УМК Гринев

Особым видом реконструкции является надстройка, пристройка и встройка зданий, увеличивающая их первоначальный объем. В этих случаях также эффективны приведенные методы оптимизации зданий в плане (объеме).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какие способы теплоизоляции Вы знаете?

2.Кемразработанспособтеплоизоляцииполистиролбетоннойштукатурки?

3.Как устраивается «термошуба»?

4.Какие преимущества у ТИС при устройстве облицовки на откосе?

5.Какие виды теплоизоляционных материалов Вы знаете?

6.Какие, на Ваш взгляд, теплоизоляционные материалы наиболее эффективны?

7.ОкупаетсялирасходнаустройствоТИСвпроцессеэксплуатацииздания?

8.Какие эффективные формы зданий Вы знаете?

ЛИТЕРАТУРА

1.Строительная теплотехника. Строительные нормы проектирования: ТКП 45- 2.04-43-2006 (02250). – Введ. 29.11.06. – Минск: Министерство архитектуры и строи-

тельства, 2007. – 32 с.

2.Пособие П3-2000 к СНиП 3.03-01-87 «Проектирование и устройство тепло- вой изоляции наружных стен зданий». – Введ. 15.05.00. – Минск: Министерство архи- тектуры и строительства, 2000. – 86 с.

3.Рекомендации к утеплению фасадов по системе «Люксалон». – Минск, 1999.

4.Устройство дополнительной полистиролбетонной изоляции ограждающих конструкций методом торкретирования: РСН 74-92. – Минск: Государственный коми- тет по архитектуре и строительству РБ, 1992 – 22 с.

5.Монастырев, П. В. Технология устройства дополнительной теплоизоляции стен жилых зданий / П.В. Монастырев. – М: АСВ, 2003. – 160 с.

6.Кетов, А.А. Теплоизоляционные материалы на рынке Белоруссии / А.А. Кетов

// Белорусский строительный рынок. – 2004. – № 15. – С. 8 – 12.

7.Кетов, А.А. Пеностекло – незаслуженно забытый материал будущего /

А.А. Кетов // Белорусский строительный рынок. – 2004. – № 15. – С. 11 – 14.

8.Совершенствование конструктивных решений теплозащиты наружных стен зданий // Строительство и архитектура. Сер. Строительные конструкции. Вып. 3. – М.: ВНИИНТПИ Госстроя СССР, 1990.

9.Сооружение кладки по DIN 1053: Программа повышения квалификации для Восточной Европы. Строительная техника. В 4 ч. – Минск, 1997. – Ч. 2. – 48 с.

10.Серия 2.130-8. Детали многослойных кирпичных и каменных наружных стен жилых и общественных зданий // Материалы для проектирования. – Вып. 0. – Л.: ЛенЗНИИЭП, 1988.

41

11.Узлы и детали стен и простенков из пустотных бетонных блоков и кир- пичей, изготовленных по технологии фирмы «Besser». – Минск: БелНИИС, 1994.

12.Серия Б2.030-1. Конструктивные решения утепления наружных стен ота- пливаемых зданий. – Вып. 1. Стены кирпичные сплошной кладки с утеплением снару- жи. – Минск: Белпроект, 1995.

13.Альбом технических решений ограждающих конструкций для объектов сельского жилищно-гражданского строительства. – Минск: БелНИИгипросельстрой,

1992.

14.Абаимов, А.И. «Гитор» – метод возведения малоэтажных монолитных зданий без опалубки / А.И. Абаимов – М., 1983.

15.Гринев, В.Д. Каменные конструкции : учеб. пособие / В.Д. Гринев. – Но- вополоцк: ПГУ, 2001. – 147 с.

16.Гринев, В.Д. Оптимизация планировочных и конструктивных решений зданий и сооружений / В.Д. Гринев, В.В. Гринев. – Новополоцк: ПГУ, 2003. – 105 с.

УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ 2.

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ЛЕКЦИЯ 3. СВОЙСТВА КЛАДКИ. МЕТОДЫ РАСЧЕТА

3.1.Прочностные и деформативные характеристики кладки.

3.2.Методы расчета каменных конструкций.

3.1.Прочностные и деформативные характеристики кладки

При исполнении каменной кладки необходимо соблюдение следую- щих правил:

−ряды камней должны располагаться параллельно и перпендику- лярно направлению действующей нагрузки;

−при кладке опор сводов и в ряде других случаев действующую нагрузку допускается прилагать под углом к плоскости рядов кладки, где угол наклона нагрузки P не должен превышать величины, при которой сдвигающее усилие P2 уравновешивается силой трения, зависящей от вер-

тикальной составляющей P1 ;

−кладка в пределах каждого ряда должна члениться системой плоскостей, перпендикулярных и параллельных постели камней и боковой поверхности кладки;

−при укладке клинообразных камней в кладке возникают сдви- гающие усилия, способные разрушить ее целостность;

−продольные и поперечные вертикальные швы должны перекры- ваться камнями вышележащих рядов, образуя разнообразные системы пе- ревязок (двух-, четырех-, шестирядные и др.);

−перевязка считается эффективной при ее размере (глубине) ³ 0,4h

или ³ 45мм , где h – высота камня.

В1924 г. профессором В.А. Гастевым было доказано, что камень

ираствор камня находятся в условиях сложного напряженного состояния даже при равномерной, центрально приложенной нагрузке. В итоге, камень

ираствор подвергаются одновременно внецентренному и местному сжатию, изгибу, срезу, растяжению. Причинами таких условий работы являются:

a)различие деформативных свойств камня и раствора и возникно- вение растягивающих горизонтальных усилий в швах;

b)значительная неоднородность плотности и жесткости раствора по длине и ширине шва, вызывающая концентрацию напряжений; наличие стесненной усадки, приводящей к образованию усадочных трещин; нерав- номерность размеров камней и толщины шва.

43

Вследствие значительной деформативности (пластичности) раствора и жесткости камня при их совместной работе за счет сил трения возникают стесненные напряжения в элементах кладки. При этом более жесткий камень будет сдерживать деформации раствора, поэтому проявятся горизонтальные напряжения растяжения в кирпиче и сжимающие напряжения в растворе.

Структурная неоднородность раствора, неравномерность его тверде- ния, сопровождающаяся стесненной усадкой, приводит к отрыву раствора от камня, в результате чего камень опирается на раствор по отдельным участкам. В дальнейшем, при загрузке, напряжения концентрируются на участках с большей жесткостью. Напряженное состояние кладки можно представить в виде системы, состоящей из жестких камней, восприни- мающих неравномерно распределенные и сосредоточенные нагрузки. Камни связаны между собой раствором, и опираются на многочисленные, хаотически расположенные опоры различной жесткости.

На прочность кладки также оказывают влияние размеры, в частности высота и величины допусков, форма камней, способ и глубина перевязки вертикальных и горизонтальных рядов кладки, адгезия раствора с камнем, когезия раствора и камня, условия окружающей среды.

Все вышеприведенные причины объясняют, почему прочность клад- ки всегда меньше прочности исходных материалов.

Экспериментально подтверждено, что при одноосном сжатии кладки наблюдаются четыре характерных стадии:

−в первой стадии кладки работает без видимых повреждений;

−во второй стадии образуются отдельные вертикальные трещины

вкамнях и швах кладки;

−в третьей стадии трещины объединяются, разделяя цельные сече- ния кладки на отдельные вертикальные блоки; размеры отдельных бло- ков – ветвей в плане кратны для кирпичной кладки 1/ 2 кирпича;

−в четвертой стадии происходит разрушения блоков с потерей ус- тойчивости.

Во всех отечественных и зарубежных нормах прочность кладки на сжатие зависит от вида и прочности исходных материалов. В отечествен- ных нормах используется формула Л.И. Онищика:

где Ru – средняя (нормативная) прочность кладки при сжатии, МПа;

R1 и R2 – соответственно пределы прочности камня и раствора, МПа;

44

A 1 – коэффициент, характеризующий прочность кладки при R2 →∞;

a,b,η – коэффициенты, зависящие от вида кладки.

Проведены исследовательские работы каменной кладки при двухос- ном напряженном состоянии, получены результаты, подтверждающие по- вышение прочности кладки при двухосном сжатии до 42 %. Разработаны на основе схем разрушения критерии прочности каменной кладки при сложном напряженном состоянии.

Установлены следующие схемы разрушения:

−разрушение с раздроблением кладки при одно-, двухосном сжатии;

−разрушение от отрыва при одно-, двухосном растяжении;

−разрушение от сдвига при «сжатии-растяжении».

Однако вопросы прочности кладки при двухосном напряженном со- стоянии пока не нашли отображения в отечественных нормах проектирования.

Прочность кладки при растяжении Rt определяется в зависимости от направления усилия к плоскости горизонтальных швов. При усилии, на- правленном перпендикулярно к рядам кладки, находится прочность кладки по неперевязанному сечению, если усилие направленно параллельно, то определяется прочность кладки по перевязанному сечению, которая при- мерно в 2 раза больше прочности по неперевязанному сечению и равна

прочности кладки при срезе (сдвиге) Rsq при отсутствии нормальных сжи-

мающих напряжений. Характерные виды разрушений кладки при растяже- нии и сдвиге показаны на рис. 3.1 и 3.2.

По опытным данным испытаний кладки на изгиб установлены сред- ние (нормативные) значения напряжений при изгибе по неперевязанному

и перевязанному сечениям Rtb .

Деформации в каменной кладке могут вызываться силовыми воздей- ствиями, а также влиянием температуры и усадки. По характеру приложе- ния нагрузки и её длительности различают деформации кратковременные упругие, кратковременные при ступенчатом загружении, от длительного действия нагрузки, от циклического загружения.

Наиболее деформативной частью кладки является растворная со- ставляющая. В кладке, помимо вертикальных деформаций, возникают и горизонтальные (поперечные) деформации. На рис. 3.3 представлена ха- рактерная диаграмма деформаций кладки при центральном сжатии.

45

а)

б)

Рис. 3.1. характерные разрушения кладки при растяжении:

а) – по неперевязанному сечению; б) – по перевязанному сечению

Рис. 3.2. Разрушение от сдвига при малых уровнях нормальных напряжении

Рис 3.3. Диаграмма "σ − ε" при сжатии кладки

46

Модуль деформаций каменной кладки для расчета конструкций принимается:

а) при расчете по прочности кладки для определения усилий в предельном состоянии с учетом одинакового деформирования совместно с элементами конструкций из других материалов (в слоях сжатых много- слойных сечений стен, для нахождения усилий в затяжках сводов, при рас- чете кладки над рандбалками, при воздействии температуры):

б) для определения деформаций кладки от продольных и попе- речных сил, усилий в рамных статически неопределимых системах при со- вместной работе кладки с элементами из других материалов, нахождения периода колебаний, жесткости:

и зависящий от материала и вида кладки. Так для кладки из керамического кирпича ν = 2,2 . Модуль сдвига кладки:

G = 0,4E0 . (3.10)

Деформации усадки учитываются для кладок из силикатного кирпи- ча и камней из легкого или тяжелого бетона на цементном вяжущем, а также для кладки из ячеистых бетонов. Величины деформаций усадки

изменяются в пределах ε ус = (3...8) ×10−4 . Для кладки из силикатных кир-

пичей она принимается равной 3×10−4 .

Под влиянием температур в стенах зданий большой протяженности мо- гут образовываться трещины в углах проемов продольных стен у примыканий к торцевым стенам на нижних этажах зданий. Такая картина трещинообразо- вания объясняется тем, что свободному укорочению (удлинению) препятству- ет подземная часть здания, на которую воздействие температур незначительно. Величины коэффициентов линейного расширения кладки в зависимости от

вида камня изменяются в пределах αt = (5...10)10−6 град−1.

48

С целью предотвращения образования трещин от усадки и темпера- турных перепадов стены зданий и сплошных теплоизоляционных слоев следует разрезать вертикальными и горизонтальными швами такой длины, на которой трещины от вышеупомянутых причин образовываться не бу- дут. Более строгим будет расчет стен (облицованных штукатуркой) с одно- временным учетом силовых воздействий.

В результате производства работ происходит осадка (опрессовка) за- стывшего раствора, для цементных растворов возможная осадка не превышает

2 ×10−4 т. е. близка к усадке бетона. Осадка может быть более значимой при оттаивании кладки, выполненной методом замораживания. Известны также осадки кладки без растворов (прокладки из фибролита, жгута и т. п.).

Кладка может подвергаться многократному приложению нагрузки, при этом деформация ползучести будет возрастать и приводить к разруше- нию кладки при наличии в ней трещин.

Предел длительной вибропрочности кладки зависит от асимметрии- цикла загружения. Вибропрочность кирпичной кладки изменяется в преде-

лах Rsp = (0,5...0,8)Ru .

3.2. Методы расчета каменных конструкций

До 1943 г. при проектировании применялся метод расчета по допус- каемым напряжениям, затем использовался метод расчета по разрушаю- щим нагрузкам.

С 1955 г. расчет всех строительных конструкций выполняется по предельным состояниям. Предельными называются состояния, при кото- рых конструкция перестаёт удовлетворять эксплуатационным требовани- ям. В зависимости от условий эксплуатации различают две группы пре- дельных состояний. Расчет по первой группе должен обеспечивать проч- ность, выносливость, устойчивость формы и положения при воздействии силовых факторов и внешней среды. Расчет по второй группе выполняется с целью ограничения чрезмерных перемещений и уровней колебаний, ог- раничения ширины раскрытия трещин, либо недопустимости их возникно- вения, предотвращения отслоения облицовки.

Расчет по методу предельных состояний учитывает изменчивость свойств материалов, нагрузок и воздействий, геометрических характеристик конструкций, условия их работы и степень ответственности сооружений.

Расчетное сопротивление каменной кладки определяется из выражения:

естественный разброс прочностных параметров раствора и камня, квали-

49

фикацию каменщика, полноту заполнения швов раствором, толщину швов и т. д., γ f принимается равным 2,0 при сжатии и 2,25 – при растяжении,

для вибрированной кладки – 2,5. Иные обстоятельства, влияющие на проч- ность кладки, учитываются соответствующими коэффициентами условий работы, на которые умножается величина R.

Расчетное сопротивление кладки осевому растяжению, растяжению при изгибе по неперевязанному и перевязанному сечению, срезу, соответ-

ственно обозначаются Rt ; Rtb ; Rtw ; Rsq . Величины сопротивлений в зависи-

мости от марки раствора, бетона и камня приведены в таблицах действующих нормативных документов, а также в разделе «Справочные материалы».

При расчете на выносливость расчетные сопротивления кладки снижают- ся на величину, зависящую от коэффициента асимметрии цикла загружения.

Расчет каменных конструкций по предельным состояниям должен обеспечивать надежность – способность сохранять эксплуатационные ка- чества в течение определенного срока службы.

При проектировании конструкций необходимо учитывать возможные расчетные ситуации: устанавливающуюся в период возведения и эксплуатации; переходную – во время капремонта, реконструкции; на период консервации; аварийную – во время взрыва, аварии отдельных элементов или оборудования, пожара. Для каждой расчетной ситуации характерны свои расчетные схемы, ко- эффициенты условий работ и виды возможных предельных состояний.

Вряде стран успешно используется метод расчета каменных конст- рукций по допускаемым напряжениям – в США, Великобритании, Канаде, Австралии, Германии.

Впоследние десятилетия широко применяются современные методы нелинейного расчета каменных стен на ЭВМ с помощью МКЭ. Известен также энергетический метод расчета армокирпичных стен, воспринимаю- щих сейсмические нагрузки, разработанный индийскими учеными.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Как работает кладка при сжатии?

2.Какова схема разрушения кладки?

3.Какие факторы и как влияют на работу кладки.

4.От чего зависит средняя прочность кладки?

5.Какие деформации возможны в кладке?

6.Какие предельные состояния возможны в каменных конструкциях?

50