Узловые соединения деревянных арок.

Состоят из опорных и коньковых узлов.

Опорные узлы клеедеревянных арок без затяжек (рис. 2) выполняются в большинстве случаев при помощи стальных сварных башмаков. Опорный башмак арок малых и средних пролетов включает опорный лист с отверстиями для анкерных болтов и две вертикальные фасонки с отверстиями для болтов крепления опорного конца полуарки, которые упираются лобовыми упорами в опорный лист. Зазор между фасонками равен ширине сечения полуарки. Для уменьшения сдвигающих усилий в анкерных болтах опорный башмак устанавливается на наклонную поверхность фундамента, параллельную опорному сечению сегментных арок.

Опорные узлы сегментных и стрельчатых арок, в сечениях которых могут действовать изгибающие моменты разного знака и незначительные поперечные силы, центрируются по осям полуарок и опорный лист располагается перпендикулярно им. Узлы треугольных арок, в сечениях которых действуют в основном положительные изгибающие моменты и значительные поперечные силы, центрируются по расчетным осям, расположенным с эксцентриситетом относительно оси полуарок, а опорный лист башмака располагается перпендикулярно равнодействующей вертикальной и горизонтальной опорных реакций или продольной и поперечной силам в узле. При этом уменьшаются изгибающие моменты в арке и сдвигающие усилия в узле. Концы полуарок для облегчения их шарнирных поворотов в опорных узлах имеют одно- или двусторонние срезки. Опорные узлы большепролетных сегментных арок без затяжек выполняются с применением стальных шарниров качающегося или поворачивающегося типа. Стальные поверхности башмаков отделяются от древесины
арок слоем гидроизоляции для предупреждения опасности ее конденсационного увлажнения.

Опорные узлы клеедеревянных арок с затяжками (рис. 3) выполняются тоже, как правило, с применением стальных башмаков, конструкция которых учитывает, что эти арки опираются на горизонтальные поверхности опор и имеют стальные затяжки. Например, опорный башмак сегментной или треугольной клеедеревянной арки с затяжкой из стальных уголков может состоять из горизонтального опорного листа с отверстиями для анкерных болтов, двух вертикальных фасонок с зазором между ними, равным ширине сечения верхнего пояса арки и вертикальной диафрагмы между ними (рис. 3, а). Опорный конец полуарки, имеющий горизонтальную и вертикальную площади срезок, вводится в зазор между боковыми фасонками, опирается на опорный лист и упирается в диафрагму, образуя наклонные лобовые упоры, которые воспринимают вертикальную и горизонтальную опорные реакции арки. К фасонкам башмака крепятся снаружи сварными швами стальные полосовые накладки, соединяющие с башмаком уголки затяжки. Конец верхнего пояса крепится к фасонкам башмака конструктивными монтажными болтами. Оси верхнего пояса затяжки и опорного листа башмака сегментной арки центрируются, а верхний пояс треугольной арки крепится в башмаке с эксцентриситетом. При опирании арки непосредственно на клеедеревянные стойки каркаса стен боковые фасонки башмака удобно удлинять ниже опорного листа и делать в них отверстия для болтов крепления башмака к стойке. Опорный башмак может иметь также диафрагму листового сечения, перпендикулярную оси полуарки (рис. 3, б).

Опорные узлы клеедеревянных арок небольших пролетов с клеедеревянными нижними поясами могут выполняться также без стальных башмаков. Пояса арок в опорном узле могут быть соединены с помощью вклеенных стержней из стальной арматуры. Эти стержни вклеиваются в нижний пояс арки вдоль волокон древесины. При полносборном изготовлении арок вторые концы стержней вклеиваются также в конец верхнего пояса полуарки под углом к волокнам древесины, равным углу наклона касательной к оси арки в опорном сечении. При сборке арки на месте установки из отдельно доставляемых поясов удобно стержни вклеивать только в концы нижнего пояса, а к концам верхнего пояса крепить концы стержней, пропущенные через соответствующие отверстия в древесине и стальных накладках, гайками.

Коньковые узлы клеедеревянных трехшарнирных арок (рис. 4) выполняются с применением стальных креплений или деревянных накладок и болтов. Стальное крепление конькового узла (рис. 4, а) состоит из упорного листа и двух фасонок.

Рис. 4. Коньковые узлы клеедеревянных арок:

а – со стальными креплениями; б – с деревянными накладками; в – с шарниром; 1 – полуарка; 2 – стальное крепление; 3 – болт; 4 – деревянная накладка; 5 – шарнир.

Вертикальный упорный лист имеет ширину, равную ширине лобового упора полуарок, и длину, необходимую для постановки двух монтажных болтов, соединяющих полуарки при сборке. Фасонки имеют зазор, равный ширине сечения полуарок, и отверстия для болтов крепления к концу полуарки. В коньковом узле полуарки сегментных и стрельчатых арок соединяются центрировано, а концы треугольных арок – с эксцентриситетами. Для облегчения шарнирных поворотов полуарок в этом узле там можно между упорными листами ставить стальную шайбу.

Клеедеревянные накладки в коньковых узлах арок (рис. 4, б) имеют толщину порядка 10 см и крепятся к концу каждой полуарки двойными болтами, ближайшими к центру узла, и одиночными болтами у концов накладок. Коньковые узлы арок, работающих в химически агрессивной среде, могут выполняться с помощью вклеенных стальных стержней. Коньковые узлы большепролетных трехшарнирных клеедеревянных арок выполняются в виде стальных шарниров качающегося или поворотного типа.

Опорные узлы арок из брусьев или бревен (рис. 5) при таких же нижних поясах могут выполняться при помощи лобовых врубок. При затяжках из арматурной стали опорный узел таких арок выполняется, как правило, упрощенно. Конец затяжки, имеющий нарезку, пропускается через отверстие в конце полуарки и закрепляется гайкой на шайбе, опертой на вертикальный срез торца. Горизонтальный срез торца арки ставится на антисептированную и гидроизолированную подкладку опоры. Несколько более сложным является опорный узел с хомутом из арматурной стали. Этот хомут соединяется с затяжкой при помощи серьги с нарезанными концами и крепится к швеллерной упорной траверзе, передающей усилие в затяжке на вертикальный срез конца полуарки. Коньковые узлы этих арок обычно осуществляются при помощи дощатых двусторонних накладок и болтов.

Опорные узлы дощатых арок выполняются путем введения доски нижнего пояса в зазор между двумя досками верхнего пояса и соединения их болтами или гвоздями. Коньковый узел этих арок решается при помощи дощатых прокладок, накладок и болтов или гвоздей.

Деревянные рамы.

Общие сведения.

Рамы являются одним из основных классов несущих деревянных конструкций. Их форма вполне соответствует большинству производственных и общественных зданий. Вертикальные стойки и наклонные ригели служат основами для настилов покрытий и обшивок стен. Однако рамы требуют большего расхода древесины на изготовление, чем арки, поскольку форма их осей менее, чем осей арок, соответствует закономерностям действующих в них распределенных и особенно сосредоточенных нагрузок. В отечественном строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы при пролетах 12...24 м, в зарубежном строительстве – рамы пролетом до 60 м. Деревянные рамы можно разделить по ряду признаков.

По статическим схемам деревянные рамы могут быть статически

 

определимыми и однократно статически неопределимыми. Трехшарнирная рама (рис. 6, а) является статически определимой. Преимуществом этой схемы является независимость действующих в ее сечениях усилий от осадки фундаментов и относительная простота решений шарнирных опорных узлов. К недостаткам относится возникновение больших изгибающих моментов в карнизных сечениях или узлах.

Двухшарнирная схема с жесткими опорными узлами (рис. 6, б) является однажды статически неопределимой. Преимуществами этой схемы являются отсутствие изгибающих моментов в шарнирных соединениях ригеля со стойками. Это упрощает их конструкцию и дает возможность применения в качестве ригеля клеедеревянных балок, арок с затяжками, сегментных и треугольных ферм. Недостатками этой схемы являются наличие жестких опорных узлов, в которых действуют изгибающие моменты и конструкции которых сложнее шарнирных, а также зависимость величин усилий в таких рамах от осадок опор.

Двухшарнирная схема с шарнирными опорными узлами (рис. 6, в) тоже однажды статически неопределима. Преимуществами этой рамы являются отсутствие изгибающих моментов в шарнирных опорных узлах, что позволяет просто решать их конструкцию, и возможность применять в качестве ригеля клеедеревянные балки и фермы, имеющие опорные стойки, например пятиугольные. Недостатком этой схемы является наличие жестких карнизных узлов, в которых действуют изгибающие моменты, усложняющие решение их конструкций.

По конструкции деревянные рамы делятся на трех- и двухшарнирные клеедеревянные, цельнодеревянные и клеефанерные.

Трехшарнирные клеедеревянные рамы заводского изготовления являются одним из основных видов деревянных рам. Они бывают бесподкосными и могут иметь от двух до четырех подкосов (рис. 7). Элементы этих рам имеют прямоугольные клеедеревянные сечения постоянной ширины и переменной, а в подкосах постоянной высоты.

Типы рам.

Гнутоклееная трехшарнирная рама (рис. 7, а) состоит из двух полурам Г-образной формы прямоугольного переменного по высоте сечения, изогнутых при изготовлении в зоне будущего карниза. Первым достоинством этой рамы является то, что она состоит только из двух крупных элементов – полурам, которые соединяются при сборке всего тремя узлами – двумя опорными и одним коньковым. Это сводит к минимуму время и трудоем­кость сборки и установки таких рам. Второе достоинство – это переменная высота сечений – максимальная в зоне выгиба, где действуют максимальные изгибающие моменты, и минимальная в узлах, где моменты отсутствуют. Это позволяет экономить древесину и рационально использовать ее прочность.

Гнутоклееная рама имеет и существенные недостатки. Транспортирование крупных изогнутых полурам при значительных расстояниях мест установки от завода-изготовителя встречается со значительными габаритными затруднениями. Технология изготовления гнутых клеедеревянных полурам переменного сечения более сложна и трудоемка, чем прямых элементов. При изготовлении этих полурам требуются тонкие доски, позволяющие гнуть их по минимальному допускаемому радиусу – r≥150δ. Это повышает трудоемкость изготовления, расход древесины при острожке и клея. Кроме того, в зонах карниза для опирания на них настила покрытия требуются дополнительно наклонные стержни.

Ломаноклееная рама (рис. 7, б), называемая также клеедеревянной рамой с жестким стыком на зубчатых шипах, состоит из двух полурам. Каждая полурама имеет Г-образную форму с переломом оси в месте будущего карниза. Полурама состоит из двух прямых элементов – стойки и полуригеля, имеющих переменные сечения, максимальные в зоне перелома оси. Эти элементы соединяются под необходимым углом наклонным зубчатым шипом. Ломаноклееная рама имеет существенные достоинства. Так же как и гнутоклееная, она малотрудоемка при монтаже, но отличается от нее большей простотой и меньшей трудоемкостью изготовления. Ломаноклееные полурамы изготовляются из прямых заготовок постоянного сечения, которые склеиваются из досок любой допускаемой толщины и затем распиливаются по диагонали для получения сечения переменной высоты. Благодаря этому экономятся древесина при острожке, а также клеи. Эти рамы не требуют дополнительных стержней для опирания настилов в карнизных узлах.

К недостаткам ломаноклееной рамы относится то, что их трудно транспортировать, древесина в зоне перелома оси и зубчатого стыка, где действуют максимальные изгибающие моменты, работает на нормальные напряжения от сжатия с изгибом под значительным углом к направлению волокон. Ее расчетные сопротивления при этом существенно снижаются и, следовательно, увеличиваются размеры этого сечения, повышается расход клееной древесины на раму. Замена древесины в этих сечениях более прочным материалом, например древесным пластиком, позволила бы получить значительную экономию материала.

Клеедеревянная трехшарнирная четырехподкосная рама (рис. 7, в) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменной высоты сечения и четырех подкосов постоянного сечения, соединяющих стойки с ригелем. Подкосы создают дополнительные кроме стоек опоры для ригеля, что приводит к уменьшению изгибающих моментов в ригеле по сравнению с бесподкосной рамой. Особенно уменьшаются при этом моменты в стойках. Эта рама является сборно-разборной и состоит из прямых клеедеревянных элементов, простых в изготовлении, которые без затруднений могут транспортироваться любым видом транспорта. Основным недостатком этой рамы является большее, чем в бесподкосных рамах, число элементов и узлов, что повышает трудоемкость изготовления и сборки. Подкосы также сокращают свободное пространство помещений, поэтому применение этих рам наиболее рационально в покрытиях навесов.

Двухподкосная клеедеревянная трехшарнирная рама (рис. 7, г) состоит из двух стоек, двух полуригелей переменного сечения и двух подкосов постоянного сечения. К недостаткам этой рамы относится наличие значительных растягивающих усилий в карнизных узлах, для восприятия которых необходимо применение металлических креплений и винтов. Кроме того, изгибающие моменты в стойках и ригелях этой рамы значительно больше, чем в рамах с парными подкосами. Подкосы уменьшают свободное пространство помещения.

Клеедеревянная трехшарнирная рама с опорными подкосами (рис. 7, д) состоит из двух полуригелей переменного сечения, двух подкосов и двух стоек постоянного сечения. Основные достоинства этой рамы те же, что и прочих подкосных рам. Основные недостатки – это работа стоек на растяжение и изгиб от ветровой нагрузки, что усложняет конструкцию их узловых креплений, и значительная длина сжатых подкосов, сечения которых определяются из условия предельно допускаемой гибкости.

Клеедеревянная трехшарнирная рама с наружными раскосами (рис. 7, е) отличается от предыдущей только наружным расположением раскосов. Достоинства ее и недостатки те же, что и прочих подкосных рам. Наружные раскосы работают в этой раме на растяжение и могут выполняться как из клееной древесины, так и из стали, при этом они не уменьшают внутреннего пространства помещения.

Двухшарнирные клеедеревянные рамы (рис. 8) состоят из трех конструктивных элементов – двух вертикальных стоек и горизонтального ригеля. Их основное достоинство – это относительная простота изготовления и транспортирования прямых стоек и балочных конструкций ригелей по сравнению с гнутыми и ломаными полурамами. Кроме того, их горизонтальные ригели удобны для крепления к ним необходимого в некоторых помещениях подвесного потолка. Недостатком их является большая трудоемкость сборки и зависимость усилий в элементах от возможных осадок опор.

Двухшарнирная клеедеревянная рама с жесткими опорными узлами (рис. 8, а и б) может иметь две клеедеревянные стойки постоянного, переменного или ступенчатого сечения. Стойки переменного сечения наиболее экономичны по расходу древесины, так как в опорном сечении, где действуют максимальные моменты, имеют наибольшую высоту. Стойки постоянного сечения проще в изготовлении, а стойки ступенчатой формы позволяют опирать на их ступени клеедеревянные балки мостовых кранов небольшой грузоподъемности.

Ригель этой рамы может представлять собой клеедеревянную двускатную балку, арку с затяжкой, сегментную или треугольную клеедеревянную ферму, шарнирно опирающуюся на стойки. Решение шарнирных узлов опирания этих конструкций на стойки не представляет затруднений. Основным недостатком этой рамы является относительно большая сложность жестких опорных узлов стоек, чем шарнирных.

Двухшарнирная клеедеревянная рама с шарнирными опорными узлами (рис. 8, в) может иметь две стойки постоянного или переменного клеедеревянного сечения наименьшей высоты в опорных узлах, где нет изгибающих моментов. Ригелем этой рамы может служить клеедеревянная двускатная балка или пятиугольная ферма. Они крепятся к стойкам на разных высотах, образуя жесткое рамное соединение. Достоинством этой рамы является простая конструкция шарнирных опорных узлов, а недостатком – более сложное решение жестких креплений ригеля к стойкам. Однако значительная жесткость ригелей позволяет не учитывать при решении этих креплений изгибающих моментов от действующих на ригель основных вертикальных нагрузок.

Трехшарнирная дощато-гвоздевая рама состоит из дощато-гвоздевых двутавровых стоек и полуригелей переменной высоты. Пояса этих элементов состоят из двойных толстых досок, а стенка – из двух слоев перекрестных слоев тонких досок. Соединениями их служат гвозди и болты. Такие рамы являются простыми, но трудоемкими в изготовлении и в настоящее время применяются редко.

Цельнодеревянные рамы из брусьев или бревен или из толстых досок имеют определенные достоинства. Они могут быть изготовлены в пределах любой строительной площадки в помещении или под навесом в любое время года и не обязательно в заводских условиях. Их могут изготовлять подсобные организации строек. Их стоимость ниже клеедеревянных.

К недостаткам относится то, что их изготовление трудно механизируется, требует расхода дефицитных лесоматериалов крупных сечений и больших затрат ручного труда рабочих высокой квалификации. Пролеты этих рам невелики, обычно до 15 м.

Основная область применения – небольшие здания, возводимые в районах, где нет заводского изготовления деревянных конструкций.

Подносные рамы (подкосные системы) из брусьев или бревен являются наиболее простыми по конструкции. Пролеты их в большинстве случаев не превышает 9 м (рис. 9). Подкосная трехшарнирная рама (рис. 9, а) состоит из двух стоек, двух полуригелей и четырех подкосов. При малых пролетах и нагрузках эта рама может иметь только два внутренних подкоса.

Подбалочно-подкосная трехшарнирная рама (рис. 9, б) имеет дополнительно две подбалки над стойками и повышенную несущую способность.

Ригельно-подкосная двушхарнирная рама (рис. 9, в) имеет дополнительный ригель между подкосами и еще большую несущую способность. Такая рама применяется также в небольших мостах. Подкосные цельнодеревянные рамы могут объединяться в многопролетные конструкции, позволяющие перекрывать помещения с большими площадями. При этом степень их статической неопределимости может быть значительной.

Трехшарнирная клеефанерная рама состоит из коробчатых клеефанерных элементов переменной высоты, максимальной в карнизном узле и может найти применение. Она отличается относительно малой массой и небольшим расходом клееной древесины. Однако она требует расхода дефицитной строительной фанеры, но является трудоемкой в изготовлении и имеет пониженный предел огнестойкости.

 

Раздел 4. Каменные и армокаменные конструкции.

 

4.1. Общие сведения о каменных и армокаменных конструкциях

 

Каменная кладка является неоднородным телом, состоящим из камней, вертикальных и горизонтальных швов, заполненных раствором. Благодаря своим положительным качествам (долговечность, влагостойкость, морозостойкость, прочность, устойчивость, огнестойкость и др.) каменная кладка применяется для стен и столбов зданий, фундаментов, дымовых труб, водонапорных башен, подпорных стен и силосных ям, канализационных коллекторов, колодцев, мостовых опор и других сооружений.

Кладка из природных и искусственных камней малых и больших размеров отличается большим разнообразием по виду материала, по конструктивному решению и способам возведения.

По конструктивному решению различают:

кладку сплошную из кирпича или камней правильной формы;

кладку облегченную, состоящую из несущих кирпичных слоев и утеплителя, расположенного внутри кладки или с одной (внутренней) стороны;

с облицовкой керамическими плитками, лицевым кирпичом или камнями;

кладку из крупных блоков, изготовленных из легкого или ячеистого бетона;

стены из виброкирпичных блоков или панелей.

Наружные стены из кирпичной сплошной кладки ввиду большой теплопроводности кирпича получаются массивными (особенно в северных районах), поэтому их применение требует технико-экономического обоснования.

Для повышения экономической эффективности наружных стен зданий применяют облегченные кладки из пустотелого (пористого, дырчатого, пористо-дырчатого) кирпича и из эффективных пустотелых бетонных камней, если это возможно по условиям прочности конструкции.

Чтобы обеспечить прочность стен, кладку из кирпича и мелких камней выполняют вперевязку: при применении обычного кирпича, вертикальные швы перевязывают укладкой тычковых рядов через один (цепная система), три (трехрядная система) или пять (пятирядная система) ложковых рядов, а в кладке из мелкоштучных камней, высотой до 200 мм тычковые ряды располагают через два-три ложковых ряда. Кладку кирпичных столбов и простенков шириной до 1 м выполняют обычно по трехрядной системе.

Конструктивные решения зданий должны предусматривать максимальное использование хорошей работы кладки на сжатие в несущих элементах (стенах, столбах). В случаях, когда толщина стен определяется требованиями тепло- и звукоизоляции, следует применять конструкции из облегченной кирпичной кладки. Этим задачам отвечают, например, типы зданий с внутренними поперечными несущими каменными стенами и легкими несущими или самонесущими наружными стенами с высокоэффективными теплоизоляционными материалами (минераловатными плитами, ячеистым бетоном, фибролитом, пенопластобетоном, ячеистой керамикой, пластмассой и др.) Масса 1 м² стены при этом может быть снижена с 700-1200 до 200-350 кг, что значительно уменьшает стоимость стен.

Каменные материалы подразделяют по ряду признаков: по происхождению - на природные, добываемые в карьерах, и искусственные, изготовляемые на заводах и полигонах из различного сырья путем обжига при высокой температуре или на основе вяжущих с твердением на воздухе или с термообработкой;

по величине - камни крупные (блоки) высотой 50 см и более, мелкоштучные камни (обыкновенные) высотой до 200 мм и кирпич высотой 65, 88 и 103 мм;

по материалу - искуссственные камни: глиняные, силикатные, бетонные, легкобетонные, ячеистые; природные: гранит, известняк (бут), известняк-ракушечник, туф и др.

Каменные материалы должны быть прочными, долговечными и обладать теплозащитными свойствами. Прочность камней характеризуется их марками.

Бетонные обыкновенные камни изготовляют из тяжелого бетона с р=1800 кг/м³, из легкого бетона на пористых заполнителях с р=900... 1800 кг/м³ и из ячеистого бетона. Основные размеры камней 390×190×188 и 390×90×188 мм. Марки камней по прочности из тяжелого бетона от М 50 до М 400, из крупнопористого бетона от М 15 до М 100. Камни выпускают, как правило, облегченными с щелевидными пустотами или трехпустотными, иногда сплошными (для фундаментов, цоколей и стен мокрых помещений).

Камни из ячеистых бетонов имеют плотность 600 - 1200 кг/м³, марки по прочности от М 15 до М 150 и морозостойкость не ниже Мрз 25.

Гипсовые, гипсобетонные и грунтовые камни, а также сырцовый (необожженный) кирпич применяют из-за малой прочности и водостойкости для кладки стен одноэтажных временных зданий.

Природные камни добывают в карьерах из горных пород - доломитов, известняков, песчаников, гранита, туфа вулканического и др. По способу добычи и точности их формы камни разделяют на пиленые и чистой тески (выступы неровностей до 2 мм), получистой тески (выступы до 10 мм), грубой тески (выступы до 20 мм), грубоколотые (под скобу) и камень-плитняк, имеющие две приблизительно параллельные грани, рваный - неправильной формы.

Кладка из камней правильной формы, хорошо отесанных, имеет более высокую прочность, чем кладка из грубо отесанных камней.

Известняковый камень - бут рваный, постелистый, под скобу и бутовая плита- применяется для кладки фундаментов и стен подвалов, а также возведения стен одноэтажных сельскохозяйственных построек. Марки камней по прочности от 25 до 1000, плотность 1800 - 2600 кг/м³.

Пиленые камни легких пород - туфа, известняка-ракушечника размером 490×240×188 или 390×190×188 мм - используют обычно в районах, близких к месту добычи (Крым, Молдавия, Кавказ). Плотность камней 900-2000 кг/м³, марки по прочности от 7 до 125.

Облицовочные каменные материалы служат для оформления фасадов, отделки поверхностей стен и столбов. К ним относятся лицевой кирпич, керамические лицевые камни и облицовочные плиты, бетонные плиты и природный камень.

Марка камней определяется по пределу прочности их при сжатии в Па в образцах установленной формы и размеров (обычно по кубам с ребром 5, 7, 10, 15 или 20 см), а для кирпича - в зависимости от предела прочности его при сжатии и изгибе.

Каменные материалы подразделяют на следующие группы: высокой прочности (марок 250-1000), средней прочности (марок 75-200) и малой прочности (марок 4-50). Марки пустотелых и природных камней (слоистых) определяют испытанием на сжатие в том положении, в каком они будут находиться под нагрузкой в конструкции.

Марку сплошных и пустотелых бетонных и силикатных крупных блоков R определяют проектной прочностью бетона при сжатии кубов с ребром 20 см.

Бетоны, применяемые в качестве утеплителей кладки, должны иметь проектные марки по пределу прочности на сжатие М 7, М 10, М 15, а для вкладышей и плит не менее М 10.

Строительные растворы. Раствор обеспечивает связь отдельных камней между собой, образуя единый монолит - кладку, уменьшает ее продуваемость и влагопро-ницаемость. В горизонтальных швах раствор способствует более равномерной передаче нагрузок между рядами кладки, что делает ее более прочной.

В зависимости от вида вяжущих различают растворы: цементные, известковые и смешанные (цементно-известковые и цементно-глиняные), глиняные. По плотности (в сухом состоянии) растворы для кладки подразделяют на тяжелые при 1500 кг/м³ и легкие при р<1500 кг/м³. Прочностные свойства растворов характеризуются следующими марками: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200. Марки раствора - это предел прочности при сжатии R 28, кгс/см² (0,1 МПа), образцов кубов размером 70,7×70,7×70,7 мм, выдержанных 28 сут и испытанных согласно ГОСТ 5802—76.

Известковые и глиняные растворы обладают низкой прочностью, медленно твердеют во времени, быстро разрушаются при повышенной влажности. Их применяют только для малонагруженных стен зданий, а глиняные растворы - при кладке печей.

Выбор марки раствора. Марку раствора для каменной кладки назначают с учетом требований долговечности конструкций и обеспечения ее прочности. Для наружных стен зданий со сроком службы 100 и 50 лет с помещениями сухими и нормальной влажности (до 60 %) минимальные марки растворов принимают не ниже 10, с влажными помещениями (61—75%)-не ниже 25 и с мокрыми помещениями (более 75%) -не ниже 50. Для подземной кладки и кладки цоколей при влажном грунте рекомендуются цементно-известковые и цементно-глиняные растворы марок 50 и 25, а при грунте, насыщенном водой, - цементные растворы не ниже марки 50.

Для армированных кладок минимальные марки раствора установлены для стен с относительной влажностью помещений до 60 % - не менее 25, с влажностью выше 60 % - не менее 50.

Для изготовления крупных блоков из кирпича и камней всех видов марка раствора, исходя из условий транспортабельности блоков, принимается не менее 25. Для изготовления виброкирпичных панелей применяют растворы марок 75, 100 и 150.

Горизонтальные швы между блоками при их монтаже выполняют обычно на растворе марки 50 и выше, а при монтаже панелей - марок 75-150.

Стальная арматура. Для армирования каменных конструкций предусматривают сталь горячекатаную круглую гладкую класса A-I и периодического профиля класса А-П диаметром 6-40 мм, проволоку арматурную холоднотянутую периодического профиля класса Вр-1 диаметром 3-8 мм.

Для закладных металлических деталей, соединительных элементов и стальных обойм применяют прокатную полосовую сталь, фасонные профили и листовую сталь аналогично стальным и железобетонным конструкциям.

 

4.2. Расчет неармированной каменной кладки. Основные положения.

 

1. Особенности расчета по предельным состояниям.

Расчет по несущей способности производится из условия, что расчетное усилие N меньше или равно расчетной несущей способности элемента:

Расчетное усилие вычисляют при действии нагрузок, взятых с коэффициентом надежности по нагрузки при наиболее неблагоприятном их сочетании. Расчетную несущую способность определяют в зависимости от геометрических размеров S, расчетного сопротивления кладки R и коэффициентов условий работы. Расчетное сопротивление кладки составляет часть ее предела прочности и:

k – коэффициент надежности кладки: для кладки из кирпича и камней всех видов, из крупных блоков, рваного бута и бутобетона и вибрированной кирпичной кладки k=2, для кладки из крупных и мелких блоков из ячеистого бетона k= 2,25.

При проверке прочности кладки столбов и простенков площадью сечения 0,3 м² и менее необходимо вводить γ_с=0,8; для кладки из силикатного кирпича на растворах с добавками поташа γ_с=0,85; для кладки из камней получистой тески γ_с=0,8, грубой тески γ_с=0,7, грубо околотых и бута-плитняка γ_с=0,6.

2. Расчет каменных конструкций при центральном и внецентренном сжатии.

Расчет элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии производятся из условия:

A – площадь поперечного сечения элемента; R – расчетное сопротивление площадки сжатию (определяется по таб. СНиП в зависимости от марки раствора и камня); φ – коэффициент продольного изгиба, который определяется по табл. СНиП и зависит от α,λ; α – упругая характеристика кладки (определяется по СНиП); λ – гибкость элемента:

h – размер поперечного сечения; l ₀ – расчетная длина; m_g – коэффициент, учитывающий влияние длительности действия нагрузки, =1,0 при h ≥30 см и i = 8,7 см;

если условие не выполняется, то:

N_g – часть длительно действующей нагрузки; N – полная нагрузка; η – назначается по таблице в зависимости от λ, μ.

Несущая способность внецентренно-сжатых элементов неармированных каменных конструкций производится из условия:

ω – коэффициент зависящий от формы поперечного сечения элемента:

 - для любой формы

 – прямоугольное сечение

A_c – площадь сжатой части сечения; для прямоугольного сечения:

для тавровых сечений:

Площадь сжатой части сечения определяется с учетом прямолинейной эпюры напряжений и определяется из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения внешнего усилия. Положение границы сжатой части сечения определяется из условия равенства нулю статического момента этой площади относительно ее центра тяжести. При этом для прямоугольных сечений:

для тавровых сечений

φ₁ – коэффициент продольного изгиба:

φ – коэффициент продольного изгиба для всего сечения, зависящий от λ_h, α; φ_с – коэффициент продольного изгиба сжатого сечения, зависящий от λ_hс, α:

Для внецентренно сжатых элементов:

e_0g – эксцентриситет приложения части длительно действующего усилия:

m_g=1 в тех же случаях, что и при центральном сжатии.

Для прямоугольного сечения:

В случаях когда условие прочности не выполняется:

Необходимо предусматривать усиление конструкций стальной арматурой.

3. Расчет на устойчивость положения (опрокидывание), расчет по деформациям, расчет по раскрытию трещин.

Расчет на устойчивость положения (опрокидывание).

Расчет производится при проверке устойчивости стен и столбов незаконченного здания, подвергающихся действию горизонтальной (ветровой) нагрузки, когда в процессе возведения они могут иметь значительную высоту без раскрепления вышерасположенным перекрытием.

Конструкция считается устойчивой, если при расчете на опрокидывание соблюдается условие:

m₁ – коэффициент для стен в стадии их возведения и свободно стоящих стен = 0,9.

Расчет по деформациям.

Производят по формулам:

на осевое растяжение

на изгиб

на внецентренное сжатие

на внецентренное растяжение

где I – момент инерции сечения; E – модуль деформации кладки; ε _u – предельные деформации растяжения кладки; (h - y) – расстояние от центра тяжести сечения кладки до наиболее удаленной растянутой грани покрытия; е₀= M / N – эксцентриситет продольной силы.

Расчет по раскрытию трещин.

Расчет производят для внецентренно сжатых неармированных каменных конструкций при эксцентриситетах е₀ >0,7y. Основу расчета составляют положения: усилия определяют по расчетным нагрузкам при основных их сочетаниях, в сечении принимается линейная эпюра напряжений внецентренного сжатия как для упругого тела, расчет производится для полного сечения по условному краевому напряжению растяжения, которое характеризует величину раскрытия трещин в растянутой зоне.

γ_r – коэфф. условий работы кладки по раскрытию трещин.

 

4.3. Армированная каменная кладка и ее расчет.

 

Армирование каменных конструкций производится для увеличения прочности и устойчивости. Существует два наиболее распространенных вида армирования: поперечное (сетчатое) и продольное.

1. Поперечное (сетчатое) армирование.