4. Виды предельных состояний и особенности расчета

При расчете каменных и армокаменных конструкций, как уки.шнм и I разделе, учитывают две группы предельных состояний.

Первая — по несущей способности (по прочности, устойчивости формы и положения); этот расчет выполняют всегда дли всех видов конструкций; вторая — по образованию и раскрытию трещин и по деформациям; расчет по предельным состояниям второй группы выполняют для конструкций, где не допускаются трещины (облицовки резервуаров) или требуется ограничение их раскрытия (внецентренно-сжатые стены и столбы с большими эксцентрицитетами), ограничиваются деформации по условиям совместной работы смежных конструкций (стеновое заполнение каркасов зданий, учитываемое в расчете; самонесущие стены, связанные с каркасом, и т. д.).

Цель расчета — подбор сечений элементов конструкций или проверка заданных сечений так, чтобы вычисленные напряжения, деформации и ширина раскрытия трещин не превышали предельных значений, установленных нормами.

Расчет по несущей способности производится из условия, что расчетное усилие N должно быть меньше или равно расчетной несущей способности элемента N_ф:

Расчетное усилие N вычисляют при действии нагрузок, взятых с коэффициентом перегрузки, при наиболее неблагоприятном их сочетании. Расчетную несущую способность определяют в зависимости от геометрических размеров сечения S, расчетного сопротивления кладки R и коэффициентов условий работы . Она является минимальной вероятной несущей способностью конструкции.

5. Армированная кладка

Виды армирования и усиления кладки. Армирование кладки применяют для увеличения ее несущей способности. Армирование бывает поперечным (сетчатым) и продольным (рис. 16.1 и 16.2). Кроме армированных применяют также комплексные каменные конструкции, усиленные железобетонными элементами, бетонируемыми одновременно с возведением кладки (рис. 16.3). Комплексные конструкции благодаря включению в работу железобетонных элементов имеют повышенную несущую способность при сжатии, растяжении и изгибе по сравнению с не армированными каменными конструкциями. Усиление кладки узких простенков стен и гибких столбов, особенно при замеченных деформациях в эксплуатируемых зданиях, успешно можно производить постановкой стальных, железобетонных или армированных штукатурных обойм (рис. 16.4). Обоймы препятствуют развитию поперечных деформаций и значительно увеличивают несущую способность кладки.

Элементы с сетчатым армированием. Поперечное (сетчатое) армирование каменной кладки выполняют укладкой арматурных сеток в горизонтальные швы. При сжатии элемента сетки препятствуют развитию в кладке поперечных деформаций растяжения и этим увеличивают ее несущую способность. Применяют прямоугольные сетки (см. рис. 16.1, а) и типа «зигзаг» (рис. 16.1,б). Сетки изготовляют из холоднотянутой проволоки диаметром не менее 3 мм или из круглой стали класса A-I. Диаметр арматуры должен быть не более: в случае пересечения стержней в швах 5 мм, без пересечения стержней в швах 8 мм. Расстояние между стержнями сетки (размер ячеек) рекомендуется принимать 3—12 см.

Расстояние s между сетками по высоте элемента должно быть не более 40 см (или через пять рядов кирпичной кладки). Сетки «зигзаг» обязательно укладывают в двух смежных горизонтальных швах кладки так, чтобы направление стержней в них было взаимно перпендикулярным. Укладку сеток контролируют по выпускам арматуры, выступающим на 5 мм за поверхность кладки. Толщина швов кладки должна быть больше диаметра арматуры не менее чем на 4 мм. Марка раствора для армокаменных конструкций принимается не ниже 50. Количество арматуры в кладке определяется процентом армирования по объему.

Количество сетчатой арматуры, учитываемой в расчете, принимается не менее 0,1% и не более 1%- Сетчатое армирование наиболее целесообразно для центрально-сжатых элементов. Во внецентренно-сжатых элементах эффективность применения сеток зависит от эксцентриситета е₀ и гибкости элементов λ. Чем больше эксцентриситет е₀, тем менее эффективны сетки. Поэтому нормы не рекомендуют применять сетчатое армирование при эксцентриситетах, выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольных сечений при ), а также при гибкости элемента или 3.

По требованиям ДБН В.1.1-12 2006 Будівництво в сейсмічних районах України. В сопряжениях стен в кладку должны укладываться арматурные сетки с общей площадью сечения продольной арматуры не менее 1 см², длиной не менее 120 см в каждую сторону через 70 см по высоте при сейсмичности 7 и 8 баллов и через 50 см - при 9 баллах.

Участки стен над чердачным перекрытием, имеющие высоту более 40 см, а также фронтоны должны быть усилены вертикальным армированием или вертикальными железобетонными включениями, заанкеренными в антисейсмический пояс.

Конструктивные требования к зданиям, строящимся в районах сейсмичностью 6 баллов. В зданиях с кирпичными стенами следует в зданиях высотой четыре и более этажей в сопряжении стен укладывать арматурные сетки шагом по высоте не более 100 см.

Элементы с продольным армированием. Продольное армирование применяется в каменных конструкциях, подверженных изгибу, растяжению и внецентренному сжатию, если расчетная несущая способность неармированной кладки недостаточна. Кроме того, продольное армирование может назначаться конструктивно для повышения устойчивости и прочности в центрально-сжатых столбах большой гибкости ( или ), в тонких стенах и перегородках, а также в конструкциях, подвергающихся значительной вибрации.

Продольную арматуру устанавливают внутри кладки или снаружи в слое раствора, наносимого на поверхность кладки, или в пазы (см. рис. 16.2). Для обеспечения совместной работы продольная арматура должна быть связана с кладкой хомутами. Расстояние между хомутами в сжатых элементах назначают не более 15 диаметров продольного стержня (2—3 ряда кирпичной кладки) при расположении арматуры снаружи кладки и не более 25 диаметров стержня при расположении арматуры внутри кладки. Вертикальная арматура, конструктивная или работающая на растяжение, расположенная снаружи стены, должна связываться хомутами не реже чем через 80 диаметров и, как правило, не более чем через 50 см.

Марка раствора для» защиты арматуры принимается не ниже 50. Толщина защитного слоя цементного раствора должна быть 10—12 мм для конструкций в помещениях с нормальной влажностью воздуха и 20—30 мм во влажных и мокрых помещениях, резервуарах и фундаментах. Защитный слой для хомутов должен быть не менее 10 мм.

Количество продольной арматуры, учитываемой в расчете, должно составлять: для сжатых стержней — не менее 0,1%, для растянутых не менее 0,05%. Диаметр растянутой продольной арматуры и хомутов принимается не менее 3 мм, а для сжатой — не менее 8 .мм. При армировании стен и перегородок расстояние между вертикальными и горизонтальными стержнями арматуры по фасаду не должно превышать 8 h (где h — толщина стены).

Работа под нагрузкой армокаменных конструкций с продольной арматурой аналогична работе железобетонных конструкций. Поэтому и методы расчета их подобны. Особенностью работы армокаменных конструкций при сжатии является то, что в предельном состоянии к моменту достижения арматурой предела текучести стали сопротивление кладки используется не полностью, а примерно на 85%. Поэтому для сжатой зоны кладки вводят коэффициент условий работы γ_с=0,85.

Комплексные конструкции. Комплексные конструкции выполняются из каменной кладки и железобетона, располагаемого внутри кладки или снаружи в пазах (рис. 16.3). Кладка при возведении служит опалубкой для бетона. Комплексные конструкции целесообразны при ограниченных размерах центрально-сжатой неармированной кладки и в гибких элементах, а также во внецентренно-сжатых и изгибаемых конструкциях.

Комплексные конструкции ввиду их повышенной трудоемкости применяют сравнительно редко.

Усиление кладки обоймами. Усиление (рис. 16.4) кладки обоймами (стальными, железобетонными и армированными штукатурными) производится в тех случаях, когда нужно повысить несущую способность элемента без увеличения его сечения.

Такая необходимость возникает при надстройках верхних этажей над существующим зданием и недостаточной прочности простенков и столбов нижних этажей, имеющей дефекты кладки вследствие ошибок при проектировании или возведении, а также кладок, получивших значительные деформации при пожарах, землетрясениях, взрывах и т. д.

Наиболее эффективны стальные и железобетонные обоймы, так как они не только повышают прочность кладки внутри обоймы, но и могут непосредственно воспринять часть усилия. Армированные штукатурные обоймы применяют при необходимости незначительно увеличить несущую способность конструкции.

Стальная обойма (рис. 16.4, а) состоит из вертикальных стальных уголков, установленных по углам элемента и соединенных друг с другом полосовой сталью (планками) через 20—50 см по высоте элемента. Сечение уголков принимают по расчету, а сечение планок назначают конструктивно от 35×5 до 60×12 мм. Для защиты от коррозии стальную обойму покрывают цементной штукатуркой толщиной 25—30 мм.

Железобетонная обойма (рис. 16.4,б) имеет толщину 6—10 см и армируется продольной арматурой и хомутами по расчету. Вертикальные стержни принимаются диаметром 6—12 мм, хомуты — диаметром 4—10 мм. Расстояние между хомутами не более 15 см. Марка бетона 150—200 (15—20, МПа). Обойму бетонируют в передвижной или наращиваемой опалубке.

Штукатурная обойма (рис. 16.4, е) выполняется из вертикальных стержней диаметром 6—12 мм, назначаемых конструктивно, и хомутов диаметром 4—10 мм; расстояние между хомутами не более 15 см. Штукатурку толщиной 3—4 см наносят цементным раствором марки 75-100.

При усилении железобетонной или штукатурной обоймой участков стен, имеющих значительную протяженность (более чем 2,5 толщины стены), необходимо ставить дополнительные поперечные связи, пропускаемые через стену и располагаемые друг от друга по длине 2h, где h — толщина стены (рис. 16.4,г).

Температурно-усадочные швы. Под влиянием изменения температуры окружающей среды в каменной кладке стен возникают деформации укорочения и удлинения. В стенах зданий большой протяженности под действием указанных деформаций могут появиться трещины. Чтобы предотвратить их появление, стены по длине разрезают вертикальными швами на участки такой длины, при которой изменение температуры не вызывает появления трещин. Длина таких участков, называемых температурными отсеками, зависит от вида кладки, характеризуемой коэффициентом линейного расширения кладки. Например, кладка из силикатного кирпича и бетонных камней имеет коэффициент линейного расширения, в 2 раза больший, чем кладка из обыкновенного глиняного кирпича. Поэтому температурные отсеки зданий со стенами из силикатного кирпича имеют меньшую длину, чем со стенами из глиняного кирпича.

Кроме вида камней на поведение кладки при изменениях температуры влияют прочность раствора и колебания температуры. Кладка на слабых растворах мало чувствительна к температурным деформациям. Чем, ниже зимняя температура наружного воздуха, тем меньше принимают длину температурного отсека s здания.

Стены прорезают температурными швами только до обреза фундамента, так как фундаменты, защищенные грунтом, не подвергаются значительному влиянию изменений температуры. В стенах из комбинированной кладки, например из глиняного кирпича, облицованного силикатным кирпичом, расстояние между температурными швами назначают для материала основной кладки.

В зданиях с наружными кирпичными стенами и внутренним сборным железобетонным или металлическим каркасом длину температурного отсека назначают так, чтобы швы в стенах и элементах каркаса совпадали. Если длина температурного отсека каркаса может быть принята по нормам больше, чем в кладке стен, допускается в кладке стен устраивать дополнительный температурный шов.

Расстояния между температурно-усадочными швами стен, усиленных горизонтальной арматурой или железобетонными поясами, назначают по расчету на температурные напряжения.

Осадочные швы в стенах устраивают во всех случаях, когда можно ожидать неравномерную осадку основания здания или сооружения, при которой между отдельными частями здания могут появиться опасные трещины.

Неравномерность осадки здания следует учитывать: при сооружении участков здания, расположенных на разнородных грунтах; при пристройке к существующим зданиям новых секций; при разнице в высотах отдельных частей зданий, превышающей 10 м; при значительной разнице и ширине подошвы и глубине заложения фундаментов соседних стен.

В отличие от температурных швов осадочные швы разрезают стены на всю их высоту и фундаменты до основания. Осадочные швы выполняют в четверть или в шпунт (рис. 17.2) с прокладкой двух-трех слоев толя и проконопаткой промасленной паклей для не продуваемости стен. Осадочные швы обеспечивают также свободу температурных деформаций стен, поэтому, где это возможно, допускается совмещать осадочные и температурные швы.

Лекція №5-6 Страница 1