Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАМЕНЫ КАМЕННОГО СТОЛБА ЗДАНИЯ

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано в системе действий по замене каменного столба при усилении, реконструкции и восстановлении здания, более конкретно для замены аварийной кладки каменного столба.

Известен способ замены каменного столба здания, в котором сначала устанавливают стойки временного крепления из дерева, стального проката и труб, затем разбирают старую кладку и заменяют ее на новую / Иванов Ю.В. Реконструкция зданий и сооружений: усиление, восстановление, ремонт / Уч. пособие. - М.: Издательство ABC, 2013. - 312 с., см. п. 4.5 Ремонт и восстановление кирпичных конструкций; с. 84-85/ [1].

К недостаткам известного способа относится то, что временные крепления одноразового использования представляют громоздкую конструкцию усиления, каменная кладка выполнена в прежних размерах, не экономична и не обеспечивает полную передачу нагрузки со старой существующей кладки на новую; применение древесины в качестве материала для временного крепления приводит к снижению класса конструктивной пожарной безопасности в процессе ремонта здания; не высоки жесткостные, прочностные и деформативные характеристики кладки восстановленного каменного столба здания; низка устойчивость столба каменной конструкции на ударные, динамические и сейсмические воздействия; высоки трудозатраты и расход стройматериалов на замену каменного столба здания.

Известен способ замены каменного столба здания, включающий установку деревянного каркаса усиления, который состоит из стержневых вертикальных и горизонтальных элементов, выполняемых из деревянных прогонов, которые устанавливают с двух сторон /см. Патент RU №2150557/ МПК - 7 E04G 23/00. Устройство усиления каменных конструкций / Ильин Н.А. заяв. СамГАСА 16.02.1998, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16/ [2].

К недостаткам известного способа относится то, что в известном способе применяют громоздкую и сложную конструкцию для ремонта каменного столба здания; не высоки жесткостные, прочностные и деформативные характеристики кладки каменного столба здания; низка устойчивость каменной конструкции на динамические нагрузки, сейсмические и взрывные воздействия; высоки трудозатраты и расход строительных материалов на замену каменного столба здания; применение древесины в качестве материала для усиления каменного столба приводит к снижению класса конструктивной пожарной безопасности здания.

Наиболее близким техническим решением к изобретению по совокупности признаков является способ замены каменного столба здания, включающий установку стойки временного крепления из прокатной стали и дерева для восприятия силовой нагрузки в процессе ремонта, разборку старой кладки и выполнение новой с применением сетчатого армирования /Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1984. - 36 с. (см. п. 2.31 - 2.38 : Замена простенков и столбов новой кладкой, с. 19÷21) / [3] - принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что эксплуатационная надежность восстановленной каменной конструкции здания низка; целостность совместной работы составных частей каменного столба здания не обеспечена; не надежно включение восстановленного каменного столба в работу несущих частей здания; не высоки жесткостные, прочностные и деформативные характеристики кладки восстановленного каменного столба здания; низка устойчивость каменной конструкции на динамические нагрузки, сейсмические и взрывные воздействия; высоки трудозатраты и расход стройматериалов на замену каменного столба; низки показатели производительности труда, экономичности, долговечности и конструктивной пожарной безопасности здания, оборудованного временными креплениями из дерева.

Сущность предлагаемого способа замены каменных столбов здания заключается в рациональном усилении и восстановлении несущих каменных конструкций здания, в повышении устойчивости каменных столбов на динамические нагрузки, сейсмические и взрывные воздействия, в сокращении расхода строительных материалов и снижении трудозатрат при восстановлении каменных столбов.

Технический результат - рациональное восстановление и усиление несущих конструкций зданий; обеспечение прочности и устойчивости каменных конструкций зданий на всех этапах производства восстановительных работ; повышение надежности каменных столбов в условиях ремонта и дальнейшей эксплуатации здания; обеспечение качества и проверки качества каменной кладки; повышение пространственной жесткости восстанавливаемых каменных столбов и здания в целом; повышение прочностных и деформативных характеристик кладки каменных столбов здания; повышение надежности включения восстановленного каменного столба в работу несущих конструкций здания; повышение устойчивости каменных столбов на динамические нагрузки, сейсмические и взрывные воздействия; увеличение показателей производительности труда, сокращение трудозатрат; ресурсоэнергосбережение.

Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого способа достигается тем, что в известном способе замены каменного столба здания, включающем установку стойки временного крепления для восприятия силовой нагрузки в процессе восстановления конструкции и выполнение армированной кладки, особенностью является то, что в начале проводят технический осмотр, геодезические измерения, поверочные расчеты поврежденного каменного столба и заменяющего его сжатого элемента здания; затем проектируют и изготавливают каменный столб здания, в который включают стойку временного крепления в виде несущего сердечника - порядовки и его армокаменную обкладку; до начала обкладки устраивают основание под опорную часть конструкции и на нем выполняют геодезическую разметку; отмечают точку расположения центра тяжести несущего сердечника-порядовки; устанавливают его в проектное положение, проводят центрирование по его продольной оси и выверку вертикальности; устанавливают основание опорной части по уровню, закрепляют несущий сердечник-порядовку снизу к опорной части, сверху - к грузовому узлу; несущий сердечник-порядовку выполняют из прокатного профиля и оборудуют его грузовым узлом сопряжения в верхней части и опорным стыком внизу; армокаменную обкладку несущего сердечника-порядовки выполняют в виде колодцевой кладки на строительном растворе с набетонкой из каменных материалов повышенной прочности с цепной перевязкой швов, устанавливая в них сварные и вязаные арматурные сетки; в грузовой узел сопряжения сочлененных конструкций зданий включают упорный башмак, грузовой винт, натяжную гайку и подкладную шайбу, упорный лист и торцовую пластину несущего сердечника-порядовки.

Опорный стык несущего сердечника-порядовки выполняют в виде анкер-болта, дюбель-болта и центрирующей прокладки-пластины.

В качестве арматурной сетки используют арматурную вязаную сетку С-1, которую нанизывают на несущий сердечник-порядовку и укладывают в горизонтальные швы с шагом 3÷4 ряда камней по высоте кладки, или С-образные вязаные сетки С-2, которые укладывают попарно в смежные горизонтальные швы с шагом 2÷3 ряда камней по высоте кладки, или сварную сетку С-3 поперечного армирования колодцевой кладки, которые нанизывают на несущий сердечник-порядовку и укладывают в горизонтальные швы с шагом 3÷4 ряда камней по высоте кладки; или замкнутые хомуты из стержней диаметром от 2,5 до 5 мм, с шагом крайних стержней от 60 до 120 мм и длиной контрольных концов сетки 2÷3 мм, которые при армировании колодцевой кладки укладывают перекрестно. Сварную сетку С-3 изготавливают с использованием точечной сварки.

Армированную обкладку несущего сердечника-порядовки толщиной кирпича, размером в плане кирпича выполняют из отборных целых кирпичей с цепной перевязкой швов, образовывая канал сечением 75×75 мм.

Армокаменную обкладку несущего сердечника-порядовку толщиной кирпича, размером в плане 1,0×0,85 кирпича выполняют из отборных целых кирпичей на ложок с четвертками и цепной перевязкой швов, образовывая канал сечением 85×85 мм.

Армокаменную обкладку несущего сердечника-порядовки толщиной кирпича, размером в плане кирпича выполняют из отборных целых кирпичей с цепной перевязкой швов, образовывая канал сечением 140×140 мм.

Армокаменную обкладку несущего сердечника-порядовки толщиной кирпича, размером в плане 2,0×2,0 кирпича выполняют из отборных целых кирпичей с цепной перевязкой швов, образовывая канал сечением 270×270 мм.

В набетонке используют строительный раствор марки М≥100, по верху кладки устанавливают косвенную арматуру в виде арматурных сеток с приведенным сечением 25÷50% от площади сечения несущего сердечника-порядовки.

После введения в работу на сжатие армокаменной обкладки несущего сердечника-порядовки низ упорного башмака и верх упорного листа соединяют металлическими соединительными планками или отрезками уголка.

Металлические элементы грузового узла подвергают огневой обработке горелками и покрывают слоем легкого огнезащитного раствора, толщину (δ_о, мм) которого определяют по степенному уравнению (1):

где δ_о - толщина огнезащитного слоя раствора для грузового винта, мм;

D_bm - показатель термодиффузии огнезащитного слоя, мм²/мин;

R_u - требуемый предел огнестойкости сжатого элемента конструкции здания, мин.

На фиг. 1 изображен продольный разрез каменного столба здания: 1 - балка здания; 2 - упорный башмак; 3 - грузовой узел; 4 - упорный лист; 5 - набетонка; 6 - соединительная планка; 7 - верхняя торцевая пластина; 8 - несущий сердечник-порядовка; 9 - колодцевая кладка; 10 - нижняя торцовая пластина; 11 - центрирующая прокладка-пластина; 12 - глухой анкер; 13 - опорная часть каменного столба.

На фиг. 2 изображена порядовая раскладка кирпича при цепной перевязке швов колодцевой кладки размером кирпича (поперечное сечение каменного столба 380×380 мм; канала - 140×140 мм): 8 - несущий сердечник-порядовка; 9 - колодцевая кладка.

На фиг. 3 изображена порядовая раскладка кирпича при цепной перевязке швов колодцевой кладки размером 2×2 кирпича (поперечное сечение каменного столба 510×510 мм; канала - 270×270 мм); 8 - несущий сердечник-порядовка; 9 - колодцевая кладка; 14 - забутка; δ - толщина растворного шва; l × b - длина × ширина.

На фиг. 4 изображена порядовая раскладка кирпича на ложок при цепной перевязке швов колодцевой кладки из целых кирпичей с четвертками размером 1,0×0,85 кирпича (поперечное сечение каменного столба 215×250 мм; канала - 85×85 мм): 8 - несущий сердечник-порядовка; 9 - колодцевая кладка; 14 - забутка; δ - толщина растворного шва; h × высота кирпича.

На фиг. 5 изображено армирование каменной колодцевой кладки крепежной сеткой С-1: 9 - колодцевая кладка; 14 - забутка.

На фиг. 6 изображено армирование каменной колодцевой кладки парными зигзаг-сетками С-2: 9 - колодцевая кладка.

На фиг. 7 изображено армирование каменной колодцевой кладки сварной сеткой С-3, исполнение первое (при размерах сечения канала 75×75 мм и менее) с использованием точечной сварки: 9 - колодцевая кладка; 15 - замкнутый хомут; 16 - точечная сварка; 17 - скрутка.

На фиг. 8 изображено армирование каменной колодцевой кладки сварной сеткой С-3, исполнение второе (при размерах сечения канала 140×140 мм и более) с использованием точечной сварки: 9 - колодцевая кладка; 14 - забутка; 15 - замкнутый хомут; 16 - точечная сварка; 17 - скрутка, вязка: b_x и h_x - соответственно ширина и высота замкнутого хомута; d_x - диаметр стержня хомута.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата.

Пример конкретного выполнения.

Устройство для замены каменного столба здания выполнено в виде комплексной конструкции, содержащей несущий сердечник - порядовку - 8 с глухим анкером - 12 снизу и колодцевую кладку - 9; несущий сердечник - порядовка - 8 содержит грузовой узел - 3 сопряжения; колодцевая кладка - 9 несущего сердечника - порядовки - 8 представляет собой каменную обкладку с цепной перевязкой швов с арматурными сетками. При проведении колодцевой кладки - 9 несущий сердечник каменного столба использован в качестве порядовки для контроля требуемой толщины швов и горизонтальности кладки.

Введение в работу стального несущего сердечника-порядовки - 8, выполненного из трубы или гнутого стального профиля, производят следующим образом: изготавливают в мастерских несущий сердечник-порядовку - 8, оборудуя его верхней торцевой пластиной - 7 и нижней торцевой пластиной - 10, упорный башмак - 2, грузовой узел - 3 и упорный лист - 4; для равномерно распределенной нагрузки от балки здания - 1 на торец каменного столба наносят риски на несущий сердечник-порядовку - 8 с заданным шагом (риски наносят для размещения рядов кладки, контроля горизонтальности кладки и толщины растворного шва); устанавливают на центрирующую прокладку-пластину - 11 несущий сердечник-порядовку - 8 с проверкой вертикальности маятниковым отвесом; грузовым винтом грузового узла 3 нагружают несущий сердечник-порядовку - 8; изготавливают арматурные сетки С-3 (с помощью точеной сварки - 16 и замкнутые хомуты -15); с помощью скрутки 17 из проволочной арматуры ∅3-5 мм класса В500; отбирают цельные камни и раскладывают их по рядам с использованием раствора с цепной перевязкой швов; через 2÷3 ряда укладывают крепежную сетку и зигзаг-сетку; на верхний ряд кладки укладывают набетонку - 5 (слой раствора) толщиной 30÷40 мм с крепежной сеткой; затем натяжной гайкой через упорный лист - 4 обжимают сверху колодцевую кладку - 9, вводя ее в совместную работу с комплексной конструкцией здания, затем прикрепляют сваркой соединительные планки - 6 между упорным башмаком - 2 и упорным листом - 4 с последующей их огнезащитой. Глухой анкер - 12 расположен в центре поперечного сечения несущего сердечника-порядовки - 8 для фиксации точного расположения центра тяжести опоры каменного столба в осях здания.

Применение предложенного способа позволит обеспечить:

- надежность работы каменного столба здания в процессе его восстановления и дальнейшей эксплуатации за счет повышения безотказности, долговечности, огнестойкости и сохранности его эксплуатационных показателей в заданных пределах;

- целостность совместной работы составных частей каменного столба здания за счет продольного и поперечного армирования колодцевой кладки, предварительного обжатия кладки и жесткого соединения несущего сердечника-порядовки со смежными конструкциями здания;

- повышение жесткостных, прочностных и деформативных характеристик кладки каменного столба здания за счет применения отборных камней и раствора повышенной прочности (М≥100), а также за счет применения цепной (однорядной) системы перевязки швов кладки, прочность ее возрастает на 4÷14% по сравнению к многорядной системой;

- повышение устойчивости каменного столба здания на ударные, динамические и сейсмические воздействия за счет обжатия каменной кладки, а также продольного и поперечного армирования каменного столба здания; от преднапряжения и обжатия, сопротивление кладки динамическому воздействию повышается более чем в 2 раза;

- повышение жесткости и устойчивости каменного столба здания на ударные и динамические воздействия за счет включения в работу каменного столба несущего сердечника-порядовки;

- сокращение трудозатрат и расхода строительных материалов в 2÷2,5 раза на замену каменного столба здания за счет уменьшения площади рабочего сечения каменного столба;

- увеличение показателей производительности труда каменщика и ресурсоэнергосбережения при восстановлении сжатого элемента, за счет средней выработки кирпича (шт./смен) производительность труда при цепной системе перевязки швов в 5÷8 раз выше, чем при многорядной системе перевязки.

Предложенный способ замены каменного столба здания использован при реконструкции хозяйственных построек усадьбы Симаковых, с. Екатериновка, Самарской области (2014-2015 гг.)

После технического осмотра одноэтажного складского здания пониженного уровня ответственности в начале под деревянные балки здания - 1 были подведены временные крепления в виде деревянных брусов высотой 2,5 м, затем была разобрана поврежденная старая кладка каменной конструкции здания (столб размером кирпича, сечением 380×380 мм) и установлен по проекту несущий сердечник-порядовка с проверкой вертикальности по маятниковому отвесу; на несущий сердечник-порядовку - 8 сечением 65×65 мм через каждые 130 мм были нанесены деления (засечки), в размер 130 мм входит высота кирпича на ложок (120 мм) и толщина растворного шва (10 мм); размер поперечного сечения нового каменного столба 250×215 мм (1,0×0,85 кирпича).

Порядовая раскладка кирпича на ложок (на ребро) при цепной перевязке швов колодцевой кладки выполнена из целых кирпичей с четвертками размером 1,0×0,85 кирпича.

Способ замены каменного столба здания включает установку по месту деревянного несущего сердечника-порядовки - 8 размером сечения 65×65 мм, возведение колодцевой кладки - 9 из целых кирпичей и четверков, укладку крепежных сеток С-1 и зигзаг-сеток С-2 в горизонтальные растворные швы толщиной 10 мм. Камни кладки предусматривают марки М400, швы кладки полностью заполняют раствором M100, вяжущее - портландцемент M100; зигзаг-сетки С-2 укладывают в двух смежных ложковых рядах через 3 ряда по высоте кладки; крепежную сетку С-1 укладывают с шагом 4 ряда; прутки сеток - проволока арматурная ∅ 3 мм, расстояние между прутками 30÷40 мм, концы прутка выступают на 2÷3 мм за одну из поверхностей каменного столба.

Следовательно, изобретение промышленно применимо и может быть использовано в строительстве.

Источники информации

1. Иванов Ю.В. Реконструкция зданий и сооружений: усиление, восстановление, ремонт / Уч. пособие. - М.: Издательство ABC, 2013. - 312 с. (см. п. 4.5 Ремонт и восстановление кирпичных конструкций; с. 84-85).

2. Патент RU №2150557 МПК - 7 E04G 23/00 Устройство усиления каменных конструкций / Ильин Н.А., заяв. СамГАСА 16.02.1998, опубл. 10.06.2000, Бюл. №16.

3. Рекомендации по усилению каменных конструкций зданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1984. - 36 с; (см. п. 2.31-2.38: Замена простенков и столбов новой кладкой, с. 19÷21).