Временное сопротивление осевому растяжению по неперевязанным швам
Достаточно спорным является вопрос применения силикатного кирпича в сейсмических районах (7 баллов), так как в этом случае имеет большое значение сцепление раствора с кирпичом. Результаты исследований показывают, что сцепление раствора с камнем отличается большой изменчивостью, что приводит к определенным трудностям при расчете элементов и сечений каменных конструкций из силикатного кирпича по предельным состояниям первой группы с учетом сопротивления кладки растяжению по неперевязанным швам.
Прочность сцепления зависит от таких факторов, как прочность состава и консистенция раствора, возраст раствора в момент использования, температурно-влажностный режим твердения раствора в кладке, состояние контактных поверхностей и абсорбционных свойств камня, возраст кладки. Поэтому для каждого вида кладки эта величина устанавливается экспериментально и непосредственно в максимально приближенных к натурным условиям.
В соответствии с требованиями СНиП 11-7-81 «Строительство в сейсмических районах», применение кирпичной кладки с временным сопротивлением осевому растяжению по неперевязанным швам (нормальным сцеплением) менее 120 кПа (1,2 кгс/см2) для строительства в сейсмических районах не допустимо.
Если же следовать указаниям СНиП 11-22-81 «Каменные армокамекные конструкции», то для силикатного кирпича расчетное сопротивление осевому растяжению по неперевязанным швам при марке раствора 50 и выше составляет 0,56 кПа (0,56 кгс/см2).
Если допустить, что расчетное сопротивление осевому растяжению силикатного кирпича по неперевязанным швам при марке раствора 50 и выше соответствует СНиП 11-22-81, то получается величина временного сопротивления осевому растяжению по неперевязанным швам (нормальное сцепление) кладки 1,24 кгс/см2, что как бы позволяет применять такой материал. Однако ряд исследователей, опираясь на результаты испытаний, считает, что реальное временное сопротивление осевому растяжению по неперевязанным швам ниже значения, приведенного в СНиП. Это также касается кирпичной кладки, выложенной методом замораживания.
Таким образом, ручная кладка из силикатного кирпича на цементном растворе обладает низкой прочностью сцепления и нуждается во введении дополнительных приемов для увеличения монолитности кладки. Рядом исследователей предложены такие методы повышения монолитности кладки, как введение лолимерце-ментных растворов и вибрирование при изготовлении сборных элементов. Сочетание этих двух способов повышения монолитности кладки принято потому, что вибрирование ускоряет процесс заполнения швов кладки раствором.
Успешные опыты в этом направлении, проведенные за рубежом и в СССР, показали, что введение в растворы полимерных добавок повышает нормальное сцепление до показателей, соответствующих I категории кладки по сейсмостойкости, а одновременное применение метода вибрирования позволяет получить высокую для силикатного кирпича прочность нормального сцепления. При этом выявлено отрицательное действие низких температур на величину нормального сцепления полимерцементного раствора с кирпичом. Следовательно, перспективным является способ повышения монолитности кирпичной кладки путем введения в растворы различных полимерных добавок, в составе 0,15 от массы цемента по сухому остатку полимера при составах растворов до 1:7,5 (цемент/песок), что позволяет достичь высоких показателей сцепления, даже превышающих значения, соответствующие первой категории кладки по сейсмостойкости. При этом повышаются прочностные характеристики кладки на сжатие, перекос и изгиб. Одновременное применение полимерных добавок и вибрирование кладки позволяет еще больше повысить ее эффективность.
Источник
Направление действия вертикальной сейсмической нагрузки (вверх или вниз) следует принимать более невыгодным для напряженного состояния рассматриваемого элемента.
6.14.4 Для кладки несущих и самонесущих стен или заполнения каркаса следует применять следующие изделия и материалы:
а) полнотелый или пустотелый кирпич марки не ниже 100 с отверстиями размером до 16 мм; при расчетной сейсмичности 7 баллов допускается применение керамических камней марки не ниже 75;
б) камни или блоки из ракушечников, известняков марки не менее 35 или туфов (кроме фельзитового) марки 50 и выше;
в) для несущих стен следует применять бетонные камни, сплошные и пустотелые блоки из легкого и ячеистого бетонов классов по прочности на сжатие не ниже В5, марок по средней плотности не менее D700; для самонесущих стен — классов по прочности на сжатие не ниже В2,5, марок по плотности не ниже D500; для ненесущих стен — классов по прочности на сжатие не ниже В1,5, марок по плотности не ниже D500.
Штучная кладка стен должна выполняться на смешанных цементных растворах марки не ниже 25 в летних условиях и не ниже 50 — в зимних или на специальных клеях. Для кладки блоков следует применять раствор марки не ниже 50 и специальные клеи.
6.14.5 Кладки в зависимости от их сопротивляемости сейсмическим воздействиям подразделяют на категории.
Категория кирпичной или каменной кладки, выполненной из материалов, предусмотренных 6.14.4, определяется временным сопротивлением осевому растяжению по неперевязанным швам (нормальное сцепление), значение которого должно быть в пределах:
для кладки категории I — кПа;
для кладки категории II — 180 кПа кПа.
Для повышения временного сопротивления осевому растяжению по неперевязанным швам (нормальное сцепление) следует применять растворы со специальными добавками.
Требуемое значение необходимо указывать в проекте. При проектировании значение следует назначать в зависимости от результатов испытаний, проводимых в районе строительства.
При невозможности получения на площадке строительства (в том числе на растворах с добавками, повышающими прочность их сцепления с кирпичом или камнем) значения , равного или превышающего 120 кПа, применение кирпичной или каменной кладки не допускается.
Примечание — При расчетной сейсмичности 7 баллов допускается применение кладки из естественного камня при менее 120 кПа, но не менее 60 кПа. При этом высота здания должна быть не более трех этажей, ширина простенков — не менее 0,9 м, ширина проемов — не более 2 м, а расстояния между осями стен — не более 12 м.
Проектом производства каменных работ должны предусматриваться специальные мероприятия по уходу за твердеющей кладкой, учитывающие климатические особенности района строительства. Эти мероприятия должны обеспечивать получение необходимых прочностных показателей кладки.
6.14.6 Значения расчетных сопротивлений кладки , , по перевязанным швам должны соответствовать СП 15.13330, а по неперевязанным швам — определяются по формулам (10) — (12) в зависимости от значения , полученного в результате испытаний, проводимых в районе строительства:
; (10)
; (11)
. (12)
Значения , и не должны превышать соответствующих значений при разрушении кладки по кирпичу или камню.
6.14.7 Высота этажа зданий с несущими стенами из кирпичной или каменной кладки, не усиленной армированием или железобетонными включениями, не должна превышать при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов 5,4 и 3,5 м соответственно.
При усилении кладки армированием или железобетонными включениями высоту этажа допускается принимать равной 6,5 и 4,5 м соответственно.
При этом отношение высоты этажа к толщине стены должно быть не более 12.
6.14.8 Для зданий с неполным каркасом при расчетной сейсмичности 7 — 8 баллов допускается применение наружных каменных стен и внутренних железобетонных или металлических рам (стоек), при этом должны выполняться требования, установленные для каменных зданий. Высота таких зданий не должна превышать 7 м.
6.14.9 В зданиях с несущими стенами шириной более 6,4 м кроме наружных продольных стен, как правило, должно быть не менее одной внутренней продольной стены. Расстояния между осями поперечных стен или заменяющих их рам должны проверяться расчетом и быть не более приведенных в таблице 9. Суммарная длина заменяющих рам должна быть не более 25% суммарной длины внутренних стен того же направления. Не допускается устройство двух рядом расположенных заменяющих рам одного направления.
В зданиях из мелких ячеисто-бетонных блоков расстояние между стенами независимо от расчетной сейсмичности не должно превышать 9 м.
Таблица 9 — Расстояния между осями поперечных стен или заменяющих их рам
6.14.10 Размеры элементов стен каменных зданий следует определять расчетом. Они должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 10.
Таблица 10 — Размеры элементов стен каменных зданий
6.14.11 В уровне перекрытий и покрытий должны устраиваться антисейсмические пояса по всем продольным и поперечным стенам, выполняемые из монолитного железобетона или сборные с замоноличиванием стыков и непрерывным армированием. Антисейсмические пояса верхнего этажа должны быть связаны с кладкой вертикальными выпусками арматуры.
В зданиях с монолитными железобетонными перекрытиями, заделанными по контуру в стены, антисейсмические пояса в уровне этих перекрытий не устраивают.
6.14.12 Антисейсмический пояс (с опорным участком перекрытия) должен устраиваться, как правило, на всю ширину стены; в наружных стенах толщиной 500 мм и более ширина пояса может быть меньше на 100 — 150 мм. Высота пояса должна быть не менее 150 мм, класс бетона — не ниже В12,5.
Антисейсмические пояса армируют расчетом. Конструктивно продольная арматура должна быть не менее 4d10 при расчетной сейсмичности 7 — 8 баллов и не менее 4 d12 — при 9 баллах.
6.14.13 В сопряжениях стен в кладку должны укладываться арматурные сетки сечением продольной арматуры общей площадью не менее 1 , длиной 1,5 м через 700 мм по высоте при расчетной сейсмичности 7 — 8 баллов и через 500 мм — при 9 баллах.
Участки стен и столбы над чердачным перекрытием высотой более 400 мм должны быть армированы или усилены монолитными железобетонными включениями, заанкеренными в антисейсмический пояс. Стены по верху должны иметь обвязочный железобетонный пояс, связанный с вертикальными железобетонными сердечниками.
Кирпичные столбы допускаются только при расчетной сейсмичности 7 баллов. При этом марка раствора должна быть не ниже 50, а высота столбов — не более 4 м. В двух направлениях столбы следует связывать заанкеренными в стены балками.
6.14.14 Сейсмостойкость каменных стен здания следует повышать сетками из арматуры, созданием комплексной конструкции, предварительным напряжением кладки или другими экспериментально обоснованными методами.
Вертикальные железобетонные элементы (сердечники) должны соединяться с антисейсмическими поясами.
Железобетонные включения в кладку комплексных конструкций следует устраивать открытыми не менее чем с одной стороны и размером не менее 120 мм.
При проектировании стен комплексной конструкции из кирпича усиленные монолитными железобетонными включениями антисейсмические пояса и их узлы сопряжения со стойками должны рассчитываться и конструироваться как элементы каркасов с учетом работы заполнения. В этом случае предусмотренные для бетонирования стоек пазы должны быть открытыми не менее чем с двух сторон. Если стены комплексной конструкции из кирпича выполняются с железобетонными включениями по торцам простенков, продольная арматура должна быть надежно соединена хомутами, уложенными в горизонтальных швах кладки. Бетон включений должен быть не ниже класса В12,5, кладка должна выполняться на растворе марки не ниже 50, а количество продольной арматуры не должно превышать 0,8% площади сечения бетона простенков.
Примечание — Несущая способность железобетонных включений, расположенных по торцам простенков, учитываемая при расчете на сейсмическое воздействие, не должна учитываться при расчете сечений на основное сочетание нагрузок.
6.14.15 В зданиях с несущими стенами, первые этажи которых используются под магазины и другие помещения, требующие большой свободной площади, в первых этажах следует применять железобетонные или стальные несущие конструкции.
6.14.16 Перемычки должны устраиваться, как правило, на всю толщину стены и заделываться в кладку на глубину не менее 350 мм. При ширине проема до 1,5 м заделка перемычек допускается на глубину 250 мм.
6.14.17 Балки лестничных площадок следует заделывать в кладку на глубину не менее 250 мм и заанкеривать.
Необходимо предусматривать крепления ступеней, косоуров, сборных маршей, связь лестничных площадок с перекрытиями. Устройство консольных ступеней, заделанных в кладку, не допускается. Дверные и оконные проемы в каменных стенах лестничных клеток при расчетной сейсмичности 8 — 9 баллов должны иметь, как правило, железобетонное обрамление.
6.14.18 В зданиях высотой три этажа с несущими стенами из кирпича или каменной кладки при расчетной сейсмичности 9 баллов выходы из лестничных клеток следует устраивать по обе стороны здания.
6.15 Деревянные здания
6.15.1 Деревянные здания в сейсмических районах допускается проектировать каркасными, панельными, брусчатыми и бревенчатыми (СП 64.13330).
Источник
ПРОЧНОСТЬ
Каменная кладка хорошо сопротивляется сжатию и относительно плохо — растяжению. Сопротивление кладки растяжению зависит от сцепления раствора с камнем, которое определяется рядом факторов и колеблется в широких пределах. Проектная прочность сцепления может быть обеспечена только при условии соблюдения ряда специальных производственных мероприятий. Поэтому каменные стены и столбы проектируют таким образом, чтобы эксцентрицитет не превышал 0,45h, где h высота сечения; при этом в расчете не учитывают сопротивление кладки растяжению, и внутреннее продольное усилие уравновешивается напряжениями одной лишь сжатой зоны.
Вследствие местных неровностей и неодинаковой плотности раствора в швах при сжатии кладки камни испытывают, кроме напряжений сжатия, также напряжения изгиба и среза. Если модуль упругости камня больше, чем раствора, то в поперечном направлении в камне возникают напряжения растяжения, а в растворе — сжатия. Вертикальные швы кладки вследствие слабого сцепления раствора с камнем могут рассматриваться как узкие вертикальные щели, у концов которых возникает концентрация напряжений. Таким образом, при сжатии кладки ее элементы находятся в весьма сложном напряженном состоянии, что является причиной значительной разницы между прочностью кладки и составляющих ее камня и раствора. Например, прочность кирпичной кладки на самом прочном растворе составляет обычно лишь 35-40% прочности кирпича. Наибольшее влияние на прочность кладки имеют:
а) прочность камня; увеличение предела прочности камня при сжатии в 2 раза повышает прочность кладки в 1,6-1,8 раза; прочность кирпичной кладки, кроме того, зависит в очень большой степени от сопротивления кирпича изгибу и срезу;
б) размеры камня; чем больше высота камня, тем больше момент сопротивления его сечения и, следовательно, тем меньше влияние сопротивления камня изгибу и срезу; с увеличением высоты камня прочность кладки, при прочих равных условиях, существенно повышается (рис. 1);
Рисунок 1. Зависимость между пределом прочности кладки R0 и раствора R2 (прочность камня R1=100 кГ/см2): 1 — кирпичная кладка; 2 — кладка из сплошных бетонных камней; 3 — кладка из пустотелых бетонных камней; 4 — кладка из крупных блоков из тяжелого бетона: 5 — то же, из легкого бетона; 6 — кладка из рваного бута
в) форма камня; в кладке из камней неправильной формы при сжатии очень велики местные концентрации напряжений и, кроме того, уменьшается сопротивление кладки сдвигу по плохо перевязанным сечениям; поэтому, например, кладка из рваного бутового камня высокой прочности даже на прочном растворе имеет предел прочности, равный лишь 2-6% прочности камня;
г) наличие пустот в камне; кладка из пустотелых камней, как правило, слабее кладки из сплошных камней при одинаковой прочности камня вследствие неравномерного распределения напряжений в кладке; степень этого уменьшения прочности зависит от формы и расположения пустот в кладке и для кладки из оптимальных типов пустотелых камней может быть минимальной;
д) прочность раствора (см. рис. 1); ее влияние значительно и тем больше, чем меньше высота камня; увеличение прочности раствора с 4 до 100 кГ/см2 повышает прочность обычной кирпичной кладки в 1,8-2 раза; имеет существенное значение также плотность раствора; применение пористых, сильносжимаемых растворов (например, на легких заполнителях) понижает прочность кладки на 10-30%;
е) качество кладки; неровная поверхность и неодинаковая плотность раствора в горизонтальных швах, плохое заполнение швов и т. п. значительно уменьшают прочность кладки; если принять за 100% установленный нормами средний предел прочности ручной кирпичной кладки при обычном ее качестве, то при более низком качестве прочность кладки составляет всего лишь 80-85%, а при очень высоком – 150-160%; вибрирование кирпичной кладки значительно улучшает заполнение швов, что является одной из причин большого повышения прочности виброкирпичной кладки по сравнению с обычной; применение жестких, трудноукладываемых растворов ухудшает качество швов и понижает прочность кладки на 10-15%;
ж) перевязка кладки; имеет весьма существенное значение при внецентренном приложении нагрузок, при действии горизонтальных нагрузок (например, сейсмических), при зимних кладках, выложенных методом замораживания и пр.;
з) сцепление раствора с камнем; имеет решающее значение в случаях, когда кладка работает на растяжение или на изгиб.
Наиболее вероятные (ожидаемые) пределы прочности при сжатии кладки среднего качества приведены в табл. 1. Они вычислены по формуле Л. И. Онищика, которая связывает прочность кладки с прочностями камня и раствора.
Таблица 1. Пределы прочности при сжатии каменных кладок R0
Кладка | Марка камня | Значения R0 при прочности раствора в кГ/см2 | ||
100 | 50 | 25 | ||
Кирпичная на тяжелых растворах с добавлением извести или глины | 150 | 45 | 35 | 30 |
100 | 35 | 30 | 25 | |
75 | 30 | 25 | 22 | |
Из сплошных бетонных камней при высоте ряда кладки 200-300 мм | 100 | 45 | 40 | 35 |
75 | 37 | 32 | 29 | |
50 | 30 | 25 | 23 | |
Крупноблочная; блоки из тяжелого бетона | 150 | 77 | 77 | 74 |
100 | 54 | 54 | 51 | |
То же, из легкого бетона | 75 | 42 | 42 | 41 |
50 | 29 | 29 | 28 | |
Из рваного бута | 400 | 30 | 23 | 16 |
200 | 22 | 17 | 13 | |
Примечание. Пределы прочности бутовой кладки указаны для возраста 3 мес., для остальных кладок – на 28-й день. | ||||
Вибрированная кладка кирпичных панелей может иметь прочность в 1,7-2 раза более высокую, чем прочность обычной кладки из тех же материалов.
Влияние длительности приложения нагрузки на сопротивление кладки сжатию зависит от величины напряжений. Длительное сопротивление R0дл сжатию ориентировочно равно: для кирпичной кладки на растворах марок 50 и выше — 0,8 R0, марок 10 и 25 — 0,7 R0, для кладок на известковом растворе — 0,6 R0. При напряжениях σ< R0дл кладка может нести нагрузку неограниченное время. При напряжениях 0,2 R0<σ< R0дл прочность кладки с течением времени даже несколько повышается (на 5-15%) в результате ее уплотнения под нагрузкой.
Сцепление раствора с кладкой зависит от прочности и усадки раствора, скорости поглощения камнем воды, чистоты поверхности камня, температуры и влажности воздуха, при которых твердеет кладка, содержания примесей в камне и растворе. Различают нормальное (к плоскости контакта раствора и камня) и касательное сцепление.
Осевое растяжение и растяжение при изгибе возможно по неперевязанным сечениям, например по горизонтальному шву (рис. 2, а), и по перевязанным, например по ступенчатым или плоским вертикальным сечениям (рис. 2,б). Сопротивление растяжению по неперевязанному сечению зависит исключительно от величины нормального сцепления, а сопротивление по перевязанным сечениям — главным образом от величины касательного сцепления, а иногда, при малой прочности камня, от его сопротивления растяжению.
Рисунок 2. Растяжные кладки: а – неперевязанных сечений; б – перевязанных сечений; 1 – ступенчатое сечение; 2 – плоское сечение
При расчете каменных конструкций, работающих в обычных условиях, разрешается учитывать только растяжение по перевязанным сечениям (например, при расчете силосных башен); сопротивление кладки, но неперевязанным сечениям принимается в расчет только при действии сейсмических нагрузок.
Во всех случаях, когда прочность конструкции обеспечивается ее сопротивлением растяжению, должны приниматься специальные меры при производстве работ, обеспечивающие надежное сцепление.
В обычных условиях растяжение при изгибе по неперевязанным сечениям учитывается только при расчете на внецентренное сжатие при больших эксцентрицитетах; в этом случае расчет растянутой зоны, с учетом растяжения, является лишь условным методом ограничения раскрытия горизонтальных швов (трещин).
Поделитесь ссылкой в социальных сетях
Источник