Особым видом продольного армирования является включение в столбы или простенки каркаса из уголков или других прокатных профилей. Такие конструкции целесообразны в тех случаях, когда требуется значительное повышение прочности столба при малом габарите, что может быть достигнуто большим процентом армирования. Преимуществом по сравнению с металлическими колоннами является включение в работу сечения кладки, которая полностью используется при расчете. Кроме того на продольный изгиб колонна работает по габариту камня, т. е. с меньшей гибкостью.
В лаборатории ЦНИПС были испытаны колонны сечением 2х2 кирпича и высотой 2,16 м; в колоннах был каркас из четырех уголков 6х6х0,5 см, соединенных планками из полосового железа 5x0,5 см, приваренными через 45 см по высоте (рис. 1). Армирование составляло 0,92%. Сравнение кирпичного столба с каркасом и неармированной кладкой показало повышение прочности в три раза. Характер разрушения таких столбов в процессе испытания показан на рис. 2.
Рис. 1. Кирпичный столб с жестким каркасом
Несущая способность колонны представляет собой сумму полной несущей способности кирпичного столба и металлического каркаса. Некоторое повышение прочности при экспериментах по сравнению с расчетной объясняется тем, что для части столба внутри каркаса планки действуют как обойма. В запас прочности это обстоятельство при расчетах не учитывается. Продольный изгиб учитывается по гибкости столба кирпичной кладки.
Рис. 2. Разрушение кирпичных столбов с жестким каркасом, заделанным в кладке
При включении металлических каркасов вкладку простенков каркас должен заканчиваться вверху и внизу столиками с площадью, рассчитанной на передачу всей нагрузки, воспринимаемой каркасом и внутренним ядром, с учетом повышения допускаемых напряжений на местное сжатие. В отдельных случаях при каркасах большого сечения может потребоваться устройство железобетонных прокладных плит. В кладке на шлаковых растворах каркас должен густо покрываться для защиты от коррозии цементным молоком.
Другим примером применения рассматриваемой конструкции являются железо-кирпичные колонны, аналогичные железобетонных колоннам с жесткой арматурой. Вначале возводится легкий металлический каркас, рассчитанный на нагрузки во время производства работ. Такой каркас удобен в условиях скоростного строительства, так как позволяет быстро развернуть большой фронт работ. По мере наращивания металлического каркаса производится заполнение его кирпичной кладкой на прочном растворе, которая повышает его несущую способность до полной проектной величины. При большом проценте армирования (более 2% в восприятии нагрузки участвует главным образом металл, почему коэффициент запаса может быть повышен до 2,5.
Кроме металлического каркаса усиление кирпичных столбов может производиться посредством железобетонного ядра. Для этой цели вначале выкладывается на высоту одной захватки (1,3-1,7 м) пустотелый кирпичный столб или простенок, кладка которого служит опалубкой для бетонирования внутри железобетонного ядра (рис. 3). Арматура ядра заготавливается в виде связанного каркаса и опускается в оставленное пустое пространство. После этого производится заполнение ядра бетоном с тщательным уплотнением его по правилам бетонирования железобетонных колонн сверху. Достаточная связь бетонного ядра с кладкой получается за счет сцепления бетона с кирпичом, пустошовки и естественных неровностей в кладке. Оставления специальной штрабы не требуется. Расчет кирпичных столбов с железобетонным ядром соответствует расчету конструкции из материалов с различными модулями упругости. Принципиальные отличия колони с железобетонным ядром от рассмотренных колонн с металлическим жестким каркасом заключаются в следующем.
В диаграмме деформации стали имеется площадка текучести, которая выравнивает деформации кирпичной кладки и металла и позволяет полностью использовать несущую способность кладки и металла, тогда как железобетон является более хрупким материалом и разрушается при значительно меньших деформациях, чем некоторые кладки.
При небольших сечениях металлических каркасов, составляющих 1-2 % от площади сечения столба, основная доля нагрузки приходится на кирпичную кладку и разрушение столба вызывается разрушением кладки. Поэтому расчет ведется с коэффициентом запаса 3, принятым для кладки; при большом проценте армирования коэффициент запаса снижается до 2,5.
Доля участия железобетонного ядра значительно выше. Кроме того разрушение конструкции определяется разрушением железобетонного ядра; поэтому она может рассчитываться с коэффициентом запаса, принятым для железобетонных колонн, т. е. 2,2.
При больших нагрузках, воспринимаемых железобетонным ядром, опирающимся сверху и снизу на неармированную кладку, иногда возникают местные перенапряжения. Для их смягчения может потребоваться устройство распределительных подушек.
При глубоком погружении ядра простенка в неармированную кладку уширенной подоконной части и перемычки давление от ядра будет передаваться частично также и через боковые поверхности вследствие сцепления и имеющихся неровностей. При заглублении более 4-кратной толщины ядра (считая размер ядра в большем направлении) устройство распределительных подушек (или подколонников) не требуется.
Рис. 3. Кирпичный стол с железобетонным ядром
Кладку стен при заполнении каркасов производят по общим правилам системы перевязки кладки. Кладку крепят к каркасу в соответствии с проектом. Обычно для этого укладывают в швы кладки стержни арматуры, которые приваривают к закладным деталям каркаса.
