Глава 5. Каменные и армокаменные конструкции

Глава 5. Каменные и армокаменные конструкции

СП 15.13330.2012, актуализированная редакция СНиП II-22-81. Каменные и армокаменные конструкции.

Каменная кладка. Расчетные сопротивления каменной кладки

Для каменной кладки применяют: полнотелые, облегченные и пустотелые кирпичи, керамические, бетонные и другие камни, блоки. Кладку ведут на растворах. Прочность каменной кладки в основном зависит от прочности камня (кирпича) и прочности раствора.

В дальнейшем рассматривается кладка, выполненная из кирпича, при применении других каменных материалов расчет выполняется аналогично, но с учетом соответствующих расчетных сопротивлений, установленных для принятых в расчете материалов.

Для кирпичной кладки применяют следующие виды кирпичей: глиняные пластического прессования, глиняные полусухого прессования, силикатные. Кладку в основном ведут на цементных и цементно-известковых растворах.

Перед началом расчета устанавливают материалы для кирпичной кладки (вид кирпича и раствора) и их прочность (марки). По маркам кирпича и раствора определяют расчетные сопротивления сжатию кладки R (табл. 2 – 9 СНиП II-22-81). Для кирпичной кладки расчетные сопротивления приведены в табл. 5.1 Приложение 5.

Расчетные сопротивления кладки сжатию в необходимых случаях следует умножать на коэффициенты условия работы γ_c. Так, например, для столбов и простенков площадью сечения 0,3 м 2 и менее, коэффициент условия работы γ_c = 0,8. Более подробно см. пп. 3.11, 3.12, 3.13 СНиП II-22-81.

Наибольшее напряжение, которое может выдерживать каменная кладка перед своим разрушением, называется временным сопротивлением. Временное сопротивление обозначается R_u. Для каменной кладки установлен модуль упругости Е и приводится зависимость между модулем упругости каменной кладки и временным сопротивлением

где α– упругая характеристика каменной кладки (табл. 15 СНиП II-22-81). Для кирпичной кладки значения упругой характеристики выборочно приведены в табл. 5.2 Приложение 5;

где k – коэффициент, принимаемый по табл. 5.4 Приложение 5.

Примеры к параграфу 5.1

Пример 5.1. Определить расчетное сопротивление и упругую характеристику кирпичной кладки, кладка выполнена из кирпича глиняного пластического прессования М150 на цементно-известковом растворе М100.

1. По табл. 5.1 Приложения 5 выписываем R = 2,2 МПа = 0,22 кН/см 2 .

2. По табл. 5.2 Приложения 5 устанавливаем упругую характеристику α = 1000.

Пример 5.2. По данным Примера 5.1, определить модуль упругости кирпичной кладки.

1. По таблице 5.4 Приложения 5 устанавливаем значение коэффициента k = 2,0.

2. Определяем временное сопротивление кирпичной кладки по формуле (5.2)

R_u = kR = 2,0·2,2 = 4,4 МПа = 0, 44 кН/см 2 .

3. По формуле (5.1) определяем модуль упругости кирпичной кладки

Е = αR_u = 1000·0,44 = 440 кН/см 2 .

Пример 5.3. Определить расчетное сопротивление кирпичной кладки из пустотелого силикатного кирпича М100 на цементном растворе с органическими пластификаторами М100.

1. По табл. 5.1 Приложения 5 выписываем R = 1,8 МПа = 0,18 кН/см 2 .

2. В соответствии с примечанием к табл. 5.1 Приложения 5, расчетное сопротивление кирпичной кладки на цементном растворе с органическими пластификаторами получаем, умножая значение расчетного сопротивления из таблицы на коэффициент 0,9,

R = 1,8 ·0,9 = 1,62 МПа = 0,162 кН/см 2 .

Задачи для самостоятельной работы к параграфу 5.1

Задача 5.1. Определить расчетное сопротивление и упругую характеристику кирпичной кладки. Кладка из пустотелого глиняного кирпича полусухого прессования М75 на цементно-известковом растворе М75.

Задача 5.2. Определить расчетное сопротивление и упругую характеристику кирпичной кладки. Кладка из полнотелого силикатного кирпича М125 на цементном растворе с органическими пластификаторами М100.

Задача 5.3. По данным задачи 5.2, определить модуль упругости кирпичной кладки.

В результате выполнения практического задания студент должен. — знать: Методы определения расчетного сопротивления и модуля упругости и от чего зависит та или иная величина

Найти расчетные сопротивления и модули упругости материалов конструкций. Данные внести в таблицу и выполнить перевод значений в другие единицы измерения.

Порядок выполнения практического задания:

1. Определить расчетное сопротивление и модуль упругости стали (17, стр. 122, таб. В.5);

2. Определить расчетное сопротивление и модуль упругости древесины (12, стр. 5, таб. 3);

3. Определить расчетное сопротивление и модуль упругости каменной кладки (14, таб. 2-10);

4. Определить расчетное сопротивление и модуль упругости бетона (15, стр. 21-22; 25, таб.6.7; 6.8; 6.11);

5. Определить расчетное сопротивление и модуль упругости арматуры (15, стр. 33,34, таб. 6.14, 6.15, п.6.2.12);

ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРМИРОВАННОЙ КАМЕННОЙ КЛАДКИ

Для армокаменных кладок применяют следующие материалы: а) кирпич марки не ниже М75, керамические, природные и искусственные камни – не ниже М35; б) строительные растворы не ниже М50; в) для сетчатого армирования применяют арматуру А-I, Вр-I; г) для продольного и поперечного армирования – арматуру А-I, А-II, А-III и Вр-I. Для сетчатого армирования высота ряда кладки не должна превышать 150 мм. Основными прочностными характеристиками армированной кладки являются: временное сопротивление армированной кладки сжатию ; расчетное сопротивление армированной кладки при осевом сжатии ; расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии :

– с сетчатым армированием, (47.1)

– с продольным армированием, (47.2) где нормативное сопротивление арматуры; процент армирования.

При сетчатым армированием имеем

, (47.3) где объем арматурной сетки; объем кладки; размер ячейки сетки; шаг сеток; площадь сечения стержней сетки.

При продольном армировании имеем

, (47.4) где площадь сечения арматуры и кладки.

Расчетное сопротивление кладки с сетчатым армированием при центральном сжатии

, (47.5) где расчетное сопротивление арматуры.

Модуль упругости кладки с армированием сетками , а с продольным армированием , где упругая характеристика армированной кладки.

47.2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНО СЖАТЫХ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Расчет неармированных центрально сжатых элементов по несущей способности производят в предположении равномерного распределения напряжений в поперечном сечении. При этом несущая способность элемента зависит не только от прочности кладки, но и от гибкости элемента. Гибкость элемента определяется отношением расчетной длины к радиусу инерции сечения в направлении минимальной жесткости , а для прямоугольного сечения , где наименьший размер сечения. С учетом явления продольного изгиба и ползучести несущая способность элемента определяется из условия:

, (47.6) где расчетная продольная сила; площадь поперечного сечения; расчетное сопротивление кладки сжатию; коэффициент продольного изгиба, зависящий от упругой характеристики кладки и гибкости элемента или , определяемый по таблице СНиП ; коэффициент снижения несущей способности кладки из-за ползучести при длительном загружении: , здесь коэффициент, учитывающий вид кладки и гибкости элемента, принимаемый по СНиП ; расчетная продольная сила от длительных нагрузок.

Расчетная длина сжатых стен и столбов зависит от условий опирания на горизонтальные опоры (перекрытия). При неподвижных шарнирных опорах, которыми являются опирающиеся перекрытия принимают , где Н – расстояние между перекрытиями (рис. 47.1). При упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней – для однопролетных зданий , для многопролетных (рис. 47.1). Для свободно стоящих конструкций . Значения коэффициентов и по высоте стен и столбов меняется и принимаются по рис. 47.1.

47.3. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

На внецентренное сжатие работают конструкции каменных зданий, в которых продольная сжимающая сила приложена с эксцентриситетом, либо элементы в сечениях которых одновременно действует осевая сила и изгибающий момент , то есть .

При небольших эксцентриситетах все сечение сжато и эпюра напряжений имеет криволинейное очертание (рис. 47.2). По мере увеличения эксцентриситета, сжимающие напряжения со стороны, удаленной от силы, уменьшаются, а затем меняют знак, то есть возникает растяжение (рис. 47.3). В растянутой зоне при достижении напряжений предела прочности кладки растяжению по горизонтальным швам образуются трещины, и эта часть кладки как бы исключается из работы. В сжатой зоне сечения со стороны продольной силы нагрузку воспринимает ненарушенная часть сечения высотой (рис. 47.4).

Поскольку сжимающие напряжения распределены по сечению неравномерно, временное сопротивление кладки сжатию достигается первоначально в краевых участках. Однако при этом несущая способность не исчерпывается, так как в наиболее нагруженных участках вследствие ползучести развиваются значительные деформации, и тогда включаются в работу менее загруженные участки, которые сдерживают поперечные деформации сжатой зоны и тем самым повышают ее временное сопротивление по сравнению с центрально сжатыми элементами. Это явление учитывается при расчете коэффициентом , величина которого для кирпичной кладки прямоугольного сечения находится из выражения

, (47.7)

а для сечений произвольной формы

, (47.8) где расстояние до центра тяжести сечения, которое при принимают из условия .

Вследствие сложности напряженного состояния внецентренно сжатых элементов при расчете их прочности исходят из эмпирических формул, основанных на следующих допущениях: растянутая зона, если она имеется, исключается из работы; напряжения в сжатой зоне считаются распределенными равномерно (рис. 47.5); неравномерность распределения напряжений по сечению учитывается коэффициентом .

Несущая способность внецентренно сжатого каменного элемента обеспечена, если выполняется условие:

, (47.9) где ; эксцентриситет длительных нагрузок; площадь сжатой части сечения, у которой центр тяжести совпадает с точкой приложения внешней силы в предположении прямоугольной эпюры напряжений, для прямоугольного сечения имеем , здесь площадь всего сечения; коэффициент продольного изгиба, определяемый как среднее арифметическое между коэффициентом продольного изгиба для всего сечения высотой и коэффициентом продольного изгиба для сжатой части сечения элемента, высота которой для прямоугольного сечения ; . При этом определяется по гибкости сжатой части , где радиус инерции сжатой части.

При расчете элементов толщиной 25 см и менее учитывают случайные эксцентриситеты : для несущих стен см; для самонесущих и отдельных слоев трехслойных несущих стен см. Полный эксцентриситет будет равен .

Опыты показывают, что при может быть допущено небольшое раскрытие трещин в горизонтальных швах. Такое раскрытие не вызывает появление видимых трещин в облицовке и штукатурке стен. Однако при раскрытие швов становится заметным. В этом случае помимо расчета прочности необходим расчет кладки по раскрытию трещин. Наибольшая величина эксцентриситета с учетом случайного не должна превышать для основных сочетаний нагрузок 0,9у, для особых – 0,95у, а для стен толщиной см – 0,8у и 0,85у.

Рис. 47.1 Рис. 47.2

s=R_ut s<R_u

Рис. 47.3 Рис. 47.4 Рис. 47.5

Дата добавления: 2020-03-17 ; просмотров: 252 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Разновидности и марки керамического кирпича

Керамический кирпич изготавливается из глины и имеет второе название – красный. По технологии предусматривается обжиг изделий при температуре до 1000°C, процесс которого длится около недели. Кроме глины в состав входят различные добавки, повышающие эксплуатационные качества. Он используется для облицовки зданий, кладки несущих стен, а также для изоляции огня.

1. Морозостойкость (F15-F100). Маркируется буквой F с цифрой, которая указывает на максимальное количество циклов замораживания и размораживания кирпича без проявления деформаций.

2. Прочность (М75-М1000). Обозначается буквой М с цифрой, показывающей максимальную нагрузку на 1 см². Она указывает на надежность, а также высоту возведения здания.

3. Плотность (1000-1900 кг/м3). Указывает на качество глины и наличие воздушных пустот в структуре. Малая плотность характеризует хорошие теплоизоляционные, а большая – прочностные свойства керамики.

4. Пористость (5-14%). Достигается путем внесения опилок в состав, которые при обжиге сгорают и образуют пустоты, что снижает коэффициент теплопередачи.

5. Модуль упругости (14 ГПа). Показывает силу сопротивления деформациям под воздействием внешних факторов. Такой материал очень прочный и универсальный, поэтому может использоваться во всех сферах строительства, в том числе для возведения печей и каминов.

Разновидности

Производители различают несколько видов, которые отличаются техническими свойствами и наличием определенных добавок. Могут применяться для гражданских и промышленных зданий.

Для возведения несущих стен домов и сооружений используется так называемый строительный кирпич, который делится на два типа:

• Полнотелый – пустотность до 13 %. Для создания несущих внутренних и наружных стен и колонн. За счет высокой плотности теплоизоляционные качества невысокие, поэтому требуется устройство утеплителя.
• Пустотелый – пустотность более 13 %. Также называется щелевой или самонесущий. Применяется для кладки несущих стен дома до 3 этажей и перегородок. Его стоимость ниже, чем у полнотелого, при этом обладает высоким коэффициентом теплоизоляции. Может иметь отверстия разных форм и размеров (сквозные, полусквозные, круглые, овальные, квадратные, прямоугольные). Расположение отверстий бывает вдоль и поперек кирпича, но последний вариант обеспечивает наибольшую прочность.

Для ускорения процесса кладки стен используют крупногабаритные варианты: двойные и полуторные. Смесь для кладки пустотелого блока должна быть достаточно густой, чтобы не заполняла отверстия и не снижала теплоизоляционные свойства.

Такой вид имеет такие же размеры, как и рядовой (250х120х65 мм), однако производители выпускают дополнительный тип с размерами 250х85х65 мм. Зачастую он выпускается пустотелым, чтобы снизить затраты на теплоизоляцию. Облицовочный керамический кирпич изготавливается с повышенными требованиями к внешнему виду. Лицевая сторона не должна иметь различные пятна, трещины и сколы, которые будут заметны при дневном свете. Кроме стандартного типа существует еще несколько разновидностей:

• фактурный – рифленая поверхность;
• фигурный – имеет нестандартную форму с усечениями, волнообразными срезами и неправильной геометрией;
• глазурованный – глянцевое покрытие различных оттенков и узоров;
• ангобированный – различного оттенка и текстуры.

Если при изготовлении выдержать большее время на обжиг, то материал приобретет оплывшую форму с черными пятнами. При недостаточном обжиге лицевой кирпич приобретает горчичный оттенок, при этом существенно снижается марка морозостойкости.

Фактурный тип имеет рельефную поверхность на ложке и тычках, которая имитирует древесину, природный камень или какой-либо орнамент. Фигурный облицовочный блок применяется для возведения участков стен нестандартного образца: закругления, срезы, необычные арки. При нанесении на обожженную форму специальной глазури из молотого порошкообразного стекла можно получить керамический цветной кирпич с глянцевым покрытием. В процессе вторичного обжига она приобретает водонепроницаемые свойства, что существенно сказывается на морозостойкости.

Такой вид обладает повышенными характеристиками по сравнению с обычным. Температура обжига достигает 1200°C, поэтому прочностные качества превосходят рядовой в несколько раз. На основе этого область применения увеличивается, и кроме возведения зданий он подбирается для укладки дорожных покрытий или полов в промышленных сооружениях. Также его предпочитают использовать в виде облицовки для устройства цокольной части и всего фасада.

Так как технология изготовления несколько усложнена, стоимость выше, поэтому его выбор целесообразен в условиях, соответствующих техническим возможностям. Клинкер считают современным материалом, однако процесс и рецептура его приготовления были разработаны более 200 лет назад.

Основным материалом в составе выступает шамотная глина в количестве 70%, остальные 30% занимают различные добавки. В процессе эксплуатации керамический красный кирпич способен выдерживать температуру до 1600°C, поэтому при возникновении прямого контакта с огнем он не разрушается и не поддерживает горение.

Многие производители выпускают изделия не только стандартных размеров и форм, но и различные арочные, клиновидные и трапециевидные типы. При монтаже шамотная глина добавляется и в кладочный раствор, так как при применении обычной цементно-песчаной смеси построенная печь или иное строение способно деформироваться или разрушиться под воздействием высоких температур.

В зависимости от марки определяется область использования. Маркировка указывает на максимальное давление, которое может выдержать кирпич при воздействии силы сжатия, растяжения и изгиба:

1. М50 – обладает наименьшими техническими качествами, поэтому выпускается для возведения только перегородок или заборов.
2. М75 – считается бюджетным вариантом, так как имеет низкую стоимость. Применяется для межкомнатных перегородок и стен домов до 2-х этажей.
3. М100 – самая популярная марка. Такой кирпич имеет достаточную прочность и приемлемую цену, поэтому наиболее востребован для строительства несущих и самонесущих стен. Эта марка эффективна для домов не выше 3-х этажей.
4. М125 – зачастую применяется в качестве декоративного элемента для устройства фасадной части и декоративных сооружений. Рядовой блок подходит для зданий промышленного и гражданского назначения небольшой этажности.
5. М150 – по популярности не уступает М100, так как характеризует высокую прочность керамического кирпича. Практична для цоколя, а также ленточных фундаментов, наружных и внутренних несущих стен.
6. М200-М250 – с высокими техническими свойствами, пригодна для использования в условиях с большими нагрузками. Благодаря отличной водостойкости применяется для подземной части домов, а также стен многоэтажных жилых и гражданских зданий.
7. М300 – производится только рядового типа, так как наиболее эффективна для возведения основания и стен, подвергающихся значительным нагрузкам. Обладает особой прочностью, поэтому может применяться для строительства сооружений повышенной важности, испытывающих механические и динамические усилия. Также выпускается огнеупор для устройства дымовых труб, каминов и печей.

Размеры

На сегодняшний день изготовители предоставляют широкий ассортимент продукции различных габаритов и форм. Всего существует 5 типоразмеров:

1. одинарный (стандартный) – рядовой, обозначается «КО» и имеет размеры 250х120х65 мм;
2. евро – маркируется «КЕ» с размерами 250х85х65 мм;
3. утолщенный – керамический полуторный кирпич «КУ» имеет габариты 250х120х88 мм;
4. одинарный модульный – представляет собой увеличенный блок «КМ» по сравнению с обычным: 288х138х65 мм, также есть модульный утолщенный: 288х138х88;
5. утолщенный с горизонтальными пустотами – имеет необычный вид, где отверстия располагаются горизонтально кладке и маркируется «КУГ»: 250х120х88 мм.

Согласно нормативному документу ГОСТ 530-2007 допускается производство керамического кирпича с нестандартными размерами, которые не вносятся в таблицы стандартов. Такие изделия могут выпускаться только по индивидуальному заказу при согласовании требуемых показателей между изготовителем и заказчиком.