ЭЛЕМЕНТЫ С ПРОДОЛЬНЫМ АРМИРОВАНИЕМ

5.16. Продольное армирование каменных конструкций может применяться в отдельных конструктивных элементах (стенах, столбах, перемычках, подпорных стенах и т. п.) для восприятия растягивающих усилий во внецентренно сжатых (при больших эксцентриситетах) и изгибаемых элементах, а также для повышения прочности и устойчивости тонких стен при .

Продольное армирование каменных конструкций применяют с целью повышения сопротивляемости кладки растягивающим усилиям и обеспечения монолитности и устойчивости отдельных частей и всего сооружения в целом.

При продольном армировании каменных конструкций арматура укладывается снаружи под слоем цементного раствора или в штрабе кладки с заполнением штрабы раствором (черт. 12).

Черт. 12. Продольное армирование кирпичных конструкций (столбов, стен и др.)

а - наружное расположение арматуры; б - расположение арматуры в штрабе кладки; 1 - поперечные хомуты; 2 - продольная арматура

5.17. Количество арматуры, учитываемой при расчете столбов и простенков, должно составлять не менее, %:

для сжатой продольной арматуры ........... 0,1

для растянутой продольной арматуры .......... 0,05

5.18. При расчете элементов, работающих на центральное и внецентренное сжатие, учитывается неполное использование прочности кладки при сжатии, работающей совместно с арматурой, введением коэффициента условий работы кладки 0,85, на который умножается расчетное сопротивление кладки, а также неполное использование работы сжатой продольной арматуры, расчетное сопротивление которой определяется по п. [3.19].

При расчете элементов, работающих на внецентренное сжатие, расчетное сопротивление кладки принимается равным wR (w - коэффициент, принимаемый по п. [4.7]).

5.19. В изгибаемых элементах применение сжатой арматуры, учитываемой в расчете, допускается только в исключительных случаях, например, при ограниченной высоте сечения, при действии знакопеременных моментов и т.п.

5.20. В элементах с продольной арматурой, расположенной снаружи кладки, площадь сечения защитных (растворных) слоев в расчете не учитывается.

5.21. Расчет армированных каменных конструкций с продольной арматурой по трещинам производится по указаниям разд. 6.

5.22. Расчет элементов с продольной арматурой при центральном сжатии (черт. 13, a) производится по формулам:

N£j(0,85m_gRA+R_scA_s¢); (34)

; (35)

, (36)

где N - продольная расчетная сила;

j - коэффициент продольного изгиба, принимаемый по п. [4.2];

m_g - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки, см. п. [4.1];

R - расчетное сопротивление кладки;

А - площадь сечения кладки;

R_sc - расчетное сопротивление продольной сжатой арматуры, принимаемое по п. [3.19];

А_s¢ - площадь сечения продольной арматуры.

Упругая характеристика кладки a с продольным армированием принимается по п. [3.21] как для неармированной кладки, п. [3.20].

5.23. При внецентренном сжатии различают случаи внецентренно сжатых элементов (черт. 13, б, в):

случай 1, когда соблюдается условие:

при любой форме сечения

S_c<0,8S₀; (37)

при прямоугольной форме сечения

х<0,55h₀; (38)

случай 2, когда соблюдается условие:

при любой форме сечения

S_c³0,8S₀; (39)

при прямоугольной форме сечения

х³0,55h₀; (40)

Черт. 13. Внецентренное сжатие армированной кладки

a - центральное сжатие; б - случай 1S_с<0,8S₀; в - случай 2S_с>0,8S₀

В формулах (34)-(40):

S_c - статический момент сжатой зоны сечения кладки относительно центра тяжести растянутой или менее сжатой арматуры А_s;

S₀ - статический момент всего сечении кладки относительно центра тяжести растянутой А_s или менее сжатой арматуры;

х - высота сжатой зоны сечения, определяемая по прил. 7, табл. 1.

Статический момент S₀ при любой форме сечения определяется по формуле

S₀=A(h₀-y), (41)

где А - площадь сечения кладки;

h₀ - рабочая высота сечения h₀ =h - а;

h - высота всего сечения;

a - толщина защитного слоя со стороны арматуры А_s;

у - расстояние от центра тяжести всего сечения до края наиболее сжатой грани.

При прямоугольной форме сечения

, (42)

где b - ширина прямоугольного сечения.

Статический момент S_c зависит от формы и размеров сечения, положения нейтральной оси и защитного слоя. Формулы для наиболее часто встречающихся случаев при определении S_c приведены в табл. 7 прил. 7. В табл. 2, 3 и 4 этого приложения приведены формулы для расчета внецентренно сжатых элементов с продольной арматурой, а также пояснения к таблицам.

5.24. Расчет армированных изгибаемых элементов прямоугольного сечения со стержневой арматурой производится по формулам:

а) при двойной арматуре

, (43)

при этом положение нейтральной оси определяется по формуле

; (44)

б) при одиночной арматуре

, (45)

при этом положение нейтральной оси определяется по формуле

R_sA_s=1,25Rbx. (46)

Высота сжатой зоны кладки должна во всех случаях удовлетворять условиям:

x£0,55h₀ и x³2a¢. (47)

5.25. Расчет изгибаемых элементов на поперечную силу производится по формуле

Q£R_twbz. (48)

При прямоугольном сечении

. (49)

Примечание. Если прочность кладки при расчете на поперечную силу окажется недостаточной, необходима установка хомутов или устройство отгибов в арматуре, расчет которых производится в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84.

5.26. Расчет элементов продольно армированной кладки при центральном растяжении производится по формуле

N£R_sA_s. (50)

КОМПЛЕКСНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
(ЭЛЕМЕНТЫ ИЗ КАМЕННОЙ КЛАДКИ,
УСИЛЕННЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОНОМ)

5.27. Комплексными называются элементы каменной кладки с включением в них железобетона, работающего совместно с кладкой. При этом железобетон рекомендуется располагать с внешней стороны кладки (черт. 14), что позволяет проверить плотность уложенного бетона и является более рациональным при внецентренном сжатии, продольном изгибе и изгибе конструкции.

Черт. 14. Схемы сечений комплексных элементов

а - одностороннее расположение железобетона, б - расположение железобетона в штрабе

5.28. Комплексные конструкции применяются в тех же случаях, что и кладка с продольным армированием, а также когда требуется значительно увеличить несущую способность сильно нагруженных элементов при центральном или внецентренном сжатии. Применение в этом случае комплексных конструкций позволяет уменьшить размеры сечений элементов.

Для комплексных конструкций применяются материалы, указанные в п. 5.2 и бетон марки не выше 150.

5.29. При конструировании комплексных элементов площадь сечения всей продольной арматуры должна составлять не более 1,5 % площади сечения бетона.

5.30. При расчете комплексных элементов на центральное сжатие следует соблюдать следующее условие

, (51)

где N- продольная сила;

m_g - коэффициент, учитывающий влияние длительности нагрузки, см. п. [4.1];

R - расчетное сопротивление кладки;

А - площадь сечения кладки;

R_b и R_sc - расчетные сопротивления бетона и арматуры при центральном сжатии, принимаемые по СНиП 2.03.01-84;

A_b - площадь сечения бетона;

- площадь сечения арматуры;

j_cs - коэффициент продольного изгиба комплексной конструкции, принимаемый по п. [4.2] при упругой характеристике кладки

, (52)

Приведенный модуль упругости комплексных элементов и приведенное временное сопротивление комплексного сечения определяются по формулам:

; (53)

. (54)

В формулах (53) и (54):

E₀_k, E_b - начальные модули упругости кладки и бетона, определяемые для кладки по п. [3.20], для бетона - по СНиП 2.03.01-84;

I_k, I_b - моменты инерции сечения кладки и бетона;

R_u= 2R - временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки;

R_ub - нормативная призменная прочность бетона при сжатии, принимаемая по СНиП 2.03.01-84.

5.31. Различают случаи внецентренно сжатых комплексных элементов (аналогично каменным элементам с продольным армированием):

а) случай 1, когда соблюдается условие

S_c³0,8S₀; (55)

б) случай 2, когда соблюдается условие

S_c<0,8S₀; (56)

В случае 1 расчет производится по формуле

. (57)

При этом, если сила N приложена между центрами тяжести арматуры А_s и , то должно быть удовлетворено дополнительное условие:

. (58)

При одиночной арматуре (=0) расчет производится по формуле

. (59)

В формулах (55) - (59):

- статический момент площади комплексного сечения (приведенного к кладке) относительно центра тяжести растянутой или менее сжатой арматуры А_s;

- статический момент площади сжатой зоны комплексного сечения относительно центра тяжести арматуры А_s,

S_kc и S_bc - статические моменты площадей сжатой части сечения кладки и бетона относительно центра тяжести арматуры А_s;

S_k, S_b и S_s - статические моменты площадей сечения кладки, бетона и арматуры относительно центра тяжести арматуры А_s;

S_k₁, S_b₁ и - статические моменты площадей сечения кладки, бетона и арматуры А_s относительно центра тяжести арматуры ;

е и е¢ - расстояния от точки приложения силы N до центра тяжести арматуры А_s и .

Если центры тяжести арматуры А_s и находятся на расстоянии свыше 5 см от граней сечения, то в формулах (58) и (59) статические моменты и эксцентриситеты е и е¢ определяются относительно грани сечения.

При внецентренно сжатых элементах комплексных конструкций с большими эксцентриситетами (с расположением бетона с внешней стороны кладки), при которых соблюдается условие S_c<0,8S₀ , расчет производится по формуле

. (60)

Положение нейтральной оси в этом случае определяется из уравнения

. (61)

В формуле (61) знак „плюс" принимается, если сила N приложена за пределами расстояния между центрами тяжести арматуры А_s и ; знак „минус" - если сила N приложена между центрами тяжести арматуры А_s и .

При одиночной арматуре ( = 0) расчет производится по формуле

. (62)

и положение нейтральной оси определяется из уравнения

. (63)

В формулах (60) - (63):

A_cs - площадь сжатой зоны кладки;

A_bc - площадь сжатой зоны бетона;

S_cs_,_N - статический момент сжатой зоны кладки относительно точки приложения силы;

S_bs_,_N - статический момент сжатой зоны бетона относительно точки приложения силы.

5.32. Расчет изгибаемых элементов комплексных конструкций производится по формуле

M£RS_cs+R_bS_bc+R_sS_s; (64)

положение нейтральной оси определяется из уравнения

. (65)

Высота сжатой зоны комплексного сечения должна во всех случаях удовлетворять условиям:

S_c<0,8S₀ и z£h₀-a¢. (66)

При этом значения S₀ и S_c, а также S_cs и S_bc принимаются такими же, как при внецентренном сжатии, а плечо внутренней пары сил z принимается равным расстоянию от точки приложения равнодействующей усилий RA_cs и R_bA_bs до центра тяжести арматуры А_s.

При одиночной гибкой арматуре ( = 0) расчет производится по формуле

M£RS_cs+R_bS_bc; (67)

и положение нейтральной оси определяется из уравнения

. (68)

5.33. Расчет изгибаемых элементов комплексных конструкций на поперечную силу производится по формуле

Q£R_twbz, (69)

где R_tw - расчетное сопротивление кладки главным растягивающим напряжениям. принимаемое по табл. [10] и [11] и п. [3.14];

b - ширина сечения;

z - плечо внутренней пары сил при прямоугольном сечении:

. (70)

В случае когда прочность кладки при расчете на поперечную силу недостаточна, требуется установка хомутов или часть продольных стержней отгибается в соответствии с указаниями СНиП 2.03.01-84.