7. Расчет элементов зданий с каменными

стенами на вертикальную нагрузку

7.1.Общие указания

Простенки и столбы многоэтажных каменных зданий с жесткой конструктивной схемой представляют собой вертикальные неразрезные плиты или балки пролетом Н_эт, опорами для которых являются междуэтажные перекрытия (рис.4). Для упрощения расчета стены и столбы зданий допускается рассматривать расчлененными по высоте на однопролетные плиты или балки с шарнирными опорами в местах опирания перекрытий (рис.5).

Рис.5 Расчетные схемы стены:

а- стена без уступов, б- стена с уступами

В стенах и столбах рассматриваемого этажа возникают продольные усилия N_i от веса стен и перекрытий вышележащих этажей, а от веса перекрытия рассматриваемого этажа – усилие Р_i . Сила N_i считается приложенной в центре тяжести сечения стены (столба) вышележащего этажа. Сила Р_i принимается приложенной с фактическим эксцентриситетом е относительно оси стены. Сила Р_i вызывает сжатие и момент М_р = Р_i х е , причем, если положение силы Р_i не фиксировано, то считают, что она приложена на расстоянии 1\3 длины заделки балки или настила от грани стены. Эпюри моментов по высоте стены каждого этажа имеет треугольную форму с максимальной ординатой в плоскости опирания перекрытия.

В зависимости от точек приложения расчетных сил N_i и Р_i различают элементы, работающие на центральное сжатие (рис.6 г ), когда равнодействующая N приложена в центре тяжести сечения, и элементы, работающие на внецентренное сжатие, когда сила N приложена на расстояние е_о от центра тяжести сечения (рис.6 б и в). Величина общего эксцентриситета относительно оси стены составляет

М_р

℮_о = -------

N_i + Р_i

Рис.6. Эпюры напряжений в кладке при прямоугольном сечении:

о- Центральное сжатие; б- внецентренное сжатие при ℮_о <0,225h;

в-внецентренное сжатие при ℮> 0,225h.

Расчет стен, простенков и столбов состоит в том, чтобы придать им необходимые размеры сечений и подобрать марки камня и раствора, соответствующие возникающим в сечениях напряжениям.

7.2. Центрально сжатые элементы

На центральное сжатие работают внутренние стены и столбы зданий, обычно нагруженные симметрично относительно центра тяжести сечения. Расчет центрально сжатых элементов каменных конструкций по первому предельному состоянию – по прочности и устойчивости (несущей способности) производится по следующим формулам:

при неармированной кладке

N ≤ φ х R х A;

при кладке, армированной продольными сетками

N ≤ φ х R_s.k х А;

при кладке, армированной продольными сетками

N ≤ φ х (0,85R х А + R_s х А_s);

где N- расчетная продольная сила от полной нагрузки, определяемая по формуле

N_ℓ

N= ---------

m_g

N_ℓ – расчетная продольная сила от длительно действующей части нагрузки;

N_кр – расчетная продольная сила от кратковременно действующей части нагрузки;

m_g – коэффициент,учитывающий влияние длительного действия нагрузки ( влияние ползучести) на несущую способность элементов толщиной менее 30см или с радиусом инерции сечения менее 8,7 см и принимаемый по табл.15.

Таблица 15

Коэффициенты m_дл

Гибкость		Кладка из глиняного кирпича и керамических камней		Кладка из силикатного кирпича
λh	λr	при процентах армирования
		0,1 и менее	0,3 и более	0,1 и менее	0,3 и более
8	28	1	1	1	1
10	35	0.96	1	0,95	0,96
12	42	0,92	0,96	0,90	0,92
14	40	0,88	0,93	0,85	0,88
16	56	0,84	0,89	0,80	0,84
18	63	0,80	0,85	0,75	0,80
20	70	0,75	0,81	0,70	0,77
22	76	0,71	0,78	0,65	0,73
24	83	0,67	0,74	0,60	0,69
26	90	0,63	0,7	0,55	0,65
Примечание: 1. Для элементов толщиной 30см и более или с радиусом инерции сечения 8,7см и более коэффициент mдл принимается равным единице. Для неармированной кладки принимают значения коэффициентов mlk , установленные для кладки с армированием 0,1% и менее. Коэффициенты mдл , приведенные в таблице, распространяются также на кладку из бетонных и природных камней, крупных бетонных блоков и блоков из природного камня, причем для изделий, изготовленных на цементном вяжущем и из природных камней, коэффициенты mдл принимаются как для кладки из глиняного кирпича и керамических камней, при силикатном вяжущем –как для кладки из силикатного кирпича. 4. В таблице указаны проценты армирования двойной симметричной арматурой. При проценте армирования более 0.1 и менее 0.3 коэффициенты mдл определяются по интерполяции.

φ - коэффициент продольного изгиба, принимаемый по табл. ;

R - расчетное сопротивление сжатию неармированной кладки (см.табл.2…5);

А - площадь поперечного сечения элемента в см²

R_s.k. - расчетное сопротивление сжатию кладки армированной горизонтальными сетками, определяемое по формуле ;

R_s - расчетное сопротивление продольной арматуры (см.табл.16 );

А_s - площадь сечения продольной арматуры.

Таблица 16

Расчетные сопротивления арматуры R_s в кгс/см² в армированной кладке

Вид конструкции	Сталь класса А-I и Ст.3	Сталь класса А-II	Обыкновенная арматурная проволока
С сетчатой арматурой	1500	-	1800
С продольной арматурой в кладке и комплексных конструкциях:
-поперечная арматура	1900	2400	2500
-отогнутая арматура и хомуты	1700	2150	1750
Для конструкций, усиленных обоймами:
-поперечная арматура	1500	1900	1800
-продольная арматура без непосредственной передачи нагрузки на обойму	430	-	-
-то же, при передаче нагрузки на обойму с одной стороны	1300	-	-
-тоже, при передаче нагрузки с двух сторон	1900	-	-
Анкеры и связи в кладке:
-на растворе марки 25 и выше	1900	2400	2500
-на растворе марки 10-4	1050	1350	1800
Примечание: Расчетные сопротивления других видов арматурной стали принимаются не выше чем для стали класса А-II или соответственно обыкновенной арматурной проволоке.

Из формул видно, что расчетная нагрузка N, приходящаяся на элемент, должна быть меньше или равна несущей способности элемента. Как правило, центрально сжатые элементы каменных конструкций должны иметь такие размеры поперечных сечений, которые могли бы воспринять расчетную продольную силу N без помощи арматуры.

Если же размеры поперечных сечений элементов, принятые из конструктивных или архитектурных соображений. ограничены – имеют размеры меньшие, чем это требует расчет,- кладка таких элементов должна быть усилена арматурой. При центральном сжатии кладку следует армировать поперечными сетками, что более эффективно по сравнению с продольным армированием, так как уменьшает расход стали более чем наполовину.