Армокаменные и неармированные каменные конструкции.

Неармированные каменные конструкции.

Являясь неоднородным телом, каменная кладка, состоящая из отдельных камней, связанных между собой раствором, испытывает различные деформирующие нагрузки. Растворная постель в швах кладки имеет неравномерное распределение (неодинаковую толщину, наполненность), способность к деформации у раствора так же повышена относительно цельного камня. Все вышеперечисленное приводит к тому, что при центральном сжатии, трещины в камне образуются параллельно действию силы, а в случае увеличения нагрузок, появляются новые трещины, объединяющиеся по всей высоте стены, что приводит к разделению каменной кладки на отдельные фрагменты и последующему разрушению. Это наглядно показывает, что разрушение кладки происходит от поперечного растяжения, а не от сжатия, т.е. отдельные кирпичи подвергаются как изгибу, так и растяжению. В случае возведения кладки без армирования, величина прочности камня по изгибу оказывает определяющее влияние на предельную прочность кладки в целом. Но предел прочности кладки зависит не только от пределов прочности камня и раствора, но и от формы камня и качества кладки. Важными факторами будут являться так же: высота ряда кладки, толщина и перевязка швов, степень однородности растворной постели.
Наибольшие деформации на сжатие происходят в горизонтальных швах кладки, величина которых в большей степени зависит от числа швов. Толщина швов и размер камня не имеют определяющего значения, но от суммарного количества швов зависит число контактных прослоек.
При обычных температурах, являясь упругопластическим материалом, кладка обладает ползучестью, которая, с течением времени, увеличивает действия сжимающих напряжений. Тем не менее, при условии, что действие напряжений трещинообразования (растяжение, изгиб) выше действия сжимающих напряжений, через 3-5 лет прирост деформаций ползучести прекращается, оказывая воздействие лишь на начальном этапе. При обратной зависимости, т.е. когда напряжение трещинообразования ниже сжимающих напряжений, деформации развиваются вплоть до разрушения кладки. Размер сечения и вид каменной кладки (перевязанная, неперевязанная) имеет в данном случае определяющее значение и рассчитывается согласно особенностям работы кладки.
Трещины разрушения в кладке с неперевязанным сечением (т.е. совпадающим с горизонтальными швами), как правило, происходят в горизонтальном шве. При этом величины растяжения, среза, растяжения при изгибе определяются сцеплением раствора с камнями и сопротивлением сдвига и отрыва камней от раствора. Кладку с сечением перпендикулярным горизонтальным швам называют перевязанной. В перевязанной кладке трещины разрушения могут развиваться как по вертикальным и горизонтальным швам (зубчатое или ступенчатое сечение), так и по вертикальным швам и камню. В данном виде кладки характер разрушения зависит от величины коэффициента продольной перевязки кладки, прочности сцепления в вертикальных и горизонтальных швах кладки и от прочности самого камня. В зависимости от геометрических размеров сечения, расчетного сопротивления и коэффициентов условий работы определяют расчетную несущую способность каменной кладки.

Армированные каменные (армокаменные) конструкции.

Для повышения несущей способности каменной кладки, каменные конструкции армируют, применяя продольное, либо поперечное армирование.
Для поперечного (сетчатого) армирования применяют сварные и вязанные стальные сетки различных сечений. Обладая значительно более высоким модулем упругости, чем каменная кладка, арматурная сетка, уложенная в горизонтальных швах, противостоит поперечному расширению, возникающему от вертикальных усилий. Применение поперечного армирования оптимально в каменных конструкциях малой гибкости при центральном и не центральном сжатии и при небольших эксцентриситетах. При этом напряжения сжатия образуются и в поперечном направлении кладки, а под воздействием еще и вертикальных усилий кладка создаются условия работы кладки при всестороннем сжатии, что значительно повышает ее прочность.
Используемые сетки могут быть как с прямоугольными ячейками, так и зигзагообразными. В сетках прямоугольной формы рекомендуется использовать арматурные стержни сечением до 6 мм, в сетках типа «зигзаг» оптимальным диаметром стержней считают – 8 мм. Внутри кладки расположенные в смежных швах сетки «зигзаг» укладывают во взаимно перпендикулярных направлениях. Применение арматурных стержней более 6 мм в прямоугольных сетках приводит к увеличению толщины кладочного шва, сосредоточению напряжений в местах пересечения стержней и, как следствие, ослаблению прочности каменной кладки. Сетки укладывают не реже чем через пять рядов каменной кладки, соблюдая толщину шва превышающую диаметр стержней армирования на 4-6 мм. При этом процент армирования, как для поперечного, так и для продольного, не должен быть менее 0,1 общего объема кладки. При сетчатом армировании не допускается превышение процента армирования выше 1.
Продольное армирование выполняют аналогично армированию железобетонных конструкций. Различают внутреннее и внешнее продольное армирование. Продольные стержни связывают хомутами, устанавливаемыми в швах кладки. Арматура, при продольном армировании, располагается внутри вертикальных швов кладки, либо снаружи (под штукатурным слоем), либо в штрабе (с последующей заделкой раствором). Обеспечивая устойчивость, как отдельных частей, так и здания в целом, продольное армирование противодействует растягивающим усилиям. Применяется при больших эксцентриситетных нагрузках, в изгибаемых элементах конструкции, для усиления тонких стен и особенно важно в сейсмоопасных районах.
Для повышения несущей способности кладки, так же применяют усиление стальными или железобетонными конструкциями. Такое армирование носит название комплексной конструкции и, в основном, находит применение в промышленном строительстве.