Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной стальной обоймой по предложенному методу, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, рекомендуется производить по формуле
, (5.24)
N - продольная сила;
A - площадь сечения усиливаемой кладки;
A 
- площадь сечения продольных уголков стальной обоймы;
Rsw - расчетное сопротивление поперечных планок обоймы назначаемое в соответствии с [40, табл.10];
Rsc - расчетное сопротивление уголков [40, табл. 10];
φ - коэффициент продольного изгиба;
mg - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки;
mk - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 для кладки с трещинами;
μ - процент армирования поперечными планками, определяемый по формуле
100,
где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;
S - расстояние между осями поперечных планок, принимаемое не более 50 см (h ≥ S ≤ b).
Коэффициенты ф и η принимаются при центральном сжатии ф=1; η=1, при внецентренном сжатии определяются по формулам:
;
где e0 - эксцентриситет приложения сжимающей силы N.
Пример 4.8. В связи с реконструкцией, требуется усилить кирпичный простенок сечением bхh=64x64 см для восприятии сжимающей силы N=630 кН, приложенной с эксцентриситетом e0 = 5 см. Расчетная высота столба l0=2,8 м.
Характеристика материалов
Кирпич глиняный, пластического прессования марки 75, раствор марки 25, R = 1,1 МПа; а = 1000.
Кладка имеет повреждения mk = 0,7. Вертикальная арматура стальной обоймы из четырех уголков 50x50 мм A = 19,2 см2, Rsc = 43 МПа; поперечные планки из полосовой стал Rsw = 150 МПа.
Усиление стальной обоймой проектируем в двух вариантах.
1-й вариант - традиционный (по оштукатуренной поверхности простенка).
2-й вариант - на напрягающем цементе.
Находим общие расчетные параметры.
Коэффициенты:
mq = 1;
Гибкость 
Коэффициент φ = 0,992.
Определяем составляющую усилия, которая воспринимается поперечными планками обоймы:
0,7·1,1·103·0,41 - 43·103·19,2·104 = 356кН.
Пользуясь формулой [40, (71)], определяем требуемый процент поперечного армирования для 1-го варианта усиления:
356=0,688 
откуда μ = 2,13%.
Принимаем шаг поперечных планок S = 25 см. Площадь поперечного сечения планки определяем по формуле
см2.
Пользуясь формулой (4.24), находим требуемый процент поперечного армирования для второго варианта усиления:
356=0,688 
откуда μ = 0,64%.
Площадь поперечного сечения планки при заданном шаге S = 25 см2 будет равна:
см2.
Таким образом, расход стали на поперечные планки при усилении по 2-му варианту сокращается примерно в 3,3 раза.
Примечание. Для восприятия сжимающей силы N = 500 кН (при тех же исходных данных) расход металла на поперечные планки во 2-м варианте будет меньше в 1,7 раза.
Усиление фундаментов
Фундаменты являются важным элементом здания, обеспечивающим его прочность, устойчивость и долговечность, в связи с чем вопросам их усиления придается большое значение.
Понятие "усиление фундаментов" включает в себя несколько моментов: усиление грунтового основания, увеличение площади подошвы фундамента и его разгрузка за счет устройства дополнительных опор. Следует отметить, что особенно неблагоприятна для большинства зданий неравномерная осадка фундаментов, обусловленная неоднородностью грунтового основания и ухудшением его свойств при замачивании. Поэтому при усилении фундаментов часто оказывается достаточным улучшить физико-механические характеристики грунтового основания способами, изложенными в табл.4.10.
Из рассмотренных способов наибольшее распространение получили цементация и силикатизация грунтов.
Таблица 4.10
Способы повышения физико-механических
характеристик грунтового основания
| Метод Закрепления грунта | Сущность метода | Грунт | Допустимые параметры применения | Эффекты усиления: Прочность, МПа |
| водонепроницаемость, В | ||||
| Цементация | Нагнетание цементной суспензии | Крупнозернистые пески | Кф≥80 м/сут | 
|
| Двухрастворная силикатизация | Последовательное нагнетание растворов силиката натрия и хлористого кальция | Пески | Кф=80-2 м/сут | 
|
| Однорастворная силикатизация | Нагнетание раствора силиката натрия | Лессы | Кф=2-0,1 м/сут | 
|
| То же | То же, с отвердителем | Мелкие пылеватые пески | Кф=5-0,5 м/сут | 
|
| Смолизация | Нагнетание раствора карбамидной смолы с отвердителим | Пески | Кф=5-0,5 м/сут | 
|
| Термический способ | Сжигание топлива в скважине | Лессы, лессовидные суглинки и черноземы | Воздухонепроницаемость не менее 0,1 м/с | 1-4 |
| (водоустойчивость) |
При усилении бутобетонных фундаментов старых зданий хорошо зарекомендовал себя метод железобетонной обоймы (табл.4.П.), который позволяет увеличить площадь подошвы фундамента и одновременно повысить его прочность. Для этого в фундаменте пробиваются сквозные отверстия, через которые пропускаются стальные или железобетонные балки с шагом 2-3 м. После укладки арматурных сеток или каркасов заливается бетонная смесь. Совместная работа обоймы и фундамента обеспечивается балками и силами трения по поверхности контакта.
С целью повышения эффективности обоймы перед ее устройством производится обжатие грунта основания бетонными блоками (банкетами) при помощи домкрата (табл.4.11, п.2).
Усиление осуществляется следующим образом: в предварительно пробитые в фундаменте отверстия вставляются балки (поз.1) и замоноличиваются бетоном класса В15-В20. Затем укладываются банкеты и на них - домкрат в распор с балкой. Усилие обжатия грунта домкратом фиксируется с помощью распорок, а затем - отвердевшим бетоном обоймы. Работы по усилению производятся; последовательно, участками по всей длине фундамента.
Если прочность материала фундамента низкая и не позволяет выполнить обжатие грунта выше упомянутым способом, то фундамент предварительно усиливают продольными балками, укладываемыми на растворе в специально устроенные ниши (табл.4.11, п.3).
Усиление фундаментов сваями получило в последнее время широкое развитие при реконструкции зданий. В табл.4.12, п.1 показан способ усиления набивными сваями, скважины под которые делаются посредством пневмопробойника импульсно-упорного действия. По данным [9] при сравнительно небольшой мощности воздействующего механизма пробойник позволяет получать в пылевато-глинистых грунтах скважины диаметром 12-20 см без выемки грунта, что очень удобно в стесненных условиях реконструкции. Кроме того, вокруг скважины создается зона уплотненного грунта, обеспечивающая благоприятные условия для работы сваи.
В табл.4.12 представлены способы усиления фундамента сваями, состоящими из последовательно вдавливаемых в грунт секций. Сваи могут быть из стальных труб или железобетонными. Задавливание секций, имеющих длину 0,5-1,5 м, осуществляется с помощью домкрата, установленного под фундаментом в специально вырытой нише или же по обе стороны от фундамента. Наращивание секций сваи производится до тех пор, пока сопротивление вдавливанию не достигнет заданного проектом предельного значения. Затем давление в гидродомкрате сбрасывается до величины, при которой определяется контрольное погружение. Величина контрольного погружения должна быть не более 0,1 мм за 30 минут наблюдений. Параметры усиления фундаментов способом вдавливания свай регламентируются инструкцией [10]. Установки для вдавливания УБПС-640, 660, 3000 рассчитаны соответственно на усилия 640, 660 и 3000 кН, минимальный шаг свай составляет 450-600 мм.
Эффективность усилия в каждом конкретном случае определяется в зависимости от технического состояния существующего фундамента и ожидаемого после реконструкции увеличения нагрузки.
Таблица 4.11
Усиление фундамента наращиванием
| № п/п | Способ усиления. Эскиз усиления | Элементы усиления | |
| № поз. | Основные параметры | ||
Усиление без обжатия грунта основания
| Балка I 16...24 Бетон наращивания кл. В12,5...В20 Арматурная сетка из стержней кл. А1 Ø10... 12 с шагом 200 | ||
Усиление с обжатием грунта основания
| Балка I 16...24 Бетон наращивания кл. В12,5...В20 Домкрат Бетонный блок (сборный) | ||
Усиление стальной обвязкой и обжатием грунта основания
| Балка I 16...2 Бетон наращивания кл. В12,5...В2 Домкрат Бетонный блок Балка [ 20...26 |
Таблица 4.12
Усиление фундамента сваями
| № п/п | Способ усиления. Эскиз усиления | Элементы усиления | |
| № поз. | Основные параметры | ||
Усиление буронабивными сваями
| Балка 16...24 Бетон кл. В12,5...В20 Буронабивная свая Ø120...200 Арматурный каркас | ||
Усиление вдавливанием свай вне фундамента
| Железобетонная балка (ростверк) Стальные тяжи Ø20...25 Домкрат Элемент свай | ||
Усиление вдавливанием свай под фундаментом
| Домкрат Элемент сваи Распределительная плита Направляющая стойка |
