С другой стороны за это время наука и технологии сделали огромный шаг вперед, появились совершенно новые строительные материалы, однако дома из камня, кирпича и прочих блоков продолжают строить. При этом строить не просто так, на глаз, и основываясь на опыте предыдущих поколений, а согласно долгим и сложным расчетам, регламентированным нормативными документами. При этом практически в каждом проекте дома со стенами из кирпича высотой в 5 этажей и более предусматривается горизонтальное (косвенное) армирование кладки сварными сетками. А иногда горизонтальное армирование рекомендуется и для 2-3 этажного дома. Где же истина? Когда армирование каменной кладки необходимо, а когда без него можно обойтись. И вообще, что дает это самое армирование и какое оно бывает?
Особенно сильно эти вопросы интересуют людей, не имеющих прямого отношения к проектированию и расчетам, тем не менее собирающихся построить небольшой 1-2 этажный домик для личного пользования. И отсылать таких людей к действующим нормативным документам - не совсем корректно, хотя и нужно. Потому попробую ответить на эти вопросы как можно более просто и лаконично (пояснения к ответам можете не смотреть).
Вопрос: Когда нужно армировать кладку?
Ответ: Когда того требуют расчет или конструктивные соображения.
Я понимаю, что ответ звучит достаточно неопределенно, поэтому попробую пояснить. Как я уже говорил, раньше кладочные работы часто выполнялись без армирования кладки, а всякие там замки да дворцы до сих пор радуют нас своим внешним видом. Все дело в том, что эстетика и надежность раньше очень ценились, а про экономию материалов не то, чтобы не знали, но относились наплевательски - все выкладывали из камня приблизительно одной марки по прочности из ближайшей каменоломни. Да и спешить было особо не куда, здания строились на века и потому строительство, продолжавшееся десятки лет, никого особо не пугало.
Сейчас совсем другое дело. Объемы строительства увеличились в десятки, если не в сотни раз, при этом и время строительства значительно сократилось. Кроме различных видов натуральных и искусственных камней теперь еще и десяток марок по прочности, да и растворов кладочных - тоже множество. Таким образом, когда известна нагрузка на стену, при таком многообразии всегда можно подобрать и камень и раствор соответствующей марки, чтобы обеспечить необходимую прочность. В крайнем случае можно увеличить параметры сечения, проще говоря, сделать стену толще.
Однако далеко не всегда такие решения будут оптимальными. Например более толстая стена будет означать увеличившуюся нагрузку на фундамент, а значит и пересчет фундамента. Кроме того, при строительстве кирпичного дома высотой в 16 этажей подбирать для каждого этажа кирпич и раствор соответствующей марки - занятие не благодарное, особенно если застройщик имеет доступ к кирпичам 2-3 марок прочности. Да и контролировать качество работ при таком разнообразии достаточно тяжело, я уже не говорю о возможной путанице на стройплощадке, когда здание возводится неравномерно. А иногда бывают и странные капризы архитектора, в которые инженеру-проектировщику нужно вписаться.
А еще есть конструктивные требования, основанные на многолетнем опыте строительства и проектирования, зафиксированные в различных нормативных документах. Удобство конструктивных требований в том, что не всё и не всегда нужно считать, к тому же учесть при расчетах все возможные факторы влияния достаточно сложно. А потому соблюдение конструктивных требований никогда не помешает.
В связи с этим общий совет такой: если вы сомневаетесь нужно вам армирование кладки или не нужно, то лучше сделайте, запас прочности еще никому и никогда не помешал.
Вопрос: Какие бывают виды армирования каменной кладки?
Ответ: Армирование может быть вертикальным и горизонтальным: косвенным (сетками) или продольным (стержнями, листовым металлом и др.).
Вопрос: Когда применяются те или иные виды армирования?
Ответ:
Вертикальное армирование
используется для увеличения прочности кладки, работающей на изгиб. Принцип работы арматуры в этом случае такой же, как и в железобетонных элементах, т.е. арматура работает на растяжение, тем самым уменьшая растягивающие напряжения в кладке. Для вертикального армирования может использоваться металлопрокат любого профиля, главное - надежно соединить его с кладкой. Технологически процесс вертикального армирования достаточно сложный, к тому же в малоэтажном строительстве вертикальное армирование кладки практически не применяется, поэтому дальше мы его рассматривать не будем.
Горизонтальное армирование продольными стержнями
используется как правило при кладке перегородок и стен толщиной в один блок (камень) в местах сопряжений стен, в местах скачка внутренних напряжений, а также по всей длине сплошных стен (часто такое армирование в виде железобетонной балки называют армопоясом).
Поперечное армирование (армирование сетками)
Используется для армирования кладки стен толщиной в 2 и более камня (кирпича, блока), а также для отдельно стоящих столбов и простенков.
Вопрос: Что дает продольное армирование кладки?
Ответ: Позволяет увеличить местную устойчивость стен в местах сопряжений, а также прочность на растяжение, при работе стены как балки.
Увеличение местной устойчивости позволяет минимизировать риск появления трещин в местах сопряжения наружных стен, наружных и внутренних несущих стен, стен и перегородок. Что в свою очередь повышает теплоизоляционные качества кладки.
Например, наружные стены под действием внецентренно приложенной нагрузки будут выгибаться примерно так, как показано на рисунке 250.1.в):
Рисунок 250.1. Эпюры внутренних напряжений в поперечных сечениях элементов с различными геометрическими параметрами.
При этом в местах сопряжения таких перпендикулярно расположенных стен (в местах перевязки кирпичей или блоков) возникают касательные растягивающие напряжения τ (на рисунке не показаны). И чем ближе рассматриваемое поперечное сечение к середине высоты стены, тем касательные растягивающие напряжения больше. Соответственно, если через каждые несколько рядов в кладку завести продольную арматуру, то она будет воспринимать эти касательные растягивающие напряжения.
Также продольное армирование применяется при возведении относительно длинных сплошных стен. При этом стена армируется по всей длине в несколько рядов по высоте. Это позволяет снизить или даже полностью исключить риск появления трещин в результате температурных и усадочных деформаций. И если сплошные стены длиной более 50 м в малоэтажном строительстве - большая редкость, то деформации стен в результате осадки фундамента - явление достаточно распространенное. В таких случаях стена уже может рассматриваться как балка и соответственно арматура в растянутой зоне балки будет работать на растяжение.
Вместо арматуры могут использоваться полосы металла соответствующей толщины и ширины. Кроме того продольное армирование может выполняться в отдельных железобетонных элементах - армопоясах. Армопояса как правило устраиваются под перекрытиями каждого этажа (или на отметке перекрытий при монолитном перекрытии).
Вопрос: Что дает сетчатое армирование кладки?
Ответ: Армирование увеличивает прочность кладки.
На первый взгляд такой ответ кажется глупым. Ведь камень, как натуральный, так и искусственный - это материал, хорошо работающий на сжатие. Точнее расчетное сопротивление сжатию у камня в несколько раз больше расчетного сопротивления растяжению. И при центральном загружении в каменной кладке должны возникать только сжимающие напряжения. И чем может помочь арматура, хорошо работающая на растяжение, находясь в рассматриваемом поперечном сечении стены?
Однако не все так просто. Линейное напряженное состояние даже и при центральном сжатии - это не более, чем расчетная предпосылка, позволяющая значительно упростить процедуру расчета. В действительности даже куб, показанный на рис. 250.1.а), будет находиться в объемном напряженном состоянии. В результате действия нагрузки на куб произойдет не только линейная деформация - уменьшение высоты куба, которое обычно и учитывают при расчетах, но при этом увеличатся длина и ширина рассматриваемых сечений куба. Происходит это потому, что любое физическое тело, под действием внешней нагрузки деформируется, но все равно старается сохранить свой объем (речь идет о упругих деформациях), а точнее расстояние между атомами и молекулами. Даже когда кузнец выковывает какую-то деталь, он не изменяет объем, а лишь изменяет форму. В свою очередь это означает, что в рассматриваемых сечениях куба кроме нормальных сжимающих напряжений σ будут действовать касательные растягивающие напряжения т. Для восприятия этих растягивающих напряжений и используется горизонтальное армирование кладки сетками.
Вопрос: Почему тогда армируется не каждый ряд кладки, а иногда каждый второй, каждый пятый и т.д.?
Ответ: Потому что так следует из расчета на прочность.
Дополним картину, описанную в ответе на предыдущий вопрос. Стена, выложенная из кирпича - это композитный неоднородный материал, состоящий из попеременных рядов кирпича и кладочного раствора (качество выполнения кладки и методы ведения кладки, также влияющие на прочность, мы здесь вообще не рассматриваем). А так как модули упругости кирпича и кладочного раствора разные (причем модуль упругости камня как правило больше модуля упругости раствора), то в месте контакта камня и раствора возникают опять же растягивающие касательные напряжения. Кроме того, вертикальные стыки кладки как правило заполняются кладочным раствором хуже, чем горизонтальные, а значит и площадь сечения раствора, воспринимающего вышеуказанные растягивающие напряжения, уменьшается. Армирование сетками позволяет минимизировать вышеуказанные факторы. А еще сетки, располагаемые через несколько рядов, служат как бы дополнительной перевязкой кладки и соответственно увеличивают прочность. |
