Каменные конструкции с продольным армированием

Продольное армирование каменных конструкций целесообразно применять в отдельных конструктивных элементах (стенах, столбах, перемычках, подпорных стенах и т.п.) для восприятия растягивающих усилий:

- во внецентренно сжатых элементах с большими эксцентриситетами, выходящими за пределы ядра сечения, где не эффективно армирование поперечными сетками;

- в сжатых элементах с гибкостью > 15 или > 53, когда не эффективно армирование поперечными сетками;

- в сжатых элементах при возможных вибрационных нагрузках;

- в изгибаемых элементах (стенах, перемычках).

Продольное армирование каменных конструкций:

- повышает прочность кладки;

- увеличивает сопротивляемость кладки растягивающим усилиям при внецентренном сжатии и изгибе;

- придает большую устойчивость конструкции;

- увеличивает сопротивляемость вибрационным и сейсмическим воздействиям;

- обеспечивает монолитность всего сооружения в целом.

АРМИРОВАНИЕ СТОЛБОВ осуществляется продольной вертикальной арматурой (рис. 29). Армирование может быть внутренним (рис. 29,а) с укладкой арматуры в вертикальных швах кладки или наружным (рис. 29,б) под слоем цементного раствора, который защищает арматуру от коррозии. Внутреннее армирование столбов применяется в столбах с большей стороной поперечного сечения более 64 см (2,5 кирпича) при наличии агрессивных внешних воздействий высоких температур. В этом случае продольная сжатая арматура принимается диаметром не менее 8 мм. Хомуты принимаются диаметром 3-8 мм с шагом не более 25*d и располагаются в горизонтальных швах кладки.

Рис.29. Армирование продольной вертикальной арматурой:

а - внутреннее; б - наружное

Внешнее армирование столбов отличается простотой и удобством выполнения и применяется во всех случаях, где отсутствуют те особые условия, которые требуют устройства внутренней арматуры. В этом случае сжатая арматура должна быть диаметром не менее 8 мм, а хомуты принимаются диаметром 3-8 мм с шагом не более 15*d и не более 150 мм, и располагаются в горизонтальных швах кладки.

В столбах с продольной арматурой, независимо от внутреннего или наружного армирования, процент армирования следует принимать: для растянутой арматуры =0,05%> а для сжатой =0,1%. Характер разрушения столбов с продольной арматурой напоминает разрушение неармированной кладки, но отличается тем, что при разрушении не происходит расслоения кладки на столбики, так как этому препятствуют хомуты.

Расчет на прочность армированных столбов при осевом и внецентренном сжатии производится по стадии разрушения по аналогии с железобетонными элементами с учетом некоторых особенностей, отмеченных в нормах.

Расчет на прочность столбов с продольной арматурой при центральном сжатии выполняется по формулам:

, (32)

где N - продольная расчетная сила; А - площадь сечения столба; As - площадь сечения продольной арматуры; 0,85 - коэффициент, учитывающий неполное использование прочности кладки, работающей совместно с арматурой.

При расчете на прочность внецентренно сжатых столбов с продольной арматурой различают два случая (рис. 30):

- малых эксцентриситетов (рис. 30,а);

- больших эксцентриситетов (рис. 30,б)

Рис.30. Внецентренно сжатые столбы с продольной арматурой: а - случай малых эксцентриситетов (х>0,55h₀); б – случай больших эксцентриситетов (х<0,55h₀)

Границы между этими случаями установлены на основании экспериментов. Расчет выполняется по стадии разрушения (аналогично железобетонным конструкциям) из условий равновесия внешних и внутренних сил:

- уравнения моментов (условие прочности);

- уравнения проекций, из которого определяется высота сжатой зоны x.

АРМИРОВАНИЕ СТЕНприменяется в следующих случаях:

- при необходимости увеличить сопротивление изгибу стен, подверженных боковому воздействию сыпучих материалов, воды и т.п.;

- для повышения устойчивости стен при больших гибкостях;

- для повышения сопротивления кладки стен действию вибрационной и сейсмической нагрузок.

Существуют два способа армирования стен продольной арматурой:

1. Армирование горизонтальной арматурой, располагаемой в швах кладки. Такое армирование возможно при наличии вертикальных элементов - стоек, пилястр, служащих для восприятия горизонтальных нагрузок, передаваемых от стен (рис. 31).

Рис. 31. Армирование стен горизонтальной арматурой

2. Армирование горизонтальной арматурой в швах кладки и вертикальной арматурой, располагаемой снаружи кладки (рис. 32). Такое армирование применяется при наличии как вертикальных, так и горизонтальных элементов - столбов, пилястр, междуэтажных перекрытий. Расстояние между горизонтальными швами, где располагается арматура, принимается не более 8h (h - толщина стены); арматура применяется от 3 до 8 мм. Вертикальные стержни (d < 10 мм) связываются между собой стяжками, пропускаемыми в горизонтальных швах через толщу кладки и располагаемыми с максимальным шагом 80d (d - диаметр вертикальной арматуры). Стены с наружной вертикальной арматурой обязательно оштукатуриваются цементным раствором марки 50, при этом толщина защитного слоя должка быть не менее 15 мм в нормальных условиях и 25 мм при повышенной влажности.

Процент армирования стен рекомендуется принимать не менее 0,05 %.

Конструктивное армирование стен допускает увеличение предельных гибкостей против величин, установленных для неармированной кладки, на 20 % при армировании в одном направлении и на 30 % при армировании в двух направлениях.

Рис. 32. Армирование горизонтальной арматурой в швах кладки

и вертикальной арматурой, располагаемой снаружи кладки

Расчет на прочность армированных стен, подверженных изгибу, выполняется, как и для железобетонных элементов, по стадии разрушения (рис. 33) и основывается на двух уравнениях равновесия: уравнения моментов (условии прочности) и суммы проекции всех сил на продольную ось - X:

(33)

(34)

Рис. 33. Расчет на прочность армированных стен, подверженных изгибу

Расчет на прочность армированных гибкой арматурой стен, работающих на растяжение, исходит только из прочности арматуры:

. (35)