УМК Гринев

Нагрузка на колонну круглого сечения может передаваться в нескольких точках. Несмотря на это колонна будет рассчитываться на суммарный эксцен- триситет при отсутствии для такого сечения так называемого косого сжатия. На рис. 5.3. приведена схема нахождения суммарного эксцентриситета.

Пусть ON1 = e01; ON2 = e02 ; ON3 = e03 .

Просуммируем проекции эксцентриситетов на оси. Величины сум- марных эксцентриситетов, с учетом направленности, дадут величину коор- динат суммарного эксцентриситета. Для примера на рис. 5.3.

е0 ∑ y = ON1 cosα1 − ON2 cosα2 + ON3 cosα3 е0 ∑ x = −ON1 sin α1 + ON2 sin α2 + ON3 sin α3

62

е0 ∑ = e0 ∑y 2 + e0 ∑x 2

Для каждой отдельной нагрузки величина эксцентриситета не долж- на превышать 0 ,95 r . При расчетах необходимо учитывать вид приме- ненных материалов (геометрию). Так, например, при кладке из обыкно- венного кирпича применяется коэффициент условия работ γ с = 0,6. При кладке круглого сечения в плане из лекальных камней коэффициент γс может быть значительно увеличен.

Рис.5.3. Схема нахождения суммарного эксцентриситета

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Как рассчитывают тавровое сечение на внецентренное сжатие?

2.Влияет ли геометрия каменных материалов на прочность кладки круглых колонн?

3.Методикарасчетапрочности круглых колонн навнецентренноесжатие?

4.Эффективность и места использования круглых колонн?

5.Где используются сжатые элементы кольцевого сечения?

6.Каковаметодикарасчетанавнецентренноесжатиекольцевых сечений?

63

ЛИТЕРАТУРА

1. Каменные и армокаменные конструкции: СНиП II-22-81.– Введ. 31.12.81. – М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 1999. – 39 с.

2. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции») – М.: (ЦНИИТП) Гос-

строй СССР, 1989. – 149 с.

3.Гринев, В.Д. Определение геометрических характеристик сжатой зоны ка- менной кладки кольцевого сечения / В.Д. Гринев, В.В. Гринев, В.В. Нестеренко // Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь: материалы VI междунар. науч.-метод. Семинара, Минск, 17-20 октября 2000 г. / Бел. гос. политехн. акад.; редкол.: Н.П. Блещик, А.А. Борисович, Т.М. Пецольд. – Минск: УП «Технопринт», 2000. – С. 45 – 48.

4.Бедов, А.И. Проектирование каменных и армокаменных конструкций: учеб. пособие / А.И. Бедов, Т.А. Щепетьева. – М.: АСВ, 2003. – 240 с.

5.Гринев, В.Д. К расчету каменных колонн круглого сечения / В.Д. Гринев, Ф.Ф. Яско // Белорусский строительный рынок – 2004. – № 20. – С. 28 – 29.

ЛЕКЦИЯ 6. РАСЧЕТЫ НА МЕСТНОЕ СЖАТИЕ, РАСТЯЖЕНИЕ, ИЗГИБ И СРЕЗ

6.1.Местное сжатие (смятие).

6.2.Расчет на растяжение, изгиб и срез.

6.1. Местное сжатие (смятие)

Местное сжатие происходит в опорной конструкции, если нагрузка на неё прикладывается на части поверхности (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Приложение местной нагрузки на столб

64

В таких случаях ненагруженные участки кладки служат своеобразной обоймой, которая, препятствуя горизонтальным деформациям загруженного уча- стка с размерами a×b, повышает предел прочности кладки на местное сжатие.

Величина ξ1 находится по табл. 21 [1].

Здесь A = (c × d ) – расчетная площадь сечения при местном сжатии

где d = 1,5 − 0,5ϕ – коэффициент, зависящий от вида камня; ψ = (0,5... 1,0 ) – коэффициент полноты эпюры давлений от местной нагрузки. При равномерном распределении давления ψ =1 при треугольной эпюреψ = 0,5 .

Повышение несущей способности опорных зон кладки при местном сжатии выполняется путем поперечного армирования, устройства пилястр и комплексных конструкций, укладки железобетонных плит.

Распределительные плиты (железобетонные опорные подушки, камни) изготавливаются высотой 150 и 220 мм, они обычно армируются двойными сетками с общим количеством арматуры не менее 0,5 % объема бетона с раз- мерами ячейки c ≤ 100 мм. Обычно принимается класс бетона С-12...С-15.

При краевых давлениях более 100 кН укладка опорных плит высотой h 150 мм становится обязательной. Длина заделки железобетонных плит в стену в случае укладки их на примыкающие пилястры составляет не менее 120 мм. Запрещается укладка плит в предварительно оставляемые борозды и ниши.

Под опорными участками балок, прогонов следует предусматривать раскладку слоя цементного раствора толщиной не более 15 мм. Пилястра, ра- ботающая на смятие, на высоте 1…1,2 м от низа распределительной плиты должна быть усилена косвенной арматурой с шагом 220 мм из сеток с ячей- ками не более 60 мм. Сетки следует заанкеровать в массиве стены на длине не менее 120 мм. Аналогичные усиления нужны и для стен, где местные краевые нагрузки составляют более 80 % расчетной несущей способности.

65

6.2. Расчет на растяжение, изгиб и срез

Расчет прочности неармированной каменной кладки на центральное растяжение производится по формуле:

ние кладки по перевязанному сечению.

Расчет на изгиб выполняется в предположении упругой работы клад- ки по формулам:

пряжении сжатия при наименьшей расчетной нагрузке, определяемой с ко- эффициентом безопасности по нагрузке 0,9; n – коэффициент, принимае- мый равным 1,0 для кладки из полнотелого кирпича и камней, и 0,5 – для кладки из пустотелого кирпича и камней с вертикальными пустотами, а также для кладки из рваного бутового камня.

Расчетное сопротивление кладки должно приниматься по табл. 11 [1].

При внецентренном сжатии с эксцентриситетами e0 WA в формулу (6.7)

вместо площади всего сечения включается только площадь сжатой зоны Ac .

66

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНРОЛЯ

1.Какие варианты приложения на сжатые элементы?

2.Почему прочность на местное сжатие выше, нежели при сжатии по всей площади?

3.Какие конструктивные мероприятия обеспечивают (повышают) прочность на местное сжатие?

4.Возможно ли при местном сжатии образование растягивающих напряжений?

5.Какие стены работают на изгиб?

6.Как учитывается местное сжатие при расчете на сдвиг?

ЛИТЕРАТУРА

1. Каменные и армокаменные конструкции: СНиП II-22-81. – Введ. 31.12.81. – М.: Стройиздат, 1983. – 39 с.

2. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции») – М.: (ЦНИИТП) Гос-

строй СССР, 1989. – 152 с.

ЛЕКЦИЯ 7 . ОСНОВЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАМЕННЫХ СТЕН ЗДАНИЯ

7.1.Конструктивные схемы зданий, обеспечение пространственной жесткости.

7.2.Расчет стен многоэтажных зданий с жесткой конструктивной схемой.

7.3.Расчет стен зданий с упругой конструктивной схемой.

7.4.Особенности расчета стен в зависимости от конструкции их слоёв.

Всвязи с постоянно проводимой работой по совершенствованию, а так- же гармонизацией с евростандартами действующих в РБ норм в области про- ектирования и расчета каменных конструкций, в декабре 2009 г. утвержден

ивведен в действие технический кодекс ТКП ЕN 1996-2-2009 (02250) [6].

7.1.Конструктивные схемы зданий, обеспечение пространственной жесткости

Всовременном массовом строительстве в основном используются три схемы стоечно-балочной системы [4]:

1.Бескаркасная с несущими наружными и внутренними стенами

иколоннами.

67

2.С неполным каркасом: внутренний каркас и несущие наружные стены.

3.Сполнымкаркасом, широкоприменяемымвсовременномстроительстве. Каменные стены применяются в качестве ограждающих и несущих эле-

ментов и в зависимости от конструктивной схемы подразделяются на несу- щие, самонесущие и воспринимающие нагрузки лишь от собственного веса.

Продольные и поперечные стены совместно с перекрытиями обра- зуют сложную пространственную коробчатую систему, на которую воз- действуют горизонтальные и вертикальные нагрузки.

Распределение усилий между элементами здания зависит от жестко- сти перекрытий и покрытия, толщины и высоты стен, проемов, от вида связей (перевязка, арматурные анкеры, армированные набетонки) и сопря- жений между вертикальными и горизонтальными элементами, от вида ка- менных стен (группы кладки).

В отечественных нормах по степени пространственной жесткости здания с несущими стенами делятся на две группы:

-с жесткой конструктивной схемой;

-с упругой конструктивной схемой.

Продольные стены при воздействии горизонтальных и вертикальных нагрузок работают, как вертикальные балки, опорами которых являются междуэтажные перекрытия и поперечные стены.

По степени жесткости опоры делятся на жесткие и упругие. К жест- ким опорам относятся:

а) – поперечные каменные стены толщиной d ³ 120 мм, железобетонные стены d ³ 60 мм, контрфорсы, стены лестничных клеток, отрезки поперечных стен и другие конструкции, воспринимающие горизонтальные усилия;

б) – покрытия и междуэтажные перекрытия при расстояниях между устойчивыми поперечными конструкциями, не превышающих величин, указанных в нормах (L = 12… 54 м). Величина L зависит от вида перекры- тия и группы кладки; см. табл. 27 – СНиП II -22-81;

в) – ветровые пояса, фермы, ветровые связи и железобетонные пояса, способные воспринимать горизонтальные нагрузки.

За упругие опоры принимают покрытия и перекрытия при расстоя- ниях между устойчивыми поперечными конструкциями, превышающими величину L. Стены и столбы, не имеющие связи с перекрытиями, рассчи- тываются, как свободно стоящие защемленные стойки.

В зарубежной практике имеются и другие подходы к методике расчета стен. Так, например, по DIN 1053 усилия в несущих стенах определяются, как в элементах многоэтажной и многопролетной рамы, на которую воздействуют

68

горизонтальные и вертикальные нагрузки. Далее производят разбиение рамы на совокупность одноэтажных однопролетных рам (Г, Т-образных и крестооб- разных). Затем определяют величины усилий, действующих в элементах рам, после чего выполняют поверочные расчеты прочности.

Клепиковым С.Н. разработана современная методика расчета бес- каркасных зданий и основания по методике предельного равновесия с уче- том неравномерных деформаций основания. Предельное состояние здания возникает при исчерпании несущей способности хотя бы одного верти- кального сечения здания.

Расчет выполняется в следующем порядке: задаются размерами се- чений и армирования, определяется максимальная несущая способность отдельных вертикальных сечений, предельно допустимые величины М и Q находятся по СНБ 5.03.01-02 «Бетонные и железобетонные конструкции». Вычисляются жесткостные параметры здания для решения контактной за- дачи с учетом конечной жесткости здания; расчетная схема здания прини- мается в виде линейно-упругой балки (или системы балок) на деформи- руемом основании; по результатам решения контактной задачи находятся усилия М и Q и сравниваются их с предельно допустимыми значениями Ми и Qи; при необходимости корректируются размеры сечений и армирование.

7.2. Расчет стен многоэтажных зданий с жесткой конструктивной схемой

Наружную стену многоэтажного здания можно рассматривать как вер- тикальную неразрезную балку, опертую на неподвижные жесткие опоры – пе- рекрытия. Верхняя опора – покрытие, нижняя – пол подвала. В практике про- ектирования используется упрощенная схема расчета стен и колонн профессо- ра Л. И. Онищика, где стены и столбы рассчитываются как система разрезных двухопорных балок. Такое допущение корректно, если учесть ослабление кладки в зоне перекрытий. Опоры считают расположенными на уровне низа перекрытий. Каждая из балок загружена продольной силой N от вышележаще- го веса стены и внецентренно приложенной нагрузки от перекрытия Р. На- грузки на стены и колонны принимают приложенными с фактическими экс- центриситетами относительно центра тяжести сечения. Расстояние от точки приложения опорной реакции перекрытия до внутренней грани стены прини- мается равным 1/3 глубины заделки и не более 70 мм. Возможные варианты опирания балок или перекрытий изображены на рис. 7.1.

Усилия от ветровой нагрузки на стену условно определяются как для защемленной балки, за исключением верхнего этажа, в котором верхняя опора принимается шарнирной.

69

а

б

в

Рис. 7.1. Расчетные схемы и формулы для определения усилий в сечениях стен:

а – при постоянной толщине стены; б – при изменении толщины стены

вуровне перекрытия; в – при изменении толщины стены в пределах этажа

Поперечные стены, воспринимая ветровые нагрузки от дисков пере- крытия и продольных стен, работают как вертикальные консоли, заделан- ные в основание. Сечения таких элементов зависят от вида соединения продольных и поперечных стен, они могут быть тавровыми, двутавровы- ми, коробчатыми или в форме швеллера.

При учете совместной работы поперечных и продольных стен необ- ходимо обеспечивать восприятие сдвигающих усилий в местах их взаим- ного примыкания. Должно соблюдаться условие:

где Т – сдвигающее усилие в пределах одного этажа; у – расстояние от оси продольной стены до центра тяжести сечения стен в плане (в форме дву-

70