Расчет каменных конструкций зданий

■ Здания с жесткой конструктивной схемой. Стена такого здания представляет собой вертикальную неразрезную балку, неподвижными шарнирными опорами которой являются перекрытия. Стена загружена вертикальной нагрузкой от собственного веса и нагрузками от опирающихся на нее перекрытий. С целью упрощения расчета допускается стены и столбы считать расчлененными по высоте на отдельные балки (рис. 18.1, а) с расположением опорных шарниров в плоскости опирания перекрытий. При этом нагрузками на стену в каждом этаже является: нормальная сжимающая сила N₁ от веса вышерасположенных участков стены и перекрытий и нагрузка N₂ от перекрытия над рассматриваемым этажом. Нагрузка N₁ считается приложенной в центре тяжести сечения стены, расположенной над рассчитываемым этажом. Если толщина стены в рассчитываемом и вышележащем этажах одинакова, то сила N₁ вызывает только центральное сжатие, если же имеется несимметричное изменение толщины стены (рис. 18.1, б), то сила N₁ имеет эксцентриситет е₁ относительно центра тяжести сечения стены в рассчитываемом этаже и создает момент М₁ = N₁e₁.

Нагрузка N₂ всегда имеет эксцентриситет е₂ относительно центра тяжести стены и создает момент М₂ = N₂e₂. При этом давление перекрытия на стену принимается по треугольному закону, если же под элементом перекрытия имеется жесткая подкладка, то точка приложения силы N₂ принимается в середине подкладки. Эпюра моментов от сосредоточенного момента М₂ (а при изменении толщины стены — от суммарного момента М₁+М₂) имеет вид треугольника с максимальной ординатой на уровне низа перекрытия. Таким образом на стену рассчитываемого этажа действует сжимающая сила N = N₁+N₂ и момент М₂ или M₁+M₂, т. е. стена работает на внецентренное сжатие.

Рис. 18.1. К расчету стены на вертикальные нагрузки:

а — при постоянной толщине стены;

б — при несимметричном изменении толщины стены на уровне перекрытия;

в — к определению расчетного сечения.

Расчетным элементом стены является простенок. Расчету подлежит сечение 1—1 в уровне верха простенка (рис. 18.1, в). Подсчитав в этом сечении М и N (с добавлением нагрузки от собственной массы Q₁), определяют эксцентриситет e₀=M/N. Зная е₀ и задавшись марками камня и раствора, по нормам [5] определяют расчетные сопротивления кладки R и производят проверку прочности стены по формуле (17.2), предварительно подсчитан λ и определив коэффициенты m_g и φ. Если несущая способность простенка недостаточна, то следует повысить марки камня и раствора, увеличить ширину простенка или толщину стены. Дополнительные усилия от ветровой нагрузки для зданий с жесткой конструктивной схемой невелики и учитываются только при большой высоте этажа. Внутренние столбы зданий с жесткой конструктивной схемой рассчитывают обычно на центральное сжатие. Расчет их сводится к определению действующих нагрузок и проверке несущей способности по формуле (17.1). Увеличение несущей способности столбов в каждом последующем этаже (сверху вниз) достигается повышением марок материалов, увеличением размеров сечения или введением сетчатого армирования.

Стену подвала рассматривают как одностороннюю вертикальную балку, загруженную продольной сжимающей силой N₁, передаваемой стеной здания, внецентренно приложенной нагрузкой N₂ от перекрытий над подвалом, создающей момент M₂ = N₂e₂, а также боковым давлением грунта, вызывающим изгиб стены подвала в пределах ее высоты. Если центр тяжести сечения стены подвала смещен относительно центра тяжести сечения стены в первом этаже, то изгибающий момент возникает и от нагрузки N₁. При определении величины бокового давления грунта необходимо учитывать временную равномерно распределенную нагрузку, расположенную на поверхности земли и принимаемую равной 10 кН/м².

■ Здания с упругой конструктивной схемой. Эти здания рассчитывают как раму, стойками которых являются наружные стены и внутренние столбы, защемленные в фундаментах и шарнирно соединенные поверху покрытием. Покрытия считаются бесконечно жесткими в горизонтальном направлении.

Расчет несущих конструкций одноэтажных зданий с упругой конструктивной схемой производят для двух стадий работы: для неоконченного строительством здания при отсутствии покрытия; для законченного строительством здания.

В первом случае стены и столбы рассчитывают как свободно стоящие, заделанные в фундамент, во втором случае стены рассчитывают как стойки рам (аналогично изложенному в гл. 11). Если в первом случае несущая способность стен оказывается недостаточной, то обычно стены временно раскрепляют,