13.2. Конструкции с поперечной арматурой

Разрушение каменной кладки начинается в растворной части, в которой возникают растягивающие напряжения. Если в швы уложить арматуру, способную воспринимать растяжение в любых направлениях, то повысятся прочность и предельная сжимаемость кладки, возникает так называемый эффект «обоймы».

Сопротивляемость растворного шва растяжению будет зависеть от количества арматуры (процента объемного армирования кладки ). При больших процентах горизонтальный шов будет работать как жесткий «штамп», сдерживающий поперечные деформации камня. В этом случае будет наблюдаться разрушение армокаменных конструкций от раздробления камня между армированными швами. В случае армирования горизонтальных швов по высоте с большим шагом эффект сдерживания деформаций в поперечном направлении будет наблюдаться в меньшей степени. Таким образом, чем сильнее можно увеличить сопротивляемость растворных швов растяжению, тем выше в конечном итоге будет и прочность кладки.

Еще в 1926 г. В.П. Некрасов предложил укладывать в горизонтальные растворные швы кладки арматуру в виде сеток из пересекающихся стержней. Такие сетки просты в применении, легко изготавливаются и имеют возможность контроля укладки. Однако следует отметить, что для изготовления таких сеток возможно использовать стержни диаметром не более 6 мм, т.к. толщина шва для армированной кладки ограничивается величиной 16 мм (слой раствора, отделяющий арматуру от кирпича должен быть не менее 2 мм). Повышение толщины шва отрицательно влияет на несущую способность конструкций. Применение же в сетках арматуры меньше 3 мм, несмотря на увеличение прочности кладки за счет увеличения площади сцепления с раствором, при одинаковом проценте армирования, не допускается, из-за коррозии стали.

Для сетчатого армирования применяют сталь S-500 и S-240, процент армирования в каждом направлении должен быть не менее 0,05 % и не более 0,5 %. Нормативными документами для армирования рекомендованы сетки с прямоугольной ячейкой с размерами сторон 30…120 мм, а также сетки типа «зигзаг» (рис.13.1).

Рисунок 13.1 – Поперечное армирование кладки: а – сетка с квадратной (прямоугольной) ячейкой; б- пара сеток «зигзаг»; в- укладка сеток в швы с шагом по высоте s; 1- арматурная сетка; 2- выпуски арматурной сетки для контроля ее укладки

Сетки должны укладываться в швах с шагом не более 450 мм, то есть 5-ти рядов кладки из обычного кирпича, 4-х рядов кладки из утолщенного кирпича и 3-х рядов при кладке из керамических камней.

Сетки «зигзаг» укладываются в двух смежных рядах так, чтобы рабочие ветви стержней в соседних сетках располагались взаимно перпендикулярно. В таком случае две сетки «зигзаг» рассматриваются как одна прямоугольная сетка.

Расчет элементов с сетчатым армиро­ванием при центральном сжатии производят по формуле:

(13.1)

где

N — расчетная продольная сила;R_sk £ 2R — расчетное сопротивление при централь­ном сжатии, определяемое для армиро­ванной кладки из кирпича всех видов и керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами по формуле:

(13.2)

где – процент армирования по объему; V_s и V_k – соответственно объем стали и кладки на длине шага сеток s.

(13.3)

при прочности раствора менее 2,5 МПа (25 кгс/см²) или при проверке прочности кладки в процессе ее возведения по формуле:

(13.4)

При прочности раствора более 2,5 МПа (25 кгс/см²) отношение принимается равным 1.

R₁ — расчетное сопротивление сжатию неар­мированной кладки в рассматриваемый срок твердения раствора;

R₂₅ — расчетное сопротивление кладки при марке раствора 25;

m_g — коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки;

φ – коэффициент продольного изгиба, определяемый по таблицам по λ_h или λi при упругой характеристике кладки с сетчатым армированием α_sk.

Процент армирования кладки сетчатой арматурой при центральном сжатии не дол­жен превышать определяемого по формуле:

(13.5)

Элементы с сетчатым армированием выполняют­ся на растворах марки не ниже 50 при высоте ряда кладки не более 150 мм.

Расчет внецентренно сжатых элемен­тов с сетчатым армированием при малых эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольного сечения е₀ £ 0,17h), следует производить по формуле:

(13.6)

или для прямоугольного сечения

(13.7)

где

R_skb £ 2R — расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии, опре­деляемое при марке раствора 50 и выше по формуле:

(13.8)

а при марке раствора менее 25 (при проверке прочности кладки в процессе ее возведения) по формуле

(13.9)

При эксцентриситетах, выходя­щих за пределы ядра сечения (для прямоугольных се­чений е₀ > 0,17h), а также при λ_h >15 или λ_i > 53 при­менять сетчатое армирование не следует.

Процент армирования кладки сетчатой армату­рой при внецентренном сжатии не должен превышать определяемого по формуле

(13.10)

В странах Евросоюза для поперечного армирования нашли применение арматурные сетки в виде бесконечной металлической фермы (проволочный каркас «Murfor»), образуемой металлическими стержнями. Ширина арматурного каркаса соответствует ширине кладки. Каркасы в стенах укладывают в шве внахлестку, при этом кирпичная кладка с арматурой работает на изгиб в обоих направлениях, что позволяет повысить прочность и трещиностойкость стен, воспринимающих горизонтальные нагрузки.

В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете исследовалось армирование кладки полосовой сталью, прошедшей обработку перфорацией и позволяющей сохранить толщину шва в пределах нормативных требований.

В лаборатории кафедры «Строительные конструкции» Полоцкого государственного университета на образцах 1,5х1,5 кирпича проводится исследование свойств кладки с новым видом сетчатого армирования в виде плоских спиралей, см. рис…

Установлен различный характер разрушения, отдаление момента трещинообразования по сравнению с образцами, армированными традиционно применяемыми сетками с прямоугольными ячейками.