Несущая способность кирпичного столба

Обновлено: 13.05.2024

В деле индивидуального строительства очень важен фактор экономии средств, направленных на приобретение стройматериалов и устройство фундамента. Для небольших домиков и приусадебных построек часто возводят фундамент из кирпичных столбиков. Опорные столбы делают из разных материалов: бетон, дерево и даже асбестовые трубы. Обычно, после окончания строительства разных объектов остаётся немало остатков, из которых вполне можно устроить столбчатый фундамент из кирпича своими руками для различных хозяйственных построек.

Какой кирпич нужен для фундамента

В строительстве применяют красный и силикатный кирпич. Столбчатые фундаменты из кирпичей контактируют непосредственно с грунтом. Силикатный материал имеет повышенную гигроскопичность, то есть силикат может активно впитывать влагу из окружающей почвы. В результате силикатная кладка быстро разрушится.

Красный кирпич делают пустотелым и монолитным. Пустотелая кладка по причине наличия внутренних пустот обладает небольшой несущей способностью. Кладку из такого материала применяют для устройства перегородок.

Для возведения столбчатых фундаментов выбирают красный обожжённый полнотелый кирпич. Его стандартный размер – 250х120х65 мм. Также строительная промышленность изготавливает полуторный кирпич – 250х120х88 мм.

Перед началом возведения столбов нужно отобрать кладочный материал одинакового размера. Если для кладки придётся использовать кирпич разного размера, то уйдёт много времени на подгонку высоты каждого столба под один уровень с остальным фундаментом.

Стандартный красный кирпич

Достоинства и недостатки столбчатого фундамента

Как и любой строительный конструктив, столбчатые основания обладают рядом преимуществ и недостатков.

Достоинства

Преимущества кирпичных столбиков включают в себя несколько пунктов:

устройство кирпичного основания дома возможно практически на любом рельефе местности;
простота возведения опор доступна всем, кто имеет минимальный опыт в строительстве;
высокая несущая способность основания позволяет строить на них довольно массивные сооружения и здания;
при условии выполненной качественной гидроизоляции, фундамент может прослужить без капитального ремонта до 60 лет и более.

Недостатки

К недостаткам этого типа оснований можно отнести следующее:

данный тип опор не устанавливают на подвижных и слабых пучинистых грунтах;
столбы нецелесообразно воздвигать на участках с перепадом высот более 2 м;
высокая трудоёмкость выполнения кладки в стеснённых условиях.

Глубина заложения фундаментных кирпичных столбиков

Столбчатый фундамент может быть сделан мелкозаглублённым или возведён с основанием ниже уровня промерзания грунта. Заглубление столбов ниже промерзающего слоя почвы требуется при наличии слабых пучинистых грунтов. В этих условиях кирпичная кладка может подвергаться значительным деформациям. Подошва столба в зоне промерзания окажется под воздействием грунтовых вод вследствие смены циклов замерзания и оттаивания почвы.

Примерные величины глубин промерзания по регионам России представлены в таблице:

№	Некоторые регионы России	Средняя величина промерзания, мм
1	Сургут, Воркута, Нижневартовск	2400
2	Кустанай, Петропавловск	2000
3	Самара, Уральск	1600
4	Ростов-на- Дону	900

Уточнить эти данные по своему региону можно в местном отделе архитектуры. Глубины промерзания грунта указаны в таблице без учёта толщины снежного покрова. При большой толщине снега на поверхности почвы земля промерзает гораздо меньше. На это вносят поправку глубины заложения столбчатого фундамента в меньшую сторону.

Сезонность фундаментных работ

Особенностью возведения столбчатых фундаментов из кирпичей является то, что готовое фундаментное основание нельзя оставлять без нагрузки в зимний период. Если этого не сделать, то весной может измениться высота каждого столба, нарушиться его пространственное положение.

Кирпичный столб

Возведение фундамента нужно производить в течение одного сезона и не прерывать процесс дальнейшего строительства. Только в этом случае застройщик будет гарантирован от возникновения вышеуказанных негативных явлений.

Конструкция кирпичных столбов

В плане кирпичный столбик представляет собой квадрат с внешним периметром 380х380 мм. Кладку производят таким образом, чтобы кирпич по одной стороне столба упирался в другой камень другой грани. Таким образом, производят кладку одного ряда. Сторона грани столбика получается шириной 380 мм. Это слагается из длины грани в 1,5 кирпича + 10 мм шва.

Планировка

Кирпичные столбики выдерживают вертикальную нагрузку от веса одноэтажного дома любой конструкции. В расчёт планировки принимают следующее:

Для фундамента из кирпичных столбиков применяют опоры сечением 380х380 мм.
Столбы размещают по углам здания, в местах пересечения несущих стен и перегородок.
В особых случаях по внешним углам дома возводят более массивные столбы из рядов кладки в 2 кирпича сечением 630х630 мм либо прямоугольного сечения 380х520 мм.
По линии несущих стен опоры размещают с шагом не более 2 м.
Если нагрузка от веса здания превышает нормативные значения, внутрь столбов устанавливают металлические трубы.

Расчёт количества кирпичных опор

Общую площадь опирания здания рассчитывают по формуле:

S – площадь основания здания (см 2 );

F – полная нагрузка от веса дома (кг);

K_N – коэффициент запаса прочности (постоянная величина равна 1,2 )

K_C – коэффициент условия работы;

R_O – расчётное сопротивление грунтового основания (кг/см 2 ).

Получив общую площадь подошвы фундамента, её делят на площадь основания одного столба. В результате получают оптимальное количество требуемых столбчатых кирпичных опор.

Технология возведения кирпичных столбиков

Перед началом работ необходимо составить план выполнения этапов возведения фундамента, в который входят подготовительные мероприятия и непосредственное выполнение основных работ.

Подготовка к возведению фундамента

Необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:

красный обожжённый кирпич марки М-150 или М-200;
чистый промытый песок без глинистых включений;
щебень средней фракции;
цемент М-400;
рубероид или толь;
битумная мастика;
арматурная сетка;
вода;
для приготовления цементного раствора готовят бетономешалку или подходящую ёмкость для замеса раствора вручную;
лопаты, мастерки;
вибратор или трамбовка.

Этапы работ

Этапы работ выстраивают в следующем порядке:

Согласно чертежу на участке делают разметку мест установки столбов.
С помощью шнура и деревянных колышков отмечают центры опор.
План здания обычно представляет собой квадрат или прямоугольник. Правильность разметки участка проверяют замерами диагоналей между противоположными углами разметки. Допустимая разница в длинах диагоналей должна составлять не более 20 – 30 мм.
По центрам разметки опор вырывают ямы. Они должны быть такого размера, чтобы работник мог свободно выполнять кладочные работы.
Используя нивелир, добиваются выравнивания одинакового уровня дна ям.
На дно ям засыпают щебень толщиной 100 мм. Поверх утрамбованного щебня делают цементную стяжку толщиной 50 мм. Размер сторон квадратной подготовки должен быть шире основания столба не менее 50 мм.
Подушку накрывают рубероидом.
Окончательно проверяют нивелиром уровень подушки ям.
Приступают к кладке кирпичных столбов.
Через 2 – 3 ряда кладки прокладывают арматурную сетку. Каждый ряд выверяют по уровню, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
Спустя неделю после окончания кладки делают обратную засыпку пустот вокруг столбов. Засыпку делают из гравия, щебня или песка.
Кладку делают выступающей над землёй в несколько рядов. Проёмы между опорами закрывают кирпичной стенкой или другим листовым материалом.

Видео «Устройство кирпичного столбчатого фундамента под сарай»:

Усиление несущей способности опорных столбов

В процессе кладки внутри столба образуется полость квадратного сечения 130х130 мм. Полость заполняют раствором через каждые 2 – 3 ряда кладки. Промежутки заполняют бутом (обломками кирпича или щебнем). Делают это не только с целью экономии раствора, но и для того, чтобы избежать распирания стенок столбика большой массой жидкого цемента. Каждый слой раствора и бута обязательно уплотняют подручным инструментом – отрезком арматуры либо подходящей трамбовкой.

Для повышения несущей способности внутрь столба вставляют металлическую трубу. В качестве внутренней опоры удобно использовать трубу диаметром 80 – 100 мм. По окончании кладки верхнюю часть трубы срезают. Внутрь трубы заливают бетонный раствор с послойным уплотнением. Трамбуют каждые 300 мм бетонной заливки.

Гидроизоляция опор

Установленные столбики необходимо покрыть гидроизоляцией. Для этого боковые поверхности кирпичной кладки обмазывают горячей битумной мастикой. На мастику наклеивают куски рубероида или толи.

Перед установкой конструкций ростверка горизонтальную поверхность столбов тоже покрывают рубероидом на горячей битумной мастике.

Правильно сделанная гидроизоляция, предохранит кирпич от проникновения влаги, тем самым значительно увеличит срок службы столбчатого фундамента.

Устройство ростверка на столбчатом фундаменте

Ростверк по столбам делают из деревянного бруса, монолитного бетона и металлопроката.

Деревянный брус

Брус выкладывают на металлические закладные детали, закреплённые на столбах. Деревянный брус фиксируют саморезами через отверстия в закладных деталях либо другим способом.

Деревянный ростверк опирают на столбики, укрытые рубероидом. Обычно дерево для ростверка используют под строительство небольших подсобных построек.

Монолитная лента

Устройство монолитного ростверка

В деревянную опалубку помещают арматурный каркас. В местах опирания на металлические трубы столбиков в днище опалубки делают отверстия. Металлический каркас крепят к трубам сваркой или вязальной проволокой.

После этого в опалубку заливают бетон. По истечении 28 – 30 дней приступают к дальнейшему строительству.

Металлопрокат

Ростверк делают из швеллера. Металл укладывают на столбы и приваривают к металлическим трубам. Размер стенки швеллера должен быть не менее 150 мм.

Металлическую раму очищают от ржавчины, обрабатывают восстановителем и затем красят. Особенно тщательно обрабатывают все сварочные швы.

Декорирование винтовых свай облицовочным кирпичом

В некоторых проектах винтовые сваи исполняют роль поддерживающих опор конструкций второго этажа (балкон, большая терраса и прочее). Вид чёрных металлических труб малопривлекателен. В таких случаях металлические опоры декорируют облицовочным кирпичом.

Кладка вокруг сваи в подземной части выполняется из красного кирпича, а над землёй делается из керамической облицовки.

Возводить столбчатый фундамент из кирпича намного выгодней, чем устраивать монолитную ленту или использовать другие материалы. Правильно выполненные кирпичные столбчатые опоры могут прослужить до 100 лет.

Методические указания.Данные для проектирования кирпичного столба с сетчатым армированием, при выполнении проекта в режиме диалога с ЭВМ печатаются после проверки расчета колонны и фундамента. Проектирование кирпичного столба рекомендуется выполнять в следующей последовательно- сти:

· по заданному расчетному усилию N и эксцентриситету его относительно- го центра тяжести сечения e0, принимая величину средних напряжений в кладке не более 3 МПа, находится ориентировочно требуемая площадь сечения столба, по которой назначаются размеры ширины b и высоты h сечения с учетом кратности размера кирпича;

· для принятых размеров сечения столба вычисляется максимальное на- пряжение в кладке и назначаются марки кирпича и раствора с учетом то- го, чтобы расчетное сопротивление неармированной кладки было не ме- нее 0,6 от максимального (для случая расчета армированной кладки);

· определяется требуемое армирование кладки (в %), по которому назна- чаются диаметр, размер ячейки и шаг сеток; сетки проектируются из про- волочной арматуры класса Вр500 или А240;

· выполняется проверка несущей способности принятого конструктивного решения кирпичного столба с сетчатым армирование; при этом допуска-ется, что фактическая несущая способность столба может быть до 1,5 раза выше заданной величины продольной силы N.

Все расчеты должны выполняться с учетом заданного ЭВМ вида кирпича. Рассмотрим пример проектирования кирпичного столба по следующим ис-

ходным данным, полученным от ЭВМ (см. рис. 20) для наиболее опасного се- чения на высоте 2/3 H: величина расчетной продольной силы N = 775 кН; вели- чина расчетной продольной силы от длительных нагрузок Ng = 648 кН; эксцен- триситет продольной силы относительно центра тяжести сечения e0= 6,0 см =

=60 мм; расчетная высота столба l0= H= 4,8 м = 4800 мм; кирпич силикатный

Решение.Определим требуемые размеры поперечного сечения столба, принимая величину средних напряжений в кладке σ = 2,5 МПа, тогда получим:

A=N/σ = 775·103/2,5 = 0,31·106 мм2. Назначаем размеры сечения кирпичного столба с учетом кратности размерам кирпича b=510 мм и h=640 мм с A=510·640=0,3264·106 мм2=0,3264 м2 (рис. 23).

Так как заданная величина эксцентриситета e0 = 60 мм < 0,17h =

=0,17·640=109 мм, то согласно 7.31 [7], столб можно проектировать с сетча- тым армированием.

Вычисляем максимальное (у наиболее сжатой грани) напряжение в кладке с принятыми размерами сечения, пользуясь формулами (13) и (14) [7]:

σmax= N/(mgφ1Acω)= 775·103/(1·0,9·0,2652·106·1)= 3,25 МПа,

где Ac=A(1−2e0/h)=0,3264·106(1−2·60/640)= 0,2652·106мм2 , а значения ко- эффициентов mg = 1, φ1 = 0,9 и ω = 1 принято предварительно ориентировочно.

Тогда расчетное сопротивление неармированной кладки должно быть не менее 0,6·3,25 = 1,95 МПа.

По табл. 2 [7] принимаем для кладки столба марку кирпича 150 и мар- ку раствора 75 ( R = 2,0 МПа). Так как площадь сечения столба A= 0,3264 м2> 0,3 м2, то, согласно п. 6.12 [7], расчетное сопротивление кладки не коррек- тируем.

Преобразуя формулу (31)[7], вычислим требуемый процент армирования кладки, принимая значение Rskb = σmax = 3,25 МПа, тогда получим:

где Rs= 0,6·415 = 249 МПа для арматуры сеток класса Вр500 с учетом ко- эффициента условий работы γcs= 0,6 (см. табл. 14 [7]), а y=h/2 = 640/2=320 мм.

Рис. 23. К расчету кирпичного столба с сетчатым армированием:

а – расчетная схема; б – эпюры усилий N и М; в – эпюра коэффициента φ1;

г – схема армирования столба

Для диаметра арматуры сеток 5 мм (Ast= 19,6 мм2) и шага сеток s = 158 мм (через каждые два ряда кладки при толщине шва 14 мм), вычислим размер ячейки сетки с перекрестным расположением стержней, который должен быть не более:

c = 2 Ast ×100 /( μs) = 2 ×19,6 ×100 /(0,40 ×158) = 62

Принимаем размер c = 50 мм, при этом получим фактический процент се- точного армирования каменной кладки:

μ = 2 Ast ×100 /(cs) = 2 ×19,6 ×100 /(50 ×158) = 0,496%,

что не превышает предельного

(1 - 2e0 / y)Rs

(1 - 2 × 60 / 320)249

Определяем фактическую несущую способность запроектированного се- чения кирпичного столба с сетчатым армированием (рис. 23, г).

Согласно п. 7.3 [7], для определения коэффициентов продольного изгиба расчетная высота столба при неподвижных шарнирных опорах будет равна l0 = H = 4800 мм, соответственно гибкость в плоскости действия изгибающего момента: λh = l0 /h = 4800/640 = 7,5.

Высота сжатой части сечения: hc = h −2e0 = 640−2·60 = 520 мм, и соответст- вующая ей гибкость: λhс = l0 /h = 4800/520 = 9,2 .

Вычисляем прочностные и деформативные характеристики армированной кладки:

· расчетное сопротивление армированной кладки при внецентренном сжа- тии:

· упругую характеристику кладки с сетчатым армированием по формуле (4) [7]:

6,98

где α = 750 принимаем по табл. 16 [7] для силикатного полнотелого кирпича; Ru = kR = 2·2,0 = 4 МПа; а Rsku =kR +2Rsn μ/100 = 2·2,0 +2(0,6·500)×

×0,496/ 100 = 6,98 МПа.

Пользуясь табл. 19 [7], по величинам гибкостей λh и λhс и значению упругой характеристики армированной кладки αsk находим значение коэффици- ентов продольного изгиба для армированной кладки при внецентренном сжа- тии φ = 0,844 и φc = 0,784; соответственно получим φ1= (φ + φc)/2 = (0,844 +

Коэффициент ω, учитывающий повышение расчетного сопротивления кладки при внецентренном сжатии, определяем по табл. 20 [7], где

ω = 1 + e0/h = 1 + 60/640 = 1,09 < 1,45.

Тогда фактическая несущая способность запроектированного кирпичного столба при внецентренном сжатии будет равна:

Nu=mg φ1Rskb Ac ω = 1·0,814·3,54·0,2652·106·1,09 = 833·103 Н = 833 кН.

Rsk= R +2μRs /100 = 2,0 + 2·0,402·249/100= 4,0 МПа ≤ 2R= 4,0 МПа;

αsk = 468 и φ = 0,794 при λh = l0 /h = 4800/510 = 9,4.

Тогда несущая способность при центральном сжатии составит:

Nu= mg φRsk A = 1·0,794·4,0·0,3264·106 = 1037·103 Н = 1037 кН>833 кН.

Следовательно, фактическая несущая способность столба будет опреде- ляться случаем внецентренного сжатия и составит Nu=833кН>775 кН, поэтому прочность кирпичного столба обеспечена.

Теперь можно заполнить контрольный талон, как это показано на рис. 24

для рассмотренного примера расчета и получить от ЭВМ результаты про- верки.

ПГС	4 курс П11 гр.I Kод	b	h	Марка Марка	Cетчатое	армирование	N(кH) Oценка	Контр.	I
Кравцов С.Н.	Iзадания	(см)	(см)	кирпича раствора	d(мм) c(мм)	s(мм) тип	факт. чертежа	сумма	I

Срок сдачи информацииI : : : : : : : : : : : I По 6 этапу до 270310I 102.06 51 64 150 75 5 50 158 1 833 5 1494.06 I

Пояснения к заполнению контрольного талона:

b – ширина сечения кирпичного столба, см: h – высота сечения кирпичного столба, см; d – диаметр арматуры сетки, мм;

c – размер ячейки сетки, мм;

s – шаг сеток, мм;

тип – если сетки типа «зигзаг», то следует записать 2;

N – расчетная несущая способность кирпичного столба с

Факт фактически принятыми проектными параметрами, кН;

Оценку чертежа колонны и фундамента записывает преподаватель.

ПГС 4 курс П11 гр.I Kод b h Марка Марка Cетчатое армирование N(кH) Oценка PезультатI Кравцов С.Н. Iзадания (см) (см) кирпича раствора d(мм) c(мм) s(мм) тип факт. чертежа ошибок I

Информация студента I 102.06 51. 64. 150. 75. 5. 60. 158. 1. 833. 5. I

Результаты проверки I 51. 64. 150. 75. 5. 60. 158. 1. 833. 5. I

Bы OTЛИЧHO выполнили расчет кирпичного столба,

желаю успешной защиты проекта, до новых встреч «ЭВМ».

Рис. 24. К автоматизированному расчету кирпичного столба с сетчатым армированием:

а – заполненный контрольный талон; б – результаты диалога с ЭВМ

5.34. Несущая способность существующих каменных конструкций (столбов, простенков, стен и др.) может оказаться недостаточной при реконструкции зданий, надстройках, а также при наличии дефектов в кладке. Одним из наиболее эффективных методов повышения несущей способности существующей каменной кладки является включение ее в обойму. В этом случае кладка работает в условиях всестороннего сжатия, что значительно увеличивает ее сопротивляемость воздействию продольной силы.

Применяются три основных вида обойм: стальные, железобетонные и армированные растворные.

Основными факторами, влияющими на эффективность обойм, являются: процент поперечного армирования обоймы (хомутами), марка бетона или штукатурного раствора и состояние кладки, а также схема передачи усилия на конструкцию.

С увеличением процента армирования хомутами прирост прочности кладки растет непропорционально, а по затухающей кривой.

Опытами установлено, что кирпичные столбы и простенки, имеющие трещины, а затем усиленные обоймами, полностью восстанавливают свою несущую способность.

5.35. Стальная обойма состоит из вертикальных уголков, устанавливаемых на растворе по углам усиливаемого элемента, и хомутов из полосовой стали или круглых стержней, приваренных к уголкам. Расстояние между хомутами должно быть не более меньшего размера сечения и не свыше 50 см (черт. 15, а). Стальная обойма должна быть защищена от коррозии слоем цементного раствора толщиной 25-30 мм. Для надежного сцепления раствора стальные уголки закрываются металлической сеткой.

5.36. Железобетонная обойма выполняется из бетона марок 150-200 с армированием вертикальными стержнями и сварными хомутами. Расстояние между хомутами должно быть не свыше 15 см. Толщина обоймы назначается по расчету и принимается от 6 до 10 см (черт. 15,б).

5.37. Обойма из раствора армируется аналогично железобетонной, но вместо бетона арматура покрывается слоем цементного раствора марки 50-100 (черт. 15, в).

Черт. 15. Схема усиления кирпичных столбов обоймами.

а - металлической; б - железобетонной; в - армированной штукатуркой; 1 – планка f₁ сечением 35´5 - 60´12 мм; 2 - сварка; 3 - стержни диаметром 5-12 мм; 4 - хомуты диаметром 4-10мм; 5 - бетон класса В7,5 -В15; 6 - штукатурка (раствор марки 50-100)

5.38. Расчет конструкций из кирпичной кладки, усиленной обоймами, при центральном и внецентренном сжатии при эксцентриситетах, не выходящих за пределы ядра сечения, производится по формулам:

при стальной обойме

при железобетонной обойме

при армированной растворной обойме

Коэффициенты y и h принимаются при центральном сжтии y = 1 и h = 1; при внецентренном сжатии (по аналогии с внецентренно сжатыми элементами с сетчатым армированием):

В формулах (71) - (75):

N - продольная сила;

А - площадь сечения усиливаемой кладки;

A¢_s - площадь сечения продольных уголков стальной обоймы или продольной арматуры железобетонной обоймы;

А_b - площадь сечения бетона обоймы, заключенная между хомутами и кладкой (без учета защитного слоя);

R_sw - расчетное сопротивление поперечной арматуры обоймы;

R_sc - расчетное сопротивление уголков или продольной сжатой арматуры;

j - коэффициент продольного изгиба (при определении j значение a принимается как для неусиленной кладки);

m_g - коэффициент, учитывающий влияние длительного воздействия нагрузки, пп.[4.1, 4.7];

m_k - коэффициент условий работы кладки, принимаемый равным 1 для кладки без повреждений и 0,7 - для кладки с трещинами;

m_b - коэффициент условий работы бетона, принимаемый равным 1 - при передаче нагрузки на обойму и наличии опоры снизу обоймы, 0,7 - при передаче нагрузки на обойму и отсутствии опоры снизу обоймы и 0,35 - без непосредственной передачи нагрузки на обойму;

m - процент армирования хомутами и поперечными планками, определяемый по формуле

где h и b - размеры сторон усиливаемого элемента;

s - расстояние между осями поперечных связей при стальных обоймах (h ³ s £ b, но не более 50 см) или между хомутами при железобетонных и штукатурных обоймах (s£15 см).

5.39. Расчетные сопротивления арматуры, применяемой при устройстве обойм, принимаются по табл.10.

Армирование	Расчетные сопротивления арматуры, МПа (кгс/см 3 )
сталь класса A-I	сталь класса A-II
Поперечная арматура	150 (1500)	190 (1900)
Продольная арматура без непосредственной передачи нагрузки на обойму	43 (430)	55 (550)
То же, при передаче нагрузки на обойму с одной стороны	130 (1300)	160 (1600)
То же, при передаче нагрузки с двух сторон	190 (1900)	240 (2400)

5.40. С увеличением размеров сечения (ширины) элементов при соотношении их сторон от 1:1 до 1:2,5 эффективность обойм несколько уменьшается, однако это уменьшение незначительно и практически его можно не учитывать.

Когда одна из сторон элемента, например, стена (черт. 16), имеет значительную протяженность, то необходима установка дополнительных поперечных связей, пропускаемых через кладку и располагаемых по длине стены на расстояниях не более 2d и не более 100 см, где d - толщина стены. По высоте стены расстояние между связями должно быть не более 75 см. Связи должны быть надежно закреплены. Расчет дополнительных поперечных связей производится по формуле (72), при этом коэффициент условий работы связей принимается равным 0,5.

Черт. 16. Схема усиления стены железобетонной обоймой

1 - металлическая сетка; 2 - дополнительные стержни, расположенные сверх сетки; 3 - хомуты (связи); 4 - бетон обоймы; 5 - кладка стены

Пример 8. Определение несущей способности кирпичного столба с сетчатым армированием.

Определить расчетную несущую способность и необходимое сетчатое армирование кирпичного столба размером в плане 0,51´0,64 м с расчетной высотой 3 м. Расчетная продольная сила N = 800 кН (80 тc) и приложена с эксцентриситетом е₀=5 см в направлении стороны сечения столба, имеющей размер 0,64 м. Столб выполнен из глиняного кирпича пластического прессования марки 100 на растворе марки 75.

Площадь сечения столба А =0,51×0,64 = 0,3264 м 2 . Упругая характеристика кладки по п. [3.21, табл. 15] a=1000; коэффициент продольного изгиба по п. [4.2, табл. 18] j=0,98. Расчетное сопротивление кладки по п. [3.1, табл. 2] R=1,7 МПа (при А>0,3 м 2 ). Расчетную несущую способность N_cc для столба из неармированной кладки определяем по формуле [13]

j₁, А_с и w определены по формулам [14] и [15], табл. [19] п. [4.7]; m_g=1, так как толщина столба более 30 см.

Расчетная несущая способность столба N_cc оказалась в 1,7 раза меньше расчетной продольной силы N, следовательно, необходимо усиление кладки сетчатым армированием.

Определяем необходимое R_skb=1,7×1,7 = 2,9 МПа.

Принимаем арматуру Вр-1 диаметром 4 мм. Расчетное сопротивление R_s =219 МПа по п. 5.6.

Процент сетчатого армирования определяем по п. [4.31]

По формуле [6] п. [3.20] определяем

R_sn=243 МПа принимается по п. 5.6.

По формуле [4] п. [3.20] определяем

При l_hc=4,7 по формуле [15] и табл. [18] пп. [4.2] и [4.7] определяем по интерполяции j=0,97; j_с=05 и j₁=0,96.

По формуле [31] п. [4.31] определяем

Проверяем расчетную несущую способность столба по формуле [30] п. [4.31]

кН (83 тс > 80 тс).

Дополнительно проверяем расчетную несущую способность столба при центральном сжатии в плоскости, перпендикулярной к действию изгибающего момента по формуле [27] п. [4.30]

Принимаем R_sk = 3,4 МПа.

По табл. [18] п. [4.2] j = 0,96. По формуле [26] п. [4.30]

кН >N = 800 кН (106 тc > 80 тc).

Следовательно, расчетная несущая способность столба, армированного сетчатой арматурой, при m=0,40% достаточна.

Принимаем диаметр проволоки для сеток 4 мм с расположением через два ряда кладки и исходя из 0,40% армирования по табл. 9 определяем размер ячейки в плане 3,2´3,2 см. Крайние стержни располагаются от наружных граней столба (защитный слой) на 1,5 см.

Пример 9. Расчет усиления кирпичного простенка стальной обоймой.

Требуется запроектировать усиление простенка в существующем жилом доме. Кладка простенков выполнена из глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 25. Размер сечения простенка 54´103 см, высота 180 см; расчетная высота стены - 2,8 м. Кладка простенка выполнена с утолщенными швами низкого качества, в кладке имеются небольшие начальные трещины в отдельных кирпичах и вертикальных швах. Это свидетельствует о том, что напряжение в кладке достигло примерно 0,7R_u (временного сопротивления). На простенок действует вертикальное усилие, равное 600 кН (60 тc), приложенное с эксцентриситетом 5 см по отношению к толщине стены.

По архитектурным соображениям усиление кладки принимается посредством включения простенка в стальную обойму из уголков, согласно указаниям п. 5.35, 5.38.

Необходимое увеличение несущей способности простенка за счет поперечной арматуры обоймы определяем из формулы (71):

По п. [4.2, табл. 18] при l=5,2 и a=1000 j₁»j=0,98; m_g=1 принимаем согласно п. [4.7]; по п. [3.1, табл. 2] R=1,1 МПа; m_k=0,7.

Принимаем для обоймы сталь класса A-I. Вертикальная арматура обоймы (уголки) принимается по конструктивным соображениям 41_50´50 мм

По табл. 10 R_sc=43,0 МПа и R_sw=150 МПа.

Согласно формуле (71)

Принимаем расстояние между осями поперечных хомутов обоймы 35 см и определяем их сечение из условия %.

Принимаем полосу сечением 30´8 мм; А_s=2,4 см 2 ; Ст A-I.

Пример 10. В связи с надстройкой здания требуется запроектировать усиление внутренней несущей кирпичной стены толщиной в 1,5 кирпича (38 см). Высота стены от уровня пола до низа перекрытия сборного настила 3,0 м. Кладка стены выполнена из сплошного глиняного кирпича пластического формования марки 75 на растворе марки 25. Состояние кладки удовлетворительное. После надстройки на 1 м стены будет передаваться нагрузка N = 750 кН (75т).

По табл. [2, 15 и 18], пп. [3.1, 3.21, 4.2] R=1,1 МПа; a=1000; l= =7,9; j=0,92; по формуле [16] п. [4.7] m_g=1.

Расчетная несущая способность 1 м стены

Требуется усиление стены, которое осуществляем посредством включения стены в двухстороннюю железобетонную обойму с установкой дополнительных поперечных стальных связей.

Толщину железобетонных стенок по конструктивным соображениям принимаем минимальной, равной 6 см. Бетон класса В12,5 и армирование стальной сеткой из стержней диаметром 5 мм с ячейкой 15´15 см. Кроме того, для обеспечения работы железобетонных стенок как обоймы сверх сеток ставим вертикальные стержни из круглой стали диаметром 16 мм через каждые 50 см и поперечные связи диаметром 16 мм через 50 см по высоте и длине стены.

Расчетную несущую способность 1 м стены, усиленной железобетонной обоймой, определяем по формуле (72). При этом принимаем, что усилие непосредственно на железобетонную обойму не передается; коэффициент условий работы железобетона принимаем m_b=0,35. При определении поперечного армирования обоймы учитываем только поперечные связи диаметром 16 мм, расположенные через 50 см по длине и высоте стены.

Определяем процент армирования поперечными связями:

где V_s и V_k - соответственно объем стержня (связей) и объем кладки;

А = 2,01 см 2 - площадь сечения одного стержня;

h_w - толщина стены.

Вертикальное армирование обоймы принято: Ст A-I, 7Æ5 мм в 2Æ16 мм на каждые 50 см длины стены. Площадь арматуры на 1 м стены

Коэффициент j принимаем в запас прочности как для кирпичной кладки, учитывая высоту сечения с учетом обоймы

По табл. 10 для связей R_s - 150 МПа.

По формуле (72) с учетом коэффициента условий работы 0,5 согласно п. 5.40 определяем расчетную несущую способность

Таким образом, принятое усиление стены достаточно.

6. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ПО
ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ ВТОРОЙ ГРУППЫ
(ПО ОБРАЗОВАНИЮ И РАСКРЫТИЮ
ТРЕЩИН И ДЕФОРМАЦИЯМ)

6.1. Расчет элементов конструкций по предельным состояниям второй группы производится по указаниям и формулам, приведенным в пп. [5.1-5.5].

Расчет по раскрытию трещин при учете особых нагрузок или воздействий не требуется.

6.2. Расчет каменных и армокаменных конструкций по предельным состояниям второй группы производится:

по деформациям на воздействие нормативных нагрузок;

по раскрытию трещин на воздействие расчетных или нормативных нагрузок.

6.3. Если деформации растяжения кладки вызваны перемещениями каркаса или ветровых поясов, поддерживающих самонесущие или навесные стены, то предельные деформации растяжения кладки принимаются равными є_u=0,15×10 -3 в зданиях с предполагаемым сроком службы конструкций не менее 100 лет, є_u=0,2×10 -3 в зданиях с предполагаемым сроком службы конструкций не менее 50 лет.

При наличии продольного армирования в количестве m³0,03%, а также при оштукатуривании неармированных конструкций по сетке приведенные выше значения є_u увеличиваются на 25%.

6.4. При расчете по трещинам конструкций из неармированной и армированной кладки, в которых раскрытие швов может вызвать появление трещин в штукатурке, но не является опасным для прочности и устойчивости конструкций, в формулах расчета на прочность по растяжению всех видов R_t, R_tb и R_tw принимаются продольные силы и изгибающие моменты по нормативным нагрузкам и коэффициенты условий работы по табл. [24].

Примечания: 1. Расчет по несущей способности конструкций, указанных в п. 6.4, следует производить с учетом расчленения конструкций после возникновения трещин или образования шарниров в сечениях с раскрытием швов.

2. При невыполнении требований расчета по трещинам, указанных в п. 6.4, в местах раскрытия швов необходимо предусматривать деформационные швы.

6.5. Расчет продольно армированных растянутых, изгибаемых и внецентренно сжатых каменных конструкций по раскрытию трещин (швов кладки) следует производить исходя из следующих предпосылок:

расчет производится для всего сечения кладки и арматуры (без учета раскрытия швов), принимая закон линейного распределения напряжений по сечению;

расчетные сопротивления арматуры R_s, МПа (кгс/см 2 ), принимаются по табл. 11.

6.6. При расчете продольно армированных внецентренно сжатых, изгибаемых и растянутых каменных конструкций по раскрытию трещин (швов кладки) сечение конструкций приводится к одному материалу (стали) в отношении модулей упругости кладки и стали

Площадь сечения, расстояние центра тяжести сечения до сжатой грани и момент инерции приведенного сечения определяются по формулам:

В формулах (77)-(80):

n_red - отношение модулей упругости кладки и стали;

А, у, I - площадь сечения, расстояние от центра тяжести сечения до сжатой грани и момент инерции сечения кладки;

A_red, V_red, I_red - те же величины для приведенного сечения;

A_s - площадь сечения растянутой арматуры;

A_s₁ - площадь сечения сжатой арматуры;

h₀=h-а - рабочая высота сечения;

а - расстояние от центра тяжести растянутой арматуры до растянутого края сечения;

а₁ - расстояние от центра тяжести сжатой арматуры до сжатого края сечения.

Конструкции	Условия работы	Расчетные сопротивление арматуры при предполагаемом сроке службы конструкций, лет
Продольно армированные изгибаемые и растянутые элементы в условиях агрессивной для арматуры среды	Растяжение кладки в горизонтальном направлении (по перевязанному сечению)	42 (420)	60 (600)	60 (600)
Растяжение кладки в вертикальном направлении (по неперевязанному сечению)	25 (250)	35 (350)	35 (350)
Продольно армированные емкости при наличии требований непроницаемости покрытий каменных конструкций	Гидроизоляционная штукатурка	17 (170)	25 (250)	35 (350)
Кислотоупорная штукатурка на жидком стекле и однослойное покрытие из плиток каменного литья на кислотоупорной замазке	12 (120)	15 (150)	15 (150)
Двух- и трехслойное покрытие из прямоугольных плиток каменного литья на кислотоупорной замазке:
растяжение вдоль длинной стороны плиток	30 (300)	35 (350)	35 (350)
растяжение вдоль короткой стороны плиток	17 (170)	25 (250)	25 (250)

6.7 Расчет по раскрытию трещин продольно армированных каменных конструкций производится по формулам:

на внецентренное сжатие

на внецентренное растяжение

В формулах (81)-(84):

R_s - расчетное сопротивление арматуры оо раскрытию треаетн;

N и М - продольная сила и момент от нормативных нагрузок (при расчете конструкции по раскрытию трещин в штукатурных и плиточных покрытиях усилия определяются по нормативным нагрузкам, которые будут приложены после нанесения покрытия);

g_r - коэффициент условия работы кладки при расчете по раскрытию трещин по табл. [24] с учетом примечания к ней;

A_red, y_red, I_red – параметры приведенного сечения по формулам (78)-(80);

Ограждение приусадебного участка выполняет несколько функций: разграничение, защита территории от посторонних и создание единой картины с домом. Поэтому забор должен быть не только прочным, но и эстетически привлекательным. Оптимальной и относительно бюджетной постройкой будет фундамент под забор с кирпичными столбами, кладка непосредственно самих столбов и заполнение пролетов материалом на выбор – доской, профнастилом, сеткой-рабицей или кованными декоративными элементами. Сочетание двух материалов придаст ограждению привлекательность и позволит выбрать хозяину заполнение пролетов на свое усмотрение, исходя из общего дизайна и предполагаемого бюджета.

Расчеты и подготовка к работе

Первый этап подготовительных работ – расчет количества столбов для будущего забора. Обычно их устанавливают с расстоянием 3 метра друг от друга. Но, если протяженность участка превышает 150–200 метров увеличивают до 4. Это обусловлено большими затратами на установку кирпичных столбов на таком расстоянии.

Для точного расчета сначала определяют местонахождение угловых столбов, входной калитки и ворот. После этого расстояние между ними разбивают на пролеты принятого размера.

Высота столбов обычно варьируется от 2 до 2,5 метров. Это оптимальные размеры, подходящие при заполнении пролетов сеткой или профнастилом. Выше забор делать не рекомендуется – для этого потребуется углублять и усиливать фундамент, чтобы он выдержал воздействие ветра. Это особенно актуально, если пролеты будут выполнены из профнастила, который имеет большую парусность.

После предварительного расчета опор по периметру натягивается веревка и на местах будущих столбов вбиваются колья. Расчет количества материалов для столбов и подготовки фундамента будет зависеть от выбора типа фундамента и способа кладки кирпича.

Заливка фундамента

Самым простым типом фундамента является ленточно-столбчатый. Для его устройства после разметки территории по ее периметру отрывается траншея глубиной 30 см и шириной около 40 см. На местах столбов из кирпича делаются углубления 90 см. Общая глубина ямы для опоры получится 120 см. Для умеренной зоны такая глубина защитит фундамент от промерзания почвы. Это исключит его смещение и разрушение.

Откопку траншеи можно осуществлять вручную или с применением техники. Опытные мастера рекомендуют первый вариант – работы будут значительно точнее, но временные затраты увеличатся примерно в 2 раза.

Траншея армируется металлическими стержнями диаметром 14–18 мм. Это дополнительно увеличит прочность фундамента и компенсирует нагрузки при просадке почвы. На местах кирпичных столбов устанавливают металлические профили или трубы. Заливка фундамента начинается с углублений под столбы. С помощью строительного уровня контролируется вертикальное положение трубы или профиля, после заливается вся остальная лента.

Забор с кирпичными столбами на ленточном фундаменте считается оптимальным вариантом – он сочетает в себе надежность и относительно небольшие временные и финансовые затраты.

Более надежной, но затратной в плане материалов будет конструкция ростверкового фундамента. Ростверк – это верхняя часть фундамента, которая последовательно скрепляет столбы или сваи. Ростверк присутствует и в ленточно-столбчатом фундаменте, но он находится на уровне земли.

Для его устройства монтируют опалубку – 30 см от земли по периметру выкопанной траншеи. Производится армирование как в случае с ленточным фундаментом, после него заливают опалубку бетоном.

После заливки фундамента должно пройти 2 или 3 недели для его полного высыхания. Затем можно возводить кирпичные столбы для забора.

В учебных целях рассматриваем вариант замены железобетонной колонны в нижнем этаже здания кирпичным столбом (рис. 33). Кирпичный столб проектируем из глиняного кирпича пластического прессования марки 200 на растворе марки 50 (см. примечание 2 к п. 4.30 [5]) с расчетным сопротивлением кладки R = 2,2 МПа (табл. 2 [5]). Упругая характеристика неармированной кладки

a = 1000 (табл. 15 [5]).

Нагрузка на кирпичный столб нижнего этажа в уровне обреза фундамента условно принимается

N = 2288,7 кН (см. расчет железобетонной колонны).

Принимаем кирпичный столб сечением 910´910 мм (3 ½ кирпича).

При l₀ = 3080 мм, a = 1000 гибкость столба а коэффициент продольного изгиба j = 1,0 (табл. 18 [5]).

В соответствии с п. 4.7 [5] при меньшем размере сечения столба h = 910 мм > 300 мм коэффициент j = 1,0.

Несущая способность неармированного кирпичного столба по п. 4.1 [5]

Н = 1821,8 кН.

Следовательно, прочность неармированного кирпичного столба недостаточна.

Для повышения прочности кирпичного столба применяем армирование кладки в соответствии с п. 4ю30 [5] горизонтальными сварными сетками с перекрестными стержнями из арматуры класса ВрI диаметром 5 мм (A_s = 0,196 см 2 ) с расчетным сопротивлением

R_s = 0,6 × 415 = 249 МПа и R_sn = 0,6 × 500 = 300 МПа (п. 5.2.5 – 5.2.6 [1] и 3.19 – 3.20 [5]).

Шаг стержней в сетках с = 75 мм, сетки располагаются в горизонтальных швах кладки через пять рядов кирпичей, s = 375 мм (рис. 34).

Рис.34

Процент армирования кладки по объему согласно п. 4.30 [5]

Расчетное сопротивление армированной кладки столба осевому сжатию согласно п. 430 [5] при растворе марки 50

МПа

Упругая характеристика кладки с сетчатой арматурой по п. 3.20 [5]

Коэффициент продольного изгиба армированного столба по табл. 18 [5] при l h = 3,39 и a_sh = 841

Несущая способность армированного кирпичного столба

Н =

= 2393,209 кН > 2288,9 кН.

Следовательно, прочность кирпичного столба армированного сетками, достаточна.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. СНиП 52-01-2003. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. М., 2004. С. 24.

2. Свод правил по проектированию и строительству СП 52-101-2003. Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры. М., 2004. С. 53.

3. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (к СП 52-101 - 2003). М.: ЦНИИПРОМЗДАНИЙ, НИИЖБ, 2005. 210с.

4. Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелых и легких бетонов без предварительного напряжения арматуры (к СНиП 2.03.01 - 84). М.: ЦНИИПромзданий Госстроя СССР, НИИЖБ Госстроя СССР, 1989. 192с.

5. Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). М.: Стройиздат, 1978.174 с.

6. Руководство по расчету статически неопределимых железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1975.192 с.

7. СНиП II-22–81. Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования. М., 1983. 38 с.

8. Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22 – 81). М., 1989. 150 с.

9. Байков И. Н., Сигалов Э.Е. Железобетонные конструкции. М.: Стройиздат, 1985. 783 с.

10. Еременок П.Л., Еременок И.П. Каменные и армокаменные конструкции. Киев: Вища школа, 1981. 223 с.

11. Железобетонные конструкции. Учебное пособие к курсовому проекту № 1 /Сост.: Елисеев В.И. и др. СПб.: СПбГАСУ, 1992. 80 с.

12. Проектирование сборных железобетонных перекрытий и каменных конструкций: Метод. указ. к выполнению курсового проекта № 1 /Сост.: Елисеев В.И., Веселов А.А. Л.: ЛИСИ, 1989. 37 с.

13. Проектирование монолитного железобетонного перекрытия и каменных конструкций: Метод. указ. к выполнению курсового проекта № 1 /Сост.: Елисеев В.И. Л.: ЛИСИ, 1983. 24 с.

14. Кувалдин Ф.Н., Клевцова Г.С. Примеры расчета железобетонных конструкций зданий. М.: Стройиздат, 1986. 288 с.

15. Мандриков А.П. Примеры расчета железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 1989. 506 с.

16. Каменные и армокаменные конструкции. Примеры расчета /Под ред. Ф.В. Полякова. Киев: Вища школа,1980. 142 с.

17. Перечень физических величин, подлежащих применению в строительстве. СН 528 – 80. М., 1981.

18. СНиП 2.01.07 – 85. Нагрузки и воздействия. М., 1988. 34 с.

19. Бедов А.И., Габитов А.И. Проектирование, восстановление и усиление каменных и армокаменных конструкций. М.: Издательство АСВ, 2006. 566 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Приложение 2

Значения коэффициентов β для определения ординат отрицательных моментов во втором и третьем пролетах в зависимости от отношения временной и постоянной нагрузок v/g

Приложение 3

; ;

при продолжительном действии нагрузок = 560/R_b_._ser;

при непродолжительном действии нагрузок = 300/R_b_._ser_.

Читайте также: