Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Крыша — верхняя ограждающая конструкция здания, выполняющая
Кровля — верхний элемент крыши (покрытие), предохраняющий здания от всех видов атмосферных воздействий.
Требования к крышам:
Факторы, влияющие на форму и конструкции крыши:
Виды скатных крыш: (скатная крыша – крыша, имеющая уклон более 10%)
Схемы стропил:
1 - коньковый прогон; 2 - стропила; 3 - нарожники; 4 - подкосы под прогон; 5 - кобылки; 6 - накосная стропильная нога; 7 - стропило вальмы
(материал - СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений)
1. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
5.3 Строительные материалы характеризуются только пожарной опасностью.
Пожарная опасность строительных материалов определяется следующими пожарно-техническими характеристиками: горючестью, воспламеняемостью, распространением пламени по поверхности, дымообразующей способностью и токсичностью.
5.4 Строительные материалы подразделяются на негорючие (НГ) и горючие (Г). Горючие строительные материалы подразделяются на четыре группы:
Г1 (слабогорючие);
Г2 (умеренногорючие);
Г3 (нормальногорючие);
Г4 (сильногорючие).
Горючесть и группы строительных материалов по горючести устанавливают по ГОСТ 30244.
Для негорючих строительных материалов другие показатели пожарной опасности не определяются и не нормируются.
5.5 Горючие строительные материалы по воспламеняемости подразделяются на три группы:
В1 (трудновоспламеняемые);
В2 (умеренновоспламеняемые);
В3 (легковоспламеняемые).
Группы строительных материалов по воспламеняемости устанавливают по ГОСТ 30402.
5.6 Горючие строительные материалы по распространению пламени по поверхности подразделяются на четыре группы:
РП1 (нераспространяющие);
РП2 (слабораспространяющие);
РП3 (умереннораспространяющие);
РП4 (сильнораспространяющие).
Группы строительных материалов по распространению пламени устанавливают для поверхностных слоев кровли и полов, в том числе ковровых покрытий, по ГОСТ 30444 (ГОСТ Р 51032-97).
Для других строительных материалов группа распространения пламени по поверхности не определяется и не нормируется.
5.7 Горючие строительные материалы по дымообразующей способности подразделяются на три группы:
Д1 (с малой дымообразующей способностью);
Д2 (с умеренной дымообразующей способностью);
Д3 (с высокой дымообразующей способностью).
Группы строительных материалов по дымообразующей способности устанавливают по 2.14.2 и 4.18 ГОСТ 12.1.044.
5.8 Горючие строительные материалы по токсичности продуктов горения подразделяются на четыре группы:
Т1 (малоопасные);
Т2 (умеренноопасные);
Т3 (высокоопасные);
Т4 (чрезвычайно опасные).
Группы строительных материалов по токсичности продуктов горения устанавливают по 2.16.2 и 4.20 ГОСТ 12.1.044.
2. СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
5.9 Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.
Показателем огнестойкости является предел огнестойкости, пожарную опасность конструкции характеризует класс ее пожарной опасности.
5.10 Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции, признаков предельных состояний:
- потери несущей способности (R);
- потери целостности (Е);
- потери теплоизолирующей способности (I).
Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247. При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).
5.11 По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на четыре класса:
- К0 (непожароопасные);
- К1 (малопожароопасные);
- К2 (умереннопожароопасные);
- К3 (пожароопасные).
Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливают по ГОСТ 30403.
ПРОТИВОПОЖАРНЫЕ ПРЕГРАДЫ
5.12 Противопожарные преграды предназначены для предотвращения распространения пожара и продуктов горения из помещения или пожарного отсека с очагом пожара в другие помещения.
К противопожарным преградам относятся противопожарные стены, перегородки и перекрытия.
5.13 Противопожарные преграды характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.
3. ЗДАНИЯ, ПОЖАРНЫЕ ОТСЕКИ, ПОМЕЩЕНИЯ
5.17 Здания, а также части зданий, выделенные противопожарными стенами, - пожарные отсеки (далее - здания) - подразделяются по степеням огнестойкости, классам конструктивной и функциональной пожарной опасности. Для выделения пожарных отсеков применяются противопожарные стены 1-го типа.
Степень огнестойкости здания определяется огнестойкостью его строительных конструкций.
Класс конструктивной пожарной опасности здания определяется степенью участия строительных конструкций в развитии пожара и образовании его опасных факторов.
Класс функциональной пожарной опасности здания и его частей определяется их назначением и особенностями размещаемых в них технологических процессов.
5.18* Здания и пожарные отсеки подразделяются по степеням огнестойкости на классы: I, II, III, IV и V.
|
Степень огнестойкости здания |
Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее |
||||||
|
Несущие элементы здания |
Наружные ненесущие стены |
Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами) |
Элементы бесчердачных покрытий |
Лестничные клетки |
|||
|
Настилы (в том числе с утеплителем) |
Фермы, балки, прогоны |
Внутренние стены |
Марши и площадки лестниц |
||||
|
I |
R 120 |
Е 30 |
REI 60 |
RE 30 |
R 30 |
REI 120 |
R 60 |
|
II |
R 90 |
Е 15 |
REI 45 |
RE 15 |
R 15 |
REI 90 |
R 60 |
|
III |
R 45 |
Е 15 |
REI 45 |
RE 15 |
R 15 |
REI 60 |
R 45 |
|
IV |
R 15 |
Е 15 |
REI 15 |
RE 15 |
R 15 |
REI 45 |
R 15 |
|
V |
Не нормируется |
5.19 Здания и пожарные отсеки по конструктивной пожарной опасности подразделяются на классы:
|
Класс конструктивной пожарной опасности здания |
Класс пожарной опасности строительных конструкций, не ниже |
||||
|
Несущие стержневые элементы (колонны, ригели, фермы и др.) |
Стены наружные с внешней стороны |
Стены, перегородки, перекрытия и бесчердачные покрытия |
Стены лестничных клеток и противопожарные преграды |
Марши и площадки лестниц в лестничных клетках |
|
|
С0 |
К0 |
К0 |
К0 |
К0 |
К0 |
|
С1 |
К1 |
К2 |
К1 |
К0 |
К0 |
|
С2 |
К3 |
КЗ |
К2 |
К1 |
К1 |
|
С3 |
Не нормируется |
К1 |
К3 |
5.20* При внедрении в практику строительства конструкций или конструктивных систем, для которых не может быть установлен предел огнестойкости или которые не могут быть отнесены к определенному классу пожарной опасности на основании стандартных огневых испытаний или расчетным путем, следует проводить огневые испытания натурных фрагментов зданий с учетом требований НПБ 233.
5.21* Здания и части зданий - помещения или группы помещений, функционально связанных между собой, по функциональной пожарной опасности подразделяются на классы в зависимости от способа их использования и от того, в какой мере безопасность людей в них в случае возникновения пожара находится под угрозой, с учетом их возраста, физического состояния, возможности пребывания в состоянии сна, вида основного функционального контингента и его количества:
Ф1 Для постоянного проживания и временного (в том числе круглосуточного) пребывания людей (помещения в этих зданиях, как правило, используются круглосуточно, контингент людей в них может иметь различный возраст и физическое состояние, для этих зданий характерно наличие спальных помещений):
Ф1.1 Детские дошкольные учреждения, специализированные дома престарелых и инвалидов (неквартирные), больницы, спальные корпуса школ-интернатов и детских учреждений;
Ф1.2 Гостиницы, общежития, спальные корпуса санаториев и домов отдыха общего типа, кемпингов, мотелей и пансионатов;
Ф1.3 Многоквартирные жилые дома;
Ф1.4 Одноквартирные, в том числе блокированные жилые дома;
Ф2 Зрелищные и культурно-просветительные учреждения (основные помещения в этих зданиях характерны массовым пребыванием посетителей в определенные периоды времени):
Ф2.1 Театры, кинотеатры, концертные залы, клубы, цирки, спортивные сооружения с трибунами, библиотеки и другие учреждения с расчетным числом посадочных мест для посетителей в закрытых помещениях;
Ф2.2 Музеи, выставки, танцевальные залы и другие подобные учреждения в закрытых помещениях;
Ф2.3 Учреждения, указанные в Ф2.1, на открытом воздухе;
Ф2.4 Учреждения, указанные в Ф2.2, на открытом воздухе;
Ф3 Предприятия по обслуживанию населения (помещения этих предприятий характерны большей численностью посетителей, чем обслуживающего персонала):
Ф3.1 Предприятия торговли;
Ф3.2 Предприятия общественного питания;
Ф3.3 Вокзалы;
Ф3.4 Поликлиники и амбулатории;
Ф3.5 Помещения для посетителей предприятий бытового и коммунального обслуживания (почт, сберегательных касс, транспортных агентств, юридических консультаций, нотариальных контор, прачечных, ателье по пошиву и ремонту обуви и одежды, химической чистки, парикмахерских и других подобных, в том числе ритуальных и культовых учреждений) с нерасчетным числом посадочных мест для посетителей;
Ф3.6 Физкультурно-оздоровительные комплексы и спортивно-тренировочные учреждения без трибун для зрителей, бытовые помещения, бани;
Ф4 Учебные заведения, научные и проектные организации, учреждения управления (помещения в этих зданиях используются в течение суток некоторое время, в них находится, как правило, постоянный, привыкший к местным условиям контингент людей определенного возраста и физического состояния):
Ф4.1 Школы, внешкольные учебные заведения, средние специальные учебные заведения, профессионально-технические училища;
Ф4.2 Высшие учебные заведения, учреждения повышения квалификации;
Ф4.3 Учреждения органов управления, проектно-конструкторские организации, информационные и редакционно-издательские организации, научно-исследовательские организации, банки, конторы, офисы;
Ф4.4 Пожарные депо;
Ф5 Производственные и складские здания, сооружения и помещения (для помещений этого класса характерно наличие постоянного контингента работающих, в том числе круглосуточно):
Ф5.1 Производственные здания и сооружения, производственные и лабораторные помещения, мастерские;
Ф5.2 Складские здания и сооружения, стоянки для автомобилей без технического обслуживания и ремонта, книгохранилища, архивы, складские помещения;
Ф5.3 Сельскохозяйственные здания.
Производственные и складские здания и помещения по взрывопожарной и пожарной опасности в зависимости от количества и пожаро-взрывоопасных свойств находящихся (обращающихся) в них веществ и материалов с учетом особенностей технологических процессов размещаемых в них производств подразделяются на категории согласно НПБ 105.
Производственные и складские помещения, в том числе лаборатории и мастерские в зданиях классов Ф1, Ф2, Ф3 и Ф4, относятся к классу Ф5.
Колоннами называют элементы конструктивных комплексов, передающие нагрузку от вышележащих конструкций на фундаменты и работающие при этом на сжатие. В их состав входят оголовок, стержень, база. Оголовок воспринимает нагрузку от вышележащих конструкций и распределяет ее по сечению стержня. Стержень передает нагрузку на базу. База распределяет нагрузку на необходимую площадь фундамента и позволяет прикрепить колонну к нему (рис. 11.1).
Колонны классифицируют:
1. По способу закрепления:
2. По сечению:
3. По количеству ветвей:
- связь между отдельными частями по всей длине (со сплошной стенкой)
- связь между отдельными частями в отдельных точках (сквозные) (с использованием раскосной или безраскосной решеток). Сквозные сечения позволяют при небольшой площади иметь большие его габариты и значительные радиусы инерции. Жесткость связей в отдельных точках меньше, чем сплошной связи.
Соединение частей центрально-сжатых колонн в единое целое может выполняться на сварке и болтах. При изготовлении монтажных элементов (колонн) применяется сварка, в монтажных стыках и при укрупнительной сборке – болты.
Монтажные стыки металлических колонн производственных зданий
Стыки колонн бывают заводские и монтажные. Заводские стыки устраиваются из-за ограниченности длины прокатных профилей. Монтажные стыки устраиваются из-за ограниченных транспортных возможностей (9 — 13 м при перевозке на одной платформе и 19 — 27 мм при перевозке на сцепе).
Заводские стыки элементов обычно располагают вразбежку, не концентрируя их в одном месте, поскольку соединение отдельных элементов можно произвести до общей сборки стержня.
Основным условием образования прочного стыка является обеспечение передачи усилия с одного элемента на другой. При сварке встык это обеспечивается соответствующей длиной сварных швов, а при стыковании накладками, кроме необходимой длины сварных швов, также и соответствующей площадью сечения накладок, которая должна быть не меньше площади сечения основных стыкуемых элементов.
Простейшим является прямой стык со сваркой встык. Осуществление такого стыка возможно во всех случаях, поскольку во внецентренно сжатых колоннах всегда можно найти сечение с пониженными растягивающими напряжениями.
Монтажные стыки колонн располагают в местах, удобных для монтажа конструкций. Для колонн переменного сечения таким местом является уступ на уровне опирания подкрановых балок, где меняется сечение колонны.
На рисунке показаны типы стыков верхней и нижней частей сплошной колонны: верхний - заводской и нижний - монтажный.
Прикрепление надкрановой частя колонны к сквозной подкрановой (на рисунке показано прикрепление верхней части колонны к нижней сквозной при помощи двухстенчатой и одностенчатой траверсы)
Длина швов (lш на фигуре выше), необходимая для прикрепления внутреннего пояса верхней части колонны, определяется из того условия, чтобы действующие в верхней части колонны в месте прикрепления ее к нижней части момент М и продольная сила N воспринимались сварными швами, прикрепляющими пояса верхней части колонны; при этом швы, прикрепляющие стенку, обычно не учитываются.
Усилие в поясе, равное передается через четыре шва, присоединяющих деталь 1 к стенке нижней части колонны. Деталь 1 имеет прорезь, которая позволяет насадить ее на стенку нижней части колонны (прорезь делают на 2 — 3 мм больше толщины листа). В случае монтажного стыка эту деталь делают отдельно от поясного листа, приваривая ее к нижней части колонны.
В колоннах с нижней решетчатой частью верхняя часть прикрепляется при помощи детали, называемой траверсой. Траверса работает на изгиб как балка на двух опорах и должна быть проверена на прочность; эпюра моментов в траверсе показана на фигуре. Прикрепление траверсы к ветвям колонны осуществляется сплошными швами и рассчитывается на опорную реакцию траверсы. Для обеспечения общей жесткости узла сопряжения верхней и нижней частей колонны ставятся горизонтальные диафрагмы или ребра жесткости.
Монтажный стык колонн сплошного сечения: Монтажный стык колонн сплошного сечения, передающий преимущественно сжимающие усилия, может быть осуществлен с помощью фрезерованных торцов. Такой тип стыка применен на московских высотных зданиях.
В случае передачи колонной также и момента возможен показанный на фигуре б сварной стык, не требующий фрезеровки торцов. Устройство здесь прямого сварного стыка возможно при условии обеспечения равнопрочности сварного и основного металла.
Обычно предполагается, что в колоннах, работающих преимущественно на сжатие, все же возможно появление растяжения на любом крае сечения. Поэтому в стыках требуется обеспечить восприятие условной растягивающей силы, которая обычно принимается равной 15% от расчетной нормальной сжимающей силы (конечно, если нет реальных сил растяжения, превышающих эту величину).
Опирание подкрановых балок на консоль
Опирание подкрановых балок на колонны постоянного сечения (в легких цехах) осуществляется путем устройства консоли из сварного двутавра (из листов) или из двух швеллеров.
Консоль рассчитывается на момент от давления двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках: М = Ре, где е — расстояние от оси подкрановой балки до ветви колонны.
Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М и перерезывающей силы Р.
Швы, прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакцию S, найденную как в одноконсольной балке:
От момента загружения кладки до ее разрушения различают четыре стадии напряженного состояния.
В первой стадии трещины в кладке отсутствуют. При переходе во вторую стадию появляются небольшие трещины в кирпичах над и под вертикальными швами кладки, которые являются концентраторами напряжени
Величина нагрузки, при которой появляются трещины, зависит от прочности кирпича, системы перевязки кладки и деформативных свойств раствора.
При оценке запасов прочности поврежденной кладки должно учитываться повышение ее хрупкости с увеличением возраста кладки и с применением малодеформируемых цементных растворов. При большом возрасте кладки, выполненной на цементном растворе, резервы ее прочности снижаются и составляют всего 40…20 % от разрушающей нагрузки.
Во второй стадии трещины не растут без повышения нагрузки. Далее, при увеличении нагрузки, наступает третья стадия. Трещины пересекают несколько рядов кладки, разбивая ее на отдельные столбики шириной в половину кирпича. При этом разрушение может произойти без увеличения нагрузки.
Концом третьей стадии является стадия разрушения, когда отдельные кирпичные столбики, на которые расслоилась кладка, теряют устойчивость.
При испытаниях каменных материалов и растворов в соответствии с государственными стандартами получаемые результаты принимаются как среднеэкспериментальные величины и называются средними пределами прочности.
Для расчетной оценки предела прочности кладки при центральном сжатии были предложены эмпирические формулы. Результаты, наиболее соответствующие экспериментам, показала формула Л.И. Онищика для определения среднего значения предела прочности каменной кладки , МПа, из кирпича, обыкновенных камней, кирпичных блоков и бута на растворе марки М10 и выше:
, (1)
где – средняя прочность камня; – средняя прочность раствора;
– конструктивный коэффициент, ; и – коэффициенты, зависящие от вида камня; и – эмпирические коэффициенты, зависящие от материала и высоты элементов кладки (кирпич, камень, бетонные блоки, рваный бутовый камень) ; – коэффициент, зависящий от прочности раствора, при при.
Как видно из формулы (1), при увеличении прочности раствора прочность кладки не превышает прочности камня :
Отсюда следует, что применение кладочных растворов высоких марок при экономически невыгодно.
Зная предел прочности кладки , можно найти расчетное сопротивление кладки , принимая коэффициент безопасности :
Прочность кладки при растяжении и срезе значительно ниже прочности на сжатие и зависит от сцепления раствора с камнем в горизонтальных швах. Раствор вертикальных швов мало влияет на прочность кладки, и в расчетах это влияние не учитывают.
|
Различают нормальное и касательное сцепление раствора швов с камнем (рис. 2). При нормальном сцеплении сила N действует перпендикулярно плоскости шва (вертикально), а при касательном сцеплении сила направлена параллельно плоскости шва (горизонтально). |
Рис. 2. Сцепление раствора швов с камнем: а) нормальное, ; б) касательное, |
Прочность нормального и касательного сцепления зависит в основном от марки раствора. Оказывает влияние шероховатость поверхности камня, его пористость и влажность, а также подвижность раствора.
Например, силикатный кирпич, имея гладкую поверхность граней, обладает низким сцеплением с раствором в кладке по сравнению с обжиговым керамическим. Поэтому строительными нормами ограничивается его применение в сейсмостойком строительстве.
Прочность при нормальном и касательном сцеплении, МПа,
определяется по формулам, соответственно:
где – прочность раствора.
Если растягивающее усилие направлено вертикально, кладка разрушается по неперевязанному сечению, а если усилие действует горизонтально, разрушение происходит по перевязанному сечению: по зигзагообразной трещине через швы кладки или по вертикальной трещине с разрывом кирпичей (рис. 3). В соответствии с этим различают три вида прочности кладки при растяжении:
|
Рис. 3. Разрушение: а) по неперевязанному сечению; б) по перевязанному сечению; сечение 1-1 – разрушение по швам кладки; сечение 2-2 – разрушение с разрывом кирпичей |
1) по неперевязанному сечению 2) перевязанному сечению (сечение 1-1, рис. 3)
3) перевязанному сечению (сечение 2-2, рис. 3) , |
Для расчета по перевязанному сечению принимают наименьшее значение или . Прочность относят при расчете к единице площади горизонтального сечения, а и – к единице площади вертикального сечения кладки.
|
Рис. 4. Сопротивление: а) по неперевязанному сечению; б) по перевязанному сечению |
Сопротивление кладки при изгибе по нормальным сечениям различается по неперевязанным и перевязанным сечениям (рис. 4). Сопротивление кладки растяжению при изгибе по неперевязанному сечению Сопротивление кладки растяжению по перевязанному сечению Кладка при действии горизонтальной силы может быть срезана по неперевязанному шву. При этом прочность составляет . |
Строительные нормы приводят в табличной форме расчетные сопротивления кладки по неперевязанным и перевязанным сечениям в зависимости от вида напряженного состояния кладки и от марки раствора
Основные положения проектирования каменных конструкций по расчетным предельным состояниям
Каменные конструкции рассчитываются по двум расчетным предельным состояниям: I – по несущей способности (прочность и устойчивость),
II – по пригодности к нормальным условиям эксплуатации (деформации, перемещения и трещиностойкость).
Строительные нормы устанавливают величины нормативных нагрузок, которые соответствуют нормальным условиям эксплуатации [4].
Отклонение нормативных нагрузок в большую или меньшую сторону учитывается коэффициентами надежности по нагрузке .
Расчетные нагрузки принимаются равными произведению нормативных на коэффициенты и, как правило, превышают величины нормативных нагрузок, а соответствующие им расчетные усилия являются максимально вероятными.
Нагрузки, в зависимости от продолжительности их действия, делятся на длительные и кратковременные [4].
К постоянным нагрузкам относится вес частей здания, перекрытий, перегородок, стен.
К длительным нагрузкам относятся: вес временных перегородок, вес стационарного оборудования, нагрузки на перекрытия от складируемых материалов в складах, холодильниках, книгохранилищах; нагрузки от людей на перекрытиях с понижающими значениями [4, табл. 3]; снеговые нагрузки с учетом понижающих коэффициентов [4, п. 1.7].
К кратковременным нагрузкам относятся: нагрузки от людей на перекрытиях зданий с полными нормативными значениями, нагрузки от подъемно-транспортного оборудования, снеговые нагрузки с полным нормативным значением, ветровые нагрузки.
К особым нагрузкам относят сейсмические и взрывные воздействия и аварийные.
Расчет каменных конструкций следует выполнять с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок или соответствующих им усилий. Различают два основных и одно особое сочетания нагрузок.
В первое основное сочетание входят постоянные и одна временная нагрузка с коэффициентом сочетаний .
Во второе основное сочетание кроме постоянных входят не менее двух временных нагрузок, которые умножаются на коэффициенты, равные для длительных нагрузок , для кратковременных –
В особое сочетание нагрузок включаются постоянные, временные нагрузки и одна из особых. При этом для длительных коэффициент сочетаний принимается равным для кратковременных –
При расчете конструкций следует учитывать коэффициенты надежности , принимаемые согласно Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений, которые, как правило, вводятся множителями на величины нагрузок.
Расчет усилий , возникающих в элементах конструкции от внешней нагрузки, производится в предположении упругой работы кладки.
Расчет несущей способности выполняется с учетом неупругих свойств кладки и с учетом образования трещин на действие расчетных нагрузок.
В расчетах каменных конструкций возможное снижение прочности, связанное с естественным разбросом механических свойств, учитывается коэффициентом безопасности К. Для всех видов кладок, работающих на сжатие, К = 2, за исключением кладки из блоков ячеистого бетона, для которой К = 2.25. Расчетное сопротивление принимается равным
Факторы, которые отражают особенности формы и размеров сечений, а также материала конструкций, особенности зимней кладки, влияние срока набора прочности и другие, учитываются коэффициентами условий работы Например, при расчете столбов и простенков площадью сечения 0.3 м2 и менее множителем к расчетному сопротивлению вводится , а при расчете кладки из крупных блоков и камней
Коэффициенты условий работы могут учитываться одновременно и независимо друг от друга.
Итак, расчетная прочность кладки равна произведению среднего (ожидаемого) предела прочности на коэффициенты , деленному на коэффициент безопасности :
Расчетные сопротивления арматуры Rs, принимаемые в соответствии с главой СниП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций следует умножать в зависимости от вида армирования конструкций на коэффициенты условий работы , приведенные в [1, табл. 13].
По величинам расчетной прочности кладки, расчетных сопротивлений арматуры, геометрических характеристик сечения, гибкости и другим параметрам определяется минимальная расчетная несущая способность каменной конструкции.
Поэтому смысл расчета по первому предельному состоянию заключается в том, что максимально вероятное усилие в конструкции не должно превышать минимально вероятной несущей способности.
Расчет по деформациям выполняется на действие нормативных нагрузок, например при расчете армокаменных перекрытий для проверки их прогиба или при проверке горизонтальных перемещений самонесущей стены каркасного здания с целью ограничения деформаций, при которых в кладке стены могут возникнуть недопустимые трещины.
Расчеты по образованию и раскрытию трещин выполняются для каменных конструкций, в которых по условиям эксплуатации образование трещин недопустимо или их раскрытие должно быть ограничено. Например, при расчете неармированной кладки при больших эксцентриситетах продольной силы необходимо ограничить ширину раскрытия трещины в горизонтальных швах кладки. Несмотря на то, что прочность кладки при этом определяется сжатой зоной, допущение превышения расчетного сопротивления на растяжение по неперевязанному сечению может привести к значительному раскрытию трещин, опасных по причине развития больших поперечных деформаций, и возможности размораживания кладки по наружной поверхности стен.
Расчет на раскрытие трещин внецентренно сжатых конструкций выполняется на действие расчетных нагрузок.
4. РАСЧЕТ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ЦЕНТРАЛЬНОЕ СЖАТИЕ
К центрально сжатым относятся внутренние столбы и простенки каменных зданий.
Расчет выполняется по формуле [1, (10)]
где – усилие от расчетных нагрузок; – расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое в зависимости от вида кладки, марки камня и раствора по [1, табл. 2–9]; – площадь сечения элемента; – коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости и упругой характеристики кладки ; – коэффициент, учитывающий влияние на прочность длительного действия нагрузки,
где и – усилия от длительной и полной нагрузки соответственно;
– коэффициент, зависящий от гибкости сжатого элемента и вида кладки, определяемый по [1, табл. 20]. При высоте сечения элемента см или радиусе инерции сечения см коэффициент .
Рассмотрим вывод формулы коэффициента продольного изгиба.
Для упругих материалов известно, что напряжения в момент потери устойчивости конструкции (критические напряжения) не достигают предела текучести, что учитывается введением коэффициента , меньшего единицы: .
Профессор Л.И. Онищик показал, что коэффициент присущ и для каменной кладки, если модуль упругости материала принять равным модулю деформации кладки (по формуле (1)), а предел текучести принять равным (на том основании, что пределу текучести соответствует модуль деформаций ) (см. рис. 5).
Итак, для кладки
. (2)
По Эйлеру, , с учетом формулы (1) . Обозначив , получаем . Решив это уравнение относительно , имеем
. (3)
Выполнив подстановку (3) в (2), получим
, (4)
где ; – упругая характеристика кладки.
После подстановки полученного значения в (4) окончательно получаем величину коэффициента продольного изгиба: .
Изменение коэффициентов и по высоте центрально сжатого элемента учитывается в расчете по следующим правилам (рис. 6):
а) при шарнирном закреплении концов наиболее напряженным участком является средняя треть длины сжатого элемента. В этой трети коэффициенты и принимаются постоянными, а в крайних третях – изменяющимися по линейному закону до и в верхнем и нижнем сечениях;
б) в упруго опертых наверху элементах наиболее напряженной считают нижнюю зону высотой, равной ;
в) в свободно стоящих конструкциях напряженная зона равна
Рис. 6. Изменение коэффициентов и по высоте центрально сжатого элемента
Для верхних сечений этих элементов в расчете принимаются и , затем по линейному закону коэффициенты уменьшаются до минимальных значений (по расчету) на границе напряженной зоны, где
остаются постоянными до нижних сечений.
Пример. Определить несущую способность центрально сжатого кирпичного столба сечением 0.64 x 0.51 м, высотой Н = 3.8 м. Кладка выполнена из глиняного кирпича пластического прессования марки М100 на растворе марки М50. Здание имеет жесткую конструктивную схему (перекрытия являются неподвижными горизонтальными опорами).
Решение:
1. Площадь поперечного сечения столба .
2. По табл. 2 определяем расчетное сопротивление кладки: = 1.7 МПа.
Так как площадь сечения , коэффициент условия работы [1, п. 3.11] и
3. По [1, табл. 15] находим упругую характеристику кладки:
4. Вычисляем наибольшую гибкость столба
где – при шарнирно неподвижных опорах.
По [1, табл. 18] определяем коэффициент продольного изгиба: .
Несущая способность столба при (так как h = 0.51 м > 0.3 м):
Факторы, влияющие на прочность каменной кладки: