Lektsii_-_osnovy_zh_b_konstruktsy

81

Рис. 10.3. Стадии поведения кирпичной кладки при сжатии

Трещины в этой стадии не опасны, поскольку при постоянной нагрузке они не разви-

ваются и не влияют на общую прочность кладки. Однако, появление этих трещин сви-

детельствует, что увеличение нагрузки недопустимо. Если нагрузку увеличивать, то вертикальные трещины, развиваясь, соединяются между собой, разделяя стену на от-

дельные вертикальные пластины. Наступает III стадия деформирования, при которой напряжения в кладке достигают 80 - 90 % предела прочности. Последняя IV стадия ха-

рактеризуется разрушением образовавшихся пластин от потери устойчивости.

Предел прочности (временное сопротивление) Ru кладок всех видов при сжатии

где: R1 и R2 - соответственно временное сопротивление камней кладки и раствора;

Kk - конструктивный коэффициент, зависящий только от вида кладки и прочности

камня (для кирпичной кладки Kk = 0,5…0,6, для бутовой Kk = 0,15…0,25); а,b - эмпи-

рические коэффициенты. Анализ формулы показывает, что прочность кладки не может быть больше прочности камня: при прочности раствора стремящейся к бесконечности прочность кладки определяется только ее видом и прочностью камня Ru = Kk R1 .

Расчет элементов каменных конструкций производится по двум группам пре-

дельных состояний: а) по несущей способности - по прочности и устойчивости; б) по деформациям и по образованию и раскрытию трещин. Расчет по первому предельному состоянию выполняют для всех видов конструкций, по второмутолько для конструк-

82

ций, в которых не допускается появление трещин или ограничена ширина их раскры-

тия. При расчете решаются задачи поверочного расчета или прямого проектирова-

ния. Наиболее распространенным напряженным состоянием каменных конструкций в составе стен или столбов является центральное или внецентренное сжатие.

Проверка прочности элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии производится по соотношению

фициент продольного изгиба; R - расчетное сопротивление кладки; γc - коэффициент условий работы, A - площадь поперечного сечения элемента.

Все эти величины вычисляются в соответствии с нормами проектирования каменных конструкций, например [ 5,9 ].

Внецентренное сжатие возникает при передаче вертикальной нагрузки не по оси

сечения элемента, а с эксцентриситетом e0 (рис. 10.4), который возникает при измене-

нии толщины стен от этажа к этажу, или при опирании на наружные стены плит пере-

крытий, или при действии изгибающего момента М, вызванного горизонтальными усилиями. Тогда эксцентриситет определяется по известному соотношению

где случайный эксцентриситет ea = 2 см учитывается только при расчете стен толщи-

ной 25 см и менее. При внецентренном сжатии кладки часть сечения, расположенная ближе к линии действия силы более сжата, а противоположная может быть даже рас-

тянута. Если все сечение сжато, рис. 10.4 а, имеем случай малых эксцентриситетов,в

противном случае имеем случай больших эксцентриситетов. рис. 10.4 б,в. И в том и в другом случаях эпюра напряжений в сечении имеет криволинейный характер. В пре-

дельном состоянии в растянутой зоне по горизонтальным швам образуются трещины,

и эта часть сечения выключается из работы. В сжатой зоне нагрузка воспринимается частью сечения, в пределах которой для упрощения расчетов эпюра сжимающих на-

пряжений принимается прямоугольной, рис. 10.4.г.

Проверка прочности элементов неармированных каменных конструкций при

где: φ1 - коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии; Aс - площадь

83

сжатой части сечения; ω - коэффициент, зависящий от вида кладки и формы попереч-

ного сечения рассматриваемого элемента. Все эти величины вычисляются по указани-

ям норм [5, 9].

Рис. 10.4. Напряженное состояние внецентренно сжатого элемента:

а - при сжатии по всей площади сечения; б, в - при наличии сжатой и растянутой зон, соответственно в момент образования трещин и момент разрушения; г - расчетное предельное состояние кладки

Например, для прямоугольного сечения высотой h

где: φс - коэффициент продольного изгиба, вычисляемый только по высоте сжатой зо-

ны сечения hс (рис. 10.4, г).

Армирование и усиление каменной кладки применяют для увеличения ее несущей

способности. Применяются следующие виды армирования и усиления каменных кон-

струкций: поперечное армирование в виде арматурных сеток, расположенных в гори-

зонтальных рядах кладки; продольное армирование, с арматурой, расположенной сна-

ружи кладки или в специальных бороздах; усиление кладки железобетонными элемен-

тами; усиление каменной кладки методом взятия в обоймужелезобетонным или ме-

таллическим каркасом.

Поперечное армирование каменной кладки выполняют закладкой арматурных сеток с квадратной или прямоугольной ячейками в горизонтальные швы, (рис. 10.5).

Усиливающее действие сеток состоит в том, что они препятствуют развитию в кладке поперечных деформаций и тем самым увеличивают ее прочность. Исключение состав-

ляют случаи продольного изгиба с большими эксцентриситетами, так как при этом со-

противление внешним усилиям оказывает не все сечение элемента, а только его сжатая часть и поперечное армирование становится неэффективным. Размер ячеек сетки вы-

бирается в пределах от 30 до 120 мм, диаметр проволоки не должен превышать 5 мм.

Обычно сетки по вертикали располагают через каждые пять рядов кладки, так как при расстоянии между слоями армирования более 45 см эффективность армирования резко снижается. Сама сетка должна быть полностью покрыта раствором (защитный слой должен быть не менее 4 мм). Если применяется арматура в виде отдельных стержней или проволока в виде зигзага, диаметр может быть увеличен до 8 мм. При армировании кладки марка раствора должна быть не ниже 50.

Проверка прочности кладки при поперечном армировании производится по со-

отношениям (10.2) и (10.4), как и для обыкновенной кладки, с заменой расчетного со-

противления R на Rsk , которое зависит от объемного коэффициента армирования µ

86

арматура, расположенная по внешним граням элементов, связывается хомутами не ре-

же чем через 80 диаметров арматурных стержней и не более чем через 50 см.

Рис. 10.6. Продольное армирование кирпичных стен и столбов:

а - наружное расположение арматуры; б - расположение арматуры в штрабе кладки; 1 - хомуты; 2 - продольная арматура

Усиление каменной кладки способом устройства обойм из металлических угол-

ков или железобетона выполняется обычно в процессе реконструкции или ремонта зданий для восстановления или увеличения несущей способности колонн, межоконных столбов или других подобных элементов и в пределах данного курса рассматриваться не будет.

О статическом расчете зданий из каменных конструкций. В зданиях из камен-

ных конструкций продольные и поперечные стены образуют систему, воспринимаю-

щую вместе с перекрытиями действующие нагрузки. При расчете на горизонтальные нагрузки каменные стены и столбы зданий рассматриваются как стержни и пластины,

опертые в горизонтальном направлении на перекрытия и поперечные конструкции

(стены, диафрагмы, связи и т.п.). В многоэтажных зданиях при расчете на вертикаль-

ные нагрузки, стены в пределах каждого этажа рассматриваются как стержни шарнир-

но закрепленные в уровне перекрытий. В качестве расчетных, в стенах рассматривают-

ся сечения в уровне верха оконных проемов. Отметим также, что независимо от ре-

зультатов расчетов при назначении размеров стен и столбов необходимо руководство-

ваться конструктивными требованиями к приведенной гибкости элементов, т.е. к соот-

ношению высоты и толщины стен и столбов. Максимальные приведенные гибкости в зависимости от вида каменных конструкций и способов опирания на перекрытия и по-

перечные стены приводятся в строительных нормах [5,9]. Расчет элементов каменных конструкций, усиленных продольным армированием на внецентренное сжатие или

87

изгиб выполняется по правилам расчета комплексных конструкций. При этом работа различных материалов в конструкции сводится к сопротивлению приведенного сече-

ния элемента с учетом различных модулей упругости, расчетных сопротивлений клад-

ки и арматуры и коэффициентов условий работы материалов.

88

ЛИТЕРАТУРА

1.Инженерные конструкции. Учебник, под редакцией В.В. Ермолова. – М.: «Архитектура--С», 2007.

2.Архитектурное конструирование. Учебник, В.А. Пономарев. – М.:

«Архитектура-С», 2008.

4.Байков В. Н., Сигалов Э. Е. Железобетонные конструкции. Общий курс.

-М.: Стройиздат, 1985.

5.Цай Т. Н., Бородич М. К., Мандриков А. П. Строительные конструкции.

-М.: Стройиздат, 1984.

6.СНиП 2.03.01 - 84*. Бетонные и железобетонные конструкции - М.:

«Госстрой России», 2003.

7.СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия – М.: «Госстрой России»,2003.

8.СНиП 2.02.01 - 83* Основания зданий и сооружений – М.: «Госстрой России»,1999.

9.СНиП II - 22 - 81 Каменные и армокаменные конструкции – М.:

«Госстрой России», 2002.

10.Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры

(к СП 52-101-2003) - М: 2005.