Розрахунок навантаження на цегляну кладку. Про мінімальну товщину несучих цегляних стін. II приклад розрахунку опору теплопередачі стін будівель із чотиришарових теплоефективних блоків

Малюнок 1. Розрахункова схема для цегляних колонпроектованої будівлі.

При цьому виникає природне питання: який мінімальний переріз колон забезпечить необхідну міцність та стійкість? Звичайно ж, ідея викласти колони з глиняної цегли, а тим більше стіни будинку, є далеко не новою і всі можливі аспекти розрахунків цегляних стін, простінків, стовпів, які є суть колони, досить докладно викладені в СНиП II-22-81 (1995) "Кам'яні та армокам'яні конструкції". Саме цим нормативним документом слід керуватися при розрахунках. Наведений нижче розрахунок, трохи більше, ніж приклад використання зазначеного СНиПа.

Щоб визначити міцність і стійкість колон, потрібно мати досить багато вихідних даних, як-от: марка цегли по міцності, площа опирання ригелів на колони, навантаження на колони, площа перерізу колони, а якщо на етапі проектування нічого з цього не відомо, то можна надійти наступним чином:

Приклад розрахунку цегляної колони на стійкість при центральному стисканні

Проектується:

Тераса розмірами 5х8 м. Три колони (одна посередині та дві по краях) з лицьового пустотілої цеглиперетином 0.25х0.25 м. Відстань між осями колон 4 м. Марка цеглини по міцності М75.

Розрахункові причини:

За такої розрахункової схеми максимальне навантаження буде на нижню середню колону. Саме її слід розраховувати на міцність. Навантаження на колону залежить від багатьох факторів, зокрема від району будівництва. Наприклад, Санкт-Петербурзі становить 180 кг/м 2 , а Ростові-на-Дону - 80 кг/м 2 . З урахуванням ваги самої покрівлі 50-75 кг/м 2 навантаження на колону від покрівлі для Пушкіна Ленінградської області може становити:

N з покрівлі = (180 · 1.25 + 75) · 5 · 8/4 = 3000 кг або 3 тонни

Оскільки діючі навантаження від матеріалу перекриття і людей, що сидять на терасі, меблів та інших. поки що не відомі, але залізобетонна плитаточно не планується, а передбачається, що перекриття буде дерев'яним, з тих, що окремо лежать обрізних дощок, то для розрахунків навантаження від тераси можна прийняти рівномірно розподілене навантаження 600 кг/м 2 тоді зосереджена сила від тераси, що діє на центральну колону, складе:

N з тераси = 600 · 5 · 8 / 4 = 6000 кг або 6 тонн

Власна вага колон довжиною 3 м складатиме:

N з колони = 1500 · 3 · 0.38 · 0.38 = 649.8 кг або 0.65 тонн

Таким чином, сумарне навантаження на середню нижню колону в перерізі колони біля фундаменту складе:

N з об = 3000 + 6000 + 2 · 650 = 10300 кг або 10.3 тонн

Однак у даному випадкуможна врахувати, що існує не дуже велика ймовірність того, що тимчасове навантаження від снігу, максимальне в зимовий час, та тимчасове навантаження на перекриття, максимальне в літній час, буде додано одночасно. Тобто. суму цих навантажень можна помножити на коефіцієнт ймовірності 0.9 тоді:

N з об = (3000 + 6000) · 0.9 + 2 · 650 = 9400 кг або 9.4 тонн

Розрахункове навантаження на крайні колони буде майже вдвічі менше:

N кр = 1500 + 3000 + 1300 = 5800 кг або 5.8 тонн

2. Визначення міцності цегляної кладки.

Марка цегли М75 означає, що цегла повинна витримувати навантаження 75 кгс/см 2 , проте міцність цегли та міцність цегляної кладки- різні речі. Зрозуміти це допоможе наступна таблиця:

Таблиця 1. Розрахункові опори стиску для цегляної кладки (відповідно до СНиП II-22-81 (1995))

Але це ще не все. Все той же СНиП II-22-81 (1995) п.3.11 а) рекомендує при площі стовпів і простінків менше 0.3 м 2 множити значення розрахункового опору накоефіцієнт умов роботи γ з =0.8. Оскільки площа перерізу нашої колони становить 0.25х0.25 = 0.0625 м 2 , то доведеться цією рекомендацією скористатися. Як бачимо, для цеглини марки М75 навіть при використанні розчину кладкиМ100 міцність кладки не перевищуватиме 15 кгс/см 2 . У результаті розрахунковий опір для нашої колони складе 15 · 0.8 = 12 кг/см 2 тоді максимальна стискаюча напруга складе:

10300/625 = 16.48 кг/см 2 > R = 12 кгс/см 2

Таким чином для забезпечення необхідної міцності колони потрібно або використовувати цеглу більшої міцності, наприклад М150 (розрахунковий опір стиску при марці розчину М100 складе 22 0.8 = 17.6 кг/см 2) або збільшувати переріз колони або використовувати поперечне армування кладки. Поки що зупинимося на використанні більш міцної лицьової цегли.

3. Визначення стійкості цегляної колони.

Міцність цегляної кладки і стійкість цегляної колони - це теж різні речі і все той же СНиП II-22-81 (1995) рекомендує визначати стійкість цегляної колони за такою формулою:

N ≤ m g φRF (1.1)

де m g- Коефіцієнт, що враховує вплив тривалого навантаження. У цьому випадку нам, умовно кажучи, пощастило, тому що при висоті перетину h≈ 30 см, значення даного коефіцієнта можна набувати рівним 1.

Примітка: Взагалі-то з коефіцієнтом mg все не так просто, подробиці можна переглянути в коментарях до статті.

φ - коефіцієнт поздовжнього вигину, що залежить від гнучкості колони λ . Щоб визначити цей коефіцієнт, потрібно знати розрахункову довжину колони l 0 А вона далеко не завжди збігається з висотою колони. Тонкості визначення розрахункової довжини конструкції викладено окремо, тут лише зазначимо, що згідно зі СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: "Розрахункові висоти стін та стовпів l 0 при визначенні коефіцієнтів поздовжнього вигину φ залежно від умов спирання їх на горизонтальні опори слід приймати:

а) при нерухомих шарнірних опорах l 0 = Н;

б) при пружній верхній опорі та жорсткому затисканні в нижній опорі: для однопрогонових будівель l 0 = 1,5Н, для багатопрольотних будівель l 0 = 1,25Н;

в) для вільно стоять конструкцій l 0 = 2Н;

г) для конструкцій з частково защемленими опорними перерізами - з урахуванням фактичного ступеня затискання, але не менше l 0 = 0,8Н, де Н- Відстань між перекриттями або іншими горизонтальними опорами, при залізобетонних горизонтальних опорах відстань між ними у світлі."

На перший погляд, нашу розрахункову схему можна розглядати як таку, що відповідає умовам пункту б). тобто можна приймати l 0 = 1.25H = 1.25 · 3 = 3.75 метра або 375 см. Проте впевнено використовувати це значення ми можемо лише у тому випадку, коли нижня опора справді жорстка. Якщо цегляна колона викладатиметься на шар гідроізоляції з руберойду, укладений на фундамент, то таку опору слід розглядати як шарнірну, а не жорстко защемлену. І в цьому випадку наша конструкція в площині, паралельній площині стіни, є геометрично змінюваною, так як конструкція перекриття (що окремо лежать дошки) не забезпечує достатню жорсткість у зазначеній площині. З такої ситуації можливі 4 виходи:

1. Застосувати принципово іншу конструктивну схему

наприклад - металеві колони, жорстко закріплені в фундамент, до яких приварюватимуться ригеля перекриття, потім з естетичних міркувань металеві колони можна обкласти лицьовою цеглою будь-якої марки, так як все навантаження нестиме метал. В цьому випадку, правда, потрібно розраховувати металеві колони, але розрахункову довжину можна приймати l 0 = 1.25Н.

2. Зробити інше перекриття,

наприклад з листових матеріалів, що дозволить розглядати і верхню та нижню опору колони, як шарнірні, у цьому випадку l 0 = H.

3. Зробити діафрагму жорсткості

у площині, паралельної площині стіни. Наприклад по краях викласти не колони, а скоріше простінки. Це також дозволить розглядати верхню і нижню опору колони, як шарнірні, але в цьому випадку необхідно додатково розраховувати діафрагму жорсткості.

4. Не звертати уваги на наведені вище варіанти і розраховувати колони, як окремо стоять з жорсткою нижньою опорою, тобто l 0 = 2Н

Зрештою, давні греки ставили свої колони (щоправда, не з цегли) без будь-яких знань про опір матеріалів, без використання металевих анкерів, та й настільки ретельно виписаних. будівельних нормі правил у ті часи не було, проте деякі колони стоять і досі.

Тепер, знаючи розрахункову довжину колони, можна визначити коефіцієнт гнучкості:

λ h = l 0 /h (1.2) або

λ i = l 0 /i (1.3)

де h- Висота або ширина перерізу колони, а i- Радіус інерції.

Визначити радіус інерції в принципі не складно, потрібно розділити момент інерції перетину на площу перерізу, а потім витягти з результату квадратний коріньОднак у цьому випадку в цьому немає великої необхідності. Таким чином λ h = 2 · 300/25 = 24.

Тепер, знаючи значення коефіцієнта гнучкості, можна визначити коефіцієнт поздовжнього вигину по таблиці:

Таблиця 2. Коефіцієнти поздовжнього вигину для кам'яних та армокам'яних конструкцій (відповідно до СНиП II-22-81 (1995))

При цьому пружна характеристика кладки α визначається за таблицею:

Таблиця 3. Пружна характеристика кладки α (відповідно до СНиП II-22-81 (1995))

У результаті значення коефіцієнта поздовжнього вигину становитиме близько 0.6 (при значенні пружної властивості α = 1200, згідно з п.6). Тоді граничне навантаження на центральну колону становитиме:

N р = m g φγ з RF = 1х0.6х0.8х22х625 = 6600 кг< N с об = 9400 кг

Це означає, що прийнятого перерізу 25х25 см для забезпечення стійкості нижньої центральної центрально-стиснутої колони недостатньо. Для збільшення стійкості найбільш оптимальним буде збільшення перерізу колони. Наприклад, якщо викладати колону з пустотою всередині півтора цегли, розмірами 0.38х0.38 м, то таким чином не тільки збільшиться площа перерізу колони до 0.13 м 2 або 1300 см 2 , але збільшиться і радіус інерції колони до i= 11.45 см. Тоді λ i = 600/11.45 = 52.4, а значення коефіцієнта φ = 0.8. У цьому випадку граничне навантаження на центральну колону становитиме:

N р = m g φγ з RF = 1х0.8х0.8х22х1300 = 18304 кг > N з об = 9400 кг

Це означає, що перерізу 38х38 см для забезпечення стійкості нижньої центральної центрально-стиснутої колони вистачає із запасом і навіть можна зменшити марку цегли. Наприклад, при спочатку прийнятій марці М75 граничне навантаження становитиме:

N р = m g φγ з RF = 1х0.8х0.8х12х1300 = 9984 кг > N з об = 9400 кг

Начебто все, але бажано врахувати ще одну деталь. Фундамент у цьому випадку краще робити стрічковим (єдиним для всіх трьох колон), а не стовпчастим (окремо для кожної колони), інакше навіть невеликі просідання фундаменту призведуть до додаткової напруги в тілі колони і це може призвести до руйнування. З урахуванням всього вищевикладеного найбільш оптимальним буде переріз колон 0.51х0.51 м, та й з естетичної точки зору такий переріз є оптимальним. Площа перерізу таких колон становитиме 2601 см 2 .

Приклад розрахунку цегляної колони на стійкість при позацентровому стисканні

Крайні колони в проектованому будинку не будуть центрально стислими, тому що на них спиратимуться ригелі лише з одного боку. І навіть якщо ригеля будуть укладатися на всю колону, то все одно через прогин ригелів навантаження від перекриття і покрівлі буде передаватися крайнім колонам не по центру перерізу колони. В якому місці буде передаватися рівнодіюча ця навантаження, залежить від кута нахилу ригелів на опорах, модулів пружності ригелів і колон і ряду інших факторів, які докладно розглядаються в статті "Розрахунок опорної ділянки балки на зминання". Це зсув називається ексцентриситетом програми навантаження е о. У разі нас цікавить найбільш несприятливе поєднання чинників, у якому навантаження від перекриття на колони буде передаватися максимально близько до краю колони. Це означає, що на колони крім самого навантаження буде також діяти згинальний момент, що дорівнює M = Ne про, і цей момент треба враховувати під час розрахунків. У загальному випадку перевірку на стійкість можна виконувати за такою формулою:

N = φRF - MF/W (2.1)

де W- момент опору перерізу. В даному випадку навантаження для нижніх крайніх колон від покрівлі можна умовно вважати центрально прикладеним, а ексцентриситет створюватиме лише навантаження від перекриття. При ексцентриситеті 20 см

N р = φRF - MF/W =1х0.8х0.8х12х2601- 3000 · 20 · 2601· 6/51 3 = 19975, 68 – 7058.82 = 12916.9 кг >N кр = 5800 кг

Таким чином, навіть при дуже великому ексцентриситеті програми навантаження у нас є більш ніж двократний запас по міцності.

Примітка: СНиП II-22-81 (1995) "Кам'яні та армокам'яні конструкції" рекомендує використовувати іншу методику розрахунку перерізу, що враховує особливості кам'яних конструкцій, однак результат при цьому буде приблизно таким же, тому методику розрахунку, рекомендовану СНиП тут не наводжу.

Вітаю всіх читачів! Якою має бути товщина цегляних зовнішніх стін – тема сьогоднішньої статті. Найбільш часто використовуваними стінами з дрібного каміння виступають цегляні стіни. Це пов'язано з тим, що застосування цегли вирішує питання будови будівель і споруд практично будь-якої архітектурної форми.

Починаючи виконувати проект, проектна фірма розраховує всі конструктивні елементи – у тому числі розраховується товщина цегляних зовнішніх стін.

Стіни в будівлі виконують різні функції:

Якщо стіни є лише огороджувальною конструкцією– у цьому випадку вони повинні відповідати теплоізоляційним вимогам, щоб забезпечити постійний температурний і вологий мікроклімат, а також володіти звукоізолюючими якостями.
Несучі стіниповинні відрізнятися необхідною міцністю та стійкістю, але і як огороджувальні, мати теплозахисні властивості. Крім того, виходячи з призначення будівлі, її класу, товщина несучих стінок повинна відповідати технічним показникам його довговічності, вогнестійкості.

Особливості розрахунку товщини стін

Товщина стін за теплотехнічним підрахунком не завжди збігається з розрахунком величини за характеристиками міцності. Природно, що чим суворіший клімат, тим товщі має бути стіна за теплотехнічними показниками.
А ось за умовами міцності, наприклад, достатньо викласти зовнішні стінки в одну цеглу або півтора. Ось тут і виходить «нонсенс» – товщина кладки, визначена теплотехнічним розрахунком, Найчастіше, за вимогами міцності виходить зайвою.
Тому класти суцільну кладку стін з повнотілої цегли з точки зору матеріальних витрат і за умови 100% використання її міцності слід лише у нижніх поверхах багатоповерхівок.
У малоповерхових спорудах, а також у верхніх поверхах багатоповерхівок слід використовувати для зовнішньої кладки пустотілий або легка цегла, можна застосувати спрощену кладку.
Це не поширюється на зовнішні стіни в будинках, де має місце підвищений відсоток вологості (наприклад, у пральнях, лазнях). Вони зводяться, як правило, з захисним шаромз пароізоляційного матеріалу зсередини та з повнотілого глиняного матеріалу.

Тепер розповім вам про те, з якого підрахунку складається товщина зовнішніх стін.

Вона визначається за такою формулою:

В = 130 * n -10 де

B – товщина стіни у міліметрах

130 – розмір половини цегли з урахуванням шва (вертикального = 10мм)

n – ціла кількість половинки цегли (= 120мм)

Отриману за розрахунком величину суцільної кладки округляємо до цілого числа напівцегли у велику сторону.

Виходячи з цього, виходять наступні величини (ммм) цегляних стін:

120 (в підлогу цегли, але це вважається перегородкою);
250 (в один);
380 (Півтора);
510 (в два);
640 (у два з половиною);
770 (о третій).

З метою економії матеріальних ресурсів (цегли, розчину, арматури та іншого), кількості машино-годин механізмів, підрахунок товщини стін прив'язується до несучої можливості будівлі. А теплотехнічна складова виходить за рахунок утеплення фасадів будівель.

Чим можна утеплити зовнішні стіни з цегли? У статті утеплення будинку пінополістиролу зовні, я вказав причини, з яких не можна цим матеріалом утеплювати цегляні стіни. Ознайомтеся із статтею.

Сенс у тому, що цегла пориста і водопроникний матеріал. А поглинаюча здатність пінополістиролу дорівнює нулю, що перешкоджає міграції вологи назовні. Саме тому стіну із цегли доцільно утеплювати. теплоізоляційною штукатуркоюабо мінераловатними плитами, природа яких є паропроникною. Пінополістирол підходить для утеплення основи з бетону або залізобетону. "Природа утеплювача повинна відповідати природі несучої стіни".

Теплоізолюючих штукатурок багато- Різниця полягає в складових. Але принцип нанесення один. Виконується вона шарами та загальна товщинаможе сягати 150мм (при великій величині обов'язково армування). Найчастіше ця величина становить 50 - 80 мм. Це залежить від кліматичного поясу, товщини стін основи та інших факторів. Докладно зупинятись не буду, тому що це тема вже іншої статті. Повертаємося до своєї цегли.

Середньостатистична товщина стін для звичайної глиняної цегли в залежності від району і кліматичних умов місцевості при зимовій температурі навколишнього повітря, що склалася, виглядає в міліметрах приблизно так:

- 5градусів – товщина = 250;
- 10градусів = 380;
- 20градусів = 510;
– 30 градусів = 640.

Хочу підсумувати вищевикладене.Товщину зовнішніх стін з цегли розраховуємо виходячи з характеристик міцності, а теплотехнічну сторону питання вирішуємо методом утеплення стін. Як правило, проектна фірма розраховує зовнішні стіни без застосування утеплювача. Якщо ж будинку буде некомфортно холодно і виникне потреба утеплення, то уважно поставтеся до підбору утеплювача.

При будівництві свого будинку одним із головних моментів є зведення стін. Кладка несучих поверхонь найчастіше проводиться із застосуванням цегли, але якою має бути товщина стіни із цегли в цьому випадку? До того ж стіни в будинку бувають не тільки несучими, але ще виконуючими функції перегородок та облицювання - якою має бути товщина цегляної стіни в цих випадках? Про це я розповім у сьогоднішній статті.

Це питання дуже актуальне для всіх людей, які будують власний цегляний будинок і тільки осягають ази будівництва. На перший погляд цегляна стінадуже проста конструкція, вона має висоту, ширину та товщину. Тяжкість стіни, що цікавить нас, залежить в першу чергу від її кінцевої загальної площі. Тобто, чим ширша і вища стіна, тим товщі вона має бути.

Але, причому тут товщина стіни із цегли? - Запитайте ви. При тому, що в будівництві багато чого зав'язано на міцності матеріалу. Цегла, як і інші будівельні матеріали, має свій ГОСТ, який враховує його міцність. Також вантажність кладки залежить від її стійкості. Чим і вище буде несуча поверхня, тим товщі вона має бути, особливо це стосується основи.

Ще один параметр, який впливає на загальну вантажність поверхні, це теплопровідність матеріалу. У звичайного полнотелого блоку теплопровідність досить висока. Це означає, що він сам по собі погана теплоізоляція. Тому щоб вийти на стандартизовані показники теплопровідності, будуючи будинок виключно із силікатних або будь-яких інших блоків, стіни мають бути дуже товстими.

Але, з метою економії коштів та збереження здорового глузду, люди відмовилися від ідей будувати будинки, що нагадують бункер. Щоб мати міцні несучі поверхні і при цьому хорошу теплоізоляцію, стали застосовувати багатошарову схему Де одним шаром виступає силікатна кладка, достатньої вантажності, щоб витримувати всі навантаження, яким вона схильна, другий шар – це утеплюючий матеріал, а третій – облицювання, яким так само може виступати цегла.

Вибір цегли

Залежно від того, якою має бути, потрібно вибирати певний вид матеріалу, що має різні розміри і навіть структуру. Так, за структурою їх можна поділити на повнотілі та дірчасті. Повнотілі матеріали мають велику міцність, вартість та теплопровідність.

Будматеріал з порожнинами усередині у вигляді наскрізних отворівне так міцний, має меншу вартість, але при цьому здатність до теплоізоляції у дірчастого блоку вища. Це досягається за рахунок наявності у ньому повітряних кишень.

Розміри будь-яких видів матеріалу також можуть відрізнятися. Він може бути:

Одинарним;
Полуторним;
Подвійний;
Половинчастим.

Одинарний блок, це будматеріал, стандартних розмірів, такий до якого ми всі звикли. Його розміри такі: 250х120х65 мм.

Полуторний або потовщений має велику вантажність, і його розміри виглядають так: 250Х120Х88 мм. Подвійний – відповідно, має переріз двох одинарних блоків 250х120х138 мм.

Половинчастий – це малюк серед своїх побратимів, він має, як ви, мабуть, вже здогадалися, половину товщини одинарного – 250х120х12 мм.

Як видно, єдині відмінності у розмірах цього будматеріалу у його товщині, а довжина та ширина однакові.

Залежно від того, якою буде товщина стіни з цегли, економічно доцільно, вибирати більші при зведенні масивних поверхонь, наприклад, такими часто бувають несучі поверхні та дрібніші блоки для перегородок.

Товщина стіни

Ми вже розглянули параметри, від яких залежить товщина зовнішніх стін із цегли. Як ми пам'ятаємо, це стійкість, міцність, теплоізоляційні властивості. Крім цього, різні види поверхонь повинні мати зовсім різну розмірність.

Несучі поверхні це, по суті, опора всієї будівлі, вони беруть на себе основне навантаження, від усієї конструкції, включаючи вагу даху, на них впливають зовнішні фактори, такі як вітру, опади, крім того на них тисне їхня власна вага. Тому їх вантажність, у порівнянні з поверхнями несучого характеру та внутрішніми перегородками, має бути найвищою.

У сучасних реаліях більшості двох і триповерхових будинків, достатньо 25 см товщини або одного блоку, рідше в півтора або 38 см. Міцності у такої кладки буде достатньо для будівлі таких розмірів, але як бути зі стійкістю. Тут все набагато складніше.

Щоб розрахувати чи буде стійкість достатньої необхідно звернутися до нормам СНиП II-22-8. Давайте розрахуємо, чи буде стійкий наш цегляний будинок, зі стінами товщиною 250 мм, довжиною 5 метрів і висотою 2.5 метра. Для кладки використовуватимемо матеріал М50, на розчині М25, розрахунок проведемо для однієї несучої поверхні, без вікон. Отже, почнемо.

Таблиця №26

За даними з таблиці вище, відомо, що характеристика нашої кладки відноситься до першої групи, а також для неї справедливо опис з пункту 7. Табл. 26. Після цього дивимося в таблицю 28 і знаходимо значення β, яке означає допустиме співвідношення вантажності стіни до її висоти, враховуючи вид використовуваного розчину. Для нашого прикладу це значення дорівнює 22.

k1 для перерізу нашої кладки 1.2 (k1=1.2).
k2=√Аn/Аb де:

Аn – площа перерізу поверхні по горизонталі, розрахунок простий 0.25*5=1.25 кв. м

Ab – площа перетину стіни по горизонталі з огляду на віконні отвори у нас такі відсутні, тому k2 = 1.25

Значення k4 задано, і для висоти 2.5 м 0.9.

Тепер дізнавшись, що всі змінні можна знайти загальний коефіцієнт «k», шляхом перемноження всіх значень. K=1.2*1.25*0.9=1.35 Далі дізнаємося сукупне значення поправочних коефіцієнтів і фактично дізнаємось наскільки стійка аналізована поверхня 1.35*22=29.7, а допустиме співвідношення висоти і товщини дорівнює 2.5:0.25=10, що значно менше, отриманого. Це означає, що кладка товщиною 25 см шириною 5 м і висотою 2.5 метра має стійкість майже втричі вище, ніж це необхідно за нормами СНиП.

Добре з поверхнями, що несуть, розібралися, а що з перегородками і з тими, що не несуть на собі навантаження. Перегородки доцільно робити в половину товщини – 12 см. Для поверхонь, які не несуть на собі навантаження, так само справедлива формула стійкості, яку ми розглянули вище. Але оскільки зверху, така стіна буде не закріплена, показник коефіцієнта β потрібно зменшити на третину, і продовжити розрахунки з іншим значенням.

Кладка в півцегли, цегла, півтора, дві цеглини

Насамкінець давайте розглянемо, як проводиться кладка цегли в залежності від вантажності поверхні. Кладка в півцегли, найпростіша з усіх, тому що немає необхідності робити складні перев'язки рядів. Достатньо покласти перший ряд матеріалу на ідеально рівну основу і стежити за тим, щоб розчин рівномірно лягав, і не перевищував 10 мм в товщину.

Головним критерієм якісної кладки перетином в 25 см є здійснення якісної перев'язки вертикальних швів, які не повинні збігатися. Для цього варіанта кладки важливо від початку до кінця дотримуватися обраної системи, яких є як мінімум дві, однорядні та багаторядні. Відрізняються вони, способом перев'язування та кладки блоків.

Перш ніж приступити до розгляду питань, пов'язаних із розрахунком товщини цегляної стіни будинку, необхідно розуміти, навіщо це потрібно. Наприклад, чому не можна звести зовнішню стіну товщиною в півцегли, адже цегла така тверда і міцна?

Дуже багато нефахівців не мають навіть базових уявлень про характеристики огороджувальних конструкцій, проте беруться за самостійне будівництво.

У цій статті ми розглянемо два основних критерії розрахунку товщини цегляних стін - несучі навантаження та опір теплопередачі. Але перш ніж поринути у нудні цифри та формули, дозвольте роз'яснити деякі моменти простою мовою.

Стіни будинку в залежності від їх місця у схемі проекту можуть бути несучими, самонесучими, ненесучими та перегородками. Несучі стіни виконують захисну функцію, а також служать опорами плит або балок перекриття або конструкції даху. Товщина несучих цегляних стін не може бути меншою ніж одна цегла (250 мм). Більшість сучасних будинків будуються зі стінами в одну або 1,5 цегли. Проектів приватних будинків, де потрібні були стіни товщі 1,5 цегли, за логікою речей не повинно існувати. Тому вибір товщини зовнішньої цегляної стіни за великим рахунком – справа вирішена. Якщо вибирати між товщиною в одну цеглу або півтора, то з чисто технічної точки зору для котеджу висотою 1-2 поверху цегляна стіна товщиною 250 мм (в одну цеглу марки міцності М50, М75, М100) буде відповідати розрахункам несучих навантажень. Перестрахування не варто, оскільки розрахунки вже враховують снігові, вітрові навантаженняі безліч коефіцієнтів, що забезпечують цегляну стіну, достатній запас міцності. Однак є дуже важливий момент, що дійсно впливає на товщину цегляної стіни – стійкість.

Всі колись у дитинстві грали кубиками, і помічали, що чим більше поставити кубиків один на одного, тим менш стійкою стає колона з них. Елементарні закони фізики, що діють на кубики, так само діють і на цегляну стіну, бо принцип кладки той самий. Очевидно, що між товщиною стіни та її висотою є певна залежність, що забезпечує стійкість конструкції. Ось про цю залежність ми й поговоримо у першій половині цієї статті.

Стійкість стін, Так само як і будівельні нормативи несучих та інших навантажень, докладно описана в СНиП II-22-81 «Кам'яні та армокам'яні конструкції». Ці нормативи є посібником для конструкторів, і для «непосвячених» можуть бути досить складними розуміння. Так воно і є, адже щоб стати інженером, необхідно вчитися щонайменше чотири роки. Тут можна було б послатися на "звертайтеся за розрахунками до фахівців" і ставити крапку. Проте, завдяки можливостям інформаційного павутиння, сьогодні майже кожен за бажання може розібратися у найскладніших питаннях.

Для початку спробуємо розібратися у питанні стійкості цегляної стінки. Якщо стіна висока та довга, то товщини в одну цеглу буде мало. У той же час, зайве перестрахування може підвищити вартість коробки в 1,5-2 рази. А це сьогодні гроші чималі. Щоб уникнути руйнування стіни або зайвих фінансових витрат, звернемося до математичного розрахунку.

Всі необхідні дані для розрахунку стійкості стіни є у відповідних таблицях СНиП II-22-81. На конкретному прикладірозглянемо, як визначити, чи достатня стійкість зовнішньої несучої цегляної (М50) стіни на розчині М25 товщиною 1,5 цегли (0,38 м), висотою 3 м і довжиною 6 м з двома віконними отворами 1,2×1,2 м .

Звернувшись до таблиці 26 (табл. вгорі), знаходимо, що наша стіна відноситься до першої групи кладки і підходить під опис пункту 7 даної таблиці. Далі нам треба дізнатися допустиме співвідношення висоти стіни до її товщини з урахуванням марки розчину кладки. Потрібний параметр β є відношенням висоти стіни до її товщини (β=Н/h). Відповідно до даних табл. 28 β = 22. Однак наша стіна не закріплена у верхньому перерізі (інакше розрахунок був потрібний лише за міцністю), тому згідно з п. 6.20 значення β слід зменшити на 30%. Таким чином, β дорівнює вже 22, а 15,4.

Переходимо до визначення поправочних коефіцієнтів таблиці 29, яка допоможе знайти сукупний коефіцієнт k:

для стіни товщиною 38 см, що не несе навантаження, k1=1,2;
k2=√Аn/Аb, де An - площа горизонтального перерізу стіни з урахуванням віконних отворів, Аb – площа горизонтального перерізу без урахування вікон. У нашому випадку, An=0,38×6=2,28 м², а Аb=0,38×(6-1,2×2)=1,37 м². Виконуємо обчислення: k2=√1,37/2,28=0,78;
k4 для стіни заввишки 3 м дорівнює 0,9.

Шляхом перемноження всіх поправочних коефіцієнтів знаходимо загальний коефіцієнт k = 1,2 0,78 0,9 = 0,84. Після врахування сукупності поправочних коефіцієнтів β =0,84×15,4=12,93. Це означає, що допустиме співвідношення стіни з необхідними параметрами у разі становить 12,98. Наявне співвідношення H/h= 3: 0,38 = 7,89. Це менше допустимого відношення 12,98 і це означає, що наша стіна буде досить стійкою, т.к. виконується умова H/h

Відповідно до пункту 6.19 має бути дотримана ще одна умова: сума висоти та довжини ( H+L) стіни має бути менше твору 3kβh. Підставивши значення, отримаємо 3+6=9

Товщина цегляної стіни та норми опору теплопередачі

Сьогодні переважна кількість цегляних будинківмають багатошарову конструкцію стін, що складається з полегшеної цегляної кладки, утеплювача та фасадної обробки. Відповідно до СНиП II-3-79 (Будівельна теплотехніка) зовнішні стіни житлових будівель з потребою 2000 ° С/сут. повинні мати опір теплопередачі не менше 1,2 м².°С/Вт. Щоб визначити розрахунковий тепловий опір для конкретного регіону, необхідно врахувати одразу кілька місцевих температурних та вологих параметрів. Для виключення помилок у складних підрахунках, пропонуємо наступну таблицю, де показано необхідне теплове опір стін для низки міст Росії, розташованих у різних будівельно-кліматичних зонах відповідно до СНиП II-3-79 та СП-41-99.

Опір теплопередачі R(термічний опір, м².°С/Вт) шару огороджувальної конструкції визначається за формулою:

R=δ /λ , де

δ - Товщина шару (м), λ - Коефіцієнт теплопровідності матеріалу Вт/(м.°С).

Щоб отримати загальний термічний опір багатошарової конструкції, що захищає, необхідно скласти термічні опоривсіх шарів структури стіни. Розглянемо таке на конкретному прикладі.

Завдання полягає в тому, щоб визначити, яка товщина повинна бути біля стіни силікатної цеглищоб її опір теплопровідності відповідав БНіП II-3-79для найнижчого нормативу 1,2 м ². ° С/Вт. Коефіцієнт теплопровідності силікатної цегли становить 0,35-0,7 Вт/(м.°С) залежно від густини. Допустимо наш матеріал має коефіцієнт теплопровідності 0,7. Таким чином, отримуємо рівняння з однією невідомою δ=Rλ. Підставляємо значення та вирішуємо: δ =1,2×0,7=0,84 м-коду.

Тепер обчислимо, яким шаром пінополістиролу потрібно утеплити стіну із силікатної цегли товщиною 25 см, щоб вийти на показник 1,2 м². Коефіцієнт теплопровідності пінополістиролу (ПСБ 25) трохи більше 0,039 Вт/(м.°С), а силікатної цегли 0,7 Вт/(м.°С).

1) визначаємо Rцегляного шару: R=0,25:0,7=0,35;

2) обчислюємо недостатнє теплове опір: 1,2-0,35 = 0,85;

3) визначаємо товщину пінополістиролу, необхідну для отримання теплового опору, що дорівнює 0,85 м².°С/Вт: 0,85×0,039=0,033 м.

Таким чином, встановлено, що для приведення стіни в одну цеглу до нормативного теплового опору (1,2 м². С/Вт) потрібно утеплення шаром пінополістиролу товщиною 3,3 см.

Використовуючи цю методикуВи зможете самостійно розраховувати тепловий опір стін з урахуванням регіону будівництва.

Сучасне житлове будівництво заявляє високі вимогидо таких параметрів, як міцність, надійність та теплозахист. Зовнішні стіни збудовані з цегли мають відмінні несучі здібності, але мають невеликі теплозахисні властивості. Якщо дотримуватися нормативів теплозахисту цегляної стіни, то її товщина повинна бути не менше трьох метрів – а це просто не реально.

Товщина несучої стіни із цегли

Такий будівельний матеріал, як цегла застосовується для будівництва вже кілька сотень років. Матеріал має стандартні розміри 250х12х65, незалежно від виду. Визначаючи який має бути товщина стіни з цегли, виходять саме з цих класичних параметрів.

Несучі стіни являють собою жорсткий каркас будівлі, які не можна руйнувати і перепланувати, оскільки порушується надійність та міцність будівлі. Несучі стіни витримують колосальні навантаження – це дах, перекриття, власна вага та перегородки. Найкращим і перевіреним часом матеріалом для будівництва несучих стін є саме цегла. Товщина несучої стіни повинна бути не менше однієї цегли, або іншими словами – 25 см. Така стіна має відмінні теплоізоляційними характеристикамита міцністю.

Правильно збудована несуща стінаіз цегли має термін служби не одну сотню років. Для малоповерхових будинківзастосовують повнотіла цеглаз утеплювачем або дірчастим.

Параметри товщини стін із цегли

З цегли викладаються як зовнішні, і внутрішні стіни. Усередині споруди товщина стіни повинна бути не менше 12 см, тобто на підлогу цегли. Переріз стовпів і простінків становить не менше 25х38 см. Перегородки всередині будівлі можуть бути товщиною 6.5 см. Такий метод кладки називається «на ребро». Товщина стіни з цегли, виконана таким методом, має армуватися металевим каркасомчерез кожні 2 ряди. Армування дозволить стінам придбати додаткову міцність і витримати більш ґрунтовні навантаження.

Величезною популярністю користується спосіб комбінованої кладки, коли стінки складаються з декількох шарів. Це рішеннядозволяє досягти більшої надійності, міцності та теплоопору. Така стіна включає:

Цегляну кладку, що складається з поризованого або щілинного матеріалу;
Утеплювач – мінвата або пінопласт;
Облицювання – панелі, штукатурка, облицювальна цегла.

Товщина зовнішньої комбінованої стінивизначається кліматичними умовамирегіону та використовуваним видом утеплювача. Насправді стіна може мати стандартну товщину, а завдяки правильно обраному утеплювачу досягаються всі норми теплозахисту будівлі.

Кладка стіни в одну цеглу

Найпоширеніша кладка стіни в одну цеглу дає можливість отримати товщину стіни 250 мм. Цегла в цій кладці не укладається поруч один з одним, тому що стіна не матиме потрібної міцності. Залежно від передбачуваних навантажень товщина стіни із цегли може становити 1.5, 2 та 2.5 цегли.

Найголовніше правило у кладці такого типу – це якісна кладка та правильна перев'язка вертикальних швів, що сполучають матеріали. Цегла з верхнього ряду неодмінно повинна перекривати нижній вертикальний шов. Така перев'язка значно збільшує міцність конструкції і рівномірно розподіляє навантаження на стіну.

Види перев'язок:

Вертикальний шов;
Поперечний шов, що не дозволяє зрушувати матеріали за довжиною;
Поздовжній шов, що перешкоджає зсуву цегли горизонталлю.

Кладка стіни в одну цеглу повинна виконуватися за строго обраною схемою – це однорядна або багаторядна. В однорядній системі перший ряд цегли кладуть ложковою стороною, другою тичковою. Поперечні шви зсуваються на половину цегли.

Багаторядна система передбачає чергування через ряд і через кілька ложкових рядів. Якщо використовується потовщена цегла, тоді ложкові ряди складають не більше п'яти. Цей методзабезпечує максимальну міцність будови.

Наступний ряд укладається у протилежному порядку, утворюючи цим, дзеркальне відображення першого ряду. Така кладка має особливу міцність, тому що вертикальні шви ніде не збігаються і перекриваються верхньою цеглою.

Якщо планується створюватися кладка у дві цеглини, то відповідно товщина стіни буде 51 см. Таке будівництво необхідне тільки в регіонах із сильними морозами або у будівництві, де не передбачається використовувати утеплювач.

Цегла була і досі залишається однією з основних будівельних матеріаліву малоповерховому будівництві. Основні переваги цегляної кладки – це міцність, вогнетривкість, вологостійкість. Нижче Ми наведемо дані щодо витрати цегли на 1 кв.м при різній товщині цегляної кладки.

В даний час існує кілька способів виконання цегляної кладки (стандартна цегляна кладка, липецька кладка, московська та ін.). Але при розрахунку витрати цегли спосіб виконання цегляної кладки не важливий, важлива товщина кладки та розмір цегли. Цегла виробляється різних розмірів, характеристик та призначення. Основними типовими розмірами цегли вважаються так звані "одинарна" і "полуторна" цегла:

розмір " одинарногоцегли: 65 х 120 х 250 мм

розмір " полуторногоцегли: 88 х 120 х 250 мм

У цегляній кладці зазвичай товщина вертикального розчинного шва становить в середньому близько 10 мм, товщина горизонтального шва - 12 мм. Цегляна кладкабуває різної товщини: 0.5 цегли, 1 цегла, 1.5 цегли, 2 цегли, 2.5 цегли і т.д. Як виняток зустрічається цегляна кладка в чверть цегли.

Кладку в чверть цегли застосовують для невеликих перегородок, що не несуть навантажень (наприклад, цегляна перегородкаміж ванною кімнатою та туалетом). Цегляна кладка в півцегли часто застосовується для одноповерхових. господарських будівель(Сараї, туалет і т.п.), фронтонів житлових будинків. Кладкою в одну цеглу можна побудувати гараж. Для будівництва будинків (житлових приміщень) застосовується цегляна кладка товщиною в півтори цегли та більше (залежно від клімату, поверховості, типу перекриттів, індивідуальних особливостейбудови).

Виходячи з наведених даних про розміри цегли та товщину сполучних розчинних швівможна легко обчислити кількість цегли, потрібну для зведення 1 кв.м стіни виконаної цегляною кладкою різної товщини.

Товщина стін та витрата цегли при різній цегляній кладці

Дані наведені для "одинарної" цегли (65 х 120 х 250 мм) з урахуванням товщини розчинних швів.

Тип цегляної кладки	Товщина стіни, мм	Кількість цегли на 1 кв.м стіни
0.25 цегли	65	31
0.5 цегли	120	52
1 цегла	250	104
1.5 цегли	380	156
2 цегли	510	208
2.5 цегли	640	260
3 цегли	770	312

В разі самостійного проектування цегляного будинкувиникає гостра необхідність розрахувати, чи зможе витримати цегляна кладка ті навантаження, які закладені у проекті. Особливо серйозна ситуація складається на ділянках кладки, ослаблених вікнами та дверними отворами. У разі великого навантаження ці ділянки можуть не витримати і зазнати руйнації.

Точний розрахунок стійкості простінка до стиснення поверховими поверхами досить складний і визначається формулами, закладеними в нормативному документіСНиП-2-22-81 (далі посилання –<1>). В інженерних розрахунках міцності стіни до стиску враховується безліч факторів, включаючи конфігурацію стіни, опір стиску, міцність даного типу матеріалів та багато іншого. Однак, приблизно, «на око», можна прикинути резистентність стіни до стиснення, скориставшись орієнтовними таблицями, в яких міцність (в тоннах) пов'язана в залежність від ширини стінки, а також марок цегли та розчину. Таблиця складена для показника висоти стіни 2,8 м-коду.

Таблиця міцність цегляної стінки, тонн (приклад)

Марки		Ширина ділянки, см
цегла	розчин	25	51	77	100	116	168	194	220	246	272	298
50	25	4	7	11	14	17	31	36	41	45	50	55
100	50	6	13	19	25	29	52	60	68	76	84	92

У разі, якщо значення ширини простінка знаходиться в інтервалі між зазначеними, необхідно орієнтуватися на мінімальне число. Разом з тим слід пам'ятати, що в таблицях враховані не всі фактори, які можуть коригувати стійкість, міцність конструкції та опір цегляної стінки до стиснення в досить широкому діапазоні.

За часом навантаження бувають тимчасові та постійні.

Постійні:

вага елементів споруд (вага огорож, несучих та інших конструкцій);
тиск ґрунтів та гірських порід;
гідростатичний тиск.

Тимчасові:

вага тимчасових споруд;
навантаження від стаціонарних системта обладнання;
тиск у трубопроводах;
навантаження від складованих виробів та матеріалів;
кліматичні навантаження (снігові, ожеледі, вітрові тощо);
і багато інших.

При аналізі навантаженості конструкцій слід враховувати сумарні ефекти. Нижче наведено приклад підрахунку основних навантажень на простінки першого поверху будівлі.

Навантаженість цегляної кладки

Для обліку сили, що впливає на проектовану ділянку стіни, потрібно підсумовувати навантаження:

У разі малоповерхового будівництва завдання спрощується, і багатьма факторами тимчасового навантаження можна знехтувати, задаючи певний запас міцності на етапі проектування.

Однак у разі будівництва 3 і більше поверхових споруд необхідний ретельний аналіз за спеціальними формулами, що враховують складання навантажень від кожного поверху, кут докладання сили та багато іншого. В окремих випадках міцність простінка досягається армуванням.

Приклад розрахунку навантажень

Даний приклад показує аналіз діючих навантажень на простінки 1-го поверху. Тут враховані лише постійно діючі навантаженнявід різних конструкційних елементівбудівлі, з урахуванням нерівномірності ваги конструкції та кутом докладання сил.

Вихідні дані для аналізу:

кількість поверхів – 4 поверхи;
товщина стіни із цегли Т=64см (0,64 м);
питома вага кладки (цегла, розчин, штукатурка) М=18 кН/м3 (показник взятий із довідкових даних, табл. 19<1>);
ширина віконних прорізів становить: Ш1 = 1,5 м;
висота віконних прорізів - В1 = 3 м;
перетин простінка 0,64*1,42 м (площа, що навантажується, куди прикладена вага вищележачих конструктивних елементів);
висота поверху Вет = 4,2 м (4200 мм):
тиск розподілено під кутом 45 градусів.

Приклад визначення навантаження від стіни (шар штукатурки 2 см)

Нст=(3-4Ш1В1)(h+0,02)Мyf = (*3-4*3*1,5)* (0,02+0,64) *1,1 *18=0, 447МН.

Ширина навантаженої площі П=Вет*В1/2-Ш/2=3*4,2/2,0-0,64/2,0=6 м

Нп = (30 +3 * 215) * 6 = 4,072 МН

Нд = (30 +1,26 +215 * 3) * 6 = 4,094 МН

Н2 = 215 * 6 = 1,290 МН,

зокрема Н2l=(1,26+215*3)*6= 3,878МН

Власна вага простінків

Нпр = (0,02 +0,64) * (1,42 +0,08) * 3 * 1,1 * 18 = 0,0588 МН

Загальне навантаження буде результатом поєднання зазначених навантажень на простінки будівлі, для її підрахунку виконується підсумовування навантажень від стінки, від перекриттів 2 другого поверху і ваги ділянки, що проектується).

Схема аналізу навантаження та міцності конструкції

Для підрахунку простінка цегляної стіни знадобляться:

довжина поверху (вона ж висота ділянки) (Вет);
число поверхів (Чет);
товщина стіни (Т);
ширина цегляної стіни (Ш);
параметри кладки (тип цегли, марка цегли, марка розчину);

Площа простінка (П)

За таблицею 15<1>необхідно визначити коефіцієнт а (характеристика пружності). Коефіцієнт залежить від типу, марки цегли та розчину.
Показник гнучкості (Г)

Залежно від показників а та Р, за таблицею 18<1>потрібно подивитися коефіцієнт вигину ф.
Знаходження висоти стисненої частини

де е0 – показник екстренсиситета.

Знаходження площі стиснутої частини перерізу

Псж = П * (1-2 е0 / Т)

Визначення гнучкості стиснутої частини простінка

Гсж = Вет / Всж

Визначення за табл. 18<1>коефіцієнт фсж, виходячи з Гсж та коефіцієнта а.
Розрахунок усередненого коефіцієнта фср

Фср = (ф + фсж) / 2

Визначення коефіцієнта ω (таблиця 19<1>)

ω =1+е/Т<1,45

Розрахунок сили, що впливає на переріз
Визначення стійкості

У=Кдв*фср*R*Псж* ω

КДВ - коефіцієнт тривалого впливу

R – опір кладки стиску, можна визначити за таблицею 2<1>, у МПа

Звірка

Приклад розрахунку міцності кладки

- Вет - 3,3 м

- Чет - 2

- Т - 640 мм

- Ш - 1300 мм

- Параметри кладки (глиняна цегла, виготовлена методом пластичного пресування, цементно-піщаний розчин, марка цеглини - 100, марка розчину - 50)

Площа (П)

П = 0,64 * 1,3 = 0,832

За таблицею 15<1>визначаємо коефіцієнт а.

Гнучкість (Г)

Г = 3,3 / 0,64 = 5,156

Коефіцієнт вигину (таблиця 18<1>).

Висота стисненої частини

Всж = 0,64-2 * 0,045 = 0,55 м

Площа стиснутої частини перерізу

Псж = 0,832 * (1-2 * 0,045 / 0,64) = 0,715

Гнучкість стиснутої частини

Гсж = 3,3 / 0,55 = 6

фсж = 0,96
Розрахунок фср

Фср = (0,98 +0,96) / 2 = 0,97

За табл. 19<1>

ω =1+0,045/0,64=1,07<1,45

Для визначення діючого навантаження необхідний розрахунок ваги всіх елементів конструкції, що впливають на ділянку будівлі, що проектується.

Визначення стійкості

У = 1 * 0,97 * 1,5 * 0,715 * 1,07 = 1,113 МН

Звірка

Умова виконана, міцність кладки та міцність її елементів достатня

Недостатній опір простінка

Що робити, якщо розрахунковий опір простінків тиску недостатньо? В цьому випадку необхідно зміцнення стіни за допомогою армування. Нижче наведено приклад аналізу необхідної модернізації конструкції за недостатнього опору стиску.

Для зручності можна скористатися табличними даними.

У нижньому рядку представлені показники для стінки, армованої дротяною сіткою діаметра 3 мм, з осередком 3 см, класу В1. Армування кожного третього ряду.

Приріст міцності становить близько 40%. Зазвичай цей опір стиску виявляється достатнім. Краще зробити докладний аналіз, підрахувавши зміну характеристик міцності у відповідності з застосовуваним способом посилення конструкції.

Нижче наведено приклад такого обчислення

Приклад розрахунку посилення простінків

Вихідні дані – див. попередній приклад.

висота поверху - 3,3 м;
товщина стіни – 0,640 м;
ширина кладки 1300 м;
типові характеристики кладки (тип цегли – глиняна цегла, виготовлені методом пресування, тип розчину – цементний з піском, марка цегли – 100, розчину – 50)

І тут умова У>=Н не виконується (1,113<1,5).

Потрібно збільшити опір стиску та міцність конструкції.

Коефіціент посилення

k=У1/У=1,5/1,113=1,348,

тобто. треба збільшити міцність конструкції на 348%.

Посилення залізобетонної обойми

Посилення проводиться обоймою з бетону В15 завтовшки 0,060 м. Вертикальні стрижні 0,340 м2, хомути 0,0283 м2 з кроком 0,150 м.

Розміри перерізу посиленої конструкції:

Ш_1 = 1300 +2 * 60 = 1,42

Т_1 = 640 +2 * 60 = 0,76

За таких показників умова У>=Н виконується. Опір стиску та міцність конструкції достатні.

Потрібно визначити розрахункову здатність ділянки стіни будівлі з жорсткою конструктивною схемою*

Розрахунок несучої здатності ділянки несучої стіни будівлі із жорсткою конструктивною схемою.

До ділянки стіни прямокутного перерізу додається розрахункова поздовжня сила N= 165 кН (16,5 тс), від тривалих навантажень N g= 150 кН (15 тс), короткочасних N st= 15 кН (1,5 тс). Розмір перерізу – 0,40x1,00 м, висота поверху – 3 м, нижні та верхні опори стіни – шарнірні, нерухомі. Стіна запроектована із чотиришарових блоків проектної марки за міцністю М50, із застосуванням будівельного розчину проектної марки М50.

Потрібно перевірити здатність елемента стіни в середині висоти поверху при зведенні будівлі в літніх умовах.

Відповідно до п. для несучих стін товщиною 0,40 м випадковий ексцентриситет не слід враховувати. Розрахунок робимо за формулою

N ≤ m g  RA  ,

де N- Розрахункова поздовжня сила.

Приклад розрахунку, наведений у цьому Додатку, виконаний за формулами, таблицями та пунктами СНиП П-22-81* (наведені у квадратних дужках) та цими Рекомендаціями.

Площа перерізу елемента

А= 0,40 ∙ 1,0 = 0,40м.

Розрахунковий опір стиску кладки Rпо табл.1 цих Рекомендацій з урахуванням коефіцієнта умов роботи  з= 0,8, див.

R= 9,2-0,8 = 7,36 кгс/см2 (0,736 МПа).

Розрахункова довжина елемента згідно з рис., п. дорівнює

l 0 = Η = З м.

Гнучкість елемента дорівнює

Пружна характеристика кладки  , що приймається за даними «Рекомендаціям», дорівнює

Коефіцієнт поздовжнього вигину  визначаємо за табл.

Коефіцієнт, що враховує вплив тривалого навантаження при товщині стіни 40 см, приймаємо m g = 1.

Коефіцієнт  для кладки із чотиришарових блоків приймається за табл. рівним 1,0.

Розрахункова несуча здатність ділянки стіни N ccдорівнює

N cc= mg m g ∙ ∙R∙A∙ =1,0 ∙ 0,9125 ∙ 0,736 ∙ 10 3 ∙ 0,40 ∙ 1,0 = 268,6 кН (26,86 тс).

Розрахункова поздовжня сила Nменше N cc :

N= 165 кН< N cc= 268,6 кн.

Отже, стіна задовольняє вимоги щодо несучої здатності.

II приклад розрахунку опору теплопередачі стін будівель із чотиришарових теплоефективних блоків

приклад. Визначити опір теплопередачі стіни завтовшки 400 мм із чотиришарових теплоефективних блоків. Внутрішня поверхня стіни з боку приміщення облицьовується гіпсокартонними листами.

Стіна проектується для приміщень з нормальною вологістю та помірного зовнішнього клімату, район будівництва – м. Москва та Московська область.

При розрахунку приймаємо кладку із чотирьохшарових блоків із шарами, що мають характеристики:

Внутрішній шар - керамзитобетон завтовшки 150 мм, щільністю 1800 кг/м 3  = 0,92 Вт/м ∙ 0 З;

Зовнішній шар - поризований керамзитобетон завтовшки 80 мм, щільністю 1800 кг/м 3  = 0,92 Вт/м ∙ 0 З;

Теплоізоляційний шар - полістирол товщиною 170 мм,  - 0,05 Вт/м ∙ 0 З;

Суха штукатурка з гіпсових обшивальних листів товщиною 12 мм.  = 0,21 Вт/м ∙ 0°С.

Наведений опір теплопередачі зовнішньої стіни розраховується за основним конструктивним елементом, що найбільш повторюється в будівлі. Конструкція стіни будівлі з основним конструктивним елементом наведена на рис.2, 3. Необхідний наведений опір теплопередачі стіни визначається за СНиП 23-02-2003 «Тепловий захист будівель», виходячи з умов енергозбереження таблиці 1б * для житлових будинків.

Для умов м. Москви та Московської області необхідний опір теплопередачі стін будівель (II етап)

ГСОП = (20 + 3,6) 213 = 5027 град. добу.

Загальний опір теплопередачі R oприйнятої конструкції стіни визначається за формулою

,(1)

де і - коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої та зовнішньої поверхні стіни,

прийняті по СНиП 23-2-2003- 8,7 Вт/м 2 ∙ 0 С та 23 Вт/м 2 ∙ 0 С

відповідно;

R 1 ,R 2 ...R n- термічні опори окремих шарів конструкцій блоку

 n- Товщина шару (м);

 n- коефіцієнт теплопровідності шару (Вт/м 2 ∙ 0 С)

= 3,16 м 2 ∙ 0 З/Вт.

Визначаємо наведений опір теплопередачі стіни R oбез штукатурного внутрішнього шару.

R o =
= 0,115 + 0,163 + 3,4 + 0,087 + 0,043 = 3,808 м 2 ∙ 0 С/Вт.

При необхідності застосування з боку приміщення внутрішнього штукатурного шару з гіпсокартонних листів опору теплопередачі стіни

R шт. =
= 0,571 м 2 ∙ 0 З/Вт.

Термічний опір стіни складе

R o= 3,808 + 0,571 = 4,379 м 2 ∙ 0 З/Вт.

Таким чином, конструкція зовнішньої стіни з чотиришарових теплоефективних блоків товщиною 400 мм з внутрішнім штукатурним шаром з гіпсокартонних листів товщиною 12 мм загальною товщиною 412 мм має наведений опір теплопередачі рівний 4,38 м 2 ∙ 0 С/Вт огороджувальних конструкцій будівель у кліматичних умовах м. Москви та Московської області.

Цегла - досить міцний будівельний матеріал, особливо повнотіла, і при будівництві будинків в 2-3 поверхи стіни з рядової керамічної цегли додаткових розрахунків як правило не потребують. Проте ситуації бувають різні, наприклад, планується двоповерховий будинок із терасою на другому поверсі. Металеві ригелі, на які спиратимуться також металеві балки перекриття тераси, планується оперти на цегляні колони з лицьової пустотілої цегли висотою 3 метри, вище будуть ще колони заввишки 3 м, на які спиратиметься покрівля.

при центральному стисканні

Проектується:Тераса розмірами 5х8 м. Три колони (одна посередині та дві по краях) з лицьової пустотілої цегли перетином 0,25х0,25 м. Відстань між осями колон 4 м. Марка цегли за міцністю М75.

За такої розрахункової схеми максимальне навантаження буде на нижню середню колону. Саме її слід розраховувати на міцність. Навантаження на колону залежить від багатьох факторів, зокрема від району будівництва. Наприклад, снігове навантаження на покрівлю в Санкт-Петербурзі становить 180 кг/м², а в Ростові-на-Дону - 80 кг/м². З урахуванням ваги самої покрівлі 50-75 кг/м² навантаження на колону від покрівлі для Пушкіна Ленінградської області може становити:

N з покрівлі = (180 · 1,25 +75) · 5 · 8/4 = 3000 кг або 3 тонни

Оскільки діючі навантаження від матеріалу перекриття і від людей, що сидять на терасі, меблів та ін. можна прийняти рівномірно розподілене навантаження 600 кг/м², тоді зосереджена сила від тераси, що діє на центральну колону, складе:

N з тераси = 600 · 5 · 8 / 4 = 6000 кгабо 6 тонн

Власна вага колон довжиною 3 м складатиме:

N з колони = 1500 · 3 · 0,38 · 0,38 = 649,8 кгабо 0,65 тонн

Таким чином, сумарне навантаження на середню нижню колону в перерізі колони біля фундаменту складе:

N з об = 3000 + 6000 + 2 · 650 = 10300 кгабо 10,3 тонн

Проте в даному випадку можна врахувати, що існує не дуже велика ймовірність того, що тимчасове навантаження від снігу, максимальне в зимовий час, і тимчасове навантаження на перекриття, максимальне в літню пору, будуть прикладені одночасно. Тобто. суму цих навантажень можна помножити на коефіцієнт ймовірності 0,9 тоді:

N з об = (3000 + 6000) · 0.9 + 2 · 650 = 9400 кгабо 9,4 тонн

Розрахункове навантаження на крайні колони буде майже вдвічі менше:

N кр = 1500 + 3000 + 1300 = 5800 кгабо 5,8 тонн

2. Визначення міцності цегляної кладки.

Марка цегли М75 означає, що цегла повинна витримувати навантаження 75 кгс/см2, проте міцність цегли та міцність цегляної кладки - різні речі. Зрозуміти це допоможе наступна таблиця:

Таблиця 1. Розрахункові опори стиску для цегляної кладки

Але це ще не все. Все той же СНиП II-22-81 (1995) п.3.11 а) рекомендує при площі стовпів і простінків менше 0.3 м² множити значення розрахункового опору на коефіцієнт умов роботи γ з =0,8. Оскільки площа перерізу нашої колони становить 0,25х0,25 = 0,0625 м², то доведеться цією рекомендацією скористатися. Як бачимо, для цегли марки М75 навіть при використанні розчину кладки М100 міцність кладки не буде перевищувати 15 кгс/см². У результаті розрахунковий опір для нашої колони складе 15 · 0,8 = 12 кг / см & sup2, тоді максимальна стискаюча напруга складе:

10300/625 = 16,48 кг/см² > R = 12 кгс/см²

Таким чином для забезпечення необхідної міцності колони потрібно або використовувати цеглу більшої міцності, наприклад М150 (розрахунковий опір стиску при марці розчину М100 складе 22 0,8 = 17,6 кг/см2) або збільшувати переріз колони або використовувати поперечне армування кладки. Поки що зупинимося на використанні більш міцної лицьової цегли.

3. Визначення стійкості цегляної колони.

N ≤ m g φRF (1.1)

m g- Коефіцієнт, що враховує вплив тривалого навантаження. У цьому випадку нам, умовно кажучи, пощастило, тому що при висоті перетину h≤ 30 см, значення даного коефіцієнта можна набувати рівним 1.

φ - коефіцієнт поздовжнього вигину, що залежить від гнучкості колони λ . Щоб визначити цей коефіцієнт, потрібно знати розрахункову довжину колони l oА вона далеко не завжди збігається з висотою колони. Тонкощі визначення розрахункової довжини конструкції тут не викладено, лише зазначимо, що згідно зі СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: "Розрахункові висоти стін та стовпів l oпри визначенні коефіцієнтів поздовжнього вигину φ залежно від умов спирання їх на горизонтальні опори слід приймати:

а) при нерухомих шарнірних опорах l o = Н;

б) при пружній верхній опорі та жорсткому затисканні в нижній опорі: для однопрогонових будівель l o = 1,5H, для багатопрольотних будівель l o = 1,25H;

в) для вільно стоять конструкцій l o = 2Н;

г) для конструкцій з частково защемленими опорними перерізами - з урахуванням фактичного ступеня затискання, але не менше l o = 0,8Н, де Н- Відстань між перекриттями або іншими горизонтальними опорами, при залізобетонних горизонтальних опорах відстань між ними у світлі."

На перший погляд, нашу розрахункову схему можна розглядати як таку, що відповідає умовам пункту б). тобто можна приймати l o = 1,25H = 1,25 · 3 = 3,75 метра або 375 см. Проте впевнено використовувати це значення ми можемо лише у тому випадку, коли нижня опора справді жорстка. Якщо цегляна колона викладатиметься на шар гідроізоляції з руберойду, укладений на фундамент, то таку опору слід розглядати як шарнірну, а не жорстко защемлену. І в цьому випадку наша конструкція в площині паралельної площині стіни є геометрично змінюваною, так як конструкція перекриття (окремо лежать дошки) не забезпечує достатню жорсткість у зазначеній площині. З такої ситуації можливі 4 виходи:

1. Застосувати принципово іншу конструктивну схему, наприклад - металеві колони, жорстко закріплені в фундамент, до яких приварюватимуться ригеля перекриття, потім з естетичних міркувань металеві колони можна обкласти лицьовою цеглою будь-якої марки, так як все навантаження нестиме метал. В цьому випадку, правда, потрібно розраховувати металеві колони, але розрахункову довжину можна приймати l o = 1,25H.

2. Зробити інше перекриття, наприклад з листових матеріалів, що дозволить розглядати верхню і нижню опору колони, як шарнірні, в цьому випадку l o = H.

3. Зробити діафрагму жорсткостіу площині, паралельної площині стіни. Наприклад по краях викласти не колони, а скоріше простінки. Це також дозволить розглядати верхню і нижню опору колони, як шарнірні, але в цьому випадку необхідно додатково розраховувати діафрагму жорсткості.

4. Не звертати уваги на наведені вище варіанти і розраховувати колони, як окремо стоять з жорсткою нижньою опорою, тобто l o = 2Н. Зрештою давні греки ставили свої колони (щоправда, не з цегли) без будь-яких знань про опір матеріалів, без використання металевих анкерів, та й настільки ретельно виписаних будівельних норм і правил на той час не було, проте деякі колони стоять і до сьогоднішнього дня.

Тепер, знаючи розрахункову довжину колони, можна визначити коефіцієнт гнучкості:

λ h = l o /h (1.2) або

λ i = l o (1.3)

h- Висота або ширина перерізу колони, а i- Радіус інерції.

Визначити радіус інерції в принципі не складно, потрібно розділити момент інерції перерізу на площу перерізу, а потім з результату витягти квадратний корінь, проте в цьому випадку в цьому немає великої потреби. Таким чином λ h = 2 · 300/25 = 24.

Тепер, знаючи значення коефіцієнта гнучкості, можна визначити коефіцієнт поздовжнього вигину по таблиці:

Таблиця 2. Коефіцієнти поздовжнього вигину для кам'яних та армокам'яних конструкцій
(відповідно до СНиП II-22-81 (1995))

При цьому пружна характеристика кладки α визначається за таблицею:

Таблиця 3. Пружна характеристика кладки α (відповідно до СНиП II-22-81 (1995))

У результаті значення коефіцієнта поздовжнього вигину складе близько 0,6 (при значенні пружної показники α = 1200, згідно з п.6). Тоді граничне навантаження на центральну колону становитиме:

N р = m g φγ з RF = 1 · 0,6 · 0,8 · 22 · 625 = 6600 кг< N с об = 9400 кг

Це означає, що прийнятого перерізу 25х25 см для забезпечення стійкості нижньої центральної центрально-стиснутої колони недостатньо. Для збільшення стійкості найбільш оптимальним буде збільшення перерізу колони. Наприклад, якщо викладати колону з порожнечею всередині півтора цегли, розмірами 0,38х0,38 м, то таким чином не тільки збільшиться площа перерізу колони до 0,13 м² або 1300 см², але збільшиться і радіус інерції колони до i= 11,45 см. Тоді λ i = 600/11,45 = 52,4, а значення коефіцієнта φ = 0,8. У цьому випадку граничне навантаження на центральну колону становитиме:

N р = m g φγ з RF = 1 · 0,8 · 0,8 · 22 · 1300 = 18304 кг > N з про = 9400 кг

N р = m g φγ з RF = 1 · 0,8 · 0,8 · 12 · 1300 = 9984 кг > N з про = 9400 кг

Начебто все, але бажано врахувати ще одну деталь. Фундамент у цьому випадку краще робити стрічковим (єдиним для всіх трьох колон), а не стовпчастим (окремо для кожної колони), інакше навіть невеликі просідання фундаменту призведуть до додаткової напруги в тілі колони і це може призвести до руйнування. З урахуванням всього вищевикладеного найбільш оптимальним буде переріз колон 0,51х0,51 м, та й з естетичної точки зору такий переріз є оптимальним. Площа перерізу таких колон складе 2601 см².

Приклад розрахунку цегляної колони на стійкість
при позацентровому стисканні

Крайні колони в проектованому будинку не будуть центрально стислими, тому що на них спиратимуться ригелі лише з одного боку. І навіть якщо ригеля будуть укладатися на всю колону, то все одно через прогин ригелів навантаження від перекриття і покрівлі буде передаватися крайнім колонам не по центру перерізу колони. У якому місці буде передаватися рівнодіюча цього навантаження, залежить від кута нахилу ригелів на опорах, модулів пружності ригелів і колон і ряду інших факторів. Це зсув називається ексцентриситетом програми навантаження е о. У разі нас цікавить найбільш несприятливе поєднання чинників, у якому навантаження від перекриття на колони буде передаватися максимально близько до краю колони. Це означає, що на колони крім самого навантаження буде також діяти згинальний момент, що дорівнює M = Ne про, і цей момент треба враховувати під час розрахунків. У загальному випадку перевірку на стійкість можна виконувати за такою формулою:

N = φRF - MF/W (2.1)

W- момент опору перерізу. В даному випадку навантаження для нижніх крайніх колон від покрівлі можна умовно вважати центрально прикладеним, а ексцентриситет створюватиме лише навантаження від перекриття. При ексцентриситеті 20 см

N р = φRF - MF/W =1·0,8·0,8·12·2601- 3000 · 20 · 2601· 6/51 3 = 19975,68 – 7058,82 = 12916,9 кг >N кр = 5800 кг

Примітка:СНиП II-22-81 (1995) "Кам'яні та армокам'яні конструкції" рекомендує використовувати іншу методику розрахунку перерізу, що враховує особливості кам'яних конструкцій, проте результат при цьому буде приблизно таким же, тому методика розрахунку, рекомендована СНиП тут не наводиться.