2.3 Расчет прочности стены

Многоэтажные здания с несущими кирпичными стенами относятся, как правило, к зданиям с жесткой конструктивной схемой.

Наружная стена такого здания представляет собой многопролетную вертикальную неразрезную балку, неподвижными шарнирными опорами которой являются перекрытия. Стена загружена горизонтальной ветровой нагрузкой и вертикальными нагрузками от собственного веса стены, опирающихся на нее перекрытий и покрытия, снега и эксплуатационной нагрузки на перекрытиях. С целью упрощения расчета допускается стену считать разделенной по высоте на отдельные балки с расположением опорных шарниров в плоскости опирания перекрытий (рисунок 2.1, а). При этом нагрузками на стену в каждом этаже является: нормальная сжимающая сила N₁ от веса вышерасположенных участков стены и перекрытий и нагрузка N₂ от перекрытия над рассматриваемым этажом.

а)
б)

Рисунок 2.1 – К расчету стены на вертикальные нагрузки:

а – при постоянной толщине стены; б – при изменении толщины стены на уровне перекрытия

Нагрузка N₁ приложена в центре тяжести сечения стены, расположенной над рассматриваемым этажом. Если толщина стены h постоянная, то сила N₁ вызывает только центральное сжатие, если толщина стены увеличивается (см. рисунок 2.1, б), то сила N₁ имеет эксцентриситет e₁ относительно центра тяжести сечения стены в рассчитываемом этаже и создает момент М₁:

Здесь h_в – толщина стены, расположенной над рассматриваемым этажом; h_н – толщина стены рассчитываемого этажа.

Нагрузка N₂ всегда имеет эксцентриситет е₂ относительно центра тяжести стены и создает момент М₂ = N₂e₂.

Эксцентриситет е₂ зависит от глубины заделки «с» ригеля в стену (рисунок 2.2, а, б), которая назначается из условия обеспечения прочности кладки стены на местное смятие, а также увязывается с размерами кирпича (камней).

Эпюра распределения давления ригеля перекрытия на стену принимается треугольной. Если же под элементом перекрытия имеется жесткая подкладка, то точка приложения силы N₂ принимается в середине подкладки (рисунок 2.2, в).

а)

б)

в)

Рисунок 2.2 – Схемы приложения вертикальной нагрузки:

а – при постоянной толщине стены; б – при изменении толщины стены;

в – в случае опирания на центральную подкладку

Эпюра моментов от сосредоточенного момента М₂, а при изменении толщины стены от суммарного момента М₁ + М₂, имеет вид треугольника (см. рисунок 2.1) с максимальной ординатой на уровне низа перекрытия.

При определении изгибающих моментов от ветровой нагрузки в пределах каждого этажа расчетная схема принимается в виде балки с заделанными концами. Для зданий с эксплуатационными нагрузками более 3 кН/м², имеющих высоту, не превышающую ширину, ветровую нагрузку можно не учитывать.

Таким образом, на стену рассчитываемого этажа действует сжимающая сила N = N₁ + N₂ и момент М₂ или М₁ + М₂, то есть стена работает на внецентренное сжатие.

Расчетными элементами стены являются простенки, на которые передается нагрузка с покрытия и перекрытия.

Грузовые площади, учитываемые при определении нагрузок с покрытия и перекрытий, равны половине пролета стропильной балки (фермы) покрытия или ригеля междуэтажного перекрытия, умноженного на шаг балок или ригелей.

Собственный вес стены (с учетом внутренней штукатурки  = 2 см плотностью  = 1800 кг/м³) вычисляют для полосы, ширина которой равна расстоянию между осями оконных проемов. При расположении между осями ригелей перекрытия нескольких оконных проемов расчету подлежат простенки, на которые передается нагрузка с покрытия и перекрытий. Остальные простенки загружены только собственным весом стены.

Собственный вес заполнения оконных проемов также учитывается при сборе нагрузок и принимается равным 0,5 кН/м².

При расчете простенка наиболее опасными являются сечение I–I в уровне верха простенка (верха оконного проема) и сечение II–II, отстоящее на расстоянии ¹/₃ высоты этажа от плоскости опирания ригеля (см. рисунок 2.1).

Подсчитав в этих сечениях М и N, определяют эксцентриситет е₀ = М/N и производят проверку прочности по формуле для внецентренно сжатых неармированных элементов:

(2.3)

где m_g – коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки. При толщине стены h  30 см он принимается равным единице (в курсовом проекте толщина стен 38 см и более); – коэффициент продольного изгиба для внецентренно сжатых элементов;  – коэффициент продольного изгиба для всего сечения, определяют по таблице 18 [1] при расчетной высоте стены l₀ = 0,9Н в зависимости от гибкости стены и упругой характеристики кладки , принимаемой по таблице 15 [1]; _с – коэффициент продольного изгиба для сжатой части сечения, определяемый по таблице 18 [1] в зависимости от гибкости сжатой части сечения ; h_c = h – 2e₀ – высота сжатой части сечения; R – расчетное сопротивление сжатию кладки, для кладок из кирпича всех видов на тяжелых растворах приведено в таблице 2 [1]; – площадь сжатой части сечения; А – площадь сечения простенка; – коэффициент, учитывающий повышение расчетного сопротивления кладки при внецентренном сжатии. Для кладки из камней и крупных блоков, изготовленных из ячеистых и крупнопористых бетонов  = 1, для всех других видов кладки   1,45.

Если прочность простенка в расчетных сечениях при принятых марках кирпича и раствора не обеспечена, повышают расчетное сопротивление кладки за счет применения более высоких марок кирпича и раствора или применяют сетчатое армирование горизонтальных швов кладки.