Каменные и армокаменные конструкции. Область применения. Достоинста и недостатки. Материалы для каменных конструкций. Виды каменных и армокаменных конструкций, область их применения. Каменные и армокаменные конструкции жилых, гражданских и промышленных зд

Каменные материалы. В качестве каменных материалов для кладок используют штучные камни массой не более 40 кг и каменные изделия, изготовленные в заводских условиях, масса которых ограничивается грузоподъемностью транспортного я монтажного оборудования. К штучным каменным материалам относят: кирпич керамический, керамические камни, природные камни правильной формы и бутовые (неправильной формы), бетонные камни. Каменные изделия выпускают в виде бетонных блоков различного назначения, блоков из кирпича и керамических камней, вибропанелей из кирпича, блоков из природных камней и т. п.

Каменные материалы классифицируют: по происхождению: а) природные камни, добываемые в каменных карьерах (каменные блоки, бут); б) искусственные камни, изготовляемые путем обжига (кирпич, керамические камни), и необжиговые камни (кирпич силикатный, шлаковый, бетонные камни из тяжелого и легкого бетона); по структуре: а) полнотелый кирпич и сплошные камни; б) пустотелый кирпич и камни с пустотами разной формы.

Для ручной каменной кладки применяют кирпич следующих видов: керамический обыкновенный пластического и полусухого прессования, керамический пустотелый пластического прессования, кирпич силикатный, кирпич из трепелов и диатомитов.

Керамический полнотелый и силикатный кирпичи применяют для кладки несущих стен и столбов; керамический пустотелый - для кладки наружных стен отапливаемых зданий. Керамические и бетонные камни используют при возведении стен и перегородок, а крупные блоки из тяжелого бетона, кроме того, применяют для кладки стен фундаментов.

Природные камни из тяжелых пород (известняки, песчаники, гранит) используют в основном для облицовки стен и кладки фундаментов, а из камней легких пород (туф, известняк, ракушечник) в некоторых районах возводят стены.

Основной характеристикой каменных материалов, применяемых в несущих конструкциях, является их прочность, характеризуемая маркой, которая обозначает временное сопротивление образцов при сжатии.

Арматура. Для армирования каменных конструкций следует применять: в качестве сетчатого армирования - горячекатаную круглую сталь класса А-1 или арматурную проволоку периодического профиля класса Вр-1 диаметром 3...8 мм, в качестве продольной и поперечной арматуры - сталь классов А-1, A-11 и Вр-1 диаметром 5...8 мм. Соединительные элементы, закладные детали и стальные обоймы следует изготовлять из прокатной листовой стали, фасонных профилей, полосовой стали.

Расчет каменных и армокаменных конструкций ведется по методу предельного состояние. При этом учитываются 2 группы предельных состояний: первая по несущей способности (прочности и устойчивости), вторая - по образованию и раскрытию трещин (швов кладки) и деформациям. Расчет по первой группе выполняют всегда и для всех видов конструкций. Расчет по второй группе производят для конструкций, где не допускаются трещины (облицовка резервуаров) или требуется неполное их раскрытие (внецентренносжатые элементы с большими эксцентриситетами), ограничиваются деформации по условиям совместной работы смежных конструкций (стеновые заполнения каркасов зданий) и др. Цель расчета состоит в подборе сечений элементов или проверке имеющихся сечений. Вычисленные напряжения, деформации и ширина раскрытия трещин не должны превышать предельных значений, установленных нормами.

Расчет по несущей способности производят из условия, что расчетное усилие N меньше или равно расчетной несущей способности . Расчетное усилие вычисляют при действии нагрузок, взятых с коэффициентом надежности при неблагоприятном их сочетании. Расчетную несущую способность определяют в зависимости от геометрических размеров сечения, расчетного сопротивления кладки R и коэффициентов условий работы. Расчетное сопротивление, учитывающее возможность снижения прочности, связанное с естественным разбросом механических свойств, учитывается коэффициентом надежности и определяется по формуле

где - временное сопротивление кладки; - принимают для всех видов кладок, работающих на сжатие, равным 2, на растяжение - 2,25. Другие обстоятельства, влияющие на несущую способность и деформативность, учитываются коэффициентом условий работы, на который умножается величина Я.

Для сооружения- каменных конструкций применяют различные виды природных и искусственных камней, а также строительные рас­творы. Армокаменные конструкции содержат в себе еще и стальную арматуру.
К природным камням тяжелых пород относятся известняки, пес­чаники, граниты. Их используют для устройства фундаментов и об­лицовки. К природным камням легких пород относятся известняк- ракушечник, туф. Они распространены в южных районах нашей стра­ны и служат для возведения стен.
В настоящее время в строительстве широко применяют искусствен­ные камни. К ним относятся: кирпич различных видов (глиняный обыкновенный полнотелый, пустотелый, силикатный и др.), камни керамические пустотелые, камни из тяжелого и легкого бетона (сплошные и пустотелые). Глиняный обыкновенный полнотелый кир­пич применяют для кладки стен зданий и емкостных сооружений, стол­бов, колодцев, каналов и т. д. Следует отметить, что этот кирпич имеет сравнительно большую теплопроводность, поэтому толщина наруж­ных стен при сплошной кладке определяется в большинстве случаев теплотехническими требованиями и получается весьма значительной. Несущая способность таких стен намного превышает требуемую, и кирпич как конструктивный материал используется не полностью. Стремление к более рациональному использованию материала привело к созданию облегченной и многослойной кладки стен зданий, а также к применению других более эффективных видов кирпича. Керамиче­ские и бетонные камни используют при возведении стен, перегородок, перекрытий, а бетонные камни, кроме того,- для кладки фундамен­тов и столбов.
Каменная кладка, выполняемая на строительной площадке из мел- коштучиого камня и- кирпича, не отвечает в полной мере требованиям индустриального строительства. Поэтому в настоящее время для стен и фундаментов широко применяют крупные блоки и панели. Блоки изготовляют из легкого ячеистого бетона, кирпича, керамических и природных камней и других материалов. Они могут быть сплошными и пустотелыми. Крупные панели бывают: для наружных стен - од­нослойные из легких ячеистых бетонов, двухслойные из кирпича или керамических камней с эффективным утеплителем (виброкирпичпые панели), трехслойные из двух слоев армированного бетона со слоем утеплителя между ними и др.; для внутренних стен - сплошные пане­ли из тяжелого бетона и однослойные виброкирпичные панели.
Каменные материалы, применяемые для кладки, должны обладать необходимой прочностью, морозо- и водостойкостью.
Основной характеристикой каменных материалов и бетонов явля­ется их прочность, определяемая марками и классами. Марка камня: устанавливается по значению временного сопротивления (предел проч­ности) сжатию в кгс/см2, а для кирпича также и по изгибу. Класс бетона по прочности представляет собой предельное сопротивление образца в МПа с обеспеченностью 0,95. Размеры и форму испытывае­мых для установления марки и класса материалов, а также методику их испытания устанавливают государственные стандарты (ГОСТы). Если камни имеют различное строение в разных направлениях, то мар­ка обозначает временное сопротивление в том направлении, в котором камень работает в кладке. Временное сопротивление пустотелых кам­ней подсчитывается по площади брутто.
Согласно СНиП П-22-81 для кладки применяют следующие марки камней и классы бетонов по прочности на сжатие:
а) марки камней 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50 (камни малой прочнос­ти - легкие бетонные и природные камни); 75, 100, 125* 150. 200 (средней прочности - кирпич, керамические, бетонные и природ* ные камни); 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 1000 (высокой проч» нести - кирпич, природные и бетонные камни);
б) классы бетонов: тяжелого - В3,5; В5; В7,5; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО; на пористых заполнителях - В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; ячеистого - Bl; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В 12,5; крупнопористого - В1; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; поризован- ного - В2,о; В3,5; В5; В7,5; силикатгого - В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО.
Морозостойкость камней также, как и бетонов, в значительной степени определяет их долговечность. Она характеризуется марками* обозначающими количество циклов замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии, которое камни выдерживают без види­мых повреждений и снижения прочности. По морозостойкости имеются следующие марки камней и бегонов: Мрз 10, 15, 25, 35, 60, 100, 150, 200 и 300.
При выборе вида материалов для каменных конструкций пред­почтение всегда следует отдавать местным природным каменным ма­териалам. С целью индустриализации строительства стены зданий рекомендуется проектировать из панелей и крупных блоков, изготов­ленных из бетонов различных видов, а также из кирпича или камней.
Наружные стены целесообразно возводить из пустотелых, керами­ческих и бетонных камней и кирпича, облегченной кирпичной кладки с плитным утеплителем или засыпкой из пористых заполнителей» сплошных камней и блоков из бетона на пористых заполнителях или из поризованных и ячеистых бетонов. Применение сплошной кладки из полнотелого глиняного или силикатного кирпича для наружных стен помещений с сухим и нормальным влажностным режимом допус­кается только при необходимости обеспечения их прочности, т. е. при большой этажности.
Применение силикатных кирпича, камней и блоков, камней и бло­ков из ячеистых бетонов, пустотелого кирпича и керамических кам­ней, глиняного кирпича полусухого прессования для наружных стен помещений с влажным режимом допускается при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия, а для стен помещений с мокрым режимом, а также для наружных стен подвалов и цоколей не допускается.
Выбор марки камня и класса бетона по прочности зависит от тре­буемой несущей способности. Кирпич и камни марок по прочности, на сжатие 150 и более применяются лишь в зданиях высотой более пяти этажей.
Выбор марки камня по морозостойкости для наружной части стен (на толщину 12 см) и для фундаментов (на всю толщину) производят по табл. 1 приложения I в зависимости от предполагаемого срока службы конструкций без потери эксплуатационных качеств.
Для Северной строительно-климатической зоны, а также для по­бережий Ледовитого и Тихого океанов шириной 100 км, не входящих, в Северную строительно-климатическую зону, марки по морозостой­кости материалов для наружной части стен (при сплошных стенах - на толщину 25 см) и для фундаментов (на всю толщину и высоту) долж­ны быть на одну ступень выше указанных в этой таблице, но не выше Мрз 50 для керамических и силикатных материалов, а также природ­ных камней.
Для всех остальных строительно-климатических зон марки по морозостойкости, приведенные в таблице, могут быть снижены для кладки из глиняного кирпича пластического прессования на одну ступень, но не ниже Мрз 10 в следующих случаях:
а) для наружных стен помещений с сухим и нормальным влажност­ным режимом, защищенных с наружной стороны облицовками толщи­ной не менее 35 мм, удовлетворяющими требованиям по морозостой« кости, приведенным в указанной таблице; при этом марка по морозо­стойкости лицевого кирпича и керамического камня должна быть не менее Мрз 25 для всех сроков службы конструкций;
б) для наружных стен помещений с влажным и мокрым режимом, защищенных с внутренней стороны гидроизоляционными и пароизо­ляционными покрытиями;
в) для фундаментов и подземных частей стен зданий с тротуарами или отмостками, возводимых в маловлажных грунтах, если уровень грунтовых вод ниже планировочной отметки земли на 3 м и более.
Марки по морозостойкости, приведенные в таблице для облицо­вок толщиной менее 35 мм, повышаются на одну ступень, но не выше Мрз 50, а облицовок зданий, возводимых в Северной строительно­климатической зоне - на две ступени, но не выше Мрз 100. На однуступень следует также повышать марки по морозостойкости каменных материалов, применяемых для фундаментов и подземных частей стен, если уровень грунтовых вод ниже планировочной отметки земли ме­нее чем на 1м.
Для районов строительства, расположенных восточнее и южнее городов Грозный, Волгоград, Саратов, Куйбышев, Орск, Караганда, Семипалатинск и Усть-Каменогорск, требования к морозостойкости материалов и изделий, применяемых для конструкций, указанных в табл. 1 приложения I, допускается снижать на одну ступень, но не ниже Мрз 10.
Марки по морозостойкости камней, блоков и панелей, изготовля­емых из бетонов всех видов, следует принимать в соответствии с

Рис. 1.1. Схема испытания кирпича: а при сжатии!- б при изгиба
табл. 2 и 3 приложения I.
Все каменные материалы должны соответствовать требо­ваниям ГОСТов, ТУ или норма­лей, указанных в табл. 4 прило­жения I.
а
Доставляемые на строитель­ство каменные материалы долж­ны сопровождаться заводским паспортом, содержащим все не­обходимые сведения о данном материале. При отсутствии тако­го паспорта строительная органи­зация должна провести необхо­димые испытания в соответствии с ГОСТами, указанными в табл. 4 приложения I.
Сущность таких испытаний можно показать на примере обыкно­венного глиняного кирпича как одного из наиболее распространенных видов камней.
Из исследуемой партии отбирают образцы кирпича: 5 шт. для ис­пытания на сжатие и 5 - на изгиб. Причем кирпич, предназначенный для испытания на изгиб, не должен иметь сквозных трещин на лож­ковых гранях на вега толщину протяженностью по ширине более 40 мм.
Кирпич, предназначенный для испытания на сжатие распиливают На две половинки, которые накладывают постелями одна на другую поверхностями разреза в противоположные стороны и соединяют цементным тестом. Верхнюю и нижнюю поверхности образцов для обес­печения гладкости н параллельности выравнивают тем же тестом. Тол­щина шва между образцами должна быть не более 5, а выравниваю­щего шва - не более 3 мм. Подготовленные таким образом образцы выдерживают перед испытанием в течение 3...4 сут в закрытом поме­щении при температуре воздуха 20 ± 2 °С.
Испытание образцов (рис. 1.1, а) производят на прессе, степень точности показания которого должна быть не ниже пг 2 %. Нагруз­ка на образец должна прикладываться плавно со скоростью 0,2... 0,3 МПа в секунду до полного разрушения.
бПри испытании на изгиб кирпич укладывают плашмя по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах в виде катков диаметром
20.. .30 мм на расстоянии 200 мм (рис. 1.1, б). В местах опирання и приложения нагрузки на кирпич накладывают полоски из цементно­го теста шириной 20...30 мм и толщиной не более 3 мм. После нало­жения этих полосок кирпич выдерживают в помещении в течение 3... 4 сух.
Для испытания образцов па изгиб применяют любой пресс, который даст возможность регистрировать величину разрушающей нагрузки с точностью до 250 Н. Нагрузка на образец должна прикладываться посредине через каток плавно со скоростью 100...200 Н в секунду.

при изгибе

Предел - прочности образца вычисляют по формулам: при сжатии
Предел прочности кирпича данной партии вычисляют как сред­нее арифметическое результатов испытания в отдельности пяти сжи­маемых и пяти изгибаемых образцов. Сравнивая эти значению с дан­ными табл. 5 приложения I, устанавливаем марку кирпича.
Аналогично производят испытания и установление марки и дру­гих видов кирпича или камней.
Растворы для каменной кладки могут быть цементные, известко­вые и смешанные.
Для повышения производительности труда каменщика, качества кладки, ее прочности и плотности раствор должен обладать удобо- укладываемостыо: подвижностью и водоудерживающей способностью* Для этого в случае необходимости проектом должно предусматривать­ся введение в состав раствора пластифицирующих добавок (глины или извести). Применение пластифицирующих добавок других видов сле­дует предусматривать в соответствии со специальными указаниями*
Прочность раствора характеризуется его маркой, которая опре­деляется временным сопротивлением сжатию в кг/см2. Согласно СНиП II-22-81 установлены следующие марки раствора: 4,10,25, 50* 7Ь, 100, 150 и 200. Для кладки степ зданий чаще всего применяют раство­ры марок 10...100. Свежеуложенный раствор или оттаявший рас­твор замороженной кладки имеет нулевую прочность.
По плотности в сухом состоянии растворы подразделяют на: тяже­лые - объемной массой 15 кН/м8 (1500 кг/м3) и более; легкие - ме­нее 15 кН/м3 (1500 кг/м3).
Выбор марки раствора производят поСНиП 11-22-81 в зависимос­ти от долговечности здания и условий эксплуатации конструкций. Минимальные марки раствора приведены в табл. 6 и 7 приложе­ния I. Применение раствора марки меньше 4 не допускается,Выбор вяжущего и состава раствора производят в зависимости от местных условий и области применения раствора согласно СНиП П-22-81 и СН 290-74 Указания по приготовлению и применению стро­ительных растворов. Рекомендации по выбору состава раствора при­ведены также в табл. 8 приложения I.
Испытание растворов и определение их свойств осуществляют в соответствии с требованиями ГОСТ 5802-86.
Для армирования каменных конструкций применяют сталь горя­чекатаную круглую гладкую класса А-1, периодического профиля класса А-П и обыкновенную холоднотянутую проволоку класса Вр-1. В качестве жесткой арматуры для этих целей может быть ис­пользована листовая, полосовая и фасонная сталь.