Различные части неармированных кладочных конструкций, такие как блоки, раствор и затирки, располагаются и проектируются таким образом, чтобы противостоять всем приложенным нагрузкам. Это означает, что все виды армирования, предусмотренные нормами для борьбы с трещинами, возникающими в результате усадки, игнорируются. Неармированные элементы кладки должны не только выдерживать напряжения растяжения и сжатия, вызванные нагрузками, но и оставаться без трещин.
Проектирование неармированных каменных конструкций в соответствии с ACI 530.1-11
Расчеты для проектирования неармированных каменных конструкций
Расчеты на изгиб и осевое сжатие
Стена из неармированной кладки может не испытывать чистого осевого напряжения, которое может быть вызвано ветровой нагрузкой на крышу, соединенную с кладкой стены, или опрокидывающим воздействием боковых нагрузок. Сжимающие усилия, вызванные мертвыми нагрузками, могут быть использованы для уравновешивания напряжения растяжения, но в случае, когда стены подвергаются чистому осевому растяжению, необходимо заложить арматуру для обеспечения адекватного сопротивления возникающим растягивающим усилиям. Более того, неармированная кладка может быть спроектирована так, чтобы выдерживать изгибное напряжение, возникающее в результате приложенных нагрузок.
Расчетные сжимающие напряжения (fa), возникающие от приложенной нагрузки, должны быть равны или меньше допустимых сжимающих напряжений (Fa), если стены из неармированной кладки подвергаются только осевым нагрузкам.
Для элементов кладки h/r меньше 99:
Для элементов кладки h/r больше 99:
Где:
fa: Приложенное сжимающее напряжение, возникающее только от осевой нагрузки в кладке, МПа или psi
Fa: Допустимое сжимающее напряжение в кладке, вызванное только осевой нагрузкой, МПа или psi
f’m: Заданная прочность кладки на сжатие, МПа или psi
h: Эффективная высота элементов кладки, мм или дюйм
r : Радиус гирации элементов кладки, мм или в
Существуют различные промышленные публикации, например, Section Properties of Concrete
Masonry Walls (NCMA, 2003b), в которых приводятся площади, чистые и средние свойства сечения, например, момент инерции, радиус гирации, модуль сечения.
Проводится еще одна проверка устойчивости, при которой осевая сжимающая нагрузка (P) должна быть равна или меньше 1/4 кратной нагрузки смятия (Pe).
P: приложенная осевая нагрузка, Н или фунты.
Pe: нагрузка смятия по Эйлеру, Н или фунты.
Em: модуль упругости каменной кладки, МПа или psi
In: момент инерции чистой площади поперечного сечения кладки, мм4 или дюйм4
h: эффективная высота элемента кладки, мм или дюйм
e: эксцентриситет приложенной осевой нагрузки, мм или дюйм. Это фактический эксцентриситет приложенной нагрузки, а не эквивалентный эксцентриситет, возникший в результате приложенного изгибающего момента.
r: радиус гирации элемента кладки, мм или дюйм
Когда неармированные элементы кладки подвергаются растяжению при изгибе, значения допустимых напряжений при изгибе, приведенные в таблице 1, которая представлена в ACI 530.1-11 Требования строительных норм и спецификаций для каменной кладки и соответствующие комментарии, изменяются в зависимости от типа раствора, направления пролета, схемы соединения и процента затирки.
Таблица-1: Допустимые растягивающие напряжения при изгибе для глиняной и бетонной кладки, КПа
Несмотря на то, что это заниженное предположение, ACI 530.1-11 предполагает, что в случае горизонтального расположения стен между опорами, напряжения растяжения при изгибе не могут быть переданы через головные швы с помощью строительной кладки на колках.
Более того, считается, что для кладки, возведенной по схеме “впритык”, допустимое значение напряжения растяжения при изгибе, перпендикулярное швам, равно нулю при проектировании.
Кроме того, прочность неармированной кладки в основном контролируется напряжениями изгиба, представленными в таблице 1, если она подвергается чистым напряжениям изгиба. Это связано с тем, что связь между раствором и блоками кладки или, по-другому, прочность кладки на растяжение намного ниже, чем прочность на сжатие.
Напряжение растяжения при изгибе неармированных элементов кладки, которые подвергаются воздействию сжимающей осевой силы (P) и изгибающего момента (M), рассчитывается по следующему уравнению:
Где:
fb: приложенное напряжение от изгибающего момента, МПа
M: приложенный изгибающий момент, Н.мм
t: Толщина элементов кладки, мм
In: Момент инерции чистого поперечного сечения кладки, мм4
P: приложенная сжимающая осевая нагрузка, Н
An: Площадь поперечного сечения нетто элемента кладки, мм2
Если результат напряжения изгиба (fb) отрицательный, то кладка управляется сжатием и должно быть соблюдено ограничение сжимающего напряжения:
Если результат уравнения-4 положительный, то кладка управляется напряжением и должны быть соблюдены значения, указанные в таблице-1.
Если неармированные элементы кладки подвергаются одновременно изгибу и осевой нагрузке, то уравнение, приведенное ниже, используется для пропорционального соотношения допустимых напряжений и приложенных нагрузок:
Расчеты на сдвиг
Напряжение сдвига неармированного элемента кладки оценивается с помощью свойств поперечного сечения кладки в направлении приложенной сдвигающей силы в соответствии со следующим уравнением:
fv: приложенное напряжение сдвига элемента кладки, МПа
V: приложенная сдвигающая сила, Н
Q: первый момент инерции, мм3
In: Момент инерции чистой площади поперечного сечения кладки, мм4
b: Ширина сечения кладки, мм
Напряжения сдвига в плоскости и вне плоскости могут быть рассчитаны по уравнению 7. Более того, анализ сечения с трещинами не проводится для определения чистой площади поперечного сечения, поскольку неармированная кладка спроектирована так, чтобы оставаться без трещин.
Согласно ACI 530.1-11, расчетные напряжения сдвига fv от приложенных сил не должны превышать следующие ограничения. Эти ограничения используются для напряжений сдвига в плоскости, а для напряжений сдвига вне плоскости Кодекс не предусматривает ограничений.
1. 
2. 827 КПа
3. Не полностью зацементированная кладка:
4. Кладка, не уложенная на прямую связь, полностью затертая и выполненная из открытых торцевых блоков:
5. Кладка, уложенная по текущей связи, с полной затиркой:
6. Кладка, не уложенная на прямую связь, полностью затертая и построенная из других, не открытых торцевых блоков: 103 КПа
Читайте далее:- ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ КОМПРЕССИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
- Что такое коэффициент податливости железобетонной колонны и как его рассчитать?.
- Теория Эйлера о смятии колонны.
- Как происходит разрушение стальной конструкции? [PDF].
- Стальные гофрированные полотна в мостовых балках.
- 10 причин разрушения зданий из неармированной кладки при землетрясениях.
- Виды затирок для укладки плитки.