Кирпичные сводики по металлическим балкам
Обновлено: 05.10.2024
Ronhyl Ячейка 5х5? Какой шаг балок стальных? Довольно большой пролёт. Рельс РНС IVа? Собственный вес перекрытия балка несёт(нормативную нагрузку)?
-=Andrew=- говорит верно, свод передаёт нагрузку на балку и совместно с металлом не работает.
Мне кажется, нечего тут реставрировать. Надо ломать и делать монолитное перекрытие по мет. балкам. Во первых- рельсы не рекомендуется использовать в качестве балок- они хрупко разрушаются, а во вторых- если рельс старый то у него R=1600 кг/см.кв.
OSPV Ломать - не строить. Я думаю, что вы согласитесь - эстетически более исторично и архитектурно-выразительно выглядит снизу перекрытие со сводами в здании конца 19в. - начала 20в (тем более если оно там родное). Есть много вариантов как усилить перекрытие, оставив существующие балки и своды (пускай несут собственный вес), организовав несущую конструкцию выше. Иногда высота пола позволяет. (такие варианты конечно сложнее и дороже для исполнения)
Да я в общем-то не против. Надо знать какая задача стоит у топикстартера- сохранить красоту, или реконструировать перекрытие. Просто в инженерной практике есть такой закон- все простые решения надежны, сложные решения менее надежны, причем надежность обратно пропорциональна сложности. Поэтому,я предложил самое простое решение
А если по теме, то вряд ли можно 100-летний кирпичный свод (наверняка с трещинами и раствором М4-М10) заставить работать совместно с балкой (рельсой). Комплексной конструкции не получится.
ЭПБ и ОБС промзданий
Сперва определите что за рельс (железнодорожный или крановый) и когда изготовлен (хотя бы примерно). Скорее всего это железнодорожный рельс Р33. Железнодорожные рельсы изготавливались из стали Ст5 с Ry=2600-2800 (по ГОСТ 380-60).
PashaStr, При расчёте была принята максимальная расчётная нагрузка 1660 кг/м. кв. ШАГ БАЛОК 970мм
OSPV, Задача сохранить перекрытие. При том что состояние конструкций великолепное.
На данном перекрытии прогибы отсутствуют вовсе, состояние сводов великолепное, скорее всего принятые нагрузки больше чем нужно.
ekspert, Рельс в работе с 1902-1912 г.г. примерно может раньше изготовлен.
нормативная нагрузка 822 кг/м.кв. без людей и временной нагрузки - при Ry=2100 кг/см.кв - условие прочности выполняется
Ronhyl Дайте больше информации. Может фото есть. Вы пишите что сверху над сводами 250мм - бетона? Здание получается уже реконструировалось, полы менялись? Обследование выполнялось со вскрытием пола? Кладка кирпич М50-М75 на известковом растворе М10?
PashaStr, прикрепляю фотографии. таблица сбора нагрузок, поперечный разрез, фото балки, фото свода.
Принимал как бетон по тому что при сверлении шурфа было что то похожее по консистенции, в итоге было решено что засыпка шлаком. Полного вскрытия полов в данном месте не предвидеться в ближайшее время.
Полы не менялись, в полах имеются вентиляционные каналы, как именно они расположены не известно, но они есть.
Кирпич М 75- примерно на глаз,
а раствор известково-песчаный М50 - анализ лаборатории. что удивляет.
Ronhyl, по виду эти рельсы больше похожи не на балки а на жесткую арматуру. Вы уверены, что нет никаких анкерующих элементов, запущенных в кладку(забутовку) и связанных с этими рельсами?
palexxvlad, О том что внутри можно только догадываться.
Вы хотите сказать что этот рельс может быть растянутой зоной кирпично-металлической балкой, где кирпич забутовки сжат а металл растянут?
Вы хотите сказать что этот рельс может быть растянутой зоной кирпично-металлической балкой, где кирпич забутовки сжат а металл растянут?
palexxvlad, А есть прецеденты такого исполнения ? Было ли где ни будь когда ни будь такое реализовано ?
на моей практике, как и в источниках такого не встречал. Идея то хорошая =)) Если суметь реализовать совместную работу, но все же?
palexxvlad, А есть прецеденты такого исполнения ? Было ли где ни будь когда ни будь такое реализовано ?
По всей видимости у Вас именно таковой прецендент . И реализовано довольно неплохо. Но однозначно сказать можно только то, что данная схема никак не чисто балочная(под балкой имею в виду рельс). Хотя бы по соотношению высоты сечения "балок" - высоты сечения "нагрузки".
palexxvlad, По нормативной нагрузки по прочности проходит, так что могло быть и просто по балкам.
Прошу ещё раз, показать хоть где, хоть какой чертёж или фото, где было исполнено что то подобное в исторических зданиях до реконструкции и реставрации.
Прошу по тому что никогда не видел, и не слышал ранее, не видел ни в одной книге о такой работе балок в системе кирпичные своды по мет. балкам. И если это теория выдвинутая впервые, она требует хоть каких доказательств.
Это не теория, а лишь мое предположение. Доказательство одно - работает, не провисает и не трещит, а по балочному расчету должно рухнуть.
Я думаю что никаких анкеров или стержней в кладку заведено не было. Тогда была применяли соединения только на заклёпках, ни сварки ни болтов не было, только если делать отверстия в стенке рельса и насквозь заводить стержень, но кладка в своде идёт тоже с перевязкой в полкирпича - не куда анкеровать.
По расчёту - стоит, отлично. Насколько я понимаю нагрузки меняются из-за смены назначения помещения с верху? Как бы сделал я:
демонтировал полностью весь шлак (скорее всего это заполнение известковым раствором на кирпичном бое, могу ошибаться), расчистил верхнюю поверхность и пазухи свода.
завёл в пазухи каркасы арматурные, заармировал поверх сводов плиту и опёр бы её на стены (уже на расчётную нагрузку посчитанную)
Можно завести в пазухи балки стальные
Даже если и так, то рельсы не слабо обжаты усилием распора от сводов + адгезия раствора М50. Вот вам и совместная работа. Не работают там рельсы просто как балки.
По прогибу не проходит расчёт. НО прогиба даже предельного нет и в помине.
К сожалению пока задача стоит сохранить покрытие пола.
PashaStr, нагрузки поменялись со сменой в том числе и объёмного веса заполнения, и временной нагрузки.
palexxvlad, Ну так если они обжаты распором свода который составляет 666.958 кг с каждой стороны сводика. момент = 0,08 кг/м
В чём заключается совместная работа и как она может быть определена.
Кирпичные сводики по металлическим балкам
Многочисленные попытки установить, где и когда было впервые использовано перекрытие с лучковыми сводами по стальным балкам, при устройстве сводчатой части которых использована кирпичная кладка, не увенчались успехом. Поэтому в строительной и реставрационной практике название - «свод Монье» стало нарицательным.
На начальном этапе своего становления в строительной практике своды, устроенные по типу "Монье" выполнялись из кирпича и опирались на стальные или железные рельсы, а заполнения пролетной части выполнилось из кирпича по кружалам. Здания, имеющие перекрытия такого типа встречаются вдоль строящихся железных дорог в период с 1840-х годов.
При этом встречаются конструкции сводов, опирающихся на чугунные грибовидные рельсы (изготовленные по дюймовой системе измерений), с явно выраженной головкой примыкающей к стенке рельса, с подошвой имеющей проушины. Кроме указанной выше конструкции рельса использовались чугунные рельсы конструкции П.К. Фролова (выпуклых рельсов с эллиптической формой поверхности катания), двухголовые рельсы и широкоподошвенные рельсы. С 1870- хх гг. появляются своды Монье, которые в качестве опорных балок имеют стальные рельсы, изготовленные по Виньолевскому типу (рельсы, состоящие в поперечном сечении из яблока, узкой шейки и пяты).
Рождение железобетона относят к середине XIX века. В 1850-1855 гг. француз Жан Луи Ламбо построил лодку из армированного цемента, которая считается первым прототипом железобетона. Впервые патент на использование железобетона взял в 1854 году английский штукатур Вильям Уилкинсон. В дальнейшем он широко применял железобетон при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ньюкастле-на-Тайне небольшой домик, целиком из железобетонных конструкций. Из железобетона здесь были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и дымовая труба. В 1861 году Вильям Уилкинсон издал книжку с описанием назначения железобетонных изделий и способов их использования.
В 1867 г. француз Жозеф Монье (фр. Joseph Monier, 8 ноября 1823, Saint-Quentin de poterie, Франция — 12 марта 1906, Париж) получил патент на изготовление цветочных кадок из железа и цемента. Жозефу Монье понадобилось изготовить садовую кадку для посадки апельсинового дерева. В качестве материала он воспользовался простым цементным раствором. Но с течением времени в кадке появились трещины. Возникшая проблема была решена простым укреплением сооружения с помощью железных обручей. Однако произведя несколько поливок, началось ржавление поверхности. Для укрепления кадки Монье наложил сверху еще один слой раствора. Это стало рождением первого железобетонного изделия. В 1868 г. Монье построил небольшой железоцементный бассейн. И вскоре Монье стал обладателем патентов на изготовление железобетонных труб и резервуаров.
Монье расширил области применения железобетонных изделий. 1873 год ознаменовался производством моста из железобетона, спустя 5 лет он занялся балками и шпалами. В 1880 году все изобретения относительно нового стройматериала были объединены одним патентом и заявлено их патентование в Германии и Российской Империи.
В 1886 году немецкий инженер Гюстав Вайс (Gustav Adolf Wayss, 1851—1917) купил патент Монье и усовершенствовал принцип железобетона. Его исследования и основание строительной фирмы Wayss & Freytag привели к распространению идей Монье по всему миру.
Различные испытания и исследования материала позволили установить, в чем основной просчет разработки Жозефа Монье. Гюстав Вайс спустил армирование из середины плиты в ее нижнюю часть.
Монье неодобрительно отнесся к модернизации своего изобретения. Но Вайс все-таки доказал французу правильность своего решения. В итоге, идея соединить бетон с железом принадлежит Монье, а метод армирования – Гюставу Вайсу. Впоследствии Вайсом была увеличена длина плит перекрытий до 5 м. В настоящее время она достигла 12 м.
Своды «Монье» получили широкое распространение, в строительной практике России, начиная со второй половины XIX века и до времени индустриализации. При этом их конструкция претерпела значительные изменения.
К началу XX века в общестроительную практику входят лучковые своды из бетона, бутобетона и железобетона, опирающиеся на стальные прокатные двутавровые балки. Здания с подобными перекрытиями появляются как в больших губернских центрах, так и в уездных портовых городах.
В 1903 г. профессор А.Ф. Лолейт на съезде по расширению применения железа в России сделал доклад «Система Монье. Ее применение, промышленное значение и вопросы, связанные с распространением железобетона».
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон. 1890—1907:
Система конструкции Монье, теперь весьма распространенная в архитектуре и инженерном деле и состоящая из соединения цемента с железом. Удачные результаты соединения двух превосходных строительных материалов, как железо и цемент, привели к тому, что система Монье получила весьма обширное и разнородное применение. Удобство этой конструкции заключается в том, что железо, заделанное в цементе, крепко к нему пристает и не ржавеет. Притом коэффициент расширения бетона из портландского цемента (0,0000137 до 0,0000148) приблизительно одинаков с коэффициентом расширения железной проволоки (0,0000145), так что изменения температуры не влияют на сцепление обоих материалов. Так как железо превосходно сопротивляется растяжению, а бетон обладает значительным сопротивлением сжатию, то, например, в работающей на изгиб балке, одни волокна которой испытывают растягивающие напряжения, а другие сжимающие, на каждый из этих двух материалов приходится тот род усилий, которым он лучше сопротивляется. Конструкция эта составляется из железных стержней и полос определенного сечения и длины в зависимости от действующих усилий и окружающего их цементного слоя. Потолки этой системы состоят из прямых или изогнутых плоских или сводчатых плит, опирающихся непосредственно на стены и поддерживающих собственный вес и приходящуюся на них нагрузку. При этом железные полосы сопротивляются вытягивающим и сжимающим усилиям, а окружающая их цементная оболочка препятствует боковому прогибу полос, соединяя их в одну систему, где ни одна часть не может ни передвинуться, ни изогнуться независимо от другой. Эта система в настоящее время применяется к устройству полов, потолков и сводов в гражданских зданиях, а также для возведения стен и отдельных подпор взамен каменной кладки при устройстве водопропускных труб и мостов под обыкновенными и железными дорогами, не исключая городских монументальных мостов (мост через реку Канзас в гор. Топека, длиной 211,3 м, из 5 пролетов в 29,7—33,5—38,1—33,5 и 29,7 метров).
В Челябинске сохранилось полтора-два десятка старинных зданий, где были применены своды Монье в перекрытиях. Также много аналогичных зданий в других городах Челябинской области. Гораздо реже встречаются примеры использования сводов Монье при устройстве балконов. В Челябинске сохранился единственный старинный дом с подобным балконом.
После революции использование сводов Монье становится редкостью. Однако в конце 1920-х – начале 1930-х годов при возведении жилых домов вновь вспомнили о сводах Монье. В Златоусте, Магнитогорске и Челябинске было возведено несколько домов с балконами, в конструкции которых была применена система Монье.
Реставрация старого здания конца позапрошлого века
Здраствуйте, вопрос заключается вот в чем: существует здание конца 19 века. Оно представляет из себя историческую ценность не мне вам это объяснять, к тому же оно находится в исторической части города. Так вот наша задача сохранить его, но деревянные перекрытия за годы эксплуатации сгнили, будем ломать. Останутся только наружные стены и фундаменты под ними, так вот надо восстановить перекрытия и надстроить еще один этаж ( здание двухэтажное, габариты 24 000 на 13 000). Знакомые рекомендовали сделать монолитным и монолитную плиту под колонны. Но вапрос как это повлияет на старый фундамент наружных несущих стен и что будет со стенами, ведь фактически потеряют ребра жесткости ввиде перекрытий, т.к. перекрытие заказчик не хотел бы примыкать их к старым стенам. Если перекрытие должно примыкать к кирпичным стенам, то как. Прошу вас поделитесь опытом, кто производил подобную работу или мнением любому буду рад.
Это больше похоже на реконструкцию чем на реставрацию. В любом случае надо заказывать обследование, обмеры и т.д. Те кто обследований не заказывает, на этот форум не ходют, потому что в тюрьме интернета нет.
Согдасен, по моему вопросу это конечно походит на реконсструкцию, но уж больно много это слово крутилось в кругу архитекторов которые к нам хо дили, что так и закрепилось это понятие. Но обследование проводилось и было написано, не буду цитировать скажу так, состояние фундамента удовлетворительное но запас несущей способности есть, вдоль стен заднего фасаданаблюдаются трещины в кирпичной кладке не более 2мм. Что нибудь еще? Вы задавайте вопросы если что не знаю у начальства спрошу.
Представляете во Франции формулировочку
"Реставрируем Лувр и надстраиваем один этаж."
Одно из двух, господа, одно из двух. [sm2605]
Нет, надстройка будет производиться с учетом прежней архитектуры и реставрация фасада будет. Моя же задача запроектировать новые перекрытия под это все. Ну вапрос надстройки не мне решать, это диктовали архитекторы, в связи с тем что оно выбивается из архитектурного ансамбля, а меня спрашиваю смогу ли я реконструировать. Вопрос не стоит в том чтобы сразу говорить нет, надо подумать, ведь не так часто попадается такое задание.
В нашем маленьком городке Питербурхе бывали случаи - после разборки перекрытий разными умниками фасады складывались, иногда прям на головы прохожих. Два-то этажа, может, и не упадут. Но третий тогда на них ставить я бы не рискнула.
По-моему, раз кладка несет, проще всего в старые гнезда балок поставить балки новые - хоть деревянные, хоть металлические. А фундаменты тоже обследовали?
Ну ограждение третьего этажа будут ставить на перекрытие 3-его этажа так я понимаю, поэтому кипичную кладку сверху грузить не будут. Перекрытия будут железобетонные (по крайней мере планируется)а фасад будет легким уж как они его зашифруют под старй фасад я незнаю, главное как вы правильно сказали чтобы это не рухнуло, так вот отсюда и возникает вопрос: из чего предлагаете сделать перекрытие, и как его увязать со старой стеной?
В нашем маленьком городке Питербурхе бывали случаи - после разборки перекрытий разными умниками фасады складывались
Знакомая концепция. Предпишут на регламенте сохранение фасада и корячься с ним потом. А так - хрясь, МЧС с прокуратурой немножко поругают, зато уже можно строить что-то приличное. У меня один знакомый под окнами ГУОПа таким макаром домик завалил, причем ночью, без свидетелей. Если такой способ реконструкции не подходит - надо разрабатывать качественный ПОС с поэтапной заменой перекрытий, возможно с временным раскреплением. Щитать надо. У меня однажды строители разобрали перекрытия с опережением графика, в результате центральный ряд колонн бытовым давлением наверх выперло. Тщательней надо, короче.
Мне вообще не нравится идея внутри крохотного домика делать новый железобетонный, что там останется-то от внутреннего пространства? Притом новые конструкции вплотную к существующим ставить скорее всего не получится.
А хорошо бы план увидеть хотя бы. И что в этом доме будет, для чего надстаивается третий этаж?
А про перекрытия я уже сказала - сделала бы новые по металлическим или деревянным балкам. Железобетон в маленьком доме, да еще старом - нонсенс, по-моему.
а почему не использовать старые стены
фундаменты если надо усилить (осадки просчитать)
перекрытия-металлические балки с железобетонной плитой по профлисту
балки устанавливать поэтапно
внутренние стены есть?
Стены в нутренние есть, одна вдоль и две поперек здания. И как раз хотел спросить как устроить перекрытие по металлическим балкам. Можно по подробнее?
Делали нечто подобное . Поделюсь. Заодно может кто покритикует наше решение (чтобы мне не так сладко спалось ночами)
проект пошёл экспертизу. здание (тьфу-тьфу) стоит.
1. Существующий бутовый фундамент усилили подведя под него по периметру здания буроинъекционные сваи (расчёт, проектирование и выполнение работ вела специализированная организация)
2. Внутри здания выполнили плиту 300мм с монолитными стенками по периметру. В местах опирания колонн под плитой те же сваи, сечение плиты развито вверх до 500мм.
3. Перекрытие над подвалом (балочная клетка, по ней профнастил+ж/б) опирается на колонны и стенки монолитной плиты
4. Кирпичные стены усилили согласно рекомендациям обследователей.
5. Перекрытие над первымэтажом опирается на колонны и усиленные кирпичные стены . В толще перекрытий предусмотрены анкера для стабилизации положения стен ( по рекомендации экспертизы).
6. В ППРе были предусмотрены мероприятия не дающие " разъезжаться" стенам при демонтаже существующего перекрытия.
5. Перекрытие над первымэтажом опирается на колонны и усиленные кирпичные стены . В толще перекрытий предусмотрены анкера для стабилизации положения стен ( по рекомендации экспертизы).
А как это было выполнено
В каком направлении стены должны были смещатся.
Сколько этажей надстраивали?
Спасибо. Расмотрю твой вариант, но конечное слово всза ГИПом, а я все го лишь исполнитель и голова которадолжна болеть.
Сравнение теоретических данных напряженно-деформированного состояния крестового свода с данными численного эксперимента
В расчетах конструкций сводчатых перекрытий целесообразно использовать метод конечно-элементного моделирования, который позволяет учесть не только пространственную работу конструкций, но и особенности материала. Для того, чтобы использовать такой метод расчета? необходимо удостовериться в его корректности. В настоящей работе проведено сравнение теоретических данных по распределению напряжений в теле крестового свода и прогибов с данными, полученными при расчёте и моделировании конечно-элементной модели в программном комплексе Abaqus.
Ключевые слова: крестовый свод, кирпичный свод, конечно-элементное моделирование.
Большое количество зданий, в которых применены кирпичные своды в качестве перекрытий или покрытий, требуют ремонта, реставрации или восстановления. За длительный период службы конструкции испытали различные виды воздействий (нагрузки статические и динамические, атмосферные воздействия, подвижка опор), которые могли сказаться на несущей способности и целостности конструкции. Для проведения качественных и эффективных строительных работ на таких конструкциях, а также с целью осуществления правильной и безопасной дальнейшей эксплуатации необходимо представлять действительный характер распределения напряжений в теле свода, определять расположение наиболее нагруженных и ослабленных частей свода, а также идентифицировать серьёзность дефектов, проявляющихся на поверхностях свода.
Свод — тип перекрытия или покрытия здания или сооружения, образованный наклонными поверхностями (прямолинейными или криволинейными) и ограниченный стенами, балками или столбами, отличается от других типов перекрытия наличием распора, работает преимущественно на сжатие. Распор свода воспринимается обычно затяжками, контрфорсами, стенами, столбами, может взаимоуравновешиваться распором соседних сводов.
Достоинства распорных систем:
– высокая пространственная жесткость;
– терпимость к нарушениям сплошности кладки;
– большая несущая способность по сравнению с плоскими перекрытиями;
– возможность искусственного перераспределения усилий между элементами.
В настоящее время кирпичные своды вытеснены железобетонными и металлическими конструкциями, поэтому вопрос о проектировании новых сводчатых конструкций не стоит. Тем не менее, всё большее количество инженеров и учёных вновь заинтересовано в нахождении более простого способа расчёта сводов.
В 1911 году инженер Н. К. Лахтин в своей книге писал: «Сводчатые же конструкции, отличающиеся своим чрезвычайным разнообразием, разработаны в отношении их расчета сравнительно слабо. Имеющиеся в руководствах по строительной механике и статике сооружений отделы о сводах страдают неполнотой и схематичностью, а разбросанные в периодической литературе отдельные журнальные статьи о расчетах сводов не дают надлежащего освещения этого вопроса…» [1]. Как тогда, так и теперь расчеты сводов имеют только приближенный характер, а современные нормативные документы [10] не дают исчерпывающих рекомендаций по поверочным расчётам существующих кирпичных сводов, нуждающихся в реставрации и ремонте. В настоящее время стоит вопрос о сохранении большего количества существующих исторических построек, но это возможно только в случае их правильного технического оснащения, прокладка современных инженерных сетей необходима для создания пригодной среды для работы или жизни человека в таких зданиях. Часто для правильного монтажа инженерных сетей необходимо пробивать проемы в строительных конструкциях, в том числе и в покрытиях. Устройство проема ведет к ослаблению конструкции, поэтому важно представлять схему распределения напряжений в конструкции, их значения, и на основании этих данных принимать правильные проектные решения.
В соответствии с современными нормами проектирования, при расчёте кирпичных сводов используют метод предельных состояний. Расчет заключается в проверке опасных сечений свода, которые находят при построении эпюр моментов и поперечных усилий по уравнениям статики. При этом пространственную конструкцию свода приводят к системе элементарных плоских арок. Такой способ усложняет оценку пространственной работы конструкции, ведёт к большому количеству приближений в расчётах и увеличивает погрешность результата. Также сложность в расчет вносит разномодульность составляющих кирпичной кладки и, как следствие, анизотропия в направлении к вертикальным и горизонтальным растворным швам, в связи с чем прочностные характеристики кладки могут варьироваться в зависимости не только от марки кирпича и раствора, но и от способа укладки, заполнения растворных швов, перевязки и много другого. От этих же характеристик могут зависеть и процессы разрушений в кирпичных кладках. Можно выделить три возможных места разрушения кирпичной кладки: по кирпичу, по раствору и по зоне контакта материалов.
Численное моделирование позволяет оценить пространственную работу кирпичных сводов с учетом объемного напряженного состояния материала. В статье [7] рассмотрены модели сводов с различными способами учета характеристик кирпичной кладки:
- Гомогенная модель — сплошной объём конструкции в котором материал задается однородным и анизотропным;
- Гомогенную модель с уточняющими участками, моделируемыми как конструкция «кирпич+раствор»:
1 шаг — конструкция моделируется и анализируется как монолитное упругое тело с учётом опорной жесткости;
2 шаг — один из опасных участков моделируется как конструкция «кирпич+раствор» с использованием граничных условий от монолитной упругой арки и проводится анализ;
3 шаг — новые граничные условия от участка прикладываются к арке.
Порядок повторяется для всех опасных участков, включая новые, если они возникают.
- Упрощенная гетерогенная модель — представляет собой раздробленную модель, в которой размеры кирпича увеличивают на размер растворного шва, а растворный шов и граница контакта сводятся в единый плоский связующий элемент;
- Гетерогенная модель — подробная модель, в которой граница контакта между кирпичом и раствором представлена как дополнительный элемент с фиктивной жесткостью и является потенциальной границей разрушения кладки.
На данный момент проводятся попытки моделирования каменных сводов с помощью различных программных комплексов, основанных на методе конечно-элементного моделирования.
Используя программные комплексы для моделирования кирпичных сводов также можно столкнуться с рядом сложностей, таких как:
– определение адекватности модели и достоверности результатов расчёта;
– временные затраты на построение более точных моделей;
– подбор формы и размеров конечных элементов и учёт их влияния на результаты, при неудачном выборе типа конечного элемента в расчете могут накапливаться погрешности, которые значительно влияют на конечный результат.
В статье [6] описана попытка моделирования кирпичного свода в программном комплексе SCAD, при которой удалось оценить вид распределения основных напряжений, но моделирование формы конструкции оказалось затруднительно. Моделирование производилось с помощью пластинчатых элементов, расчетная схема конструкции представлена комбинацией двух расчетных схем: монолитного упругого тела и конструкции «кирпич плюс раствор». По результатам исследования был сделан вывод о том, что данная схема может использоваться, но в более подходящих для такой задачи программных комплексах, таких как ANSYS или Abaqus.
ПК Abaqus многофункционален и может использоваться для решения задач с учетом всех видов нелинейности, он также оснащена удобным графическим модулем, в котором выполняется моделирование конструкции и визуализация расчётов. Для того чтобы определить возможность расчёта кирпичных сводов в данном ПК было проведено моделирование крестового свода и его расчёт.
Крестовые своды образуются при пересечении двух коробчатых сводов под прямым углом и отсечении внутренних частей данных сводов таким образом, что давление передается на углы и отсутствует давление на стены. В [1–3] представлены выкладки по расчёту и моделированию кирпичных крестовых сводов, согласно данным работам нагрузки в крестовом своде распределяются следующим образом:
– на рисунке 1 представлена эпюра давления элементарных полуарок в опорном контуре и в ребре:
Рис. 1. Крестовый свод: а- рабочая схема, б — эпюра давления (распора) элементарных полуарок в опорном контуре, в — эпюра элементарных распоров и давлений в ребре
– на рисунке 2 представлены эпюры моментов и поперечных сил в ребре крестового свода:
Рис. 2. Эпюры моментов и поперечных сил в диагональном ребре крестового свода
– на рисунке 3 представлены висячие зоны свода и картограмма напряжений:
Рис. 3. Распределение сжимающих усилий и напряжений в крестовом своде: а — модель напряженного состояния, б — картограмма напряжений (МПа)
Опасные зоны элементарной арки свода были выявлены многими веками наблюдения, конструирования и расчёта сводов. Таким образом, чаще всего слабыми местами свода является замок, самыми нагруженными зонами — пяты свода, висячие зоны расположены в центре пролета у опорного контура конструкции. Расположение трещин, типичных для данного вида сводов, представлено на рисунке 4.
Рис. 4. Характерное распространение трещин в крестовом своде: а — общий вид конструкции, б — вид сбоку, в — вид сверху
Для моделирования и расчёта был выбран крестовый свод пролётом между пятами 5,5 м, толщиной 250 мм, в двух вариантах: с забутовкой и без. Нагрузка, равная 1 т/м 2 , равномерно распределена по наружной поверхности свода. Свод смоделирован гомогенной моделью, в связи с тем, что она требует меньше исходных данных, значительно упрощает моделирование и ускоряет обработку данных при расчёте.
Рис. 5. Модель крестового свода: а — без забутовки, б — с забутовкой
– удельный вес кладки: γ = 1,8 т/м 3 ;
– расчетное сопротивление кладки сжатию — R = 1 МПа;
– расчетное сопротивление кладки растяжению — Rtb = 0,04–0,05 МПа.
– модуль упругости кладки (начальный модуль деформации) — E = 909,09 МПа, рассчитан в соответствии с нормами [10].
– коэффициент Пуассона: 𝜇 = 0,2.
– коэффициент линейного расширения кладки: 𝛼 = 0,000005.
Рис. 6. Изополя максимальных напряжений в своде без забутовки: а — шкала вычисленных значений главных напряжений (Па), б — вид сверху, в — вид снизу
Рис. 7. Изополя максимальных напряжений в своде с забутовкой: а — шкала вычисленных значений главных напряжений (Па), б — вид сверху, в — вид снизу
Рис. 8. Эпюры моментов в диагональном ребре крестового свода: а — без забутовки, б — с забутовкой
При сравнении графического представления напряжений (рис.6,7) можно отметить, что в крестовом своде без забутовки на нижней поверхности свода в замковой части диагональных рёбер наблюдается концентрация напряжений. В своде с забутовкой концентрация напряжения в этих местах отсутствует. Это подтверждает, что роль забутовки очень важна в таких конструкциях. При увеличении нагрузки в приопорных зонах эпюра моментов приближается к идеальной линии свода.
Появление трещин начинается там, где предельное сопротивление растяжению кирпичной кладки меньше, чем растягивающие усилия, а в тех местах, где расчётное сопротивление на сжатие меньше сжимающих усилий может наблюдаться раздробление материала. Распространение максимальных и минимальных напряжений на планах изополей свода с забутовкой совпадают со схемой распространения трещин типичных для крестовых сводов (рис.4).
Сравнение показало сходимость в теоретических данных, выведенных многими веками исследования, и данных, полученных путём численного моделирования конструкции в ПК Abaqus. Это указывает на возможность использования данной программы для дальнейших расчётов. Для более точного определения верности моделирования необходимо сравнение численных результатов расчета в программе и натурного испытания конструкции.
- Лахтин Н. К. Расчет арок и сводов. Руководство к аналитическому и графическому расчету арочных и сводчатых перекрытий. — М.: Студенческое Издательское Общество при Императорском Техническом Училище, 1911. — 468 с.
- Бессонов Г. Б. Исследование деформаций, расчет несущей способности и конструктивное укрепление древних распорных систем. — М.: Союзреставрация, 1989. — 171 с.
- Бернгард В. Р. Арки и своды. Руководство к устройству и расчету арочных и сводчатых перекрытий. — СПб.: Типография Ю. Н. Эрлих, 1901. — 128 с.
- Reccia E., Milani G., Cecchi A., Tralli A. (2014) Full 3D homogenization approach to investigate the behavior of masonry arch bridges: The Venice trans-lagoon railway bridge. Construction and Building Materials. 2014. No. 66 pp. 567–586.
- Milani E., Milani G., Tralli A. (2008). Limit analysis of masonry vaults by means of curved shell Finite Elements and homogenization. International Journal of Solids and Structures. 2008. No. 45(20). pp. 5258–5288.
- Зимин С. С., Беспалов В. В., Казимирова А. С. Расчетная модель каменной арочной конструкции // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2015. № 3(113). С. 33–37.
- Беспалов В. В., Зимин С. С., Прочность каменной кладки сводчатых, Строительство уникальных зданий и сооружений, 2016, № 11 (50). С. 37–51.
- Angelo Gaetani Seismic Performance of Masonry Cross Vaults: Learning from Historical Developments and Experimental Testing 2016
- СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*» (с Изменениями N 1, 2). 01.01.2013 и СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87» (с Изменениями N 1, 3) 01.07.2013.
- СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*» (с Изменениями N 1, 2). 01.01.2013
Основные термины (генерируются автоматически): крестовый свод, свод, кирпичная кладка, конструкция, гомогенная модель, забутовка, конечно-элементное моделирование, расчет сводов, эпюр моментов, диагональное ребро.
Совершенствование методики расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки
Данная статья посвящена особенностям расчёта пологих железобетонных сводов, опирающихся на металлические балки. В ней приведены основные причины ошибок при проектировании подобных конструкций, ведущие, в дальнейшем, к их неоправданному усилению.
Кроме того, разработана новая методика расчёта конструкции, учитывающая совместную работу её элементов. Данный метод использован в расчёте надподвального перекрытия Дома Мельникова в Санкт-Петербурге. Результаты расчёта сравнены со значениями, полученными в результате инструментального анализа.
Ключевые слова: железобетонные своды, расчёт, совместная работа, перекрытие.
Введение
В конце XIX — начале XX вв. одним из конструктивных решений междуэтажных перекрытий в зданиях было перекрытие по металлическим балкам. Межбалочные заполнения могли быть различными — из кирпичных, бетонных или железобетонных сводов, из плоских кирпиче-железных покрытий, с использованием волнистого железа или гипсовых досок. Самым распространённым среди них являлось перекрытие с накатом в виде бетонных сводиков.
Рис. 1. Междуэтажное перекрытие по металлическим балкам
Высокая степень огнестойкости, коррозионная стойкость, а также дешевизна железа и цемента и простота их изготовления способствовали массовому внедрению данной конструкции в строительство гражданских зданий, а способность выдерживать значительные нагрузки — в строительство некоторых фабричных и промышленных зданий.
Подобные конструкции перекрытий использовались недолго и перестали применяться уже в первой трети XX века. В основном, это произошло из-за активного использования в строительстве железобетонных конструкций.
Несмотря на то, что перекрытия по металлическим балкам с накатом в виде бетонных сводиков применялись сравнительно недолго, зданий с подобным конструктивным решением сохранилось немало.
Многие из таких перекрытий по результатам визуального осмотра и поверочного расчёта находятся в неудовлетворительном состоянии и нуждаются в ремонте, усилении или замене конструкций. Несмотря на это, они продолжают воспринимать приложенные к ним нагрузки.
Этот факт говорит о том, что в настоящее время нет достоверных методик расчёта перекрытий со сводчатым заполнением. Рассмотрим основные причины их отсутствия.
Основные причины отсутствия достоверных методик расчёта
Из всех факторов, приводящих к неверным расчётам рассматриваемых перекрытий, можно выделить два основных:
- Ошибочный анализ напряжённо-деформированного состояния конструкции перекрытия.
Появление в конце столетия плоских бетонных сводчатых конструкций не вызвало должного научного интереса. Учёных волновал, в основном, бетон как строительный материал, так как на тот момент он ещё не был достаточно изучен. Характер работы самой конструкции детально не исследовался. С учётом того, что подъём свода составлял всего от 1/6 до 1/12 от пролёта, его геометрией пренебрегали, рассматривая конструкцию как обычную балку. Подтверждение этому можно найти во многих научных работах того времени. Например, в книге В. Р. Бернгарда «Арки и своды. Руководство к устройству и расчёту арочных и сводчатых перекрытий», 1901 г., сказано следующее: «Конструкция плоских сводов на металлических балках относится к балочным перекрытиям, и здесь не подлежит рассмотрению».
Точно такой же подход используется и при современных поверочных расчётах. Между тем, он совершенно недопустим. Своды, даже плоские, имеют горизонтальные реакции распора, которые отсутствуют в балках. Такой некорректный анализ напряжённо-деформированного состояния конструкции и приводит в дальнейшем к ошибкам в расчётах.
Рис. 2. Опорные реакции: А — в балке, Б — в своде
- Отсутствие необходимости в расчёте конструкции перекрытия.
При строительстве зданий были нередки случаи, когда расчёт конструкций перекрытий не проводился. Объяснялось это тем, что учёные опирались на накопленный опыт и брали конструкции «на глаз», с большим запасом прочности. Кроме того, при необходимости они могли жёстко зафиксировать концы балок в стене, тем самым заметно уменьшить прогиб и увеличить прочность конструкции.
Между тем, такие ошибки при расчётах приводят к сильно заниженным результатам, и, как следствие, к неоправданному усилению конструкций и перерасходу материала. Таким образом, возникает необходимость в совершенствовании методов расчёта сводчатых перекрытий.
Эта цель может быть достигнута путём приведения конструкции перекрытия к комбинированной конструкции, в которой металлические балки будут работать совместно с бетонными сводами.
Расчёт надподвального перекрытия Дома Мельникова вСанкт-Петербурге
В 2017 г. Институтом проектирования и обследования строительных конструкций, зданий и сооружений Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета была выполнена оценка технического состояния несущих конструкций надподвального перекрытия Дома Мельникова, расположенного по адресу: Сапёрный пер., д.10, лит. Б.
Рис. 3. Надподвальное перекрытие. Фрагмент
Данные конструкции состояли из бетонных сводов, опёртых на металлические балки. Сечение балок — I № 25 немецкого сортамента [4], пролёт — 7,8 м.
По данным инструментального анализа прогиб балки составил 3,0 см.
Рис. 4. Надподвальное перекрытие. Фрагмент
Произведём аналитический расчёт данного надподвального перекрытия.
Проверяем наиболее нагруженный участок перекрытия. Несущими элементами перекрытия являются металлические балки I№ 25 немецкого сортамента [4] (Ix=4966 см 4 , Wx=397 см 3 , Aб=49,7 см 2 , P n =39 кг/м) и работающие совместно с ними бетонные своды. Расстояние между балками a=1,5 м.
Расчётный пролёт балки l0 принимаем равным
где l — длина балки, м; l’ — величина заделки балки в кирпичную стену, м.
Производим сбор нагрузок на балку перекрытия (см. Табл. 1).
Сбор нагрузок на балку перекрытия
№п/п
Наименование
Нормативная нагрузка, кг/м
Коэффициент надёжности по нагрузке
Собственный вес металлической двутавровой балки, I25 немецкого сортамента
Читайте также: