» » Классификация каркасно-каменных зданий

Классификация каркасно-каменных зданий

16.04.2016

Стены каркасно-каменных зданий представляют сочетание железобетонного (реже стального) каркаса и кладки из кирпича, мелких либо крупных блоков природного или искусственного камня. Ригели каркаса располагаются в уровнях всех перекрытий и проходят как по наружным, так и по внутренним стенам здания. Колонны размещаются преимущественно в местах сопряжений капитальных стен. Шаг их редко превышает 7—8 м.
Каркасно-каменные здания относятся к группе рамно-связевых систем. По характеру взаимодействия каркаса и заполнения под нагрузкой их следует классифицировать на два типа. Специфика работы каркасно-каменных зданий обоих типов при действии как вертикальных, так и горизонтальных сил определяется технологическими особенностями возведения зданий.
При строительстве зданий I типа кладка заполнения в пределах каждого этажа выполняется после возведения каркаса (обычно сборного). В этом случае плотность и прочность контакта между кладкой и элементами каркаса зачастую характеризуются низкими величинами. He случайно в СНиП II-A. 12-69 содержится требование о том, что заполнение должно быть связано арматурными выпусками со стойками, а при расчетной сейсмичности 9 баллов — и с ригелями каркаса.
В силу известных трудностей наиболее тяжело осуществить плотный контакт между кладкой и нижними плоскостями ригелей. Эти трудности возрастают по мере увеличения размеров камня и толщины стен. Нa практике между ригелями и нижележащей кладкой зачастую остаются довольно широкие щели (рис. I—1), которые в лучшем случае заделываются снаружи раствором, внутренняя же их полость остается пустой.
При строительстве каркасно-каменных зданий II типа кладка стен в пределах каждого этажа опережает устройство железобетонного каркаса, стойки которого, как правило, изготавливаются из монолитного железобетона с использованием кладки в качестве опалубки (рис. I—2), а ригели — из сборно-монолитного (реже монолитного) железобетона. Такая технологическая последовательность возведения стен здания позволяет обеспечить плотный и прочный контакт между заполнением и элементами каркаса по всем плоскостям их сопряжения. Попытки нарушить этот контакт с помощью внешнего силового воздействия обычно заканчиваются разрушением камня вблизи плоскости сопряжения кладки с монолитным бетоном.
Классификация каркасно-каменных зданий

Рассмотрим, как отражаются описанные специфические особенности контакта между кладкой и каркасом в каркасно-каменных зданиях I и II типов при действии на них вертикальных и горизонтальных сил.
Возможность появления щелей между ригелями и нижележащей кладкой при возведении зданий I типа обязывает при их проектировании исходить из условия, что вся вертикальная нагрузка, включая и собственный вес кладки, воспринимается только каркасом здания. Из этого надо исходить и при подборе сечении элементов каркаса. Поскольку в этом случае вся вертикальная нагрузка передается на стойки первого этажа, то они должны опираться на отдельные железобетонные фундаменты.
Классификация каркасно-каменных зданий

При проектировании зданий I типа наряду с предположением об отсутствии контакта между ригелями и нижележащей кладкой следует допускать и возможность связи между этими элементами стен. Такое допущение обязывает обеспечить необходимую прочность кладки при сжатии и предусмотреть под всеми капитальными стенами ленточные фундаменты. В итоге фундаменты зданий I типа получают довольно сложное конструктивное решение.
При действии горизонтальных сил разрушение стен каркаснокаменных зданий I типа, вследствие низкой прочности контакта между заполнением и элементами каркаса, начинается с появления контурных трещин по периметру заполнения. В дальнейшем контакт между каркасом и заполнением продолжает сохраняться на участках, примыкающих к углам ячеек каркаса, соединенных сжатыми диагоналями. На этих участках от каркаса на заполнение передаются сжимающие силы. Поскольку длина этих участков по контуру обычно не превышает 30—40% периметра заполнения, то в восприятии горизонтальной нагрузки участвует не весь объем заполнения, а лишь часть его. Таковы особенности работы стен каркасно-каменных зданий I типа.
В зданиях II типа наличие плотного контакта между ригелями каркаса и кладкой заполнения обеспечивает полноценное участие последнего в восприятии вертикальных сил. Поскольку в этом случае на стойки каркаса приходится лишь часть вертикальной нагрузки, необходимость в устройстве для них отдельных фундаментов отпадает.
При действии горизонтальной нагрузки на каркасно-каменное здание II типа совместность работы каркаса и заполнения обеспечивается, как правило, по всему периметру их сопряжения вплоть до полного разрушения стен. Об этом свидетельствуют испытания фрагментов таких стен, описанные в главе III.
Известно, что стены зданий с жесткой конструктивной схемой при действии горизонтальных сил работают преимущественно на сдвиг. В этой связи напомним, что сопротивление кладки сдвигу может быть значительно повышено за счет вертикального обжатия. В каркасно-каменных зданиях II типа кладка загружается весом вышележащих стен, перекрытий и полезной нагрузкой.
При расчете стен зданий I типа на горизонтальную нагрузку мы лишены возможности учитывать загружение их вертикальными силами, поскольку отсутствует гарантия плотного контакта между ригелями каркаса и нижележащей кладкой.
В результате рассмотренных особенностей работы каркасно-каменных зданий при различных видах силового воздействия расход металла на армирование каркаса в зданиях II типа оказывается значительно меньшим, чем в зданиях I типа.
К преимуществам зданий Il типа следует также отнести большую устойчивость заполнения из плоскости.
В противовес перечисленным достоинствам зданий II типа некоторыми специалистами высказывается мнение об их более низкой индустриально,сти по сравнению со зданиями I типа, каркас которых монтируется из сборных элементов. Приверженцы такого суждения не учитывают некоторых весьма существенных обстоятельств, характерных для зданий II типа. К числу таковых, во-первых, относится возможность применения для заполнения крупных монолитных или составных блоков, которые нельзя применить при строительстве зданий I типа. В последние годы крупные составные блоки из кирпича и природного камня начали применять во многих сейсмических районах страны, в результате чего создались реальные условия для резкого повышения уровня индустриальности и качества каменного домостроения.
Во-вторых, использование кладки, сборных элементов ригелей, а в ряде случаев и облицовки колонн в качестве опалубки для монолитного железобетона в значительной мере избавляет последний от присущих ему недостатков, позволяя использовать его достоинства. При возведении зданий II типа отпадает необходимость в весьма ответственных и сложных операциях по стыковке сборных колонн между собой и с ригелями каркаса.
Иногда каркасно-каменные здания II типа относят к группе зданий с комплексными стенами. Между тем, несмотря на общность технологии возведения, эти здания различаются и в конструктивном отношении и по характеру работы под нагрузкой.
В каркасно-каменных зданиях размеры поперечных сечений железобетонных колонн, как правило, назначаются не менее 30 см, а отношение расстояния между их осями к высоте этажа (β) обычно составляет не менее 0,9. Обязательным является устройство колонн в местах сопряжений капитальных стен.
В стенах комплексной конструкции максимальный размер поперечного сечения вертикальных элементов усиления обычно не превышает 15—20 см, зато шаг их назначается меньше шага колонн в стенах каркасно-каменных зданий. За счет этого геометрическая характеристика β стен комплексной конструкции редко превышает 0,9-1,0.
Практика возведения зданий с комплексными стенами показала, что бетонирование вертикальных элементов сравнительно небольшого сечения связано с реальными трудностями. От преодоления этих трудностей в конечном счете зависит обеспечение совместности работы под нагрузкой кладки и элементов усиления.