3.4. Конструктивні особливості армокам’яних конструкцій з поздовжнім армуванням

Поздовжнє армування кладки доцільно застосовувати для конструкцій з великим навантаженням (стін, стовпів, перемичок, підпірних стін тощо) для сприйняття розтягуючих зусиль в позацентрово стиснутих (за великих ексцентриситетів) і згинальних елементах, а також для гнучких елементів, в яких l₀/h > 15 або l₀/r_i > 53. Наявність поздовжньої арматури підвищує несучу здатність елемента. Поздовжнє армування може бути влаштоване в середині кладки та зовні її (рис. 3.2).

В якості поздовжньої арматури використовують сталь класу А-240С, А400С, В_р-І діаметром не менше, як 5мм для розтягнутої і 8 мм для стиснутої арматури. Поздовжня арматура повинна бути охоплена замкнутими хомутами зі сталі класу В_р-І діаметром 3...6 мм. Крок хомутів приймається:

- для арматури в середині кладки s ≤ 20d;

- для зовнішньої арматури s ≤ 15d;

- для конструктивної арматури і зовнішньої розтягнутої s ≤ 80d.

Робочі стержні поздовжньої арматури на своїх кінцях повинні мати пристрої, що забезпечують її надійне анкетування. Захисний шар цементного розчину для армокам’яних конструкцій з арматурою, що розташована зовні кладки, повинен мати товщину, не меншу за вказану в табл. 3.1.

Площа перерізу поздовжньої стиснутої арматури приймається не менше як 0,1%, для розтягнутої арматури – не менш як 0,05% від площі поперечного перерізу кам’яного елемента.

Таблиця 3.1

Товщина захисного шару (мм) з цементного розчину

для армокам’яних конструкцій

Вид конструкції	Для конструкцій розташованих
	у приміщеннях з нормальною вологістю повітря	на відкритому повітрі	у вологих і мокрих приміщеннях, резервуарах, фундаментах тощо
Балки і стовпи	20	25	30
Стіни	10	15	20

3.5. Розрахунок стиснутої кладки з поздовжнім армуванням

Несуча здатність армокам’яних конструкцій з поздовжньою арматурою визначається аналогічно залізобетонним конструкціям. При цьому розрахунковий опір арматури необхідно помножити на коефіцієнт умов роботи γ_cs (табл. Б.2). У випадку визначення коефіцієнта поздовжнього згину φ, значення пружної характеристики кладки α приймається за табл. 1.3 як для неармованої кладки. Так як при наявності поздовжньої арматури в стиснутій кладці робота її використовується не повністю, то в розрахунках це враховується введенням коефіцієнта умов роботи γ_c = 0,85, на який множиться розрахунковий опір кладки. Коефіцієнт повноти епюри напружень приймається рівним ω = 1,0

При розрахунку центрально стиснутих кам’яних елементів з поздовжньою арматурою (рис. 3.3) несуча здатність визначається за формулою

(3.14)

де N – розрахункова поздовжня сила;

– відповідно площа перерізу елемента та площа перерізу

стиснутої арматури;

R, R_sc – відповідно розрахунковий опір кладки стиску та

розрахунковий опір стиснутої арматури.

З умови (3.14) можна визначити площу перерізу арматури:

. (3.15)

Існує два випадки розрахунку позацентрово стиснутих елементів:

- випадок великих ексцентриситетів, коли S_c < 0,8S₀ для перерізу будь-якої форми і коли х < 0,55h₀ – для прямокутного перерізу (рис. 3.4).

- випадок малих ексцентриситетів, коли ці умови не дотримуються.

Тут х – висота стиснутої зони перерізу; S_c – статичний момент стиснутої зони перерізу відносно осі, що проходить через центр ваги розтягнутої або менш стиснутої арматури; S₀ – статичний момент всього перерізу кладки відносно осі, що проходить через центр ваги розтягнутої або менш стиснутої арматури і визначається за формулами:

- за будь якої форми перерізу S₀ = А(h₀ – у), де у – відстань від центра ваги усього перерізу до краю більш стисненої грані.

- за прямокутної форми перерізу S₀ = 0,5bh₀²

За наявності поздовжньої арматури у стиснутій зоні перерізу, для забезпечення повного використання цієї арматури, необхідно дотримуватись наступних умов:

- за будь якої форми перерізу z ≤ h₀ – ;

- за прямокутної форми перерізу х ≥ 2 ( - віддаль від центра ваги більш стиснутої арматури до стиснутої грані елементу; z – віддаль від центра ваги розтягнутої або менш стиснутої арматури до точки прикладання рівнодіючої в стиснутій частині перерізу кладки).

Випадок великих ексцентриситетів (S_c < S₀). У цьому випадку повинні виконуватися два основних рівняння рівноваги зовнішніх і внутрішніх сил (рис. 3.4а):

- розрахункове зовнішнє зусилля N повинно бути рівним або меншим суми проекцій внутрішніх зусиль на поздовжню ось елемента

; (3.16)

- сума моментів зусиль відносно точки прикладання поздовжньої розрахункової сили повинна бути рівною нулю

, (3.17)

де A_c – площа стиснутої частини перерізу кладки;

і - площа поперечного перерізу відповідно розтягнутої та

стиснутої арматури;

- відповідно розрахунковий опір кладки, розтягнутої та

стиснутої арматури;

- відповідно віддаль від центра ваги розтягнутої арматури до

розтягнутої грані та від центра ваги стиснутої арматури до

стиснутої грані перерізу;

S_cN- статичний момент стиснутої зони перерізу відносно осі, що

проходить через точку прикладання сили N і визначається за

табл. 3.2;

- віддаль від центра ваги відповідно арматури і до точки

прикладання зовнішньої сили N;

φ – коефіцієнт поздовжнього згину, визначається по табл. 2.1;

m_g - коефіцієнт, який враховує вплив тривало діючого

навантаження (визначається за формулою (2.14); при h ≥ 30см

або і ≥ 8,7см приймають m_g = 1,0);

Знак „+” у формулі (3.17) приймається, якщо поздовжня сила N прикладається за межами віддалі z_s між центрами ваги арматур A_s і , а знак „-” – якщо N знаходиться у межах цієї віддалі ( ).

Умову міцності також можна записати із рівняння рівності нулю суми моментів всіх зусиль відносно центра ваги розтягнутої арматури

; (3.18)

де S_c – статичний момент стиснутої частини перерізу відносно центра

ваги розтягнутої арматури; для будь якої форми перерізу S_c = A_cz;

для прямокутних перерізів S_c = bx(h₀ – 0,5x).

Якщо епюра напружень в кладці прийнята у вигляді прямокутника, то положення нейтральної лінії визначається із рівняння (3.17).

За відсутності поздовжньої арматури у стиснутій зоні перерізу (одинарне армування) в формулах (3.16) - (3.18) приймають = 0, а коефіцієнт γ_c = 0,85 замінюють на одиницю. Внаслідок цього формули набувають такого вигляду:

, (3.19)

; (3.20)

(3.21)

де ω – коефіцієнт, який визначається за формулами табл. 2.3.

Випадок малих ексцентриситетів (S_c ≥ S₀). При прикладанні зовнішньої сили з малими ексцентриситетами розрахунок обумовлений експериментально встановленим положенням, що момент, який сприймає кладка відносно центра ваги менш стиснутої (розтягнутої) арматури A_s, не залежить від ексцентриситету поздовжньої сили e₀ – віддаль від точки прикладання зовнішньої сили N до центра ваги перерізу елемента (рис. 3.4б).

Умови міцності визначаються тим, що моменти від зовнішньої сили відносно центра ваги менш стиснутої чи розтягнутої арматури або відносно більш стиснутої арматури не повинні перевищувати суми моментів внутрішніх зусиль відносно тих же точок. Математично ці умови можуть бути виражені так:

- за першої умови

; (3.22)

- за другої умови

, (3.23)

де S₀ – статичний момент всього перерізу кладки відносно центра ваги

розтягнутої або менш стиснутої арматури A_s;

- те саме, відносно центра ваги стиснутої арматури і дорівнює

для будь якого перерізу і для прямокутного перерізу, де .

Розташування нейтральної лінії визначають з рівняння (3.17).

При одинарному армуванні умови (3.22) і (3.23) будуть мати вигляд

; (3.24)

. (3.25)

Значення площі стиснутої зони кладки і статичних моментів цієї зони, що входять у формули (3.16) ... (3.25), наведені в табл. 3.2.

Для прямокутних перерізів формули (3.16) - (3.25), після підстановки в них значень А_с, S_с, S_сN із таблиці 3.2, набувають вигляду:

- для випадку великих ексцентриситетів:

- за подвійного армування

; (3.26)

; (3.27)

; (3.28)

- за одинарного армування

; (3.29)

Таблиця 3.2.

Формули для визначення геометричних характеристик перерізів

Переріз	С хема перерізу	Розрахункові формули
прямокутний		Ac = bx Sc = bx(h0 – 0,5x) ScN = bx(e0 – y + 0,5x)
тавровий з поличкою у стиснутій зоні (нейтральна вісь проходить в ребрі)		Ac = bhf + b1 (x – hf) Sc = S0 – 0,5b1 (h0 – x)2 ScN = [b1x – (b – b1)hf](e0 – y) + 0,5 [b1x2 – (b – b1)hf2]
тавровий з поличкою у стиснутій зоні	(нейтральна вісь проходить в полиці, частина або вся полиця стиснута, ребро в розтягнутій зоні)	Ac = bx Sc = bx (h0 – 0,5x) ScN = bx(e0 – y + 0,5x)
тавровий з поличкою у розтягнутій зоні	(нейтральна вісь проходить в ребрі, все ребро або його частина стиснуті, полиця в розтягнутій зоні)	Ac = b1x Sc = b1x (h0 – 0,5x) ScN = b1x (e0 – y + 0,5x)
тавровий з поличкою у розтягнутій зоні	(нейтральна вісь проходить в полиці, все ребро і частина полиці стиснуті)	Ac = b1(h – hf) + b(x – h + hf) Sc = S0 – 0,5b(h0 – x)2 ScN = [bx – (b – b1)(h – hf](e0 – y) + 0,5[bx2 – (b – b1)(h – hf)2]

; (3.30)

; (3.31)

- для випадку малих ексцентриситетів:

- за подвійного армування

; (3.32)

; (3.33)

- за одинарного армування

. (3.34)