Продольное армирование кладки применяют для восприятия растягивающих усилий в кладке (в изгибаемых, растянутых и внецентренно сжатых элементах с эксцентриситетом больше 0,3 y), а также для повышения расчетного сопротивления сжатию в случаях, когда поперечное армирование оказывается неприменимым (в гибких центрально и внецентренно сжатых столбах и стенах независимо от величины эксцентриситета). Кроме того, продольное армирование применяют в стенах и столбах, подвергающихся значительной вибрации, с целью предохранения кладки от появления трещин.
В то время как поперечное армирование принимают преимущественно в конструкциях жилых и общественных многоэтажных зданий, продольное армирование в основном используется для усиления стен и столбов промышленных зданий, особенно с крановыми нагрузками. Продольное армирование является одним из основных способов усиления кладки зданий, возводимых в сейсмических районах.
Продольное армирование кирпичной кладки может быть осуществлено двумя способами: с расположением арматуры внутри кладки и по наружной поверхности кладки. Оба способа армирования показаны на рис. 1. Расположение арматуры внутри кладки создает лучшую защиту для арматуры от внешних воздействий и высокой температуры при пожаре. Но, с другой стороны, при этом способе усложняется производство работ. Что же касается надежности совместной работы арматуры и кладки, то опыты показали, что оно обеспечено в достаточной степени в обоих случаях. Поэтому в случаях, где не требуется повышенной огнестойкости конструкции, предпочтение должно отдаваться наружному армированию.
При расположении арматуры снаружи применяется следующий способ производства работ. Арматура заделывается внизу вкладку посредством отгиба под прямым углом; отгиб заканчивается крюком. В случае, если арматура работает на растяжение, отгибы заделываются в бетон. Хомуты заготавливаются из 5-6-мм проволоки и нанизываются сверху на продольную арматуру без твердой фиксации их положения по высоте. Расстояние между хомутами по высоте должно быть равно 15-20 диаметрам продольных стержней.
Рис. 1. Продольное армирование кирпичной кладки: а - внутри кладки, б - снаружи кладки.
Оно должно быть связано с рядами кладки, так как хомуты располагаются в швах кладки через 2-5 рядов в зависимости от толщины продольных стержней. В местах сварных стыков продольной арматуры расстояния между хомутами уменьшаются вдвое (рис. 2). После установки продольных стержней и временного закрепления их в вертикальном положении производится кирпичная кладка. На требуемом по проекту уровне опускаются вниз хомуты, которые должны плотно прижимать наружную арматуру к кладке. Опыт выкладки таких столбов доказал, что они не вызывают значительных затруднений для каменщика. Верхние концы продольной арматуры заделываются в кладке аналогично нижним. Наружная арматура покрывается полосами цементного раствора на толщину не менее 1,5 см, который должен заполнить плотно щель между арматурой и кладкой, если таковая получилась при выкладке столба. После этого столб оштукатуривается обычным известковым или лучше сложным раствором.
Рис. 2. Процесс выкладки столба с наружной продольной арматурой
При расположении арматуры внутри столба применяются два способа. При первом способе вяжется сначала каркас арматуры с хомутами, который заполняется кирпичной кладкой. Каркас должен быть расположен внутри столба на расстоянии в полкирпича от наружных граней. В местах расположения хомутов приходится колоть кирпич, так как трудно добиться увязки расположения хомутов с порядовкой кладки. При втором способе положение хомутов твердо не фиксируется и они по мере хода кладки опускаются на нужном уровне в шов кладки.
Проведение испытания столбов с продольным армированием показали идентичность их работы с работой железобетонных колонн. Эффективность арматуры при продольном армировании получается ниже в 3 раза по сравнению с сетчатым армированием.
Характер разрушения образцов с продольной арматурой несколько напоминает по виду трещин неармированную кладку. Первые трещины возникают при напряжении 0,6-0,7 от временного сопротивления. Развиваясь, они удлиняются и пересекают несколько рядов кладки. Однако полного расслоения кладки не происходит, и начинают откалываться наружные лещадки и раздавливаться отдельные кирпичи. Картина разрушения кирпичного столба с внутренней продольной арматурой показана на рис. 3.
Рис. 3. Разрушение кирпичного столба с внутренней продольной арматурой.
На деформации кладки продольная арматура оказывает малое влияние. Только при больших процентах армирования, приближающихся в единице, отмечается некоторое уменьшение деформаций. Что же касается отношения начального модуля упругости к временному сопротивлению α=E0/RАРМ, ввиду увеличения RАРМ оно меньше, чем для неармированной кладки. Отношения α в зависимости от процента армирования приведены в таблице на рис. 4.
Соответственно этим значениях α берутся коэффициенты продольного изгиба φ. По сравнению с косвенным армированием кирпичной кладки величина α значительно выше, и следовательно коэффициенты φ приближаются к таковым для неармированной кладки. В результате этого влияние продольного изгиба для столбов с продольным армированием значительно меньше, чем для столбов с сетчатым армированием. Поэтому при больших гибкостях (l/d=15-20) продольное армирование в некоторых случаях может оказаться более выгодным, чем сетчатое.
Рис. 4. Начальные модули упругости для кладки с продольной арматурой
Продольное и вертикальное армирование кладки применяют для восприятия растягивающих усилий в изгибаемых и внецентренно сжатых конструкциях: столбах, тонких стенах и перегородках. Такое армирование повышает устойчивость конструкций, поэтому его используют в сооружениях, подверженных сейсмическим воздействиям.
Сечение стержней и их расположение указываются в проекте. Стержни арматуры соединяют между собой, как правило, сваркой, допускается соединение внахлестку вязальной проволокой с перехлестом стержней на 20 диаметров. Концы таких стержней должны заканчиваться крюками. В местах расположения крюков кирпичная кладка не применяется, вместо нее укладывают бетон или раствор с кирпичным щебнем.
Способы заделки и крепления концов арматурных стержней в кладке, возводимой в сейсмических районах, указывают в рабочих чертежах.
Конструктивные указания при продольном армировании
При продольном армировании стержни арматуры располагают снаружи или внутри кладки (рис. 5). Наружное расположение арматуры более удобно для производства работ. Оно также оказывает большое влияние на повышение несущей способности кладки при работе на внецентренное сжатие и изгиб. Наружное расположение арматуры не рекомендуется при постоянном воздействии на кладку высоких температур или агрессивной среды; в этих случаях при высоте сечения элемента не менее 51 см предпочтительно внутреннее армирование.
Рис. 5. Продольное армирование кирпичных столбов: а - внутреннее расположение арматуры; б, в - наружное расположение арматуры; г - расположение хомутов при ширине их не более 380 мм и не более 4 стержней арматуры; д - расположение хомутов при ширине их более 380 мм или при количестве стержней арматуры более 4; е - деталь заанкеривания растянутой арматуры; ж - стык внахлестку; з - стык сварной с накладками, выполненный дуговой сваркой; 1 - железобетонная подушка; 2 - хомуты, располагаемые в швах кладки; 3 - дополнительный хомут в смежном горизонтальном шве
Арматура, расположенная снаружи кладки, должна быть тщательно защищена от коррозии защитным слоем цементного раствора толщиной не менее, указанной на рис. 6.
Рис. 6. Толщина защитного слоя для продольной арматуры
При наружном расположении продольной арматуры ее можно укладывать в специальные борозды, устраиваемые при возведении стен и столбов (рис. 5).
Для обеспечения совместной работы внутренней продольной арматуры с каменной кладкой и для защиты такой арматуры от коррозии необходимо, чтобы стержни со всех сторон обволакивались раствором; с этой целью швы кладки, в которые укладывают арматуру, устраивают толще поперечного размера стержней не менее чем на 5 мм.
Арматуру устанавливают с одной или двух сторон сечения элемента конструкций. Одностороннюю арматуру ставят при наличии растягивающих усилий только с одной стороны, а двустороннее армирование - для усиления кладки при работе ее на сжатие в элементах значительной гибкости и в элементах, подверженных воздействию знакопеременной нагрузки, вызывающей двусторонние растягивающие напряжения. Первый случай часто встречается при проектировании внутренних высоких столбов промышленных зданий, второй - при проектировании внутренних столбов с двусторонним расположением кранов.
В изгибаемых элементах сжатую арматуру допускают также при ограничении высоты сечения элемента.
Диаметр стержней рабочей арматуры должен быть: для сжатой - не менее 8 мм и для растянутой - не менее 3 мм. Общая площадь сечения арматуры составляет: в растянутой зоне не менее 0,05% от полной площади сечения кладки и в сжатой зоне - не менее 0,2% и не более 2%. Расстояние между стержнями в свету допускается не менее 3 см.
Продольную арматуру укрепляют в кладке хомутами диаметром 3-8 мм, закладываемыми в швы (рис. 5). Во избежание выпучивания сжатой арматуры расстояние между хомутами не должно превышать 15 диаметров этой арматуры при ее расположении снаружи кладки и 25 диаметров при ее расположении внутри кладки. В изгибаемых элементах расстояние между хомутами назначают не более ¾ высоты элемента, но во всех случаях оно не должно превышать 50 см.
