книги / Строительные конструкции

Для практических расчетов принимают

E0=aR,

где R — среднее значение предела прочности (временного сопротив­ ления) кладки, равное удвоенному расчетному сопротивлению; а — упругая характеристика кладки, зависящая от вида кладки и марки раствора (табл. VIII.2).

§ VII1.2. РАСЧЕТ СЖАТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Несущая способность сжатых элементов неармированных каменных конструкций зависит от прочности кладки, размеров элемента и эксцентрицитета продоль­ ной силы ео. Этот эксцентрицитет обусловлен фактиче­ ским или случайным смещением силы N относительно центра тяжести сечения элемента. Если элемент испыты­ вает воздействие центрально-приложенной силы N и из­ гибающего момента М уто

e0 = M/N.

Случайный эксцентрицитет е£л учитывают только в

несущих и самонесущих стенах толщиной 25 см и менее. Его принимают равным 2 см для несущих стен и 1 см для стен самонесущих и суммируют с эксцентриците­ том е0.

Для» неармированной кладки при основных сочетани­ ях нагрузок эксцентрицитет е0 не должен превышать 0,9у, в стенах толщиной 25 см и менее ео+£§л ^ 0 ,8 у, где у — расстояние от центра тяжести сечения до наиболее

сжатой грани (рис. V III.2); в прямоугольном сечении

h

У = При центральном сжатии (эксцентрицитет силы

VIII.2, а). Если сила приложена с небольшим эксцентри­ цитетом, то напряжения распределяются неравномерно, однако все сечение элемента сжато (см. рис. V III.2, б); с увеличением эксцентрицитета в сечении возникают рас­

площадь Fc — симметричную относительно силы V, а на­ пряжения — равномерно распределенными по этой пло-

131

132

(для кладки из природных камней или из камней и блоков, изготов­ ленных нз ячеистых или крупнопористых бетонов, принимают о>=1); ф| — коэффициент продольного изгиба, учитывающий работу на сжатие только части сечения элемента.

Для определения cp, <pi и отдл необходимо вычислить гибкость элемента К, которая, как известно, представля­ ет собой отношение расчетной длины /о к радиусу инер­ ции сечения г:

Х = /0/г.

Величина /0 зависит от условий закрепления элемен­ та: для свободно стоящего элемента высотой Н расчет­ ная длина 10= 2 Н , для шарнирно опертого lo—Н, для час­ тично защемленного /0^0,8Н * .

В прямоугольном сечении с размером стороны А ра­ диус инерции г«0,29Л , поэтому гибкость элемента мож­ но оценивать непосредственно по отношению /о/Л. В свя­ зи с этим вводят обозначения:

kr = IJrXh = Ijh (хл « 0,29>/)*

Коэффициент продольного изгиба <р зависит не толь­ ко от гибкости элемента, но и от деформативиых свойств кладки, характеризуемых упругой характеристикой а.

В табл. VIII.3 приведены значения ф в зависимости от приведенной гибкости:

ТАБЛИЦА VIII.3. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПРОДОЛЬНОГО ИЗГИБА <р

* Исходя из этого, для стен и столбов многоэтажных зданий с высотой этажа Н принимают /о=Я; если на стены опираются сбор­ ные перекрытия, то /о=0,9 Я; при монолитных железобетонных пе­ рекрытиях /о = 0,8//. В одноэтажных промышленных зданиях для стен и столбов высотой Н принимают /о=1,5Я, если здание одно­ пролетное, и /о =1,25 Я, если здание многопролетное.

133

Коэффициент продольного изгиба q>i для элементов прямоугольного сечения вычисляют по формуле

При произвольной форме сечения в формуле (VIII.6)

вместо V* принимают —— . 3, Ьг

Снижение несущей способности сжатых элементов при длительном действии нагрузки учитывают только при небольших размерах поперечного сечения: в элемен­ тах прямоугольного сечения при Л < 3 0 см, в элементах с произвольной формой сечения при г < 8,7 см

где N— полная расчетная продольная сила; Nдл —-расчетная про­ дольная сила от длительно действующих нагрузок; е0.дл—эксцентри­

цитет от длительно действующих нагрузок; t) — коэффициент, за­ висящий от гибкости (табл. VI1I.4).

ТАБЛИЦА VII1.4. КОЭФФИЦИЕНТЫ Т|

§ V1II.3. АРМОКАМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Каменные конструкции, снабженные стальной арма­ турой, называют армокамеиными. Армирование повыша­ ет прочность или устойчивость каменной кладки. Марка раствора в армокаменных конструкциях должна быть не менее 50, чтобы обеспечить защиту арматуры от кор­ розии.

Для повышения прочности сжатых элементов при гиб­ кости Ял^ 1 5 и эксцентрицитетах продольной силы ^о^О.ЗЗу применяют сетчатое армирование: в горизон­ тальных швах кладки располагают стальные сетки

134

работающих на изгиб или внецентренное сжатие с боль­ шими эксцентрицитетами, а также для повышения проч­ ности и устойчивости тонких стен в кладке может быть применено продольное армирование (рис. VII 1.3, г ). Ар­ матурные стержни располагают либо внутри кладки в вертикальных швах, либо снаружи в слое цементного раствора и соединяют поперечными хомутами (в горизонт тальных швах).

В отдельных случаях используют комплексные конст­

армированием и комплексные из-за большой трудоемко­ сти возведения имеют ограниченное применение. Харак­ тер напряженного состояния таких конструкций подобен

Рис. УШ.З. Армокаменные конструкции

I г-кладка; 2 —сетки; 3 —продольные стержни; 4 —хомуты; 5 —бетон,

135

железобетонным. Принципы расчета изложены в «Руко­ водстве по проектированию -каменных и армокаменных конструкций».

Основной вид армирования кирпичной кладки и клад­

моугольные сетки) или в одном (сетки «зигзаг») направ­ лениях. Уложенные в смежных швах две сёткц «зигзаг» эквивалентны одной прямоугольной сетке. Из условия ^граничения толщины швов кладки диаметр стержней прямоугольных сеток может быть 3—5 мм, сеток «зиг­ заг» — до 8 мм. Расстояния между стержнями сеток при­ нимают от 3 до 12 см, расстояния между сетками — не более 5 рядов кирпичной кладки (40 см).

Количество сетчатой арматуры характеризуется объ­ емным процентом армирования р, выражающим отноше­ ние объема арматуры Va к объему кладки Ук:

На рис. VIII.3, е видно, что объем кладки VK= C iC 2s, объем арматуры Va={iC i-\-f2C2. Обычно С\— С2= С , f i = h = f , тогда

• Ю0%. (VIII.8)

Нормами установлено рМин=0,1%, рМакс=1% - Расчетное сопротивление кладки, армированной сет­

где R — расчетное сопротивление неармированной кладки; /?а — рас­ четное сопротивление арматуры сеток: для стержней класса A-I /?а =

Расчетное сопротивление кладки, армированной сет­ ками, при внецентренном сжатии

(VIII. Ю)

Из этой формулы следует, что с увеличением эксцен­ трицитета продольной силы влияние сеток на прочность кладки снижается и сводится к нулю при ео=0,5у (Ra.K.H—R)[«

136

Упругая характеристика кладки, армированной сет­ ками,

где а — упругая характеристика неармированной кладки; R — средний предел прочности неармированной кладки на сжатие (временное со­

противление); Ra.« — то же, кладки армированной

При определении Ra.K принимают /?а=2400 кгс/см12 (240 МПа) для стержней класса A-I, /?' = 3500 кгс/см2

(350 МПа) для класса В-1.

Расчет сжатых элементов, армированных сетками, не отличается от рассмотренного в § V III.2 расчета неармированных элементов, но в расчетных формулах вмес­ то R принимают Ra.к, а коэффициенты ф (или <pi) опре­ деляют при упругой характеристике кладки а а вместо а.

для внецентренно-сжатых элементов аналогично уточня­ ется формула (VIII.2)

§ VII 1.4. РАСЧЕТ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИИ

Здание представляет собой пространственную систе­ му, все его элементы (стены, столбы, перекрытия) работ тают под нагрузкой совместно.

Горизонтальные реакции, возникающие при загружении стен и столбов, передаются на перекрытия, которые работают на изгиб в своей плоскости, опираясь на по­ перечные стены или другие, устойчивее в поперечном на­ правлении конструкции.

Если расстояния между поперечными стенами неве­ лики и не превышают установленных нормами значе­ ний \ то перекрытия считаются неподвижными (несмещаемыми) горизонтальными опорами для стен и столбов.

1Максимальные расстояния между поперечными стенами или другими устойчивыми поперечными конструкциями зависят от груп­ пы кладки, типа пере^фытия, высоты здания и скоростного напора ветра. Для зданий с кирпичными стенами и железобетонными пере­ крытиями они могут достигать 54 м.

137

В этом случае конструктив­ ную схему здания называ­ ют жесткой. Все многоэтаж­ ные здания должны иметь жесткую конструктивную схему.

Упругая конструктивная схема, при которой стены и столбы имеют поверху сме­ щаемую горизонтальную опору, возможна в одно­ этажных промышленных зданиях при отсутствии по­ перечных стен на большой длине или при малой жест­ кости покрытия в своей пло­ скости (например, асбоце­ ментные плиты по прого­ нам).

Толщину стен зданий на­ значают исходя из теплотех­ нических требований и проверяют расчетом на прочность.

При этом отношение высоты стены (столба) Н к толщи­ не Л не должно превышать предельных значений {J=H/h, приведенных в СНиП II-B.2-71. Так, для несущей кир­ пичной стены без проемов при марке кирпича 50 и выше на растворе марки 25 Р ^ 2 2 ; для кирпичных столбов из тех же материалов это отношение снижается на 25—40% в зависимости от размера сечения столба.

Стену многоэтажного здания при расчете на верти­ кальные нагрузки рассматривают в пределах каждого этажа как вертикальную однопролетную балку с шар­ нирными опорами в уровне перекрытий (рис. V III.4). Она загружена вертикальной нагрузкой Nn от перекрытия, расположенного над рассчитываемым этажом, верти­ кальной нагрузкой Nст от веса вышележащей части сте­ ны и всех вышерасположенных перекрытий, а также соб­ ственным весом NC.B.

Нагрузка N„ обычно имеет эксцентрицитет в\ относи­ тельно центра тяжести сечения стены и создает момент

Мц — Уд fif,

Нагрузка ЫСт прилцжена по линии центра тяжести стены в вышележащем этаже. Если толщина стены не

138

меняется, то NCt момента не создает, если толщина сте­ ны меняется, то

где Л —толщина стены в рассчитываемом этаже; Лв^ т о же, в вы­ шележащем этаже.

Суммарный момент на уровне низа перекрытия М = Ми ± Мст.

Расчетным сечением в стене является верх простенка между окнами. В этом сечении момент несколько мень­ ше, чем М (см. рис. VIII.4):

М1 = М-Н1/Н.

Нормальная сила

где Л^в—вес стены от низа перекрытия до верха простенка. Эксцентрицитет силы N

Простенок рассчитывают на внецентренное сжатие по формуле VIII.2.

§ VIII.5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Пример VIII.1.

Центрально-сжатый кирпичей столб имеет размеры попереч­ ного сечения 51X51 см и расчетную длину /о=4,8 м. Он выполнен из силикатного кирпича марки 75 на растворе марки 25. Расчетная продольная сила с учетом собственного веса N = 18 тс (180 кН). Необходимо проверить прочность столба.

Реш ение:

По табл. VIII.1 /?= 11 кгс/см2. Так как площадь сечения стол­ ба F=0,51 Х0.51 =0,26 м2<0,3 м2, величину R необходимо прини­ мать с коэффициентом условий работы т,{= 0,8, т. е.

R = 11.0,8 = 8,8 кгс/см2. Упругая характеристика кладки по табл. VIII.2

По табл. VIII.3 ф = 0,877

139