Лекция 3. Часть 2. Каменные и армокаменные конструкции

Центрально сжатые элементы

При центральном сжатии напряжения равномерно распределяются по сечению элемента.

Несущая способность таких элементов зависит не только от прочности кладки, но и от гибкости элементов. Для элементов с малой гибкостью из условия равновесия усилий на вертикальную ось можно записать условие прочности:

N = R_uA,

где N – внешняя сила, А – площадь сечения кладки, R_u – предел прочности кладки.

Расчет элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии следует производить по формуле:

N  т_g RA,

где R — расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по таблице СНиП как R = R_u_c / k;

 — коэффициент продольного изгиба;

т_g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки.

Коэффициент продольного изгиба  для элементов постоянного по длине сечения следует принимать в зависимости от гибкости элемента

_i = l₀ / i

и ли прямоугольного сплошного сечения при отношении

_h = l₀ / h

и упругой характеристики кладки , принимаемый по табл. 15 СНиП.

Расчетные высоты стен и столбов l₀ при определении коэффициентов продольного изгиба  в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:

а) при неподвижных шарнирных опорах l₀ = Н (рис. а);

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l₀ = 1,5H, для многопролетных зданий l₀ = 1,25H (рис. б);

в ) для свободно стоящих конструкций l₀ = 2Н (рис. в);

При меньшем размере прямоугольного поперечного сечения элементов h  30 см (или с меньшим радиусом инерции элементов любого сечения i  8,7 см) коэффициент т_g следует принимать равным единице.

Значения коэффициентов  и т_g для стен и столбов, опирающихся на шарнирные неподвижные опоры при расчете сечений, расположенных в средней трети высоты l₀ следует принимать постоянными, равными расчетным значениям  и т_g, определенным для данного элемента. При расчете сечений на участках в крайних третях l₀ коэффициенты  и т_g увеличиваются по линейному закону до единицы на опоре.

Внецентренно сжатые элементы

Внецентренное сжатие наиболее распространенный вид напряженно-деформированного состояния. Характер работы зависит от величины e_о. Трещины в растянутой зоне не являются признаком разрушения.

Для упрощения расчетов фактическую криволинейную эпюру напряжений заменяют прямоугольной (рис. г).

Расчет внецентренно сжатых неармированных элементов каменных конструкций следует производить по формуле

N  т_g ₁ R A_c ,

где А_c - площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений, определя-емая из условия, что ее центр тяжести совпа-дает с точкой приложения расчетной продоль-ной силы N. Положение границы площади А_c определяется из условия равенства нулю стати-ческого момента этой площади относительно ее центра тяжести для прямоугольного сечения

Аc = А (1- 2е₀/h)

В формулах:

h — высота сечения в плоскости действия изгибающего момента;

e₀ — эксцентриситет расчетной силы N относительно центра тяжести сечения;

₁ — коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения в плоскости действия изгибающего момента;

Армированная каменная кладка

Для увеличения несущей способности применяют армирование каменной кладки. Армирование бывает поперечным (сетчатым) и продольным. Для этого применяют арматуру классов А-I, А-II  6…40 мм; Вр-I  3…8 мм.

Поперечное (сетчатое) армирование выполняют укладкой арматурных сеток в горизонтальные швы. Применяют сетки прямоугольные (рис. а) и типа «зигзаг» (рис. б).

Расстояние s между сетками по высоте элемента должно быть не более 40 см (через пять рядов кирпичной кладки). Количество арматуры в кладке определяется процентом армирования по объему  = V_a / V_k100, где V_a и V_k – объемы соответственно арматуры и кладки.

Для квадратной сетки из арматуры сечением А_s с размером ячейки с при расстоянии между сетками по высоте s процент армирования равен

 = (2А_s / cs)100.

Количество сетчатой арматуры, учитываемой в расчете, принимается не менее 0,1% и не более 1%.

Расчет внецентренно сжатых элементов с сетчатым армированием при малых эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольного сечения е₀  0,17 h), следует производить по формуле

N  m_g ₁ R_sk A_c ,

где R_sk  2R — расчетное сопротивление для армированной кладки из кирпича всех видов и керамических камней.

Продольное армирование устраивается в виде стержней  не менее 8 мм. Для обеспечения совместной работы продольная арматура должна быть связана с кладкой хомутами. Продольную арматуру устанавливают либо внутри кладки, либо снаружи в слое раствора.

Возможно усиление кладки обоймами, если ее несущая способность недостаточна и нет возможности увеличить ее сечение. Стальная обойма состоит из вертикальных стальных уголков, установленных по углам элемента и соединенных друг с другом полосовой сталью через 20 – 50 см по высоте элемента.