Особенности обеспечения пространственной жесткости многоэтажных гражданских зданий. Ветровые и сейсмические нагрузки. Расчетные модели диафрагмовых систем. Особенности проектирования надпроёмных перемычек ядер жесткости. Особенности проектирования пространственных несущих систем на основе каменной кладки, страница 31

На внецентренное сжатие работают конструкции каменных зданий, в которых продольная сжимающая сила  приложена с эксцентриситетом, либо элементы в сечениях которых одновременно действует осевая сила  и изгибающий момент , то есть .

При небольших эксцентриситетах все сечение сжато и эпюра напряжений имеет криволинейное очертание (рис. 14.2). По мере увеличения эксцентриситета, сжимающие напряжения со стороны, удаленной от силы, уменьшаются, а затем меняют знак, то есть возникает растяжение (рис. 14.3). В растянутой зоне при достижении напряжений предела прочности кладки растяжению  по горизонтальным швам образуются трещины, и эта часть кладки как бы исключается из работы. В сжатой зоне сечения со стороны продольной силы нагрузку воспринимает ненарушенная часть сечения высотой  (рис. 14.4).

Поскольку сжимающие напряжения распределены по сечению неравномерно, временное сопротивление кладки сжатию достигается первоначально в краевых участках. Однако при этом несущая способность не исчерпывается, так как в наиболее нагруженных участках вследствие ползучести развиваются значительные деформации, и тогда включаются в работу менее загруженные участки, которые сдерживают поперечные деформации сжатой зоны и тем самым повышают ее временное сопротивление по сравнению с центрально сжатыми элементами. Это явление учитывается при расчете коэффициентом , величина которого для кирпичной кладки прямоугольного сечения находится из выражения

,                                                                                 (7)

а для сечений произвольной формы

,                                                                       (8) где  расстояние до центра тяжести сечения, которое при  принимают из условия .

Вследствие сложности напряженного состояния внецентренно сжатых элементов при расчете их прочности исходят из эмпирических формул, основанных на следующих допущениях: растянутая зона, если она имеется, исключается из работы; напряжения в сжатой зоне считаются распределенными равномерно (рис. 14.5); неравномерность распределения напряжений по сечению учитывается коэффициентом .

Несущая способность внецентренно сжатого каменного элемента обеспечена, если выполняется условие:

,                                                                                 (9) где ;  эксцентриситет длительных нагрузок; площадь сжатой части сечения, у которой центр тяжести совпадает с точкой приложения внешней силы  в предположении прямоугольной эпюры напряжений, для прямоугольного сечения имеем , здесь  площадь всего сечения; коэффициент продольного изгиба, определяемый как среднее арифметическое между коэффициентом продольного изгиба  для всего сечения высотой  и коэффициентом продольного изгиба  для сжатой части сечения элемента, высота которой для прямоугольного сечения ; . При этом  определяется по гибкости сжатой части  , где радиус инерции сжатой части.

При расчете элементов толщиной 25 см и менее учитывают случайные эксцентриситеты : для несущих стен  см; для самонесущих и отдельных слоев трехслойных несущих стен  см. Полный эксцентриситет будет равен .

Опыты показывают, что при  может быть допущено небольшое раскрытие трещин в горизонтальных швах. Такое раскрытие не вызывает появление видимых трещин в облицовке и штукатурке стен. Однако при  раскрытие швов становится заметным. В этом случае помимо расчета прочности необходим расчет кладки по раскрытию трещин. Наибольшая величина эксцентриситета с учетом случайного не должна превышать для основных сочетаний нагрузок 0,9у, для особых – 0,95у, а для стен толщиной  см – 0,8у и 0,85у.

                     Рис. 14.1                                                         Рис. 14.2

                  Рис. 14.3                   Рис. 14.4                                    Рис. 14.5

Л Е К Ц И Я    № 15

П Л А Н

15.1. Расчет прочности каменных конструкций на смятие