8. Расчет и конструирование кирпичного простенка

8.1. Проверка прочности кирпичного простенка

Для многоэтажных жилых, общественных и производственных зданий с несущими стенами и поперечными жесткими конструкциями (стенами), стоящими на расстоянии друг от друга не более [22, табл. 27], характерна, как правило, жесткая конструктивная схема.

Расчетная схема стены многоэтажного здания с жесткой конструктивной схемой при вертикальных нагрузках может быть принята в виде неразрезной вертикальной многопролетной балки с неподвижными опорами на уровне перекрытий, стоящими друг от друга на расстоянии, равном высоте этажа H. Для упрощения расчета неразрезная балка заменяется однопролетными балками с шарнирными опорами на уровне опирания перекрытий (рис. 16).

Расчетная ось стены (вертикальной балки) принимается совпадающей с ее геометрической осью, проходящей через центр тяжести поперечных сечений стены.

Расчет стен, простенков и столбов обычно состоит в том, чтобы проверить назначенные ранее по конструктивным, теплотехническим или другим соображениям размеры поперечных сечений и подобрать необходимые марки камня и раствора. При этом следует стремиться к тому, чтобы несущая способность кладки была использована полностью.

В курсовом проекте расчету подлежит простенок кирпичной стены между двумя стандартными проемами (окнами). Необходимо выбрать размеры стандартных окон и стандартный размер кирпичного простенка таким образом, чтобы ригель (балка) опирались на простенок по его геометрической оси (рис. 15).

Рис. 15. Пример компоновки кирпичной стены в плане

1. Сбор нагрузок на простенок

Сначала проводим поэлементный сбор нагрузок на простенок, который удобнее выполнять в табличной форме (табл. 5).

Грузовая площадь для сбора нагрузок от покрытия и перекрытия ограничивается центрами проемов и половиной пролета сборного ригеля (рис. 15), т.е. .

Таблица 5

Поэлементный сбор нагрузок на кирпичный простенок, кН

Вид нагрузки	Нормативные нагрузки, кН/м2		Расчетные нагрузки, кН/м2	Грузовая площадь, м2	Нагрузка на простенок, кН
Покрытие	См. табл. 3
снег
	Итого:
Перекрытие	См. табл. 3
Полезная нагрузка на перекрытие
	Итого:
Наружные стены
− Собственный вес стены в пределах одного этажа (с учетом штукатурки) (рис. 16)		1,1
− Вес карнизного участка стены высотой h1		1,1
− Вес надоконного участка стены первого этажа высотой h2		1,1
				Итого:

2. Статический расчет простенка.

В пределах каждого этажа на стену действуют (рис. 16):

• нагрузка , кН, от вышележащих этажей здания, включающая вес покрытия и вышележащих перекрытий. Нагрузка принимается приложенной по оси вышележащего этажа.

• нагрузка , кН, от перекрытия, расположенного над рассматриваемым этажом. Принимается приложенной в центре тяжести треугольной давления под опиранием перекрытия, при этом расстояние от внутренней грани стены до точки приложения силы должно быть не более 7 см.

• собственный вес стены (рис. 16). Собственный вес стены приложен по оси рассматриваемого этажа. Прочие нагрузки, действующие в пределах данного этажа (выступы, карнизы, консоли, навесные элементы и т.п.) считаются приложенными со своими эксцентриситетами относительно расчетной оси.

Рис. 16. Расчетная схема стены

Таким образом, каждый расчетный участок стены в пределах любого этажа испытывает действие силы, равной сумме всех вышележащих вертикальных нагрузок, и изгибающего момента от нагрузок в пределах данного этажа, приложенных с эксцентриситетами.

Форма эпюры моментов треугольная, распределенная по высоте расчетного участка стены (рис. 16).

Вычисляем усилия на простенок первого этажа. В стенах с проемами наиболее опасным является сечение II – II на уровне низа перемычки. В этом сечении величина расчетного изгибающего момента несколько меньше, чем в сечении I – I, но значительно уменьшается расчетная ширина сечения. Расчетные нагрузки в сечении II – II (рис. 15):

, . (28)

Значение изгибающего момента на уровне низа перекрытия, расположенного над данным этажом, определяется по формуле

,

где – эксцентриситет приложения силы . При неизменной толщине стены принимается (рис. 17, а). Знак «–» принимается при уменьшении толщины стены вышележащего этажа за счет уступа с внутренней стороны (рис. 17, б), знак «+» – за счет уступа с наружной стороны (рис. 17, в);

–эксцентриситет приложения силы . Вычисляется относительно центра тяжести простенка , где – толщина стены, мм – расстояние от точки приложения опорной реакции до внутренней грани стены. Здесь – глубина заделки ригеля (балки) в стену.

Рис. 17. Определение эксцентриситетов приложения нагрузки на стену

3. Проверка несущей способности (прочности) простенка.

В курсовом проекте производим расчет внецентренно сжатого простенка кирпичной стены, выполненной из обыкновенного кирпича пластического прессования марок М75–М100 на растворе М50. Расчетная длина простенка , площадь сечения простенка .

Эксцентриситет расчетной продольной силы относительно центра тяжести сечения . Высота сжатой части поперечного сечения .

Расчет прочности стен, простенков и внецентренно загруженных столбов производится по формулам внецентренного сжатия [22, пп. 4.7–4.11]. Расчет прочности центрально загруженных столбов производится по формулам центрального сжатия [22, пп. 4.1–4.6].

В курсовом проекте сначала производится проверка прочности неармированного простенка кирпичной стены [22, ф. 10]. Если расчет показывает, что несущая способность неармированной кладки недостаточна, производим усиление простенка поперечным армированием и производим проверку прочности армированного простенка. Несущую способность проверяем по [22, ф. 29].

Поперечное армирование эффективно при соблюдении следующих условий:

• высота ряда кладки с учетом толщины слоя раствора мм;

• расчетный эксцентриситет ;

• гибкость простенка .

В случае принятия решения об усилении кладки поперечным армированием принимают армирование обычными арматурными сетками с квадратными ячейками из арматуры класса Вр–I (Вр500), диаметр 5 мм. Размер ячейки мм.

Нормы рекомендуют укладывать сетки не реже чем через пять рядов кирпичной кладки из обыкновенного кирпича, следовательно, шаг сеток мм.

4. Расчет по раскрытию трещин выполняется в соответствии с указаниями [22, п. 5.3]. При небольших эксцентриситетах, если выполняется условие , расчет по раскрытию трещин не производится. Здесь – расстояние от сжатой кромки сечения до центра тяжести сечения. Можно принять .