Как правило, междуэтажные перекрытия нагружают стены внецентренно. Глубина заделки конструкций перекрытий в стены определяется техническими условиями для перекрытий. При монтаже балок перекрытия и прогонов, несущих большие нагрузки проводится специальная проверка местных напряжений под опорой балки. В результате этой проверки может потребоваться в отдельных случаях увеличение глубины заделки и укладка распределительных плит. Заделка же балок для обычных междуэтажных перекрытий производится без расчета, и глубина ее назначается по конструктивным соображениям применительно к таблице на рис. 1.
Рис. 1. Глубина заделки конструкций междуэтажных перекрытий, принятая в практике строительства конструкций (h - высота балки или плиты)
Для определения момента от опорного давления перекрытия необходимо знать положение равнодействующей распределенного под концом балки давления. Точное решение этой задачи представляет значительные трудности, так как эпюра давления зависит от угла поворота конца балки при ее прогибе под нагрузкой, от соотношения упругих свойств балки и кладки и от глубины заделки. Для случаев заделки обычных междуэтажных перекрытий при глубине заделки в пределах, предусмотренных таблицей, принимается для практических расчетов треугольная эпюра давления (рис. 2).
Рис. 2. Приближенная эпюра распределения давлений под концом балки, принимаемая при расчете стен
Опорное давление возрастает от нуля под концом балки до максимума у края гнезда. Равнодействующая принимается на расстоянии ⅓ глубины заделки от края стены. При толщине стены d и глубине заделки с эксцентриситет опорной реакции балки по отношению к оси стены составляет:
e = d/2 - c/3.
В процессе монтажа балок перекрытия, при более глубокой заделке в формуле принимается глубина заделки с на рис. 1, а не действительная. Для уменьшения эксцентриситетов от давления балок и ферм применяются иногда специальные опорные подкладки шарнирные и тангенциальные (рис. 3, а), которые фиксируют положение опорной реакции от прогона или фермы и переносят его в глубь стены. Более примитивным решением, тем не менее дающим хорошие результаты, является заделка вкладку вдоль стены обрезков железных балок с закладкой со стороны края стены под балку перекрытия просмоленной деревянной доски (рис. 3, б). В этом случае разница в модулях упругости металла и дерева поперек волокон приводит к тому, что и при наличии прогиба балки перекрытия опорная реакция центрируется на оси заделанной вкладку опорной балки.
Рис. 3. Центрировка опорной реакции при опирании балки на тангенциальную подушку или обрезок металлической балки
Влияние несимметричного изменения сечения конструкции по высоте рассмотрим для двух случаев конструктивных схем:
- для стен многоэтажного здания с жесткой схемой, в котором обычно изменение сечения происходит на уровне междуэтажных перекрытий, рассматриваемых как неподвижные опоры для стен. Реже встречаются случаи, когда изменение сечения по соображениям архитектурного оформления фасада дается посередине высоты этажа;
- для стен одноэтажного здания большой высоты, не имеющего жесткой конструктивной схемы, в котором изменение сечения делается по высоте этажа.
Первый случай изменения сечения показан на рис. 4. Предполагается, что перекрытия делаются по ходу кладки или с небольшим отставанием от возведения кладки. Таким образом к тому моменту, когда создается основная внецентренная нагрузка от верхних этажей, уже имеются опоры для стены в виде междуэтажных перекрытий.
При принятой схеме упрощенного расчета, когда стена рассматривается как разрезная вертикальная балка, шарнирно опирающаяся при действии боковой и внецентренной нагрузки на перекрытия, эпюра моментов от внецентренных нагрузок, приложенных в верхней части стены, имеет вид треугольника. Следовательно, в нижней части стены момент отсутствует, давление распределяется равномерно и равнодействующая давления приложена в центре тяжести нижнего сечения стены на уровне перекрытия. Отсюда следует, что если сечение стены не меняется или при изменении сечения ось стены не смещается, изгибающий момент от верхних этажей отсутствует, несмотря на наличие внецентренных нагрузок в каждом этаже. Моменты от этих внецентренных нагрузок для шарнирных балок, погашаются реакциями опор и через шарнир не передаются. Если же ось стены смещается, то вся нагрузка от верхних этажей принимается приложенной в центре тяжести сечения стены, примыкающей сверху. Эта нагрузка вызывает изгибающий момент в стене рассматриваемого этажа М = Pe, где Р нагрузка от всех верхних этажей и е - смещение оси. Для случая, показанного на рис 4, смещение оси получается как полуразность толщин:
e = (d2-d1)/2.
В этом же сечении имеет место и момент от междуэтажного перекрытия. Полный момент представляет собой алгебраическую сумму этих моментов. Необходимо правильно учитывать знак момента. Для случая, показанного на рис. 4, моменты имеют разные знаки и, следовательно численные значения моментов вычитаются. Наибольшие напряжения имеют место под перекрытием или в верхнем сечении простенка под перемычкой. В последнем случае они могут быть определены из подобия треугольников
Мрасч. = M(h`/h).
Рис. 4. Расчет стены многоэтажного здания с жесткой конструктивной схемой при изменении толщины стены на уровне многоэтажного перекрытия
Вся схема расчета существенно меняется, если в отступление от технических правил балки укладываются после возведения стен на значительную высоту. И в этом случае нагрузка от междуэтажных перекрытий может приниматься по треугольнику для каждого этажа, так как она прилагается после укладки балок. Что же касается нагрузки от кладки верхних этажей, то при отсутствии перекрытия и смещении оси стены моменты от веса кладки верхних этажей будут складываться. Следовательно, изгибающие моменты будут значительно выше, чем это следует из указанного выше метода расчета. Отсюда видно, насколько опасно может быть в некоторых случаях возведение стен многоэтажных зданий без устройства перекрытий по ходу кладки. Если здание будет возведено без устройства перекрытий по ходу кладки, то необходимо произвести перерасчет стен в соответствии с фактической последовательностью производства работ.
При гибкости стены больше 11 необходимо учитывать моменты от ветровой нагрузки. Принимая и здесь шарнирную схему, мы получаем изменения момента по параболе
M = (qx(h - x))/2.
При отсутствии междуэтажных перекрытий стена работает как консольная балка, и момент выражается формулой:
M = qx2/2.
Максимальный момент получается внизу и составляет qho2/2, где hо - сумма высот этажей, выведенных без устройства перекрытий. При большом расстоянии между поперечными стенами этот момент может достигать значительной величины и привести при большой ветровой нагрузке к обрушению стены. Сравнительно немногочисленные аварии стен кирпичных зданий, возводимых без перекрытий, объясняются тем, что расчетные ветровые нагрузки возникают редко.
При изменении сечения стены в пределах этажа мы получаем эпюру моментов, показанную на рис. 5. Ось стены имеет в одном из сечений смещение. Следовательно, стена работает как коленчатый стержень, свободно опертый на двух шарнирах. Давление от веса верхних этажей передается от шарнира к шарниру по прямой линии и, следовательно, будет эксцентрично относительно осей обоих участков стены. Наибольшие моменты будут в месте пересечения направления силы с коленом, т. е. в месте изменения толщины стены. Здесь моменты равны Pe1 и Pe2, где е1 + е2 = e. К обеим опорам момент будет уменьшаться по закону треугольника и в шарнирах будет равен нулю. Момент от междуэтажного перекрытия, как и в предыдущем случае, выражается треугольником. Кроме того должен быть учтен момент от веса верхнего участка кладки Q1.Так как эта кладка неизбежно выводится до устройства верхнего перекрытия, то стена работает на моментную нагрузку от веса Q1, как консольная балка, и эпюра моментов выражается прямоугольником с ординатой М = Q1е. В следующем нижнем этаже этот момент сходит на-нет по закону треугольника. Таким образом полная эпюра моментов в пределах рассматриваемого этажа получается как сумма двух эпюр, что показано на рис. 5.
Рис. 5. Расчет стены многоэтажного здания с жесткой конструктивной схемой при изменении толщины стены в пределах высоты этажа
Определяя изгибающие моменты в верхнем этаже, следует учитывать момент от карниза, приложенный к продолжению стены выше верхнего перекрытия, как в консоли. Этот момент при тяжелых карнизах с большим выносом может достигнуть значительной величины.
Изложенная выше схема расчета, дающая сравнительно небольшие изгибающие моменты в стенах, исходит из условия опирания стен на междуэтажные перекрытия. Для нагрузок от самих перекрытий такая схема действительна всегда. Что же касается случаев, когда внецентренная нагрузка создается смещением оси стены, то условия расчета резко изменятся, если перекрытия будут возводиться не по ходу кладки, а с опозданием, когда внецентренная нагрузка уже создает напряжения в стене всех нижних этажей и соответствующие деформации по схеме консольно заделанной в грунт балки. Последующая установка перекрытий изменит условия передачи нагрузки только для тех нагрузок, которые будут приложены после, но не может изменить уже создавшегося ранее напряженного состояния. Поэтому если вообще рекомендуется для обеспечения устойчивости здания во время монтажа укладывать балки перекрытий по ходу кладки, то это безусловно необходимо для перекрытий, на уровне которых происходит смещение оси стены.
При расчете закрепления анкеров карнизов в незаконченном здании обычно принимается худший случай, т. е. отсутствие чердачного перекрытия. Для создания устойчивости карниза могут быть использованы несгораемые чердачные перекрытия, но в этом случае даются четкие указания на чертежах о принятой последовательности возведения элементов здания в карнизном узле.
Анкеры располагаются, как правило, на расстоянии в полкирпича от внутренней грани стены. При наружном расположении анкеров они защищаются слоем бетона в 2,5 см считая от поверхности анкера. Устройство открытых металлических анкеров не допускается.
Если кладка стены, в которую заделываются анкеры карнизов, ведется на известковом растворе, анкеры должны быть защищены покрытием густым цементным молоком от коррозии, сечение их должно быть не менее 12 мм и допускаемые напряжения на металл снижены с учетом коррозии на 50%. или же анкеры должны закладываться в борозды, которые заделывают бетоном.
При растворах марки 30 и выше анкеры заделываются вкладку посредством штырей или шайб отдельно друг от друга. При растворе марки 15 и ниже анкеры закрепляются в металлической балке, закладываемой в кладку по периметру.
При наличии железобетонных чердачных перекрытий или перекрытий по железным балкам рекомендуется закреплять концы анкеров в балках перекрытия. При железных балках усилие анкера должно погашаться сопротивлением балок даже при отсутствии заполнения перекрытия.
