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
24. Конструкции пространственных покрытий Классификация. Достоинства и недостатки.
Тонкостенные пространственные конструкции покрытий представляют собой тонкие плиты, имеющие кривизну в одном, или двух направлениях, толщина которых по сравнению с остальными размерами очень мала. Они состоят из оболочки и контурных элементов, поддерживающих края оболочки и передающих нагрузку от неё на колонны или стены. Форма поверхности оболочки выбирается такой , чтобы обеспечить её работу главным образом на сжатие.
В связи с этим при одинаковых пролётах и нагрузках расход материала меньше чем на плоские.
Снижение собственной массы конструкции позволяет перекрывать большие пролеты по сравнению с покрытием из плоских линейных конструкций . Однако тонкостенные пространственные конструкции покрытий сложны и трудоёмки в изготовлении и возведении
Эффективность тонкостенных пространственных конструкций покрытий увеличивается при применении предварительного напряжения, которому подвергаются контурные элементы.
по очертанию срединной поверхности
а) складки с различной формой поперечного сечения, в том числе складчатые своды и оболочки (рис. 4.1, а);
б) оболочки и своды нулевой гауссовой кривизны - цилиндрические и конические оболочки и цилиндрические своды (рис. 4.1, б);
в) оболочки и волнистые своды положительной гауссовой кривизны - сферические оболочки и купола, очерченные по поверхностям вращения с вертикальной осью (рис. 4.1, д); оболочки, очерченные по поверхности переноса в виде эллиптического параболоида, круговой поверхности (рис. 4.1, в) и бочарные своды (рис. 4.1, е, 10);
г) оболочки и волнистые своды отрицательной гауссовой кривизны - оболочки, очерченные по линейчатым поверхностям гиперболического параболоида (гипары) (рис. 4.1, г); и по поверхностям вращения с горизонтальной осью (рис. 4.1, е, 11);
д) оболочки разнозначной гауссовой кривизны - тороидальные оболочки (рис. 4.1, ж); поверхности которых имеют на некоторых участках положительную, а на других - отрицательную кривизну (между точками А и В на рис. 4.1, ж), коноиды (поверхность которых имеет в большей части нулевую гауссову кривизну) и параболические оболочки на плоском контуре (в основном положительной кривизны), угловые участки которых имеют отрицательную гауссову кривизну и др.;
е) многогранники, в том числе вписанные в поверхности оболочек, предусмотренные подпунктами б, в, г, д (рис. 4.1, з); а также шатровые складки (рис. 4.1, и);
ж) составные оболочки, имеющие сложную поверхность, образуемые из оболочек, предусмотренных подпунктами б, в, г, д, е (рис. 4.1, к, л);
по форме перекрываемой площади
а) на круглом плане;
б) на прямоугольном плане;
в) на треугольном плане;
г) на полигональном плане;
по способу изготовления и возведения
а) монолитные;
б) сборно-монолитные (когда сборные элементы служат несущей опалубкой или, например, бортовые элементы сборные, а плита-оболочка - монолитная);
в) сборные из плоских, цилиндрических и других элементов;
по материалам, из которых возводятся:
а) железобетонные (в том числе с применением легких и других бетонов);
б) комбинированные, состоящие из железобетонной плиты и металлических диафрагм или бортовых элементов
25. Преимущество тонкостенного оболочного покрытия перед балочным покрытием сооружения. Уравнение равновесия Гаусса
См 24.
Изгибающие и крутящие моменты настолько малы, что ими можно принебречь. Такое состояние оболочки называют безмоментным.
ур-е Гаусса
+=0
26. Оболочка двоякой кривизны на прямоугольном плане.
Оболочки двоякой кривизны делятся на: оболочки вращения с вертикальной осью купола; выпуклые оболочки переноса на прямоугольном плане; вогнутые висячие оболочки на круглом или эллиптическом плане, выпукло-вогнутые (седловидные) оболочки, бочарные своды, волнистые своды, очертание которых в поперечном сечении может быть криволинейным или складчатым.
Виды оболочек двоякой кривизны: а - оболочка вращения; б, в - оболочки переноса положительной и отрицательной Гауссовой кривизны; г - волнистый свод; д - висячая оболочка; 1 - опорное кольцо; 2 - диафрагма; 3 - затяжка
27. Конструкции и основы расчета длинных цилиндрических оболочек.
Рекомендации по расчету длинных цилиндрических и складчатых оболочек
9.2.1 В общем случае определение усилий в длинных цилиндрических оболочках и складках рекомендуется производить с учетом деформации поперечного контура в соответствии с полумоментной теорией. При этом изгибающие моменты М1, действующие на площадках поперечного сечения оболочки, соответствующие им поперечные силы Q1, а также крутящие моменты Т и Т1 принимаются вследствие незначительной величины равными нулю (рис. 9.4).
а - полная схема усилий; б - усилия, учитываемые при расчете
Рисунок 9.4 - Усилия, действующие в длинных цилиндрических оболочках и складках
Силы N, действующие нормально к площадкам продольного сечения, а также возникающие на тех же площадках поперечные силы Q учитываются в расчете, но не оказывают непосредственного влияния на подбор сечений. Размеры сечений определяются в первую очередь величинами нормальных усилий N1, действующих на площадках поперечного сечения, скалывающими усилиями S и изгибающими моментами М, возникающими на площадках продольного сечения оболочки или складки.
28.Конструкции и основы расчета коротких цилиндрических оболочек
Рекомендации по расчету коротких монолитных оболочек
9.3.1 Короткие оболочки с пролетом l1 ≤ 12 м при соотношении l1/l2 < 0,5 могут конструироваться по результатам упрощенного расчета (см. п. 9.3.2 настоящего СП). Однако при значительных пролетах l2, малой толщине, тяжелых или сосредоточенных нагрузках, а также при 0,5 < l1/l2 ≤ 1 короткие оболочки требуется рассчитывать более точно.
При приближенном расчете оболочек на равномерно распределенную нагрузку усилия в плите оболочки не определяются. Сечение и армирование плиты назначаются конструктивно (см. п. 9.3.6 настоящего СП).
29.Конструкции и основы расчета куполов.
Основные положения
10.1 Купол представляет собой пространственную железобетонную конструкцию в виде выпуклой оболочки круглого, эллиптического или многоугольного очертания в плане.
Элементами куполов служат, как правило, осесимметричная оболочка вращения и растянутое опорное кольцо. При наличии фонарного проема в вершине купола устраиваются сжатое фонарное кольцо, а также проемы и отверстия, расположенные на боковых участках купола.
Срединную поверхность оболочки рекомендуется принимать в виде поверхности вращения: конуса, сферы, параболоида, эллипсоида и др. (рис. 10.1). Кроме того, оболочка может быть образована волнистыми и складчатыми элементами. В покрытиях находят применение также железобетонные сетчатые и многогранные купола.
а - геометрия; б - схема усилий; 1 - ось вращения; 2 - параллель; 3 - меридиан; 4 - краевой параллельный круг
Рисунок 10.1 - Оболочка вращения
10.2 Купола проектируются в виде пологих или подъемистых тонкостенных оболочек. Подъем куполов рекомендуется принимать не менее 1/10 диаметра опорного контура оболочки.
Опорное кольцо может лежать на сплошном основании, образованном стенами, или на отдельных колоннах.
10.3 Купольные покрытия могут проектироваться монолитными, сборно-монолитными или сборными. Монолитные купола рекомендуется предусматривать гладкими, а сборные - из ребристых цилиндрических или плоских панелей.
30..Конструкции и основы расчета круглых резервуаров. Стенки таких резервуаров испытывают преимущественно осевые растягивающие усилия и имеют небольшую толщину.
Практически толщину стенки вверху принимают не менее 8—10 см. Стенки небольших резервуаров нередко выполняют одинаковой толщины по всей высоте. В больших резервуарах стенки уширяются книзу.
Арматура стенок состоит из горизонтальных стержней, образующих замкнутые кольца или непрерывную спираль, и вертикальных стержней; чаще всего стержни устанавливают в два ряда.
Горизонтальные стержни воспринимают кольцевые усилия. Эти усилия увеличиваются книзу резервуара; однако, начиная примерно с % высоты от верха, кольцевые усилия благодаря жесткой связи стенки с днищем перестают возрастать и постепенно уменьшаются книзу.
В связи с этим сечение кольцевой арматуры (на единицу высоты), вычисленное по наибольшему усилию, принимается постоянным в нижней части стенки, а в верхней части оно уменьшается соответственно с уменьшением кольцевых усилий.
Вертикальные стержни являются не только монтажными, служащими для удержания колец во время бетонирования, они необходимы также и для восприятия изгибающих моментов, действующих в вертикальных плоскостях.
Эти стержни обычно принимают несколько меньшего диаметра, чем кольцевые стержни, и располагают с шагом 10—20 см. Обычно только часть (половина) вертикальных стержней устанавливают на всю высоту резервуара от дна до верха стенки; другую часть стержней (через один) обрывают ниже середины высоты.
31. Конструкции и основы расчета прямоугольных
резервуаров
Прямоугольные резервуары
Стенки прямоугольных в плане резервуаров работают на изгиб в горизонтальном и вертикальном направлениях и обычно имеют большую толщину, чем стенки круглых в плане резервуаров тех же размеров. Слабое место их — углы, на заделку которых необходимо обращать особое внимание.
Размеры прямоугольных резервуаров в плане ничем не ограничены; высота их редко бывает больше 6 м.
Прямоугольный сборный железобетонный резервуар
вместимостью 2 тыс.м3 для хранения мазута:
1 - сборная кровля; 2 - монолитное днище; 3 - сборные стеновые панели;
4 - люк-лаз; 5 - вентиляционный патрубок; 6 - приямок
В малых резервуарах стенки могут иметь постоянную толщину по всей высоте. В очень больших резервуарах необходимо устройство температурно-усадочных швов, которые желательны также и для членения сооружения на участки при производстве работ.
Сопряжения частей выполняют в виде шпунта или в четверть; шов заполняют просмоленным толем. В некоторых случаях применяют металлические компенсаторы.
Способ расчета стенок резервуаров, имеющих очертание прямоугольника, зависит от принятой конструкции и соотношения размеров прямоугольника.
Открытые прямоугольные резервуары со стенками без ребер при отношении высоты к большему размеру в плане Я:а>2 для расчета разбивают по высоте на отдельные пояса-рамы, причем для упрощения, как и при расчете цилиндрических резервуаров, предполагается, что стенка по высоте каждого пояса подвержена равномерному (наибольшему в поясе) давлению жидкости.
Каждый пояс представляет собой замкнутую горизонтальную раму с пролетами а и Ь, нагруженную внутренним давлением р, которое вызывает в элементе рамы продольные усилия и изгибающие моменты, или давлением грунта Е.
32. Конструкции и основы расчета подпорных стен.
Конструкции подпорных стен. Подпорные стены применяют для предотвращения сдвигов грунта в СЛУ чаях, когда невозможно устроить естественный откос
Железобетонные подпорные стены имеют такую форму, которая, обеспечивая расчетные напряжения в грунте основания и в материале стены, исключает опрокидывание стен и их скольжение.
Подпорные стены сооружают из каменной кладки, бетона и железобетона.
Железобетонные подпорные стены строят монолитными, сборными и сборно-монолитными.
Если в массивных бетонных или каменных стенах большой их вес препятствует опрокидыванию или сдвигу, то для противодействия опрокидыванию и сдвигу железобетонных стен, являющихся тонкостенными конструкциями, используют вес засыпки грунта, находящегося на нижней плите уголковой стены.
При высоте Н до 5—6 м железобетонные стены обычно делают уголками.
Ширина подошвы Ь получается примерно равной (0,4...0,5) Н, вылет консоли. Высокие стены (10 м и более) рациональнее устраивать уголковыми с контрфорсами, а в особых случаях, когда стена примыкает к существующему откосу или приходится увеличивать высоту существующей стены, на контрфорсах делают разгрузочные площадки.
Подпорные стенки строятся для того, чтобы подрезанные склоны оставались в устойчивом положении, а также для удерживания сильных селевых потоков. Наибольшую эффективность при сдерживании селевого потока оказывают железобетонные подпорные стенки, имеющие усиленное основание.
Подпорная стена на разных видах грунтов:
А - рыхлых; Б - скальных;
1 - профиль железобетонной конструкции подпорной стенки;
2 - гравийная насыпь
33. Материалы для каменных конструкций. Виды и свойства камней и растворов для каменной кладки
1. МАТЕРИАЛЫ КАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Каменными называют конструкции, выполняемые из каменной кладки, состоящей из природных или искусственных камней, соединяемых между собой раствором.
В армокаменных конструкциях с целью повышения несущей способности применяется стальная арматура.
1.1. Каменные материалы
Каменные материалы различают:
по происхождению – природные и искусственные;
величине – кирпич, крупные блоки и панели высотой 500 мм и более;
структуре – сплошные, пустотелые, пористые;
пределу прочности:
камни малой прочности, марки: 4, 7, 10, 15, 25, 35 и 50 (кгс/см2) (сырцовый кирпич, слабые известняки, легкий кирпич);
камни средней прочности, марки: 75, 100, 125, 150, 200 (кгс/см2) (обычный кирпич, бетонные и природные камни);
камни высокой прочности, марки: 250, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000 (кгс/см2) (клинкерный кирпич, бетонные и тяжелые природные камни);
морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300.
Морозостойкость определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживает образец без снижения прочности более чем на 25 % от первоначальной.
Долговечность каменных материалов зависит от морозостойкости и определяется сроком службы конструкций без снижения эксплуатационных свойств.
Строительные нормы устанавливают три срока службы каменных конструкций: 100, 50 и 25 лет.
1.2. Растворы для каменных кладок
При плотности массы в сухом состоянии 1500 кг/м3 и более растворы относят к тяжелым; до 1500 кг/м3 – к легким. В тяжелых растворах применяются плотные заполнители, в легких – пористые.
По пределу прочности на кубиках с размерами сторон 7.07 см устанавливаются марки растворов: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150 и 200 (кгс/см2).
По виду вяжущих различают цементные, известковые и смешанные (цементно-известковые и цементно-глиняные) растворы. Известь и глина являются пластификаторами, обеспечивающими удобоукладываемость раствора, отчего швы кладки заполняются более равномерно и повышается прочность кладки. Расчетные сопротивления кладки на “жестком” цементном растворе ниже на 15 %, чем на смешанных растворах.
1.3. Арматура каменных конструкций
При сетчатом армировании горизонтальных швов кладки применяется арматура классов Вр-I и А-I.
Для продольной и поперечной арматуры, анкеров и связей – арматура классов А-I, A-II и Вр-I.
34. Напряженное состояние камня и раствора при центральном сжатии. Четыре стадии работы каменной кладки.
СТАДИИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
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 напряжений (рис. 1).
Рис. 1. Четыре стадии напряженного состояния каменной кладки при сжатии
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.
4. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ КЛАДКИ
Прочность кладки тем больше, чем толще камень, так как увеличивается сопротивление камня изгибу и срезу.
Чем правильнее форма камня, тем больше прочность кладки, так как происходит более равномерная передача нагрузки. Например, для кладки из природных камней марки М400, выполненной на растворе марки М25, прочность составляет: а) 10 МПа – при правильной форме камней; б) 2.4 МПа – при постелистом бутовом камне; в) 1.6 МПа – при рваном бутовом камне.
Прочность кладки понижается при увеличении толщины горизонтальных швов раствора, так как увеличиваются усилия, растягивающие кирпич. Нормальной по нормам считается толщина швов в пределах 10…15 мм (средняя толщина – 12 мм) [3]. При увеличении толщины швов с 10 до 25 мм прочность кладки снижается на 25…30 %.
Прочность кладки повышается с увеличением подвижности раствора, его удобоукладываемости, так как при этом более равномерно заполняются горизонтальные швы кладки и уменьшаются напряжения от изгиба и среза.
Прочность кладки зависит от квалификации каменщика, так как правильность и ровность рядов кладки, одинаковая толщина швов раствора создают более однородное и равномерное напряженное состояние сжатия, уменьшая влияние изгиба и среза.
Если прочность обычной массовой кладки оценить в 100 %, то прочность кладки, выполненной каменщиком низкой квалификации, можно оценивать в 80 %, а высокой квалификации – в 150 %.
5. СРЕДНИЙ ПРЕДЕЛ ПРОЧНОСТИ КЛАДКИ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ
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 [5] 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, (табл. 1); – 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 :
Строительные нормы представляют расчетные сопротивления R сжатию кладки в табличной форме. Строительные нормы для кирпичной кладки на тяжелом растворе при марках кирпича от М75 до М150 и в полном диапазоне марок растворов приведены в табл. 2.
35. Деформативность каменной кладки при сжатии. Модуль упругости , деформация кладки . Упругая характеристика кладки.
ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА КАМЕННОЙ КЛАДКИ
Каменная кладка деформируется как упругопластический материал. Полная деформация состоит из упругой и пластической составляющих. В течение первых трех лет рост пластической деформации затухает, если напряжения в кладке не превышают 80…90 % от прочности кладки. В противном случае происходит ее разрушение.
При испытании кладки загружением до разрушения получают график зависимости напряжений от деформаций (рис. 5).
Рис. 5. График деформаций кладки
При малых напряжениях график прямолинеен, а напряжения можно получить по деформациям через модуль упругости (начальный модуль деформаций):
При повышении напряжений график искривляется, и модуль деформации кладки уменьшается . Если график экстраполировать после момента разрушения кладки до точки, где то на оси ординат напряжения будут примерно равны 1.1Ru.
По предложению Л.И. Онищика в нормах принята линейная зависимость модуля деформаций от напряжений (см. рис. 5):
откуда .
Начальный модуль упругости может быть выражен через предел прочности: , где – упругая характеристика кладки, зависящая от вида кладки и марки раствора [1, табл. 15].
Например, при марках раствора М25 … М200:
а) для кладки из кирпича глиняного пластического прессования
б) для кладки из силикатного кирпича
в) для кладки из крупных бетонных блоков .
В соответствии с [1] модуль деформации кладки должен приниматься:
а) для определения усилий в кладке при расчете конструкций по прочности кладки
где
б) при определении деформаций кладки, периода колебаний и жесткости каменных конструкций
36. Расчёт прочности каменных конструкций при осевом сжатии.
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 .
37. Расчёт прочности каменных конструкций при
внецентренном сжатии.
Рис. 11. Напряженные состояния внецентренно загруженной кладки
1. РАСЧЕТ ВНЕЦЕНТРЕННО СЖАТЫХ КАМЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
На внецентренное сжатие работают элементы каменных конструкций: наружные стены, простенки и столбы гражданских и промышленных зданий, стены подвалов, карнизные участки стен.
Предпосылки расчета
1. При малых эксцентриситетах все сечение сжато (рис. 11, а).
Для упрощения расчетов криволинейную эпюру заменяют прямоугольной (рис. 11, б). При этом центр тяжести эпюры совмещают с местом приложения силы.
2. С увеличением эксцентриситета в сечении возникает растяжение, и появляются трещины (рис. 11, в). Появление трещин не приводит элемент к разрушению, если величина напряжений в сжатой зоне не превышает предельной. Современные методы расчета оценивают несущую способность кладки по нагрузке, разрушающей сжатую зону, а не по нагрузке появления трещин.
3. При толщине стены 25 см и менее учитывается случайный эксцентриситет , который суммируется с эксцентриситетом силы :
для несущих стен = 2 см;
для самонесущих стен = 1 см.
для ненесущих стен и перегородок = 0.
4. При больших эксцентриситетах () в элементах без продольной растянутой арматуры сжатая зона может оказаться настолько малой, что при случайном увеличении усилие выйдет за пределы сечения и произойдет мгновенное разрушение элемента.
Поэтому эксцентриситеты ограничиваются:
для основных сочетаний усилий 0.9 у;
для особых сочетаний усилий 0.95 у.
Если толщина стены см:
для основных сочетаний усилий
для особых сочетаний усилий
Кроме того, для несущих стен и столбов должно выполняться условие
Рис. 12. К расчету кладки на внецентренное сжатие
5. При необходимо выполнить расчет по раскрытию трещин в швах кладки.
На основании рассмотренных предпосылок расчетная схема при прямоугольной форме сжатой зоны будет иметь вид, показанный на рис. 12.
Расчет кладки производится по формуле [1, (13)]
где – коэффициент, учитывающий влияние на прочность длительно действующей нагрузки,
,
– усилие от длительных нагрузок;
– эксцентриситет от силы ; – коэффициент, зависящий от гибкости и вида кладки, определяемый по [1, табл. 20]. Если высота сечения элемента или радиус инерции сечения , коэффициент следует принимать равным единице; площадь сжатой зоны сечения, определяемая из условия, что ее центр тяжести совпадает с точкой приложения расчетной продольной силы . При прямоугольной форме сжатой зоны сечения при любой форме сжатой зоны сечения положение границы площади определяется из условия равенства нулю статического момента этой площади относительно ее центра тяжести; – коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии; – коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии для всего сечения в плоскости момента, определенный по расчетной высоте элемента [1, табл. 18]; – коэффициент продольного изгиба при центральном сжатии для сжатой части сечения,
определяемый по фактической высоте элемента [1, табл. 18] в плоскости момента при гибкости (или ), где и – высота и радиус инерции сжатой части сечения в плоскости момента.
Рис. 13. К расчету на моменты разных знаков
При знакопеременной эпюре изгибающего момента по высоте элемента проверку прочности следует производить в сечениях с максимальными моментами различных знаков.
Коэффициент продольного изгиба определятся по высоте части элемента в пределах однозначной эпюры изгибающего момента при гибкостях:
а) при расчете нижней части элемента (рис. 13)
б) для верхней части элемента:
Рис. 14. К расчету коэффициента
В формуле [1, (13)] – расчетное сопротивление кладки при центральном сжатии.
Коэффициент учитывает эффект обоймы, повышающий прочность кладки с ростом
эксцентриситета . В расчете принято, что при максимальном эксцентриситете прочность кладки возрастает на 45 %. Определим величину коэффициента из условия подобия треугольников графика на рис. 14:
Расчетное сопротивление кладки при внецентренном сжатии
,
где
Для прямоугольного сечения, при
и .
Внецентренно сжатые элементы из плоскости действия момента должны проверяться на центральное сжатие.
38. Армокаменная кладка, используемые материалы и конструирование элементов с сетчатым армированием.
3. ВИДЫ АРМОКАМЕННЫХ КОНСТРУКЦИИ
В целях повышения прочности каменной кладки ее усиливают стальной арматурой, железобетонными включениями, а также стальными, железобетонными и растворными армированными обоймами.
Различают следующие виды армирования и усиления каменных конструкций:
поперечное (сетчатое с расположением арматурных сеток в горизонтальных швах кладки);
продольное с расположением арматуры снаружи, под слоем цементного раствора или в бороздах, оставляемых в кладке;
армирование посредством включения в кладку железобетона (комплексные конструкции);
усиление посредством заключения элемента в железобетонную, армированную растворную или стальную обойму из уголков.
Армирование каменных конструкций значительно повышает их несущую способность и монолитность, обеспечивает совместную работу отдельных частей зданий, а также является основным способом увеличения сейсмостойкости каменных конструкций и здания в целом.
Марка кирпича принимается не менее М75, раствора – не менее М50.
Для армирования каменных конструкций следует применять:
для сетчатого армирования сталь классов A-I и Bp-I;
для продольного армирования сталь классов A-I, A-II и Bp-I.
4. КОНСТРУКЦИИ С СЕТЧАТЫМ ПОПЕРЕЧНЫМ АРМИРОВАНИЕМ
Поперечное армирование кладки сетками применяют для увеличения несущей способности в полтора-два раза сжимаемых элементов из кирпича и керамических камней при высоте ряда до 150 мм при гибкости . в случаях, когда продольная сила не выходит за пределы ядра сечения, применяются марки раствора не ниже М50 (рис. 16).
Не допускается применять сетчатое армирование стен помещений с влажным и мокрым режимами.
Рис. 16. Сетчатое армирование:
1 – арматурная сетка; 2 – выпуски сетки (2...3 мм)
Шаг сеток должен быть см и см рядов кладки. Диаметр арматуры в сварных сетках ограничивается толщиной шва = 15 мм.
В этом случае максимальный диаметр равен 5 мм:
Шаг проволок в сварных сетках назначается в пределах от 3 до 10 см.
Для повышения процента армирования применяют плоские вязаные сетки типа “зигзаг”, в которых можно применять арматуру диаметром 8 мм из стали класса A-I (рис. 17).
Каждую пару сеток “зигзаг” со взаимно перпендикулярным направлением стержней укладывают сверху и снизу одного и того же ряда кирпичей. Затем с шагом устанавливается следующая пара сеток, и так далее. Одной сварной сетке с прямоугольной ячейкой соответствует две сетки “зигзаг”.
Рис. 17. Сетки типа “зигзаг”
В расчет кладки, армированной сетками, введено понятие объемного процента армирования (рис. 18), который представляет выраженное в процентах отношение объема арматуры к объему кладки,
Рис. 18. К определению процента армирования кладки
При прямоугольной ячейке сеток с размерами и объем восьми стержней равен а объем кладки Однако следует уточнить объем арматуры, так как каждый из восьми стержней относится не к одному, а к четырем смежным объемам кладки. Поэтому
Тогда при квадратной ячейке получаем Минимальный процент армирования
Испытания на прочность сжатых столбов с сетчатым армированием показали, что развитие трещин по высоте столбов при их загружении задерживается сетками. Разрушение армированной кладки, в отличие от неармированной, не происходит по схеме, когда кладка расслаивается на отдельные столбики в 1/2 кирпича, которые затем теряют устойчивость. Армированная кладка разрушается в результате полного раздавливания отдельных кирпичей или цельных их рядов
39. Расчёт прочности армокаменных конструкций с поперечным сетчатым армированием при осевом сжатии.
1. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ С СЕТЧАТЫМ АРМИРОВАНИЕМ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ СЖАТИИ
Расчет элементов с сетчатым армированием при центральном сжатии выполняется по формуле [1, (26)]
,
где – расчетное сопротивление армированной кладки при центральном сжатии,
– площадь сечения стержней сеток; – размер квадратной ячейки сетки; – шаг сеток по высоте.
Как видно из формулы, величина складывается из прочности неармированной кладки и второго члена, учитывающего влияние поперечного армирования. Величина добавочной прочности устанавливается на основании следующего. Поперечное армирование примерно в 2 раза эффективнее продольного. Так, если продольная арматура увеличивает прочность кладки на величину то поперечная – на что на единицу площади составляет в раз меньше: – коэффициент продольного изгиба. Определяется в зависимости от гибкости элемента и упругой характеристики армированной кладки
где – упругая характеристика неармированной кладки; – временное сопротивление кладки, ; – коэффициент запаса для кладки из кирпича и камней всех видов (кроме камней из ячеистых бетонов), ;
– расчетное сопротивление кладки сжатию; – временное сопротивление сжатию армированной кладки, .При определении величин расчетного и нормативного сопротивлений арматуры вводятся коэффициенты условий работы по [1, табл. 13].
40. Расчёт прочности армокаменных конструкций с поперечным сетчатом армировании при внецентренном сжатии.
2. Расчет внецентренно сжатых элементов с сетчатым армированием при малых эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения (при )
Расчет выполняется по формуле
,где – площадь сжатой зоны (рис.18). Для прямоугольных сечений получаем
Рис. 18. К расчету кладки на внецентренное сжатие
– коэффициент продольного изгиба при внецентренном сжатии (определяется аналогично коэффициенту неармированной кладки); – коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки, определяемый по формуле [1, (16)], аналогично коэффициенту неармированной кладки; – расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжатии, ,
Выражение в скобке (обозначим его k) учитывает снижение эффективности сетчатого армирования с увеличением эксцентриситета.
При прочность соответствует прочности кладки при центральном сжатии и коэффициент При (сила стоит на границе ядра сечения) эффективность снижается в 3 раза и (рис. 19). Из подобия треугольников АВс и аbc следует:
Для сечения прямоугольной формы при коэффициент учитывает повышение прочности неармированной кладки за счет эффекта обоймы; процент армирования должен быть в пределах
При эксцентриситетах, выходящих за пределы ядра сечения (при ), а также при гибкости (или ) сетчатое армирование оказывается неэффективным.
41. 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