КАМЕННОЙ КЛАДКИ

Изобретение относится к строительным материалам, в частности, к арматуре для горизонтального армирования каменной кладки из таких материалов, как, например, кирпич, блоки из тяжелого или легкого бетона, а также из природного камня, и может быть применено при возведении зданий различного назначения, в том числе в сейсмоопасных районах.

Известна арматура, укладываемая в горизонтальные растворные швы каменной кладки, не реже, чем через 400 мм по высоте кладки [1]. Такая арматура представляет собой перекрестную сетку с прямоугольными ячейками из стержней 0 3...4 мм, или сетку типа «зигзаг» из стержней > 0 6 мм. В обоих случаях стержни сетки сварены внахлест.

Кладочная арматура предназначена для предотвращения возникновения вертикальных трещин в кладке под воздействием изгибающе-растягивающих нагрузок, возникающих при экстренном нагружении кладки, в том числе при сейсмических воздействиях на здание.

Однако известная арматура, упрочняя кладку, одновременно резко ухудшает теплоограждающие свойства стены. Это вызвано большим количеством стержней, расположенных перпендикулярно толщине стены, теплопроводность которых более чем в 400 раз превышает коэффициент теплопроводности материала самой стены. Так, коэффициент теплопроводности конструкционной стали λ = 58 Вт/(м-°С), а конструкционно-теплоизоляционн� �го ячеистого бетона, широко применяемого для возведения ограждающих конструкций зданий, плотностью 600 кг/м ³ - 0,14 Вт/(м-°С) [2].

Общая толщина перекрестных сеток, выполняемых из стержней 0 3...4 мм, составляет 5...7 мм, что вызывает утолщение растворного шва до 10...15 мм. Коэффициент теплопроводности кладочного раствора, в свою очередь, примерно вчетверо более высок, чем у ячеистого бетона [2]. Следовательно, ухудшение тепловой однородности стен, вызываемое наличием арматуры, усугубляется утолщением каждого растворного слоя, в котором размещена арматура. Совместное влияние обоих этих факторов вызывают необходимость дополнительной теплоизоляции стен, а, следовательно, приводят к удлинению сроков строительства и к его удорожанию.

В условиях восприятия стеной здания изгибающе-растягивающих нагрузок продольные стержни арматурной сетки, расположенные вблизи одной из поверхностей стены, работают на растяжение, а расположенные вблизи другой поверхности - на сжатие. Продольные стержни сетки, расположенные в центральной части стены, нагрузок практически не воспринимают.

Стержни, расположенные перпендикулярно толщине стены, служат только для восприятия кладочным раствором срезающих нагрузок, причем сами стержни нагрузок практически не воспринимают, работают на срез только сварные швы.

У стандартной сетки типа «зигзаг» описанные недостатки выражены существенно ярче. Поэтому она почти не применяется. Однако не прекращаются попытки уменьшить материалоемкость арматурных сеток такого типа с одновременным увеличением их упрочняющих свойств, улучшить их технологические и эксплуатационные параметры [3...12].

Наиболее близким к заявляемому из известных является техническое решение [13].

Однако в указанном прототипе сохранены недостатки, присущие всем известным решениям - существенное ухудшение теплоизолирующей способности стены, а также наличие арматуры в центральной части стены, не увеличивающее прочность кладки и приводящее к неоправданному расходу металла.

Задача заявляемого изобретения состоит в снижении массы и, соответственно, стоимости арматуры без снижения ее упрочняющих кладку свойств, а также в предотвращении ухудшения теплоизолирующих свойств стены.

Поставленная задача решается тем, что арматура для горизонтального армирования каменной кладки в каждом ярусе выполнена в виде двух раздельных сетчатых полос. Каждая из этих полос содержит соединенные между собой прямой и изогнутый стержни одинакового сечения, расположенные в одной плоскости. Ячейка, образованная между прямым и изогнутым стержнями, может иметь произвольную форму, например, прямоугольную или сегментовидную. В каждом ярусе кладки сетки размещены попарно, прямыми стержнями наружу, причем расстояние от прямого стержня до соответствующего края стены составляет 20...40 мм.

Если расстояние меньше 20 мм, при сейсмическом воздействии арматура может вывалить раствор наружу и стенка разрушится. Если оно больше 40 мм - снизится эффективность работы арматуры из-за ее приближения к неработающей центральной зоне.

Стержни сетки могут быть выполнены сплющенными с соотношением толщины стержня к его ширине в пределах 1 :2 ...1 :4, причем их горизонтальная поверхность может быть выполнена офактуренной для улучшения сцепления с раствором.

Стержни могут быть соединены контактной сваркой, причем сварной шов выполнен не точечным, а по всей длине каждого участка контакта прямого и изогнутого стержней.

Технический результат заключается в снижении массы арматуры, предотвращении ухудшения теплоизолирующих свойств стены, и, соответственно, в повышении экономической эффективности строительства.

Изобретение поясняется чертежами на фиг. 1 - 3, которые представляют:

- фиг. 1, готовая арматура;

- фиг. 2, сечение стержней арматуры после плющения;

- фиг. 3, размещение арматуры в стене, вид сверху.

Арматура для горизонтального армирования каменной кладки, представленная на фиг. 1...3, выполнена в виде двух раздельных полос сетки, каждая из которых содержит соединенные между собой прямой 1 и изогнутый 2, например, в виде прямоугольного или кругового меандра, стержни одинакового сечения, расположенные в одной плоскости. Стержни 1, 2 сетки могут быть выполнены расплющенными с соотношением толщины стержня к его ширине в пределах 1:2 ...1 :4. Плющение арматуры за счет холодного упрочнения металла позволяет увеличить сопротивление изгибающе-растягивающим нагрузкам в плоскости арматуры.

Для улучшения сцепления с кладочным раствором сваренная таким образом арматура может быть при плющении офактурена путем создания на ее горизонтальных поверхностях выступов произвольной формы, например, в виде прямого или сетчатого рифления.

Высота созданных выступов может составлять 0,1...0,3 от толщины стержня.

В случае возможных высоких нагрузок, например, в сейсмоопасных регионах, прямой стержень арматурной сетки может быть выполнен из заготовки большего диаметра, чем изогнутый. При этом диаметры заготовок стержней выбирают такими, чтобы соотношение ширины их сечений после плющения находилось в диапазоне 3 : 1...1 ,2...1.

В каждом ярусе кладки такие полосы размещены попарно, прямыми стержнями 2 наружу стены 3, причем расстояние от прямого стержня 1 до соответствующего края стены 3 составляет 20...40 мм.

Выполненная согласно изобретению и расположенная указанным образом арматура хорошо связана со стеной и в оптимальной степени воспринимает возникающие в процессе эксплуатации здания изгибающе- растягивающие нагрузки на стену, не ухудшая при этом теплоизолирующих свойств стены.

Ориентировочный расчет сечения стержней сетки

Наиболее серьезные нагрузки на арматуру кладки стен создают сейсмические воздействия. Самым нагруженным в этом случае является прямой стержень той из двух сеток одного яруса, которая испытывает растягивающие напряжения.

Рассчитаем нагрузку на элемент ограждающей стены, например, шестого этажа каркасного здания в условиях семибалльной сейсмичестой нагрузки.

Согласно [14, п.2.5], расчетная сейсмическая нагрузка S , в выбранном направлении, приложенная к точке к и соответствующая i-му тону собственных колебаний здания, определяется по формуле

Sik = Kf K^ ^' Soiia где

Ki - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения зданий, равный в нашем случае 0,25 ([14, табл.3, п. 2];

2 - коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий, равный в нашем случае 1,0 (([14, табл.4, п. 1];

Soi _k - значение сейсмической нагрузки для i-ro тона собственных колебаний здания, определяемое в предположении упругого деформирования конструкций по формуле

Q _k - масса элемента здания в точке к.

При выполнении стены из ячеистого бетона плотностью 400 кг/м и приведенном тепловом сопротивлении стены RQ = 2,575 -м · С/Вт толщина стены составляет 400 мм. При расстоянии между ярусами арматуры 400 мм и длине блока 600 мм объем элемента составит 4-4-6 = 96 дм ³ , а масса - 96-0,4 = 58,4 кг;

А - коэффициент, при расчетной сейсмичности 7 баллов равный 0,1 [14, п. 2,5];

β _ϊ - коэффициент динамичности, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания, принимаемый для грунтов II категории не более, чем 2,7 [14, п. 2,6];

Κ _ψ - коэффициент, для 7-балльной сейсмонагрузки равный 7 [14, п. 2, табл.6];

rj _jk - коэффициент, зависящий от формы деформации здания, принимаемый для заданных условий как 2,0.

Таким образом, расчетная сейсмическая нагрузка на заданный элемент стены составит 0,25 - 1 -58,4-0,1 -2,7-7-2 = 78,84 кг.

Эта нагрузка, направленная перпендикулярно стене, воспринимается как растягивающая стержнем с сечением 1,5 -4,0 мм. В случае нагрузки, направленной перпендикулярно длине стержня, в нем возникают изгибающе-растягивающик напряжения, воспринимаемые сечением 4-600 = 2400 мм ² . При изготовлении арматуры из Ст. 3 ГОСТ 380, для которой σ _χ (предел текучести, то есть нагрузка, при которой упругая деформация переходит в пластическую, когда стержень начинает удлиняться) =22 кг/мм ² , сопротивление растяжению такого стержня составит 22-2400 = 52800 кг, что в 660 раз больше расчетной нагрузки.

Учитывая, что в расчете не учитывалось ни сопротивления изогнутого стержня той же сетки, ни самой стены, ни второй сетки, работающей на сжатие, представляется вполне оправданным для применения в заданных условиях изготовление заявляемой арматуры из проволоки 03.

Пример конкретного выполнения арматуры

Стальную проволоку рихтуют и режут на стержни двух размеров, после чего более длинные из них подвергают гибке. Возможно также непрерывная гибка стержня с последующей отрезкой гнутой заготовки нужной длины.

Прямые и изогнутые заготовки плотно прижимают друг к другу по длине и в линиях касания соединяют между собой известными методами, например контактной сваркой, образуя плоскую арматурную сетку, которую после сварки подвергают плющению с одновременным офактуриванием, например, пропуская через вальцы с офактуренными валками.

В случае необходимости арматуру подвергают алюминированию или цинкованию.

Арматуру в каждом ярусе кладки размещают попарно, прямым стержнем наружу стены. Расстояние от прямого стержня каждой из сеток до соответствующей поверхности стены должно быть не менее 20 мм и не более 40 мм.

Расположенная таким образом арматура хорошо связана со стеной и в оптимальной степени воспринимает возникающие в процессе эксплуатации здания изгибающе-растягивающие нагрузки на стену.

Предлагаемая арматура обеспечивает повышенную нагружаемость и виброустойчивость стены. При этом заявляемая арматура имеет массу значительно меньшую, чем арматура из перекрестных сеток или сеток типа «зигзаг».

Поскольку попарно размещенные арматурные сетки каждого яруса не соединены друг с другом, исключается образование «мостиков холода», что предотвращает ухудшение теплоизоляционных свойств стены.

Низкая толщина арматурной сетки позволяет предотвратить утолщение слоя раствора, что повышает тепловую однородность стены и исключает необходимость устройства дополнительного утепления.

Расположение стержней в одной плоскости, а не внахлест, кроме того, позволяет повысить сопротивление арматуры воспринимаемым нагрузкам, поскольку сварные швы при этом являются не точечными, а линейными.

Таким образом, предлагаемая арматура, полностью соответствуя требованиям существующей нормативной документации, обладает новизной и высокой экономической эффективностью. Источники информации:

1. NCM F.03.02-99. Строительные нормы. Каменные конструкции.

Конструирование и расчет каменных конструкций, п. 5.2.2.23

2. CP Е.04.05-2006 Proiectarea protectiei termice a cladirilor, anexa D

3. United States Patent 3,348,354 Masonry reinforcement

4. United States Patent 8,448,404 Bond beam rebar positioner

5. United States Patent 4,667,452 Reinforcing unit including steel mats connected by connector bars

6. United States Patent 8,733,055 Masonry with steel reinforcement strip having spacers

7. United States Patent 8,051,619 Reinforcing spacer device

8. Патент Российской Федерации 2133806 Арматурная полоса и способ ее непрерывного производства

9. United States Patent 8,590,246 Masonry spacer

10. United States Patent 6,421,977 Reinforcement stirrup for use in masonry, as well as masonry thus formed

11. Патент Российской Федерации на полезную модель 47406 Арматурный каркас

12. Great Britain Patent 2443484 Masonry bed reinforcement

13. Great Britain Patent 1403181 Making reinforcing members for cavity walls

14. СниП II-7-81 «Строительство в сейсмических районах. Нормы проектирования»