2. Перечислите виды каменных и армокаменных конструкций и материалы, применяемые для их возведения, укажите требования к ним.

Каменная кладка представляет собой неоднородное тело, состоящее из камней разделенное вертикальными и горизонтальными швами, заполненными раствором.

Прочность кладки зависит от прочности раствора и камня, от системы перевязки вертикальных швов между камнями, а также от воздействия влаги, температур, ветра, коррозии.

Виды: фундаменты, стойки, стены, перегородки, столбы, брандмауэры, колонны, ограждения, дымовые трубы и печи, облицовка набережных, плотины, водонапорные башни, своды и купола, канализационные коллекторы, колодцы.

Требования к каменным и армокаменным конструкциям: огнестойкость, долговечность, использование местных материалов, хорошая тепло- и звукоизоляция для ограждающих конструкций, относительно высокая прочность (армируют), высокая влаго- морозо- и химическая стойкость.

Каменные материалы:

а) по происхождению:

– природные камни, добываемые в карьерах;

- искусственные – изготавливают на заводах строительных материалов.

б) по величине:

- крупные блоки (камни), высотой более 50 см;

- мелкоштучные, высотой 10…20 см;

- кирпич, высотой до 10 см.

в) по структуре:

- полнотелый кирпич и сплошной камень;

- пустотелый кирпич и камень.

Основные характеристики каменных материалов:

1. Прочность: высокопрочные (марки 250…1000), средней прочности (марки 75…200), малой прочности (марки 4…50).

2. Морозостойкость, характеризуется количеством циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии.

3. Плотность.

Строительные растворы – обеспечивают связь между отдельными камнями в кладке, уменьшают ее влагопроницаемость и продуваемость, равномерно передает усилие от одних камней на другие.

Виды строительных растворов: цементные, известковые, цементно-известковые, цементно-глиняные.

Основные характеристики растворов:

1. Марка раствора – предел прочности при сжатии кубов с ребром 7 см в возрасте 28 суток (М4…М200). Выбор марка раствора зависит от степени долговечности здания, прочности и условий эксплуатации.

2. Удобоукладываемость – способность распределяться тонким слоем и заполнять неровности кладки.

3. Подвижность – определяется погружением стандартного конуса, см. Добавляют пластификаторы (известь, глина, мылонафт).

Арматура: горячекатаная круглая сталь класса S240, сталь периодического профиля класса S400 Ø6…40 мм, арматурная холоднотянутая проволока периодического профиля класса S500 Ø3…8 мм. Соединительные элементы и закладные детали: прокатная листовая сталь, полосовая сталь, фасонные профили (уголки, швеллеры и т.д.).

2. Укажите особенности расчета центрально-сжатых каменных элементов: область применения, расчет на прочность и устойчивость.

Область применения: фундаменты, стойки, стены, перегородки, столбы, брандмауэры, колонны, своды и купола.

Центрально-сжатыми элементами считаются такие, в которых точка приложения и направление сжимающей силы совпадают с линией, проходящей через центр тяжести поперечного сечения стержня (ось элемента).

Расчет на прочность производят для центрально-сжатых элементов с малой гибкостью (коротких):

Расчет на устойчивость гибких элементов

где N — расчетная продольная сила;

R — расчетное сопротивление сжатию кладки, опреде­ляемое по табл. 2—9 СНиП II-22-81;

φ — коэффициент продольного изгиба, определяемый по таб.13 СНиП II-22-81, зависит от упругой характеристики кладки α (таб. 15) и гибкости элемента λ:

- для прямоугольного сечения λ^h = l⁰ / h, где l⁰ – расчетная длина элемента и h – меньший размер прямоугольного сечения.

- для произвольного сечения λⁱ = l⁰ / i^min, где l⁰ – расчетная длина элемента и i^min – меньший радиус инерции сечения элемента.

Расчетные высоты стен и столбов l⁰ следует прини­мать:

а) при неподвижных шарнирных опорах l^о = Н ;

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролет­ных зданий l^о = 1,5 H, для многопролетных зданий l^о = 1,25H ;

в) для свободно стоящих конструкций l^о =2 Н ;

г) для конструкций с частично защемлен­ными опорными сечениями — с учетом факти­ческой степени защемления, но не менее l^о = 0,8H где Н — расстояние между перекры­тиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету.

А — площадь сечения элемента:

m^g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки и определяемый по формуле (16) СНиП II-22-81 при e^og=0.

где N^g — расчетная продольная сила от длительных нагрузок;

η — коэффициент, принимаемый по табл. 20;

e^og — эксцентриситет от действия длительных нагрузок.

При меньшем размере прямоугольного по­перечного сечения элементов  30 см коэффициент mg =1.

2. Укажите особенности расчета армированной каменной кладки. Изобразите виды каменной кладки с сетчатым, продольным и комплексным армированием. Приведите формулы расчета центрально-сжатой каменной кладки с сетчатым армированием.

Цель армирования – повышение несущей способности (прочности и устойчивости).

Типы армирования: а, б - армирование сетками; в, г - продольное армирование кладки; д. е - комплексные конструкции; ж, з — усиление кладки обоймами; и, к - расчетные схемы;

1 - продольные стержни; 2 - хомуты; 3 — защитный слой раствора; 4 - кладка; 5 - соединительные планки; 6 — уголки; 7 - слой из бетона или штукатурки

Расчет элементов с сетчатым армиро­ванием при центральном сжатии следует производить по формуле

где N — расчетная продольная сила; m^g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки; φ – коэффициент продольного изгиба; m^g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки; R^sk  2R — расчетное сопротивление при централь­ном сжатии, определяемое:

при кладке на растворе марки 25 и выше и при высоте ряда не более 15 см по формуле:

при кладке на растворах марки менее 25 по формуле:

где R – расчетное сопротивление сжатию неармированной кладки; μ = процент армирования;

R^s – расчетное сопротивление арматуры; R¹ — расчетное сопротивление сжатию неар­мированной кладки в рассматриваемый срок твердения раствора; R²⁵ – расчетное сопротивление кладки на растворе марки 25.

^{Каменные конструкции: учеб.-метод. комплекс для студентов специальности 1-70 02 01 «Промышленное и граждланское строительство» / В.Д. Гринев, А.М. Хаткевич. – Новополоцк: ПГУ, 2010. – 128 с. Представлены учебная программа, содержание дисциплины, два учебных модуля с конспектами лекций, методическими указаниями к практическим занятиям, материалы для самоконтроля, примеры решения задач, справочные и нормативные материалы}

2. Перечислите виды деревянных строительных конструкций. Укажите достоинства и недостатки материалов из древесины, способы повышения их долговечности. Перечислите основные прочностные характеристики древесины, коэффициенты условий работы. Укажите значения модуля упругости древесины вдоль и поперек волокон.

Виды: стойки, колонны, стены, цельные составные и клееные балки, прогоны, деревянные и металлодеревянные фермы, арки, рамы, элементы стропильной системы.

Достоинства:

1. Высокая удельная прочность (отношение расчетного сопротивления к плотности), которая близка к удельной прочности малоуглеродистой стали, поэтому конструкции из дерева получаются легкими;

2. Химическая стойкость (во многих агрессивных средах долговечность древесины больше, чем у металла и железобетона);

3. Малая теплопроводность, что позволяет использовать дерево одновременно как ограждающий и несущий материал;

4. Простота обработки, а также отсутствие ограничений при сезонных работах.

Недостатки деревянных конструкций:

1. Гигроскопичность древесины и, как следствие, — усушка, разбухание, растрескивание и коробление;

2. Неоднородность строения (анизотропия), большое количество естественных пороков (косослой, сучки и др.), что существенно снижает прочность;

3. Возможность гниения, малая огнестойкость.

Способы повышения долговечности:

Защита от гниения: а) стерилизация – уничтожение грибов и их спор высокой температурой (>80⁰); б) конструктивные меры – полная водонепроницаемость кровли, отделение древесины от бетона и камня слоями гидроизоляции; в) химическая защита – окраска водостойкими лакокрасочными составами, пропитка антисептиками на масляной или водной основе.

Повышение огнестойкости: а) конструктивные меры – противопожарные преграды, оштукатуривание ДК; б) пропитка антипиренами.

Основными характеристиками прочности чистых от пороков участков древесины являются нормативные сопротивления, которые определяются по результатам многочисленных лабораторных испытаний стандартных образцов сухой древесины влажностью 12% на растяжение, сжатие, изгиб, смятие и скалывание. Нормативные и расчетные значения сопротивлений приведены в СНБ 5.05.01-2000 Деревянные конструкции.

Расчетное сопротивление на изгиб – f^m,d, на сжатие вдоль волокон – f^c,0,d , на смятие вдоль волокон - f^cm,0,d, на смятие поперек волокон - f^cm,90,d, растяжение вдоль волокон - ^ft,0,d, растяжение поперек волокон - ^ft,90,d, скалывание вдоль волокон - ^fv,0,d, , скалывание поперек волокон - ^fv,90,d.

Коэффициенты условий работы: k^mod - для различных условий эксплуатации и классов длительности нагружения; k^t – для различных температурных условий; k^h - для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов прямоугольного сечения высотой более 0,5 м; f^m,d - для изгибаемых, внецентренно-сжатых, сжато-изгибаемых и сжатых клееных элементов в зависимости от толщины слоев; k^r - для гнутых элементов конструкций; - k^o - для растянутых элементов с ослаблением в расчетном сечении и изгибаемых элементов из круглых лесоматериалов с подрезкой в расчетном сечении; k^s - для элементов, подвергнутых глубокой пропитке антипиренами под давлением.

Модуль упругости древесины при расчете по предельным состояниям второй группы следует принимать равным: вдоль волокон E⁰ = 10000 МПа; поперек волокон E⁹⁰ = 400 МПа.