25. Конструктивные схемы каменных зданий и особенности их расчета.

Продольные и поперечные стены, столбы, рамы каркаса вме­сте с перекрытиями и покрытиями образуют пространственную систему, элементы которой (при их надежной совместной рабо­те) воспринимают все действующие нагрузки на здание и обес­печивают требуемую их устойчивость и пространственную жест­кость.

В зависимости от конструктивной схемы здания каменные стены делятся на: несущие, воспринимающие кроме нагрузок от собственного веса нагрузки от покрытий, перекрытий, кранов и т. п.; самонесущие, воспринимающие нагрузку толь­ко от собственного веса стен всех этажей здания и ветровую на­грузку; ненесущие (в том числе навесные), воспринимающие только нагрузку от собственного веса и ветра в пределах одного этажа или одной панели каркасных зданий при высоте этажа не более 6 м; при большей высоте этажа стены этого типа отно­сятся к самонесущим.

По степени пространственной жесткости различа­ют здания с жесткой конструктивной схемой и здания с упругой конструктивной схемой.

Конструктивная схема определяется расстоянием l_ст между поперечными вертикальными устойчивыми конструкциями и жесткостью (неподвижностью) горизонтальных опор.

К зданиям с жесткой конструктивной схемой относятся в большинстве случаев гражданские здания, в которых при расчете на горизонтальные нагрузки, внецентренное и центральное сжа­тие несущие каменные стены и столбы рассчитывают как верти­кальные балки, опирающиеся в горизонтальном направлении на жесткие опоры (покрытия и междуэтажные перекрытия) при расстоянии между поперечными устойчивыми конструкциями.

Жесткими (неподвижными) горизонтальными опорами могут служить пояса, фермы, связи и железобетонные обвязки, рассчи­танные по прочности и по деформациям на восприятие горизон­тальной (ветровой) нагрузки, передающейся от стен.

Жесткими вертикальными опорами являются поперечные устойчивые конструкции (каменные и бетонные стены толщиной не менее 12 см, железобетонные — толщиной не менее 6 см, контрфорсы, поперечные рамы с жесткими узлами и другие кон­струкции, рассчитанные на восприятие горизонтальной нагрузки от примыкающих к ним стен).

В зданиях с самонесущими и ненесущими наружными стена­ми нагрузки от покрытий, кранов и т. п. передаются на каркас или поперечные конструкции зданий.

К зданиям с упругой конструктивной схемой относятся в ос­новном промышленные здания, у которых при отсутствии жест­ких горизонтальных связей поперечные устойчивые конструкции расположены на расстояниях, превышающих lст. Независимо от расстояния между поперечными конструкциями к упругим опорам относят также покрытия из легких конструкций (например, асбестоцементных плит), опирающихся на металли­ческие или железобетонные фермы, прогоны, балки.

В необходимых случаях для восприятия горизонтальной (вет­ровой) нагрузки проектируют специальные горизонтальные опоры стен в виде самостоятельных ребер жесткости, связанных со сте­ной или входящих в конструкцию перекрытий, покрытий, площа­док промышленных зданий, карнизов, а также специальные вет­ровые горизонтальные фермы.

При больших сосредоточенных вертикальных нагрузках стены усиливают пилястрами и стойка рамы рассматривается как элемент таврового профиля, включающего сечение пилястры и участки шириной Н/3 в каждую сторону от края пилястры, но не более 6-ти толщин стены и ширины простенка.

Кроме этого проводится проверка прочности стоек на стадии строительства со свободным верхним концом и защемленным нижним на действие нагрузок от ветра и стоек.

Вертикальные несущие каменные и армокаменные конструк­ции, не имеющие связи с перекрытиями (например, катковые опо­ры), рассматриваются как консоли, заделанные в грунт.

РАСЧЕТ СТЕН ЗДАНИЙ С ЖЕСТКОЙ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМОЙ. Стены и столбы рассчиты­вают на вертикальные и горизонтальные ветровые нагрузки с учетом их возможного сочетания как вертикальные неразрезные многопролетные балки, опертые на неподвижные опоры — пере­крытия. Для упрощения расчета допускается рас­сматривать стены или столбы многоэтажного здания расчленен­ными по высоте на однопролетные балки, шарнирно опирающие­ся в горизонтальном направлении на перекрытия с пролетом Hэт, равным расстоянию от низа перекрытия вышерасположенного этажа до низа перекрытия нижерасположенного этажа (рис. 72, б). При этом принимают, что нагрузка от верхних этажей, вклю­чая вес стены или столбов, перекрытий и других вышележащих элементов, приложена в центре тяжести сечения стены или столба вышележащего этажа. Нагрузки в пределах рассматриваемого этажа считаются приложенными с фактическими эксцентрисите­тами относительно центра тяжести сечения стены или столба с учетом изменения сечения стены в пределах этажа и ослабления горизонтальными и наклонными бороздами.

Изгибающие моменты учитываются от вертикальных и гори­зонтальных (ветровых) нагрузок, приложенных в пределах рас­сматриваемого этажа, а также от вертикальных нагрузок выше­расположенных этажей, если сечение стены изменяется в уровне перекрытий над данным этажом или в пределах рассчитываемого этажа.

Изгибающие моменты в сечении наружной стены от горизон­тальной ветровой нагрузки определяются в пределах каждого этажа (за исключением верхнего) как для балки с заде­ланными концами по формуле: M= qH²_эт/12, где q — ветровая равномерно распределенная в пределах рас­сматриваемого этажа нагрузка, приходящаяся на 1 м высоты стены; Hэт — высота этажа (пролет балки). Для верхнего этажа верхнюю опору балки считают шарнирной.

Расчет стен или столбов обычно начинают с верхнего этажа. При определении усилий, действующих на стену в пределах рас­сматриваемого этажа, учитывают: расчетное опорное давление перекрытия над рассматриваемым этажом Р₁, приложенное в уровне низа этого перекрытия с эксцентриситетом е₁ относитель­но центра тяжести сечения стены; сумму всех расчетных нагру­зок N на стену, расположенных выше рассматриваемого этажа, с включением продольного усилия от действия ветровой нагруз­ки (если она учитывается в расчете), приложенную в уровне ни­за перекрытия над рассматриваемым этажом с эксцентриситетом е₂ относительно центра тяжести сечения стены; расчетный соб­ственный вес участка стены между рассматриваемым сечением и первым расположенным выше этажом Рс.в, приложенный в цен­тре тяжести этого участка стены.

Изгибающие моменты М в рассчитываемых сечениях стены изменяются от максимального значения на уровне низа верхнего перекрытия до нуля на уровне низа нижнего перекрытия и опре­деляются по принятой статической схеме.