Общие сведения о пособии
Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций разработано Центральным научно-исследовательским институтом строительных конструкций им. В. А. Кучеренко (ЦНИИСК) Госстроя СССР. Документ составлен в развитие СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции» и содержит методы расчета и проектирования зданий и сооружений из каменных материалов.
Пособие распространяется на проектирование каменных и армокаменных конструкций жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений, возводимых как в летних, так и в зимних условиях. Оно разработано на основе Руководства по проектированию каменных и армокаменных конструкций (М.: Стройиздат, 1974) и включает 56 таблиц и 97 иллюстраций, а также многочисленные примеры расчетов.
Назначение документа: пособие предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций. При пользовании пособием необходимо учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов. В настоящее время основным действующим нормативным документом является СП 15.13330 «Каменные и армокаменные конструкции» (актуализированная редакция СНиП II-22-81).
Область применения
Пособие применяется при проектировании:
- несущих и самонесущих стен зданий из кирпича, камней и крупных блоков;
- столбов и простенков каменных зданий;
- армокаменных конструкций с вертикальным и горизонтальным армированием;
- конструкций, подвергающихся статическим и динамическим нагрузкам;
- элементов зданий, возводимых в обычных и сейсмических районах;
- кладки, выполняемой в зимних условиях (в т.ч. методом замораживания).
Материалы для каменных и армокаменных конструкций
Каменные материалы
В пособии рассматриваются следующие виды каменных материалов:
- Кирпич глиняный обыкновенный — полнотелый и пустотелый, пластического прессования и полусухого прессования;
- Кирпич силикатный — полнотелый и пустотелый;
- Кирпич керамический — полнотелый и пустотелый;
- Камни керамические и бетонные — пустотелые и полнотелые;
- Камни из природных пород, известняки, туфы, ракушечник и др.;
- Крупные блоки, из тяжелого и легкого бетона, силикатного кирпича.
Прочность каменных материалов характеризуется маркой по прочности на сжатие: М4, М7, М10, М15, М25, М35, М50, М75, М100, М125, М150, М200, М250, М300.
Растворы
Для кладки применяются цементные, цементно-известковые, цементно-глиняные и известковые растворы марок: М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200. Выбор марки раствора зависит от:
- степени капитальности здания;
- условий эксплуатации (влажностный режим);
- условий производства работ (летняя или зимняя кладка);
- требуемой несущей способности конструкций.
Арматура для армокаменных конструкций
Для армирования кладки применяется стержневая арматура и арматурные сетки из стали классов А-I, А-II, А-III, Вр-I. Арматура размещается в горизонтальных швах кладки (сетчатое армирование) или в вертикальных швах и специальных полостях (комплексные конструкции).
Физико-механические свойства кладки
Расчетные сопротивления кладки
Основной прочностной характеристикой кладки является расчетное сопротивление сжатию R, которое зависит от:
- марки камня (кирпича);
- марки раствора;
- вида кладки (сплошная, облегченная, вибрированная);
- возраста кладки и условий ее твердения.
Пособие приводит таблицы расчетных сопротивлений сжатию кладки из кирпича и камней различных видов, а также сопротивлений растяжению при изгибе, срезу и смятию.
Упругие характеристики кладки
Упругая характеристика кладки α используется при определении коэффициента продольного изгиба φ. Ее значение зависит от вида кладки и марки раствора. Начальный модуль упругости кладки определяется по формуле:
E₀ = α · Ru,
где Ru — временное сопротивление (средний предел прочности) кладки сжатию.
Основные положения расчета
Расчет по предельным состояниям
Расчет каменных и армокаменных конструкций производится по методу предельных состояний:
- Первая группа, потеря несущей способности (расчет на прочность и устойчивость);
- Вторая группа, непригодность к нормальной эксплуатации (расчет по раскрытию трещин и деформациям).
Расчет внецентренно сжатых элементов
Основная расчетная формула для внецентренно сжатых неармированных элементов:
N ≤ mg · φ₁ · R · Ac · ω,
где:
- N — расчетная продольная сила;
- mg — коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки;
- φ₁ — коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения;
- R, расчетное сопротивление кладки сжатию;
- Ac — площадь сжатой части сечения;
- ω — коэффициент, учитывающий форму эпюры напряжений.
Пособие содержит подробные указания по определению эксцентриситетов, расчетных высот элементов, гибкостей и коэффициентов продольного изгиба для различных условий опирания.
Расчет на местное сжатие (смятие)
При опирании на кладку балок, ферм и других конструкций выполняется проверка на смятие:
N ≤ ψ · d · Rc · Ac,
где ψ — коэффициент полноты эпюры давления, d — коэффициент, учитывающий длительность нагрузки, Rc — расчетное сопротивление смятию, Ac, площадь смятия.
Расчет на растяжение и срез
Пособие регламентирует расчет кладки на:
- осевое растяжение;
- растяжение при изгибе (по перевязанному и неперевязанному сечению);
- срез по перевязанному и неперевязанному сечению;
- главные растягивающие напряжения.
Расчет армокаменных конструкций
Сетчатое (поперечное) армирование
Сетчатое армирование применяется для повышения несущей способности центрально и внецентренно сжатых элементов при небольших эксцентриситетах. Расчетное сопротивление армированной кладки определяется по формуле:
Rsk = R + (2μ · Rs) / 100,
где μ — процент армирования по объему, Rs — расчетное сопротивление арматуры.
Пособие устанавливает ограничения на применение сетчатого армирования: эксцентриситет не должен превышать 0,17y (где y — расстояние от центра тяжести сечения до края в сторону эксцентриситета), а процент армирования — не более 1 %.
Комплексные конструкции
Комплексные конструкции состоят из кладки и железобетона, расположенного снаружи или внутри кладки. Пособие приводит методику расчета таких элементов на центральное и внецентренное сжатие с учетом совместной работы материалов.
Продольное армирование
Для элементов с большими эксцентриситетами применяется продольное армирование в растянутой зоне сечения. Расчет ведется аналогично расчету железобетонных элементов с учетом особенностей работы кладки.
Особенности расчета отдельных конструкций
Пособие содержит специальные разделы, посвященные расчету:
- стен с проемами — с учетом ослабления сечений и перераспределения усилий;
- стен с обоймами и жесткими диафрагмами;
- перемычек, рядовых, балочных и армированных;
- кладки, возводимой в зимних условиях — с учетом стадий твердения раствора;
- конструкций в сейсмических районах — с дополнительными требованиями к армированию;
- стен, подвергающихся динамическим нагрузкам.
Примеры расчетов
Значительная часть пособия посвящена практическим примерам расчетов, отражающим работу каменных и армокаменных элементов при различных напряженных состояниях:
- расчет центрально сжатого кирпичного столба;
- расчет внецентренно сжатого простенка;
- расчет простенка с сетчатым армированием;
- расчет на местное сжатие под опорой балки;
- расчет перемычек различных типов;
- расчет комплексных конструкций;
- расчет кладки, выполненной методом замораживания.
Каждый пример содержит исходные данные, последовательность вычислений со ссылками на формулы и таблицы, а также выводы о несущей способности конструкции.
Современные учебные пособия по теме
В дополнение к классическому пособию ЦНИИСК им. Кучеренко выпущены современные учебно-методические издания, разработанные в соответствии с СП 15.13330, среди которых:
- «Проектирование каменных и армокаменных конструкций» (Бедов А. И., Щепетьева Т. А., 2003) — содержит примеры расчетов элементов при различных напряженных состояниях;
- «Примеры расчета каменных и армокаменных конструкций» (Труш Л. И., Ламзин Д. А.), учебно-методическое пособие, разработанное в соответствии с действующими правилами проектирования;
- пособия Министерства образования и науки РФ, рассматривающие виды материалов, физико-механические свойства кладок с отражением основ экспериментальных исследований и общие положения расчета.
Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций остается фундаментальным практическим руководством для инженеров-проектировщиков. Несмотря на то что документ разработан в развитие СНиП II-22-81, заложенные в нем методы расчета, табличные данные и примеры сохраняют актуальность, поскольку действующий СП 15.13330 является актуализированной редакцией того же нормативного документа. При использовании пособия в современной практике необходимо сверять нормативные значения с действующими редакциями сводов правил и учитывать все утвержденные изменения.
Систематическое применение методик пособия позволяет обеспечить надежность, долговечность и экономичность каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений различного назначения.