В случае самостоятельного проектирования кирпичного дома возникает острая необходимость рассчитать, сможет ли выдержать кирпичная кладка те нагрузки, которые заложены в проекте. Особенно серьёзная ситуация складывается на участках кладки, ослабленных оконными и дверными проёмами. В случае большой нагрузки эти участки могут не выдержать и подвергнуться разрушению.
Точный расчет устойчивости простенка к сжатию вышележащими этажами достаточно сложен и определяется формулами, заложенными в нормативном документе СНиП-2-22-81 (далее ссылка – <1>). В инженерных расчетах прочности стены к сжатию учитывается множество факторов, включая конфигурацию стены, сопротивление сжатию, прочность данного типа материалов и многое другое. Однако приблизительно, «на глазок», можно прикинуть резистентность стены к сжатию, воспользовавшись ориентировочными таблицами, в которых прочность (в тоннах) увязана в зависимость от ширины стенки, а также марок кирпича и раствора. Таблица составлена для показателя высоты стены 2,8 м.
Таблица прочность кирпичной стенки, тонн (пример)
| Марки | Ширина участка, см | |||||||||||
| кирпич | раствор | 25 | 51 | 77 | 100 | 116 | 168 | 194 | 220 | 246 | 272 | 298 |
| 50 | 25 | 4 | 7 | 11 | 14 | 17 | 31 | 36 | 41 | 45 | 50 | 55 |
| 100 | 50 | 6 | 13 | 19 | 25 | 29 | 52 | 60 | 68 | 76 | 84 | 92 |
В случае, если значение ширины простенка находится в интервале между указанными, необходимо ориентироваться на минимальное число. Вместе с тем, следует помнить, что в таблицах учтены не все факторы, которые могут корректировать устойчивость, прочность конструкции и сопротивление кирпичной стенки к сжатию в достаточно широком диапазоне.
Содержание статьи
Виды нагрузки
По времени нагрузки бывают временные и постоянные.
Постоянные:
- вес элементов сооружений (вес ограждений, несущих и других конструкций);
- давление грунтов и горных пород;
- гидростатическое давление.
Временные:
- вес временных сооружений;
- нагрузки от стационарных систем и оборудования;
- давление в трубопроводах;
- нагрузки от складируемых изделий и материалов;
- климатические нагрузки (снеговые, гололёдные, ветровые и т.д.);
- и многие другие.
При анализе нагруженности конструкций обязательно следует учитывать суммарные эффекты. Ниже приведён пример подсчёта основных нагрузок на простенки первого этажа здания.
Нагруженность кирпичной кладки
Для учёта воздействующей на проектируемый участок стены силы нужно суммировать нагрузки:
- от парапета;
- подоконных участков;
- простеночных участков;
- надоконных участков, с учётом веса кирпичной стенки, строительного раствора и нанесённой
штукатурки; - нагрузку от покрытия и межэтажных перекрытий;
- вес кровли;
- а также временные нагрузки (снеговую, ветровую и т.д.).
В случае малоэтажного строительства задача сильно упрощается, и многими факторами временной нагрузки можно пренебречь, задавая определённый запас прочности на этапе проектирования.
Однако в случае строительства 3 и более этажных сооружений необходим тщательный анализ по специальным формулам, учитывающим сложение нагрузок от каждого этажа, угол приложения силы и многое другое. В отдельных случаях прочность простенка достигается армированием.
Пример расчёта нагрузок
Данный пример показывает анализ действующих нагрузок на простенки 1-го этажа. Здесь учтены только постоянно действующие нагрузка от различных конструкционных элементов здания, с учётом неравномерности веса конструкции и углом приложения сил.
Исходные данные для анализа:
- количество этажей – 4 этажа;
- толщина стены из кирпичей Т=64см (0,64 м);
- удельный вес кладки (кирпич, раствор, штукатурка) М=18 кН/м3 (показатель взят из справочных данных, табл. 19 <1>);
- ширина оконных проемов составляет: Ш1=1,5 м;
- высота оконных проемов — В1=3 м;
- сечение простенка 0,64*1,42 м (нагружаемая площадь, куда приложен вес вышележащих конструктивных элементов);
- высота этажа Вэт=4,2 м (4200 мм):
- давление распределено под углом 45 градусов.
- Пример определения нагрузки от стены (слой штукатурки 2 см)
Нст=([4Вэт+0,5(Вэт-В1)]3-4Ш1В1)(h+0,02)Мyf = ([4,2*4+0,5*(4,2-3)]*3-4*3*1,5)* (0,02+0,64) *1,1 *18=0, 447МН.
- Нагрузка от кровли и трёх перекрытий
Ширина нагруженной площади П=Вэт*В1/2-Ш/2=3*4,2/2,0-0,64/2,0=6 м
Нп =(30+3*215)*6 = 4,072МН
в том числе длительная нагрузка на проектируемый участок
Нд=(30+1,26+215*3)*6 = 4,094МН
- Нагрузка от перекрытий 2-го этажа
Н2=215*6 = 1,290МН,
в том числе Н2l=(1,26+215*3)*6= 3,878МН
- Собственный вес простенков
Нпр=(0,02+0,64)*(1,42+0,08)*3*1,1*18= 0,0588 МН
Общая нагрузка будет результатом сочетания указанных нагрузок на простенки здания, для её подсчета выполняется суммирование нагрузок от стенки, от перекрытий 2второго этажа и веса проектируемого участка).
Схема анализа нагрузки и прочности конструкции
Для подсчета простенка кирпичной стенки потребуются:
- протяжённость этажа (она же высота участка) (Вэт);
- число этажей (Чэт);
- толщина стены (Т);
- ширина кирпичной стены (Ш);
- параметры кладки (тип кирпича, марка кирпича, марка раствора);
- нагрузка (Н)
- Площадь простенка (П)
П=Т*Ш
- По таблице 15 <1> необходимо определить коэффициент а (характеристика упругости). Коэффициент зависит от типа, марки кирпича и раствора.
- Показатель гибкости (Г)
Г =Вэт/Т
- В зависимости от показателей а и Г, по таблице 18 <1> нужно посмотреть коэффициент изгиба ф.
- Нахождение высоты сжатой части
Всж=Т-2е0,
где е0 – показатель экстренсиситета.
- Нахождение площади сжатой части сечения
Псж = П*(1-2 е0/Т)
- Определение гибкости сжатой части простенка
Гсж=Вэт/Всж
- Определение по табл. 18 <1> коэффициент фсж, исходя из Гсж и коэффициента а.
- Расчет усредненного коэффициента фср
Фср=(ф+фсж)/2
- Определение коэффициента ω (таблица 19 <1>)
ω =1+э/Т<1,45
- Расчет силы, воздействующей на сечение
- Определение устойчивости
У=Кдв*фср*R*Псж* ω
Где
Кдв – коэффициент длительного воздействия
R – сопротивление кладки сжатию, можно определить по таблице 2 <1>, в МПа
- Сверка
У>=Н
Пример расчета прочности кладки
— Вэт — 3,3 м
— Чэт — 2
— Т — 640 мм
— Ш — 1300 мм
— параметры кладки (глиняный кирпич, изготовленный методом пластического прессования, цементно-песчаный раствор, марка кирпича — 100, марка раствора — 50)
— нагрузка (Н) – 1000 кН
- Площадь (П)
П=0,64*1,3=0,832
- По таблице 15 <1> определяем коэффициент а.
а=1000
- Гибкость (Г)
Г =3,3/0,64=5,156
- Коэффициент изгиба (таблица 18 <1>).
Ф=0,98
- Высота сжатой части
Всж=0,64-2*0,045=0,55 м
- Площадь сжатой части сечения
Псж = 0,832*(1-2*0,045/0,64)=0,715
- Гибкость сжатой части
Гсж=3,3/0,55=6
- фсж=0,96
- Расчет фср
Фср=(0,98+0,96)/2=0,97
- По табл. 19 <1>
ω =1+0,045/0,64=1,07<1,45
Расчет силы, воздействующей на сечение
Для определения действующей нагрузки необходим расчет веса всех элементов конструкции, оказывающих воздействие на проектируемый участок здания.
Н=1000кН
- Определение устойчивости
У=1*0,97*1,5*0,715*1,07=1,113 МН
- Сверка
У>=Н
1,113>=1
Условие выполнено, прочность кладки и прочность её элементов достаточна
Недостаточное сопротивление простенка
Что делать, если расчетное сопротивление простенков давлению недостаточно? В этом случае необходимо укрепление стенки при помощи армирования. Ниже приведён пример анализа необходимой модернизации конструкции при недостаточном сопротивлении сжатию.
Для удобства можно воспользоваться табличными данными.
В нижней строке представлены показатели для стенки, армированной проволочной сеткой диаметра 3 мм, с ячейкой 3 см, класса В1. Армирование каждого третьего ряда.
| Марка | Ширина, см | |||||||||||||
| кирпич | раствор | 25 | 51 | 77 | 100 | 116 | 142 | 168 | 194 | 220 | 246 | 272 | 298 | |
| Простая кладка | 100 | 50 | 6 | 13 | 19 | 25 | 29 | 44 | 52 | 60 | 68 | 76 | 84 | 92 |
| Армированная кладка | 100 | 50 | 11 | 23 | 34 | 44 | 51 | 79 | 92 | 107 | 122 | 136 | 151 | 165 |
Прирост прочности составляет около 40 %. Обычно данное сопротивление сжатию оказывается достаточным. Лучше сделать подробный анализ, подсчитав изменение прочностных характеристик в соответствии с применяемым способом усиления конструкции.
Ниже приведён пример подобного вычисления
Пример расчета усиления простенков
Исходные данные – см. предыдущий пример.
- высота этажа — 3,3 м;
- толщина стены– 0,640 м;
- ширина кладки 1,300 м;
- типовые характеристики кладки (тип кирпичей – глиняные кирпичи, изготовленные методом прессования, тип раствора – цементный с песком, марка кирпичей — 100, раствора — 50)
Нагрузка пусть будет равной Н
В этом случае условие У>=Н не выполняется (1,113<1,5).
Требуется увеличить сопротивление сжатию и прочность конструкции.
Коэффициент усиления
k=У1/У=1,5/1,113=1,348,
т.е. надо увеличить прочность конструкции на 34,8%.
Усиление железобетонной обоймой
Усиление производится обоймой из бетона В15 толщиной 0,060 м. Вертикальные стержни 0,340 м2, хомуты 0,0283 м2 с шагом 0,150 м.
Размеры сечения усиленной конструкции:
Ш_1=1300+2*60=1,42
Т_1=640+2*60=0,76
При таких показателях условие У>=Н выполняется. Сопротивление сжатию и прочность конструкции достаточны.
Похожие статьи
