Конструктивные решения стен и колонн из камня

Начиная с 2000 г., с целью экономии затрат энергии на отопление, в РФ введены новые, более энергосберегающие, нормы по теплозащитным свойствам стен. Поэтому сейчас наружные стены выполняют многослойными, со слоем эффективного утеплителя.

Слои многослойных стен соединяют жесткими или гибкими связями. Жесткие связи распределяют нагрузку между конструктивными слоями при любом теплоизоляционном слое и расстояниях между осями вертикальных диафрагм из тычковых рядов кирпичей или камней не более 10h и не более 120 см, где h — толщина более тонкого конструктивного слоя. Если облицовочный слой и основная кладка жестко связаны друг с другом взаимной перевязкой, у них должны быть равные деформативные свойства. Гибкие связи в виде отдельных стержней или кладочных сеток проектируют из коррозионностойких сталей, из защищенных от коррозии сталей, из полимерных материалов. Площадь сечения гибких стальных связей должна быть не менее 0,4 см2 на 1 м2 поверхности стены.

Прочность каменной кладки колонн и стен повышают путем ее армирования, которое может быть поперечным из стальных сеток, укладываемых в горизонтальных швах, или продольным из арматурных стержней с хомутами, устанавливаемых снаружи кладки или внутри ее, в швах между кирпичами. Поперечное армирование применяют, как правило, для повышения несущей способности элементов, работающих на сжатие; продольное — для повышения несущей способности кладки при изгибе и внецентренном сжатии. Кладка может быть усилена железобетонными обоймами.

В практике проектирования используют сетчатое армирование, если повышение марок камня и раствора не обеспечивает требуемой прочности кладки, а площадь поперечного сечения элемента не может быть увеличена. Сетчатое армирование не допускается для стен помещений с влажным и мокрым режимами. Сетчатое армирование применяется только при отношениях Лh = l0/h < 15 или гибкостях Лi = l0/i < 53, а также при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольного сечения еo < 0,17h). При больших значениях гибкости и эксцентриситетов сетчатое армирование не повышает прочность кладки и потому не применяется.

Для поперечного армирования применяют квадратные или прямоугольные в плане сетки с ортогональным расположением стержней, или сетки типа «зигзаг» (рис. 5.14). Для размещения сеток швы кладки ар-мокаменных конструкций должны иметь толщину, превышающую диаметр стержней не менее, чем на 4 мм. Сетки типа «зигзаг» укладывают в смежные ряды кладки, чтобы направление стержней сеток в рядах было взаимно перпендикулярным. Такая пара сеток по несущей способности равноценна одной прямоугольной сетке. Сетки «зигзаг» состоят из нечетного числа стержней.

Размеры ячеек сетки c1 и c2 принимают не менее 30 мм и не более 120 мм, они не должны превышать 1/3 наименьшего размера сечения в плане. Расстояние между сетками по высоте s не должно превышать 5 рядов кирпичной кладки из обыкновенного кирпича, 4 рядов кладки из утолщенного кирпича и 3 рядов кладки из керамических камней. Диаметр стержней сеток принимается равным 3...8 мм. Сетки типа «зигзаг» более эффективны по сравнению с прямоугольными, особенно в кладке ранних возрастов и в свежеуложенной кладке (это учитывают при необходимости повышения прочности зимней кладки при оттаивании).

Минимальный процент сетчатого армирования, учитываемый в расчете, принимают 0,1%. Максимальный процент армирования принимают из условия, чтобы предел прочности армированной кладки не превышал 0,9 стандартной прочности кирпича. Наибольший процент армирования не рекомендуется принимать более 1.

Марка кирпича, применяемого для армокаменных конструкций, как правило, должна быть не менее 75, а камня — не менее 50. Как исключение, при соответствующем обосновании, может быть допущено применение кирпича марки 50 и камня марки 35. Сетчатое армирование применяется для усиления кладки из кирпича всех видов, а также из керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами при высоте ряда не более 150 мм (рис. 5.15). Усиление сетчатым армированием кладки из бетонных и природных камней с высотой ряда более 150 мм менее эффективно.

Продольное армирование применяют во внецентренно сжатых элементах с большими эксцентриситетами, выходящими за пределы ядра сечения, когда армирование поперечными сетками неэффективно; в центрально и внецентренно сжатых с небольшими эксцентриситетами элементах с гибкостью Лh > 15 или Лi > 53, когда не эффективно армирование поперечными сетками; в сжатых элементах при воздействии вибрационных или сейсмических нагрузок; в изгибаемых элементах (перемычках, стенах и т.п.). Для продольного армирования каменных конструкций применяют арматурные стали классов А400, хомуты — из стали классов А240, В500. Арматурные каркасы продольно армированной кладки обычно делают вязаными, так как при возведении кладки в них необходимо передвигать хомуты. Кирпич для кладки может быть сплошной или пустотелый. Штукатурный или кладочный раствор должен быть марки не ниже 25, а во влажных условиях, в открытых и подземных конструкциях — не ниже 50. Для элементов с учитываемой в расчете сжатой продольной арматурой не рекомендуется применять кирпич полусухого прессования и силикатный кирпич, так как прочность таких кирпичей ввиду их повышенной деформативности используется недостаточно. Защитный слой раствора продольной арматуры должен быть в сухих условиях не менее: в столбах и балках — 20 мм, в стенах — 10 мм; в тех же элементах, находящихся на открытом воздухе — соответственно 25 и 15 мм; в элементах, находящихся во влажных помещениях, а также в резервуарах и фундаментах — 30 и 20 мм. Для хомутов толщина защитного слоя должна быть не менее 10 мм. Армирование столбов продольной вертикальной арматурой может быть внутренним с укладкой арматуры в вертикальных швах кладки или наружным, под защитой цементного раствора. Внутреннее армирование применяется в столбах с большей стороной поперечного сечения более 64 см (2,5 кирпича) при длительном воздействии агрессивной внешней среды или высокой температуры. При этом продольную сжатую арматуру принимают диаметром не менее d = 8 мм. Хомуты диаметром 3...8 мм с шагом не более 20d располагают в горизонтальных швах кладки.

Внешнее армирование столбов применяется тогда, когда в стене отсутствуют вертикальные пустоты или проемы, в которых можно установить внутреннюю арматуру и уложить бетон. В этом случае сжатая арматура должна быть диаметром не менее 8 мм, а хомуты принимают диаметром 3...8 мм с шагом не более 15d и не более 150 мм; хомуты располагают в горизонтальных швах кладки. В столбах и простенках с продольной арматурой, независимо от ее расположения в сечении, процент армирования, учитываемый в расчетах, должен составлять не менее 0,1 % для сжатой продольной арматуры, и не менее 0,05% для растянутой продольной арматуры. В элементах с продольной арматурой, расположенной снаружи кладки, площадь сечения защитных (обычно — из цементно-песчаного раствора) слоев в расчете не учитывается. Модуль деформации кладки с продольной арматурой вычисляют, как для кладки, армированной сетками.

Комплексные конструкции (каменные конструкции, усиленные железобетоном) — это элементы каменной кладки с включениями в них железобетона, работающего совместно с кладкой. Железобетон в комплексных конструкциях лучше располагать с внешней стороны кладки, что позволяет контролировать качество уплотнения уложенной бетонной смеси. Такое решение рационально при вне-центренном сжатии и изгибе. При отсутствии больших изгибающих моментов железобетон можно располагать внутри кладки. Усиление каменных конструкций железобетоном аналогично кладке с продольным армированием; его применяют, если нужно увеличить несущую способность нагруженной кладки при центральном и внецентренном сжатии. Применение комплексных конструкций позволяет уменьшить размеры сечений элементов.

Усиливающий железобетонный каркас в кладке бетонируют по мере возведения стены, ярусами высотой до 1,2 м при внутреннем расположении железобетонного усиления, или на всю высоту этажа при наружном расположении. Продольная арматура комплексных конструкций воспринимает растягивающие усилия при внецентренном сжатии, а кладка и частично железобетон воспринимают сжимающие усилия. Для комплексных конструкций применяют обычную ненапрягаемую арматуру низких классов А240, В500, и бетон класса не выше В20. Площадь сечения продольной арматуры должна составлять не более 1,5% площади сечения бетона. Арматурные каркасы в бетоне комплексных элементов делают обычно вязаными. Диаметр стержней растянутой арматуры в них принимают не менее 5 мм, сжатой — не менее 8 мм. Толщина защитного слоя бетона для стержней продольной арматуры должна быть не менее 20 мм при их диаметре до 20 мм и 25 мм — при больших диаметрах. Расстояние в свету между этими стержнями должно быть не менее 25 мм и не менее их диаметра. Хомуты следует располагать по высоте не реже чем через 300 мм (4 ряда одинарного кирпича). При усилении стен здания горизонтальные железобетонные пояса располагают с шагом не более 8h (h — толщина стены). Высота поясов должна быть кратна толщине ряда кладки.