CC BY
20Материалы и конструкции
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.136
С.В. ЮЩУБЕ, канд. техн. наук, И.И. ПОДШИВАЛОВ, канд. техн. наук, А.А. ФИЛИППОВИЧ, канд. техн. наук (annaiïlich@mail.ru), Р.В. ШАЛГИНОВ, канд. техн. наук
Томский государственный архитектурно-строительный университет (634003, Томск, Соляная пл., 2)
Прочность кладки наружных стен из пустотелого керамического камня
Приведены результаты исследований, на основании которых установлены прочностные и деформативные характеристики каменной кладки двумя способами: путем испытания керамического кирпича, камня и кладочного раствора по стандартным методикам и фрагментов кладки наружных стен при статическом нагружении. Наружные стены двенадцатиэтажного жилого дома были выполнены из керамического облицовочного кирпича и пустотелого керамического камня. Полученные результаты позволили оценить прочность кладки при сжатии и установить фактический запас по несущей способности наружных несущих стен здания жилого дома.
Ключевые слова: пустотелый керамический камень, фрагмент каменной кладки, прочность кладки при сжатии, напряженно-деформированное состояние.
Для цитирования: Ющубе С.В., Подшивалов И.И., Филиппович А.А., Шалгинов Р.В. Прочность кладки наружных стен из пустотелого керамического камня // Жилищное строительство. 2018. № 1-2. С. 52-54.
S.V. YUSHUBE, Candidate of Sciences (Engineering), I.I. PODSHIVALOV, Candidate of Sciences (Engineering), A.A. FILIPPOVICH, Candidate of Sciences (Engineering), (annafilich@mail.ru), R.V. SHALGINOV, Candidate of Sciences (Engineering) Tomsk State University ofArchitecture and Building (2, Solynaya Square, 634003, Tomsk, Russian Federation)
Strength of Masonry of External Walls Made of Hollow Ceramic Stone
Results of the study, on basis of which, strength and deformation characteristic of masonry were established by two methods are presented: by testing the ceramic brick, stone, and masonry mortar according to standard methods and fragments of the masonry of external walls under the static loading. The external walls of the 12-storey residential building were made of ceramic facing bricks and hollow ceramic stones. The results obtained made it possible to evaluate the masonry strength under compression and to establish the real reserve of bearing capacity of external load-bearing walls of a residential building.
Keywords: hollow ceramic brick, fragment of stone masonry, masonry strength under compression, stress-strain state.
For citation: Yushube S.V., Podshivalov I.I., Filippovich A.A., Shalginov R.V. Strength of masonry of external walls made of hollow ceramic stone. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2018. No. 1-2, pp. 52-54. (In Russian).
В последние годы при возведении стен зданий используют различные современные керамические изделия, которые предоставляет завод-изготовитель. Так, при возведении стен зданий используют пустотелый керамический камень [1-2]. Применение пустотелого камня позволяет улучшить теплотехнические свойства стен, что очень актуально в условиях Сибири. Кратность размеров керамического камня позволяет сочетать его с облицовочным кирпичом. Известно, что прочность каменной кладки при сжатии зависит от многих факторов. Однако решающее значение оказывают прочность камня и раствора, его форма и размеры. В нормативной литературе отмечено, что разрушение кладки при сжатии, выполненной из многопустотных керамических камней, имеет хрупкий характер разрушения (Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций к СНиП 11-22-81). Информация по ограничению высоты стен (этажности здания) из многопустотного керамического камня не приведена. Работа такой кладки под нагрузкой практически не изучена [3-6].
В данной статье приведены результаты исследований прочностных и деформативных характеристик каменной кладки двумя способами: путем испытания отдельных образцов керамического кирпича, камня и кладочного рас-
52| -
твора (по нормативной литературе) и по испытаниям фрагментов кладки, отобранных из наружных стен двенадцатиэтажного жилого дома в Томске. Проведение таких исследований было вызвано появлением вертикальных сквозных трещин в несущих наружных и внутренних стенах здания в уровне первого этажа.
При строительстве двенадцатиэтажного жилого дома наружные стены были выполнены двухслойными из пустотелого керамического камня и облицовочного кирпича с пустотностью 42% на цементно-песчаном растворе (ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия»). В наружной версте кладки использовали облицовочный керамический кирпич размером 250x120x65 мм. Внутренняя часть стены выполнялась из пустотелого керамического камня, размер которого в плане соответствует размеру облицовочного кирпича, а высота равна двойной его высоте с одним швом между ними -140 мм. Толщина наружных стен составляла 780-790 мм. Кладка была армирована сеткой из проволоки диаметром 4 мм класса В500С с ячейкой 50x50 мм через три ряда камней. Также в горизонтальных швах кладки укладывалась технологическая пластмассовая сетка, которая препятствует попаданию раствора в пустоты керамического камня.
М-2'2018
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Materials and structures
Таблица 1
Характеристики каменной кладки по результатам испытаний ее фрагментов
Образец Прочность при сжатии R, МПа Нормативное значение прочности при сжатии Яи, МПа Начальный модуль деформаций Ео, МПа Модуль деформаций Е, МПа
№ 1 3,11 2,59 1,924-103 1,539 103
№ 2 5,07 4,22 2,896-103 2,317103
Таблица 2
Характеристики каменной кладки по СП 15.13330.2012
Вид кладки Расчетное сопротивление сжатию кладки R, Rsk, МПа Временное сопротивление (средний предел прочности) сжатию кладки Яи, ЯгМ, МПа Начальный модуль деформации Ео, МПа Модуль деформаций Е, МПа
Обычная 1,8 3,6 3,024-103 2,419-103
Армированная сетками 2,86 4,62 3,881 103 3,105103
Согласно техническому заданию из подоконной части наружных стен жилого дома отобраны два фрагмента кладки, армированные сетками (рис. 1). Параметры отобранных образцов сопоставимы с размерами элементов конструкций жилого дома (простенков, столбов) и соответствовали необходимым минимально допустимым параметрам (ГОСТ 32047-2012 «Кладка каменная. Метод испытания на сжатие»). Толщина отобранных образцов составляла: 420 мм - образец № 1; 380 мм - образец № 2. База измерения деформаций была равна по высоте и по длине образцов не менее 1/3 высоты и не менее 1/2 длины образцов соответственно. В качестве приборов, измеряющих деформации, использованы индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм.
Определены прочностные характеристики материалов кладки путем испытания на сжатие отобранных керамических камней и кирпичей (рис. 2), а также пластин цемент-но-песчаного раствора [7-8]. Установлено, что прочность пустотелых камней в теле кладки и облицовочного кирпича соответствует марке М 125, прочность раствора - М 100.
Статические испытания на действие центральной сжимающей силы подготовленных образцов фрагментов каменной кладки проведены на гидравлическом прессе ПР-1000 М. Для обеспечения равномерной передачи нагрузки на нижнюю и верхнюю плоскости фрагментов кладки использовались стальные распределительные пластины. Нагрузка на образцы прикладывалась ступенями по 80 кН. После каждого этапа нагружения поддерживалась величина на-гружения на постоянном уровне в течение шести минут для стабилизации деформаций и фиксирования показаний приборов, измеряющих деформации образца. После завершения измерений последнего этапа нагрузка увеличивалась с постоянной скоростью до разрушения образца (рис. 3).
По результатам испытаний, в зависимости от величины возникающих напряжений, в работе образцов каменной кладки были выделены четыре характерные стадии [9-12]. Первая стадия работы образцов кладки соответствовала возникновению напряжений при отсутствии трещин. Переход кладки во вторую стадию работы характеризовался появлением трещин в отдельных кирпичах. Дальнейшее увеличение нагрузки приводило к возникновению новых трещин, которые объединяясь друг с другом, расслоили кладку на отдельные вертикальные ветви, каждая из которых оказывалась в условиях внецентренного нагруже-ния, - третья стадия работы кладки. Дальнейшее развитие деформаций кладки при определенной нагрузке приводило к разрушению образцов (четвертая стадия работы кладки). При использовании жестких цементно-песчаных растворов каменная кладка оказывается достаточно хрупкой [11]. В этом случае среднее отношение продольной силы при появлении первых трещин Лсгс к разрушающей нагрузке Лр составляет 0,7-0,8.
В ходе испытания образцов № 1 и 2 первые трещины появились в отдельных элементах кладки соответственно при нагрузке 480 и 560 кН, а разрушение произошло соответственно при нагрузке 960 и 1500 кН. Так как отношение Лсгс /Лр = 0,37-0,5, швы из цементно-песчаного раствора в кладке испытанных фрагментов обладают достаточными деформационными свойствами. По нашему мнению, наличие технологической пластмассовой сетки в горизонтальных швах кладки дополнительно к своему прямому функциональному назначению - исключению попадания раствора в пустоты камней - снижает неравномерность растворной постели и сдвигающее воздействие раствора на стенки пустотного керамического камня, что и привело к повышению деформативных свойств испытанных
Рис. 1. Отбор образцов фрагментов каменной кладки из подоконной части наружных стен жилого дома
Рис. 2. Образцы керамических камней после испытания на сжатие
Рис. 3. Фрагмент каменной кладки в процессе испытания на сжатие. Образец № 2
1-22018
53
Материалы и конструкции
цн .1
Научно-технический и производственный журнал
фрагментов кладки и к увеличению уровня фактических напряжений в растворе, при котором появляются первые трещины.
Прочность при сжатии каждого образца определялась как отношение максимальной нагрузки, которую выдерживает образец, к его площади сечения. Нормативное значение прочности каменной кладки вычислялось по формуле R = R/1,2.
Модуль начальной деформации кладки Ео в испытанных образцах вычислялся как отношение значения напряжений в сечении образца к среднему значению его относительной деформации, определенному по показаниям вертикально расположенных приборов при значении нагрузки, соответствующей 1/3 разрушающей. Модуль деформации кладки принимался равным Е = 0,8-Ео. Основные результаты испытаний образцов приведены в табл. 1.
Список литературы
1. Комов В.М., Ломова Л.М., Пономарев О.И. Использование пустотелого поризованного камня и кирпича в строительстве // Строительные материалы. 1999. № 2. С. 22-23.
2. Комов B.M, Икоев О.С, Петров А.В. Поризованная керамика // Сборник: Современные направления технологии строительного производства. Вып. 4. СПб: ВИТУ, 2001. С. 82-86.
3. Деркач В.Н., Жерносек В.Н. Методы оценки прочности каменной кладки в отечественной и зарубежной практике обследования зданий и сооружений // Вестник Белорусско-российского университета. 2010. № 3 (38). С. 135-142.
4. Brinda L. Repair and Investignation Techiques for Stone Masonry Walls // Constraction and Bilding Materials. 1997. № 11, рр. 133-142.
5. Kabantsev O. Modeling Nonlinear Deformation and Destraction Masonry under Biaxial Stress. Part 2. Strenht Criteria and Numerical Expiriment // Applied Mechanics and Materials. 2015, рр. 808-819.
6. Улыбин А.В., Зубков С.В. О методах контроля прочности керамического кирпича при обследовании зданий и сооружений // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 3. С. 29-34.
7. Орлович Р.Б., Деркач В.Н. Оценка прочности кладочных растворов при обследовании каменных зданий // Инженерно-строительный журнал. 2011. № 7. С. 3-10.
8. Кабанцев О.В., Усеинов Э.С.Влияние уровня нормального сцепления на процесс пластического деформирования каменной кладки в условиях двухосного напряженного состояния // Вестник ТГАСУ. 2015. № 6. С. 78-88.
9. Нургужинов Ж.С., Копаница Д.Г., Кошарнова Ю.Е., Устинов А.М., Усеинов Э.С. Экспериментальные исследования облегченной кладки на центральное и вне-центренное нагружение // Вестник ТГАСУ. 2016. № 2. С. 107-116.
10. Копаница Д.Г., Кабанцев О.В., Усеинов Э.С. Экспериментальные исследования фрагментов кирпичной кладки на действие статической и динамической нагрузки // Вестник ТГАСУ. 2012. № 4. С. 157-178.
11. Кабанцев О.В., Тамразян А.Г. Учет изменений расчетной схемы при анализе работы конструкции // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 5. С. 15-26.
54| -
Прочностные и деформативные характеристики каменной кладки при сжатии по СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-22-81*» для камня и облицовочного кирпича М125 и раствора М100 приведены в табл. 2. Прочность камней в теле кладки и облицовочного кирпича соответствует марке М125, прочность раствора - М100. Расчетное сопротивление сжатию армированной кладки Rsk = 2,86 МПа, а модуль деформации армированной кладки Е = 3,105-103 МПа.
Сравнительный анализ полученных данных по результатам испытаний фрагментов кладки и приведенных в нормативной литературе позволяет сделать следующий вывод: прочность кладки при сжатии по результатам испытаний фрагментов в 1,1-1,8 раза больше нормативных значений, а экспериментальные значения модуля деформаций в 1,3-2 раза меньше нормативных данных.
References
1. Komov V.M., Lomova L.M., Ponomarev O.I. The use of hollow porous stone and brick in construction. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 1999. No. 2, pp. 22-23. (In Russian).
2. Komov V.M., Ikoev O.S., Petrov A.V. Porousceramics. Sbornik: Sovremennye napravleniya tekhnologii stroitel'-nogo proizvodstva. Saint Petersburg: VITU. 2001. No. 4, pp. 82-86. (In Russian).
3. Derkach V.N., Gernosek V.N. Methods of assessing the strength of masonry in domestic and international practice, inspection of buildings and structures. Vestnik Belorusko-Rossijskogo universiteta. 2010. No. 3 (38), pp. 135-142. (In Russian).
4. Brinda L. Repair and InvestignationTechiques for Stone Masonry Walls. Constraction and Bilding Materials. 1997. No. 11, pp. 133-142.
5. Kabantsev O. Modeling Nonlinear Deformation and Destraction Masonry under Biaxial Stress. Part 2. Strenht Criteria and Numerical Expiriment. Applied Mechanics and Materials. 2015, pp. 808-819.
6. Ulibin A.V., Zubkov S.V. Methods of control of strength of ceramic bricks in the inspection of buildings and structures. Inzhenerno-stroitelnyj zhurnal. 2012. No. 3, pp. 29-34. (In Russian).
7. Orlovich R.B., Derkach V.N. Estimation of masonry mortars strength during the examination of stone buildings. Inzhenerno-stroitelnyj zhurnal. 2011. No. 7, pp. 3-10. (In Russian).
8. KabancevO.V., Useinov E.S. Influence of level of normal coupling on process of plastic deformation of a stone laying in the conditions of two-axis tension. Vestnik TGASU. 2015. No. 6, pp. 78-88. (In Russian).
9. Nurguzhinov Z.S., Kopanica D.G., Kosharnova Y.E., Ustinov A.M., Useinov E.S. Pilot studies of the facilitated laying on the central and non-central loading. Vestnik TGASU. 2016. No. 2, pp. 107-116. (In Russian).
10. Kopanica D.G., Kabancev O.V., Useinov E.S. Pilot studies of fragments of a bricklaying on action of static and dynamic loading. Vestnik TGASU. 2012. No. 4, pp. 157-178. (In Russian).
11. Kabancev O.V., Tamrazyan A.G. The accounting of changes of the settlement scheme in the analysis of work of a design. Inzhenerno-stroitelnyj zhurnal. 2014. No. 5, pp. 15-26. (In Russian).
|l-2'2018
