В книге изложены методы расчета каменных конструкций промышленных и гражданских зданий по предельным состояниям применительно к Строительным нормам и правилам, введенным в действие с 1 января 1955 г., и по разрушающим нагрузкам. Даны конструктивные решения основных элементов каменных конструкций. Приведены основные данные о строительных материалах, применяемых для каменной кладки. Книга рассчитана на инженеров-проектировщиков, а также может служить пособием для инженеров-производственников в их практической работе.

Предисловие

Глава I. Материалы для каменных конструкций
§ 1. Камни
1. Общие замечания
2. Кирпич
3. Пустотелые керамические камни
4. Бетонные камни
5. Естественные камни
6. Облицовочные материалы
§ 2. Растворы
1. Виды растворов и область их применения
2. Подбор состава растворов с пластификатором из извести и глины
3. Растворы со специальными добавками-пластификаторами

Глава II. Расчет сечения каменных и армокаменных конструкций
§ 3. Общие сведения
1. Строение каменной кладки
2. Расчет сечений по разрушающим нагрузкам
3. Расчет сечений по предельным состояниям
4. Нагрузки и их сочетания
§ 4. Расчет неармированных элементов по разрушающим нагрузкам
1. Осевое сжатие
2. Внецентренное сжатие
3. Растяжение, срез и изгиб
4. Местное сжатие (смятие)
5. Расчет многослойных стен
§ 5. Расчет неармированных элементов по расчетным предельным состояниям
1. Расчет по первому предельному состоянию (прочности и устойчивости)
2. Расчет по второму предельному состоянию (деформациям)
3. Расчет по третьему предельному состоянию (раскрытию трещин)
4. Примеры расчета
§ 6. Расчет и конструирование армированных каменных и комплексных конструкций
1. Поперечное (косвенное) армирование
2. Продольное армирование
3. Комплексные конструкции
§ 7. Усиление кладки обоймами

Глава III. Общие принципы проектирования каменных конструкций
§ 8. Классификация зданий по их капитальности
§ 9. Применение единой модульной системы (ЕМС) при проектировании каменных зданий
§ 10. Расчетные схемы зданий и основные конструктивные ограничения
§ 11. Деформационные швы
§ 12. Основные принципы конструктивных решений зданий и их элементов

Глава IV. Стены, столбы и фундаменты зданий
§ 13. Конструкции стен
1. Классификация стен и область их применения
2. Сплошные стены из легких и тяжелых каменных материалов
3. Стены из облегченных кладок
4. Стены с облицовкой
5. Стены из крупных блоков
6. Несущие стены многоэтажных зданий
7. Стены промышленных зданий
§ 14. Столбы
1. Столбы многоэтажных зданий с жесткой конструктивной схемой
2. Столбы одноэтажных зданий с упругой конструктивной схемой
§ 15. Расчет стен и столбов
1. Определение усилий в стенах и столбах зданий с жесткой конструктивной схемой
2. Расчет стен подвалов
3. Определение усилий в стенах и столбах зданий с упругой конструктивной схемой
4. Расчет анкеров
5. Расчет карнизных участков стен по методу разрушающих нагрузок
§ 16. Фундаменты

Глава V. Перемычки, распределительные устройства, висячие стены
§ 17. Перемычки
1. Конструктивные указания
2. Расчет перемычек
§ 18. Распределительные устройства
1. Определение напряжений вблизи точек приложения сосредоточенных сил
2. Расчет распределительных балок и плит
§ 19. Висячие стены
1. Общие замечания
2. Определение усилий и напряжений в зоне промежуточных опор
3. Определение усилий и напряжений в зоне крайних опор
4. Примеры расчета висячих стен

Глава VI. Перекрытия и покрытия
§ 20. Плоские перекрытия
1. Виды перекрытий
2. Перекрытия из пустотелых керамических камней
3. Перекрытия из пустотелых бетонных камней
4. Расчет плоских перекрытий
§ 21. Покрытия с тонкостенными сводами
1. Своды двоякой кривизны
2. Цилиндрические своды

Литература

Предисловие

Естественные камни наряду с деревом были первыми строительными материалами, из которых еще тысячелетия тому назад возводились грандиозные сооружения.

Яркими примерами высокого искусства русских зодчих являются многочисленные соборы и кремли, возведенные из естественного камня и из кирпича. Старинные памятники отечественной архитектуры поражают не только глубиной художественного замысла, но и зрелостью инженерных решений.

Большое значение для развития теории расчета и проектирования каменных конструкций имели труды выдающихся русских исследователей середины XIX — начала XX вв. проф. Н.А. Белелюбского, инж. А.М. Сально, инж. П. Сальмановича, проф. Ф.С. Ясинского, проф. Л.Д. Проскурякова, проф. Н.К. Лахтина и др. В 1829 г. талантливый русский инженер А.И. Герард впервые предложил конструкцию облегченной каменной кладки, которая явилась основой для многочисленных разновидностей такой кладки, появившихся в последующее время.

Однако особенно велики достижения отечественной науки в области каменных конструкций после Великой Октябрьской социалистической революции. Коренные изменения произошли в методах производства каменных работ, в результате чего процессы, выполнявшиеся вручную, заменены механизированными (приготовление растворов, подъем и транспортирование материалов, монтаж каменных конструкций из крупных блоков и т. д.).

С целью максимального упрощения каменных работ при условии сохранения всех положительных качеств кладки были разработаны и внедрены новые системы перевязки. Старая цепная перевязка кладки была постепенно вытеснена шестирядной системой; разработана рациональная перевязка кладки узких простенков и столбов (проф. Л.И. Онищиком).

В годы первых пятилеток по инициативе новаторов и передовиков строительного производства организация труда каменщиков была перестроена по принципу дифференциации выполнения отдельных процессов каменщиками соответствующих квалификаций. Применение усовершенствованных инструментов и приспособлений, инвентарных лесов и подмостей, тщательная разработка организации всех этапов строительства при максимальной механизации производства работ позволили намного (в среднем в два-три раза) увеличить производительность труда каменщиков по сравнению с нормами дореволюционной России. Достижения лауреатов Сталинской премии Ф.И. Мальцева, П.С. Орлова, И.П. Ширкова, С.С. Максименко, Ф.Д. Шавлюгина и многих других получили широкую известность, и их опыт внедряется на наших многочисленных стройках.

Большое развитие получили кладки из таких эффективных материалов, как легкие и пустотелые бетонные камки, дырчатый кирпич, пустотелая керамика и крупные блоки.

Среди наиболее распространенных рациональных систем каменных кладок, предложенных нашими изобретателями, следует назвать конструкции стен лауреатов Сталинской премии Н.С. Попова, H.М. Орлянкина и Р.Н. Поповой, арх. С.А. Власова и др.; большой интерес представляют конструкции стен с воздушными прослойками и тонкие стены с эффективным утеплителем на относе (предложенные проф. Л.И. Онищиком, канд. техн. наук К.Н. Карташевым, лауреатами Сталинской премии кандидатами техн. наук С.А. Семенцовым и H.М. Куреком и др.). Все указанные конструкции проверены в лабораторных и производственных условиях и большинство из них внедрено в строительную практику; они показали достаточную надежность и высокую экономичность (объем кладки при прочих равных условиях уменьшается до 3,5 раза, соответственно снижаются транспортные и другие расходы).

Расширение области использования каменных конструкций потребовало во многих случаях повышения несущей способности кладки, что в настоящее время достигается армированием ее: косвенным (предложенным проф. В.П. Некрасовым) и продольным. Комплексные конструкции, состоящие из железобетонных и каменных элементов (предложение проф. В.П. Некрасова и проф. П.Л. Пастернака), допускают возможность дальнейшего повышения несущей способности каменной кладки.

Нашей науке принадлежит ведущее место в области каменного строительства в зимнее время. Трудами отечественных специалистов и научных работников (лауреатов Сталинской премии д-ра техн. наук С.А. Миронова, инж. В.И. Овсянкина, кандидатов техн. наук И.Г. Совалова, В.Н. Сизова, А.А. Шишкина и др.) практически доказана возможность возведения каменной кладки в зимних условиях и подробно разработаны различные методы такой кладки (метод замораживания, электро- и паропрогрева, введение в раствор добавок, понижающих температуру замерзания, и т. п.). Кроме того, разработаны методы штукатурки каменных зданий при отрицательных температурах (предложение инж. H. Н. Березина). Все это позволяет ликвидировать сезонность каменного строительства и делает его независимым от климата района строительства и времени года.

Опыт отечественного строительства в последние годы показал полную возможность применения кладки для таких основных элементов, как несущие стены и столбы зданий значительной высоты и с крановыми нагрузками; для перекрытий и покрытий в виде тонких каменных сводов (предложение канд. техн. наук А. И. Рабиновича) и ряд других.

Наглядными примерами больших достижений в области применения каменных конструкций для несущих элементов являются построенные у нас многоэтажные жилые и общественные здания высотой до 14 этажей с несущими стенами и столбами [В 1952—1953 гг. в Москве по проекту инж. Г.Н. Львова впервые построен 16-этажный жилой дом с несущими каменными стенами.], строительство зданий (в том числе и многоэтажных) из крупных блоков, особенно успешно развивающееся в последние годы, кладка стен и столбов промышленных зданий с кранами грузоподъемностью до 30 г, возведение кирпичных дымовых труб высотой до 150 м, возведение армокирпичных силосов зерновых элеваторов, эффективное применение каменной кладки в несущих элементах мостов, особенно при пролетах до 40 м.

Успехам в развитии каменных конструкций в СССР во многом способствовали методы расчета и проектирования этих конструкций, созданные советскими учеными и инженерами. За последние 20 лет в ЦНИПС, Академии архитектуры СССР, научно-исследовательских институтах союзных республик, ВНИОМС, Гипротис, Промстройпроекте и других научно-исследовательских и проектных организациях проведено большое количество новых экспериментальных и теоретических исследований, посвященных изучению прочности, долговечности, теплотехнических свойств, экономичности каменных конструкций и способов их возведения. Основные из этих работ выполнены сотрудниками лаборатории каменных конструкций ЦНИПС под руководством чл.-корр. Академии архитектуры СССР д-ра техн. наук. проф. Л.И. Онищика.

Ими была доказана несостоятельность расчета каменных кладок по допускаемым напряжениям и обоснован метод расчета их (как и железобетонных конструкций) по разрушающим нагрузкам. Этот метод впервые регламентирован «Указаниями по проектированию и применению каменных конструкций в условиях военного времени» (У 57-43/Наркомстрой).

Предложенный проф. Л.И. Онищиком метод расчета зданий с жесткой конструктивной схемой, — когда стена многоэтажного здания рассматривается как многопролетная балка, — оказался, как подтвердила более чем десятилетняя практика, достаточно надежным для расчета сооружений; применение этого метода существенно снижает толщину несущих стен многоэтажных зданий.

Дальнейшее развитие советской строительной науки и работа Комиссии по унификации методов расчета строительных конструкций привели к созданию в СССР теории расчета по предельным состояниям.

[Обращаясь к современному состоянию методов расчетов за границей, заметим, что теория расчета стен и столбов там недалеко ушла от эмпирических правил расчета сечений кладки, разработанных полтораста лет назад французским инженером Ронделе. Эти эмпирические правила, конечно, не могут учесть все многообразие работы сложных каменных сооружений. Несостоятельность эмпирических правил Ронделе подтвердилась еще при строительстве французского Пантеона, когда вследствие неучета реальных опорных условий столбов и действующих на них нагрузок произошла тяжелая авария.

Английским инженером Берри в журнале «Civil Engineering and public works review» в октябре 1944 г. помещена статья, где он, критикуя существующие английские нормы (т. е. метод Ронделе), предлагает «новую» методику расчета стен многоэтажных зданий, рассматривая их как свободно стоящие консоли, от чего у нас отказались уже в тридцатых годах. Расчет сечений каменных конструкций за рубежом производят до сих пор по «классической» теории сопротивления материалов.]

В Строительных нормах и правилах (СН и П) [Строительные нормы и правила (ÇH и П), Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1954.] этот метод применен для расчета всех видов строительных конструкций. Метод расчета конструкций по предельным состояниям является дальнейшим совершенствованием расчетов по разрушающим нагрузкам. Основные его преимущества заключаются в четкой формулировке решаемых расчетами задач и расшифровке скрытых в едином коэффициенте запаса прочности природы различных факторов, влияющих на его величину, По новому методу расчета четко формулируются предельные состояния, лимитирующие нормальную эксплуатацию конструкций (предельное состояние по прочности, по деформативности и т. п.), и обеспечиваются условия, при которых ни одно из этих предельных состояний не возникает в течение эксплуатации конструкции. Единый коэффициент запаса прочности заменен тремя независимыми коэффициентами, определяющими: возможные отклонения нагрузок от их средних (нормативных) величин (коэффициенты перегрузки), изменчивость прочностных характеристик материалов (коэффициенты однородности), а также специальные условия, при которых в некоторых случаях эксплуатируется здание или сооружение. В этом и заключается прогрессивность нового метода расчета, создающего возможность более сознательного изучения каждого из этих факторов, уточнения численных значений коэффициентов и условия для дальнейшей рационализации конструкций и экономии строительных материалов.

При составлении рукописи и разработке примеров расчетов применены оба метода: по разрушающим нагрузкам и предельным состояниям. Это поможет проектировщикам лучше освоить методику и практику расчета по СН и П. Кроме того, в книге приведены некоторые обоснования и пояснения изложенных в СН и П материалов для расчета каменных конструкций. Книга* может служить звеном для перехода от методов расчета по разрушающим нагрузкам к новому, более прогрессивному, методу по предельным состояниям.

Исключительно большие задачи должны быть решены строителями в области проектирования и возведения каменных зданий. В пятом пятилетием плане развития СССР на 1951— 1955 гг. предусмотрено снижение себестоимости строительства на 20% и резкое повышение производительности труда (до 55%). Для успешного выполнения этих задач необходимо более широкое внедрение уже освоенных эффективных каменных материалов и конструкций, а также создание новых, позволяющих, использовать индустриальные методы строительства; в частности, разработка и более широкое внедрение новых крупноразмерных строительных элементов для стен, фундаментов и перекрытий зданий, обладающих минимальным весом, достаточной прочностью при использовании главным образом местных каменных материалов.

В практику нашего проектирования должны быть внедрены, методы расчета каменных конструкций по предельным состояниям и продолжены исследования по расчету прочности и устойчивости каменных конструкций с учетом действительных условий их работы в сооружениях.

Вопросы проектирования сооружений для сейсмических районов, проектирования зданий, возводимых в зимних условиях, и тому подобные специальные проблемы настоящей книгой не охвачены.

При составлении книги авторами использован богатый опыт, накопленный советскими строителями, результаты научно-исследовательских и проектных работ лаборатории каменных конструкций ЦНИПС и других институтов и организаций.

При подготовке к изданию настоящей книги были учтены замечания ряда организаций и отдельных лиц, в том числе Научно-исследовательского института по строительству Министерства строительства (канд. техн. наук С.А. Семенцов), Московского инженерно-строительного института им. Куйбышева (проф. П.Л. Пастернак), Киевского инженерно-строительного института, Одесского гидротехнического института (доц. П.Л. Еременок), Среднеазиатского политехнического института (доц. А. Б. Ашрабов) и др.

При составлении рукописи учтены новые нормативные и инструктивные материалы в области каменных конструкций. Расчет и конструирование каменных элементов зданий приведен в, соответствие со Строительными нормами и правилами (СН и П) и Временными указаниями по проектированию каменных и армокаменных конструкций (У 57-51/МСПТИ). Из этих документов заимствованы основные нормативные расчетные и инструктивные указания.

Авторы считают своим долгом отмстить использование в книге материалов проф. д-ра техн. наук Л.И. Онищика, кандидатов техн. наук А.С. Дмитриева, В.А., Камейко, И.Т. Котова, Н.П. Максимовского, А.И. Рабиновича, С.А. Семенцова, А.А. Шишкина, инж. С.А. Власова и др.

С благодарностью авторы отмечают помощь, оказанную им канд. техн. наук С.А. Семенцовым, давшим ряд ценных советов при рецензировании рукописи, большую работу редактора инж. Л.Е. Темкина, а также работу по оформлению рукописи, выполненную Н.В. Ужвивмой и С.Д. Штанге.

Труд между авторами разделен следующим образом: главы II (§ 1—5 и 7), III и V написаны канд. техн. наук М.Я. Пильдишем; главы I, II (§ 6), IV и VI — канд. техн. наук С.В. Поляковым.