Расчет кирпичных (каменных) колонн и стен

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

ПРОФЕССИОНАЛЬНая ОБРАЗОВАтельная организация

«колледж информационных технологий и строительства»

№
п/п

Этап урока,
время (мин.)

Деятельность преподавателя

Деятельность студента

1

Орг. момент
(1-2 мин.)

Приветствие студентов, перекличка

Слушают

2

Постановка цели

(2-3мин)

Тема занятия «Расчет кирпичных (каменных) колонн и стен». Сегодня мы расширим знания в области расчета каменных конструкций, развивая интерес к будущей профессии.

Слушают,

Конспектируют

3

Актуализация знаний (15-16мин)

Каменная кладка может выполняться из природных или искусственных каменных материалов. Давайте вспомним:

1.Какие применяют виды природных и искусственных каменных материалов?

(Ответ: Из природных каменных материалов применяют бутовый камень, тесаные камни, пиленые камни из известняка. А из искусственных – кирпич, керамические камни, пеноблок, шлакоблок, газосиликатные блоки.)

2.Какие виды кирпичей чаще всего применяют для кирпичной кладки?

(Ответ: Для кирпичной кладки чаще всего применяют следующие виды кирпичей: глиняные пластического прессования, глиняные полусухого прессования, силикатные. Они могут быть полнотелыми и пустотелыми, одинарными и полуторными.)

3.Какой раствор необходимо применить?

(Ответ: Для кладки чаще всего применяют цементно-песчаные и цементно-известковые растворы.)

4. Какую же роль играет известь в растворе?

(Ответ: Известь повышает пластичность раствора.)

5.Какой вид деформации испытывает наружная несущая кирпичная стена, если на нее опирается плита перекрытия с одной стороны?

(Ответ: внецентренное сжатие)

6. Какой вид деформации испытывает внутренняя несущая кирпичная стена, если на нее опирается плита перекрытия с двух сторон?

(Ответ: центральное-сжатие)

При расчете кирпичных колонн и стен могут различаться следующие расчетные случаи:

• неармированная кирпичная кладка;

• армированная кирпичная кладка.

Армированную кирпичную кладку разделяют по способу выполнения армирования:

• с продольным армированием:в этом случае арматурные стержни диаметром не менее ∅ 12 мм проходят в вертикальных швах на всю высоту столба (как в железобетонных колоннах). Но в современном строительстве такой способ практически не применяется;

• с поперечным армированием: арматурные сетки из стержней ∅3-5 мм укладываются в горизонтальных швах кладки в каждом ряду или через несколько рядов кирпича, согласно расчета. Такой способ ведения кладки позволяет увеличить несущую способность кладки в 2 раза.

Армированную кладку выполняют в том случае, когда усилие, приходящееся на кладку, значительное и принятая площадь сечения с ним не справляется. Либо в том случае по конструктивным или архитектурным соображениям требуется уменьшить сечение колонны.

На прочность кладки влияют многие факторы:

1. во-первых, это прочность камня: увеличение прочности марки кирпича повышает прочность кладки;

2. во-вторых, размеры камня: с увеличением размеров камня прочность кладки тоже увеличивается (так как уменьшается количество горизонтальных швов, а высота камня увеличивает его сопротивление изгибу);

3. форма камня: прочность кладки из камней правильной формы выше;

4. прочность раствора: с увеличением прочности раствора растет прочность кладки;

5. качество кладки: кладка выполненная высококвалифицированным каменщиком прочнее в 1,7 раза, чем выполненная неквалифицированным каменщиком;

6. подвижность раствора: каменная кладка на жестких растворах менее прочна, чем на пластичных;

Давайте вспомним из раздела «Строительные материалы»

7)Как определить подвижность раствора?

(Ответ: Для определения подвижности растворной смеси применяют эталонный конус. На поверхности конуса нанесены деления по высоте. Конус опускают, и он под действием собственной массы погружается в растворную смесь. Подвижность равна глубине погружения эталонного конуса и измеряется в сантиметрах.)

перевязка швов: уменьшение количества перевязочных рядов приводит к понижению прочности кладки.

Например, трехрядная система перевязки мене прочна, чем однорядная. Необходимо помнить, что цепная система перевязки более прочная и надежная, хоть и трудозатратная. Применение такой кладки способствует более равномерному распределению нагрузок при неравномерных деформациях и осадках

Слушают,

Отвечают

4

Изучение нового материала
(60 мин)

1. Расчетные случаи при расчете кирпичной кладки.

2. Факторы, влияющие на прочность кладки.

3. Правила конструирования неармированных колонн.

4. Особенности работы кирпичных колонн под нагрузкой.

5. Ознакомление с общим порядком расчета для определения размеров сечения кирпичной центрально-сжатой колонны.

6.Решение задач

Рассмотрим некоторые правила конструирования неармированных колонн.

1. Размеры поперечного сечения колонн принимают с учетом размеров кирпича. Обычно не менее 380х380 мм (1,5х1,5 кирпича) и далее 510х510 мм (2х2 кирпича), 640х640 мм (2,5х2,5 кирпича).

2. На верхнюю часть кирпичной колонны могут укладываться железобетонные подушки, которые способствуют распределению напряжений от балок по кирпичной кладке. Их можно принимать без расчета толщиной 14-22 см.

3. В нижней части, между кирпичной кладкой и фундаментом, выполняется гидроизоляция.

Каковы же особенности работы кирпичных колонн под нагрузкой? Каменная кладка работает упругопластично. При этом кирпич в кладке испытывает сложное напряжённое состояние – сжатие, изгиб и растяжение, что приводит к более раннему разрушению его в кладке, чем при испытании в лабораторных условиях. Из чего следует, что разрушение кладки происходит на фоне потери общей устойчивости, которая и лежит в основе расчета.

Данная формула является базовой расчетной формулой для центрально-сжатых каменных столбов. На основании её могут быть решены два типа задач: подбор размеров сечения колонны и проверка несущей способности.

N ≤ m_gφRA,

где N – расчетная продольная сила,

R – расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по табл. 2 СП 15.1330.2012;

m_g – коэффициент, учитывающий влияние пластических деформаций кладки при воздействии длительной нагрузки. При h≥30 см, где h – размер меньшей стороны сечения колонны (если колонна прямоугольного сечения), коэффициент m_g= 1. При h˂30 см коэффициент m_gопределяют по формуле:

m_g= 1- η N_g/N,

где η – коэффициент, зависящий от гибкости элемента и вида каменной кладки, принимаемый по табл. 20 СНиП II-22-81;

N_g – расчетная продольная сила от длительно действующей нагрузки;

А – площадь поперечного сечения столба;

φ – коэффициент продольного изгиба, определяется в зависимости а и λ_h по табл. 19 СП 15.13330.2012, где а – упругая характеристика кладки, определяется по табл.16 СП15.13330.2012;

λ_h – гибкость столба, определяемая по формуле:

λ_h = l₀/h,

где l₀– расчетная длина столба;

h – меньшая сторона сечения колонны.

Расчетные высоты стен и столбовl₀ назначаются в зависимости от условий их опирания на горизонтальные опоры:

а) при неподвижных шарнирных опорах l₀=H (рис 2, а);

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре для однопролетных зданий l₀=1,5H, для многопролетных зданий l₀=1,25H (рис 2, б);

в) для свободно стоящих конструкций l₀=2H(рис 2, в).

Чтобы перейти к решению задач необходимо ознакомиться с общим порядком расчета для определения размеров сечения кирпичной центрально-сжатой колонны.

1.Определяют нагрузку на кирпичную колонну.

2.Устанавливают расчетную схему колонны.

3.Задаются следующими параметрами:

а) маркой кирпича, обычно принимается от М50 до М150;

б) маркой раствора, обычно принимается от М25 до М75.

4. По табл.2 СП 15.13330.2012-находят расчетное сопротивление сжатию кладки R.

5. Определяют упругую характеристику кладки а по табл. 16 СП 15.13330.2012.

6. Предварительно принимают значение коэффициента продольного изгибаφ=0,8-0,9 и предполагая, что размеры сечения будут больше 30 см, принимают значение коэффициента m_g=1.

7. Пользуясь формулой N ≤ m_gφRA, определяют требуемую площадь сечения колонны:

8. Назначают размеры сечения колонны, учитывая размеры кирпича; сечение колонн принимают не менее 380х380 мм и далее, добавляя по 130 мм (ширина кирпича 120 мм + 10 мм шов).

9. Проверяют принятое сечение:

а) определяют коэффициентm_g, учитывающий влияние пластических деформаций кладки при воздействии длительной нагрузки. При h≥30 см коэффициент m_g= 1. При h˂30 см коэффициент m_gопределяют по формуле:

m_g= 1- η N_g/N

б) определяют гибкость λ_h = l₀/h и по табл. 19 СП 15.13330.2012 коэффициент продольного изгиба φ;

в) определяют площадь принятого сечения колонны; в случае, если принятое сечение меньше 0,3м², то расчетное сопротивление необходимо умножить на коэффициент условия работы γ_с=0,8.

10. Проверяют несущую способность колонны:

N ≤ m_gφRA.

Если условие удовлетворено, то расчет закончен, если нет, то изменяют марки кирпича, раствора или увеличивают размеры колонны и расчет повторяют до тех пор, пока не будет удовлетворено условие. Проверка принятого сечения является проверкой несущей способности.

Задача1

Подобрать сечение центрально-сжатой колонны, выполненной из полнотелого глиняного кирпича пластического прессования на цементно-известковом растворе. Расчетное продольное сжимающее усилие N=566,48 кН. Коэффициент надежности по ответственности γ_n=0,95. Принята расчетная схема с шарнирным опиранием концов стержня колонны Н=3,6 м.

Решение.

1. Определяем нагрузку с учетом коэффициента надежности по ответственности: N=566,48*γ_n=566,48*0,95=538,16кН.

2. Задаемся материалами. Принимаем: полнотелый глиняный кирпич пластического прессования марки М100; раствор цементно-известковый М75.

3. Находим расчетное сопротивление кладки сжатию (табл.2 СП 15.13330.2012) R=1,7 МПа=0,17 кН/см² .

4. Определяем упругую характеристику кладки (табл. 16 СП 13,13330.2012): а = 1000.

5. Задаемся коэффициентом продольного изгиба φ=0,8 и коэффициентомm_g=1.

6. Определяем требуемую площадь сечения колонны:

   А=	N	=	538,16	= 3957,03 см2
   	mgφR		1*08*0,17

7. Принимаем сечение колонны 380х380 мм, тогда (переводим мм в см) А = 38х38= 1444 см². 510х510 мм =А = 2601 см². 640х640 мм = А = 64х64=4096 см² = 0,4096 м².

8. Проверяем принятое сечение:

а) так как меньшая сторона сечения h=64 см 30 см, то коэффициент m_g=1;

б) определяем гибкость: λ_h = l₀/h, где расчетная высота колонныl_o=Н=3,6 м.

λ_h =360/64= 5,63

Определяем коэффициент продольного изгиба (табл.19 СП15.1330.2012) φ = 0,98.

( в) принятое сечение больше чем 0,3 м², поэтому умножить на коэффициент условия работы γ_с не надо.)

8. Проверяем несущую способность колонны:

N ≤ m_gφRA

N=538,16 кН˂1*0,98*0,17*4096 = 682,39 кН.

Вывод: несущая способность каменной колонны обеспечена, оставляем подобранное сечение 640х640мм.

Задача 2.. Принято сечение 510x510 мм, колонну выполняем из полнотелого глиняного кирпича пластического прессования марки Ml00 и цементно-известкового раствора М100. Расчетное продольное сжимающее усилие N= 566,48 кН. Коэффициент надежности по ответственности γ_n = 0,95. Принята расчетная схема с шарнирным опиранием концов стержня колонны. При такой расчетной схеме расчетная длина равна высоте этажа l₀ = Н = 3,6 м.Определить несущую способность колонны.

Решение.

1. Определяем расчетное продольное сжимающее усилие с учетом коэффициента N = 566,48 • 0,95 = 538,16 кН

2. Определяем площадь колонны А = 51∙51 = 2601 см² = 0,26 м²; так как площадь сечения меньше 0,3 м², расчетное сопротивление необходимо умножать на коэффициент условия работы γ_с = 0,8.

3. Находим расчетное сопротивление сжатию кладки R = 1,8 МПа = 0,18 кН/см²

4.Упругая характеристика α = 1000

5. Определяем гибкость колонны

6.Определяем коэффициент продольного изгиба φ = 0,94

7.Коэффициент m_g = 1, так как меньший размер сечения h 30 см.

8.Несущая способность кирпичного столба

Вывод. Несущая способность не обеспечена.

Слушают,

Конспектируют

Слушают, записывают, работают с нормативной литературой

5

Закрепления и систематизация знаний

(6-7 мин)

1. Какими нормативными документами пользуются при расчете каменных конструкций?

2. Каковы особенности работы кирпичной кладки под нагрузкой?

3. Каковы правила конструирования кирпичных колонн?

4. Как назначаются расчетные высоты стен и колонн?

5. Какие принимают марки кирпича для кладки?

6. Какую марку раствора?

Отвечают устно

6

Подведение итогов обучения

(3 - 4 мин)

Выставление оценок

Слушают

7

Определение домашнего задания и инструктажа по его выполнению

(3 – 4 мин.)

учебник «Строительные конструкции» автор Сетков В.И., Сербин Е.П. стр. 127-134

Слушают, записывают