Усиление стены: железобетон, кирпич и камень

Какая стена усиливается

Стена как конструкция работает в двух режимах: воспринимает сдвиг в своей плоскости и изгиб из плоскости. Что именно исчерпано, зависит и от схемы здания, и от материала стены, поэтому первый шаг — определить тип конструкции.

• Железобетонная стена или диафрагма жёсткости. Усиливается внешним армированием по плоскости и вертикальными полосами у проёмов и в приопорных зонах. Схема назначается расчётом по СП 164.1325800.2014, поверхность готовится как для бетона.
• Кирпичная и каменная кладка. Раствор в швах слабее камня, поэтому армирование работает вместе с восстановлением швов, а состав ремонтных материалов подбирается по паропроницаемости и совместимости с исходной кладкой.
• Стена с трещинами по всей высоте. До усиления выясняется причина: осадка основания, температурные деформации или перегрузка. Пока причина не устранена, армирование лишь маскирует дефект.

Ниже разобраны обе ветки. Отдельные задачи по восстановлению швов и инъектированию рыхлой кладки вынесены в направление «Кладка и реставрация».

Как работает стена и почему схема усиления отличается от плиты, балки или колонны

Каменная кладка — составной материал: камень воспринимает сжатие, а швы остаются самым слабым звеном. Прочность кладки на растяжение вдоль неперевязанного шва существенно ниже прочности самого камня, поэтому стена разрушается не по условному «сечению», а по швам. Отсюда характерные предельные состояния:

• Сдвиг в плоскости — наклонные трещины, идущие по швам «лесенкой» или «крест-накрест»: результат неравномерных осадок, температурных деформаций и знакопеременных сейсмических воздействий.
• Внеплоскостной изгиб — выпучивание стены от ветровой нагрузки, распора стропильной системы или отсутствия связи с дисками перекрытий.
• Местное смятие под опорами перемычек, прогонов и балок, где сосредоточенное усилие превышает несущую способность кладки.
• Разрыв по вертикальному шву в местах примыкания стен и в простенках, ослабленных проёмами и штрабами.

Внешнее армирование не повышает прочность самой кладки — оно вводит в конструкцию растянутый элемент, которого в стене изначально нет, и восстанавливает связность участков по обе стороны трещины. Поэтому направление укладки волокна задаётся направлением главных растягивающих напряжений, а не удобством монтажа.

Две принципиальные схемы

Сплошное армирование сеткой по плоскости

Углеродная сетка раскладывается по площади простенка или захватки и закрывается растворным слоем. Схема распределяет усилия по поверхности, работает и на сдвиг в плоскости, и на изгиб из плоскости, терпима к неровностям кладки и совместима с последующей минеральной отделкой. Основной вариант при сейсмоусилении и при развитой сети трещин.

Полосовое усиление холстом

Углеродный холст наклеивается полосами по расчётным направлениям: диагоналями в зонах сдвига, вертикальными полосами по простенкам, контурной обвязкой проёмов. Толщина системы минимальна, геометрия помещения практически не меняется. Схема применяется при локальных повреждениях и там, где нельзя увеличивать толщину стены.

Что предшествует армированию

Композит работает только совместно с основанием, поэтому подготовка определяет результат:

• штукатурка, окраска и слабый раствор удаляются до прочной кладки;
• разрушенные камни заменяются вычинкой, пустые и выветренные швы заполняются ремонтным составом;
• оголённая арматура железобетонных включений — перемычек, поясов, обвязок — очищается и защищается ингибирующим составом;
• поверхность выравнивается: перепады и раковины уменьшают фактическую площадь приклейки и создают воздушные полости под полотном;
• влажность основания приводится к значению, требуемому технологией применяемого связующего.

Для сейсмических и внеплоскостных схем отдельно решается анкеровка: полотна заводятся за угол, пришиваются анкерными жгутами сквозь стену либо связываются с перекрытиями. Без этого система отслаивается от кладки раньше, чем волокно выйдет на расчётное усилие, и прочность холста остаётся невостребованной.

Ограничения, которые нужно учитывать заранее

• Стены из ячеистых блоков и рыхлая кладка: прочность основания на отрыв ограничивает эффект усиления и требует отдельного решения.
• Подвалы и участки с капиллярным подсосом: по влажному основанию эпоксидные системы не назначаются без предварительной подготовки.
• Нормируемый предел огнестойкости: открытое внешнее армирование в нём не учитывается, требуется конструктивная защита с подтверждающим документом.
• Продолжающиеся деформации: усиление откладывается до стабилизации по показаниям маяков и мониторинга.

Что берёт на себя МПКМ

Подбор и комплектование системы под принятую схему, предварительные расчёты потребности материалов, разработку проектной документации и рабочих чертежей усиления, поставку материалов, техническое сопровождение и шеф-монтаж на объекте.