Сетчатое (косвенное) армирование каменных кладок было предложено еще в 1925 г. проф. В. П. Некрасовым. Также смотрите поперечное армирование кирпичной кладки.
При действии на каменную кладку продольных сжимающих усилий в ней одновременно с продольными возникают поперечные деформации. Большое число исследований показывает, что несущая способность нагруженного продольной силой элемента может быть значительно повышена, если удается каким-либо путем воспрепятствовать развитию его поперечных деформаций. Для этой цели в основном и применяют сетчатое армирование каменной кладки. При таком армировании каменная кладка работает аналогично с работой железобетонных колонн со спиральной арматурой.
В вертикальных элементах поперечную арматуру укладывают в горизонтальные кладочные швы. Под действием нагрузки арматура плотно зажимается в швах и вследствие сил трения и сцепления с раствором работает совместно с кладкой до момента разрушения последней. Обладая высоким модулем упругости и пределом текучести, арматура воспринимает значительные растягивающие усилия и этим самым препятствует развитию поперечных деформаций кладки. Эффективность применения сетчатого армирования очень высокая (рис. 1).
Влияние поперечной арматуры на несущую способность кладки тем больше, чем чаще она уложена по высоте кладки. При расположении поперечной арматуры реже чем через 5 рядов кирпичной кладки влияние ее на несущую способность кладки мало, поэтому такое армирование рассматривают как конструктивное и в расчете его не учитывают.
Поперечную арматуру применяют в виде сеток из стержней диаметром 3-8 мм. Сетки в зависимости от диаметра арматуры можно применять двух типов: прямоугольные и типа «зигзаг». Первые применяют только при арматуре диаметром до 5 мм, вторые - при арматуре любого диаметра от 3 до 8 мм.
Рис. 1. Несущая способность опытных кирпичных столбов с неармированной кладкой и кладкой, усиленной сетчатой арматурой, при осевом сжатии (размеры столбов 510х510х2600 мм)
Прямоугольные сетки изготовляют в виде взаимноперпендикулярных рядов соединенных между собой стержней (рис. 2, а). Общая толщина сетки равна двум диаметрам стержней. При диаметре стержней более 5 мм требуется значительное утолщение швов, что отрицательно сказывается на упругих свойствах кладки. Кроме того, в местах пересечения стержней образуются жесткие узлы, в которых концентрируются напряжения. Это может стать причиной раздробления камня. Сетки «зигзаг» выполняют из одного слоя арматуры (рис. 2, б), и поэтому не имеют отмеченных недостатков. В каждой сетке этого типа стержни располагают только в одном направлении, и в смежных швах кладки сетки укладывают так, чтобы стержни одной сетки располагались перпендикулярно к стержням другой. Расстояние между стержнями в сетке принимают 3-12 см. Для проверки наличия сеток в кладке сетки изготовляют и укладывают так, чтобы отдельные (контрольные) концы стержней выступали на 5 мм за поверхность кладки (рис. 2).
Диаметр и количество стержней в сетках, а также расстояние между сетками определяют расчетом на прочность в зависимости от необходимой степени увеличения несущей способности кладки.
При увеличении количества арматуры несущая способность кладки соответственно увеличивается, однако только до тех пор, пока ее сопротивление не станет близким к нормативному сопротивлению применяемого для кладки камня. Дальнейшее увеличение площади сечения арматуры (как показывают опыты, проведенные с кирпичной кладкой) незначительно сказывается на изменении ее несущей способности.
Рис. 2. Сетчатое армирование столба: а - прямоугольными сетками; б - сетками «зигзаг». Концы стержней сеток или вязальной проволоки выпускают наружу для контроля укладки сеток
Минимальный процент сетчатого армирования принимают равным 0,1%, максимальный - 1,0%. Дальнейшее увеличение процента армирования, как указано выше, неэффективно и неудобно по конструктивным соображениям.
Во избежание коррозии арматуры, а также с целью повышения ее сцепления с кладкой марка применяемого раствора должна быть не ниже 25.
Если армированная кладка находится во влажных условиях (стены и внутренние конструкции зданий с влажными и мокрыми помещениями, а также цоколи, подземные и открытые наружные конструкции), следует применять раствор марки 50. Толщину швов кладки, в которые укладывают арматуру, делают на 4 мм больше толщины сеток.
При внецентренном сжатии эффективность сетчатого армирования значительно меньше и практически падает до нуля; последнее объясняется тем, что при внецентренном сжатии кирпичной кладки независимо от армирования наблюдается по мере роста эксцентриситета увеличение прочности кладки крайних волокон сжатой зоны за счет менее напряженных соседних участков кладки. Поэтому дополнительного эффекта от армированной сетками сжатой зоны кладки при больших эксцентриситетах не получается.
По экономическим соображениям сетчатое армирование при эксцентриситетах, выходящих за ядро сечения нецелесообразно. Модуль упругости армированной кладки меньше, чем модуль упругости такой же, но неармированной кладки, что объясняется падением величины упругой характеристики.
Величину αс определяют по графику, приведенному на рис. 3. Из этого графика видно, что с возрастанием процента сетчатого армирования рс упругая характеристика кладки αс уменьшается. По этим соображениям нецелесообразно сетчатое армирование в гибких каменных элементах, несущая способность которых в значительной мере зависит от величины коэффициента продольного изгиба, который с уменьшением упругой характеристики αс кладки также уменьшается.
Рис. 3. Зависимость упругой характеристики армированной сетками кладки αс от упругой характеристики неармированной кладки и процента армирования рс
Таким образом, эффективное сетчатое армирование кладки ограничивается применением в элементах малой гибкости (когда λ<50) при действии продольных сил с малым эксцентриситетом, не выходящим за ядро сечения (полагаем эпюру напряжений треугольной). В связи с этим наиболее широко применяют его для столбов и простенков многоэтажных жилых зданий. В промышленных зданиях, особенно при наличии крановых нагрузок, в сечениях несущих стен и столбов, как правило, имеются значительные эксцентриситеты, и поэтому сетчатое армирование допускается реже.
Сетчатое армирование применяют преимущественно в кирпичной кладке. Возможность и целесообразность сетчатого армирования кладок из других видов камней недостаточно изучены, однако можно считать, что в большинстве случаев оно окажется столь же эффективным, как и для кирпичной кладки.
