УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМЕНЫ КАМЕННОГО СТОЛБА ЗДАНИЯ
DEVICE FOR REPLACEMENT OF STONE COLUMN OF BUILDING

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при ремонте, усилении и реконструкции зданий, более конкретно для замены каменного столба в аварийном случае.
Известно устройство для замены каменного столба здания, включающее конструкцию временного крепления из дерева, стального проката и труб / 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 устройства 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 динамические нагрузки, сейсмические и взрывные воздействия; высоки трудозатраты и расход стройматериалов на замену каменного столба здания.
7
Известно устройство для замены каменного столба здания, включающее деревянный каркас усиления, состоящий из стержневых вертикальных и горизонтальных элементов, выполненных из деревянных прогонов, которые установлены с двух сторон (см. Патент RU №2150557, МПК 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 устройства относится то, что в известном устройстве применена громоздкая и сложная конструкция для ремонта каменного столба 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 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 устройство для замены каменного столба здания, включающее временные крепления из прокатной стали и дерева для восприятия силовой нагрузки в процессе ремонта. После демонтажа старой кладки выполняют новую 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 устройства, 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 изобретения заключается в повышении ресурсоэнергосбережения, надежности и безопасности каменного столба здания в процессе его восстановления и дальнейшей эксплуатации.
Технический результат - повышение надежности каменного столба здания в процессе его восстановления и дальнейшей эксплуатации; обеспечение целостности совместной работы составных частей каменного столба здания; повышение надежности включения восстановленного каменного столба в работу несущей частей здания; повышение жесткостных, прочностных и деформативных характеристик кладки каменного столба здания; повышение устойчивости каменного столба здания на динамические нагрузки, сейсмические и взрывные воздействия; сокращение трудозатрат и расхода строительных материалов на замену каменного столба здания; увеличение показателей производительности труда, ресурсо-, энергосбережения, долговечности и конструктивной пожарной безопасности каменного столба здания.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для замены каменного столба здания, содержащем стойку временного крепления для восприятия силовой нагрузки в процессе восстановления, особенностью является то, что стойка временного крепления выполнена в виде несущего сердечника-порядовки с армокаменной обкладкой и дополнительно содержит грузовой узел сопряжения вверху и опорный стык внизу; грузовой узел сопряжения включает в себя упорный башмак, грузовой винт, натяжную гайку и подкладную шайбу, упорный лист и соединенную сварным швом торцовую пластину, оборудованную отверстием с упорной резьбой на верхнем торце несущего сердечника-порядовки; опорный стык несущего сердечника-порядовки содержит глухой анкер-болт, дюбель-болт и центрирующую прокладку-пластину; армокаменная обкладка несущего сердечника-порядовки представляет собой колодцевую кладку, выполненную из каменных материалов повышенной прочности, на строительном растворе с набетонкой, с однорядной цепной перевязкой швов, снабженных арматурными сетками.
Несущий сердечник-порядовка выполнен из прокатного профиля - стальной электросварной трубы. Несущий сердечник-порядовка выполнен из стального прокатного профиля - широкополочного двутавра. Несущий сердечник - порядовка выполнен из гнутого прямоугольного сварного замкнутого профиля. Несущий сердечник-порядовка выполнен из составных прокатных профилей - уголков и швеллеров. Несущий сердечник-порядовка выполнен в виде деревянного бруса.
Поперечное армирование колодцевой кладки выполнено в виде крепежной вязаной сетки С-1, нанизанной на несущий сердечник-порядовку. Поперечное армирование колодцевой кладки выполнено в виде С-образной вязаной зигзаг-сетки С-2. Поперечное армирование колодцевой кладки выполнено с использованием точечной сварки в виде сварной сетки С-3, нанизанной на несущий сердечник-порядовку.
Колодцевая кладка каменного столба здания толщиной в  кирпича, размером в плане  кирпича выполнена из отборных целых кирпичей размерами сечения канала 75×75 мм.
Колодцевая кладка каменного столба здания толщиной в  кирпича, размером в плане  кирпича выполнена из отборных целых кирпичей размерами сечения канала 140×140 мм.
Колодцевая кладка каменного столба здания толщиной в  кирпича, размером в плане 2×2 кирпича выполнена из отборных целых кирпичей размерами сечения канала 270×270 мм.
Колодцевая кладка каменного столба толщиной в  кирпича, размером в плане 1,0×0,85 кирпича выполнена из отборных целых кирпичей на ложок с четвертками размерами сечения канала 85×85 мм.
Диаметр грузового винта и их количество определены расчетом на прочность и устойчивость в зависимости от величины усилия предварительного нагружения на несущий сердечник-порядовку.
После введения в работу на сжатие армокаменной колодцевой кладки несущего сердечника-порядовки низ упорного башмака и верх упорного листа соединены металлическими соединительными планками или отрезками уголка.
Высота сварного шва, соединяющего упорный лист и соединительную пластину грузового узла, принята по расчету на срез и изгиб, но не менее 6 мм.
В набетонке - слое строительного раствора марки М≥100, по верху колодцевой кладки установлена косвенная арматура в виде крепежных вязаных и сварных сеток с приведенным сечением 25÷50% от площади сечения несущего сердечника-порядовки.
Металлические элементы грузового узла подвержены огневой обработке горелками и покрыты слоем легкого бетона, толщина которого принята в зависимости от требуемого предела огнестойкости каменного столба по признаку потери несущей способности грузового винта в условиях пожара.
На фиг. 1 изображен продольный разрез каменного столба здания: 1 - балка здания; 2 - упорный башмак; 3 - грузовой узел; 4 - упорный лист; 5 - набетонка (слой раствора); 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 × h - длина × ширина × высота кирпича.
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; δ - толщина растворного шва; 14 - забутка: l × b × h - длина × ширина × высота кирпича.
На фиг. 5 изображено армирование колодцевой каменной кладки крепежной сеткой С-1 : 9 - колодцевая кладка; 14 - забутка.
На фиг. 6 изображено армирование колодцевой каменной кладки парными зигзаг-сетками С-2 : 9 - колодцевая кладка.
На фиг. 7 изображено армирование колодцевой каменной 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.
x
x
x
На фиг. 8 изображено армирование колодцевой каменной 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: b и h - соответственно ширина и высота замкнутого хомута; d - диаметр стержня хомута.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением указанного выше технического результата.
Пример конкретного выполнения. Устройство для замены каменного столба здания под балку здания - 1 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 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 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 точечной 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; в колодцевую кладку укладывают забутку - 14; 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 опорной части каменного столба - 13 в осях здания.
Применение предложенного устройства 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 (не ниже 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 динамические нагрузки, сейсмические и взрывные 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 каменного столба за счет средней выработки кирпича (шт/смен), производительность труда при цепной системе перевязки швов в 5÷8 раз выше, чем при многорядной системе перевязки.
Предложенное устройство для замены каменного столба здания использовано 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 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 отводу; на сердечник-порядовку сечением 65×65 мм через каждые 130 мм 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 приведена из целых кирпичей с четвертками размером b×h=1,0×0,85 кирпича.
Устройство для замены каменного столба здания содержит несущий деревянный сердечник-порядовку - 8 размером сечения 65×65 мм, колодцевую кладку - 9 из целых кирпичей и четверков, крепежных сеток и зигзаг-сеток, уложенных в горизонтальные растворные швы толщиной 10 мм; камни кладки приняты марки M100, швы кладки полностью заполнены раствором M100, вяжущее - портланд-цемент M100; зигзаг-сетки уложены в двух смежных ложковых рядах через 3 ряда по высоте кладки; крепежная сетка уложена 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 является промышленно применимым и может быть использовано в строительном производстве.
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.
7
2. Патент RU №2150557 МПК 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).