружные кирпичные стены зданий приходится выполнять намного толще, чем это требуется по условиям прочности и устойчивости. На теплотехнические свойства каменных конструкций в большей мере влияет также качество кладки: стены с плохо заполненными раствором швами легко продуваются и промерзают зимой.[2] Характерным показателем поврежденной кладки являются трещины. На рисунках 1а-1г, представлены примеры трещин, возникающих в кирпичной кладке.[3] Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 5 Рисунок 1. Трещины, возникающие в кирпичной кладке (а, б – от неравномерного оседания грунта; в – растрескивание в зоне перемычки; г – растрескивание кирпичной кладки от перегрузки простенка) Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 6 3. Усиление каменной кладки Восстановление и усиление каменных конструкций может быть выполнено без изменения и с изменением их расчетной схемы методами, представленными на рисунке 2.[2] Рисунок 2. Методы усиления и восстановления каменных конструкций Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 7 В отечественной практике выделяют следующие традиционные методы усиления кирпичной кладки: применение стальных обойм, хомутов и пр.; устройство сердечника; инъецирование специальных растворов; частичная или полная замена элементов кладки. Несмотря на эффективность увеличения прочностных характеристик кирпичной кладки традиционными методами, происходит изменение внешнего вида усиливаемого объекта. Эти методы являются трудоемки в реализации и дорогостоящи.[3] Например, метод инъецирования раствора пригоден для незначительных повреждений. В случае замены старой кладки новой усиление сопровождается дополнительными трудоемкими работами по устройству разгрузки. Поэтому для ремонта и усиления каменных конструкций все чаще используются новые технологии и материалы. К ним, в частности, относятся композиты в виде ламелей (пластин), матов и сеток, изготавливаемые из углеводородных, арамидных и стекловолокон, прочность которых зачастую превышает прочность стали. Следовательно, они используются для усиления не только каменных, но железобетонных и даже металлических конструкций в качестве поверхностного армирования. Соединение таких материалов с усиливаемой конструкцией обычно осуществляется с помощью эпоксидного клея. В зарубежной практике метод нашел широкое применение для усиления каменных зданий и сооружений, подвергаемых динамическим воздействиям, например от движения транспорта, технологического оборудования и сейсмики. В странах СНГ, в том числе и России, данный метод только начинает внедряться. Другим не менее эффективным способом усиления каменных конструкций, широко распространенным в странах Европы на протяжении последних 15 лет, является усиление с использованием спиралевидных связей и анкерных соединений. В Республике Польша он применяется с 1999 г. и известен под названием “Brutt Technologies”. Метод основан на применении спиралевидных стержней Brutt profili, втапливаемых в специальный раствор Brutt Saver Powder. Раствор укладывается в предварительно прорезанные в швах кладки щели или просверленные в ее теле отверстия. [6] Поскольку кладка на растяжение имеет меньшие прочностные характеристики, в отличие от сжатия, усиление кирпичной кладки производится для того, чтобы восполнить недостаток несущей способности на растяжение. Можем сделать вывод, что главный принцип размещения композитных сеток и винтовых стержней заключается в параллельном расположении растягивающим усилиям.[3] 3.1. Усиление к.к. композитными материалами Композитные материалы представляют собой ткани, ленты, холсты. Они состоят из армирующего и связующего компонентов. В Европе система усиления композитами известна под названием FRP (Fiber Reinforced Polymer) – иными словами усиление полимерным волокном. Подобные полимерные системы (FRP) обладают малым весом, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. В качестве армирующего компонента может выступать неорганические и органические волокна. К неорганическим волокнам относятся углеволокно, стекловолокно, базальтовое волокно. К органическим волокнам относятся арамидные, льняные и конопляные волокна. Характеристики материалов приведены в Таблице 1. Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 8 Таблица 1. Характеристики материалов, составляющих систему внешнего армирования[7] Предел прочности при растяжении у FRP материалов примерно в 6-10 раз больше, чем у стали. Этот показатель является определяющим при работе материала на растяжение. Технология усиления конструкций композитными волокнами заключается в наклейке с помощью специального эпоксидного клея или клея на основе микроцемента на поверхность конструкций высокопрочных холстов. Усиление выполняется по подготовленной поверхности кладки, с пропиткой и грунтовкой поверхностного слоя. Рисунок 3. Примеры расположения лент, сеток и стержней при вертикальной трещине (а – вертикальная трещина; б – усиление лентами; в – усиление сетками; г – усиление стержнями) Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 9 Рисунок 4. Примеры расположения лент, сеток и стержней при различных диагональной трещине (а – диагональная трещина; б – усиление лентами; в – усиление сетками; г – усиление стержнями) Как видно из рисунков, ленты, сетки и стержни располагается перпендикулярно трещине. Так материал воспринимает на себя те растягивающие напряжения, которые не воспринимает кирпичная кладка. Исследование данной системы усиления композитными материалами позволяет выделить следующие достоинства: высокий показатель прочности на разрыв армирующих компонентов; коррозионная стойкость; легкость монтажа; малый вес материала и как следствие минимальные нагрузки на восстанавливаемые конструкции; универсальность применения к любым формам и как следствие сохранение архитектурного облика конструкций. И ряд недостатков: высокая стоимость материала; низкий показатель огнестойкости эпоксидных клеев (начиная от 50°С).[3] Усиление кирпичных конструкций композиционными материалами на основе углеволокон следует обеспечивать внешним армированием по технологической схеме, приведенной на рисунке 5. Рисунок 5. Технологическая схема внешнего армирования кирпичных конструкций композиционными материалами. Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 10 3.2. Усиление к.к. спиралевидными стержнями Другим современным и эффективным способом усиления кирпичной кладки является применение спиралевидных стержней из нержавеющей стали (рисунок 6). Во многих европейских странах такие связи применяются последние 30 лет не только для ремонта кирпичной кладки при растрескивании, но и для связи наружного слоя облицовки с внутренним слоем. Рисунок 6. Винтовой стержень Высокопрочная нержавеющая сталь, из которой изготавливается эти стержни, имеет прочность на разрыв в 2 раза большую, чем прочность арматуры, обычно используемой в железобетонных изделиях. Малые диаметры стрежней требуют соответственно малых канавок и отверстий, и поэтому имеют минимальное влияние на прочность конструкции и требуют минимального расхода раствора для заполнения шва. Стержни выпускаются диаметрами 6, 8, 10 мм., в необходимых случаях - до 12-14 мм. Их длина достигает 10 м. Связи можно укладывать с нахлестом, изгибать, соединять с помощью вязальной проволоки. [6] Спиралевидное ребро стержней предоставляет возможность также монтировать их забиванием или вкручиванием посредством ручного и электроинструмента со специальной насадкой-адаптером. Спиралевидныестержнипозволяют выполнять закрепления практически в любых строитель-ных материалах при минимальных расстояниях от края конструкции и междуосями креплений.[8] Такая технология усиления кирпичной кладки в Европе имеет название «bed joint reinforcement technique», что переводится как техника усиления горизонтального шва. Следует отметить, что в этом случае, вместо стальных стержней применяют композитных волокон. Рисунок 7. Эскиз техники усиления горизонтального шва (а – винтовыми анкерами; б – лентами FRP). Как и композитные материалы, они устанавливаются для восприятия растягивающих усилий. Таким образом, направления стержней должны совпадать с направлением этих растяжений, которые превышают допустимые значения. Технология установки стержней представляет собой следующий процесс: в начале при помощи фрезы для прорезания пазов в кирпичной кладке, создают горизонтальный шов Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 11 глубиной около 4-6 см. Ширина шва должна быть как минимум 1 см. Канавку прочищают сжатым воздухом. Затем при помощи пистолетов укладывают вяжущий раствор вглубь шва, примерно на 2 см. Укладывают стержень вглубь шва. Выполняют финишные работы специальным раствором для закрепления стержня в кладке. Достоинствами систем анкерного армирования являются: высокие физические, прочностные и упругие характеристики материала; легкий вес; высокая технологичность, без использования сложного механизированного труда; стойкость к коррозии; отсутствие необходимости вмешательства изнутри конструкций (при наличии только внешнего повреждения); технологическая совместимость с любыми материалами. Положительным качеством данного метода является и то, что после проведения этих работ внешний облик здания не изменяется. К недостаткам следует отнести: высокую стоимость расходных материалов; потребность в квалифицированных рабочих.[3] Технические характеристики стержней приведены в Таблице 2.[8] Таблица 2. Стержни Sure Twist- технические характеристики Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 12 Заключение В данной работе были рассмотрены два современных метода усиления кирпичной кладки: с использованием композитных материалов, а также при помощи спиралевидных стержней из нержавеющей стали. Эти методики в России не получили широкого применения. Традиционные методы усиления эффективны, но в некоторых случаях неприменимы для использования. Примером может служить усиление несущих конструкций исторических зданий, сохранение внешнего облика которых является определяющим фактором. В этом случае применение обсуждаемых методов может служить оправданной альтернативой. [3] Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 13 Список использованной литературы 1. Крамаренко,А.В. Технология выполнения кирпичной клад-ки: учеб. пособие / А.В.Крамаренко.– Тольятти: Изд-во ТГУ, 2012.– 76с.: обл. 2. ОАО «ЦНИИПромзданий»/ СТО НОСТРОЙ НОП 2.9.142-2014.ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КИРПИЧНЫХ СТЕН.Москва 2018. 3. Усиление кирпичной кладки композитными материалами и винтовыми стержнями / С.А. Старцев, А.А.Сундукова // Научная статья.- Санкт-Питербург 2014. 4. СНиП II-22-81* КАМЕННЫЕ И АРМОКАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ – М.: Госстрой, 1983.–76c. 5. Каменная кладка. Виды и их назначение.[Эдектронный ресурс]: статья.- режим доступа: https://best-stroy.ru/statya_kamennaya-kladka-vidy-i-ikh-naznachenie_135 6. Т.Н.Азизов, СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.Одесская государственная академия строительства и архитектуры.[Эдектронный ресурс]: статья.- режим доступа: https://docplayer.ru/53027421Sovremennye-sposoby-usileniya-kamennyh-konstrukciy-oboymami-odesskaya-gosudarstvennayaakademiya-stroitelstva-i-arhitektury.html 7. ПНИПКУ «Венчур»/ РМД 51-25-2018 Санкт-Петербург.- РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ, МОНТАЖУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ НОВОГО СТРОИТЕЛЬСТВА, РЕКОНСТРУКЦИИ И РЕМОНТА ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ.- Санкт-Петербурга, 2018. 8. Методические указания/ Технологии Sure CPS Group: Современные методы ремонта и усиления повреждённых стен . -Брест 2012 Лист КГАСУ ИС РФ 21 Изм. Лист № докум 9999999999999 Подпись Дата 14
