1 . Каменные и армокаменные конструкции. Материалы и изделия. Виды кладки. К и АК констр-и используют для возвед-я фунд-ов, столбов, дымовых труб, подпорных стен и.т.д. Их приемущ-ва: а) простота изгот-я, б) возможн-ть использ-я мест-х строит-х матер-в, в)долговечность конструкции г)высокая проч­ность, огнест-ть (возмож-ть восприн-ть внешние нагрузки под воздейст-м высоких температур), д) влагостойкость и химич-я стойк-ь е) морозост., ё) Архитектур-е приемущ-о (выраз-ть и разнообра­зие). Недостатки: а)высокие трудозатраты на возведение, б)высокая плотность, масса, звуко и теплопроводность, в) плохое сопротивление действию динамич-х нагрузок и неравномерных осадок, г) исходя из наличия положительных и отрицательных факторов, определяется дальнейшее развитие каменных конструкций. Сокращение трудоем-и при возведении происходит при использовании крупных каменных блоков. Высокая масса сокращается при использовании пустотелых каменных элементов, что позволяет также снизить тепло и звукопров-ть.

К аменные конструкции состоят из каменной кладки. Камен-я кладка – неоднород-й матер-л состоящий из камней, горизонт-х и вертик-х швов между ними, заполн-х раствором; в а/каменных конструкциях есть еще и арматура.

Виды кладок: 1) сплошная камен-я - кладка с различной системой перевязки швов. 2)Облегченная кладка – Несущий каменный ряд, облицовочный каменный слой, эффект-й утепл-ль, воздушная прослойка, связи. 3) Кладка с облицовкой: крепление при помощи стальных связей или на растворе. 4) Кладка из крупных блоков: простеночный, подоконный, надоконный или перемычечный и рядовой блок для стены из крупных блоков. Материал: каменный и облицовочный; теплоизоляционный; строительные растворы, бетон и атматура. Каменный материал должен удовлетворять расчетным требов-м (долж. иметь достаточ-ю несущ-ю способность, обладать необход-й морозост-ю и др.) и требован-м эксплуатации.

Классификация каменных материалов: По происхождению: природные (карьеры); искусственные (предприятия стройматериалов). По размерам: блоки и камни крупные высотой свыше 50см. Блоки и камни мелкоштучные высотой 10-20см; (кирпич 65 или 88мм). Масса кирпича более4-х кг. По назначению: стеновые каменные материалы - для кладки стен; лицевые - для облицовки наружных стен при выполнении вместе с кладкой; для стен и подвалов. По материалу и технологии изготовления: керамические с использованием обжига; силикатные без обжига; бетонные для тяжелых и легких бетонов без обжига. По плотности и наполняемости: полнотелые (сплошные); пустотелые (имеют пустоты сквозные или замкнутые), чтобы раствор не заполнял эти пустоты они должны быть толщиной не более12мм; замкнутые – не сплошные (в кладке эти пустоты должны быть вниз). По прочности: для камней прочность определяется на сжатие и для кирпича на сжатие с учетом прочности при изгибе. Материалы малой прочности: 4; 7; 8 и до 50; средней прочности: 75;100;125;200; высокой прочности 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 (высокой прочности — кирпич, природные и бетонные камни); По морозостойкости: марка 10 и т.д. до 250-300. Число марки по морозостойкости – это количество циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии. Морозостойкость выбирается в зависимости от климатических зон, видам и назначении конструкции, условий эксплуатации и она определяется долговечностью конструкции. Доставляемые на строительную площадку каменные материалы д. иметь заводской паспорт, содержащий сведения о пределах прочности или марке и морозостойкости, а для легких и теплоизоляционных материалов ещё и по плотности. При отсутствии паспорта строительная организация д. провести необходимые испытания в соответствии с действительными стандартами для определения возможности испытания данных материалов. Растворы. По материалу или виду вяжущего вещества: цементные на основе различных видов цементов (портландцемент); известковые на основе извести; смешанные (цементно-известковые или цементно – глиняные). По плотности в сухом состоянии: тяжелые (ρ = 1500кг/м3и выше) цементный раствор ρ = 1800кг/м3; легкие (<ρ = 1500кг/м3); По прочности: все растворы подразделяются на марки по прочности: выражается временным сопротивлением сжатию выражением кг*с/см² растворных кубиков с размером ребра 70,7мм. или стандартных балочек при изгибе, выдержанных при норм. t=20 ± 2⁰С и испытанных в возрасте 28 суток в соответствии с ГОСТ 58.02-86. Если условие и сроки твердения не отличаются от стандартных, то можно перейти к стандартной прочности раствора, используя Тб.1 Пособия по проектированию каменных конструкций. R_ст = R τ/A, А – процент при данных условиях использования. По добавкам: в виде пластификаторов, которые позволяют увеличить производительность выпускания каменных конструкций (раствор лучше укладывается) и противоморозные для кладки в условиях низких температур. Арматура для сетчатого армирования применяется кл. А-I, Вр-I; для продольного армирования и для связей А-I, А-II, Вр-I; арматура должна приниматься по СНиП. Для закладных деталей, устанавливаемых в каменные конструкции нужно использовать стальной прокат по СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».

2. Стадии разрушения каменной кладки. Факторы, влияющие на прочность каменной кладки.

4-е стадии: 1) нет видимых повреждений и трещин – это соответствует нормальной эксплуатации.

2) При увеличении напряжения в отдельных камнях появляются небольшие трещины. N=60-80%N_u. Если нагрузка дальше не возрастает, то трещины не развив-ся. Трещины при сжатии возникают при растяжении в поперечном направлении, а т.к. прочность самих камней и каменной кладки при растяжении значительно меньше, чем при сжатии, то даже небольшие деформации и напряжение растяжения вызывают разрушение, т.е. появляются трещины.

3) Трещины будут увеличиваться по длине, но усилия еще не сравняются с разрушающими. Увеличение нагрузки: N>N_crc; N< N_u.

4 ) При дальнейшем увеличении нагрузки кладка по существующим трещинам разделяется на отдельные столбики, которые теряют устойчивость вследствие большой гибкости по сравнению с массивом кладки без трещин. Происходит разрушение N> N_u. Разрушение в 4-й стадии происх. от потери устойчивости расчлененных на столбики участков кладки. Поэтому прочность кладки R<<R_1.

Даже при очень прочных растворах R—> к бесконечности; R_max<R₁ , R_max= R_1*А, где А- конструктивный коэф – т < 1 Фактич. прочность кладки будет ещё меньше, т.к. прочность раствора << бесконечности.

Факторы, влияющие на прочность каменной кладки: при сжатии (том числе и центральном) усилие передается неравномерно вследствие неравномерностей самих камней и швов по толщине; неодинаковой плотности и жесткости раствора в швах по ширине швов и др. В результате этого камни в кладке испытывают не только сжатие, но и изгиб, срез, местное сжатие, сжатие и растяжение с изгибом. На прочность кладки влияют: прочность камня, его размеры и правильность формы; наличие пустот в камне; прочность раствора; жесткость и деформативность раствора; вид кладки; качество кладки. Вследствие влияния различных факторов прочность кладки при сжатии значительно меньше прочности при сжатии составляющих её камней.

3.Прочностные свойства кладки. Предел прочности, нормативные и расчетные сопротивления. Камень и раствор находятся в условиях сложного напряженного состояния даже при равномерном распределении нагрузки по всему сечению сжатого элемента. При сжатии (том числе и центральном) усилие передается неравномерно вследствие неравномерности самих камней и швов по толщине; неодинаковой плотности и жесткости раствора в швах по ширине швов и др. В результате этого камни в кладке испытывают не только сжатие, но и изгиб, срез, местное сжатие, сжатие и растяжение с изгибом. Вследствие влияния различных факторов прочность кладки при сжатии значительно меньше прочности при сжатии составляющих её камней. При прочных растворах прочность кладки при сжатии составляет приблизительно 30-40%от прочности камней, при слабых растворах 10-15% от прочности камней. Прочность кладки из камней неправильной формы ещё меньше и составляет 8% от прочности самих камней. Предел прочности кладки при сжатии. будет зависеть от прочности камня , прочн. р-ра , вида кладки и камней. Его можно выразить по формуле Анищенко: предел прочности R_u= R_*А(1-а/(1-а/(в+(R₂/2R₁))*γ , где R₂-предел прочности р-ра, R₁ – предел прочности камня.

А= (100+R₁) /(100m+nR₁). Прочность кладки повышается более интенсивно на участке. При дальнейшем повышении прочности р-ра пр-сть кладки нарастает медленнее, поэтому для обычной кладки не целесообразно исп-ть р-ры высокой прочности (марки >75%). При растворах низкой прочности (М<25) прочность кладки корректируют коэф-ом γ. По формуле Анищенко прочность кладки определяется при подвижных и удобоукладываемых растворах для качественной кладки, соотв-й массовому строительству, удовлетворяющей требованиям норм для возведения каменных конструкций. Если качество раствора и самой кладки ниже этих требований, то прочность кладки уменьшается на 15%. Для вибрированой кладки, где обеспечивается плотное и равномерное заполнение швов раствором, прочность кладки увелич-ся в 1,5-2 раза. Прочность кладки зависит от длительности нагрузки. При длительном действии нагрузки прочность кладки меньше и составляет 0,7-0,8 при ц/п растворах; 0,6 при известковых растворах от прочности при кратковременных нагрузках. Исходной характеристикой прочности кладки для определения последующих нормативных и расчетных характеристик является ее средний наиболее вероятный предел прочности при заданных физико – механических характеристиках камня и раствора и при качестве кладки соответствующей практике массового строительства. Поэтому предел прочности определяется нормативным сопротивлением кладки при сжатии: = (1-2с); с – коэф – т изменчивости, он зависит от обеспеченности; для каменной кладки обеспеченность = 0,98—> с = 0,15; Rn = 0,7 Ru; коэф – т с выражает уменьшение прочности кладки с увеличением определения вероятности; Расчетное сопротивление кладки при сжатии: R = Rn/γ; γ – коэф-т надежности по материалам, он зависит от вида кладки, вида камней и учитывает неблагоприятные отклонения прочности кладки от нормативных значений: R =0,7 Rn/γ = k Ru; для кирпичной кладки к = 0,5. R кладки сжатию для различных видов каменных и бетонных изделий приведены в Тб. 2-9 СНиП «Камен. и армокам. констр-и.» Ru= R/к. Кроме прочностных характеристик и вида кладки при определении R следует учитывать размеры сечения и условия работы камен-х элементов. Это учитывается умножением расчетного сопротивления R на γ_с: R= R^тб γ_с; если А ≤ 0,3м², то γ_с = 0,8. Кроме сжатия каменные элементы могут работать на осевое или центральное растяжение, на срез, на изгиб. R при этом для камен-й кладки определяется по СНиП.

4. Деформативные свойства кладки. Виды деформаций, модули деформаций, упругая характеристика каменной кладки. Каменная кладка является упруго-пластическим материалом; ее деформации состоят из упругих и пластических деформаций, которые зависят от различных факторов (от скорости приложения нагрузки и длительности действия нагрузки). Полная относительная деформация кладки без учета деформации от усадки - это сумма упругих и пластических деформаций: ε₀ = ε_el + ε_d ; упругие деформации соответствуют мгновенному приложению нагрузки. На практике это выполнить невозможно, поэтому к упругим относятся деформации, происходящие при очень быстром загружении (несколько секунд до разрушения). Зависимость σ = ƒ(ε) близка к прямолинейному графику ε_d = ε_d1 +ε_d2; ε_d1 – кратковременные пластические деформации, она соответствует деформациям, возникающим при непродолжительном действии нагрузки (приблизительно 1 час) в момент приложения нагрузки или соответствующим условиям лабораторных испытаний при длительности от нескольких минут до часа. ε_d2 – длительность пластических деформаций, соответствуют деформациям при действии нагрузки в течении нескольких лет и они объясняются деформациями ползучести. Таким образом, зависимость между полными относительными деформ-ми и напряжениями в кладке криволинейна. Для любой точки можно определить модуль деформации Е (рисунок); 1 – касательная, проведенная в точке начала координат; Е определенный по линии 1 называется модулем упругости Еo (начальный модуль деформации кладки при напряжениях близких к нулю). Еo = tgα₁, где α₁ – угол наклона линии 1. Еo определяется на отрезке близком к началам координат, когда σ < 0,3 Ru. Еo = α Ru, α – упругая характеристика кладки, зависящая от марки раствора и вида кладки. 2 – касательная в данной точке. Касательный Е определяется tgα₂ , проведенной в данной точке. Е_tаn = tgα2 = dσ/dε; Е_tаn определяет действительную зависимость между σ и ε в данной точке, поэтому его называют действительным.

Е_tаn зависит от начального Е, от прочности кладки и от уровня напряжения. Е = dσ/d= Еo(1- σ/(1,1Ru)); Е = tgαs, где αs – угол наклона секущей; Е = σ/ε; Для данной кладки Еo - величина const, остальные – переменные, поэтому в расчетах используют Еo с применением корректирующих коэф-в. Для прочностных расчетов кладки при работе ее совместно с элементами из других материалов принимается Е = 0,5 Еo; При определении деформаций и усилий в элементах статически – неопределимых систем, а также при определении жесткости принимается Е = 0,8 Еo; относительную деформацию кладки при кратковременных нагрузках можно определить, используя эмпирическую зависимость: ε = 1000В/α; В – коэф-т, зависящий от уровня напряжений: В = ƒ(σ/ Ru); при длительном действии нагрузки необходимо учитывать влияние ползучести: ε_е = σγ/ Еo; γ – коэф-т, учитывающий ползучесть и зависит от вида камней: для кирпича глиняного γ = 2,2; для силикатного кирпича γ = 3,0. Рассмотренные выше деформации возникают от действия внешних нагрузок или усилий и называются силовыми. Они развиваются в основном вдоль действия усилий. Кроме силовых для каменной кладки бывают объемные деформации, к-е бывают двух видов: 1) деформации усадки 2) температурные деформации. Деформации усадки возникают вследствие физико-химических процессов, происходящих в камнях и растворе. Если усадка самих камней не происходит (глиняный обожженный, керамич-й), то принимается, что у кладки усадка отсутствует, тогда следует, что усадку необходимо учитывать, для кладки из силикатных кирпичей и камней и для бетонных камней. Температурные деформации происходят при изменении размеров из-за изменения температуры; они определяются по коэф-ту линейного температурного расширения: α_t = 10*10^-6*К^-1 – для глиняного; α_t = 5*10^-6*К^-1 – для силикатного; если в кладке имеется арматура (а/кам-е констр-и), то деформации кладки определяются с учетом армирования.

5. Расчеты неармированной кладки по I группе предельных состояний, общие положения. Расче­ты неармированной кладки на центральное и внецентренное сжатие, на изгиб и срез. Предельное состояние – состояние, при котором конструкция перестает удовл-ть предъявленным треб-ям. Камен. и армокам-е конструкции рассчитывают по 2-м пред-м сост-ям. Расчеты по I группе – это состояния, при которых к-ции нельзя экспл-вать из-за их разрушения или потери устойчивости; для того, чтобы не наступили предельные состояния I группы, необходимо подтвердить это расчетами на прочность и устойчивость. Предельные состояния не происходят при Т ≤ Т_u; Т – усилие или напряжение в элементе от действующих расчетных нагрузок (N; M; Q;). Т = ƒ( g_n, v_n, γ_f, γ_n, ψ, с ); g_n – нормативное значение const нагрузок; v_n - нормативное значение временных нагрузок, определяется по паспортам на оборудование; γ_f – коэф-т надежности по нагрузке; γ_n - коэф-т по надежности здания; ψ- коэф-т сочетаний; с – расчетная схема. g_n определяется по нормативной плотности материалов и размерам; нормативно – распределенные нагрузки при обслуживании и складировании инструментов и материалов определяются по нормам проектирования. Нагрузки от атмосферных воздействий зависят от расположения, конфигурации, размеров и определяются по нормам проектирования (СНиП «Нагрузки и возд-я»). γ_f – учитывает неблагоприятные отклонения нагрузки от нормативной величины. На γ_f делится или умножается значение нормативных нагрузок. γ_n зависит от степени ответственности: I степень –особо ответственные (АЭС), II степень –большинство зданий γ_n = 1 – 1,2; для промышленных и гражданских зданий γ_n = 0,95. ψ учитывает вероятность неблагоприятного действия различных нагрузок вместе. Т_u – усилие (напряжение); Т_u = ƒ( S; R; Rs; μ_s; z); S учитывает форму и размеры сечения; R – прочность кладки определяется расчетным сопротивлением; Rs – расчетное сопротивление арматуры;

μ_s – учитывает количество арматуры, определяется коэф-том армирования;

z – учитывает длительность действия нагрузки, т.к. прочность зависит от длительности, места приложения нагрузки и др. факторы, влияющие на прочность кладки. Центрально – сжатые. Их расчеты выполняют исходя из прочности и устойчивости. Элементы напряжений при центральном сжатии в кладке принимаются с одинаковыми напряжениями по всей площади. Сжимающая сила должна быть приложена в центре тяжести площади сечения. Расчет на прочность σ ≤ R; σ = N/A; => N ≤ Ramg необходимо учесть влияние длительности нагрузки на прочность

кладки => mg; N ≤ N_u Такой расчет справедлив для коротких элементов при гибкости λ ≤ 14. Для длинных элементов разрушение наступает от потери устойчивости, хотя прочность может быть достаточна. Влияние устойчивости учитывается коэффициентом продольного изгиба φ. ; σ =N //Aφ => N≤ N_uφ = φ RAm_g; φ зависит от упругой характеристики кладки α и гибкости λ = l_о/i и λh = l_о/h при прямоугольных элементах.Рис(1) l_о – расчетная длина элемента (высота) определяемая с учетом условий закрепления. i – радиус инерции наименьший; h – размер сечения прямоугольного (наименьший). r-n? учит дл-ное д-вие нагр-ки mg = 1- ηNg/N; Ng – часть длительно действующей силы в общей силе N; к-т η – принимается взависимости от гибкости элемента и вида кладки по СНиП. Для элементов при i ≥ 8,7см или h ≥ 30см => mg = 1; Коэффициент mg и φ принимают для сечений, где выполняется расчет. Вне­цен­т­рен­ное сжа­тие- наи­бо­лее рас­про­стра­нен­ный слу­чай ра­бо­ты ка­мен­ных эле­мен­тов. Экс­цен­т­ри­си­тет при­ло­же­ния си­лы от­но­си­тель­но ц.т. площади сеч. толь­ко в од­ну сто­ро­ну. Так ра­бо­та­ют сте­ны, на ко­то­рые опи­ра­ют­ся пли­ты и бал­ки пе­ре­кры­тия. РИС(2)

Ра­бо­та на вне­цен­т­рен­ное сжа­тие, за­ви­сит от ве­ли­чи­ны экс­цен­т­ри­си­те­та: а) все се­че­ние бу­дет сжа­то, но с экс­цен­т­ри­си­те­том; б) экс­цент-т е боль­ше, чем в слу­чае а, и ес­ли эти растяг на­пря­же­ния не пре­вы­ша­ют про­ч­но­сти клад­ки при раст, то тре­щи­ны об­ра­зо­вы­вать­ся не будут. Случай в) на рисунке(3). Для расчета внец-сж-х элементов  допущения: 1) растянутая зона не работает 2) Напряжения в сжатой зоне принимаются одинаковыми по величине, т.е. эпюра напряжений прямоугольная. 3) Размер сжатой части определяется из условия равенства нулю статического момента, площади этой части относительно ее центра тяжести, который совпадает с точкой приложения внешней силы. Сжатая часть будет испытывать центральное сжатие, но прочность кладки в этой части будет несколько выше, чем при обычном центральном сжатии, т.к. учитывается влияние оставшейся части сечения. Для определения φ необходимо также учитывать влияние всей площади сечения. N ≤ φRAm_g; N ≤ RAc mg φ ω; ω – учитывает возрастание прочности кладки при внецентр. сжатии; ω = 1+е_о/2φ ≤ 1,45 – для произвольного сечения. ω = 1+(е/h) ≤ 1,45 – для прямоугольного сечения; φ₁ = (φ + φ_С)/2; φ – к прод изгиба для всего сечения; φс – для сжатого сечения; mg – учитывает действие нагрузки по длительности и зависит от эксцентр-та е и размеров сечения. mg = 1- η Ng//N×(1 + 1,2 еоg/h); е_оg – эксц-т для длительной части нагрузки; mg = 1 если h ≥ 30см или i ≥ 8,7см. При расчетах несущих и самонесущих стен следует учитывать влияние случайного эксцентриситета: 20см – для несущих стен и 1см для самонесущих стен. е₀ = е₀^ст + е_v; при внецентренном сжатии величина эксцентриситета ограничивается е₀ ≤ 0,9y – основное; е₀ ≤ 0,95y – особое. h ≤ 25см: е₀ ≤ 0,8y – основное; е₀ ≤ 0,85y – особое; y – расстояние от ц.т. всего сечения до грани в сторону эксц-та. В направлении перпендикулярном направлении эксцентриситета элемент работает на центральное сжатие => необходимо выполнить проверку прочности в перпендикулярной плоскости на центральное сжатие.

На изгиб РИС(4;5)работают стены подвалов, подпорные стенки и т. д. Работа на изгиб по неперевязанному сечению не допускается. Простенки при давлении ветра работают на изгиб. Каждый пояс работает на изгиб по перевязанному сечению. Расчёт выполняется на действие момента в предположении упругой работы кладки на изгиб. Прочность на изгиб обеспечена, если σ_max≤R_t - расч сопротивление при растяжении. σ_max=М_max/W. → М_max≤R_t* W. W=bh²/6.в изгибаемых элементах кроме М ещё действует Q. Прочность обеспечена если срезающее напр-е от Q не превышает расч сопр-е растяж-ю кладки при изгибе. τ ≤ R_tw, τ-напр. от действия Q. τ = Q/(b_i*z); z-плечо пары сил; для прямоуг. сечения z=2*h/3. Срез. Может быть по перевязанному сечению и не по перевязанному сечению. 1) Правая часть сдвигается относительно левой Q ≤ R_q*A, где R_q – расчетное сопротивление срезу;, А – площадь среза. А = bh; 2) Срез верхней части относительно нижней. Этому срезу препятствует прочность кладки при срезе и силы трения, препятствующие сдвигу по неперевязанному сечению. Q ≤ Qsq + Q_t; Qsq – поперечная сила, воздействующая вследствие прочности на срез, Qsq = R_q*A; Rq _– расчетное сопротивление кладки насрез. A=h l – площадь плоскости среза; Q_t – поперечная сила, воспринимаемая за счет трения; Она зависит от коэффициента трения, от площади сдвига, на которой действует сила трения, от напряжений, которыми сжимаются сдвигающие части . Зависит от вида кладки и неравномерности распределения трения по площади. Q_t = 0,8*n*μ*G₀*А; 0,8 – коэф-т неравномерности, n – учитывает вид кладки (n = 1 при кладке из сплошного кирпича или камней; n =0,5- для пустотелых); μ – коэф-т трения кладки по шву для кирпичей и камней правильной формы μ = 0,8; G₀ – среднее напряжение сжатия в расчетном сечении по площади среза. G₀ = N/A, N – расчетная сила по площади среза; Если сверху никакого усилия нет, только собственный вес => N = γ * h*l*b₁* γ_f* γ_n; γ_n – учитывает неблагоприятное отклонение. γ_f = 1, γ_f = 0,9 т.к. неблагоприятным является уменьшение расчетной нагрузки по сравнению с нормативным значением.