Прочность кирпичной кладки зависит от свойств кирпича и раствора, из которых кладка сложена. Расчет прочности кладки из кирпича выполняю специалисты. Предел прочности при сжатии, например, кирпичной кладки, выполненной даже на высокомарочном растворе, при обычных методах возведения составляет не более 40...50 % предела прочности кирпича. Объясняется это тем, что поверхности кирпича и шва кладки не идеально плоские, плотность и толщина слоя раствора в горизонтальных швах не везде одинакова и вследствие этого давление в кладке неравномерно распределяется по поверхности кирпича и вызывает в нем кроме напряжений сжатия напряжения изгиба и среза. Прочность кирпича на изгиб значительно меньше. Поэтому каменные материалы, слабо сопротивляющиеся изгибу, разрушаются в кладке раньше, чем сжимающие напряжения в них достигнут предела прочности при сжатии. Например, кирпич имеет в 4...6 раз меньший предел прочности при изгибе, чем при сжатии.
Если постепенно увеличивать нагрузку на кладку до величины, превышающей предел прочности ее, то сначала в отдельных кирпичах появятся вертикальные трещины (рис. 1, а) преимущественно под вертикальными швами, там, где концентрируются напряжения растяжения и изгиба. При росте нагрузки трещины увеличатся, разделяя кладку на столбики (рис. 1, б). Окончательное разрушение кладки происходит из-за выпучивания этих столбиков в результате потери ими устойчивости (рис. 1, в). Напряженное состояние при осевом сжатии кладок из других каменных материалов аналогично напряженному состоянию кирпичной кладки.
Рис. 1. Стадии разрушения кладки под нагрузкой: а - трещины в кирпичах; б - расчленение кладки на столбики; в - выпучивание и разрушение кладки
Влияние растворов на прочность кирпичной кладки
Прочность раствора для кирпичной кладки оказывает некоторое влияние на прочность всей конструкции. Чем ниже марка раствора в кладке, тем он легче сжимается и, следовательно, тем больше общие деформации кладки, а в каждом кирпиче - напряжения изгиба и среза. Поэтому, чтобы получить более прочную кладку, применяют соответственно раствор более высокой марки.
Однако повышение прочности раствора незначительно увеличивает прочность кладки. Гораздо большее значение имеет пластичность раствора. Пластичные растворы лучше расстилаются по постели кирпича, обеспечивая равномерную толщину и плотность шва. Это повышает прочность кладки за счет уменьшения напряжения изгиба и среза в отдельных кирпичах.
Влияние размеров и формы кирпича на прочность кладки
С увеличением высоты кирпича уменьшается количество горизонтальных швов в кладке и увеличивается пропорционально квадрату высоты камня сопротивление его изгибу. В связи с этим при одинаковой прочности кирпича более прочной оказывается кладка, выполненная из кирпичей большей высоты.
При правильной форме кирпича швы в кладке заполняются раствором лучше и равномернее, чем при отклонении в геометрии, лучше передается нагрузка от камня к камню, лучше перевязывается кирпичная кладка и прочность ее более высока. На снижение прочности бутовой кладки, например, влияет главным образом то, что неправильная форма камней обеспечивает их соприкосновение лишь через отдельные участки, не создает хорошей перевязки кладки, значительную часть которой приходится заполнять раствором.
Влияние качества швов кирпичной кладки на ее прочность
Хорошее заполнение горизонтальных и вертикальных швов раствором, равномерное уплотнение и одинаковая толщина швов, правильная перевязка обеспечивают высокую прочность кладки. Низкое качество кладки, применение растворов, не соответствующих требованиям проекта, могут привести к разрушению кладки.
Чем толще кладочные швы, тем труднее достигнуть равномерной его плотности и тем в большей степени кирпич работает в кладке на изгиб и срез. При толстых швах увеличивается деформация и снижается прочность кладки. Поэтому для каждого вида кладки установлена определенная толщина швов, увеличение которой снижает прочность конструкций. Насколько качество кладки характеризуется равномерностью заполнения раствором и уплотнения горизонтальных швов, можно видеть на примере одного из испытаний. Одновременно из одного и того же кирпича и раствора выполняли кладку высококвалифицированные каменщики и каменщики низкой квалификации. Предел прочности кладки, выполненной высококвалифицированными каменщиками, оказался 5 МПа, каменщиками низкой квалификации - 2,8 МПа, т. е. в 1,8 раза меньше.
В стенах, работающих в основном в поперечном направлении, особенно важно обеспечить надежную поперечную перевязку кладки. Для получения кирпичной кладки нормальной прочности необходимо соблюдать следующие минимальные требования к поперечной перевязке:
- в кирпичной кладке один тычковый ряд перевязывает не более пяти рядов кладки, а в кладке из мелких камней правильной формы - не более трех рядов кладки; при этом тычки располагают как в отдельных тычковых рядах, так и в чередовании с ложковыми рядами;
- применяемые для перевязки стальные связи располагаются из расчета не менее одной связи сечением 0,2 см2 на 0,5 м2 вертикального (продольного) сечения стены; однако следует иметь в виду, что такая перевязка стены не обеспечивает перераспределения вертикальных нагрузок между перевязанными частями стены, и поэтому каждая часть стены работает на нагрузки, к ней непосредственно приложенные;
- при выполнении кладки из различных материалов, отличающихся по прочности более чем в 2 раза, количество тычковых рядов и связей увеличивают в 1,5 раза.
Несоблюдение указанных условий ведет к снижению несущей способности кладки. Так, при уменьшении количества связей в 1,5 раза прочность кирпичной кладки снижается на 10%, в 2 раза - на 25%; если же количество связей еще меньше, то кладку нужно рассматривать как состоящую из отдельных не связанных между собой слоев. При необходимости Вы можете более подробно изучить системы перевязки кладки.
