Каменные здания представляют собой сложную пространственную конструктивную систему, состоящую из вертикальных элементов - стен и колонн и горизонтальных элементов именуемые перекрытия и покрытия зданий. Протяженность отдельных элементов и их взаимная связь создают различную степень пространственной жесткости здания.
По степени пространственной жесткости каменные здания делятся на две основные группы.
Здания с жесткой пространственной конструктивной схемой. Это - преимущественно здания гражданского типа с небольшими расстояниями между поперечными стенами. В этих зданиях перекрытия рассматриваются как неподвижные диафрагмы, которые служат опорами для стен и столбов при горизонтальных и внецентренно вертикальных нагрузках.
Здания, не имеющие жесткой пространственной конструктивной схемы. К ним относятся по преимуществу здания промышленного типа с большими высотами и пролетами стен. В этих зданиях перекрытия не могут рассматриваться как неподвижные диафрагмы, передающие давление на поперечные стены. Устойчивость стен в основном обеспечивается собственным их весом и заделкой их в грунт.
В зданиях первой группы принимается следующая последовательность восприятия и передачи ветровых и других горизонтальных усилий. Эти усилия воспринимаются наружными стенами и передаются в основном по наименьшему пролету на элементы их поддерживающие. Чаще всего наименьшим пролетом является пролет по вертикали между перекрытиями, которые и воспринимают ветровую нагрузку от стен. Боковое давление от перекрытий воспринимается поперечными стенами и далее передается через фундаменты на грунт.
Для осуществления такой передачи требуется соблюдение ряда условий. Стены здания между перекрытиями должны иметь достаточную прочность, чтобы выдержать ветровую нагрузку; перекрытия должны иметь достаточную жесткость в горизонтальной плоскости. Кроме того должен быть ограничен определенными пределами их пролет между поперечными стенами.
Нормирование предельных пролетов между поперечными стенами и предельных высот этажей должно быть дифференцировано в зависимости от материалов, из которого сделана кладка стен, а также в зависимости от материала и конструкции перекрытий.
Для этой цели каменные кладки могут быть разбиты на три группы, указанные в таблице на рис. 1. В основу деления положена большая или меньшая степень деформаций кладки под нагрузкой.
Рис. 1. Классификация кладок по степени жесткости и устойчивости стен
Междуэтажные перекрытия и верхние покрытия зданий делятся на жесткие и полужесткие. К жестким перекрытиям относятся такие, которые могут работать в здании, как горизонтальная диафрагма, и передавать горизонтальное давление на другие элементы.
Жесткость перекрытия зданий в горизонтальной плоскости определяется в основном не балками, а жесткостью плиты или заполнения. Жесткие перекрытия в свою очередь делятся на три группы по степени податливости заполнения.
Первая группа - перекрытия зданий с монолитным бетонным заполнением:
- монолитные железобетонные перекрытия с плитой верхней или нижней;
- перекрытия, состоящие из стальных балок с монолитным бетонным или каменным заполнением;
- сборные железобетонные перекрытия с заливкой швов и стыков раствором;
- перекрытия, состоящие из стальных балок со сборным заполнением, швы которого заливаются раствором;
- все виды перекрытий с ветровыми связями, специально рассчитанными на ветровую нагрузку.
Вторая группа - перекрытия зданий со сборным железобетонным заполнением:
- сборные железобетонные настилы без заливки раствором швов и стыков;
- перекрытия, состоящие из стальных балок со сборным железобетонным или бетонным заполнением без заливки раствором.
Третья группа - перекрытия с деревянным заполнением:
- перекрытия и верхние покрытия зданий , состоящие из деревянных балок с двойным деревянным настилом или с настилом, накатом или подшивкой;
- перекрытия, состоящие из стальных балок с деревянным накатом или настилом;
- перекрытия и покрытия с настилом в виде дерево-плиты;
- все виды деревянных чердачных перекрытий.
Если чердачное перекрытие не имеет требуемых двух настилов, то недостаток жесткости восполняется близко расположенным основанием под кровлю (обрешетка или опалубка).
Полужесткими считаются перекрытия и покрытия с одним деревянным слоем, например покрытие по деревянным или стальным фермам с одиночным деревянным настилом или обрешеткой.
Установив классификацию стен и перекрытий по степени их жесткости, перейдем к нормированию предельных расстояний между поперечными стенами. За основу нормирования взяты данные американского строительства, получившие отражение в строительных кодексах США. Предельные пролеты, когда можно рассматривать перекрытия, как неподвижные диафрагмы для опирания стен, даются в таблице на рис. 2.
Рис. 2. Предельные расстояния между поперечными стенами, при которых перекрытия и покрытия зданий могут рассматриваться как неподвижные диафрагмы - опоры для стен
В таблице даются также предельные расстояния в метрах, как абсолютные пределы независимо от толщины стены.
Данные в таблице на рис. 2, учитывающие как жесткость перекрытий зданий так и устойчивость самих стен, являются основным критерием для отнесения здания при расчете в одной из двух конструктивных схем. При расстояниях, не превышающих указанных на рис. 2, перекрытия и покрытия могут рассматриваться как неподвижные диафрагмы, придающие зданию пространственную жесткость и являющиеся опорами для стен при расчете на ветровую и внецентренную нагрузку.
Нормами всех стран устанавливаются предельные гибкости для каменных стен и столбов. Поскольку в каменных конструкциях чаще всего применяется конструкция прямоугольного сечения, под гибкостью мы будем понимать отношение высоты конструкции h к меньшей стороне сечения d и будем обозначать гибкость через m=h/d.
В основу нашего нормирования предельных гибкостей положен большой опыт США, получивший отражение в строительных кодексах. В этом отношении нормы США являются наиболее прогрессивными, допускающими максимальное облегчение конструкций. Американские нормы можно распространять только на кладки I группы на самых прочных растворах. Для других видов кладок потребовалось произвести соответствующее снижение. В результате этого составлена таблица предельных гибкостей стен для различных кладок (таблица на рис. 3).
Рис. 3. Предельная гибкость стен
Установленные в таблице на рис. 3 предельные гибкости относятся к наружным и внутренним стенам толщиной 25 см и более.
При часто расположенных поперечных стенах или при других устойчивых поперечных конструкциях, когда горизонтальный пролет меньше вертикального, предельная гибкость проверяется по меньшему пролету, т. е. в этом случае по горизонтали. При этом предельная гибкость в вертикальном направлении не ограничивается какими-либо нормативами. Она определяется исключительно расчетом стены на сжатие. Предельная гибкость может быть также повышена, если стену можно рассматривать, как плиту, опертую по контуру на перекрытия и на поперечные стены.
В зданиях, где чередуются перекрытия различной жесткости, например железобетонные и деревянные, при расстояниях между поперечными стенами, удовлетворяющих по табл. на рис. 2 менее жестким перекрытиям, каждый этаж рассматривается в отношении предельных гибкостей по табл. 25 самостоятельно. Если же расстояния между поперечными стенами превышают пределы для менее жестких перекрытий по табл. рис. 2 и в то же время удовлетворяют пределам для более жестких, то условно конструктивная схема рассматривается по нормам для более жестких перекрытий. В этом случае гибкость стен проверяется по табл. на рис. 3 не для одного этажа, а для нескольких этажей сразу между более жесткими перекрытиями в предположении отсутствия промежуточных перекрытий.
