УМК Гринев

тавра); А – площадь сечения полки (участка продольной стены, учитывае- мого в расчете); h – толщина поперечной стены; I – момент инерции сече- ния стен относительно центра тяжести сечения; Н – высота этажа; Rsq – со- противление кладки сдвигу по вертикальному перевязанному сечению.

7.3. Расчет стен зданий с упругой конструктивной схемой

По характеру работы к упругой конструктивной схеме относятся одноэтаж- ные производственные и гражданские здания. Такие здания рассчитываются как рамные системы, образуемые стойками – стенами и столбами и ригелями – несу- щимипокрытиями иперекрытиями. Работапоперечных стен неучитывается.

Стойки рам рассчитываются как защемленные в фундаментах и шар- нирно соединенные с перекрытиями. Жесткость стоек (стен) определяют при Е = 0,8Ео, ригели рамы считают несжимаемыми (ЕА = ∞).

Сечение стоек расчетной рамы может быть прямоугольным или тав- ровым при наличии пилястр. Ширина стоек принимается в зависимости от характера нагрузки, формы сечения и вида расчета. Так, если нагрузка от перекрытия передается равномерно по длине стены, то за ширину сечения стойки может быть принята ширина простенка, а при глухих стенах – дли- на участка стены между осями примыкающих к пилястре пролетов.

Если нагрузки сосредоточенны и передаются на стены без пилястр, то при статическом расчете ширина стойки b = b1 + 2 / 3H + 12h , но не более ширины простенка. Здесь b1 – ширина площади опирания стропильных конструкций, Н – высота стены, h – толщина стены.

Для стен с пилястрами при статическом расчете b = bf + 2 / 3H +12h здесь

b – ширина пилястры. В конструктивном расчете при сосредоточенной нагрузке стойка по высоте имеет переменное сечение: вверху – bf = b ; внизу – bf = b + H.

Принятые предпосылки о несжимаемости ригеля позволяют выполнить рас- чет многопролетной рамы как суммы отдельных защемленных вертикальных кон- сольныхстержней, имеющиходинаковыегоризонтальныеперемещенияповерху.

Для определения усилий от вертикальных нагрузок используют ме- тод сил, где в качестве неизвестной принимают горизонтальную реакцию

вуровне перекрытия. После нахождения опорной реакции стойку рассчи- тывают как статически определимый консольный стержень, находящийся под воздействием внешних нагрузок и реакции.

Расчет стен на воздействие горизонтальных нагрузок также произво- дится методом сил, но с учетом упругой работы диска перекрытия. Далее

вхарактерных сечениях стоек рамы находятся изгибающие моменты и про- дольные силы, проверяется несущая способность на внецентренное сжатие.

71

7.4. Особенности расчета стен в зависимости от конструкции их слоёв

По принятому нами определению стены могут состоять из одного или двух массивных слоёв, теплоизоляционной системы, либо отдельных её элементов – облицовки, пароизоляции, штукатурки, засыпки и т. п. Одно- слойные стены с облицовкой, а также двухслойные стены рассчитываются, исходя из качества связей между слоями и прочности отдельных слоёв. Так, при жестком соединении облицовок с материалом стены расчет выполняет- ся с учетом их разной прочности и деформативности по приведенному се- чению при толщине облицовки более 40 мм. Таким же образом рассчиты- ваются двухслойные стены, у которых наружный слой выполняет функции облицовки. Если при этом теплоизоляционный слой состоит из материалов с пределом прочности на сжатие до 1,5 МПа, то в расчете его не учитывают.

Как уже отмечалось, жесткими связями могут быть железобетонные и металлические шпонки. Такие связи образуются также при одновремен- ной кладке несущих и облицовочных слоёв, включая колодцевую кладку. Размеры приведенного сечения находятся с учетом прочности материала слоёв, степени участия его в работе и вида кладки (рис. 7.2).

где b – фактическая ширина слоя; m и R – расчетное сопротивление и коэффи- циент использования основного несущего слоя; mi и Ri – то же для других слоёв. Величины коэффициентов mi приведены в таблице норм (см. табл. 22 [5]).

Рис.7.2. Определение расчетного сечения:

а – фактическое сечение на единицу длины; б – приведенное сечение

72

Далее стены рассчитываются на внецентренное сжатие.

В малоэтажном строительстве широко распространены конструкции стен с колодцевой кладкой. Колодцы-полости образованы кладкой двух па- раллельных и двух продольных стен толщиной 120 мм, размеры колодцев 270 ×1050мм или400 ×1050мм . Второй вид кладки образуется двумя параллель- ными стенками, соединенными между собой горизонтальными связями (стены Герарда). В полостях между стенами и в колодцах размещают утеплитель, в том числе и насыпной: керамзитовый песок и гравий, перлит, вермикулит, термозит, золу ТЭЦ, дробленый газосиликат, опилки, арболит и др.

Стены первого вида при расстояниях между жёсткими связями (кир- пичными диафрагмами) менее 1170 мм рассчитывают как цельные двутав- ровые сечения. При этом учитывается лишь собственный вес утеплителя, не принимается во внимание горизонтальное давление утеплителя на ок- ружающие стены. Более полным будет расчет с учетом горизонтального давления, которое рекомендуется определять по формуле (7.3).

Рис. 7.3. Конструктивная модель стен:

где γ – плотность засыпки; b – ширина колодца; μ и μ' – соответственно ко- эффициенты трения засыпки о засыпку и стенки колодца. Усилия от гори- зонтального давления утеплителя следует суммировать с усилиями в стен- ке колодцев, вызываемыми пассивной ветровой нагрузкой.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какие при проектировании используются стоечно-балочные системы?

2.В каком случае здание работает по жесткой конструктивной схеме?

73

3.Когда здание рассчитывается по упругой конструктивной схеме?

4.Методика расчета по жесткой конструктивной схеме?

5.Каков алгоритм расчета по упругой конструктивной схеме?

6.Какие виды многослойных стен?

7.Какие виды связей?

8.Какова последовательность расчета многослойных стен?

ЛИТЕРАТУРА

1.Кильпе, Т.Л. Основы архитектуры / Т.Л. Кильпе. – М.: Высш. шк., 1989. – 175 с.

2.Рохлин, И.А. Расчет керамических конструкций / И.А. Рохлин. – Киев: Гослитиздат по строительству и архитектуре УССР, 1956. – 188 с.

3.Гринев, В.Д. Особенности расчета каменных стен облегченной кладки / В.Д. Гринев // Сб. Перспективы развития новых технологий в строительстве и подго- товке инженерных кадров Республики Беларусь / Белорусская государственная поли- техническая академия. – Минск, 1996. – С. 99 – 102.

4.Пастернак, П.Л. Комплексные конструкции / П.Л. Пастернак. – М.: Стройво-

енмориздат, 1948. – С. 60 – 62.

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

6.Проектирование каменных конструкций. Технический кодекс установив-

шейся практики: ТКП ЕN 1996-2-2009 (02250). – Введ. 10.12.2009. – Ч. 2. Проектные решения, выбор материалов и выполнение каменных конструкций. Еврокод 6. – Минск: Министерство архитектуры и строительства РБ, 2009. – 25 с.

УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ 3 КОМПЛЕКСНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ЛЕКЦИЯ 8. КОМПЛЕКСНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

8.1.Армокаменные конструкции.

8.2.Конструкции с поперечной арматурой.

8.3.Конструкции с продольной арматурой.

8.4.Армокаменные конструкции со смешанным армированием.

8.5.Армокаменные конструкции с напрягаемой арматурой.

74

8.1. Армокаменные конструкции

Мировой опыт строительства свидетельствует о том, что с древних вре- мен и по настоящее время применяются материалы, состоящие из двух и более исходных компонентов. Сочетаются разные материалы для создания новых: обладающих более высокой прочностью, коррозионной стойкостью, имеющих меньшую массу, теплопроводность. Экскурс в историю подтверждает, что ещё в древнем Вавилоне строители использовали глину совместно с тростником.

Веками сохраняются постройки древней Хивы в Средней Азии, вы- полненные из глины, армированной соломой. И в настоящее время в степ- ных районах Украины и России некоторые сельскохозяйственные и жилые здания возводят из самана – глины с соломой. Армирование каменных конструкций стало широко применяться с 1835 г. благодаря работам Брюннеля, который впервые в большом объеме использовал сталь для стен шахт диаметром 18 м и высотой 13 м. Армирование выполнялось верти- кальными и горизонтальными стержнями.

Известны стенки Прюсса толщиной в четверть и половину кирпича, армированные проволочной арматурой в двух направлениях, при этом го- ризонтальная арматура крепится к стойкам каркаса. Такая конструкция ра- ботает как навесная мембрана или как балка-стенка.

Научные разработки профессора В.П. Некрасова послужили основой для широкого внедрения горизонтального и вертикального армирования ка- менной кладки в отечественной и зарубежной строительной практике. Им была предложена мгновенно-связанная система зданий, основанная на обра- зовании в каждом междуоконном пространстве по всей его высоте замкну- того армокирпичного пояса, состоящего из трёх рядов арматуры по 4 – 6 мм в каждом ряду. Помимо этих армокирпичных поясов горизонтальная арматура укладывалась и в несущие поперечные стены. В простенки с на- ружных граней устанавливалась также и вертикальная арматура.

Система В.П. Некрасова с позиций современных взглядов представ- ляет собой здание, пространственная жесткость которого обеспечивается наличием продольных, поперечных и вертикальных связей. Армокаменные конструкции, применяемые в отечественной и зарубежной строительной практике, можно условно разделить на четыре группы:

−конструкции с поперечной арматурой;

−конструкции с продольной арматурой;

−конструкции с поперечной и продольной арматурой;

−конструкции с напрягаемой арматурой.

75

Рациональная область применения конструкций с поперечной арма- турой – сжатые сильно нагруженные колонны и простенки малой гибкости λ ≤ 53 с эксцентриситетом ео ≤ 0,33у.

Элементы с продольным армированием эффективны при величинах гибкости и эксцентриситете, превышающих вышеприведенные. Продоль- ное армирование преимущественно применяется при конструировании стоек промышленных зданий.

Смешанное армирование целесообразно при изготовлении кирпич- ных панелей и стен повышенной жёсткости для сейсмических районов.

За рубежом для повышения жесткости и устойчивости стен зданий и сооружений успешно применяется напрягаемая арматура.

8.2. Конструкции с поперечной арматурой

Разрушение каменной кладки начинается в растворной части, в которой возникают растягивающие напряжения. Если в швы уложить арматуру, спо- собную воспринимать растяжение в любых направлениях, то повысятся проч- ность и предельная сжимаемость кладки, возникает так называемый эффект «обоймы». Для армированной кладки при центральном сжатии:

Для сетчатого армирования применяют сталь S-500 и S-240, процент армирования в каждом направлении должен быть не менее 0,05 % и не бо- лее 0,5 %. Диаметр стержней 3…10 мм, толщина защитного слоя арматуры в шве – не менее 2 мм, шов – не более 16 мм. Из каждой сетки не менее двух стержней должно выступать на 2 – 3 мм за поверхность стены или на две стороны столба (простенка).

Различают сетки с прямоугольной ячейкой с размерами 30…120 мм, а также сетки типа «зигзаг» (рис.8.1).

Рис. 8.1. Виды сеток: а – с прямоугольной ячейкой; б – типа «зигзаг»

76

Сетки типа «зигзаг» одностороннего направления в швах кладки следует чередовать. Сетки должны укладываться с шагом не более 450 мм, то есть 5-ти рядов кладки из обычного кирпича, 4-х рядов кладки из утол- щенного кирпича и 3-х рядов при кладке из керамических камней.

С целью улучшения технологичности изготовления сеток отечест- венными учеными были предложены новые сетки косвенного армирова- ния – в форме прямоугольных или круглых спиралей (рис.8.2).

Рис. 8.2. Арматурные сетки:

а– в форме спирали Архимеда; б – прямоугольная спираль;

в– проволочный каркас «Murfor» (Германия)

Спирали рекомендуется изготавливать на универсальных автомати- зированных станках «Универформ». Спиральные сетки более технологич- ны при каменной кладке. Они могут, по данным исследований, уменьшить расход стали на 15…20 %.

В Германии нашли применение арматурные сетки в виде бесконечной металлической фермы, образуемой металлическими стержнями. Ширина ар- матурного каркаса соответствует ширине кладки. Каркасы в стенах укладыва- ют в шве внахлёстку длиной 600 мм. Кирпичная кладка с арматурой работает на изгиб в обоих направлениях, что позволяет повысить прочность и трещино- стойкость стен, особенно – воспринимающих горизонтальные нагрузки.

8.3. Конструкции с продольной арматурой

Продольная арматура применяется из стали классов S-240, А-II, S-500 диа- метром не менее 3 мм для растянутой арматуры и не менее 8 мм – для сжатой.

Продольную арматуру устанавливают снаружи кладки под слоем цементного раствора, либо внутри кладки или в бороздах, с заполнением

77

их раствором. Шаг поперечной арматуры не должен превышать 15d для наружной продольной арматуры и 20d – для внутренней.

Площадь сечения продольной сжатой арматуры должна быть не ме- нее 0,1 %, а растянутой – не менее 0,05 % площади поперечного сечения.

Армокаменные конструкции работают на сжатие как и железобетон- ные сжатые элементы, однако в связи с неполным использованием прочно- сти кладки к величине её расчетного сопротивления вводится коэффициент условия работ, равный 0,85.

Внецентренно сжатые элементы рассчитываются в зависимости от величины эксцентриситета. Случаи больших и малых эксцентриситетов определяются из условия:

где Sc – статический момент сжатой части сечения относительно центра тяжести менее сжатой или растянутой арматуры; So – статический момент всего сечения относительно центра тяжести той же арматуры.

8.4. Армокаменные конструкции со смешанным армированием

В начале XX-го столетия стали применяться в строительной практи- ке армокаменные стены с горизонтальной и вертикальной арматурой, об- разующей каркас, заполняемый каменной кладкой. Это стены системы Кесслера, Лемана и вышеупомянутых Прюсса и Брюннеля, отличающиеся повышенной прочностью и способностью воспринимать горизонтальные ударные нагрузки. С начала столетия в Англии известны также конструк- ции стен, образуемые пустотелыми камнями, в которые могут вставляться вертикальные арматурные стержни, а в швы – укладываться горизонталь- ная арматура. Аналогичная идея воплощена в современных конструкциях стен итальянской фирмы «Morande Impianti». Кладка стен до 4-х этажей также ведется из пустотелых фасонных кирпичей с сообщающимися пус- тотами, в которых размещается вертикальная и горизонтальная арматура.

Армирование кладки производится вертикальными стержнями диа- метром до 20 мм в вертикально сообщающихся пустотах с шагом до 250 мм и двумя горизонтальными стержнями диаметром до 8 мм в каждой стенке. Кладка колодцевого типа толщиной 375 мм состоит из наружного и внутреннего слоёв толщиной по 125 мм, соединенных поперечными диафрагмами. Кладка ведется насухо высотой до 3,0 м, затем омоноличи- вается строительным раствором. Конструкции стен обладают повышенной сдвиговой прочностью, зачастую прочность кладки достигает 35 МПа.

78

Арматурные каркасы в виде системы вертикальных и горизонталь- ных стержней применяются в отечественной и зарубежной строительной практике для усиления виброкирпичных панелей.

8.5.Армокаменные конструкции с напрягаемой арматурой

Вмировой строительной практике применение напрягаемой армату- ры с обжатием кладки встречается редко. Отдельные успехи в этой облас- ти были достигнуты английскими учеными. Так ими были разработаны конструкции стен одноэтажных промзданий, состоящие из двух слоёв кладки, соединенных вертикальными диафрагмами (рис. 8.3). Преднапря- жение выполняется на уровне верха распорки по осям диафрагм, что зна- чительно повышает устойчивость и трещиностойкость стен.

Небезынтересна комплексная конструкция преднапрягаемых под- порных стен, состоящая из кирпичных панелей, в соединениях которых создается железобетонный паз с размещением в нем напрягаемой армату- ры. Панели и паз соединяются воедино с помощью сварки петлевых вы- пусков. Натяжение арматуры, заанкеренной в фундаменте, производят «на кладку». Такая конструкция стенки имеет выразительную лицевую по- верхность, повышенную устойчивость, у неё снижена материалоёмкость, по сравнению с массивными подпорными стенками из каменной кладки. Применение преднапряжения для армокаменных конструкций весьма пер- спективно, но требуется проведение дополнительных исследований.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.В связи с чем повышается прочность кладки с поперечной арматурой?

2.Когдаэффективно использованиепоперечнойи продольной арматуры?

3.Какие преимущества достигаются при использовании поперечной арматуры?

4.Какая толщина горизонтальных швов допустима?

5.Какая арматура используется для каменной кладки?

ЛИТЕРАТУРА

1.Андреев, С.А. Проектирование и расчет каменных и армокаменных конст- рукций / С.А. Андреев. – М.-Л.: Изд-во Наркомхоза РСФСР, 1941. – 284 с.

2.Довгалюк, В.И. Соединение сборных железобетонных каркасных конструк- ций зданий / В.И. Довгалюк. // Обзорная информация. Строительство и архитектура. Сер. Строительные конструкции. – Вып. 5. / Всесоюзный науч.-исслед. ин-т проблем научно-технического прогресса и информации в строительстве. – М.: ВНИИНТПИ Гос- строя СССР, 1989. – 60 с.

3.Конструкции стеновых ограждений из армированной кирпичной кладки (ФРГ) // Строительство и архитектура. Строительные конструкции и материалы. – Вып. 1. Зарубежный и отечественный опыт. – М.: ВНИИНТПИ Госстроя СССР,

1991. – С. 21 – 24.

4.Сахновский, К.В. Железобетонные сооружения / К.В. Сахновский. – Л.-М.: Госстройиздат, 1933. – 188 с.

5.Армированная кирпичная кладка системы «Keybrich System» (Италия) // Строительство и архитектура. Сер. 8. Строительные конструкции. Зарубежный опыт. – Вып. 9. – М.: ВНИИНТПИ Госстроя СССР, 1984. – С. 8 – 11.

6.Конструкции панелей из кирпича // Обзорная информация. Строительство

иархитектура. Сер. 8. Строительные конструкции. Вып. 1 / Всесоюзный науч.-исслед. ин-т проблем научно-технического прогресса и информации в строительстве / М.: ВНИИНТПИ Госстроя СССР, 1982. – 48 с.

80