Конструктивные схемы каменных зданий. Жесткая и упругая расчетная схема здания

1. Конструктивные схемы зданий

Здание с каменными (кирпичными) стенами представляет собой пространственную систему, состоящую из продольных и поперечных стен, покрытий и перекрытий, взаимно связанных между собой.

Статический расчет стен зданий как элементов пространственной системы достаточно сложен. Поэтому в упрощенном расчете считают, что стены шарнирно связаны с перекрытиями. Опорами наружных стен при горизонтальных нагрузках служат перекрытия, которые, в свою очередь, нагрузку передают на поперечные стены. Поэтому, чем меньше расстояния между поперечными стенами, тем жестче и устойчивее будет здание. Если расстояние между поперечными схемами значительно, перекрытия следует считать не жесткими (неподвижными) опорами, а упругими.

Нормами установлены предельные расстояния между поперечными стенами, при превышении которых покрытия и перекрытия следует считать упругими опорами. В соответствии с этим различают жесткую и упругую конструктивные схемы здания [1, табл. 27]. Жесткую конструктивную схему имеют жилые и общественные здания. К зданиям с упругой конструктивной схемой относятся производственные, складские и сельскохозяйственные здания.

Конструктивная схема зданий устанавливается в зависимости от расстояний между поперечными устойчивыми конструкциями (стенами, рамами, контрфорсами, диафрагмами), от жесткости перекрытий и группы кладки.

Различают четыре группы кладки, которые зависят от вида кладки, прочности камня и раствора [1, табл. 26]. Например, сплошная кладка из кирпича или камней марки М50 и выше на растворе марки М10 и выше относится к первой группе, а на растворе марки М4 – ко второй группе. Кладка из камней марок М25 и М35 на растворе марки М4 относится к третьей группе, а кладка из рваного бутового камня на растворе марки М4 – к четвертой группе.

3. Расчет стен зданий с жесткой конструктивной схемой

Расчет выполняется на действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Различается расчет наружных стен многоэтажных домов и расчет поперечных стен.

Расчет наружных стен многоэтажных домов. Наружные стены многоэтажных домов рассматривают как неразрезные многопролетные балки, опорами которых служат перекрытия.

По упрощенной схеме многопролетную балку заменяют однопролетными. При расчете каждого этажа нагрузка собирается от вышерасположенных конструкций и прикладывается в центре тяжести стены . Кроме того, в пределах этажа с эксцентриситетом учитывается нагрузка от перекрытия, а также собственный вес стены этажа, прикладываемый в центре тяжести сечения (рис. 23).

Рис. 24. Расчетные схемы наружной стены при расчете на ветер:
а) для промежуточного этажа; б) для верхнего этажа

Изгиб стен от ветра можно не учитывать, если нормальные напряжения, вызываемые в них моментами от нормативной ветровой нагрузки, не превышают 0.1 МПа.

Давление от перекрытия на стену (сосредоточенная сила) прикладывается на расстоянии 1/3 длины опирания конструкций перекрытия, считая от внутренней поверхности стены (но не более 7 см).

Прочность межоконного простенка проверяется на уровне перемычки и подоконника. Изгибающий момент, действующий под перекрытием, уравновешивается горизонтальными реакциями на опорах наружной стены: вверху стена прижимается к перекрытию, а внизу отходит от перекрытия. Поэтому стены и столбы должны крепиться к перекрытиям и покрытиям анкерами сечением не менее 0.5 см2 (рис. 25).

Расчет поперечных стен при жесткой конструктивной схеме. В зданиях с жесткой конструктивной схемой ветровые нагрузки через перекрытия передаются на поперечные стены, которые работают при этом как вертикальные консоли, заделанные в основание.

Если поперечные и продольные стены соединены перевязкой, то следует учитывать совместную работу поперечной стены и участков примыкающих к ней продольных стен. В этом случае расчетное сечение консоли может иметь форму двутавра, тавра или швеллера.

При этом участки продольных стен играют роль полок, а поперечные стены – стенок консольных балок (рис. 26).

При расчете консоли проверяются в середине высоты этажа:

1) сдвигающие напряжения в местах примыкания продольных стен к поперечным

где – поперечная сила от ветра в середине высоты этажа; – расчетное сопротивление кладки срезу по вертикальному перевязанному сечению;

2) сдвигающие напряжения на уровне центра тяжести сечения консоли

где – статический момент полусечения относительно оси , – расчетное сопротивление скалывания кладки, обжатой силой , ; ; – расчетное сопротивление главным растягивающим напряжениям по швам кладки [1, табл. 10].

4. Расчет стен зданий с упругой конструктивной схемой

При статическом расчете рамы модуль упругости кладки принимается равным Если нагрузки от ферм и балок значительны, стены усиливаются пилястрами (рис. 28).

В стенах с пилястрами или без пилястр ширину стены при расчете следует принимать:

1) если конструкция покрытия равномерно передает дав

ление на стену, равной ширине между проемами, а в стенах без проемов – равной расстоянию между осями пролетов;

2) если боковое давление от стены передается в местах опирания ферм или балок, то стена рассматривается как стойка рамы с постоянным сечением с шириной полки, равной , в каждую сторону от края пилястры, но не более или ширины стены между проемами. Если при сосредоточенных нагрузках пилястры отсутствуют, ширина участка, равная , принимается в каждую сторону от распределительной плиты, установленной под опорой фермы или балки.

Расчеты стены должны выполняться в стадии незаконченного строительства на действие собственного веса и ветра без покрытия и в стадии законченного строительства на действие эксплуатационных нагрузок

42. Способы возведения каменных зданий при отрицательных температурах. Особенности расчёта каменных конструкций, возведённых в зимнее время.

2. Методы ведения зимней кладки

На основании полученных выводов в настоящее время разработаны и применяются три основных метода выполнения кладки в зимнее время.

Метод замораживания кладки на растворах марки М50 и выше с противоморозными химическими добавками, обеспечивающими снижение температуры замерзания раствора и частичный набор первоначальной прочности, а затем, после оттаивания кладки, и полной прочности, а также сцепление с камнем и арматурой.

Метод замораживания на растворах марки М10 и выше без химических добавок. При этом конструкции должны иметь достаточную прочность и устойчивость как в период их первого оттаивания (при наименьшей прочности оттаявшего раствора), так и в стадии эксплуатации здания.

Этот способ позволяет возводить малоэтажные здания высотой до 15 м (4 этажа) без применения дефицитных химических добавок и получать значительную экономию цемента, так как марка раствора может быть меньше марки М50.

Метод замораживания на растворах марки М50 и выше без добавок, с искусственным обогревом каменных стен для достижения кладкой прочности, достаточной для возведения вышерасположенных стен.

Расчет зимней кладки выполняют в стадии строительства и при действии эксплуатационных нагрузок для законченного здания