Напряженное состояние в кладке возникает не только от сжимающих, а и от горизонтальных, изгибающих, вибрационных и других нагрузок. Способность кладки сохранять свое положение при действии этих нагрузок называют устойчивостью. Предельные величины ее предусмотрены "Строительными нормами и правилами". Под воздействием внешних нагрузок в кладке создается напряженное состояние, которое распространяется по схеме, показанной на рис.10.
Рис.10. Схема распространения напряжений в кладке
1 - кладка, воспринимающая нагрузку;
2 - опорная подушка;
З - ригель.
Способность кладки сохранять свое положение при действии горизонтальных (например, ветровых) нагрузок называют устойчивостью. Это свойство ограничивает высоту кладки в зависимости от ее толщины и величины ветровых нагрузок. Например, стенка толщиной 250 мм при ветровой нагрузке более 400 Па не должна быть выше 2,25 м.
Если постепенно увеличивать нагрузку на кладку до величины, превышающей предел прочности ее, то сначала в отдельных кирпичах появятся вертикальные трещины (рис.11, а) преимущественно под вертикальными швами, там, где концентрируются напряжения растяжения и изгиба. При росте нагрузки трещины увеличатся, разделяя кладку на столбики (рис.11, б). Окончательное разрушение кладки происходит из-за выпучивания этих столбиков в результате потери ими устойчивости (рис.11, в). Напряженное состояние при осевом сжатии кладок из других каменных материалов аналогично напряженному состоянию кирпичной кладки.
Рис.11. Стадии разрушения кладки под нагрузкой
а - трещины в кирпичах;
б - разделение кладки на столбики;
в - выпучивание и разрушение кладки.
Внешние нагрузки, действующие на кладку, создают в ней напряженное состояние (рис.11). При нормальной эксплуатации (первая стадия) внутренние напряжения не вызывают видимых повреждений кладки. При увеличении нагрузки (вторая стадия) в отдельных кирпичах появляются трещины. Продолжающийся рост нагрузки приводит к развитию вертикальных трещин (третья стадия), однако кладка еще способна воспринимать действующие на нее внешние силы. Дальнейшее нарастание нагрузки расслаивает кладку на тонкие столбики (четвертая стадия). Кладка разрушается из-за выпучивания столбиков, т.е. из-за потери устойчивости конструкции, расчлененной вертикальными трещинами.
Рис.11. Стадии работы кладки при возрастании внешней нагрузки
а - первая; б - вторая; в - третья; г - четвертая; 1 - силы внутреннего напряжения; 2 - появление трещин; 3 - развитие вертикальных трещин: 4 - расслоение кладки
Как видно из графика (рис.12), прочность кладки мало зависит от системы перевязки швов.
Рис.12. График, иллюстрирующий прочность кладки
а - однорядной; б - многорядной; в - трехрядной
Толщина швов. С увеличением толщины швов уменьшается прочность кладки. Это обусловлено тем, что прочность раствора всегда меньше прочности кладочного материала. Однако и уменьшение толщины швов не повышает прочности кладки, так как уложенные кирпичи неровностями граней касаются друг друга и в этих местах вместо сжатия работают на изгиб, что снижает прочность кладки. Чтобы все кирпичи, уложенные в конструкции, работали на сжатие, нормируют толщину горизонтальных и вертикальных швов: толщина горизонтальных швов 10...15 мм, вертикальных - 8...15.
Влияние свойств раствора на прочность кладки. Чем ниже марка раствора в кладке, тем легче он сжимается и, следовательно, тем больше общие деформации кладки, а в каждом кирпиче - напряжения изгиба и среза. Поэтому, чтобы получить более прочную кладку, применяют соответственно раствор более высокой марки.
Однако повышение прочности раствора незначительно увеличивает прочность кладки. Гораздо большее значение имеет пластичность раствора. Пластичные растворы лучше расстилаются по постели кирпича, обеспечивая равномерную толщину и плотность шва. Это повышает прочность кладки за счет уменьшения напряжения изгиба и среза в отдельных кирпичах.
Влияние размеров и формы каменных материалов на прочность кладки. С увеличением высоты камня уменьшается количество горизонтальных швов в кладке и увеличивается пропорционально квадрату высоты камня сопротивление его изгибу. В связи с этим при одинаковой прочности камней более прочной оказывается кладка, выполненная из камней большей высоты.
При правильной форме камней швы в кладке заполняются раствором равномернее, чем при неправильной, лучше передается нагрузка от камня к камню, лучше перевязывается кладка и прочность ее более высока. На снижение прочности бутовой кладки, например, влияет главным образом то, что неправильная форма камней обеспечивает их соприкосновение лишь через от дельные участки, не создает хорошей перевязки кладки, значительную часть которой приходится заполнять раствором.
Влияние качества швов кладки на ее прочность. Хорошее заполнение горизонтальных и вертикальных швов раствором, равно мерное уплотнение и одинаковая толщина швов, правильная перевязка обеспечивают высокую прочность кладки. Низкое качество кладки, применение растворов, не соответствующих требованиям проекта, могут привести к разрушению кладки.
Чем толще шов, тем труднее достигнуть равномерной его плотности и тем в большей степени кирпич работает в кладке на изгиб и срез. При толстых швах увеличивается деформация и снижается прочность кладки. Поэтому для каждого вида кладки установлена определенная толщина швов, увеличение которой снижает прочность конструкций. Насколько качество кладки характеризуется равномерностью заполнения раствором и уплотнения горизонтальных швов, можно видеть на примере одного из испытаний. Одновременно из одного и того же кирпича и раствора выполняли кладку высококвалифицированные каменщики и каменщики низкой квалификации. Предел прочности кладки, выполненной высококвалифицированными каменщиками, оказался 5 МПа, каменщиками низкой квалификации - 2,8 МПа, т. е. в 1,8 раза меньше.
Плотность кладки обусловливает такие качества каменных конструкций, как высокая огнестойкость, большая по сравнению с другими материалами химическая стойкость, сопротивляемость атмосферным воздействиям и, как следствие этого, большая долговечность. В то же время большая плотность увеличивает теплопроводность кладки, поэтому нередко наружные кирпичные стены зданий приходится делать намного толще, чем это требуется по условиям прочности и устойчивости.
При уменьшении плотности каменных материалов с 1800 (кладка из керамического кирпича) до 800 (камни из ячеистого бетона) толщина стен и потребность в материалах уменьшаются на 55 %, а масса стен - на 80 %. Это значит, что для кладки выгодно применять материалы более низкой плотности (пустотелые, пористые), обладающие хорошими теплотехническими свойствами.
На теплотехнические свойства каменных конструкций влияет также качество кладки: стены с плохо заполненными раствором швами легко продуваются и промерзают зимой.
ПРОЦЕСС КЛАДКИ. ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Процесс кладки. Процесс кладки состоит из рабочих операций, выполняемых в такой последовательности: установка порядовок; натягивание причалок для обеспечения правильности укладки кирпичей и рядов; подача и раскладка кирпичей на стене; перелопачивание раствора в ящике; подача раствора на стену и расстилание его под наружную версту; укладка наружной версты; расстилание раствора под внутреннюю версту; укладка внутренней версты; расстилание раствора под забутку; укладка забутки; проверка правильности выложенного ряда кладки. Последовательность укладки верст может быть другой и зависит от системы перевязки и метода организации труда. Кроме этих операций каменщикам приходится рубить кирпич, а также расшивать швы.
Инструменты и приспособления. Каждую рабочую операцию в процессе кладки выполняют определенными инструментами. Основные из них кельма, растворная лопата, расшивка, молоток-кирочка.
Кельма (рис.2, а) -отшлифованная с обеих сторон стальная лопатка с деревянной ручкой - предназначена для разравнивания раствора по кладке, заполнения раствором вертикальных швов и подрезки в швах лишнего раствора.
Рис.2. Инструменты для кирпичной кладки
а - кельма;
б - растворная лопата;
в - расшивка для выпуклых и вогнутых швов;
г - молоток-кирочка;
д - швабровка.
Растворная лопатка (рис.2, б) служит для подачи и расстилания раствора на стене, перемешивания его в ящике.
Расшивками (рис.2, в) обрабатывают швы, т. е. придают им определенную форму. Профиль поперечного сечения и размеры расшивок подбирают в соответствии с заданной формой и толщиной швов.
Молоток-кирочку (рис.2, г) каменщик использует при рубке целого кирпича на неполномерные и при теске кирпича.
Швабровка (рис.2, д) предназначена для очистки вентиляционных и дымовых каналов от выступившего из швов раствора, а также для более полного заполнения раствором и заглаживания швов в каналах. На стальной ручке швабровки внизу закреплена между фланцами резиновая пластина размером 140 Х 140 Х 10(12) мм, которая является рабочим органом.
Качество кладки проверяют контрольно-измерительными инструментами (рис.3): отвесом, уровнем, правилом, угольником, шнуром-причалкой.
Рис.3. Контрольно-измерительные инструменты
а - отвес;
б - рулетка;
в - складной метр;
г - угольник;
д - строительный уровень;
е - дюралюминиевое правило.
Отвесы, состоящие из стального конусообразного корпуса, крученого шнура и алюминиевой планки, (рис.3, а) служат для проверки вертикальности стен, простенков, столбов и углов кладки, т.е. для провешивания кладки. Отвесы массой 200...400 г предназначаются для проверки правильности кладки по ярусам и в пределах высоты этажа, 600...1000 г - для проверки наружных углов здания в пределах высоты нескольких этажей.
Строительный уровень применяют для проверки горизонтальности и вертикальности кладки. Длина уровня 300, 500 или 700 мм. Корпус уровня - из алюминиевого сплава, на корпусе укреплены две стеклянные трубки-ампулы, изогнутые по кривой большого радиуса, наполненные незамерзающей жидкостью так, что в них остается небольшой воздушный пузырек. При горизонтальном положении уровня пузырек, поднимаясь вверх, останавливается посредине между делениями ампулы. Смещение пузырька влево или вправо от этого положения показывает, что поверхность, на которую установлен уровень, не горизонтальна, и чем больше ее наклон к горизонту, тем больше смещается пузырек от среднего положения. Благодаря тому, что трубки расположены в двух направлениях, уровнем можно проверять не только горизонтальные, но и вертикальные плоскости.
Правило представляет собой отфугованную деревянную рейку сечением З0 Х 80 мм, длиной 1,5...2 м или дюралюминиевую рейку специального профиля длиной 1,2 м, предназначенную для проверки лицевой поверхности кладки.
Деревянный угольник 500Х700 применяют для проверки прямоугольности закладываемых углов. Для каменных работ применяют также металлические угольники из уголкового профиля.
Рулетка и складной метр - мерительные инструменты, которыми размечают оси и положения конструкций, делают контрольные замеры кладки.
Для обеспечёния качественного выполнения каменной кладки и повышения производительности труда каменщиков используют малогабаритные ручные приспособления.
Причальные скобы (рис.4, а) для закрепления причального шнура. Скобы П-образной формы из пруткового стального профиля с заостренными концами или из листовой стали (рис.4, б) закрепляют в швах кладки, а скобы из листового металла надевают на кирпич, уложенный плашмя.
Рис.4. Приспособления для кладки
а - скоба П-образная;
б - скоба из листовой стали;
в - промежуточный маяк;
г - причальный шнур в корпусе;
1 - шнур-причалка;
2 - сварная коробка;
З - ручка;
4 - ролики-фиксаторы шнура;
5 - упоры.
Промежуточные маяки (рис.4, в) - временные подкладки, которые устанавливают под причальный шнур, чтобы он не провисал, в виде прямоугольного коробка или сварной рамы. Маяками, устанавливаемыми на кладке через 4...6 м, фиксируют положение натянутого шнура-причалки в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Шаблоны в виде деревянных или металлических линеек, предназначенные для разметки оконных и дверных проемов, раз метки дымовых и вентиляционных каналов и других частей кладки.
Шнур - причалка (рис.4, г) - крученый шнур толщиной З мм, который натягивают при кладке верст между порядовками и маяками как ориентир для обеспечения прямолинейности и горизонтальности рядов кладки, а также одинаковой толщины горизонтальных швов. С помощью шнура-причалки каменщик определяет, какое положение должен иметь каждый укладываемый кирпич в версте.
Порядовки - приспособления из уголков, труб или деревянных реек с нанесенными на них делениями, соответственно толщине горизонтальных рядов кладки (77 мм - для одинарного, 100 мм для утолщенного кирпича). Порядовки предназначены для прикрепления к ним при кладке причального шнура и обеспечения вертикальности и горизонтальности рядов кладки. Металлические порядовки длиной до 1,8 м (на один ярус кладки) применяют в качестве угловых, а деревянные длиной до З м (на этаж) в качестве промежуточных.
Угловые металлически е порядовки (рис.5) служат шаблоном (для рядов кладки), который при правильной установке (по отвесу) и жестком закреплении обеспечивает вертикальность кладки. Закрепляют порядовки скобами (рис.5, а) с винтовым зажимом 3, или крюками 7 (рис.5, б), вставленными в отверстия 8 для крепления причального шнура к порядовке, а другим концом в швы кладки. Порядовки устанавливают до начала кладки на углах здания в местах примыкания стен, а на протяженных участках - через каждые 10...12 м.
Рис.5. Порядовки
а - установка и выверка наружной угловой металлической порядовки;
б - то же, внутри угла;
в - снятие порядовки;
г - промежуточная деревянная порядовка;
1 - регулировочные винты;
2 - закрепляющая скоба-струбцина;
З - винтовой зажим;
4 - шнур-причалка;
5 - передвижной хомутик причалки;
6 - отнес;
7 - крюки-держатели;
8 - отверстия для закрепления причального шнура;
9 - прави’ло с отверстием;
10 - держатель порядовки;
11 - клин,
12 - двойная скоба.
При установке металлической порядовки сначала в вертикальном шве кладки закрепляют одну скобу-струбцину 2, а через 3...4 ряда кладки - другую (рис.5, а). Затем между установленными скобами-струбцинами и кладкой вставляют порядовку и регулировочными винтами 1 прижимают ее к кладке и регулируют вертикальное положение. Правильность установки проверяют отвесом. После выверки порядовки натягивают причальный шнур. Снимают порядовку (рис.5, б) правилом 9, надетым на вороток винтового зажима З скобы-струбцины. Вращением воротка ослабляют скобу и извлекают из шва.
Промежуточные деревянные порядовки (рис.5, г.) - это деревянные рейки сечением 50 Х 50 или 70 Х 50 мм, длиной до З м, на которые нанесены деления (засечки) через каждые 77 или 100 мм соответственно толщине ряда кладки. В размер 77 (100) мм входит высота кирпича и толщина шва 12 мм. Промежуточные порядовки применяют для разметки рядов кладки, фиксирования отметок низа и верха оконных и дверных проемов, перемычек, прогонов, плит перекрытий и других элементов кладки.
К поверхности стен порядовки (рис.5, г) приставляют таким образом, чтобы стороны, на которых размечены ряды кладки, были обращены внутрь зданий (в сторону каменщика). Порядовку крепят в кладке П-образными стальными держателями 10 в виде скоб с поперечной планкой. Делают это следующим образом. В горизонтальные швы по ходу кладки через каждые 6...8 рядов по высоте вводят скобы-держатели, располагая их один над другим. Скобы должны войти в стену своими концами и поперечной планкой (разрез А-А). Уложив над вторым держателем один два ряда кирпичей, в скобы вставляют порядовку и закрепляют ее деревянными клиньями. К порядовкам крепят шнур-причалку - двойной скобой 12 (разрез Б-Б), которая удерживается на рейке порядовки натяжением причалки и в результате трения между скобой и порядовкой. Порядовку снимают вместе с держателями, не вынимая клиньев. Для этого ее осторожно раскачивают в плоскости, перпендикулярной поверхности стены. Держатели, преодолевая сопротивление раствора, выходят из горизонтальных швов кладки, и порядовку поднимают вверх вместе с ними.
ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ, СКЛАДИРОВАНИЕ, ПОДАЧА И РАСКЛАДКА КИРПИЧА НА СТЕНЕ
Транспортирование и подача, для уменьшения потерь кирпича при погрузке и повышении производительности труда кирпич и другие каменные материалы перевозят пакетами на поддонах или в контейнерах.
Поддоны для стеновых материалов применяют двух типов: на брусках (рис.6, а) деревометаллические размером 600 Х 1915 или 520 Х 1740 мм для силикатного кирпича иди с крюками (рис.6, б) для керамического кирпича, для керамических и шлакобетонных камней размер поддона 520 Х 1030 мм. На поддон укладывают 200 керамических и до 450 силикатных кирпичей.
Рис.6. Поддоны для кирпича
а - на брусках;
б - с крюками.
Кирпич на поддоне располагают с перекрестной перевязкой (рис.7, а, б) и "в елку" (рис.7, в). При перевязке "в елку" кирпич укладывают с наклоном к центру пакета под углом 450°, по этому пакет не разваливается при перевозке. Это позволяет использовать для перевозки пакетов обычные автомобили без дополнительных бортов и креплений. Недостаток пакетов "в елку" в том, что при укладке кирпича на поддоны и подаче его с поддона на стену несколько увеличиваются трудовые затраты.
Рис.7. Укладка на поддонах кирпича с перевязкой
а, б - перекрестной;
в - "в елку".
Пакеты с поддонами на брусках рекомендуется загружать на транспортные средства вилочным подхватом, а с крюками - клещевым подхватом. Для разгрузки и подачи на рабочие места пакетов с поддонами на брусках применяют подхват-футляр (рис.27), а с крюками - захват-футляр. Стенки футляра имеют внизу прутья, за которые зацепляют крюки поддонов, когда надевают футляр на пакет.
Рис.8. Подхват-футляр
1 - захватные рычаги со стенкой;
2 - ось;
З - поддон с кирпичом.
Силикатный кирпич перевозят в пакетах на специально оборудованных машинах (рис.9, а...г). Пирамидки 2 на заводах снимают с вагонеток или берут на складе кирпича клещевыми захватами, сжимающими нижний слой пирамидки, и устанавливают на деревянный или металлический поддон 10, укрепленный в кузове автомобиля. Установленные таким образом пирамидки, по две на каждом поддоне 10, увязывают ограждающими поясами З (из прорезанной ленты) с замковым устройством 4, скрепляющим ленты пояса и предохраняющим штабель от разваливания во время перевозок. Кроме того, кузова автомобилей оборудуют приспособлением 5...9 для раздвижки пирамидки на два пакета по продольному вертикальному шву, чтобы получить пакеты размером 590 Х 1920 мм, как на поддоне. На строительной площадке пирамидки кирпича вначале освобождают от ограждающих поясов 3, затем с помощью лебедки 8 раздвигают по полозьям 5. Пакеты выгружают самозатягивающимся захватом (рис.10). Этим же захватом подают кирпич без поддонов на склад или на рабочее место каменщиков.
Рис.9. Пакетная перевозка силикатного кирпича
а - общий вид пирамидок в кузове автомобиля;
б - пирамидки кирпича для транспортирования;
в, г - разгрузка первой пирамидки;
1 - кузов автомобиля;
2 - пирамидка кирпича;
З -ограждающий пояс;
4 - стяжной винт;
5 - полоз из швеллера;
6 - петля на поддоне;
7 - лебедка;
8 - канат;
9 - блок;
10 - поддон.
Рис.10. Самозатягивающийся захват
1 - рама захвата;
2 - натяжные пластины;
З - зажимные балки;
4 - захватное устройство.
Складирование. Поступающий на стройку кирпич принимают партиями. При этом проводят наружный осмотр кирпича (камней) и проверяют паспорта, в которых указаны вид и марка кирпича и другие данные, предусмотренные действующими стандартами или техническими условиями
У кирпича любых видов не должно быть отбитых углов, искривлений и других дефектов, не допускаемых техническими условиями, а лицевой кирпич, кроме того, должен иметь ровную чистую поверхность. Силикатный кирпич должен быть однородного цвета, без трещин и включений комьев минерального сырья. Не допускается к приемке керамический кирпич "недожог", а также кирпич, имеющий известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича.
Кирпич складируют по видам и маркам, а лицевой кирпич - также по цвету лицевой поверхности. Если кирпич доставляют на стройплощадку без контейнеров или пакетов, то его разгружают вручную, укладывают в штабеля высотой до 1,6 м или на поддоны. При этом кирпич с несквозными пустотами располагают пустотами вниз, с тем чтобы в них не проникала вода, которая увеличивает влажность стен и при замерзании может вызвать разрушение кирпича. Лицевой кирпич укладывают в штабеля правильными рядами по сортам, цветам и оттенкам. Высота штабеля не должна, превышать 1,5 м. Пакеты с кирпичом устанавливают на приобъектном складе штабелями, в один - два яруса.
Керамические стеновые и облицовочные камни, а также камни из других материалов разгружают, складируют и хранят так же, как лицевой кирпич. Облицовочные изделия из керамических, бетонных и других плит хранят в контейнерах или штабелях на деревянных прокладках, уложенными в 2...3 ряда на ребро лицевой поверхностью друг к другу. Фасадные плитки малого размера складируют в контейнерах, а облицовочные архитектурные детали - уложенными на подкладках в один ряд по высоте.
Раскладка. Кирпичи размещают на возводимой стене как можно ближе к месту укладки: для ложковых рядов - параллельно стене или под небольшим углом к ней, для тычковых - перпендикулярно оси стены. Для наружной версты кирпич раскладывают на внутренней половине стены, для внутренней - на наружной. При этом постель, предназначенную для укладки версты или забутки, не занимают кирпичом.
На стенах толщиной от 2 кирпичей и более для тычковых наружных верст (рис.11, а) кирпич раскладывают стопками по 2 кирпича перпендикулярно оси стены с промежутками между ними 1/2 кирпича или под углом 45° к оси стены; для ложковых наружных верст - стопками по два кирпича параллельно оси стены или под углом 45° к ней с расстоянием между стопками один кирпич.
Рис.11. Раскладка кирпича при кладке стен толщиной
а - два с половиной кирпича;
б - полтора кирпича;
в - один кирпич;
1 - для тычковой версты;
2 - для ложковой версты.
На стенах толщиной 1,5 кирпича для тычкового ряда кирпичи укладывают стопками по два кирпича ‘параллельно оси стены с расстоянием между стопками 1/2 кирпича; для ложкового ряда так же, но с промежутками между стопками один кирпич (рис.11, б).
На стенах толщиной один кирпич для ложкового ряда кирпичи располагают стопками по два кирпича, размещаемыми посредине стены, параллельно ее оси с расстоянием между стопками 1 кирпич; для тычкового ряда - на середине стены перпендикулярно ее оси с расстоянием между стопками 1/2 кирпича (рис.11, в).
Для стен и перегородок толщиной 1/2 кирпича кирпич раскладывают параллельно оси стены по одному друг за другом.
Кирпич располагают на стене, отступая на 50...60 см от места укладки, чтобы удобно было укладывать растворную постель. При этом на перемещение кирпича к месту укладки требуется минимальное количество движений. Раскладывая кирпичи на стене, следят, чтобы к фасаду здания они были обращены стороной, не имеющей повреждений и отколов.
Во всех случаях для кладки наружной версты кирпич раскладывают на внутренней части стены, а для кладки внутренней версты - на наружной части стены. При кладке забутки кирпич раскладывают на наружной версте.
