Расчет кирпичной стены на прочность

0
879

Расчет кирпичной кладки на прочность

Наружные несущие стены должны быть, как минимум, рассчитаны на прочность, устойчивость, местное смятие и сопротивление теплопередаче. Чтобы узнать, какой толщины должна быть кирпичная стена . нужно произвести ее расчет. В этой статье мы рассмотрим расчет несущей способности кирпичной кладки, а в следующих статьях — остальные расчеты. Чтобы не пропустить выход новой статьи, подпишитесь на рассылку и вы узанете какой должна быть толщина стены после всех расчетов. Так как наша компания занимается строительством коттеджей, то есть малоэтажным строительством, то все расчеты мы будем рассматривать именно для этой категории.

Несущими называются стены, которые воспринимают нагрузку от опирающихся на них плит перекрытий, покрытий, балок и т.д.

Также следует учесть марку кирпича по морозостойкости. Так как каждый строит дом для себя, как минимум на сто лет, то при сухом и нормальном влажностном режиме помещений принимается марка (Мрз ) от 25 и выше.

При строительстве дома, коттеджа, гаража, хоз.построек и др.сооружений с сухим и нормальным влажностным режимом рекомендуется применять для наружных стен пустотелый кирпич, так как его теплопроводность ниже, чем у полнотелого. Соответственно, при теплотехническом расчете толщина утеплителя получится меньше, что сэкономит денежные средства при его покупке. Полнотелый кирпич для наружных стен необходимо применять только при необходимости обеспечения прочности кладки.

Армирование кирпичной кладки допускается только лишь в том случае, когда увеличение марки кирпича и раствора не позволяет обеспечить требуемую несущую способность.

Пример расчета кирпичной стены.

Исходные данные: Рассчитать стену первого этажа двухэтажного коттеджа на прочность. Стены выполнены из кирпича М75 на растворе М25 толщиной h=250мм, длина стены L=6м. Высота этажа H=3м.

Несущая способность кирпичной кладки зависит от многих факторов — от марки кирпича, марки раствора, от наличия проемов и их размеров, от гибкости стен и т.д. Расчет несущей способности начинается с определения расчетной схемы. При расчете стен на вертикальные нагрузки, стена считается опертой на шарнирно-неподвижные опоры. При расчете стен на горизонтальные нагрузки (ветровые), стена считается жестко защемленной. Важно не путать эти схемы, так как эпюры моментов будут разными.

Расчет кирпичной стены на прочность

В глухих стенах за расчетное принимается сечение I-I на уровне низа перекрытия с продольной силой N и максимальным изгибающим моментом М. Часто опасным бывает сечение II-II . так как изгибающий момент чуть меньше максимального и равен 2/3М, а коэффициенты mg и φ минимальны.

В стенах с проемами сечение принимается на уровне низа перемычек.

Из прошлой статьи Сбор нагрузок на стену первого этажа возьмем полученное значение полной нагрузки, которая включает в себя нагрузки от перекрытия первого этажа P1 =1,8т и вышележащих этажей G=G п +P 2 +G 2 = 3,7т:

N = G + P1 = 3,7т +1,8т = 5,5т

Плита перекрытия опирается на стену на расстоянии а=150мм. Продольная сила P1 от перекрытия будет находиться на расстоянии а / 3 = 150 / 3 = 50 мм. Почему на 1/3? Потому что эпюра напряжений под опорным участком будет в виде треугольника, а центр тяжести треугольника как раз находится на 1/3 длины опирания.

Нагрузка от вышележащих этажей G считается приложенной по центру.

Так как нагрузка от плиты перекрытия (P1 ) приложена не по центру сечения, а на расстоянии от него равном:

e = h/2 — a/3 = 250мм/2 — 150мм/3 = 75 мм = 7,5 см,

то она будет создавать изгибающий момент (М) в сечении I-I. Момент — это произведение силы на плечо.

Тогда эксцентриситет продольной силы N составит:

e0 = M / N = 13,5 / 5,5 = 2,5 см

Так как несущая стена толщиной 25см, то в расчете следует учесть величину случайного эксцентриситета eν =2см, тогда общий эксцентриситет равен:

e0 = 2,5 + 2 = 4,5 см

При e0 =4,5 см < 0,7y=8,75 расчет по раскрытию трещин в швах кладки можно не производить.

Прочность кл адки внецентренно сжатого элемента определяется по формуле:

Коэффициенты mg и φ1 в рассматриваемом сечении I-I равны 1.

— R — расчетное сопротивление кладки сжатию. Определяем по таблице 2 СНиП II-22-81 (скачать СНиП II-22-81 ). Расчетное сопротивление кладки из кирпича М75 на растворе М25 равно 11 кг/см 2 или 110 т/м 2

— Ac — площадь сжатой части сечения, определяется по формуле:

Расчет кирпичной стены на прочность

A — площадь поперечного сечения. Так как сбор нагрузок считали на 1 пог. метр, то и площадь поперечного сечения определяем от одного метра стены A = L * h = 1 * 0,25 = 0,25 м 2

Ac = 0,25 (1 — 2*0,045/0,25) = 0,16 м 2

— ω — коэффициент, определяемый по формуле:

ω = 1 + e0 /h = 1 + 0,045/0,25 = 1,18 ≤ 1,45 условие выполняется

Несущая способность кладки равна:

Расчет кирпичной стены на прочность

Проверим прочность кирпичного простенка (толщиной 51 см, шириной 100 см, высотой 300 см) несущей ограждающей стены многоэтажного здания на действие эксплуатационных нагрузок (действующих на стадии эксплуатации здания). Толщина стен вышележащих этажей 38 см. Схема к расчету простенка представлена на Рис.1.

Ширина простенка: b=100 см;
Толщина стен вышележащих этажей: h1 =38 см;
Толщина рассчитываемого простенка: h2 =51 см;
Высота этажа (простенка): H=3 м

от стен вышележащих этажей: P1 =300 кН;
от веса перекрытия над рассматриваемым этажом: P2 =50 кН;
от веса стены рассматриваемого этажа (на участке а=45 см от низа перекрытия до верха простенка): P3 =6 кН.

Глубина заделки несущих конструкций перекрытия в стену c=20 см.
Расчетное сопротивление кладки сжатию Rсж =1 МПа (растяжение в кладке не допускается).

Расчет кирпичной стены на прочностьРис.1. Схема к расчету кирпичного простенка

Подсчет нагрузок на простенок

Сила Р1 (см. Рис.1) приложена в центре тяжести сечения стены вышележащего этажа. Поскольку толщина стен рассматриваемого и вышележащего этажей неодинакова, эта сила приложена с эксцентриситетом e1 относительно центра тяжести стены рассматриваемого этажа и создает внешний момент, направленный против часовой стрелки (см. разрез 1-1):

Расчет кирпичной стены на прочность Давление перекрытия на стену обычно принимают распределенным по закону треугольника (от максимума на грани стены до нуля в конце заделки). Следовательно, его равнодействующая P2 также имеет эксцентриситет e2 относительно центра тяжести сечения стены рассматриваемого этажа и вызывает момент противоположного направления, приложенный на уровне низа перекрытия:

Расчет кирпичной стены на прочность Таким образом, на стену рассматриваемого этажа действует суммарная вышележащая сила от вышележащих конструкций:
Расчет кирпичной стены на прочность и суммарный сосредоточенный момент, направленный против хода часовой стрелки:

Расчет кирпичной стены на прочностьПроверка прочности простенка

Полагаем, что кирпичная стена в пределах каждого этажа здания работает как вертикальная свободно лежащая на двух опорах (перекрытиях) балка пролетом H (см. Рис.1, б). Эпюры усилий показаны на Рис.1, в. Расчетным является сечение AB, расположенное на уровне верха простенка. В данном сечении возникает продольная сила сжатия:
Расчет кирпичной стены на прочность и изгибающий момент, равный:

Расчет кирпичной стены на прочность Площадь сечения простенка: F=b·h2=1·0.51=0.51 м 2 .

Момент сопротивления сечения:

Расчет кирпичной стены на прочность Наибольшие напряжения сжатия возникают в ребре А. Проверим прочность простенка по формуле:

Расчет кирпичной стены на прочностьт.е. прочность простенка обеспечена.

Минимальная толщина стены из кирпича или блоков

Стены частных домов, коттеджей и других малоэтажных зданий делают, как правило, двух- трехслойными с утепляющим слоем. Слой утеплителя располагается на несущей части стены из кирпича или малоформатных блоков. Застройщики часто задаются вопросами:
«Можно ли сэкономить на толщине стены?».
«А не сделать ли несущую часть стены дома потоньше, чем у соседа или, чем предусмотрено проектом?

На строительных площадках и в проектах увидеть несущую стену из кирпича толщиной 250 мм. а из блоков — даже 200 мм. стало обычным делом.

Расчет кирпичной стены на прочность Стена оказалась слишком тонкой для этого дома.

Прочность стены дома определяется расчетом

Нормы проектирования (СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции») независимо от результатов расчета ограничивают минимальную толщину несущих каменных стен для кладки I группы в пределах от 1/20 до 1/25 высоты этажа.

Таким образом, при высоте этажа до 3 м. толщина стены в любом случае должна быть больше 120 — 150 мм .

На несущую стену действует вертикальная сжимающая нагрузка от веса самой стены и вышележащих конструкций (стен, перекрытий, крыши, снега, эксплуатационной нагрузки). Расчетное сопротивление сжатию кладки из кирпича и блоков зависит от марки кирпича или класса материала блоков по прочности на сжатие и марки строительного раствора.

Для малоэтажных зданий, как показывают расчеты, прочность на сжатие стены толщиной 200-250 мм из кирпича обеспечивается с большим запасом. Для стены из блоков, при соответствующем выборе класса блоков, проблем обычно также не бывает.

Кроме вертикальных нагрузок, на стену (участок стены) действуют горизонтальные нагрузки, вызванные, например, напором ветра или передачей распора от стропильной системы крыши.

Кроме этого, на стену действуют вращающие моменты, которые стремятся повернуть участок стены. Эти моменты связанны с тем, что нагрузка на стену, например, от плит перекрытий или вентилируемого фасада приложена не по центру стены, а смещена к боковым граням. Сами стены имеют отклонения от вертикали и прямолинейности кладки, что также приводит к возникновению дополнительных напряжений в материале стены.

Горизонтальные нагрузки и вращающие моменты создают изгибающую нагрузку в материале на каждом участке несущей стены.

Прочность, устойчивость стен толщиной 200-250 мм и менее, к этим изгибающим нагрузкам не имеет большого запаса. Поэтому, устойчивость стен указанной толщины для конкретного здания обязательно должна быть подтверждена расчетом.

Для строительства дома со стенами такой толщины необходимо выбирать готовый проект с соответствующими толщиной и материалом стен. Корректировку проекта с иными параметрами под выбранные толщину и материал стен обязательно поручаем специалистам.

Практика проектирования и строительства жилых малоэтажных домов показала, что несущие стены из кирпича или блоков толщиной более 350 — 400 мм. имеют хороший запас прочности и устойчивости, как к сжимающим, так и изгибающим нагрузкам, в подавляющем большинстве конструктивных исполнений здания.

Стены дома, наружные и внутренние, опирающиеся на фундамент, образуют совместно с фундаментом и перекрытием единую пространственную структуру (остов), которая совместно сопротивляется нагрузкам и воздействиям.

Создание прочного и экономичного остова здания — инженерная задача, требующая высокой квалификации, педантичности и культуры от участников строительства.

Дом с тонкими стенами более чувствителен к отклонениям от проекта, от норм и правил строительства.

Застройщику необходимо понимать, что прочность, устойчивость стен снижается, если:

  • уменьшается толщина стены;
  • увеличивается высота стены;
  • увеличивается площадь проемов в стене;
  • уменьшается ширина простенка между проемами;
  • увеличивается длина свободного участка стены, не имеющего подпора, сопряжения с поперечной стеной;
  • в стене устраиваются каналы или ниши;

Прочность, устойчивость стен меняется в ту или иную сторону если:

  • изменить материал стен;
  • изменить тип перекрытия;
  • изменить тип, размеры фундамента;

Дефекты, снижающие прочность, устойчивость стен

Нарушения и отступления от требований проекта, норм и правил строительства, которые допускают строители (при отсутствии должного контроля со стороны застройщика), снижающие прочность, устойчивость стен:

  • используются стеновые материал (кирпич, блоки, раствор) с пониженной прочностью по сравнению с требованиями проекта.
  • не выполняется анкеровка металлическими связями перекрытия (балок) со стенами согласно проекта;
  • отклонения кладки от вертикали, смещение оси стены превышают установленные технологические нормы;
  • отклонения прямолинейности поверхности кладки превышают установленные технологические нормы;
  • недостаточно полно заполняются раствором швы кладки. Толщина швов превышает установленные нормы.
  • чрезмерно много в кладке используются половинки кирпича, блоки со сколами;
  • недостаточная перевязка кладки внутренних стен с наружными;
  • пропуски сетчатого армирования кладки;

Застройщику необходимо во всех перечисленных выше случаях изменения размеров или материалов стен и перекрытий обязательно обращаться к профессионалам-проектировщикам для внесения изменений в проектную документацию. Изменения в проекте должны быть заверены их подписью.

Предложения вашего прораба типа «давай сделаем проще» обязательно должны быть согласованы с профессиональным проектировщиком. Контролируйте качество строительных работ, которые делают подрядчики, или при их выполнении собственными силами не допускайте указанных выше дефектов строительства.

Нормами правил производства и приемки работ (СНиП 3.03.01-87) допускается: отклонения стен по смещению осей (10 мм), по отклонению на один этаж от вертикали (10 мм), по смещению опор плит перекрытия в плане (6…8 мм) и пр.

Чем тоньше стены, тем более они нагружены, тем меньше у них запас прочности. Нагрузка на стену помноженная на «ошибки» проектировщиков и строителей может оказаться чрезмерной (на фото).

Процессы разрушения стены проявляются не всегда сразу, бывает — спустя годы после завершения строительства.

Советы застройщику

Толщину стен 200-250 мм из кирпича или блоков безусловно целесообразно выбрать для одноэтажного дома или для верхнего этажа многоэтажного.

Дом в два или три этажа с толщиной стен 200-250 мм. стройте при наличии в вашем распоряжении готового проекта, привязанного к грунтовым условиям места строительства, квалифицированных строителей, и независимого технического надзора за строительством.

В иных условиях для нижних этажей двух- трехэтажных домов надежнее стены толщиной не менее 350 мм .

О том, как сделать несущие стены толщиной всего 190 мм.. читайте здесь.

Уважаемый читатель!

В комментарии оцените полезность статьи.
Задайте вопрос по теме статьи, дополните, уточните или возразите автору.
Расскажите о том, как делаете Вы.
Комментарий будет опубликован через некоторое время, после одобрения. Спасибо за оставленный комментарий!

Минимальная толщина стены из кирпича или блоков: 3 комментария

добрый вечер, подскажите пожалуйста, как рассчитать нагрузку на кирпичную стену. Стена(кладка)в полкирпича, плюс штукатурка, хочу повесить на ней накопительный водонагреватель объемом 50 литров, общий вес примерно 65-70 кг, выдержит ли, без последствий, данную нагрузку и как это рассчитывается?

У меня держит уже год. Не ставить же его на пол.

Источники: http://oooalfa-pro.ru/stati-o-remonte/article_post/raschet-steny-na-prochnost, http://probuild-info.ru/primer-proverochnogo-rascheta-kirpichnogo-prostenka-na-prochnost/, http://domekonom.su/minimalnaya-tolschina-kamennoi-steny.html

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here