Розділ 8 Проектування кам’яних конструкцій будівель

При перевірці міцності та стійкості стін, стовпів, карнизів на час зведення будівель необхідно враховувати, що елементи перекриттів (балки, плити) монтують по ходу мурування і можливе опирання елементів будівлі на свіжу кладку.

Для габаритних елементів конструкцій виконують розрахунки для стадій виготовлення, транспортування і монтажу. Власну вагу елементів збірних конструкцій у розрахунках враховують із коефіцієнтом динамічності, який при транспортуванні становить 1,8, а при монтажі – 1,5 (за наявності достатнього досвіду будівництва допускається зниження коефіцієнта динамічності до 1,25).

Для суцільної кладки з цегли і каменів правильної форми ставлять такі вимоги до перев’язки:

а) для кладки з суцільної цегли завтовшки 65 мм – один тичковий ряд на шість рядів кладки, а з цегли завтовшки 88 мм і порожнистої цегли завтовшки 65 мм – один тичковий ряд на чотири ряди кладки;

б) для кладки з каменів правильної геометричної форми при висоті ряду до 200 мм – один тичковий ряд на три ряди кладки;

в) для кладки з крупних каменів (блоків) довжиною на товщину стіни перев’язку необхідно виконувати у півблока по його ширині в кожному ряду.

Необхідно передбачати захист стін і стовпів від зволоження з боку фундаментів, а також зі сторони тротуарів і відмостки влаштуванням гідроізоляційного шару вище від рівня тротуару або верху мощення. Гідроізоляційний шар влаштовують також нижче від підлоги підвалу. Підвіконня, пояски, парапети та інші виступаючі частини стін, які найбільше піддаються зволоженню від опадів і танучого снігу, повинні мати ухили для відведення вологи, а також захисні покриття із цементного розчину, покрівельної сталі тощо.

8.1. Стіни

Кам’яні стіни залежно від конструктивної схеми будівлі поділяють на:

• несучі, які сприймають, крім навантажень від власної ваги та вітру, також навантаження від покриття, перекриттів, кранів тощо;

• самонесучі, які сприймають навантаження лише від власної ваги стін усіх вищерозташованих поверхів будівлі та вітрове навантаження;

• ненесучі (у тому числі навісні), які сприймають навантаження лише від власної ваги і вітру в межах одного поверху (при висоті до 6 м); при більшій висоті поверху ці стіни вважають самонесучими;

• перегородки – внутрішні стіни, які сприймають навантаження лише від власної ваги та вітру (при відкритих віконних прорізах) у межах одного поверху при висоті його до 6 м; при більшій висоті поверху стіни такого типу умовно вважають самонесучими.

У будівлях із самонесучими або ненесучими зовнішніми стінами навантаження від покриття, перекриттів тощо є прикладеними до елементів каркасу або поперечних конструкцій будівлі.

Масивні стіни виконують одночасно функції несучих і огороджувальних конструкцій, а також можуть бути самонесучими і ненесучими - навісними. Матеріалом для таких стін можуть бути штучні камені правильної форми - цегла, керамічні камені, цегляні та бетонні блоки; природні камені м’яких (туф, черепашник, м’які вапняки) і твердих порід (граніт, пісковики, тверді вапняки тощо).

Товщину зовнішніх стін визначають, виходячи з міцнісних і теплотехнічних характеристик; при проектуванні для стін виконують відповідно два розрахунки (теплотехнічні розрахунки стін виконують у розділі будівельної фізики).

Несуча здатність стін залежить від їх гнучкості, тому при визначенні товщини стіни повинна виконуватися умова:

 = H/ h < [] , (8.1)

де H - висота поверху;

h - товщина стіни;

[] - граничне значення відношення  (табл. 8.1) залежно

від марки розчину та групи кладки (табл. 8.2).

Таблиця 8.1

Граничні значення відношення 

Марка розчину	Група кладки
	І	ІІ	ІІІ	ІV
50 і вище 25 10 4	25 22 20 —	22 20 17 5	— 17 15 14	— — 14 13

Для стін із пілястрами та колон складного перерізу замість h беруть умовну (зведену) товщину , де .

Для колон круглого і багатокутного перерізу, вписаного в коло, h_red = 0,85d, де d - діаметр поперечного перерізу колони.

Таблиця 8.2

Групи кладок

Вид кладки	Група кладки
	І	ІІ	ІІІ	ІV
1	2	3	4	5
Суцільна кладка з цегли або каменів марки 50 і вище	На розчині марки 10 і вище	На розчині марки 4	-	-
Те ж, марок 35 і 25	-	На розчині марки 10 і вище	На розчині марки 4	-
Те ж, марок 10, 15, 7	-	-	На довільно-му розчині	На довільно-му розчині
Те ж, марки 4	-	-	-	На довільно-му розчині

Закінчення таблиці 8.2

1	2	3	4	5
Крупні блоки з цегли або каменів	На розчині марки 25 і вище	-	-	-
Кладка з ґрунтових матеріалів (ґрунтоблоки, цегла-сирець)	-	-	На вапняному розчині	На глиняному розчині
Полегшена кладка з цегли чи бетонних каменів із перев’язкою горизонтальними тичковими рядами або скобами	На розчині марки 50 і вище з заповненням бетоном не нижче класу В2 або вкладками марок 25 і вище	На розчині марки 25 із заповненням бетоном або вкладками марки 15	На розчині марки 10 із заповнен-ням засипкою	-
Полегшена колодязна кладка з цегли або каменів (з перев’язкою вертикальними діафрагмами)	На розчині марки 50 і вище із заповненням теплоізоля-ційними плитами або засипкою	На розчині марки 25 із заповненням теплоізоля-ційними плитами або засипкою	-	-
Кладка з постелистого буту	-	На розчині марки 25 і вище	На розчині марки 10 і 4	На глиняному розчині
Кладка з рваного буту	-	На розчині марки 50 і вище	На розчині марок 25 і 10	На розчині марки 4
Бутобетон	На бетоні класу В7,5 і вище	На бетоні класів В5 і В3,5	На бетоні класу В2,5	-

Якщо висота поверху H більша за вільну довжину стіни l, то відношення (l / h) повинне бути не більше 1,2. В інших випадках  для стін і перегородок вільну довжину стіни беруть із поправним коефіцієнтом k (табл. 8.3).

Таблиця 8.3

Значення поправних коефіцієнтів k до відношення 

для стін і перегородок

Характеристика стін і перегородок	k
Стіни і перегородки, що не несуть навантаження від перекриття або покриття, при товщині, мм - 250 і більше - 100 і менше	1,2 1,8
Стіни з прорізами
Перегородки з прорізами	0,9
Стіни і перегородки при вільній їх довжині між поперечними стінами або колонами від 2,5Н до 3,5Н	0,9
Те ж, при l  3,5Н	0,8
Стіни з бутових кладок і бутобетону	0,8

Примітки: 1. При товщині ненесучих стін і перегородок від 100 до 250 мм величину поправного коефіцієнта визначають за інтерполяцією. 2. Значення А_n – площу нетто, А_b – площу брутто визначають за горизонтальним перерізом стіни.

Для стовпів граничне значення беруть із коефіцієнтом k за табл. 8.4. Граничне значення  несучих вузьких простінків, ширина яких менша за товщину, необхідно брати як для колон заввишки висоті прорізів. Загальний поправний коефіцієнт, який визначають множенням окремих поправних коефіцієнтів, беруть не меншим за вказаний у табл. 8.4.

Таблиця 8.4

Значення поправних коефіцієнтів k для стовпів (колон)

Менший розмір поперечного перерізу стовпа, мм	Для стовпів
	із цегли і каменів правильної форми	із бутової кладки і бутобетону
900 і більше 700. . . 890 500. . . 690 менше 500	0,75 0,70 0,65 0,60	0,60 0,55 0,50 0,45

Для стін і перегородок із поздовжньою арматурою, розташованою в одному напрямку при  = 0,05% , відношення , помножене на коефіцієнт k, може бути збільшене на 20%.

При відстанях між зв’язаними зі стінами поперечними стійкими конструкціями l  kh, відношення H / h не обмежують і товщину h визначають розрахунком за міцністю. При вільній довжині l, яка становить H або більша від H, але не більше 2Н, повинна виконуватися умова H + l  3kh .

Для стін, перегородок і колон, які не закріплені у верхньому перерізі, відношення необхідно зменшувати на 30%.

Наявність в’язей між окремими елементами будівлі забезпечує необхідну жорсткість будівлі та спільну роботу конструкцій на всі можливі вертикальні та горизонтальні навантаження. Для багатоповерхових житлових і громадських будівель характерна жорстка конструктивна схема.

Кам’яні стіни та стовпи будівель при розрахунку на дію горизонтальних навантажень, центральний і позацентровий стиск необхідно вважати опертими по горизонталі на міжповерхові перекриття, покриття і поперечні стіни. Ці опори поділяють на жорсткі та пружні.

До жорстких опор відносять:

а) поперечні кам’яні та бетонні стіни завтовшки не менше 120 мм; залізобетонні стіни завтовшки не менше 60 мм; контрфорси; поперечні рами з жорсткими вузлами; ділянки поперечних стін та інші конструкції, розраховані на сприйняття горизонтальних навантажень;

б) покриття і міжповерхові перекриття при відстані між поперечними жорсткими конструкціями не більшими за l (табл. 8.5);

в) вітрові пояси, ферми, вітрові в’язі та залізобетонні обв’язки, розраховані за міцністю і деформаціями на дію горизонтального навантаження, що передається від стін.

Пружними опорами є покриття і міжповерхові перекриття у тих випадках, коли відстані між поперечними жорсткими конструкціями перевищують значення, наведені у табл. 8.5, за відсутності вітрових в’язів.

Таблиця 8.5

Максимальні відстані l, м, між поперечними жорсткими конструкціями

Тип покриттів і перекриттів	Група кладки
	І	ІІ	ІІІ	ІV
А. Залізобетонні збірні замонолічені та монолітні Б. Зі збірних залізобетонних настилів із залізобетонних або металевих балок з настилом із плит або каменів В. Дерев’яні	54 42 30	42 36 24	30 24 18	- - 12

Примітки: 1. Вказані граничні значення необхідно зменшувати у таких випадках: при швидкісних напорах вітру 0,70; 0,85; 1,00 кПа - відповідно на 15%, 20%, 25%; при висоті будівлі 22 – 32 м - на 10%; 33 – 48 м - на 20%; понад 48 м - на 25%; при ширині будівлі b меншій за подвійну висоту поверху Н, – пропорційно до відношення b /(2Н). 2. У збірних замонолічених перекриттях типу А стики між плитами необхідно підсилювати для передачі через них розтягувальних зусиль – шляхом зварювання випусків арматури, прокладання у швах додаткової арматури із заливанням їх розчином марки не нижче 100 – при плитах із важкого бетону і марки не нижче 50 – при плитах із легкого бетону або іншими способами замонолічування. 3. У пере-криттях типу Б шви між плитами або каменями, а також між елементами заповнення і балками необхідно заповнювати розчином марки не нижче 50. 4. Перекриття типу В повинні мати подвійний дерев’яний настил або настил, накат і підшивку.

Стіни та стовпи, не зв’язані з перекриттями, при виконанні розрахунків розглядають як вільно оперті.

При пружних опорах виконують розрахунок рамної системи, стійками якої є стіни та стовпи (залізобетонні, цегляні тощо), а ригелями – перекриття і покриття. При цьому враховують, що стійки жорстко защемлені в опорних перерізах. При статичних розрахунках рам жорсткість стін або стовпів, виконаних із цегляної або кам’яної кладки, допустимо визначати при модулі пружності кладки Е = 0,8Е_о і моменті інерції перерізу без урахування розкриття швів, а перекриття і покриття приймають як жорсткі ригелі (розпорки), шарнірно зв’язані зі стінами.

Якщо навантаження від покриття або перекриття прикладене рівномірно по довжині стіни, у стояках таврового перерізу шириною полиці є вся ширина простінку або уся ширина глухої стіни між осями прилеглих до пілястри прольотів.

Якщо навантаження від покриття прикладене в окремих ділянках при опиранні ферм, прогонів тощо, при статичному розрахунку ширину полиці тавра в кожен бік від краю пілястри приймають обмеженою: Н/3, але не більше 6h і ширини стіни між прорізами, коли бокове навантаження від стін на покриття передається у ділянках опирання на стіни ферм і балок; Н/3 в кожен бік від краю розподільчої плити, яка є під опорою ферми або прогону (Н – висота стіни від рівня защемлення; h – товщина стіни). Якщо товщина стіни h менша від 0,1 висоти перерізу пілястри, то переріз вважають прямокутним, без урахування прилеглих ділянок стіни.

Конструкції будівель із жорсткою конструктивною схемою розраховують на вертикальні та горизонтальні (вітрові) навантаження з урахуванням їх можливого сполучення. Стіни багатоповерхових будівель, крім навантаження від власної ваги, розраховують на позацентрово прикладені до них навантаження від перекриттів.

У багатоповерхових будівлях із жорсткою конструктивною схемою стіни розглядають як вертикальні нерозрізні багатопрольотні балки, оперті на нерухомі опори – перекриття (рис. 8.1, а). З метою спрощення розрахунку допускається розглядати стіну розрізаною по висоті на однопрольотні балки з розміщенням опорних шарнірів на рівні низу плит або балок перекриттів (рис. 8.1, б). Навантаження, що діє на стіну кожного поверху, складається із навантаження від вище розташованих поверхів і навантаження від перекриттів, які опираються на стіну певного поверху.

а б в

Рис. 8.1. Розрахункові схеми стіни і епюри згинальних моментів від вертикальних позацентрово прикладених і горизонтальних навантажень: а – нерозрізна конструкція; б – розрізна конструк-ція, в межах поверху; в – від дії вітрового навантаження