4.2. Каменные конструкции с продольным армированием
Продольное армирование каменных конструкций целесообразно применять в отдельных конструктивных элементах (стенах, столбах, перемычках, подпорных стенах и т.п.) для восприятия растягивающих усилий:
- во внецентренно сжатых элементах с большими эксцентриситетами, выходящими за пределы ядра сечения, где не эффективно армирование поперечными сетками;
- в сжатых элементах с гибкостью > 15 или > 53, когда не эффективно армирование поперечными сетками;
- в сжатых элементах при возможных вибрационных нагрузках;
- в изгибаемых элементах (стенах, перемычках).
Продольное армирование каменных конструкций:
- повышает прочность кладки;
- увеличивает сопротивляемость кладки растягивающим усилиям при внецентренном сжатии и изгибе;
- придает большую устойчивость конструкции;
- увеличивает сопротивляемость вибрационным и сейсмическим воздействиям;
- обеспечивает монолитность всего сооружения в целом.
АРМИРОВАНИЕ СТОЛБОВ осуществляется продольной вертикальной арматурой (рис. 29). Армирование может быть внутренним (рис. 29,а) с укладкой арматуры в вертикальных швах кладки или наружным (рис. 29,б) под слоем цементного раствора, который защищает арматуру от коррозии. Внутреннее армирование столбов применяется в столбах с большей стороной поперечного сечения более 64 см (2,5 кирпича) при наличии агрессивных внешних воздействий высоких температур. В этом случае продольная сжатая арматура принимается диаметром не менее 8 мм. Хомуты принимаются диаметром 3-8 мм с шагом не более 25*d и располагаются в горизонтальных швах кладки.
Рис.29. Армирование продольной вертикальной арматурой:
а внутреннее; б наружное
Внешнее армирование столбов отличается простотой и удобством выполнения и применяется во всех случаях, где отсутствуют те особые условия, которые требуют устройства внутренней арматуры. В этом случае сжатая арматура должна быть диаметром не менее 8 мм, а хомуты принимаются диаметром 3-8 мм с шагом не более 15*d и не более 150 мм, и располагаются в горизонтальных швах кладки.
В столбах с
продольной арматурой, независимо от
внутреннего или наружного армирования,
процент армирования следует
принимать:
для растянутой арматуры
=0,05%>
а для сжатой
=0,1%.
Характер разрушения столбов с продольной
арматурой напоминает разрушение
неармированной кладки, но отличается
тем, что при разрушении не происходит
расслоения кладки на столбики, так как
этому препятствуют хомуты.
Расчет на прочность армированных столбов при осевом и внецентренном сжатии производится по стадии разрушения по аналогии с железобетонными элементами с учетом некоторых особенностей, отмеченных в нормах.
Расчет на прочность столбов с продольной арматурой при центральном сжатии выполняется по формулам:
,
(32)
где N - продольная расчетная сила; А - площадь сечения столба; As - площадь сечения продольной арматуры; 0,85 - коэффициент, учитывающий неполное использование прочности кладки, работающей совместно с арматурой.
При расчете на прочность внецентренно сжатых столбов с продольной арматурой различают два случая (рис. 30):
- малых эксцентриситетов (рис. 30,а);
- больших эксцентриситетов (рис. 30,б)
Рис.30. Внецентренно сжатые столбы с продольной арматурой: а случай малых эксцентриситетов (х>0,55h0); б – случай больших эксцентриситетов (х<0,55h0)
Границы между этими случаями установлены на основании экспериментов. Расчет выполняется по стадии разрушения (аналогично железобетонным конструкциям) из условий равновесия внешних и внутренних сил:
- уравнения моментов (условие прочности);
- уравнения проекций, из которого определяется высота сжатой зоны x.
АРМИРОВАНИЕ СТЕН применяется в следующих случаях:
- при необходимости увеличить сопротивление изгибу стен, подверженных боковому воздействию сыпучих материалов, воды и т.п.;
- для повышения устойчивости стен при больших гибкостях;
- для повышения сопротивления кладки стен действию вибрационной и сейсмической нагрузок.
Существуют два способа армирования стен продольной арматурой:
1. Армирование горизонтальной арматурой, располагаемой в швах кладки. Такое армирование возможно при наличии вертикальных элементов - стоек, пилястр, служащих для восприятия горизонтальных нагрузок, передаваемых от стен (рис. 31).
Рис. 31. Армирование стен горизонтальной арматурой
2. Армирование горизонтальной арматурой в швах кладки и вертикальной арматурой, располагаемой снаружи кладки (рис. 32). Такое армирование применяется при наличии как вертикальных, так и горизонтальных элементов - столбов, пилястр, междуэтажных перекрытий. Расстояние между горизонтальными швами, где располагается арматура, принимается не более 8h (h - толщина стены); арматура применяется от 3 до 8 мм. Вертикальные стержни (d < 10 мм) связываются между собой стяжками, пропускаемыми в горизонтальных швах через толщу кладки и располагаемыми с максимальным шагом 80d (d - диаметр вертикальной арматуры). Стены с наружной вертикальной арматурой обязательно оштукатуриваются цементным раствором марки 50, при этом толщина защитного слоя должка быть не менее 15 мм в нормальных условиях и 25 мм при повышенной влажности.
Процент армирования стен рекомендуется принимать не менее 0,05 %.
Конструктивное армирование стен допускает увеличение предельных гибкостей против величин, установленных для неармированной кладки, на 20 % при армировании в одном направлении и на 30 % при армировании в двух направлениях.
Рис. 32. Армирование горизонтальной арматурой в швах кладки
и вертикальной арматурой, располагаемой снаружи кладки
Расчет на прочность армированных стен, подверженных изгибу, выполняется, как и для железобетонных элементов, по стадии разрушения (рис. 33) и основывается на двух уравнениях равновесия: уравнения моментов (условии прочности) и суммы проекции всех сил на продольную ось - X:
(33)
(34)
Рис. 33. Расчет на прочность армированных стен, подверженных изгибу
Расчет на прочность армированных гибкой арматурой стен, работающих на растяжение, исходит только из прочности арматуры:
. (35)