Расчёт армированных и комплексных элементов по несущей способности. Усиление кладки обоймами.

Лекция 4. Расчёт армированных и комплексных элементов по несущей способности. Усиление кладки обоймами. Каменные конструкции армируют с целью повышения их несущей способности. Существуют два наиболее распространенных способа армирования каменных элементов: поперечное и продольное. Кроме того, применяют также комплексные каменные конструкции, когда каменная кладка, усиленная железобетонными элементами, бетонируемыми одновременно с возведением кладки. Сетчатое армирование Сетчатое армирование применяется для повышения несущей способности каменной кладки стен, колонн и простенков, осуществляется путем укладки арматурных сеток в горизонтальные швы (рис. 12). Рисунок 1. Сетчатое армирование каменных конструкций: а - сетками «зигзаг»; б прямоугольными сетками; в - общий вид армирования каменных элементов; 1 - рабочие стержни; 2 - монтажные стержни Сущность сетчатого армирования заключается в том, что арматурные стержни, уложенные в швах, обладая меньшей деформативностью, чем раствор, препятствуют поперечным деформациям кладки и создают тем самым «эффект обоймы». Что и увеличивает несущую способность каменной кладки. Опытами установлено, что принятая для сетчатого армирования сталь используется до предела текучести, если он не превышает 350 МПа. Сетки выполняются двух типов: прямоугольные, с ортогональным расположением арматурных стержней, и типа «зигзаг». Сетки с прямоугольными ячейками (см. рис. 12,б) укладываются по высоте не реже, чем через 5 рядов кладки или 400 мм. Кроме того, расстояние между сетками 1 по высоте кладки не должно превышать 0,75b, где b - меньший размер сечения элемента. Эти сетки изготовляются из обыкновенной арматурной проволоки класса Вр-I диаметром 3...5 мм (рис. 13, 14). Расстояние между стержнями сеток в плане должно быть не менее 30 мм и не более 120 мм. Рисунок 2. Сварная сетка С-1 Рисунок 3. Сварная сетка С-2 Сетки типа «зигзаг» (см. рис. 12,а) устанавливаются в двух смежных рядах таким образом, чтобы направления стержней было взаимно перпендикулярным. Две такие сетки равноценны одной прямоугольной. Они изготовляются из горячекатаной стержневой арматуры класса А-I диаметром 6 и 8 мм. Для фиксации сеток в кладке, концы стержней выпускаются за поверхность столбов или простенков на 2.. .3 мм. Для армокаменных конструкций используются камни марки не менее 75 и растворы марки не менее 50. Количество арматуры в кладке определяется объемным процентом армирования = 100, где Vs = (с + c2)Ast - объем арматуры; Vk = c1c2s - объем кладки. Минимальный процент армирования 2 = 0,1 %; максимальный - = 1%. Наибольшую эффективность сетчатое армирование имеет в центрально загруженных столбах. Во внецентренно загруженных элементах эффективность сетчатого армирования зависит от величин эксцентриситета и гибкости элемента. Чем больше эксцентриситет и гибкость элемента, тем менее эффективно сетчатое армирование. Поэтому сетчатое армирование применяется при эксцентриситетах e0 < 0,17Н и показателе гибкости λi < 53 ( = ), для прямоугольных сечений = ≤ 15. Продольное армирование. Цель продольного армирования каменных конструкций заключается в повышении сопротивляемости кладки растягивающим усилиям и обеспечении монолитности и устойчивости отдельных конструкций и всего сооружения в целом. Продольное армирование кладки может быть внутренним (рис. 15,а) и наружным (рис. 15,б). Оно применяется для армирования сильно загруженных столбов и простенков значительной гибкости (при > 15 и при > 53), а также при внецентренном сжатии с большими эксцентриситетами приложения продольной силы, выходящими за пределы ядра сечения (е0 > 0,17Н). Кроме того, продольное армирование применяется в сжатых элементах при воздействии вибрационных или сейсмических нагрузок, а также в изгибаемых элементах. Рисунок 4. Продольное армирование каменных конструкций: а - внутреннее расположение арматуры; б - наружное расположение арматуры; в - одиночное армирование с расположением арматуры в штрабе; г - то же, двойное армирование; д общий вид армирования каменных элементов; 1 - продольная арматура; 2 - хомуты; 3 - цементно-песчаный раствор или мелкозернистый бетон; 4 - штукатурка из цементно-песчаного раствора; 5 - железобетонная плита; 6 - кирпичная кладка Для продольного армирования применяется арматура классов A-I, A-II, A-III. Для обеспечения совместной работы арматуры и кладки устанавливают хомуты, которые выполняются из арматуры класса A-I или Вр-I. Шаг хомутов сжатых элементов принимается не более 15 d при наружном расположении арматуры и не 3 более 20d - при внутреннем, где d - диаметр продольной арматуры. Для конструктивной или работающей на растяжение продольной арматуры, шаг хомутов должен быть не более 80d. Площадь сечения продольной сжатой арматуры принимается не менее = 0,1 %. Для растянутой арматуры - не менее = 0,05 % от площади поперечного сечения элемента. Комплексные конструкции Комплексными называются каменные конструкции с включением в них железобетона, работающего совместно с кладкой. Комплексные конструкции имеют повышенную несущую способность при сжатии, изгибе и растяжении (рис. 16). Рисунок 5. Комплексная каменная кладка: а - с расположением железобетона внутри кладки; б - то же, в штрабах кладки;1 - кирпичная кладка; 2 - бетон; 3 продольная арматура; 4 - хомуты При этом железобетон рекомендуется располагать с внешней стороны кладки, что позволяет проконтролировать качество уложенного бетона и является более рациональным при внецентренном сжатии и изгибе. Комплексные конструкции применяют в тех же случаях, что и кладка с продольным армированием, а также в тех случаях, когда требуется значительно увеличить несущую способность сильно нагруженных элементов. Применение в этом случае комплексных конструкций позволяет существенно уменьшить размеры сечений элементов. При конструировании комплексных конструкций площадь сечения всей продольной арматуры должна составлять не более 1,5 % от площади поперечного сечения бетона. Арматурные каркасы в бетоне комплексных конструкций выполняются обычно вязаными. Железобетонный остов, пронизывающий каменную кладку, бетонируется по мере возведения каменной кладки ярусами высотой до 1,2 м. Бетон применяется при этом класса не ниже В12,5. 4