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 γc. Так, например, для столбов и простенков площадью сечения 0,3 м 2 и менее, коэффициент условия работы γc = 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 Ru. 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)
Ru = kR = 2,0·2,2 = 4,4 МПа = 0, 44 кН/см 2 .
3. По формуле (5.1) определяем модуль упругости кирпичной кладки
Е = αRu = 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.
№ варианта | Сталь | Древесина | Каменная кладка | Бетон | Арматура |
Класс С 235 Толщина проката: 2-8 мм | Сорт 1 сечение 15х15 см | Марка кирпича М125 марка раствора М 75 | В3,5 | А400 | |
Класс С 245 Толщина проката: ≥2≥20 мм | Сорт 2 сечение 15х15 см | Марка кирпича М100 марка раствора М 75 | В5 | А500 | |
Класс С 245 Толщина проката: св.20≥30 мм | Сорт 3 сечение 15х15 см | Марка кирпича М200 марка раствора М 200 | В7,5 | А240 | |
Класс С 255 Толщина проката: ≥2≥20 мм | Сорт 1 сечение 20х20 см | Марка кирпича М200 марка раствора М 150 | В12,5 | А500 | |
Класс С 255 Толщина проката: св.20≥40 мм | Сорт 2 сечение 20х20 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 150 | В15 | А600 | |
Класс С 285 Толщина проката: ≥2≥10 мм | Сорт 3 сечение 20х20 см | Марка кирпича М125 марка раствора М 150 | В20 | А800 | |
Класс С 285 Толщина проката: св.10≥20 мм | Сорт 1 сечение 10х10 см | Марка кирпича М125 марка раствора М 100 | В25 | А1000 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥2≥20 мм | Сорт 2 сечение 10х10 см | Марка кирпича М125 марка раствора М 25 | В30 | Вр500 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥20≥40 мм | Сорт 3 сечение 10х10 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 200 | В35 | В500 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥40≥80 мм | Сорт 1 сечение 12х12 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 150 | В40 | Вр1200 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥80≥100 мм | Сорт 2 сечение 12х12 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 100 | В45 | Вр1300 |
Класс С 375 Толщина проката: ≥2≥20 мм | Сорт 3 сечение 12х12 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 75 | В50 | Вр1400 |
Класс С 375 Толщина проката: св.20≥40 мм | Сорт 1 сечение 11х15 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 50 | В55 | Вр1500 |
Класс С 390 Толщина проката: ≥4≥50 мм | Сорт 2 сечение 11х15 см | Марка кирпича М150 марка раствора М 25 | В60 | Вр1600 |
Класс С 440 Толщина проката: ≥4≥30 мм | Сорт 3 сечение 11х15 см | Марка кирпича М100 марка раствора М 150 | В70 | Вр500 |
Класс С 440 Толщина проката: св.30≥50 мм | Сорт 1 сечение 11х15 см | Марка кирпича М100 марка раствора М 100 | В80 | Вр1200 |
Класс С 590 Толщина проката: ≥10≥40 мм | Сорт 1 сечение 25х25 см | Марка кирпича М100 марка раствора М 75 | В90 | Вр1300 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥40≥80 мм | Сорт 2 сечение 25х25 см | Марка кирпича М100 марка раствора М 50 | В100 | Вр1400 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥80≥100 мм | Сорт 3 сечение 25х25 см | Марка кирпича М100 марка раствора М 25 | В60 | А500 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥2≥20 мм | Сорт 1 сечение 13х13 см | Марка кирпича М75 марка раствора М 100 | В30 | А600 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥20≥40 мм | Сорт 2 сечение 13х13 см | Марка кирпича М75 марка раствора М 75 | В35 | А800 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥40≥80 мм | Сорт 3 сечение 13х13 см | Марка кирпича М75 марка раствора М 50 | В40 | А1000 |
Класс С 345 Толщина проката: ≥80≥100 мм | Сорт 2 диаметр 15 см | Марка кирпича М75 марка раствора М 25 | В7,5 | Вр500 |
Класс С 375 Толщина проката: ≥2≥20 мм | Сорт 3 диаметр 15 см | Марка кирпича М50 марка раствора М 75 | В12,5 | В500 |
Класс С 375 Толщина проката: св.20≥40 мм | Сорт 2 диаметр 20 см | Марка кирпича М50 марка раствора М 50 | В15 | Вр1200 |
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=Rut s<Ru
Рис. 47.3 Рис. 47.4 Рис. 47.5
| | следующая лекция ==> | |
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПАНЕЛЕЙ НАРУЖНЫХ СТЕН | | | РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА СМЯТИЕ |
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:
- М50 – обладает наименьшими техническими качествами, поэтому выпускается для возведения только перегородок или заборов.
- М75 – считается бюджетным вариантом, так как имеет низкую стоимость. Применяется для межкомнатных перегородок и стен домов до 2-х этажей.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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:
- одинарный (стандартный) – рядовой, обозначается «КО» и имеет размеры 250х120х65 мм;
- евро – маркируется «КЕ» с размерами 250х85х65 мм;
- утолщенный – керамический полуторный кирпич «КУ» имеет габариты 250х120х88 мм;
- одинарный модульный – представляет собой увеличенный блок «КМ» по сравнению с обычным: 288х138х65 мм, также есть модульный утолщенный: 288х138х88;
- 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.