ЖБК / 7сем / шпоры / 1

1. Ск должны удовлетворять различным тре-бованиям: эксплутационным, техническим, экономическим, производственным, эстетическим.

Важнейшее требование к строительным конструкциям — экономичность их изготовления и эксплуатации. Экономичность конструкции основана на целесообразном использовании свойств применяемых материалов и рациональном их расходовании при преимущественном использовании местных материалов, не требующих дальних перевозок. Экономичность конструкции зависит от расходов на ее изготовление, трудовых затрат на заводах и на строительной площадке, затрат транспортных средств для перевозки составляющих ее материалов и изделий.

Большое значение для экономичности конструкций и эффектив-ности их применения в строительстве зданий обеспеченость возмож-ности изготовления конструкций в заводских условиях с тем, чтобы на строительной площадке выполнялась только установка готовых конструктивных элементов.

Конструкции должны быть рассчитаны на силовые воздействия, под которыми понимаются воздействия внешних нагрузок, от смешения опор, изменения температуры, усадки и других природных явлений.

Современные строительные конструкции делят на металлические (преимущественно стальные), бетонные и железобетонные, каменные и армокаменные, конструкции из дерева и пластмасс. История развития строительных конструкций.

Каменные конструкции - наиболее древние, поскольку простейшие их виды можно было выполнять примитивными инструментами. В течение многих веков основным строительным материалом был камень. До наших дней сохранились гробницы египетских фараонов – пирамиды, возведённые из огромных тёсанных камней. Позже для каменных конструкций применяли естественный камень, кирпич — как сырец, так и обожженный. Сырцовый кирпич использовался ещё 8 тысяч лет назад. В Древнем Египте обожжённый кирпич стал использоваться с XIV в до н.э., в III в. до н.э.

Опыт применения каменных конструкций в древности насчитывает большое количество исключительно интересных сооружений. К ним, например, относятся Колизей в Риме  ( I в. н.э.), многоярусные акведуки в Сеговии , Пантеон в Риме  , и многие другие.На Руси обожжённый кирпич и известковый раствор широко применялись в строительстве. Примером может служить Десятинная церковь в Киеве ( X¸XI вв.). Дальнейшее распространение каменных конструкций в России продолжилось в XV веке. После строительства Аристотелем Фиораванти в 1478 г. России отмечается интенсивное развитие строительства из кирпича и камня. Яркими примерами монументаль-ных каменных сооружений, иллюстрирующими богатую историю отечественного зодчества, служат Московский Кремль. Кирпич благодаря своим положительным качествам, широко используются в современном строительстве.

2. В общем случае каменная кладка представляет из себя композитную конструкцию, образованную кладочными элементами – камнями, соединёнными между собой кладочным раствором. В качестве кладочных элементов используются стеновые изделия на основе природных и искусственных каменных материалов.

Каменные материалы подразделяют:

по происхождению – на природные и искусственные

по величине – камни крупные, мелкоштучные и кирпич;

по материалу – искусственные: глиняные, силикатные, бетонные, легкобетонные, ячеистые; природные: гранит, известняк, туф и др.

Основная характеристика каменных материалов – прочность на сжатие, определяемая маркой по временному сопротивлению сжатию. Установлены для каменных материалов марки 4-1000 (кгс/см²). Важное свойство –мор-сть Мрз (от Мрз 10 до Мрз 300). Для стен сроком службы 100 лет Мрз ³ 25

Бетонные стеновые изделия

По объёмному весу бетона камни подразделяются на три группы:

блоки из тяжёлых бетонов  ( плотностью более 1800 кг/м3 );

блоки из лёгких бетонов  ( плотностью до 1800 кг/м3 );

блоки из ячеистых бетонов  ( плотностью менее 1200 кг/м3 ).

Плотность бетона определяется его структурой и видом заполнителя. Тяжёлые бетоны для камней изготовляют на щебне и гравии плотных каменных пород, а также на металлургических шлаках. Лёгкие бетоны – на щебне и гравии пористых естественных и искусственных материалов  ( туфа, пемзы, керамзита, гранулиро-ванных шлаков ). Ячеистые бетоны получают путём искусственного порообразования смеси вяжущего, кремнезёмистого компонента и воды при помощи газообразователя  ( газобетон, газосиликат )  или пенообразователя  ( пенобетон, пеносиликат ).

Бетонные камни изготавливаются сплошными и пустотелыми. Пустотелые камни могут иметь сквозные пустоты. Действующим стандартом (ГОСТ 6133‑84) установлена предельная масса бетонного камня - 31 кг. Средняя плотность пустотелых камней не должна быть более 1650 кг/м³, полнотелых камней – 2200 кг/м³. Основные типы бетонных камней имеют размеры 390´190´188 мм  (целый камень) и 390´90´188 мм  (продольная половинка).

3. Причиной формирования в материалах каменной кладки сложного напряжённого состояния является ряд факторов, обусловленных различием физико-механичес-ких свойств камня и условиями их работы в структуре каменной конструкции. Одним из основных факторов является значительная неоднородность растворной постели камня в кладке Передача усилий от камня к камню при действии нагрузки происходит не по всей площади опирания, а по отдельным точкам соприкосновения раствора с камнем. Основной причиной разрушения сжатого камня являются возникающие при этом напряжения изгиба и растяжения.

Стадии работы кладки:

I - до появления трещин (50% разрушающей нагрузки) – нормальная эксплуатация;II - появление небольших трещин в отдельных кирпичах (50-70% разрушающей нагрузки); III - появление вертикальных трещин, пересекающих несколько рядов кладки; IV - разрушение кладки от потери устойчивости ввиду ее полного расчленения.(рис1)

Развитие трещин по высоте кладки, расчленение ее на отдельные гибкие столбики, которые выпучиваясь теряют устойчивость и приводят к разрушению кладки, показывают, что предельная прочность кладки на сжатие (временное сопротивление) R_u всегда меньше прочности камня R₁, какой бы высокой прочности ни был раствор:

R_u = K_k R₁,где К_к – конструктивный коэффициент, для кирпичной кладки К_к = 0,5…0,6; для бутовой К_к = 0,15…0,25.

Прочность кладки при сжатии R применяют при расчете стен, столбов, простенков. Если кладка под нагрузкой испытывает осевое растяжение, то в зависимости от направления усилия может произойти разрушение по неперевязанному (а), либо по перевязянному сечению (б).(рис2)

Временное сопротивление кладки осевому растяжению по неперевязанному сечению R_ut равно нормальному сцеплению раствора с камнем:

R_ut = S = 3,6 / (1+50 / R₂), где R₂ – марка раствора. Для кладки из камней правильной формы временное сопротивление кладки осевому растяжению по перевязанному (ступенчатому) сечению R_ut1 принимают:

R_ut1 = Т (с/d) = 7,2 c / (1+50 / R2) d, где с и d – глубина перевязки и высота одного ряда кладки. Сопротивление кладки разрыву по камню и вертикальным швам определяется только прочностью на растяжение самого камня R_tk:

R_ut2 = 0,5 R_tk В расчетах кладки на растяжение по перевязанным сечениям принимается меньшая из двух величин R_ut1 и R_ut2.

4.Для идеально упругих тел зависимость между напряжениями s и относительными деформациями e выражается в соответствии с законом Гука прямой линией, отношение s / e постоянно, называется оно модулем упругости Е_упр = s / e = const (рис)

Кладка из-за неоднородности не является упругим материалом.

Зависимость s - e - криволинейна. Под действием нагрузки в ней развиваются упругие e_y и пластические e_pl деформации, причем доля пластических (необратимых) деформаций с увеличением нагрузки резко возрастает.

Модуль упругости – переменный и постоянную величину он имеет только в начале координат (до 0,2R_u). Начальный модуль упругости

E_о = a×R_u

где a - упругая характеристика кладки, принимаемая по СНиП II-22-81.

Модуль дефор. при эксплуатационных нагрузках (0,3-0,5R_u) для упрощения принимается E = 0,8×E_о.

При длительном воздействии нагрузки кладка обладает свойством ползучести. Деформации ползучести заметны в первые 6-12 месяцев.

5,6. При центральном сжатии напряжения равномерно распределяются по сечению элемента. Несущая способность таких элементов зависит не только от прочности кладки, но и от гибкости элементов.Для элементов с малой гибкостью из условия равновесия усилий на вертикальную ось можно записать условие прочности:N = R_u A, Ru – предел прочности кладки(рис)

Расчет элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии следует производить по формуле: N £ т_gj RA, где R — расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по таблицам СНиП (2-9) как

R = R_ug_c / k; j — коэффициент продольного изгиба; т_g — коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки.Коэффициент продольного изгиба j для элементов постоянного по длине сечения следует принимать в зависимости от гибкости элемента l_i = l₀ / i или прямоугольного сплошного сечения при отношении l_h = l₀ / h и упругой характеристики кладки a, принимаемый по табл. 15 СНиП.

Расчетные высоты стен и столбов l₀ при определении коэффициентов продольного изгиба j в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:

а) при неподвижных шарнирных опорах l₀ = Н ( а);

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l₀ = 1,5H, для многопролетных зданий l₀ = 1,25H ( б);

в) для свободно стоящих конструкций l₀ = 2Н (в);(рис)

Значения коэффициентов j и т_g для стен и столбов, опирающихся на шарнирные неподвижные опоры при расчете сечений, расположенных в средней трети высоты l₀ следует принимать постоянными, равными расчетным значениям j и т_g, определенным для данного элемента. При расчете сечений на участках в крайних третях l₀ коэффициенты j и т_g увеличиваются по линейному закону до единицы на опоре.

7. Внецентренное сжатие наиболее распространенный вид напряженно-деформированного состояния. Характер работы зависит от величины e_о. Трещины в растянутой зоне не являются признаком разрушения.(рис1)

Влияние величины эксцентриситета приложения нагрузки на работу внецентренно сжатого кирпичного столба:а – при малых эксцентриситетах; б – при средних эксцентриситетах;в – при больших эксцентриситетах Для упрощения расчетов фактическую криволинейную эпюру напряжений (р. в) заменяют прямоугольной (р. г).(рис2)

Расчет внецентренно сжатых неармированных элементов каменных конструкций следует производить по формуле : N £ т_g j₁ R A_c w, где А_c - площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения расчетной продольной силы N. Положение границы площади А_c определяется из условия равенства нулю статического момента этой площади относительно ее центра тяжести для прямоугольного сечения

А_c = А (1- 2_е0/h) В формулах: h - высота сечения в плоскости действия изгибающего момента; e₀ - эксцентриситет расчетной силы N относительно центра тяжести сечения; j₁ - коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения в плоскости действия изгибающего момента j₁= (j + j_c)/2 j_c - коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения, где l_hс = l₀ / h_с ; т_g =1-пN/N(1+1/2е0/h) Для прямоугольного сечения h_c = h — 2e₀. где N_g — расчетная продольная сила от длительных нагрузок; ή - коэффициент, учитывающий армирование;

w - коэффициент, учитывающий влияние менее загруженной части сечения.При расчете несущих и самонесущих стен толщиной 25 см и менее следует учитывать случайный эксцентриситет е_v, который должен суммироваться с эксцентриситетом про-дольной силы.

Величину случайного эксцентриситета следует принимать равной: для несущих стен - 2 см; для самонесущих стен, - 1 см; для перегородок не учитывать.

8. Для увеличения несущей способности применяют армирование каменной кладки. Армирование бывает поперечным (сетчатым) и продольным. Для этого применяют арматуру классов А-I, А-II Æ 6…40 мм; Вр-I Æ 3…8 мм.Поперечное (сетчатое) армирование выполняют укладкой арматурных сеток в горизонтальные швы. Применяют сетки прямоугольные (р. а) и типа «зигзаг» (р. б).(рис)

Расстояние s между сетками по высоте элемента должно быть не более 40 см (через пять рядов кирпичной кладки). Количество арматуры в кладке определяется процентом армирования по объему µ= V_a / V_k×100, где V_a и V_k – объемы соответственно арматуры и кладки. Для квадратной сетки из арматуры сечением А_s с размером ячейки с при расстоянии между сетками по высоте s процент армирования равен

m = (2А_s / cs)×100. Количество сетчатой арматуры, учитываемой в расчете, принимается не менее 0,1% и не более 1%.Процент армирования кладки сетчатой арматурой при центральном сжатии не должен превышать определяемого по формуле 0,1% £ m = 50R/R_s. Элементы с сетчатым армированием выполняются на растворах марки не ниже 50 при высоте ряда кладки не более 150 мм.

9. Расчет элементов с сетчатым армированием при центральном сжатии следует производить по формуле N £ m_g j R_sk A,

где R_sk £ 2R - расчетное сопротивление для армированной кладки из кирпича всех видов и керамических камней, определяемое при прочности раствора марки 25 (25 кгc/см2) и выше по формуле R_sk = R + 2 m R_s /100, здесь j — коэффициент продольного изгиба, определяемый по табл. 18 СНиП для l_h или l_i, при упругой характеристике кладки с сетчатым армированием a_sk, определяемой по формуле a_sk = a R_u / R_sku где a – упругая характеристика неармированной кладки; R_u и R_sku - средний предел прочности соответственно неармированной и армированной кладок.

10. Расчет внецентренно сжатых элементов с сетчатым армированием при малых эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольного сечения е₀ £ 0,17 h), следует производить по формуле N £ m_g j₁ R_skb A_c w,

или для прямоугольного сечения N £ m_g j₁ R_skb A (1 - 2е₀ / h) w,

где R_skb £ 2R - расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии, определяемое при марке раствора 50 и выше по формуле R_skb = R + 2 m R_s (1 - 2e₀ / h) / 100,

а при марке раствора менее 25 (при проверке прочности кладки в процессе ее возведения) по формуле

R_skb = R + 2 m R_s (1 - 2e₀ / h) / 100 × (R₁/R₂₅), где R₁ – расчетное сопротивление сжатию неармированной кладки в рассматриваемый срок твердения раствора;

R₂₅ – расчетное сопротивление кладки при марке раствора 25. При эксцентриситетах, выходящих за пределы ядра сечения (для прямоугольных сечений е₀ >0,17h), а также при l_h >15 или l_i>53 применять сетчатое армирование не следует.Процент армирования кладки сетчатой арматурой при внецентренном сжатии не должен превышать определяемого по формуле .Процент армирования кладки сетчатой арматурой при внецентренном сжатии не должен превышать определяемого по формуле

m = 50 R / [R_s (1-2e₀/y)] ³ 0,1 %

11. Продольное армирование устраивается в виде стержней Æ не менее 8 мм. Для обеспечения совместной работы продольная арматура должна быть связана с кладкой хомутами. Продольную арматуру устанавливают либо внутри кладки, либо снаружи в слое раствора.

Возможно усиление кладки обоймами, если ее несущая способность недостаточна и нет возможности увеличить ее сечение. Стальная обойма состоит из вертикальных стальных уголков, установленных по углам элемента и соединенных друг с другом полосовой сталью через 20 – 50 см по высоте элемента.

12. Основными конструктивными элементами являются наружные и внутренние стены, столбы, перекрытия, рама каркаса и перегородки. Образует пространственную систему, которая воспринимает горизонтальные и вертикальные нагрузки, действующие на здание, и распределяет их между отдельными элементами системы в зависимocти от их жесткости, от материала кладки и от жесткости соединений.

Конструктивная схема должна обеспечивать надежную пространственную жесткость и устойчивость здания в целом на действие внешних нагрузок.

По признаку восприятия горизонтальных и вертикальных нагрузок различают две группы конструктивных схем зданий:

1) с жесткими опорами, в которых каменные наружные стены, воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки, опираются на несмещаемые опоры. Этими опорами являются жесткие поперечные стены, а также покрытия; 2) с упругими опорами, в которых из-за относительно редкого размещения устойчивых поперечных конструкций (перегородок) горизонтальные покрытия и перекрытия являются упругоподатливыми опорами для каменных стен.

Жесткая конструктивная схема характерна для многоэтажных гражданских, жилых и общественных зданий. Упругая конструктивная схема свойственна одноэтажным промышленным зданиям.

Поперечные конструкции могут служить жесткими опорами при условиях:

1) толщина поперечных несущих каменных и бетонных стен не менее 12 см;

2) толщина несущих поперечных железобетонных стен не менее 6 см;

3) поперечные конструкции рассчитаны на восприятие горизонтальной нагрузки.

Пространственную жесткость зданий в целом и совместную работу элементов конструкций обеспечивают устройством связей; перекрытия анкеруют в стенах, поперечные и продольные стены из кладки соединяют перевязкой камней.

13. Расчет наружных стен многоэтажных домов. Наружные стены многоэтажных домов рассматривают как неразрезные многопролетные балки, опорами которых служат перекрытия.

По упрощенной схеме многопролетную балку заменяют однопролетными. При расчете каждого этажа нагрузка собирается от вышерасположенных конструкций и прикладывается в центре тяжести стены . Кроме того, в пределах этажа с эксцентриситетом учитывается нагрузка от перекрытия, а также собственный вес стены этажа, прикладываемый в центре тяжести сечения

Изгиб стен от ветра можно не учитывать, если нормальные напряжения, вызываемые в них моментами от нормативной ветровой нагрузки, не превышают 0.1 МПа.

Давление от перекрытия на стену (сосредоточенная сила) прикладывается на расстоянии 1/3 длины опирания конструкций перекрытия, считая от внутренней поверхности стены (но не более 7 см).

Прочность межоконного простенка проверяется на уровне перемычки и подоконника. Изгибающий момент, действующий под перекрытием, уравновешивается горизонтальными реакциями на опорах наружной стены: вверху стена прижимается к перекрытию, а внизу отходит от перекрытия. Поэтому стены и столбы должны крепиться к перекрытиям и покрытиям анкерами сечением не менее 0.5 см2

14. Расчет наружных стен многоэтажных домов.

Расчет внецентренно сжатых неармированных элементов каменных конструкций следует производить по формуле

N £ т_g j₁ R A_c w, где А_c - площадь сжатой части сечения при прямоугольной эпюре напряжений, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения расчетной продольной силы N. Положение границы площади А_c определяется из условия равенства нулю статического момента этой площади относительно ее центра тяжести для прямоугольного сечения. Наружные стены многоэтажных домов рассматривают как неразрезные многопролетные балки, опорами которых служат перекрытия. По упрощенной схеме многопролетную балку заменяют однопролетными. При расчете каждого этажа нагрузка собирается от вышерасположенных конструкций и прикладывается в центре тяжести стены. Кроме того, в пределах этажа с эксцентриситетом учитывается нагрузка от перекрытия, а также собственный вес стены этажа, прикладываемый в центре тяжести сечения (рис.).

Выбор расчетного сечения зависит от наличия и размеров проемов, величин внутренних нагрузок, и значения коэф.