Открытый урок "Общие сведения о каменных и армокаменных конструкций и материалах"

Преподаватель специальных строительных дисциплин Уральского колледжа газа, нефти и отраслевых технологий,
Утебаева Дарига
Куанышкалиевна

План открытого урока по дисциплине «Основы расчета строительных конструкций»

Дата: 23.04.2014 г.
Группа: КТ 121
Тема: «Общие сведения о каменных и армокаменных конструкциях».
Тип урока: урок обобщения и систематизации знаний.
Технология обучения : Технология уровневой дифференциации,
Элементы технологии проблемного обучения.
Компетенции: информационная: -Закрепить знания по каменным и армокаменным
материалам.
-Познакомить учащихся с расчетами каменных конструкций...
коммуникативная: -развитие навыков по систематизации знаний, умений.
-развивать навыки выбора марки кирпича и раствора
решения проблем:- прививать навыки по подбору и расчету материалов и
конструкций
Межпредметные связи: Строительные материалы, конструкции зданий и
сооружений.
Техническое обеспечение процесса обучения:
- слайды, кабинет АРМ, видеоматериалы, опорный конспект.

Основные этапы занятия:
I. Организационный момент 2- 3 мин.
1.Проверка посещаемости
2. Проверка готовности учащихся к занятиям
II Рефлексия по теме (тесты): 10 мин.
По вопросам:
1.Назовите размеры кирпича
2.Какие разновидности кирпича вы знаете?
3. Перечислите состав раствора
4. Дайте определение каменной кладки
4.Назовите инструменты для кирпичной кладки и раствора
5.Перечислите виды перевязок
III. Актуализация опорных знаний 60 мин.
- Сообщение темы урока и целевая установка на урок
- Ознакомление с видами каменных и армокаменных конструкций
- Разбор технических требований к кладке
- Каменные материалы и растворы
- Стальная арматура
VI. Закрепление темы 10 мин.
V. Подведение итогов 5 мин
- сообщение оценок
- Рассмотреть типичные ошибки
V. Домашнее задание 2 мин.

Т.Н.Цай «Строительные конструкции» том 1 стр.271-286

«Каменные конструкции» и отдельные конструктивные элементов каменных конструкций  соответствуют требованиям СНиП II-22–81 по предельным состояниям первой и второй группы.

Нормы настоящей главы должны соблюдаться при проектировании каменных и армокаменных конструкций новых и реконструируемых зданий и сооружений. 
При проектировании каменных и армокаменных конструкций следует применять конструктивные решения, изделия и материалы: 
наружные стены из: пустотелых керамических и бетонных камней и кирпича; облегченной кирпичной кладки с плитным утеплителем или засыпкой из пористых заполнителей; сплошных камней и блоков из бетона на пористых заполнителях, поризованных и ячеистых бетонов. Применение сплошной кладки из полнотелого глиняного или силикатного кирпича для наружных стен помещений с сухим и нормальным влажностным режимом допускается только при необходимости обеспечения их прочности;

Виды каменных конструкций

По происхождению - на природные, добываемые из массива породы, и искусственные, изготавливаемые путем обжига или на основе вяжущих веществ (бетонные и силикатные);

По размерам изделий - на изделия, применяемые для ручной кладки (кирпич и обыкновенные стеновые камни массой не более 32—40 кг), и изделия, применяемые для монтажа конструкций механизированным способом (крупные блоки, панели и объемно-пространственные блоки). Размеры изделий устанавливаются в соответствии с требованиями единой модульной системы с учетом способов и средств их изготовления, а также транспортного и монтажного оборудования;

а) стены из панелей и крупных блоков, изготовленных из бетонов различных видов, а также из кирпича или камней;
б) кирпич и камни марок по прочности на сжатие 150 и более в зданиях высотой более пяти этажей;  
в) местные природные каменные материалы;  
г) растворы с противоморозными химическими добавками для зимней кладки с учетом указаний
по структуре — на сплошные, пустотелые, крупнопористые, мелкозернистые и пористо-пустотелые;
по пределу прочности на осевое сжатие, а для кирпича и на изгиб — на камни высокой прочности: тяжелые природные камни с объемной массой 1500 кг/м3 и более марок 300, 400, 500, 600, 800, 1000, бетонные камни марок 300, 350, 400по морозостойкости — на марки Мрз10, Мрз15, Мрз25, Мрз35, Мрз50, МрзЮО, Мрз150, Мрз200 и Мрз300, обозначающие количество циклов замораживания и оттаивания образцов в насыщенном водой состоянии, которое они выдерживают без видимых повреждений и без существенного снижения прочности на осевое сжатие.

Применение силикатных кирпича, камней и блоков; камней и блоков из ячеистых бетонов; пустотелого кирпича и керамических камней; глиняного кирпича полусухого прессования допускается для наружных стен помещений с влажным режимом при условии нанесения на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия. Применение указанных материалов для стен помещений с мокрым режимом, а также для наружных стен подвалов и цоколей не допускается. Влажностный режим помещений следует принимать в соответствии с главой СНиП по строительной теплотехнике.
 
Прочность и устойчивость конструкций и их элементов должна обеспечиваться при возведении и эксплуатации, а также при транспортировании и монтаже элементов сборных конструкций.
 
 
.
 

называют конструкции, которые состоят из уложенных друг на друга, в определенном порядке кирпичей, которые закрепляются между собой специальным раствором для кладки кирпичей. Только правильная технология кладки кирпича, обеспечит долговечность этой самой кирпичной кладки.  

Расчет кирпичной кладки

Стен производится с учетом требований к их устойчивости, прочности и изоляционным качествам. Толщина несущей стены должна выдерживать нагрузку от железобетонных перекрытий.
Стена в 1 полнотелый кирпич имеет толщину 25 см,
кладка из вертикального пустотелого кирпича составляет 30 см, соответственно, внешние стены, выполненные из таких кирпичей будут иметь толщину 37,5 и 45 см. 
Стены в четверть кирпича используются только в случае, если высота помещения не превышает 3,5 м, а длина стены - 5 м. Это могут быть разделительные стены в помещении, для их возведения используется сплошной кирпич.

Среди методов перевязки различают продольные, вертикальные и поперечные швы

Фламандская перевязка

Фламандская перевязка используется для стен толщиной в один кирпич и заключается в укладке тычковых и ложковых кирпичей в один и тот же ряд. Для того, чтобы швы на углах располагались уступами, необходимо в перемежающихся рядах класть не целые, а расколотые кирпичи. Фламандская садовая стеновая перевязка похожа на обычную фламандскую, но отличается тем, что в каждом ряду имеется два или три ложковых кирпича, за которыми следует тычковый кирпич.
Английская перевязка образуется чередованием рядов из тычковых и ложковых кирпичей таким образом, что удается избежать вертикальных швов в центре стены. Некоторые считают, что это самая прочная перевязка, и поэтому часто используется для строительства подпорных стен. В тычковом ряду, для расположения швов уступами, используются предварительно расколотые кирпичи.

Английская садовая стеновая перевязка

Английская садовая стеновая перевязка образуется путемукладки трех рядов обычной ложковой перевязки, за которыми следует один тычковый ряд. Для расположения швов уступами в этом виде перевязки, также применяются расколотые кирпичи, меньшего, чем стандартный кирпич размера.
Стену, высота которой составляет более одного метра следует усилить конечными опорными столбами. А при значительной ее длине стоит усилить ее и промежуточными простеночными столбами.
Там, где в подпорную стену встроены столбы, значительно важно, чтобы они выступали из поверхности стены в местах, которые не вступают в контакт с заполнителем. Кроме того, они должны быть связаны с системой перевязки стены и иметь такую же высоту, что и сама стена.
Для того, чтобы построить стену более высокой прочности, ее стоит усилить путем вставки в растворные швы металлических прутков.

Наружная стена — предназначен для проверки прочности и устойчивости наружной стены здания, в том числе имеющей проемы. Выполняется экспертиза продольной наружной стены здания в пределах высоты этажа

Стена подвала — предназначен для проверки прочности и устойчивости стены подвала здания. В пределах высоты подвального этажа выполняется экспертиза стены подвала прямоугольного поперечного сечения. Предполагается, что стена не имеет проемов и является шарнирно опертой на фундамент и перекрытие над подвалом.

Центрально сжатые столбы — предназначен для проверки прочности и устойчивости отдельно стоящих либо входящих в состав здания центрально сжатых столбов. Столбы приняты постоянного по высоте поперечного сечения, которое может быть прямоугольным, тавровым или круглым

Внецентренно сжатые столбы — предназначен для проверки прочности и устойчивости отдельно стоящих либо входящих в состав здания внецентренно сжатых столбов.

Армирование каменной кладки горизонтальными сетками предложено проффессор В.П. Некрасовым и используется в центрально сжатых и внецентренно сжатых элементах с малым эксцентриситетом. Стальные сетки воспринимают поперечные растягивающие усилия, возникающие в кладке при сжатии, препятствуя ее поперечному расширению и расслаиванию в вертикальной плоскости. Этим увеличивается прочность кладки и несущая способность элемента. Сетки укладываются по расчету в каждом ряду или реже, но не более чем через пять рядов кирпичной кладки (375мм). Диаметр стержней прямоугольных сеток – 3.4 и 5мм. Кроме прямоугольных сеток применяются сетки « зигзаг» с диаметром стержней 3…8 мм.

«Армокаменные конструкции» и отдельные конструктивные элементы армокаменных конструкций  включают аналогичные требования как к «Каменным конструкциям» (за исключением Перемычки).
Различия с «Каменными конструкциями» состоят в ограничении применяемых марок камней и растворов, а также в особенностях проверок, выполняемых для армокаменных конструкций.

Продольное армирование

Рис.2. Продольное армирование кладки:
а- наружное расположение стержней,
б- внутреннее расположение стержней

Продольное – из продольных стержней (рис.2), устанавливаемых в вертикальные швы и связанных между собой хомутами диаметром не более 6мм. Расстояние между хомутами принимается (15…20) ds (где ds –диаметр продольных стержней). Хомуты укладываются в горизонтальные швы и защищаются слоем раствора толщиной 20…30мм.

Поперечное армирование

Рис.1 . Кладка столба, армированная;
а- прямоугольными сетками,
б- сетками с зигзаг.

Прочность каменной кладки повышается, если ее армировать металлическими стержнями. Существуют два вида армирования: поперечное (косвенное), состоящее из стальных сеток, укладываемых в горизонтальные швы кладки .

Сетки «зигзаг»

Сетки «зигзаг» укладываются в двух рядах с взаимно перпендикулярным направлением стержней. Две уложенные таким образом сетки равноценны одной прямоугольной.
Для предохранения арматуры от коррозии марка раствора должна быть не ниже 50 ( для наружных простенков и внутренних столбов).
При больших гибкостях элемента ( ℓо : h >15) и при больших эксцентриситетах приложения продольной силы ( ℓо >45h/2) армирование кладки горизонтальными сетками становится нецелесообразным и применяется продольное армирование.

. Кирпич, камни и растворы для каменных и армокаменных конструкций, а также бетоны для изготовления камней и крупных блоков должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов  и применяться следующих марок или классов:
камни - по пределу прочности на сжатие (а кирпич - на сжатие с учетом его прочности при изгибе):
4, 7, 10, 15, 25, 35, 50 (камни малой прочности - легкие бетонные и природные камни);
75, 100, 125, 150, 200 (средней прочности - кирпич, керамические, бетонные и природные камни);
250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000 (высокой прочности - кирпич, природные и бетонные камни);
каменные материалы по морозостойкости - Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 75, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300.

Применение раствора для кладки кирпича
Раствор для кладки кирпича используется для заполнения пространства между камнями, блоками, кирпичами, создавая при застывании целостную структуру. Его качество влияет на удобство кладки, ее надежность и срок эксплуатации. Также, он необходим для распределения нагрузки на составные части конструкции. Состав раствора для кладки кирпича зависит от функции создаваемой конструкции (жилой дом, опора, колонна).

Основа любого раствора (в том числе и цементно-песчаного раствора) – это вяжущие элементы и заполнители. В зависимости от количества вяжущих, различают простые и сложные, а исходя из вида вяжущих - делят на воздушные (воздушного твердения) и гидравлические (водного твердения). В простых растворах в качестве вяжущего используется один компонент – цемент или известь. В то время как в сложных растворах – комбинация (цемент + известь; глина + известь + цемент и т. п.). Применение нескольких вяжущих используется для изменения структуры и свойств раствора. На сегодняшний день различают холодные (тяжелые) растворы, обладающие плотностью в 1500 кг/ метр кубический, а также теплые (легкие) растворы, в составе которых как заполнитель используется силикатный песок, их плотность не превышает 1500 кг/метр кубический (например, шлаковый, пемзовый или керамзитовый песок). Обычно, для кладки кирпича используют раствор, состоящий из цемента и песка (песок обязательно нужно просеивать перед замешиванием). Чем меньше песка в растворе, тем более он пластичен (подвижен). Нужно учесть, что чем он пластичнее, тем легче его расстилать и разравнивать. Но применять его для кладки пустотелого кирпича не экономично, потому что он затекает в пустоты изделия.

Бетоны  классов   по прочности на сжатие:
 
тяжелые - В3,5; В5; В7,5; В12,5; В15; В20; В25; В30;
 
на пористых заполнителях - В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В12,5; В15; В20; В25; В30;
 
ячеистые - В1; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В12,5;
 
крупнопористые - В1; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5;
 
поризованные -  В2,5; В3,5; В5; В7,5; 
 
силикатные - В12,5; В15; В20; В25; В30.

Допускается применение в качестве утеплителей бетонов, пределы прочности которых на сжатие 0,7 МПа (7 кгс/) и 1,0 МПа (10 кгс/); а для вкладышей и плит не менее 1,0 МПа (10 кгс/);
 
растворы по пределу прочности на сжатие - 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200;
 
каменные материалы по морозостойкости - Мрз 10, Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50, Мрз 75, Мрз 100, Мрз 150, Мрз 200, Мрз 300.
 

Для бетонов марки по морозостойкости те же, кроме Мрз 10.

Растворы с плотностью в сухом состоянии - 1500 кг/ и более - тяжелые, до 1500 кг/- легкие.
 
Проектные марки по морозостойкости каменных материалов для наружной части стен (на толщину 12 см) и для фундаментов (на всю толщину), возводимых во всех строительно-климатических зонах, в зависимости от предполагаемого срока службы конструкций, но не менее 100, 50 и 25 лет, приведены в табл. 1 и пп. 2.4 и 2.5.

Примечание. Проектные марки по морозостойкости устанавливают только для материалов, из которых возводится верхняя часть фундаментов (до половины расчетной глубины промерзания грунта, определяемой в соответствии с главой СНиП "Основания зданий и сооружений").
 

Еще несколько советов по раствору для кладки кирпича

Подвижность строительного раствора для кладки кирпича определяется погружением в него конуса-эталона (на десять сантиметров осадки конуса). Между тем, при кладке пустотелого кирпича обычно используют раствор, подвижность которого не превышает 7-8 сантиметров конусной осадки. А вот при кладке полнотелого кирпича, особенно в теплое время года, подвижность раствора настоятельно рекомендуется доводить до 11-13 сантиметров осадки конуса. Время от времени раствор необходимо перемешивать, так как тяжелые частицы оседают, а соответственно - раствор расслаивается и становится неоднородным. Что касается объема раствора – это зависит и от объема самой кладки. При малом объеме работ достаточно смеси не более 20 – 50 литров, при большем объеме кладки и участии в этом процессе нескольких пар рук, лучше использовать бетономешалку.

Цементно-песочная смесь с добавлением воды используется при изготовлении фундамента для печи, для выведения наружного дымохода и в местах с высокой влажностью. Это раствор отличается повышенной прочностью.

Приготовление глиняной смеси:
При наличии не очень жирной глины приготовление можно выполнять в бойке (настил из досок 150*120 см):
Предварительно просеянный песок насыпьте на бойку, сделав углубление в середине.
В образованную ямку засыпьте глину и налейте воды.
Чтобы глина пропиталась, ее необходимо оставить в покое на 24 часа.
Далее разомните и разбейте все комочки.
Соберите смесь из глины в полоску толщиной 35 см.
С помощью деревянного весла удалите все камни и иные инородные предметы.
Затем соберите опять все в кучу, перемните и перемещайте раствор. Весь процесс выполняется не менее 3 раз.
После смешивания всех компонентов и избавления от комков добавьте воды и снова тщательно размешайте.
В процессе приготовления необходимо следить за качеством смеси. Потрогайте раствор: если вы ощутили шероховатые песчинки, а не их гладкую поверхность – состав готов.

Использование известкового раствора необходимо при монтаже печного фундамента и трубы, расположенной на крыше. Для его изготовления используется известковое тесто, песок и вода. Качественные характеристики зависят от известкового теста и правильно выполнения гашения извести.

Комовая известь заливается водой и выдерживается до тех пор, пока не окончится процесс кипения (гашения). Для хранения извести стоит выкопать яму в земле и обшить ее досками. Вылив смесь в яму необходимо сделать земляную насыпь. Таким образом, можно долгое время сохранять известь без потери качества. Прежде чем приступать к приготовлению смеси, известь необходимо выдержать не менее 30 дней. Чем больше – тем лучше.

Размешайте и процедите известковое тесто.
Смешайте его с песком и тщательно размешайте.
Добавьте необходимое количество воды.
Соотношение известкового теста и песка 1:2 или 1:3. Смесь пригодна для использования на протяжении нескольких дней.
Нормальный по консистенции раствор должен оставаться на деревянной лопатке при помешивании тонким слоем. Если смесь жирная в нее потребуется домешать песок, тощая – известковое тесто.
В зависимости от требуемых качеств раствор может изготавливаться с добавлением цемента или асбеста.

Раствор из глины используется при сооружении основной печной части, однако для изготовления фундамента и дымохода он не пригоден.
По составу смесь из глины бывает трех видов:
жирная – обладает хорошей пластичностью, но высыхая, начинает трескаться;
тощая – непластичный и имеет низкие показатели прочности;
нормальная – при правильном соотношении вяжущих компонентов и наполнителя, раствор практически не оседает и не покрывается трещинами. Такая смесь является оптимальной для кирпичной кладки.
Для замешивания раствора подходит песок не более 1 мм.

Приготовление цементного раствора:
Соотношение цемента и песка может быть различным от 1:1 до 1:6. Чтобы смесь не потеряла своих качеств ее надо применить не позднее чем через час после изготовления.
Просейте цемент и песок через сито с ячейками 3*3 мм.
Отмерьте необходимое количество ингредиентов.
Насыпьте тонкий слой песка, а сверху – цемент.
Смешайте до однородного состава.
Налейте воды до образования раствора с необходимой густотой.

Классификации повреждений — приведены коэффициенты снижения несущей способности для неармированной и армированной кладок при механических повреждениях кладки стен, столбов, простенков, опор балок, ферм, перемычек, при повреждениях кладки стен, столбов, простенков при пожаре, а также виды повреждений и рекомендации по временному усилению.

в большинстве случаев используется в одноэтажном строительстве. Она предполагает возведение двух параллельных стенок с размещением внутри теплоизоляционных материалов: плитного утеплителя, засыпки, легкого бетона. Для обеспечения связи стенок выполняется монтаж диафрагм - армированных или кирпичных, могут быть предусмотрены тычковые ряды, входящие на половину кирпича в слой утеплителя.

подразумевающая создание монолитного массива, кирпичи при этом укладываются вдоль наружного края стены тычковыми или ложковыми рядами, т.е. короткой или длинной стороной. Заполнения между ними называют забутками, их выкладывают половинками или тычками.

обычно представляет собой чередование  тычкового ряда и трех ложковых. В декоративной кладке может использоваться сочетание глиняных кирпичей с силикатными или глазурованными.

при ее выполнении повышение несущей способности стен получают располагая в продольных и поперечных швах фрагменты арматуры.

ее выполнение обязательно должно сопровождаться перевязкой с основной стеной.