Модуль упругости кирпичной кладки

Расчетная и экспериментальная оценки динамических характеристик здания с безригельным каркасом с использованием ВК SCAD Office

Скачать статью в формате PDF — 725 Кбайт

CADmaster » CADmaster №5(50) 2009 (дополнительный) » Архитектура и строительство Расчетная и экспериментальная оценки динамических характеристик здания с безригельным каркасом с использованием ВК SCAD Office

За последнее время в Иркутске было возведено большое количество жилых домов в конструкциях серии 1.120с. Серия представляет собой сборный железобетонный безригельный каркас с применением высокопрочных предварительно напряженных канатов в уровне перекрытий. В 2008 году Институт земной коры СО РАН провел инженерно-техническое обследование шестидесяти блок-секций этой серии. Предварительно были проанализированы результаты динамических расчетов, выполненных различными организациями, которые осуществляют проектирование блок-секций в конструкциях указанной серии. Анализ выявил значительный разброс расчетных периодов собственных колебаний идентичных блок-секций: интервал составил от 0,4 до 1,0 секунды. От достоверности расчетного значения периода колебаний напрямую зависит величина коэффициента динамичности и, следовательно, уровень расчетной сейсмической нагрузки на блок-секцию. В связи с этим было принято решение провести экспериментальные исследования динамических характеристик на одном из построенных объектов. Таким объектом стала 9-этажная блок-секция по улице Баррикад.

Опытный объект представляет собой «лучевую» девятиэтажную блок-секцию с выраженной асимметрией плана типового этажа, с цокольным этажом и двухэтажной надстройкой. Основу каркаса обследуемого здания составляют конструктивные ячейки 4,2×4,2 м, образуемые колоннами и панелями перекрытия. Высота этажа 3,0 м. Высота здания от дневной поверхности составляет 33,0 м. В качестве несущих конструкций рамно-связевого каркаса используются сборные колонны, диафрагмы жесткости и ребристые плиты перекрытия с высотой ребер 200 мм и толщиной полки 60 мм. Сборные железобетонные колонны из тяжелого бетона класса В25 запроектированы сечением 400×400 мм. Диафрагмы жесткости представляют собой железобетонные панели толщиной 160 мм и также выполнены из тяжелого бетона класса В25. Следует отметить непропорциональную жесткость ребристых плит перекрытия по сравнению с принятыми сечениями колонн и толщиной диафрагм жесткости. Стыки колонн приняты в соответствии с модернизированной конструкцией, где устранены некоторые недостатки прототипа — стыка «штепсельного» типа.

Уязвимым местом обеих конструкций стыка является риск возникновения «плоскости скольжения» в уровне верха плит перекрытия через каждые три монтажных яруса. Если горизонтальный шов между торцами стыкуемых колонн ненадежно заполнен раствором инъецирования, в этом сечении будут работать на срез только четыре арматурных стержня колонны диаметром 25−28 мм, поскольку проектный размер «выступа» верха колонны над плоскостью перекрытия 30 мм находится в пределах точности монтажа каркаса. Конструкции лестничных клеток запроектированы с применением сборных железобетонных маршей. Наружные стены представляют собой многослойную конструкцию: внутренний слой из кирпичной кладки толщиной 250 мм, наружный — из кирпичной кладки толщиной 120 мм и слой утеплителя толщиной 150 мм. Внутренние стены и перегородки — кирпичные, их толщина соответственно составляет 250 и 120 мм. Стены шахты лифта — кирпичная кладка толщиной 250 мм. Наружные стены цокольного этажа — сборные железобетонные панели толщиной 300 мм из тяжелого бетона класса В15.

Сейсмичность площадки строительства составляет 8 баллов.

Методика проведения инструментальных измерений динамических характеристик здания при микросейсмических воздействиях

Здание представляет собой систему с дискретными массами, которая обладает фильтрационными свойствами. Такая система способна пропускать упругие волны с определенными длинами, зависящими от конструкции и размеров здания. Под воздействием микросейсмических колебаний грунта в здании возникают установившиеся микроколебания. На этом основана методика определения динамических характеристик зданий. В процессе обработки производятся спектрально-корреляционные преобразования регистрируемых сигналов. Указанная методика известна как «метод стоячих волн» [8].

Для регистрации микросейсмических колебаний использовались восемь трехканальных автономных цифровых станций ANG-06. Все станции были синхронизированы с абсолютным временем по сигналам GPS.

С помощью спектрально-корреляционного анализа выделены формы собственных колебаний в диапазоне частот 2,637−9,08 Гц. Все зарегистрированные формы колебаний характеризуются выраженной крутильной компонентой. При инструментальных измерениях, помимо периодов колебаний, регистрировались параметры затухания и формы колебаний здания (использовалась передвижная ИСС).

В процессе обследования выполнены трехкомпонентные наблюдения в 320 точках каркаса. Результаты позволили определить все основные характеристики динамической модели здания.

Сравнительный анализ расчетных и инструментальных динамических характеристик исследуемого здания

С помощью программного комплекса SCAD Office версии 11.1 были проведены динамические расчеты опытной блок-секции. Формирование конечноэлементной модели исследуемого здания выполнено при помощи препроцессора Форум. При моделировании конструктивных элементов здания использовались конечные элементы: тип 5 (пространственный стержень), тип 42, 44 (3-, 4-угольные КЭ-оболочки) и 55 КЭ (упругая связь). Количество элементов расчетной модели — 26 981, количество узлов — 12 851.

При формировании расчетной модели здания авторы столкнулись с двумя основными проблемами:

1. учет податливости соединения диафрагм жесткости с колоннами каркаса,
2. учет жесткости кирпичного заполнения каркаса.

Существует несколько вариантов учета податливости соединения сборных конструкций при вычислениях динамических характеристик каркаса с заполнением. Один из них заключается в искусственном уменьшении жесткости самих конструкций путем снижения модуля упругости с помощью понижающих коэффициентов.

В 2004 году Институт земной коры совместно с ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко и ИрГТУ провел вибрационные испытания каркаса серии 1.120с, которые показали, что наибольшие повреждения получили не сами диафрагмы, а их шпоночные соединения с элементами каркаса и сварные стыки. Поэтому при формировании адекватной конечно-элементной модели основное внимание уделялось оценке жесткостей не столько диафрагм, сколько их соединений с элементами каркаса.

При расчетах податливость закладных деталей учитывалась с помощью конечного элемента КЭ 55 (упругой связи). При изменении линейной жесткости упругих связей в диапазоне от 9×108 т до 1 т наблюдались изменения форм и периодов колебаний здания (таблица 1). В результате установлено, что решающую роль в формировании жесткости динамической модели каркаса играет подбор жесткостей закладных деталей соединения диафрагм с элементами каркаса.

Крепление диафрагм жесткости, а также цокольных железобетонных панелей моделировалось с помощью стержневых КЭ:

• L100×63×8 (ГОСТ 8510−86*) — закладная деталь в верхней части цокольной железобетонной панели,
• 100×8 (ГОСТ 19903−74) — закладная деталь в нижней части цокольной железобетонной панели,
• 200×10 (ГОСТ 19903−74) — закладная деталь диафрагмы жесткости.

Вторая проблема заключалась в учете приведенной жесткости кирпичного заполнения. Были выполнены динамические расчеты с изменением модуля упругости кирпичного заполнения от минимальной величины до расчетного значения, соответствующего случаю монолитного (то есть абсолютно жесткого) крепления кирпичного заполнения к элементам каркаса.

Анализ расчетных динамических характеристик здания (таблица 2) позволил подобрать приведенное значение модуля упругости кирпичного заполнения с точки зрения совпадения расчетных данных с результатами инструментальных измерений:

• для внутренних кирпичных стен толщиной 250 мм E усл _кл = 2·105 т/м2,
• для наружных стен слоистой конструкции E усл _кл = 2,5·105 т/м2.

Как результат подбора жесткости кирпичного заполнения и учета податливости закладных деталей получены динамические характеристики здания, согласующиеся с результатами экспериментальных исследований (таблица 3).

Следует отметить, что как расчетный анализ, так и инструментальные измерения (микродинамический уровень воздействия, при котором конструкции заведомо работают в упругой стадии) выполнены в рамках линейно-упругой модели и, следовательно, их сравнительный анализ является вполне корректным. Его результаты позволяют объяснить появление в проектной практике нереально больших расчетных периодов собственных колебаний ( Т = 1,0 с), что приводит к занижению уровня расчетной сейсмической нагрузки. Причина этих проектных дефектов кроется в использовании неадекватных расчетных моделей зданий. При формировании таких моделей игнорируется учет жесткости всех конструкций сооружения, в том числе заполнения каркаса — наружных и внутренних кирпичных стен и перегородок. Таким образом, фактическая сейсмостойкость «лучевых» блок-секций не соответствует расчетной 8-балльной сейсмичности площадки строительства. Дефицит их сейсмостойкости может достигать одного балла. При этом следует учитывать, что «балл» является понятием целочисленным.

Оценка прочности конструктивных элементов безригельного каркаса и узлов их соединения

Расчеты рассматриваемого объекта выполнены на сейсмичность 7, 8 и 9 баллов. Все расчеты проводились на нормативные нагрузки (без учета временных), то есть реально представленные на объекте в момент проведения исследований. Далее были учтены расчетные коэффициенты, а также временные нагрузки и произведен расчет армирования конструкций в обычной проектной стадии. Сравнительные данные по максимальному армированию элементов каркаса при 8- и 9-балльном воздействии представлены в таблице 4.

Анализ данных таблицы 4 показывает, что при сейсмическом воздействии 8 баллов армирование основных несущих элементов каркаса «лучевой» блоксекции соответствует расчетным показателям и его конструктивная реализация не вызывает затруднений. При 9-балльном воздействии расчетное армирование диафрагм жесткости следует признать чрезмерным из-за значительного насыщения изделия арматурой. Кроме того, при модифицированной конструкции стыка колонн, принятой в проекте, размещение арматуры диаметром 40 мм в канале диаметром 50 мм с учетом неизбежных погрешностей монтажа приведет к затруднениям при выполнении операции инъецирования каналов, от качества которой в существенной мере зависит надежность конструкции стыка колонн.

Наиболее напряженным конструктивным узлом каркаса является монолитная железобетонная шпонка понизу диафрагмы жесткости (ДЖ). Она находится под воздействием нормальных усилий сжатия-растяжения N и соответствующих усилий сдвига T по горизонтальному шву.

Прочность шпонки определялась в соответствии с нормативными документами [9] и [10] по формулам, приведенным ниже. При этом рассматривались три случая.

Сопротивление сдвигу V_s в условиях сжатия N N_c – действующая на стык сжимающая сила, A_s – площадь сечения ненапрягаемой арматуры, R_sw – расчет ное сопротивление поперечной арматуры растяжению, V_k,b – сопротивление сдвигу бетонной шпонки, R_bt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельных состояний первой группы, A_sh – площадь сечения шпонки.

Основной вклад в несущую способность шпонки на сдвиг дает учет сил трения в горизонтальном шве, создаваемого за счет усилий сжатия при значении коэффициента трения бетона по бетону, который с учетом сейсмического воздействия принят равным η=0,7×0,7 ≈ 0,5. Корректное использование этой формулы предполагает четкую передачу усилий сжатия через растворный шов между диафрагмами жесткости. На практике же монтаж диафрагм зачастую ведется «насухо» — по маякам, без заполнения горизонтального шва раствором, что вносит существенные коррективы в расчетную схему каркаса.

1. Сопротивление сдвигу V o _s при N = 0.

Для определения V o _s в приведенных формулах принимается N_c = 0.

Данный случай является граничным. Несущая способность шпонки на сдвиг определяется работой на срез контурной арматуры и бетона шпонки на срез. Довольно близкой к этому случаю оказалась комбинация расчетных усилий для варианта растягивающих усилий в шпонке при 7 баллах (таблица 5).

1. Сопротивление сдвигу V_s в условиях растяжения N = 0.

Физический смысл этой формулы заключается в способности контурной арматуры работать на срез до тех пор, пока не исчерпаны ее резервы сопротивления растяжению. Однако с увеличением растягивающего усилия в шпонке эти резервы снижаются в соответствии с квадратичной зависимостью и несущая способность шпонки на сдвиг обращается в нуль.

Проверка несущей способности монолитной железобетонной шпонки на сдвиг показала, что по прочности она не удовлетворяет комбинациям расчетных усилий при 8- и 9-балльных сейсмических воздействиях (в таблице 5 указанные комбинации выделены красным цветом).

Таким образом, анализ результатов конструктивных расчетов каркаса «лучевой» блок-секции показывает, что по условиям прочности основных несущих элементов каркас удовлетворяет нормативным требованиям в случаях сейсмических нагрузок 7 и 8 баллов. В то же время условия прочности наиболее напряженного конструктивного узла каркаса (монолитных железобетонных шпонок диафрагм жесткости) удовлетворяются лишь для 7 баллов.

Основная причина этого проектного дефекта заключается в недостаточном количестве диафрагм жесткости при принятом несимметричном плане типового этажа блок-секции. Существенным фактором также является ограниченная способность монолитных железобетонных шпонок воспринимать усилия сдвига в случае вертикальных растягивающих усилий, возникающих в диафрагмах жесткости. Контроль качества замоноличивания шпонок выявил также характерные дефекты их исполнения в натуре: несовпадение арматурных выпусков из диафрагм жесткости и образование щели поверх шпонок из-за оседания монолитного бетона, что ставит под сомнение их реальную надежность.

Эти выводы полностью согласуются с результатами натурных испытаний фрагмента безригельного каркаса серии 1.120с (Иркутск, 2004 г.), при которых 90% шпонок в диафрагмах жесткости получили повреждения 4−5 степени (разрушение) по шкале MSK-64 [11]. Что касается сварных соединений диафрагм жесткости с колоннами, то при испытаниях фрагмента каркаса был зафиксирован срез сварного шва лишь в отдельных узлах — в 5% случаев. Тем не менее, прочность сварных соединений также нуждается в дополнительной проверке, особенно с точки зрения надежности анкеровки закладных деталей в бетоне.

Строительные нормы и правила каменные и армокаменные конструкции снип ii-22-81 Москва 2004

МОДУЛИ УПРУГОСТИ И ДЕФОРМАЦИЙ КЛАДКИ ПРИ КРАТКОВРЕМЕННОЙ И ДЛИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ, УПРУГИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КЛАДКИ, ДЕФОРМАЦИИ УСАДКИ, КОЭФФИЦИЕНТЫ ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ И ТРЕНИЯ

для неармированной кладки

для кладки с продольным армированием

В формулах (1) и (2) a – упругая характеристика кладки, принимается по п. 3.21.

Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.

Для кладки с продольным армированием упругую характеристику следует принимать такой же, как для неармированной кладки, R_u – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле

где k – коэффициент, принимаемый по табл. 14,

R – расчетные сопротивления сжатию кладки, принимаемые по табл. 2 – 9* с учетом коэффициентов, приведенных в примечаниях к этим таблицам, а также в пп. 3.9 – 3.14.

В формулах (2) и (4) R_sku – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемое по формулам:

для кладки с продольной арматурой

для кладки с сетчатой арматурой

m – процент армирования кладки,

для кладки с продольной арматурой

где A_s и A_k – соответственно площади сечения арматуры и кладки, для кладки с сетчатой арматурой m определяется по п. 4.30*,

R_sn – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, принимаемые для сталей классов А-I и А-II в соответствии со СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а для стали класса Вр-I – с коэффициентом условий работы 0,6 по тому же СНиП.

3.21. Значения упругой характеристики a для неармированной кладки следует принимать по табл. 15*.

3.22. Модуль деформаций кладки Е должен приниматься:

а) при расчете конструкций по прочности кладки для определения усилий в кладке, рассматриваемой в предельном состоянии сжатия при условии, что деформации кладки определяются совместной работой с элементами конструкций из других материалов (для определения усилий в затяжках сводов, в слоях сжатых многослойных сечений, усилий, вызываемых температурными деформациями, при расчете кладки над рандбалками или под распределительными поясами), по формуле

где Е – модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки, определяемый по формулам (1) и (2).

2. Приведенные в табл. 15* (поз. 7 – 9) значения упругой характеристики a для кирпичной кладки распространяются на виброкирпичные панели и блоки.

3. Упругая характеристика бутобетона принимается равной a = 2000.

4. Для кладки на легких растворах значения упругой характеристики a следует принимать по табл. 15* с коэффициентом 0,7.

5. Упругие характеристики кладки из природных камней допускается уточнять по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.

3.23*. Относительная деформация кладки с учетом ползучести определяется по формуле

где s – напряжение, при котором определяется e,

v – коэффициент, учитывающий влияние ползучести кладки:

v = 1,8 – для кладки из керамических камней с вертикальными щелевидными пустотами (высота камня от 138 до 220 мм),

v = 2,2 – для кладки из керамического кирпича пластического и полусухого прессования,

v = 2,8 – для кладки из крупных блоков или камней, изготовленных из тяжелого бетона,

v = 3,0 – для кладки из силикатного кирпича и камней полнотелых и пустотелых, а также из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях или поризованного и силикатных крупных блоков,

v = 3,5 – для кладки из мелких и крупных блоков или камней, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов,

v = 4,0 – то же, из неавтоклавных ячеистых бетонов.

3.24. Модуль упругости кладки Е при постоянной и длительной нагрузке с учетом ползучести следует уменьшать путем деления его на коэффициент ползучести v.

3.25*. Модуль упругости и деформаций кладки из природных камней допускается принимать по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.

3.26*. Деформации усадки кладки из керамического кирпича и керамических камней не учитываются.

Деформации усадки следует принимать для кладок:

из кирпича, камней, мелких и крупных блоков, изготовленных на силикатном или цементном вяжущем, – 3×10 -4 ,

из камней и блоков, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов на песке и вторичных продуктах обогащения различных руд, – 4×10 -4 ,

то же, из автоклавных бетонов на золе – 6×10 -4 .

3.27. Модуль сдвига кладки следует принимать равным G = 0,4 Е, где Е – модуль упругости при сжатии.

3.28. Величины коэффициентов линейного расширения кладки следует принимать по табл. 16.

Модули упругости и деформаций кладки

Изменения главы СНиП II-22-81

Постановлением Госстроя СССР от 11 сентября 1985 г. № 143 утверждены и с 1 января 1986 г. вводятся в дей­ствие разработанные ЦНИИСК им. Кучеренко и представлен­ные Главтехнормированием изменения главы СНиП 11-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции», утверж­денной постановлением Госстроя СССР от 31 декабря 1981 г. № 292. Текст изменений публикуется ниже.

Пункт 2.1. Абзац первый изложить в новой редакции:

«2.1. Кирпич, камни и растворы для каменных и армокаменных конструкций, а также бетоны для изготовления кам­ней и крупных блоков должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов и применяться следующих марок или классов:»

подпункт «б» изложить в новой редакции: «б» бетонов классов по прочности на сжатие:

тяжелого — В3,5: В5, В7,5, В12.5, В15, В20, В25, В3О,

на пористых заполнителях — В2, В2.5, В3.5, В5, В7,5, В12,5, B15, B20, В25, В30:

ячеистых — В1, В2, В2,5: В3,5, BS: В7,5, В12,5,

крупнопористого — В1, В2, В2,5, В3,5, В5, В7,5,

поризованного — 82,5, B3,S, B5, В7,5,

силикатного — В12.5, 815, B20, В25, В30».

Пункт 3.3. Табл. 4 дополнить с левой стороны графой «Классы бетона», в которой в верхних четырех строках проставляются прочерки, а в нижележащих строках указы­ваются классы бетона: В30, В25, B20, В15, В12,5, В7,5, B5,В3.5, В2,5, В2,.

в графе 1 табл. 4 слова «Марка бетона или камня» заме­нить словами «Марка камня».

Примечание 2 к табл. 4 изложить в новой редакции:

«2. Классы бетона следует принимать по табл. 1 СТ СЭВ 1406-78. За марку блоков из природного камня следует принимать предел прочности на сжатие МПа (кгс/см 2 ), эталонного образца-куба, испытанного согласно требованиям ГОСТ 10180-78 и ГОСТ 8462-75».

Пункт 3.8. Табл. 9. Указанные в горизонтальной строке марки бетона заменить классами бетона, «М200» на «В15», «М150» на «812,5», «М100» на «В7,5», «М75» на «В5» «М50» на «В3,5», «М35» на «В2.5».

Пункт 3.11. Подпункт «в» изложить а новой редакции:

«в) 1,1 — для крупных блоков и камней, изготовлен­ных из тяжелых бетонов и из природного камня (g ³ 1800 кг/м 3 ),

0,9 — для кладки из блоков и камней из автоклавных ячеистых бетонов и из силикатных бетонов классов по прочности выше 825,

0,8 — для кладки из блоков и камней из крупнопористых бетонов и из неавтоклавных бетонов. Виды ячеистых бетонов принимают в соответствии с ГОСТ 25485-82».

Пункт 3.21. В табл. 15 позиции 4 и 5 изложить в новой редакции:

«4. Из крупных блоке», изготовленных из ячеистых бетонов:

автоклавных 750 750 500 500 350

неавтоклавных 500 500 350 350 350

5 Из камней из ячеистых бетонов:

автоклавных 750 500 350 350 200

неавтоклавных 500 350 200 200 200».

Пункт 3.23. Пояснение к значению v = 3,5 изложить в но­вой редакции: «v =3,5 – для кладкииз крупных блоков или камней, изготовленныхиз автоклавных ячеистых бето­нов»,

Пояснение к значению v = 4 изложить в новой редакции: v = 4 то жеиз неавтоклавных ячеистых бетонов».

Пункт 3.26. Абзац четвертый изложить в новой редакции: «из камней и крупных блоков, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов на песке и вторичных продуктах обогащения различных руд — 4·10 – 4 ».

Абзац пятый: «то же из автоклавных бетонов на золе — 6.10- 4 ».

Пункт 4.23. Текст, приведенный в первой графе табл. 22, из­ложить а новой редакции:

«Камни марок М25 и выше из бетонов на пористых за­полнителях и из порисованных бетонов.

Камни марок M25 и выше из автоклавных ячеистых бе­тонов.

Камни марок М25 и выше из неавтоклавных ячеистых бетонов».

Пункт 6.51. В абзаце втором исключить фразу «Длина опоры однопролетных рандбалок должна быть не менее Н».

Пункт 6.5. В табл. 26, позиции 11 марки бетона для кладок I, II и III групп заменить классами:

М100 и выше на «В7,5 и выше», М75 на «B5» M50 на «В3,5», М35 на «В2,5».

Пункт 6.66. Табл. 31 с левой стороны дополнить графой «Классы бетона» в первой строке таблицы указать классы бетона «B3,5 — В7,5», во второй строке классы бетона «В1—В2», в третьей строке «прочерк».

В графе 1 табл. 31 слова «Марка раствора или бетона» заменить словами «Марка раствора».

Пункт 7.1. В подпункте «б» фразу «Высота каменных конструкций, возводимых способом замораживания, не долж­на превышать 15 м» заменить фразой «Высота каменных конструкций, возводимых способом замораживания, опреде­ляется расчетом, но не должна превышать 15 м и четырех этажей».

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Нормы настоящей главы должны соб­людаться при проектировании каменных и армокаменных конструкций новых и реконструи­руемых зданий и сооружений.

1.2. При проектировании каменных и армокаменных конструкций следует применять конструктивные решения, изделия и материалы:

а) наружные стены из: пустотелых кера­мических и бетонных камней и кирпича, об­легченной кирпичной кладки с плитным утеп­лителем или засыпкой из пористых заполните­лей, сплошных камней и блоков из бетона на пористых заполнителях, поризованных и яче­истых бетонов. Применение сплошной кладки из полнотелого глиняного или силикатного кирпича для наружных стен помещений с су­хим и нормальным влажностным режимом допускается только при необходимости обес­печения их прочности,

б) стены из панелей и крупных блоков, из­готовленных из бетонов различных видов, а также из кирпича или камней,

в) кирпич и камни марок по прочности на сжатие 150 и более в зданиях высотой более пяти этажей,

г) местные природные каменные материа­лы,

д) растворы с противоморозными химичес­кими добавками для зимней кладки с учетом указаний разд. 7.

Примечание. При соответствующем обоснова­нии допускается применять конструктивные решения, изделия и материалы, не предусмотренные настоящим пунктом.

1.3. Применение силикатных кирпича, кам­ней и блоков, камней и блоков из ячеистых бетонов, пустотелого кирпича и керамических камней, глиняного кирпича полусухого прес­сования допускается для наружных стен по­мещений с влажным режимом при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия. Применение указанных материалов для стен помещений с мок­рым режимом, а также для наружных стен подвалов и цоколей не допускается. Влажностный режим помещений следует принимать в соответствии с главой СНиП по строитель­ной теплотехнике.

1.4. Прочность и устойчивость конструкций и их элементов должна обеспечиваться при возведении и эксплуатации, а также при тран­спортировании и монтаже элементов сборных конструкций.

1.5. При расчете конструкций следует учи­тывать коэффициенты надежности γ_п, прини­маемые согласно Правилам учета степени от­ветственности зданий и сооружений при про­ектировании конструкций, утвержденным Госстроем СССР.

1.6. При проектировании зданий и соору­жений следует предусматривать мероприятия, обеспечивающие возможность возведения их в зимних условиях.

МАТЕРИАЛЫ

2.1. Кирпич, камни и растворы для камен­ных и армокаменных конструкций, а также бетоны для изготовления камней и крупных блоков должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов или технических условий и применяться следующих марок:

а) камней — по пределу прочности па сжа­тие (а кирпича — на сжатие с учетом его прочности при изгибе) — 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50 (камни малой прочности — легкие бетонные и природные камни), 75, 100, 125, 150, 200 (средней прочности — кирпич, керамические, бетонные и природные камни), 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 (высокой прочности — кир­пич, природные и бетонные камни),

б) бетонов — по пределу прочности на сжа­тие:

тяжелого — М 50, М 75, M l00, М 150, М 200, М 250, М 300, М 350, М 400:

на пористых заполнителях — М 25, М 35, М 50, М 75, М 100, М 150, М 200, М 250, М 300, М 350, М 400,

ячеистого — М 15, М 25, М 35, М 50, М 75, М 100, М 150,

Строительные нормы и правила Каменные и аpмокаменные конструкции снип ii-22-81

Модули упругости и деформаций кладки при кратковременной

и длительной нагрузке, упругие характеристики кладки,

деформации усадки, коэффициенты линейного расширения

и коэффициенты трения

3.20. Модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки Е_о при кратковременной нагрузке должен приниматься равным :

для неармированной кладки

для кладки с продольным армированием

В формулах (1) и (2)  – упругая характеристика кладки, принимается по п.3.21.

Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.

Для кладки с продольным армированием упругую характеристику следует принимать такой же, как для неармированной кладки, R_u – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле

где k – коэффициент, принимаемый по табл.14,

R – расчетные сопротивления сжатию кладки, принимаемые по табл.2-9 с учетом коэффициентов, приведенных в примечаниях к этим таблицам, а также в пп.3.9-3.14.

Т а б л и ц а 14

1. Из кирпича и камней всех видов, из крупных блоков, рваного бута и бутобетона, кирпичная вибрированная

2. Из крупных и мелких блоков из ячеистых бетонов

Упругую характеристику кладки с сетчатым армированием следует определять по формуле

В формулах (2) и (4) R_sku – временное сопротивление (средний) предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемый по формулам:

для кладки с продольной арматурой

для кладки с сетчатой арматурой

 – процент армирования кладки,

для кладки с продольной арматурой

где А_s и А_k – соответственно площади сечения арматуры и кладки, для кладки с сетчатой арматурой  определяется по п.4.30, R_sn – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, принимаемые для сталей классов А-I и А-II в соответствии с главой СНиП по проектированию бетонных и железобетонных конструкций, а для стали класса Вр-I с коэффициентом условий работы 0,6 по той же главе СНиП.

3.21. Значения упругой характеристики  для неармированной кладки следует принимать по табл.15.

Т а б л и ц а 15

при марках раствора

при прочности раствора

1. Из крупных блоков, изготовленных из тяжелого и крупнопористого бетона на тяжелых заполнителях и из тяжелого природного камня

2. Из камней, изготовленных из тяжелого бетона, тяжелых природных камней и бута

3. Из крупных блоков, изготовленных из бетона на пористых заполнителях и поризованного, крупнопористого бетона на легких заполнителях, плотного силикатного бетона и из легкого природного камня

4. Из крупных блоков, изготовленных из ячеистых бе-

5. Из камней из ячеистых бетонов вида:

6. Из керамических камней

7. Из кирпича глиняного пластического прессования лолнотелого и пустотелого, из пустотелых силикатных камней, из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях и поризованного, из легких природных камней

8. Из кирпича силикатного полнотелого и пустотелого

9. Из кирпича глиняного полусухого прессования пол-нотелого и пустотелого

Примечания: 1. При определении кэффициентов продольного изгиба для элементов с гибкостью l/i  28 или отношением l/h  8 (см. п. 4.2) допускается принимать величины упругой характеристики кладки из кирпича всех видов, как из кирпича пластического прессования.

2. Приведенные в табл. 15 (пп. 7-9) значения упругой характеристики  для кирпичной кладки распространяются на виброкирпичные панели и блоки.

3. Упругая характеристика бутобетона принимается равной  = 2000.

4. Для кладки на легких растворах значения упругой характеристики следует принимать по табл. 15 с коэффициентом 0,7.

5. Упругие характеристики из природных камней допускается уточнять по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.

3.22. Модуль деформаций кладки Е должен приниматься:

а) при расчете конструкций по прочности кладки для определения усилий в кладке, рассматриваемой в предельном состоянии сжатия при условии, что деформации кладки определяются совместной работой с элементами конструкций из других материалов (для определения усилий в затяжках сводов, в слоях сжатых многослойных сечений, усилий, вызываемых температурными деформациями, при расчете кладки над рандбалками или под распределительными поясами) по формуле

где Е_о – модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки, определяемый по формулам (1) и (2).

б) при определении деформаций кладки от продольных или поперечных сил, усилий в статически неопределимых рамных системах, в которых элементы конструкций из кладки работают совместно с элементами из других материалов, периода колебаний каменных конструкций, жесткости конструкций по формуле

3.23. Относительная деформация кладки с учетом ползучести определяется по формуле

где  – напряжение, при котором определяется  ,

 – коэффициент, учитывающий влияние ползучести кладки,

 =1,8 – для кладки из керамических камней с вертикальными щелевидными пустотами (высота камня 138 мм),

 =2,2 – для кладки из глиняного кирпича пластического и полусухого прессования,

 =2,8 – для кладки из крупных блоков или камней, изготовленных из тяжелого бетона,

 =3,0 – для кладки из силикатного кирпича и камней полнотелых и пустотелых, а также из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях или поризованного и силикатных крупных блоков,

 =3,5 – для кладки из мелких и крупных блоков, изготовленных из автоклавного ячеистого бетона вида А,

 =4,0 – то же, из автоклавного ячеистого бетона вида Б.

3.24. Модуль упругости кладки Ео при постоянной и длительной нагрузке, с учетом ползучести, следует уменьшать путем деления его на коэффициент ползучести  .

3.25. Модуль упругости и деформаций кладки из природных камней допускается принимать по специальным указаниям, составленном на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным Госстроями союзных республик в установленном порядке.

3.26. Деформации усадки кладки из глиняного кирпича и керамических камней не учитываются.

Деформации усадки следует принимать для кладок:

из кирпича, камней, мелких и крупных блоков, изготовленных на силикатном или цементном вяжущем – 310 -4 ,

из камней и блоков, изготовленных из автоклавного ячеистого бетона (вида А) – 4Х10 -4 ,

то же, из неавтоклавного ячеистого бетона (вида Б) – 8 10 -4 ,

3.27. Модуль сдвига кладки следует принимать равным

Е_о – модуль упругости при сжатии.

3.28. Величины коэффициентов линейного расширения кладки следует принимать по табл.16.

Т а б л и ц а 16

го расширения кладки

1. Кирпич глиняный полноте-

лый, пустотелый и керамические камни

2. Кирпич силикатный, камни и

блоки бетонные и бутобетон

3. Природные камни, камни и

блоки из ячеистых бетонов

П р и м е ч а н и е. Величины коэффициентов линейного расширения для кладки из других материалов допускается принимать по опытным данным

3.29. Коэффициенты трения следует принимать по табл. 17.

Т а б л и ц а 17

Коэффициенты трения  при

1. Кладка по кладке или бетону

2. Дерево по кладке или бетону

3. Сталь по кладке или бетону

4. Кладка и бетон по песку или гравию

5. То же, по суглинку

6. То же, по глине

^ 4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ

ПЕРВОЙ ГРУППЫ (ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ)

4.1. Расчет элементов неармированных каменных конструкций при центральном сжатии следует производить по формуле

N – расчетная продольная сила,

R – расчетное сопротивление сжатию кладки, определяемое по табл. 2-9,

 – коэффициент продольного изгиба, определяемый по п. 4.2,

A – площадь сечения элемента,

m_g – коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки и определяемый по формуле (16) при e_og = 0

При меньшем размере прямоугольного поперечного сечения элементов h  30 см (или с меньшим радиусом инерции элементов любого сечения i  8,7 см) коэффициент m_g следует принимать равным единице.

4.2. Коэффициент продольного изгиба  для элементов постоянного по длине сечения следует принимать по табл. 18 в зависимости от гибкости элемента

или прямоугольного сплошного сечения при отношении

и упругой характеристики кладки  ,принимаемый по табл. 15, а для кладки с сетчатым армированием – по формуле (4).

В формулах (11) и (12)

l_o – расчетная высота (длина) элемента, определяемая согласно указаниям п.4.3,

i – наименьший радиус инерции сечения элемента,

h – меньший размер прямоугольного сечения.

Т а б л и ц а 18

Коэффициенты продольного изгиба  при

упругих характеристиках кладки 

П р и м е ч а н и я: 1. Коэффициенты  при промежуточных величинах гибкостей определяются по интерполяции.

2. Коэффициенты  для отношений _h, превышающих предельные (пп. 6.16-6.20), следует принимать при определении _с (п. 4.7) в случае расчета на внецентренное сжатие с большими эксцентриситетами.

3. Для кладки с сетчатым армированием величины упругих характеристик, определяемые по формуле (4), могут быть менее 200.

4.3. Расчетные высоты стен и столбов l_o при определении коэффициентов продольного изгиба  в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:

а) при неподвижных шарнирных опорах l_o = H (рис. 4,а),

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l_o = 1,5 Н, для многопролетных зданий l _o = 1,25 Н (рис. 4,б),

Рис.4. Коэффициенты  и m по высоте сжатых стоек и столбов а – шарнирно опертых на неподвижные опоры, б – защемленных внизу и имеющих верхнюю упругую опору, в – свободно стоящих

в) для свободно стоящих конструкций l_o = 2Н (рис. 4,в),

г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями – с учетом фактической степени защемления, но не менее l_o = 0,8 Н, где Н – расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету.

П р и м е ч а н и я: 1. При жестких опорах (см. п. 6.7) и заделке в стены сборных железобетонных перекрытий принимается l_o = 0,9 Н, а при монолитных железобетонных перекрытиях, опираемых на стены по четырем сторонам, l _o = 0,8 Н.

2. Если нагрузкой является только собственная масса элемента в пределах рассчитываемого участка, то расчетную высоту l_o сжатых элементов, указанную в п. 4.3 следует уменьшить путем умножения на коэффициент 0,75.

4.4. Значения коэффициентов  и m_g для стен и столбов, опирающихся на шарнирные неподвижные опоры, с расчетной высотой l_o = Н (см. п. 4.3) при расчете сечений, расположенных в средней трети высоты l_o следует принимать постоянными, равными расчетным значениям  и m_g , определенным для данного элемента. При расчете сечений на участках в крайних третях l_o , коэффициенты  и m_g увеличиваются по линейному закону до единицы на опоре (рис. 4,a).

Для стен и столбов, имеющих нижнюю защемленную и верхнюю упругую опоры, при расчете сечений нижней части стены или столба до высоты 0,7 H принимаются расчетные значения  и m_g , а при расчете сечений верхней части стены или столба значения  и m_g для этих сечений увеличиваются до единицы по линейному закону (рис. 4,б).

Для свободно стоящих стен и столбов при расчете сечений в их нижней части (до высоты 0,5 H) принимаются расчетные значения  и m_g , а в верхней половине значения  и m_g увеличиваются до единицы по линейному закону (рис. 4,в).

В месте пересечения продольной и поперечной стен, при условии их надежного взаимного соединения, коэффициенты  и m_g разрешается принимать равными 1. На расстоянии H от пересечения стен коэффициенты  и m_g определяются по пп. 4.1-4.3. Для промежуточных вертикальных участков коэффициенты  и m_g принимаются по интерполяции.

4.5. В стенах, ослабленных проемами, при расчете простенков коэффициент  принимается по гибкости стены.

Для узких простенков, ширина которых меньше толщины стены, производится также расчет простенка в плоскости стены, при этом расчетная высота простенка принимается равной высоте проема.

4.6. Для ступенчатых стен и столбов, верхняя часть которых имеет меньшее поперечное сечение, коэффициенты  и m_g определяются:

a) при опирании стен (столбов) на неподвижные шарнирные опоры – по высоте l_o = H ( H – высота стены или столба согласно п. 4.3) и наименьшему сечению, расположенному в средней трети высоты Н,

б) при упругой верхней опоре или при ее отсутствии – по расчетной высоте l _o , определенной согласно п. 4.3 и сечению у нижней опоры, а при расчете верхнего участка стены (столба) высотой Н₁ – по расчетной высоте l_o1 и поперечному сечению этого участка, l _o1 – определяется так же, как l_o, но при Н=Н₁ .

Российской Федерации

Модули упругости и деформаций кладки при кратковременной

и длительной нагрузке, упругие характеристики кладки, деформации

усадки, коэффициенты линейного расширения и трения

6.21 Модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки Е при кратковременной нагрузке должен приниматься равным:

для неармированной кладки

для кладки с продольным армированием

В формулах ( 1 ) и ( 2 )  – упругая характеристика кладки, принимается по таблице 16 ,

Модуль упругости кладки с сетчатым армированием принимается таким же, как для неармированной кладки.

Для кладки с продольным армированием упругую характеристику следует принимать такой же, как для неармированной кладки, R_u – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки, определяемое по формуле

где k – коэффициент, принимаемый по таблице 15 ,

R – расчетные сопротивления сжатию кладки, принимаемые по таблицам 2  10 с учетом коэффициентов, приведенных в примечаниях к этим таблицам, а также в 6.10  6.15 .

Упругую характеристику кладки с сетчатым армированием следует определять по формуле

В формулах ( 2 ) и ( 4 ) R_sku – временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию армированной кладки из кирпича или камней при высоте ряда не более 150 мм, определяемое по формулам:

для кладки с продольной арматурой

для кладки с сетчатой арматурой

 – процент армирования кладки,

для кладки с продольной арматурой

где A_s и A_k – соответственно площади сечения арматуры и кладки, для кладки с сетчатой арматурой  определяется по 7.31 ,

R_sn – нормативные сопротивления арматуры в армированной кладке, принимаемые для сталей классов А240 и А300 в соответствии с СП 63.13330, а для стали класса В500 – с коэффициентом условий работы 0,6 по тому же СП.

3.22 Модуль деформаций кладки Е должен приниматься:

а) при расчете конструкций по прочности для определения усилий в кладке при знакопеременных и малоцикловых нагружениях (для определения усилий в затяжках сводов, в слоях сжатых многослойных сечений, усилий, вызываемых температурными деформациями, при расчете кладки над рандбалками или под распределительными поясами) по формуле:

где Е – модуль упругости (начальный модуль деформаций) кладки, определяемый по формулам ( 1 ) и ( 2 ).

1 При определении коэффициентов продольного изгиба для элементов с гибкостью l_o/i  28 или отношением l_o/h  8 (см. 7.2 ) допускается принимать величины упругой характеристики кладки из кирпича всех видов как из кирпича пластического прессования.

2 Приведенные в таблице 16 (позиции 7 – 9) значения упругой характеристики  для кирпичной кладки распространяются на виброкирпичные панели и блоки.

3 Упругая характеристика бутобетона принимается равной  = 2000.

4 Для кладки на легких растворах значения упругой характеристики  следует принимать по таблице 16 с коэффициентом 0,7.

5 Упругие характеристики кладки из природных камней, полистиролбетонных блоков допускается уточнять по специальным указаниям, составленным на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.

6 Для кладки из крупноформатных камней  следует принимать как для керамических камней с коэффициентов 0,7.

б) при определении деформаций кладки от продольных или поперечных сил, усилий в статически неопределимых рамных системах, в которых элементы конструкций из кладки работают совместно с элементами из других материалов, периода колебаний каменных конструкций, жесткости конструкций по формуле

6.23 Для нелинейных расчетов относительные деформации кладки  при кратковременной нагрузке могут определяться при любых напряжениях по формуле

При зависимости между напряжениями и деформациями по формуле (8) тангенциальный модуль деформаций определяется по формуле

6.24 Относительная деформация кладки с учетом ползучести определяется по формуле

где  – напряжение, при котором определяется ,

v – коэффициент, учитывающий влияние ползучести кладки:

v = 1,8 – для кладки из керамических камней в т.ч. крупноформатных с вертикальными щелевидными пустотами (высота камня от 138 до 220 мм),

v = 2,2 – для кладки из керамического кирпича пластического и полусухого прессования,

v = 2,8 – для кладки из крупных блоков или камней, изготовленных из тяжелого бетона,

v = 3,0 – для кладки из силикатного кирпича и камней полнотелых и пустотелых, а также из камней, изготовленных из бетона на пористых заполнителях или поризованного и силикатных крупных блоков,

v = 3,5 – для кладки из мелких и крупных блоков или камней, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов,

v = 4,0 – то же, из неавтоклавных ячеистых бетонов и полистиролбетонов .

6.25 Модуль упругости кладки Е при постоянной и длительной нагрузке с учетом ползучести следует уменьшать путем деления его на коэффициент ползучести v.

6.26 Модуль упругости и деформаций кладки из природных камней допускается принимать на основе результатов экспериментальных исследований и утвержденным в установленном порядке.

6.27 Деформации усадки кладки из керамического кирпича и керамических камней в т.ч. крупноформатных не учитываются.

Деформации усадки следует принимать для кладок:

из кирпича, камней, мелких и крупных блоков, изготовленных на силикатном или цементном вяжущем, – 310 -4 ,

из камней и блоков, изготовленных из автоклавных ячеистых бетонов на песке и вторичных продуктах обогащения различных руд, – 410 -4 ,

то же, из автоклавных бетонов на золе – 610 -4 .

6.28 Модуль сдвига кладки следует принимать равным G = 0,4 Е, где Е – модуль упругости при сжатии.

6.29 Величины коэффициентов линейного расширения кладки следует принимать по таблице 17 .