Рисунок 1 . Расчетная схема для кирпичных колонн проектируемого здания.
При этом возникает естественный вопрос: какое минимальное сечение колонн обеспечит требуемую прочность и устойчивость? Конечно же, идея выложить колонны из глиняного кирпича, а тем более стены дома, является далеко не новой и все возможные аспекты расчетов кирпичных стен, простенков, столбов, которые есть суть колонны, достаточно подробно изложены в СНиП II-22-81 (1995) "Каменные и армокаменные конструкции". Именно этим нормативным документом и следует руководствоваться при расчетах. Приводимый ниже расчет, не более, чем пример использования указанного СНиПа.
Чтобы определить прочность и устойчивость колонн, нужно иметь достаточно много исходных данных, как то: марка кирпича по прочности, площадь опирания ригелей на колонны, нагрузка на колонны, площадь сечения колонны, а если на этапе проектирования ничего из этого не известно, то можно поступить следующим образом:
Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость при центральном сжатии
Проектируется:
Терраса размерами 5х8 м. Три колонны (одна посредине и две по краям) из лицевого пустотелого кирпича сечением 0.25х0.25 м. Расстояние между осями колонн 4 м. Марка кирпича по прочности М75.
Расчетные предпосылки:
.При такой расчетной схеме максимальная нагрузка будет на среднюю нижнюю колонну. Именно ее и следует рассчитывать на прочность. Нагрузка на колонну зависит от множества факторов, в частности от района строительства. Например, Санкт-Петербурге составляет 180 кг/м 2 , а в Ростове-на-Дону - 80 кг/м 2 . С учетом веса самой кровли 50-75 кг/м 2 нагрузка на колонну от кровли для Пушкина Ленинградской области может составить:
N с кровли = (180·1.25 + 75)·5·8/4 = 3000 кг или 3 тонны
Так как действующие нагрузки от материала перекрытия и от людей, восседающих на террасе, мебели и др. пока не известны, но железобетонная плита точно не планируется, а предполагается, что перекрытие будет деревянным, из отдельно лежащих обрезных досок, то для расчетов нагрузки от террасы можно принять равномерно распределенную нагрузку 600 кг/м 2 , тогда сосредоточенная сила от террасы, действующая на центральную колонну, составит:
N с террасы = 600·5·8/4 = 6000 кг или 6 тонн
Собственный вес колонн длиной 3 м будет составлять:
N с колонны = 1500·3·0.38·0.38 = 649.8 кг или 0.65 тонн
Таким образом суммарная нагрузка на среднюю нижнюю колонну в сечении колонны возле фундамента составит:
N с об = 3000 + 6000 + 2·650 = 10300 кг или 10.3 тонн
Однако в данном случае можно учесть, что существует не очень большая вероятность того, что временная нагрузка от снега, максимальная в зимнее время, и временная нагрузка на перекрытие, максимальная в летнее время, будут приложены одновременно. Т.е. сумму этих нагрузок можно умножить на коэффициент вероятности 0.9, тогда:
N с об = (3000 + 6000)·0.9 + 2·650 = 9400 кг или 9.4 тонн
Расчетная нагрузка на крайние колонны будет почти в два раза меньше:
N кр = 1500 + 3000 + 1300 = 5800 кг или 5.8 тонн
2. Определение прочности кирпичной кладки.
Марка кирпича М75 означает, что кирпич должен выдерживать нагрузку 75 кгс/см 2 , однако прочность кирпича и прочность кирпичной кладки - разные вещи. Понять это поможет следующая таблица:
Таблица 1 . Расчетные сопротивления сжатию для кирпичной кладки (согласно СНиП II-22-81 (1995))
Но и это еще не все. Все тот же СНиП II-22-81 (1995) п.3.11 а) рекомендует при площади столбов и простенков менее 0.3 м 2 умножать значение расчетного сопротивления на коэффициент условий работы γ с =0.8 . А так как площадь сечения нашей колонны составляет 0.25х0.25 = 0.0625 м 2 , то придется этой рекомендацией воспользоваться. Как видим, для кирпича марки М75 даже при использовании кладочного раствора М100 прочность кладки не будет превышать 15 кгс/см 2 . В итоге расчетное сопротивление для нашей колонны составит 15·0.8 = 12 кг/см 2 , тогда максимальное сжимающее напряжение составит:
10300/625 = 16.48 кг/см 2 > R = 12 кгс/см 2
Таким образом для обеспечения необходимой прочности колонны нужно или использовать кирпич большей прочности, например М150 (расчетное сопротивление сжатию при марке раствора М100 составит 22·0.8 = 17.6 кг/см 2) или увеличивать сечение колонны или использовать поперечное армирование кладки. Пока остановимся на использовании более прочного лицевого кирпича.
3. Определение устойчивости кирпичной колонны.
Прочность кирпичной кладки и устойчивость кирпичной колонны - это тоже разные вещи и все тот же СНиП II-22-81 (1995) рекомендует определять устойчивость кирпичной колонны по следующей формуле :
N ≤ m g φRF (1.1)
где m g - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки. В данном случае нам, условно говоря, повезло, так как при высоте сечения h ≈ 30 см, значение данного коэффициента можно принимать равным 1.
Примечание : Вообще-то с коэффициентом m g все не так просто, подробности можно посмотреть в комментариях к статье.
φ - коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости колонны λ . Чтобы определить этот коэффициент, нужно знать расчетную длину колонны l 0 , а она далеко не всегда совпадает с высотой колонны. Тонкости определения расчетной длины конструкции изложены отдельно , здесь лишь отметим, что согласно СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: "Расчетные высоты стен и столбов l 0 при определении коэффициентов продольного изгиба φ в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:
а) при неподвижных шарнирных опорах l 0 = Н ;
б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l 0 = 1,5H , для многопролетных зданий l 0 = 1,25H ;
в) для свободно стоящих конструкций l 0 = 2Н ;
г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями — с учетом фактической степени защемления, но не менее l 0 = 0,8Н , где Н — расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету."
На первый взгляд, нашу расчетную схему можно рассматривать, как удовлетворяющую условиям пункта б). т.е можно принимать l 0 = 1.25H = 1.25·3 = 3.75 метра или 375 см . Однако уверенно использовать это значение мы можем лишь в том случае, когда нижняя опора действительно жесткая. Если кирпичная колонна будет выкладываться на слой гидроизоляции из рубероида, уложенный на фундамент, то такую опору скорее следует рассматривать как шарнирную, а не жестко защемленную. И в этом случае наша конструкция в плоскости, параллельной плоскости стены, является геометрически изменяемой , так как конструкция перекрытия (отдельно лежащие доски) не обеспечивает достаточную жесткость в указанной плоскости. Из подобной ситуации возможны 4 выхода:
1. Применить принципиально другую конструктивную схему
например - металлические колонны, жестко заделанные в фундамент, к которым будут привариваться ригеля перекрытия, затем из эстетических соображений металлические колонны можно обложить лицевым кирпичом любой марки, так как всю нагрузку будет нести металл. В этом случае, правда нужно рассчитывать металлические колонны, но расчетную длину можно приниматьl 0 = 1.25H .
2. Сделать другое перекрытие ,
например из листовых материалов, что позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, в этом случае l 0 = H .
3. Сделать диафрагму жесткости
в плоскости, параллельной плоскости стены. Например по краям выложить не колонны, а скорее простенки. Это также позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, но в этом случае необходимо дополнительно рассчитывать диафрагму жесткости.
4. Не обращать внимания на вышеприведенные варианты и рассчитывать колонны, как отдельно стоящие с жесткой нижней опорой, т.е l 0 = 2Н
В конце концов древние греки ставили свои колонны (правда, не из кирпича) без каких-либо знаний о сопротивлении материалов, без использования металлических анкеров, да и столь тщательно выписанных строительных норм и правил в те времена не было, тем не менее некоторые колонны стоят и по сей день.
Теперь, зная расчетную длину колонны, можно определить коэффициент гибкости:
λ h = l 0 /h (1.2) или
λ i = l 0 /i (1.3)
где h - высота или ширина сечения колонны, а i - радиус инерции.
Определить радиус инерции в принципе не сложно, нужно разделить момент инерции сечения на площадь сечения, а затем из результата извлечь квадратный корень, однако в данном случае в этом нет большой необходимости. Таким образом λ h = 2·300/25 = 24 .
Теперь, зная значение коэффициента гибкости, можно наконец-то определить коэффициент продольного изгиба по таблице:
Таблица 2 . Коэффициенты продольного изгиба для каменных и армокаменных конструкций (согласно СНиП II-22-81 (1995))
При этом упругая характеристика кладки α определяется по таблице:
Таблица 3 . Упругая характеристика кладки α (согласно СНиП II-22-81 (1995))
В итоге значение коэффициента продольного изгиба составит около 0.6 (при значении упругой характеристики α = 1200, согласно п.6). Тогда предельная нагрузка на центральную колонну составит:
N р = m g φγ с RF = 1х0.6х0.8х22х625 = 6600 кг < N с об = 9400 кг
Это означает, что принятого сечения 25х25 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны недостаточно. Для увеличения устойчивости наиболее оптимальным будет увеличение сечения колонны. Например, если выкладывать колонну с пустотой внутри в полтора кирпича, размерами 0.38х0.38 м, то таким образом не только увеличится площадь сечения колонны до 0.13 м 2 или 1300 см 2 , но увеличится и радиус инерции колонны до i = 11.45 см . Тогда λ i = 600/11.45 = 52.4 , а значение коэффициента φ = 0.8 . В этом случае предельная нагрузка на центральную колонну составит:
N р = m g φγ с RF = 1х0.8х0.8х22х1300 = 18304 кг > N с об = 9400 кг
Это означает, что сечения 38х38 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны хватает с запасом и даже можно уменьшить марку кирпича. Например, при первоначально принятой марке М75 предельная нагрузка составит:
N р = m g φγ с RF = 1х0.8х0.8х12х1300 = 9984 кг > N с об = 9400 кг
Вроде бы все, но желательно учесть еще одну деталь. Фундамент в этом случае лучше делать ленточным (единым для всех трех колонн), а не столбчатым (отдельно для каждой колонны), в противном случае даже небольшие просадки фундамента приведут к дополнительным напряжениям в теле колонны и это может привести к разрушению. С учетом всего вышеизложенного наиболее оптимальным будет сечение колонн 0.51х0.51 м, да и с эстетической точки зрения такое сечение является оптимальным. Площадь сечения таких колонн составит 2601 см 2 .
Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость при внецентренном сжатии
Крайние колонны в проектируемом доме не будут центрально сжатыми, так как на них будут опираться ригеля только с одной стороны. И даже если ригеля будут укладываться на всю колонну, то все равно из-за прогиба ригелей нагрузка от перекрытия и кровли будет передаваться крайним колоннам не по центру сечения колонны. В каком именно месте будет передаваться равнодействующая этой нагрузки, зависит от угла наклона ригелей на опорах, модулей упругости ригелей и колонн и ряда других факторов, которые подробно рассматриваются в статье "Расчет опорного участка балки на смятие ". Это смещение называется эксцентриситетом приложения нагрузки е о. В данном случае нас интересует наиболее неблагоприятное сочетание факторов, при котором нагрузка от перекрытия на колонны будет передаваться максимально близко к краю колонны. Это означает, что на колонны кроме самой нагрузки будет также действовать изгибающий момент, равный M = Ne о , и этот момент нужно учесть при расчетах. В общем случае проверку на устойчивость можно выполнять по следующей формуле:
N = φRF - MF/W (2.1)
где W - момент сопротивления сечения. В данном случае нагрузку для нижних крайних колонн от кровли можно условно считать центрально приложенной, а эксцентриситет будет создавать только нагрузка от перекрытия. При эксцентриситете 20 см
N р = φRF - MF/W = 1х0.8х0.8х12х2601 - 3000·20·2601 · 6/51 3 = 19975, 68 - 7058.82 = 12916.9 кг > N кр = 5800 кг
Таким образом даже при очень большом эксцентриситете приложения нагрузки у нас имеется более чем двукратный запас по прочности.
Примечание: СНиП II-22-81 (1995) "Каменные и армокаменные конструкции" рекомендует использовать другую методику расчета сечения, учитывающую особенности каменных конструкций, однако результат при этом будет приблизительно таким же, поэтому методику расчета, рекомендуемую СНиПом здесь не привожу.
Кирпич - достаточно прочный строительный материал, особенно полнотелый, и при строительстве домов в 2-3 этажа стены из рядового керамического кирпича в дополнительных расчетах как правило не нуждаются. Тем не менее ситуации бывают разные, например, планируется двухэтажный дом с террасой на втором этаже. Металлические ригеля, на которые будут опираться также металлические балки перекрытия террасы, планируется опереть на кирпичные колонны из лицевого пустотелого кирпича высотой 3 метра, выше будут еще колонны высотой 3 м, на которые будет опираться кровля:
При этом возникает естественный вопрос: какое минимальное сечение колонн обеспечит требуемую прочность и устойчивость? Конечно же, идея выложить колонны из глиняного кирпича, а тем более стены дома, является далеко не новой и все возможные аспекты расчетов кирпичных стен, простенков, столбов, которые есть суть колонны, достаточно подробно изложены в СНиП II-22-81 (1995) "Каменные и армокаменные конструкции". Именно этим нормативным документом и следует руководствоваться при расчетах. Приводимый ниже расчет, не более, чем пример использования указанного СНиПа.
Чтобы определить прочность и устойчивость колонн, нужно иметь достаточно много исходных данных, как то: марка кирпича по прочности, площадь опирания ригелей на колонны, нагрузка на колонны, площадь сечения колонны, а если на этапе проектирования ничего из этого не известно, то можно поступить следующим образом:
при центральном сжатии
Проектируется: Терраса размерами 5х8 м. Три колонны (одна посредине и две по краям) из лицевого пустотелого кирпича сечением 0,25х0,25 м. Расстояние между осями колонн 4 м. Марка кирпича по прочности М75.
При такой расчетной схеме максимальная нагрузка будет на среднюю нижнюю колонну. Именно ее и следует рассчитывать на прочность. Нагрузка на колонну зависит от множества факторов, в частности от района строительства. Например, снеговая нагрузка на кровлю в Санкт-Петербурге составляет 180 кг/м², а в Ростове-на-Дону - 80 кг/м². С учетом веса самой кровли 50-75 кг/м² нагрузка на колонну от кровли для Пушкина Ленинградской области может составить:
N с кровли = (180·1,25 +75)·5·8/4 = 3000 кг или 3 тонны
Так как действующие нагрузки от материала перекрытия и от людей, восседающих на террасе, мебели и др. пока не известны, но железобетонная плита точно не планируется, а предполагается, что перекрытие будет деревянным, из отдельно лежащих обрезных досок, то для расчетов нагрузки от террасы можно принять равномерно распределенную нагрузку 600 кг/м², тогда сосредоточенная сила от террасы, действующая на центральную колонну, составит:
N с террасы = 600·5·8/4 = 6000 кг или 6 тонн
Собственный вес колонн длиной 3 м будет составлять:
N с колонны = 1500·3·0,38·0,38 = 649,8 кг или 0,65 тонн
Таким образом суммарная нагрузка на среднюю нижнюю колонну в сечении колонны возле фундамента составит:
N с об = 3000 + 6000 + 2·650 = 10300 кг или 10,3 тонн
Однако в данном случае можно учесть, что существует не очень большая вероятность того, что временная нагрузка от снега, максимальная в зимнее время, и временная нагрузка на перекрытие, максимальная в летнее время, будут приложены одновременно. Т.е. сумму этих нагрузок можно умножить на коэффициент вероятности 0,9, тогда:
N с об = (3000 + 6000)·0.9 + 2·650 = 9400 кг или 9,4 тонн
Расчетная нагрузка на крайние колонны будет почти в два раза меньше:
N кр = 1500 + 3000 + 1300 = 5800 кг или 5,8 тонн
2. Определение прочности кирпичной кладки.
Марка кирпича М75 означает, что кирпич должен выдерживать нагрузку 75 кгс/см², однако прочность кирпича и прочность кирпичной кладки - разные вещи. Понять это поможет следующая таблица:
Таблица 1 . Расчетные сопротивления сжатию для кирпичной кладки
Но и это еще не все. Все тот же СНиП II-22-81 (1995) п.3.11 а) рекомендует при площади столбов и простенков менее 0.3 м² умножать значение расчетного сопротивления на коэффициент условий работы γ с =0,8 . А так как площадь сечения нашей колонны составляет 0,25х0,25 = 0,0625 м², то придется этой рекомендацией воспользоваться. Как видим, для кирпича марки М75 даже при использовании кладочного раствора М100 прочность кладки не будет превышать 15 кгс/см². В итоге расчетное сопротивление для нашей колонны составит 15·0,8 = 12 кг/см², тогда максимальное сжимающее напряжение составит:
10300/625 = 16,48 кг/см² > R = 12 кгс/см²
Таким образом для обеспечения необходимой прочности колонны нужно или использовать кирпич большей прочности, например М150 (расчетное сопротивление сжатию при марке раствора М100 составит 22·0,8 = 17,6 кг/см²) или увеличивать сечение колонны или использовать поперечное армирование кладки. Пока остановимся на использовании более прочного лицевого кирпича.
3. Определение устойчивости кирпичной колонны.
Прочность кирпичной кладки и устойчивость кирпичной колонны - это тоже разные вещи и все тот же СНиП II-22-81 (1995) рекомендует определять устойчивость кирпичной колонны по следующей формуле :
N ≤ m g φRF (1.1)
m g - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки. В данном случае нам, условно говоря, повезло, так как при высоте сечения h ≤ 30 см, значение данного коэффициента можно принимать равным 1.
φ - коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости колонны λ . Чтобы определить этот коэффициент, нужно знать расчетную длину колонны l o , а она далеко не всегда совпадает с высотой колонны. Тонкости определения расчетной длины конструкции здесь не изложены, лишь отметим, что согласно СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: "Расчетные высоты стен и столбов l o при определении коэффициентов продольного изгиба φ в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:
а) при неподвижных шарнирных опорах l o = Н ;
б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l o = 1,5H , для многопролетных зданий l o = 1,25H ;
в) для свободно стоящих конструкций l o = 2Н ;
г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями — с учетом фактической степени защемления, но не менее l o = 0,8Н , где Н — расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету."
На первый взгляд, нашу расчетную схему можно рассматривать, как удовлетворяющую условиям пункта б). т.е можно принимать l o = 1,25H = 1,25·3 = 3,75 метра или 375 см . Однако уверенно использовать это значение мы можем лишь в том случае, когда нижняя опора действительно жесткая. Если кирпичная колонна будет выкладываться на слой гидроизоляции из рубероида, уложенный на фундамент, то такую опору скорее следует рассматривать как шарнирную, а не жестко защемленную. И в этом случае наша конструкция в плоскости, параллельной плоскости стены, является геометрически изменяемой, так как конструкция перекрытия (отдельно лежащие доски) не обеспечивает достаточную жесткость в указанной плоскости. Из подобной ситуации возможны 4 выхода:
1. Применить принципиально другую конструктивную схему , например - металлические колонны, жестко заделанные в фундамент, к которым будут привариваться ригеля перекрытия, затем из эстетических соображений металлические колонны можно обложить лицевым кирпичом любой марки, так как всю нагрузку будет нести металл. В этом случае, правда нужно рассчитывать металлические колонны, но расчетную длину можно принимать l o = 1,25H .
2. Сделать другое перекрытие , например из листовых материалов, что позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, в этом случае l o = H .
3. Сделать диафрагму жесткости в плоскости, параллельной плоскости стены. Например по краям выложить не колонны, а скорее простенки. Это также позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, но в этом случае необходимо дополнительно рассчитывать диафрагму жесткости.
4. Не обращать внимания на вышеприведенные варианты и рассчитывать колонны, как отдельно стоящие с жесткой нижней опорой, т.е l o = 2Н . В конце концов древние греки ставили свои колонны (правда, не из кирпича) без каких-либо знаний о сопротивлении материалов, без использования металлических анкеров, да и столь тщательно выписанных строительных норм и правил в те времена не было, тем не менее некоторые колонны стоят и по сей день.
Теперь, зная расчетную длину колонны, можно определить коэффициент гибкости:
λ h = l o / h (1.2) или
λ i = l o (1.3)
h - высота или ширина сечения колонны, а i - радиус инерции.
Определить радиус инерции в принципе не сложно, нужно разделить момент инерции сечения на площадь сечения, а затем из результата извлечь квадратный корень, однако в данном случае в этом нет большой необходимости. Таким образом λ h = 2·300/25 = 24 .
Теперь, зная значение коэффициента гибкости, можно наконец-то определить коэффициент продольного изгиба по таблице:
Таблица 2
. Коэффициенты продольного изгиба для каменных и армокаменных конструкций
(согласно СНиП II-22-81 (1995))
При этом упругая характеристика кладки α определяется по таблице:
Таблица 3 . Упругая характеристика кладки α (согласно СНиП II-22-81 (1995))
В итоге значение коэффициента продольного изгиба составит около 0,6 (при значении упругой характеристики α = 1200, согласно п.6). Тогда предельная нагрузка на центральную колонну составит:
N р = m g φγ с RF = 1·0,6·0,8·22·625 = 6600 кг < N с об = 9400 кг
Это означает, что принятого сечения 25х25 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны недостаточно. Для увеличения устойчивости наиболее оптимальным будет увеличение сечения колонны. Например, если выкладывать колонну с пустотой внутри в полтора кирпича, размерами 0,38х0,38 м, то таким образом не только увеличится площадь сечения колонны до 0,13 м² или 1300 см², но увеличится и радиус инерции колонны до i = 11,45 см . Тогда λ i = 600/11,45 = 52,4 , а значение коэффициента φ = 0,8 . В этом случае предельная нагрузка на центральную колонну составит:
N р = m g φγ с RF = 1·0,8·0,8·22·1300 = 18304 кг > N с об = 9400 кг
Это означает, что сечения 38х38 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны хватает с запасом и даже можно уменьшить марку кирпича. Например, при первоначально принятой марке М75 предельная нагрузка составит:
N р = m g φγ с RF = 1·0,8·0,8·12·1300 = 9984 кг > N с об = 9400 кг
Вроде бы все, но желательно учесть еще одну деталь. Фундамент в этом случае лучше делать ленточным (единым для всех трех колонн), а не столбчатым (отдельно для каждой колонны), в противном случае даже небольшие просадки фундамента приведут к дополнительным напряжениям в теле колонны и это может привести к разрушению. С учетом всего вышеизложенного наиболее оптимальным будет сечение колонн 0,51х0,51 м, да и с эстетической точки зрения такое сечение является оптимальным. Площадь сечения таких колонн составит 2601 см².
Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость
при внецентренном сжатии
Крайние колонны в проектируемом доме не будут центрально сжатыми, так как на них будут опираться ригеля только с одной стороны. И даже если ригеля будут укладываться на всю колонну, то все равно из-за прогиба ригелей нагрузка от перекрытия и кровли будет передаваться крайним колоннам не по центру сечения колонны. В каком именно месте будет передаваться равнодействующая этой нагрузки, зависит от угла наклона ригелей на опорах, модулей упругости ригелей и колонн и ряда других факторов. Это смещение называется эксцентриситетом приложения нагрузки е о. В данном случае нас интересует наиболее неблагоприятное сочетание факторов, при котором нагрузка от перекрытия на колонны будет передаваться максимально близко к краю колонны. Это означает, что на колонны кроме самой нагрузки будет также действовать изгибающий момент, равный M = Ne о , и этот момент нужно учесть при расчетах. В общем случае проверку на устойчивость можно выполнять по следующей формуле:
N = φRF - MF/W (2.1)
W - момент сопротивления сечения. В данном случае нагрузку для нижних крайних колонн от кровли можно условно считать центрально приложенной, а эксцентриситет будет создавать только нагрузка от перекрытия. При эксцентриситете 20 см
N р = φRF - MF/W = 1·0,8·0,8·12·2601 - 3000·20·2601 · 6/51 3 = 19975,68 - 7058,82 = 12916,9 кг > N кр = 5800 кг
Таким образом даже при очень большом эксцентриситете приложения нагрузки у нас имеется более чем двукратный запас по прочности.
Примечание: СНиП II-22-81 (1995) "Каменные и армокаменные конструкции" рекомендует использовать другую методику расчета сечения, учитывающую особенности каменных конструкций, однако результат при этом будет приблизительно таким же, поэтому методика расчета, рекомендуемая СНиПом здесь не приводится.
Сделать надежное и относительно недорогое ограждение для участка можно при помощи комбинированного забора — столбы делают из кирпича, а заполнение (пролеты) и любого легкого материала — древесины, профлиста, кованных оград. Вид получается солидный, а затраты многом меньше, чем на «чисто» кирпичный забор. Причем кладка столбов дело не самое сложное, зато выгодное. Мастера еще два года назад просили от 2000 рублей за столб, а сегодня цены поднялись уже более чем в два раза. Сложить кирпичные столбики для забора своими руками можно и без навыков каменщика. Важно соблюдать технологию и все получится.
Фундамент для забора с кирпичными столбами
Выбор типа фундамента под кирпичные столбы зависит от того, из какого материала будет заполнение а также от типа грунтов. Если пролет забора будет из легкого материала (профнастила, древесины), можно делать свайный фундамент под каждый столб. Глубина, на которую надо сваю забивать/закручивать, зависит от типа грунтов и высоты грунтовых вод. Если грунты склонны к зимнему пучению (глина или суглинки) с высоко расположенными подземными водами, закапываться надо на 15-20 см ниже глубины промерзания грунта. На хорошо дренажируемых грунтах (пески и супеси) достаточно закопаться на 80 см.
Свайный фундамент под кирпичный столб делают по стандартной технологии:
- бурят ямку нужной глубины (диаметр 25-35 см);
- на дно засыпают ведро-два щебня;
- уплотняют;
- ставят трубу, вокруг которой впоследствии будут вести кладку столба (на пучинистых грунтах к закапываемой части часто приваривают несколько отрезков металлических прутков, лент, уголков -для большей устойчивости);
- труба выставляется строго вертикально, фиксируется;
- для пучинистых грунтов, если к трубе не приварили металлические куски, можно в лунку воткнуть несколько арматурных прутков, для очень сложных грунтов можно связать каркас;
- заливается бетон высокой марки — М300 или выше (про марки и состав читайте ).
Длина труб складывается из двух величин: из той части, что замуровывается в бетон и той, что будет торчать сверху. Причем верхний участок трубы совсем не обязательно в данном случае должен быть до самого верха столба. Он может быть на 40-50 см короче. Исключение — столбы, на которые будут навешиваться ворота и/или калитка. Тут внутреннее армирование должно быть практически до самого верха.
Если забор планируется полностью кирпичным или в регионе большие ветровые нагрузки, скорее всего, вам необходимо будет делать полноценный ленточный фундамент. Еще вариант — сваи, связанные мелкозаглубленной лентой.
Конструкция забора с кирпичными столбами на монолитном железобетонном фундаменте
Раствор и кирпич для столбиков
Раствор делают цементно-песчаный с пропорцией 1:5 (или 1:6). Песок лучше брать мелкой фракции, цемент высокой марки — не ниже М400. Для пластичности можно добавить немного жидкого мыла для рук или моющего средства для посуды (20-30 гр. на стандартный замес — 1 ведро).
Важно при составлении раствора получить нужную текучесть. Он не должен быть сухим, но и с жидким работать неудобно, потому воду добавляют постепенно, следя за консистенцией раствора. Нужное состояние можно проконтролировать следующим образом: выкладываете на какую-то поверхность некоторое количество раствора, кельмой на нем наносите крест. Потом берете отмеченный участок на кельму и следите за крестом: он не должен «плыть».
Можно при желании получить черный раствор: добавить в него сажи. Она продается в строительных магазинах мешками. Добавляете небольшую порцию сажи и получаете декоративные швы без покраски.
Кирпич для столбов используют любой, только обратите внимание на количество циклов разморозки-заморозки (чем больше, тем лучше) и на геометрию. В идеале отклонения в размерах не должны быть больше пары миллиметров. Тогда работать вам будет просто. Если партия попалась разнокалиберная — внимательно отсортируйте по размерам, чтобы в одном столбе кирпичи имели минимальное расхождение.
Кладка заборных столбов: технологии
В большинстве случаев столбы для забора делают в 1,5 или 2 кирпича, сечение 380*380 мм и 510*510 мм соответственно, высота — до 3-х метров.
Кладку ведут с перевязкой (смещением) — шов нижнего ряда перекрывается «телом» кирпича, лежащего сверху. Шов стандартный — 8-10 мм. Схема кладки столбиков в полтора и два кирпича на фото ниже.
Кладка столбов: порядок работы
На готовый фундамент расстилают отсечную гидроизоляцию. Это может быть рубероид в два слоя, но лучше гидроизол на битумной мастике. Этот слой необходим, чтобы кирпич не «тянул» влагу из грунта. Если влажный кирпич замерзает, он быстро начинает трескаться и крошиться. Потому гидроизоляция необходима. Рулонную гидроизоляцию можно заменить — два раза промазать фундамент битумной мастикой, а на участках с высоко влажностью лучше сделать двойную гидроизоляцию — промазать мастикой, а потом настелить еще и «Гидроизол».
По размерам столба на гидроизоляцию наносится раствор слоем чуть больше 1 см. На него, согласно схемы, укладываются кирпичи. Их выравнивают в вертикальной и горизонтальной плоскостях, постукивая специальным резиновым молотком. Мастера могут использовать ручку кельмы, но, в таком случае, с плоскости кельмы могут слетать остатки раствора, пачкая руки и кирпич, а он от цемента оттирается плохо.
Керамический кирпич очень быстро впитывает влагу, потому чуть замешкавшись, вам будет сложно «посадить» его на место. Чтобы раствор дольше сохранял пластичность, кирпич перед укладкой на несколько секунд окунают в воду. Этот же маневр позволяет легче вытирать раствор с поверхности (его снимают сразу,сухой тряпкой).
Второй ряд кладут также: на кирпичи расстилается раствор, на него выставляют кирпичи, но уже с перевязкой — развернув так, чтобы шов был перекрыт. Снова выравнивают. Затем берут рулетку и проверяют размеры уложенных рядов. Устраняется даже небольшое смещение в 1-2 мм. Постукивают по торцу кирпича (называется «тычок»), сдвигая кирпичи ближе. Затем, если боковые грани не промазывались, заполняют вертикальные швы. Все последующие ряды кладутся аналогично.
Если между внутренней трубой армирования и кирпичной кладкой есть пустота, ее заполняют. Если расстояние небольшое, можно использовать кладочный раствор, если пустота значительная, для экономии пространство можно засыпать щебнем, утрамбовать, затем пролить жидким цементно-песчаным раствором.
Кладка под пруток
Описанная выше кладка столбов давно проверена, но новичкам, при самостоятельном изготовлении, тяжело выдерживать ровный шов. Еще проблема — раствор вылезает из шва, пачкая поверхность. Получается не очень красиво. Для облегчения работы придумали кладку под пруток. Берут квадратный металлический пруток со стороной 8-10 мм, нарезают его не куски, на 10-15 см длиннее размеров столба.
Уложив первый ряд, на него по краю кирпича выкладывают пруток. Заполняют площадку раствором с небольшим запасом, причем ближе к трубе слой делают больше. Затем, ведя кельмой по прутку, снимают излишек, очищая пруток от раствора. Но при этом уклон раствора сохраняется. Ставят кирпич, выравнивают его по уровню. При этом сильно осесть ему не дает пруток, а положение другого конца контролируем уровнем.
Затем берут короткий отрезок прутка около 10 см (для вертикального шва), ставят его вдоль тычка, кельмой наносят раствор на боковую часть уложенного кирпича, также снимая излишки по прутку. Ставится и выравнивается второй кирпич. После того, как уровень выставлен, шов прижимается сверху кельмой, а вертикальный пруток вынимается.
Так выкладываются все кирпичи в ряду. Затем прутки вынимают, приступают к следующему ряду. Эта технология кладки столбов из кирпича позволяет контролировать швы и делать их аккуратными. Так сложить столб своими руками может даже начинающий каменщик-любитель. Важно только в процессе контролировать параметры каждого ряда (чтобы столб в сечении был одного размера).
Видео-уроки
Более сложный вариант кирпичного столба — закрученный винтом
Особенности работы с керамическим кирпичом
Возможные проблемы и их решение
Основные проблемы, которые могут возникнуть при кладке столбов своими руками — это изменение размеров и «скручивание». Оба дефекта возникают из-за недостаточного контроля.
При кладке столбов своими руками, часто верхние ряды становятся значительно шире, чем нижние. Это происходит постепенно, добавляется миллиметр или даже меньше, но почти в каждом ряду. В результате, на высоте 2 м ширина столба 400 мм и даже больше. Это вместо вместо 380 мм. Исправление этой ошибки — контроль размера каждого ряда.
Контролировать размеры столба только строительным уровнем недостаточно. В основном используется бытовой инструмент (желтого цвета), а у него достаточно большая погрешностью И если уровень имеет длину 60-80 см, незначительные отклонения по вертикали вы просто не увидите. Потому дополнительно используют рулетку — перемеряя каждый ряд. Чтобы уменьшить время, которое уходит на контроль, можно сделать по размеру столба шаблон (например, из ровных планок) которым проверять наличие отклонений.
Кладка столбов для забора ведется вокруг металлической армирующей трубы, вертикальность проверяется после укладки каждого ряда
Самостоятельная кладка столбов без опыта подобной работы может привести к еще одной ошибке: грани столба могут смещаться, столб при это как бы скручивается вокруг своей оси. Этот недостаток намного более неприятен: попробуйте к таким столбам пристроить пролеты. Проблем будет много. Потому при кладке каждого ряда, надо строго следить за тем чтобы углы располагались строго один над другим.
Облегчить задачу можно при помощи двух уголков, прикрученных к противоположным углам. Их временно крепят к нижним рядам (болтами или саморезами в шов) а потом используют как ориентир, ставя кирпичи строго в уголок.
Закладные элементы и крепление ворот
При кладке кирпичных столбов надо продумать, как вы будете крепить к ним пролет. Чтобы была возможность закрепить горизонтальные направляющие для заполнения забора, к трубам, находящимся в середине столба, предварительно приваривают закладные. Это могут быть уголки, шпильки, «ушки» для крепления деревянных планок и т.п. Приваривают их на одной высоте, чтобы прикрепленные поперечины были строго горизонтальны.
Один из вариантов подходит для крепления профнастила, штакетника
Варианты закладных могут быть разными. Кто-то делает из уголка, кому-то достаточно шпилек. Все зависит от типа наполнения забора (из чего будут сделаны пролеты) или массы .
Под ворота или калитки требуется не менее трех металлических частей с толщиной металла не менее 3 мм (лучше 4 мм или даже больше).
Делаем колпак на кирпичный столб
Чтобы защитить кирпич от влаги, верхушку столба закрывают колпаком. Они продаются в большом количестве, есть металлические, бетонные или композитные. При желании колпак на столб из кровельного железа можно сделать своими руками. Ниже приведена схема. Вам остается только подставить размеры, а затем согнуть на по намеченным линиям. Скрепляют изделие специальными заклепками, но можно будет использовать и саморезы. Только надо будет предварительно просверлить отверстия, промазать их антиржавчиной, потом покрасить.
Фото-идеи заборов с кирпичными столбами
Самый популярный вариант — забор из профнастила с кирпичными столбами
Рваный камень и штакетник — комбинированный забор
Элементами внутреннего каркаса малоэтажных домов с несущими наружными кирпичными стенами могут служить железобетонные колонны и кирпичные столбы. Кирпичные столбы выкладывают из отборного полнотелого кирпича на растворе высоких марок . Минимальное сечение несущего кирпичного столба (Рис.1, а ) принимают 510 х 380 мм .
При незначительных нагрузках и высоте столбы могут иметь сечение 380 х 380 мм . Для увеличения несущей способности кирпичных столбов и при высоте их 5 м и более кладку целесообразно армировать . В каждом этаже по столбам укладывают на уровне перекрытий прогоны - обычно сборные железобетонные прямоугольные или таврового сечения. Для равномерного распределения давления от прогонов на кладку столба под их концы укладывают железобетонные плиты (Рис. 2, б)
Кладка кирпичных столбов
Кирпичные столбы имеют квадратную и прямоугольную форму. Их кладку ведут по трехрядной системе перевязки (Рис. 2 ), соблюдая перевязку швов, так как многорядная система перевязки не обеспечивает монолитности и требуемой прочности столбов, а однорядная очень трудоемка.
Простенки
Простенки шириной до 1 м выкладывают по трехрядной системе перевязки (Рис. 3 ), а шириной более 1 м (4 кирпичей) можно выкладывать и по многорядной системе. При трехрядной системе перевязки для образования в простенках четвертей (выступов из кирпича в сторону проема) в первом тычковом ряду укладывают четвертки, а в ложковых рядах - половинки.
В откосах дверных и оконных проемов закладывают деревянные просмоленные пробки, равные размерам кирпича, для крепления оконных и дверных блоков, которые располагают на 0,3 м от низа и верха проема в плоскости откоса.
Во время работы по возведению стен необходимо следить, чтобы горизонтальные и вертикальные швы были хорошо (полностью) заполнены раствором. Нельзя допускать пустошовки в вертикальных швах в теле кладки, что ослабляет ее, снижает долговечность. По ходу кладки регулярно проверяют перевязку и швы кладки, вертикальность, горизонтальность и прямолинейность поверхностей и углов, их качество (рисунок и расшивку швов, подбор кирпича для наружной версты неоштукатуриваемой кладки с ровными кромками и углами).
Кладка углов
Правильность закладки углов здания (Рис.4 ) контролируют деревянным угольником, горизонтальность рядов стены - правилом и уровнем не реже двух раз на каждом ярусе кладки (1-1,2 м). Для этого правило кладут на кладку, ставят на него уровень и, выравнивая его по горизонтали, определяют отклонение кладки от горизонтали. Если она не превышает установленного допуска, отклонение устраняют при кладке последующих рядов.
Вертикальность поверхностей стен и углов кладки проверяют уровнем и отвесом не реже двух раз на каждом ярусе кладки (1-1,2 м, при этом этаж дома делят на целое число ярусов). Отклонения, не превышающие допускаемые, исправляют при последующей кладке яруса или этажа дома.
Периодически проверяют толщину швов. Для этого измеряют пять-шесть рядов кладки и определяют среднюю толщину шва; например, если при замере пяти радов кладки стены ее высота оказалась 385 мм
, то средняя высота одного ряда кладки будет 385: 5 = 77 мм
, а средняя толщина шва за вычетом толщины кирпича составит 77 - 65 = 12 мм
. Допускаемые отклонения в размерах стен указаны в табл. 1.
| Проверяемые конструкции (детали) | Предельные отклонения, мм | Контроль (метод) | |
| стен | столбов | ||
| из кирпича, керамических и природных камней правильной формы, из крупных блоков | |||
| Толщина конструкций | +/- 15 | +/- 10 | Измерительный |
| Отметки опорных поверхностей | - 10 | - 10 | То же |
| - 15 | --- | То же | |
| Ширина проемов | + 15 | --- | То же |
| Смещение вертикальных осей оконных проемов от вертикали | 20 | --- | То же |
| Смещение осей конструкций от разбивочных осей | 10 | 10 | То же |
| Отклонение поверхностей и углов кладки от вертикали: на один этаж |
10 | 10 | То же |
| Толщина швов кладки горизонтальных | - 2; + 3 | - 2; + 3 | То же |
| Толщина швов кладки вертикальных | - 2; + 2 | 2; + 2 | То же |
| Отклонение рядов кладки от горизонтали на 10 м длины стены | 15 | --- | Технический осмотр |
| Неровности на вертикальной поверхности кладки, обнаруженые при накладывании рейки длиной 2 м | 10 | 5 | Технический осмотр |
| Размеры сечения вентиляционных каналов | +/- 5 | --- | Измерительный |
