Армирование каменных конструкций

В строительстве применяются следующие виды армирования каменных конструкций (см. рис. 9.4):

• поперечное (сетчатое) с расположением арматурных сеток в горизонтальных швах кладки;

• продольное с расположением арматуры внутри кладки или в бороздах, оставляемых в кладке;

• армирование посредством включения в кладку железобетона (комплексные конструкции);

• усиление посредством включения каменного элемента в железобетонную или металлическую из уголков обойму.

Армирование каменных конструкций значительно повышает их несущую способность, монолитность и обеспечивает совместную работу отдельных частей здания. Оно является основным способом увеличения сейсмостойкости каменных конструкций и здания в целом. Широко используется армирование каменных конструкций при проведении реконструкции зданий, когда требуется их усиление. Оно используется, прежде всего, тогда, когда повышение марок кирпичей, камней и раствора не обеспечивает требуемой прочности кладки и площадь поперечного сечения не может быть увеличена.

Расчет элементов с сетчатым армированием при центральном сжатии

Арматурные сетки в кирпичной кладке располагаются в соответствии с конструктивными требованиями. Сетки с шагом по высоте элемента s укладываются не реже, чем через пять рядов кирпичной кладки из одинарного кирпича, через четыре ряда кладки из утолщенного кирпича и через три ряда кладки из керамических камней.

На рисунке 9.4 показано конструирование армокаменных столбов при поперечном (сетчатом) и продольном армировании.

Сетки изготавливаются из арматуры Æ 3…5, класс В500 (Вр-1); Æ6, 8 класс А240 (А-I). Размер ячейки сеток (с´с) принимается 3´3, 3,5´3,5 … 10´10 см. Кроме того, шаг стержней сетки с не должен превышать 1/3 наименьшего сечения каменного элемента в плане. Процент горизонтального (сетчатого) армирования назначается в интервале 0,1%…1% . Через процент армирования оценивается содержание арматуры в объеме кирпичной кладки (процент армирования по объему).

Швы кладки армокаменных конструкций должны иметь толщину, превышающую диаметр арматуры не менее чем на 4 мм, то есть при использовании прямоугольных (квадратных) сеток из арматуры Æ3В500 толщина растворных швов должна составлять 5+5+4=14 мм. Чтобы избежать чрезмерного увеличения толщины швов кладки при применении арматуры Æ6, 8 А240, используются сетки "зигзаг" (см. рис. 9.4).

Элементы с сетчатым армированием выполняются на растворах марки не ниже М50 при высоте ряда кладки не более 150 мм.

Для проверки наличия сеток в кладке и контроля правильности их укладки сетки изготавливаются и укладываются так, чтобы отдельные концы стержней выступали на 3 мм за поверхность кладки (в сетках "зигзаг" предусматриваются выпуски вязальной арматуры).

Процент вертикального армирования кирпичного столба назначается в интервале 0,1%...2%. Площадь сечения отдельных стержней продольной арматуры должна составлять не менее 0,5 см² (Æ8). Диаметр хомутов назначается 3…8 мм.

Механизм увеличения прочности кладки при расположении в ее горизонтальных швах арматурных сеток состоит в следующем:

• материал стальных сетки обладает более высоким модулем упругости, чем модуль упругости каменной кладки, поэтому наличие сеток в кладке препятствует ее поперечному расширению. При воздействии вертикальной нагрузки N в кладке возникают вертикальные и горизонтальные усилия, которые создают в ней сложное напряженное состояние. Работа в условиях всестороннего сжатия значительно увеличивает прочность каменой кладки;

• наличие сеток в горизонтальных швах способствуют увеличению сопротивления кладки растягивающим усилиям.

Прочность кладки с сетчатым армированием из кирпича всех видов и керамических камней со щелевидными вертикальными пустотами, определяемая по формуле:

R_sk = R + (2m R_s /100) £ 2R,

(при пустотности более 20% коэффициент 2 в формуле заменяется на 1,5), где

R – расчетное сопротивление сжатию неармированной кладки (по таб. 9.4);

R_s – расчетное сопротивление растяжению арматуры (определяется по таб. 2.6 при коэффициенте условий работы;

m - процент армирования каменной кладки по объему.

Рис. 9.4. Конструирование армокаменных столбов: а) – поперечное армирование, б) – продольное армирование (1 - сетки прямоугольные (квадратные), 2 – сетки "зигзаг", 3 – продольная арматура, 4 – поперечная арматура)

Для определения процента армирования каменной кладки m необходимо сначала описать армирование, а именно, установить технические характеристики выбранной кладочной сетки (Æ, с) и шаг (S), с которым она укладывается по высоте элемента (см. рис. 9.4). Расчет элементов с сетчатым армированием при центральном сжатии проводится по формуле:

N £ m_g j R_sk A ,где

N – расчетная продольная сила;

А= b×h – площадь сечения элемента;

m_g = 1 (при h ³ 30 см);

j - коэффициент продольного изгиба;

R_sk – расчетное сопротивление при центральном сжатии для армированной кладки.

Процент армирования вычисляется по формуле

где

A_st – площадь сечения арматурных стержней сетки (по таб.4.4);

c - шаг арматурных стержней сетки (см. рис. 9.4);

s – расстояние между сетками по высоте элемента (см. рис. 9.4).

Процент армирования кладки горизонтальными сетками при центральном сжатии должен быть в пределах 0,1%...1% и не превышать значения m, определяемого по формуле

m = 50 (R/R_s)

Коэффициент продольного изгиба j для армокаменных конструкций устанавливается по табл. 9.3 в зависимости от упругой характеристики кладки и гибкости элемента.

Упругая характеристика кладки с сетчатым армированием a_sk определяется по формуле

a_sk = a (R_u / R_sku ), где

a - упругая характеристика неармированной кладки;

R_u = 2R – временное сопротивление сжатию неармированной кладки.

Временное сопротивление сжатию кладки с сетчатой арматурой вычисляется по формуле

где

R_sn - нормативное сопротивление арматуры в армированной кладке (см. таб. 2.6). При этом для арматуры класса А240 нормативное сопротивление R_sn принимается без понижающего коэффициента, а для арматуры класса В500 - с коэффициентом условий работы 0,6.

Гибкость армокаменного элемента l_h устанавливается аналогично гибкости каменного элемента без армирования.

Расчет прочности армокаменного столба с сетчатым армированием

Исходные данные:

• площадь сечения кирпичного столба А=0,26 м² (размеры поперечного сечения bh= 510х510 мм):

• расчетная высота кирпичного столба при неподвижных шарнирных опорах равна высоте этажа здания l₀=H_этажа=3,0 м, ;

• виды материалов: кирпич керамический одинарный пластического прессования полнотелый М100, раствор строительный для каменной кладки марки М75 (упругая характеристика кладки a=1000), расчетное сопротивление кладки сжатию R=2,0 МПа;

• горизонтальное армирование выполняется квадратными сетками (см. рис. 9.4) с ячейками 9,0´9,0 см (с=9,0 см) из стержней Æ4В500 (A_st=0,126 см², R_s=415 МПа – по таб. 2.6), шаг сеток по высоте столба s=15,4 см (6,5´2+1,2´2=15,4 см).

Процент армирования каменной кладки по объему:

и не более , .

Расчетное сопротивление армокаменного столба при центральном сжатии: R_sk = 2,0 + (2´ 0,18´ 415 /100)=3,49 МПа £ 4,0 МПа.

Условие прочности центрально сжатого кирпичного столба с сетчатым армированием:

N £ m_g j R_sk A=1´0,95´3,49´10³´0,26=862 кН

Временное сопротивление сжатию армированной кладки R_sk (арматура сетки класса В500, по табл. 2.6 R_sn=500 МПа с понижающим коэффициентом условий работы 0,6) вычисляется по формуле:

Упругая характеристика кладки с сетчатым армированием определяется по формуле:

a_sk = a (R_u / R_sku ) = 1000 (4,0 /5,08)=787, при временном сопротивлении кладки сжатию R_u = 2R=2´2= 4,0МПа.

Коэффициент продольного изгиба j=0,95 при a_sk =787, _h=5,88 по таблице 9.3.

Коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки m_g=1 (размеры поперечного сечения кирпичного столба h=b=510 мм³300 мм).

Несущая способность армокаменного столба – 862 кН.

Другие примеры расчета приведены в [28].

Практическое занятие №5

Расчет кирпичного столба и бутобетонного фундамента под кирпичный столб

Данные для проектирования (вариант по номеру в списке группы)

№ варианта	N, кН	Нэтажа, м	R0, МПа	№ варианта	N, кН	Нэтажа, м	R0, МПа
1	450	3,0	0,20	13	1075	3,0	0,40
2	500	3,3	0,22	14	975	3,3	0,38
3	550	3,6	0,24	15	925	3,6	0,36
4	600	3,9	0,25	16	875	3,9	0,34
5	650	4,2	0,26	17	825	4,2	0,32
6	700	4,8	0,28	18	775	4,8	0,30
7	750	3,0	0,30	19	725	3,0	0,28
8	800	3,3	0,32	20	675	3,3	0,26
9	850	3,6	0,34	21	625	3,6	0,25
10	900	3,9	0,36	22	575	3,9	0,24
11	950	4,2	0,38	23	525	4,2	0,22
12	1000	4,8	0,40	24	475	4,8	0,20

Последовательность выполнения работы:

• Выполнить расчеты кирпичного столба и бутобетонного фундамента в соответствии с индивидуальным заданием.

• При назначении размеров поперечного сечения кирпичного столба, при компоновке бутобетонного фундамента, а также при назначении материалов конструктивных элементов использовать материалы лекции №9.

• В соответствии с алгоритмами расчета и, пользуясь примерами, выполнить расчет кирпичного столба и бутобетонного фундамента.

Домашняя работа №5

Оформить выполненные в соответствии с индивидуальным заданием расчеты кирпичного столба и бутобетонного фундамента на листах писчей бумаги формата А4. Расчеты должны содержать необходимые графические пояснения в форме рисунков 9.1в и 9.3. Оформляемая работа снабжается титульным листом.