Виды кладок

Лекция 2. Виды кладок При возведении каменных конструкций применяются следующие виды кладок. Кладки из камней правильной формы: - сплошная кладка из кирпича и камней; - сплошная кладка из крупных блоков; - облегченная кладка из кирпича и камней. Кладки из камней неправильной формы: - бутовые; - бутобетонные. Сплошные кладки выполняются из одного какого-либо каменного материала; многослойные, состоящие из двух или более слоев, из одного или разных материалов; в облегченных кладках часть основного несущего материала заменяется воздушной прослойкой, теплоизоляционными плитами, камнями из легких и ячеистых бетонов, минеральными засыпками и т.п. Главное требование, предъявляемое к кладке, ее прочность на сжатие. Для расчетов каменных конструкций пользуются расчетными сопротивлениями кладки при сжатии, растяжении, изгибе и срезе, которые определяются в зависимости от марки камня и марки раствора. Наиболее часто в практике строительства применяются две системы перевязки: цепная и многорядная (рис. 3). Рисунок 1. Системы перевязок кладки из кирпича и керамических камней: а - цепная перевязка кладки из кирпича толщиной 65 мм; б - то же, из кирпича 88 мм; в многорядная перевязка кладки из кирпича толщиной 65 мм; г - то же, из кирпича 88 мм; д - из пустотелых керамических камней Многорядная система перевязки имеет ряд преимуществ против цепной: - так как ложковые ряды придают кладке прочность в продольном направлении, а тычковые в поперечном, то многорядная перевязка придает кладке большую сопротивляемость в продольном направлении, а это весьма существенно для конструкций, имеющих значительную протяжность; - при многорядной перевязке вертикальные швы обладают большим сопротивлением образованию трещин, так как вертикальные швы перекрываются в 1/2 кирпича (рис. 1.8,а), а при цепной перевязке только в 1/4 кирпича (рис. 4); Рисунок 2. Системы перевязок кладки: а - цепная; б - многорядная - многорядная система перевязки улучшает сопротивляемость кладки растяжению и срезу, поскольку здесь раствор горизонтального шва перекрыт в 1/2 кирпича, а в цепной системе перевязки только на 1/4 кирпича; - многорядная система перевязки создает внутренние вертикальные швы в кладке, что уменьшает ее теплопроводность по сравнению с цепной системой перевязки кладки: на рис. 4 видно, что «мостики холода» в кладке с многорядной системой перевязки идут через 5 рядов кладки, а при цепной перевязке - через один; - кладка с многорядной системой перевязки более технологична, производительна и менее трудоемка (на 15...20 %), требует менее квалифицированных специалистов, так как эта система перевязки имеет больший объем забутки против цепной системы перевязки. В кладке из бетонных и природных камней перевязка осуществляется одним из следующих способов: - при кладке из тычковых и ложковых камней устраивается двухрядная перевязка - каждые два ложковых ряда перекрываются тычковыми (более редкое расположение тычковых рядов не допускается, так как это приводит к заметному снижению прочности кладки, особенно при внецентренном сжатии) (рис. 5); - при наличии продольных половинок в поперечном сечении кладки располагаются дна или две продольные половинки, которые в сочетании с целыми камнями позволяют перекрывать вертикальные продольные швы в каждом ряду. Тычковые камни в этом случае не применяются (рис. 5,в); - вся стена толщиной 390 мм выкладывается из двух ложковых параллельных стенок, не перевязанных между собой тычковыми камнями; связь между этими стенками обеспечивается металлическими скобами, имеющими антикоррозионное покрытие. Рисунок 3. Кладка из бетонных или природных камней: а - из целых камней; б - то же, с перевязкой продольными половинками; в - то же, из камней со щелевидными пустотами; 1 - тычковый камень; 2 - ложковый камень; 3 - сплошная продольная половинка; 4 - целый камень; 5 - продольная половинка камня 3. РАБОТА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ, СОЕДИНЕНИЙ И МЕТОДЫ ИХ РАСЧЕТА 3.1. Обзор существующих методов расчёта До 1938 г. в СССР строительные конструкции (в том числе и каменные) рассчитывали по допускаемым напряжениям, без учета пластических свойств материалов, что приводило к перерасходу материалов. Недостатки этого метода побудили советских ученых к выполнению специальных исследований и разработке метода расчета, который лучше отвечал бы упругопластическим свойствам материалов. Новый метод расчета — по разрушающим усилиям — был введен в действие в 1938 г. для расчета железобетонных конструкций, а в дальнейшем распространен на каменные и армокаменные конструкции. Этот метод имел неоспоримое преимущество перед методом расчета по допустимым напряжениям, однако его основным недостатком были единые нерасчлененные коэффициенты запаса прочности, которые не могли оценить изменчивость нагрузок различных видов (собственного веса, гидростатического давления, постоянных и временных, снеговых, ветровых и прочих нагрузок). Это приводило к неправильной оценке несущей способности конструкций, большей частью к завышению, а иногда, наоборот, к занижению ее величины. С 1956 г. в Советском Союзе в качестве основного метода расчета строительных конструкций принят метод расчета п о предельным состояниям. При расчете по предельным состояниям вместо единого коэффициента запаса прочности вводят систему расчетных коэффициентов, гарантирующих конструкцию от наступления предельных состояний при самых неблагоприятных сочетаниях нагрузок и при наименьших прочностных характеристиках материалов. Этим же методом определяют прочность сечений по стадии разрушения. 3.2. Общая характеристика предельных состояний Под предельным понимают такое состояние, при котором конструкция перестает отвечать предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, то есть теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения. Каменные конструкции должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, выносливости (предельные состояния первой группы), а также требованиям пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы). Расчет по первой группе предельных состояний выполняется, чтобы предотвратить: - разрушение конструкции (расчет на прочность); - потерю устойчивости формы конструкции (расчет на продольный изгиб, расчет устойчивости тонкостенных конструкций и т.п.); - потерю устойчивости положения (расчет на опрокидывание, скольжение, всплытие); - усталостное разрушение (расчет на выносливость при многократно повторных нагрузках); - разрушении при совместном воздействии силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (попеременные замораживанияоттаивания, увлажнения-высушивания, действия агрессивной среды). Расчет по второй группе предельных состояний выполняется, чтобы не допустить: - чрезмерные деформации конструкции; - образование или недопустимое раскрытие трещин в кладке. Расчет каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям выполняется для этапа незавершенного строительства зданий и сооружений и для стадии эксплуатации. Расчет каменной кладки по первой группе предельных состояний выполняется на расчетные нагрузки. На этапе незавершенного строительства оценка несущей способности каменной кладки зданий и сооружений выполняется при нормативном значении ветровой нагрузки, а все другие нагрузки принимаются расчетными. Расчет каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям второй группы следует производить на воздействие нормативных нагрузок при основных их сочетаниях. Расчет внецентренно сжатыхнеармированных элементов каменной кладки по раскрытию трещин при ео > 0,7у должен производиться на воздействие расчетных нагрузок, где у - расстояние от центра тяжести сечения до его наиболее сжатой грани. 3.3. Расчёт элементов конструкций по 1-му и 2-му предельным состояниям. Под предельным понимают такое состояние, при котором конструкция перестает отвечать предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям, то есть теряет способность сопротивляться внешним нагрузкам и воздействиям или получает недопустимые деформации или местные повреждения. Каменные конструкции должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, выносливости (предельные состояния первой группы), а также требованиям пригодности к нормальной эксплуатации (предельные состояния второй группы). Расчет по первой группе предельных состояний выполняется, чтобы предотвратить: - разрушение конструкции (расчет на прочность); - потерю устойчивости формы конструкции (расчет на продольный изгиб, расчет устойчивости тонкостенных конструкций и т.п.); - потерю устойчивости положения (расчет на опрокидывание, скольжение, всплытие); - усталостное разрушение (расчет на выносливость при многократно повторных нагрузках); - разрушении при совместном воздействии силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (попеременные замораживанияоттаивания, увлажнения-высушивания, действия агрессивной среды). Расчет по второй группе предельных состояний выполняется, чтобы не допустить: - чрезмерные деформации конструкции; - образование или недопустимое раскрытие трещин в кладке. Расчет каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям выполняется для этапа незавершенного строительства зданий и сооружений и для стадии эксплуатации. Расчет каменной кладки по первой группе предельных состояний выполняется на расчетные нагрузки. На этапе незавершенного строительства оценка несущей способности каменной кладки зданий и сооружений выполняется при нормативном значении ветровой нагрузки, а все другие нагрузки принимаются расчетными. Расчет каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям второй группы следует производить на воздействие нормативных нагрузок при основных их сочетаниях. Расчет внецентренно сжатых неармированных элементов каменной кладки по раскрытию трещин при ео > 0,7у должен производиться на воздействие расчетных нагрузок, где у - расстояние от центра тяжести сечения до его наиболее сжатой грани. Стадии работы кладки при сжатии В каменной кладки при сжатии можно выделить четыре стадии напряженнодеформированного состояния (рис. 6). Рисунок 4. Стадии работы кладки на сжатие: а - первая; б - вторая (образование трещин); в - третья; г - четвертая (разрушение кладки) Во время работы каменная кладка находится в условиях сложного напряженного состояния. Это связано с тем, что плотность раствора неоднородна вследствие неравномерной водоотдачи, усадки, наличия пустот. Основной причиной разрушения сжатого камня является изгиб и растяжение. Первая стадия - N < Ncrc; вторая - N = Ncrc; третья - Ncrc < N < Nu; четвертая - N = Nu, где N - сжимающее усилие от действующих нагрузок; Ncrc - усилие, воспринимаемое сечением при образовании трещин; Nu - несущая способность сечения. На первой стадии деформирования (см. рис. 6,а) действующие усилия не вызывают в кладке видимых повреждений ,т.е. N < Ncrc. Переход во вторую стадию характеризуется образованием в кладке отдельных видимых вертикальных трещин с незначительной шириной раскрытия и распространяющихся по высоте конструкции на один-три ряда кладки (см. рис. 6,б). В этой стадии кладка еще несет нагрузку, напряжения в ней составляют 60-80 % от предельных. При дальнейшем возрастании нагрузки отдельные вертикальные трещины развиваются по высоте и соединяются между собой, расчленяя элемент на отдельные столбики. Такое состояние каменной кладки соответствует третьей стадии (см. рис. 6,в). При длительном действии нагрузки, кладка разделяется на отдельные призмы и происходит ее разрушение (четвертая стадия напряженнодеформированного состояния) (см. рис. 6,г).