Конспект лекций по дисциплине железобетонные и каменные конструкции, пространственные несущие системы 8 семестр Направление подготовки 08. 03. 01
 Скачать 1.19 Mb.
|
|
y e 7 , 0 0 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 25 h см – 0,8у и 0,85у. Рис. 11.4 Рис. 11.5 R ut <R u Рис. 11.6 Рис. 11.7 Рис. 11.8 11.4. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ИЗГИБ, РАСТЯЖЕНИЕ И СРЕЗ Проектирование неармированных конструкций, работающих на изгиб, допускается только для кладок, работающих по перевязанному сечению. К таким конструкциям относятся подпорные стенки с вертикальными контрфорсами, стены зданий между колоннами. Расчет сечений производят на действие изгибающего момента M и поперечной силы Q . При этом кладку условно рассматривают как упругий материал. Расчетные условия имеют вид: W R M tb ; bZ R Q tw , (7) где tw tb R R , расчетные сопротивления кладки растяжению по перевязанному шву и главным растягивающим напряжениям при изгибе, соответственно; W момент упругого сопротивления кладки; b ширина сечения; Z плечо внутренней пары сил, для прямоугольного сечения 3 / 2h Z Каменные конструкции, работающие на центральное растяжение (стенки круглых резервуаров, силосов и других емкостей), рассчитывают исходя из прочности кладки по перевязанному сечению или камню: n t A R N , (8) где t R расчетное сопротивление кладки осевому растяжению по перевязанному сечению; n A площадь сечения нетто (за вычетом вертикальных швов). На срез по горизонтальному шву работают, например, элементы каменной кладки, воспринимающие распор от затяжек сводов. Сопротивление срезу по горизонтальным швам складывается из собственной несущей способности кладки на срез и из сопротивления трению кладки по горизонтальному шву A n R Q sq ) 8 , 0 ( 0 , (9) где sq R расчетное сопротивление срезу; 1 n для кладки из сплошного кирпича; 5 , 0 n из пустотелого кирпича и камней; коэффициент трения по шву кладки ( 7 , 0 для кирпича); A N / 9 , 0 min 0 сжимающие напряжения в кладке; min N минимальное сжимающее усилие; A расчетная площадь сечения; 0,8 – коэффициент снижения из-за увлажнения и других условий. Л Е К Ц И Я № 8/12 П Л А Н 12.1. Прочностные характеристики армированной каменной кладки 12.2. Расчет прочности каменных конструкций на смятие 12.3. Особенности проектирования многослойных стен 12.4. Расчет прочности центрально и внецентренно сжатых каменных конструкций с сетчатым армированием 12.5. Расчет прочности центрально и внецентренно сжатых каменных конструкций с продольным армированием 12.1. 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 sku R ; расчетное сопротивление армированной кладки при осевом сжатии sk R ; расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии skb R : 100 / 2 sn sku R kR R – с сетчатым армированием, (1) 100 / sn sku R kR R – с продольным армированием, (2) где sn R нормативное сопротивление арматуры; процент армирования. При сетчатым армированием имеем 100 ) / 2 ( 100 ) / ( CS A V V st k s , (3) где st s A V 2 объем арматурной сетки; CS V k объем кладки; C размер ячейки сетки; S шаг сеток; st A площадь сечения стержней сетки. При продольном армировании имеем 100 ) / ( k s A A , (4) где , s A k A площадь сечения арматуры и кладки. Расчетное сопротивление кладки с сетчатым армированием при центральном сжатии R R R R s sk 2 100 / 2 , (5) где s R расчетное сопротивление арматуры. Модуль упругости кладки с армированием сетками u sk R E 0 , а с продольным армированием sku R E 0 , где sku u sk R R / упругая характеристика армированной кладки. 12.2. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА СМЯТИЕ Смятие возникает в кладке при действии нагрузки на ограниченную область, то есть только на часть сечения (рис. 15.1). В этом случае ненагруженная или менее нагруженная часть оказывает сопротивление поперечным деформациям, что приводит к повышению предела прочности кладки подвергнутой местному сжатию, Несущая способность сечения при местном сжатии c c c A dR N , (1) где c N величина расчетной местной нагрузки, коэффициент полноты эпюры давления от местной нагрузки: при равномерном распределении 1 , при треугольной эпюре давления 5 , 0 ; d коэффициент, учитывающий пластическую работу материала, для кирпичной и виброкирпичной кладки 5 , 0 5 , 1 d ; R R c расчетное сопротивление кладки при местном смятии; c A площадь смятия, на которую непосредственно передается нагрузка; 1 3 / c A A ; A расчетная площадь сечения кладки, включающая площадь смятия и площадь соседних участков кладки; 1 коэффициент, учитывающий максимально допустимое увеличение c R по отношению к R , зависит от вида кладки и схемы смятия, 2 1 1 (СНиПII- 22-81 * ). Площадь смятия определяется размерами опорных площадок конструкций c c c b a A . Если под опорой ригеля или фермы имеется железобетонная или стальная подушка, то c A равна произведению ее ширины на длину. Расчетная площадка сечения кладки A включает площадь смятия и площадки соседних участков в допустимых пределах: а) при местной нагрузке по всей толщине стены (рис. 15.1) 2 2h A bh A c ; (2) б) при нагрузке на край стены по всей ее толщине 2 h A bh A c ; (3) в) при опирании на стену концов балок b a A c , (4) где c a глубина заделки опорного участка балки, но не более 20 см; l b при h l 2 ; h b b c 2 при h l 2 ; г) при местной нагрузке на угол стены 2 ) ( c c b a A при h b a c c ) ( , (5) ) ( c c b a h A при h b a c c ) ( ; (6) д) при местном сжатии на участке внутри сечения стены ) ( 2 c b c A ) 2 ( 1 c a c при h c 2 , а при h c 2 принимают h c 2 12.3. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТЕН К многослойным относятся стены из двух или более слоев, выполненные из разных материалов, например, из кирпичной кладки и легких бетонов, или плитных утеплителей, или из кирпичной кладки и кладки из бетонных или керамических камней. Так как прочность и деформационные свойства материалов многослойных стен неодинаковы, то отдельные слои под действием нагрузки деформируются различно. Испытаниями установлено, что несущая способность кладки не равна сумме прочностей всех ее слоев. Разрушение начинается с наиболее прочного слоя, обладающего меньшей деформативностью, чем другие менее прочные слои. Таким образом, прочность при сжатии слабых слоев в кладке используется не полностью. В расчетах это учитывают введением соответствующих коэффициентов использования прочности слоев кладки m и i m , равных 0,6 … 1. Работу теплоизоляционных слоев в облегченной кладке учитывают только тогда, когда они выполнены из бетонов или камней марки не ниже 10. Теплоизоляционные слои прочностью ниже марки 10, а также из минераловатных или органических плит, пористых пластмасс, засыпок и других материалов учитываются только как нагрузка, приложенная с соответствующим эксцентриситетом. Совместная работа слоев кладки зависит от вида связей между ними. Различают связи жесткие и гибкие. Связи между конструктивными слоями считаются жесткими, если расстояние между осями вертикальных диафрагм не более 10h и не более 120 см (h – толщина более тонкого конструктивного слоя) или когда тычковые прокладные ряды расположены по высоте кладки не более чем через 5h и не более 62 см. В кладке с облицовочным слоем жесткая связь обеспечивается выполнением требований взаимной перевязки кирпича и камней тычковыми рядами. Гибкие связи выполняются из коррозиестойких сталей или сталей, защищенных от коррозии. Суммарная площадь сечения гибких связей должна быть не менее 0,4 см 2 на 1 м 2 поверхности стены. Слои кладки с гибкими связями работают раздельно, так как гибкие скобы не могут передать нагрузки от одного слоя к другому, поэтому каждый слой кладки должен быть рассчитан самостоятельно на приходящиеся на него нагрузки. При жестком соединении слоев различная прочность и упругие свойства слоев при их совместной работе в стене учитываются путем приведения площади сечения к материалу основного несущего слоя. Эксцентриситеты всех усилий определяются по отношению к оси центра тяжести приведенного сечения. При приведении сечения стены к одному материалу толщина слоев принимается фактической, а ширина слоев изменяется пропорционально характеристикам прочности слоев по формуле ) / ( mR R m b b i i red , (10) где red b приведенная ширина слоя; b фактическая ширина слоя; m R, соответственно расчетное сопротивление и коэффициент использования прочности слоя, к которому приводится сечение; i i R m , соответственно расчетное сопротивление и коэффициент использования любого другого слоя стены. Расчет многослойных стен с жесткими связями проводят так же, как и однослойные: а) при центральном сжатии red g mRA m N ; (11) б) при внецентренном сжатии red c g mRA m N , 1 , (12) где red A приведенная площадь сечения; red c A , площадь сжатой части приведенного сечения; g m , , 1 определяются по приведенному сечению и материалу, к которому он приведено. Если слои кладки выполнены из различных материалов, то упругую характеристику заменяют приведенной i i i h h / , где i упругие характеристики отдельных слоев; i h толщина слоев. Рис. 12.1 Продолжение рис. 12.1 12.4. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНО И ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С СЕТЧАТЫМ АРМИРОВАНИЕМ Элементы с сетчатым армированием при центральном сжатии рассчитывают как неармированную кладку, но с учетом повышенного расчетного сопротивления армированной кладки сжатию sk R : A R m N sk g , (1) где sk R R 2 – при кладке на растворах марки М25 и выше, при высоте ряда не более 150 мм: R R R R s sk 2 100 / 2 ; при кладке на растворах марки менее М25: R R R R R R s sk 2 ) / )( 100 / 2 ( 25 1 ; s R расчетное сопротивление арматуры; 1 R фактическое расчетное сопротивление сжатию кладки; 25 R для кладки на растворе марки М25; определяется в зависимости от гибкости элемента и упругой характеристики кладки с сетчатым армированием sku u sk R R / , где упругая характеристика для неармированной кладки; sku u R R , средний предел прочности неармированной и армированной сетками кладок kR R u , 100 / 2 sn sku R kR R ; k коэффициент, учитывающий вид кладки; sn R нормативное сопротивление арматуры, которое принимается с учетом коэффициента условия работы 1 cs При внецентренном сжатии кладки с сетчатым армированием эффективность армирования снижается при увеличении 0 e . Условие прочности имеет вид: c skb g A R m N 1 , (2) или для прямоугольных сечений при h e 17 , 0 0 : ) / 2 1 ( 0 1 h e A R m N skb g , (3) где ) / 2 1 )( 100 / 2 ( 0 y e R R R s skb – при кладке М25 и выше, или ) / 2 1 )( / )( 100 / 2 ( 0 25 1 y e R R R R R s skb При этом % 1 , 0 ) / 2 1 /( 50 0 y e R 12.5. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНО И ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРОДОЛЬНЫМ АРМИРОВАНИЕМ Несущая способность элементов с продольным армированием складывается из усилий, воспринимаемых каменной кладкой и арматурой. При центральном сжатии из условия равновесия с учетом коэффициентов продольного изгиба g m , и условий работы 85 , 0 c получаем расчетную формулу ) 85 , 0 ( s s g A R RA m N , (4) где определяется как для неармированного элемента. Отметим, что продольная арматура при осевом сжатии применяется в виде исключения, так как выгоднее и проще увеличить сечение неармированной кладки или армировать кладку сетками. Во внецентренно сжатых элементах по расчету определяется растянутая арматура площадью s A , воспринимающая напряжения растяжения и предотвращающая раскрытие швов кладки в растянутой зоне сечения. Прочность сжатой зоны сечения, как правило, обеспечивается работой кладки, и устанавливать в этой зоне арматуру по расчету обычно не требуется. Иногда сжатую продольную арматуру площадью ' s A устанавливают по конструктивным соображениям в очень гибких конструкциях, а также при действии знакопеременных усилий, когда арматура может быть и растянута и сжата. Различают два случая расчета: а) при больших эксцентриситетах, когда 0 8 , 0 S S c ; б) при малых эксцентриситетах, когда 0 8 , 0 S S c , где 0 S статический момент всего сечения кладки относительно центра тяжести условно растянутой арматуры; |