Розділ 5 Розрахунок елементів армокам’яних конструкцій за граничними станами першої групи

Армування кам’яних конструкцій виконують для збільшення їх міцності та стійкості. Існують два найпоширеніших способи армування: поперечне (сіткове) і поздовжнє (вертикальними каркасами).

Крім армування, кладка може бути підсилена залізобетонними або металевими обоймами.

5.1. Елементи з сітковим армуванням

Поперечне армування із розташуванням арматури в горизонтальних швах кладки (рис. 5.1) попереджає розвиток поперечних деформацій, сприймає розтягувальні зусилля і тим самим розвантажує кладку, підвищуючи її міцність у 2,0 – 2,5 рази.

а б в

Рис. 5.1. Сітки для поперечного армування кладки: а – сітки з перехресним розташуванням стержнів; б – сітки типу „зигзаг”;

в – укладання сіток (1) з випусками (2) у шви цегляної кладки

Сіткове армування застосовують для підсилення кладки з цегли усіх видів, а також із керамічного каміння зі щілинними вертикальними порожнинами при висоті ряду до 150 мм. Підсилення сітковим армуванням кладки з бетонних і природних каменів висотою ряду понад 150 мм мало ефективне.

Сіткове армування допускається застосовувати лише в тих випадках, коли підвищення марок цегли, каменів і розчинів не забезпечує необхідної міцності кладки, а площа поперечного перерізу елемента не може бути збільшена. Не допускається застосовувати сіткове армування стін приміщень із вологим і мокрим режимами.

Сіткове армування застосовують для підсилення завантажених колон, стовпів, простінків, які мають невелику гнучкість і навантажені з незначними ексцентриситетами. Сіткове армування застосовують лише при характеристиці гнучкості _i ≤ 53 або при відношенні _h ≤ 15, а також при малих ексцентриситетах, що не виходять за межі ядра перерізу (для прямокутних перерізів e_o ≤ 0,17h). При більших значеннях гнучкості та ексцентриситетів сіткове армування міцності кладки не підвищує.

Марка цегли для армокам’яних конструкцій повинна бути не нижчою 75, а каменю – не нижчою 50 (як виняток, за певного обґрунтування, допустиме застосування цегли марки 50 і каменю марки 35). Марка розчину, у який вкладають арматуру, повинна бути не нижчою 50.

Сітки виготовляють зі сталі класів А240С (А-І) або Вр-І діаметром 3...8 мм, причому за наявності перетинів арматури у швах кладки діаметр стержнів повинен бути не більшим за 6 мм. Відстань між стержнями у сітці становить 30…120 мм.

Залежно від діаметра арматури сітки можуть бути прямокутними (з перехресним розташуванням стержнів) зі стержнями діаметром 3…6 мм (рис. 5.1, а) або типу „зигзаг” зі стержнями діаметром 3…8 мм (рис. 5.1, б). Сітка „зигзаг” має один ряд стержнів, які розміщуються в одному напрямку. Ці сітки розташовують у двох суміжних швах при взаємно перпендикулярному напрямку стержнів. Дві зигзагподібні сітки еквівалентні одній прямокутній.

Сітки укладають (рис.5.1,в) не рідше, ніж через 400 мм або через п’ять рядів цегляної кладки зі звичайної цегли, через чотири ряди кладки з потовщеної цегли і через три ряди кладки з керамічного каменю. Для контролю вкладання сіток кінці їх стержнів повинні виступати зі швів кладки на 2 - 3 мм.

Сітки типу „зигзаг” ефективніші від прямокутних, особливо у кладках раннього віку. Це має практичне значення, якщо є потреба підвищення міцності зимової кладки в момент відтавання.

Насичення кладки арматурою характеризується відсотком армування за об’ємом:

, (5.1)

де V_s і V_k - відповідно об’єми арматури і кладки.

Для квадратної сітки зі стержнів площею поперечного перерізу А_st з розмірами чарунок c₁ = c₂ = c при відстані між сітками по висоті s :

. (5.2)

Для ефективності сіткового армування значення  повинне бути не меншим за 0,1%, а для того, щоб не було недовикористання арматури, її вміст повинен бути меншим за 1,0%.

Відсоток армування кладки сітками при центральному стиску не повинен перевищувати значення, визначеного за формулою:

(5.3)

Підбір розмірів комірок сіток і відстань між сітками при відомому відсотку армування зручно виконувати, користуючись таблицею 5.1.

При розташуванні сіток через кілька рядів кладки наведений у таблиці 5.1 відсоток армування зменшується пропорційно до кількості рядів.

Таблиця 5.1

Відсотки армування сітками при розташуванні їх в один ряд кладки при висоті ряду 77 мм (у кожному шві), s = 77 мм

Розмір комірки, с, мм	Діаметр арматури, мм
	3	4	5	6	8
30×30	0,61	1,09	1,70	2,45	4,36
35×35	0,53	0,93	1,45	2,15	3,73
40×40	0,46	0,82	1,27	1,84	3,27
45×45	0,41	0,73	1,13	1,64	2,91
50×50	0,37	0,66	1,02	1,47	2,61
55×55	0,34	0,60	0,92	1,34	2,37
60×60	0,31	0,55	0,85	1,23	2,18
65×65	0,28	0,50	0,78	1,13	2,01
70×70	0,26	0,47	0,73	1,05	1,86
75×75	0,25	0,44	0,68	0,98	1,74
80×80	0,23	0,41	0,64	0,92	1,63
85×85	0,22	0,39	0,60	0,87	1,54
90×90	0,21	0,36	0,57	0,82	1,45
95×95	0,19	0,34	0,54	0,77	1,37
100×100	0,18	0,33	0,51	0,74	1,31

При позацентровому стиску відсоток армування повинен бути:

. (5.4)

При центральному стиску розрахунковий опір армованої кладки з цегли усіх видів і керамічних каменів із вертикальними порожнинами визначають за формулами:

• при марці розчину 50 і вище:

; (5.5)

• при порожнистості понад 20%:

; (5.5,а)

• при марці розчину нижче 25 (при перевірці міцності кладки у процесі її зведення):

, (5.6)

де R₁ - розрахунковий опір стиску неармованої кладки у певний

термін твердіння розчину;

R₂₅ - розрахунковий опір кладки при марці розчину 25;

R_s - розрахунковий опір арматури (табл. 5.2), з урахуванням

коефіцієнта умов роботи _cs (табл. 2.15).

Таблиця 5.2

Нормативні та розрахункові опори арматури, що застосовується для армування кам’яної кладки

Клас арматури	Rsn, Rs,ser, МПа	Rs, МПа	Rsw, МПа	Rsc, МПа
А240С (А І)	240 (235)	225	175	225
А300С (А ІІ)	300 (295)	280	225	280
ВрІ,  3 мм	410	375	270, 300*	375
ВрІ,  4 мм	405	365	265, 295*	365
ВрІ,  5 мм	395	360	260, 290*	360

* - Для в’язаних каркасів і сіток

При позацентровому стиску на значення розрахункового опору, крім відсотків армування, впливає також ексцентриситет прикладання навантаження e₀. У цьому випадку розрахунковий опір визначають за формулами:

• при марці розчину 50 і вище:

, (5.7)

• при марці розчину нижче 25:

. (5.8)

Розрахунок кладки із сітковим армуванням виконують за формулами:

• при центральному стиску:

N  m_g  R_sk A; (5.9)

• при позацентровому стиску при малих ексцентриситетах, що не виходять за межі ядра перерізу (для прямокутних перерізів e_o ≤ 0,17h):

N  m_g1 ₁ R_skb А _с , (5.10)

або для прямокутного перерізу:

. (5.11)

При ексцентриситетах, які виходять за межі ядра перерізу (для прямокутних перерізів e_o > 0,17h), а також при _h > 15 або _і > 53 застосовувати сіткове армування не рекомендується.

Для визначення  за табл. 4.1 потрібно знати пружну характеристику армованої кладки, яку визначають за формулою:

, (5.12)

де  - пружна характеристика неармованої кладки (табл. 2.16);

R_u - середня межа міцності (тимчасовий опір) стиску кладки,

визначають за формулою:

, (5.13)

R_sku - тимчасовий опір (середня межа міцності) стиску

армованої кладки з цегли або каменів при висоті ряду

не більше за 150мм, визначають за формулою:

, (5.14)

тут k – коефіцієнт, який залежить від виду кладки і матеріалу,

становить: 2,00 – для кладки з цегли і каменів усіх видів (з крупних блоків, рваного буту, бутобетону, цегляної віброваної кладки); 2,25 – для кладки з крупних і дрібних блоків із ніздрюватих бетонів.

R_sn - нормативний опір арматури в армованій кладці,

приймають за табл. 5.2; для дроту класу Вр-І значення

R_sn враховують із коефіцієнтом умов роботи 0,6;

R - розрахунковий опір кладки стиску.