Несмотря на финансовые затраты, колонны из кирпича востребованы, поскольку, кроме эстетической функции, выполняют и опорную. Кирпичные конструкции считаются стойкими и долговечными, но при условии, что соблюдается технологический процесс. При строительстве к сооружению из кирпича предъявляют высокие требования по поводу прочности и устойчивости, ведь они могут служить не только декоративным элементом, но и опорой для балконов, крыш дома или беседок.
Разновидности опор
Кирпичные колонны - строительный элемент многих построек, который должен выдерживать значительные нагрузки, особенно в его нижней части. Их можно выложить в разных цветах и стилях. Эффектно смотрится сооружение, выложенное белыми кирпичиками.
Кирпич является прочным строительным материалом, который используется при строительстве дома или другого объекта. Обычно применяют цельные или половинчатые, но без видимых дефектов, например, трещин или разломов. Опорные кирпичные сооружения требуются для поддержания крыши или при строительстве дворовых зданий, поэтому существует следующая классификация колонн:
- Несущая. Это элемент постройки, который должен выдерживать большие нагрузки по опорной площади на фундамент.
- Заборная. Служит поддержкой для комбинированных ограждений, где при строительстве используется облицовочный кирпич. Особой нагрузки они не испытывают, только собственный вес.
- Столб для ворот. Необходим для поддержки конструкций. Нагрузка осуществляется вертикально и горизонтально.
Как происходит проектирование?
Создав проект постройки, можно просчитать затраты на него. Подготовка по укладке своими руками или при помощи специалиста проводится в несколько этапов. Для этого следует создать черновой проект, в котором будут учтены все финансовые и временные затраты. Стоит учитывать, что прочные колонны возводятся при соблюдении технологии. Это позволит избежать большого количества отходов.
Выбор способа кладки
Этап зависит от финансовых возможностей заказчика и функции, которую будет выполнять колонна. Обычно применяется кладка в 1,5 или 2 кирпича. А также следует обратить внимание на эстетический аспект. Существуют круглый, полукруглый или витой (еще называют «винтовая колонна») тип. Важно помнить, что витые или круглые колонны укладываются по отдельной технологии.
Смета расходов
В расчет строительных материалов входит и стоимость инструментов. Прежде чем рассчитать количество кирпича рекомендуется определиться с кладкой и высотой будущего столба. На этом этапе не менее важно разобраться с качеством материала. Экономить нежелательно, так как от этого зависит долговечность опоры. Хорошо на рынке зарекомендовал себя кирпич «Арского кирпичного завода» Рекомендуется обратить внимание на цвет, поскольку существуют разные оттенки. Самые распространенные кирпичи красного и белого цвета.
Разметка под строительство
В подготовительный этап входит возведение фундамента под постройку. Включает необходимые размеры, в том числе определение месторасположения забора и ворот, длину постройки, расстояние между колоннами, размер самого столба. Если планируется конструкция 30×30 см, нужно делать кладку в 4 кирпича на слой, для 40×40-6 штук. В этап возведения входит подготовка фундамента и непосредственно строительство колонны.
Требования к материалу по прочности и устойчивости
Кирпич может быть полнотелым или пустотелым (с вертикальными пустотами). Кроме этого, следует учитывать прочность, морозостойкость и водопоглощение. Кирпич должен переносить негативное воздействие окружающей среды и быть экологически чистым. Не допускается масса строительного материала менее 4,3 кг. Если кирпич будет облицовывать наружные стенки столба, понадобится материал с гладкой или рельефной поверхностью с однотонным цветом (естественным, белым или другим).
Как происходит расчет?
Обычно дополнительные расчеты к полнотелому материалу не требуются. Но случается, встает потребность определить минимальное сечение, которое обеспечит прочность и устойчивость конструкции. Чтобы вычислить необходимые параметры, нужно располагать информацией о марке кирпича, периметре опирания ригелей на колонны, площади сечения и количество оказываемой нагрузки. Стоит отметить, что все моменты расчета кирпичных стен или столбов подробно изложены в СНиП II-22-81 (1995) «Каменные и армокаменные конструкции».
Колонные сооружения – это важный конструктивный элемент многих строений и при их возведении следует строго соблюдать технологический процесс. Любая кирпичная колонна или столб испытывает высокие нагрузки, особенно в своих нижних частях. Именно поэтому к колонным конструкциям предъявляются особенные требования к устойчивости, прочности и качеству.
При возведении всевозможных колонн можно использовать цельный или половинный кирпич исключительно без видимых дефектов (трещины, разломы, разрушения и т. п.)
В современном дизайне загородных домов большой популярностью пользуются заборные ограждения, имеющие кирпичные колонны между деревянными секциями.
Также востребованы опорные колонные сооружения для поддержания крыши навесов, капитальных дворовых беседок и т. д. В любом случае технология кладки из любого кирпича осуществляется без выполнения многорядной обвязки, поскольку столбовая конструкция не нуждается в монолитности структуры и особой прочности. Выполняют обвязку только в случае постройки колонн с поперечным сечением 2х2 цельных кирпича.
В колонном сооружении может по проекту предполагаться укрепляющее армирование металлической трубой или стальными прутьями.
Методика кладки колонны
Как правило, постройка столбовых колонн осуществляется по кладочной технологии в два или полтора кирпича. Строительство конструкции должно проводиться строго по правилам специально разработанной . Все нюансы должны неукоснительно соблюдаться исключительно точно, поскольку всякое нарушение легко может повлечь разрушение, наклонение строения или существенное проседание готовой кирпичной колонны.
В зависимости от непосредственного предназначения возводимой конструкции кирпичная кладка колонн (столбов) выполняется с учётом индивидуальных особенностей.
По внешнему виду существующие типы кладки практически неразличимы
Выполняется кладка кирпича в виде подвязки с тремя рядами по причине сложности выполнения однорядного варианта. Многорядный способ не способен обеспечить должной прочности колонной конструкции.
Качественное выполнение работы возможно только при использовании полнотелого кирпича и прочного цементного раствора. Положение каждого элемента в строении необходимо контролировать в горизонтальной и вертикальной плоскостях при помощи отвеса и монтажного уровня. Чтобы придать колонне дополнительную устойчивость и механическую прочность применяются вкладки армированной сетки, которые не должны доходить до края минимум 1,0 см.
Разновидности колонных конструкций
Классифицируют колонны, построенные из кирпича, по принципу выполняемых ими функций:
- несущие варианты – удерживают какие-либо элементы здания и принимают существенные нагрузки по опорной площади на фундамент;
- заборные колонны – применяются для удержания заборных секций. Испытывают только вертикально направленную нагрузку собственного веса;
- воротные столбы – это вариант колонной конструкции применяемый для удержания различных моделей ворот. Принимают вертикальную и горизонтальную нагрузку, поэтому их постройка требует обязательного применения надёжного продольного армирования.
Чтобы возводимая колонна обладала должной прочностью, нужно предварительно подготовить каркас и заполнить его качественным цементно-песчаным раствором. Здесь необходимо использовать арматурные стержни для упрочнения бетонной конструкции.
Выполнение качественной кладки колонны предусматривает соблюдение специальной технологии!
Сначала выполняется подготовка расходного строительного материала:
- цементно-песчаный раствор;
- цельный или половинчатый кирпич;
- арматурные стержни.
Помимо этого, потребуется необходимый инструмент:
- строительный уровень и отвес;
- обычный шпатель;
- подходящая ёмкость для замешивания раствора.
Принцип постройки колонн прост – подготавливается фундамент с внедрёнными в него металлическими стержнями и вертикально расположенной трубой, вокруг которой возводится кирпичная колонна
После схватывания и высыхания фундамента выполняется кирпичная кладка, которая может быть нескольких вариантов:
- 2 кирпича на 2;
- 2 на 2,5 кирпича;
- 2 цельных кирпича на 1,5.
В строящейся конструкции первый ряд является наиболее важным и ответственным. Монтаж необходимо выполнять идеально, так как результат работы напрямую зависит от него.
Кирпичная кладка 2 на 2 осуществляется в строго определённой последовательности.
Начальный ряд кладётся по 3 кирпича исключительно край в край. Следующий (второй) ряд нужно развернуть по горизонтали на 90 градусов, а третий, выкладывается по аналогии с первым. Таким путём возводится вся .
Постройка больших колонн подразумевает заливку бетоном пространств между арматурой, центральной трубой и кладкой!
Кладка колонн производится последовательно, а после завершения каждого уровня выполняется уровневый контроль вертикальной и горизонтальной ровности.
Технология монтажа нескольких одинаковых колонн
Когда проект предусматривает создание нескольких одинаковых кирпичных колонн, например, при постройке забора, следует проводить последовательные рабочие действия.
Сначала делается выкладка первых рядов для всех конструкций, после чего выполняется контроль одинаковости горизонтального уровня при помощи верёвки или соответствующих инструментов. При обнаружении несоответствия проводится выравнивающая корректировка. Последующие проверки осуществляются через каждые два-три ряда кладки.
Если не соблюдать правильную технологию возможно искажение общей симметрии и неправильное распределение нагрузки, что повлечёт наклонение или разрушение колонны.
Чтобы максимально грамотно и качественно возводить колонные сооружения необходимо учитывать такие важные нюансы:
- резку кирпичей нужно производить только в специальной защитной форме (очки, плотный костюм, респиратор и т. п.);
- чтобы создать крепкое основание первый необходимо зафиксировать раствором в углу возводимой кирпичной колонны. Следующий (второй) кирпич укладывается рядом с соблюдением твёрдого укрепления;
- декоративные элементы желательно закреплять в шовных промежутках до высыхания раствора;
- кирпичные колонны чаще всего декорируют цветной галькой, каменной крошкой, также можно использовать стеклянные осколки;
- ровность углов можно проверять металлическим угольником;
- когда фундамент колонны не превышает уровень земли можно обойтись без опалубки, а если возвышается над ним, то опалубочная конструкция необходима;
- на верхней поверхности ненесущей колонны следует устанавливать капитель, не позволяющую скопление воды после дождей или снега;
- в случае запланированной установки фонарей или светильников, нужно заблаговременно уложить в фундамент кабель с необходимыми выводными проводами. Последние размещаются внутри колонны или кирпичного столба.
Заключение:
Выполнение правильной кирпичной кладки при возведении колонн или столбов – это непростое дело. Однако, разобравшись с технологическими требованиями и подобрав красивый, правильный материал, можно построить конструкции, которые станут настоящим украшением любого загородного дачного или придомового участка.
При возведении колонных сооружений, навесов, заборов высокая нагрузка накладывается на саму конструкцию. Для этого при строительстве кирпичных колонн следует предъявлять высокие требования к прочности, устойчивости конструкции и качеству. При возведении колонн рекомендуется использовать только цельный кирпич без механических дефектов. Могут подойти и половинки кирпичей, но также без видимых разрушений.
Кладка колонн из кирпича выполняется без многорядной обвязки, так как такая конструкция не обеспечивает монолитность и прочность. Обвязку выполняют при использовании в конструкции цельных кирпичей, если колонна в сечении составляет 2 х 2.
В конструкции может предусматриваться дополнительное армирование при помощи стального прута или трубы внутри строения.
Кладка колонны
Возведение кирпичной колонны выполняется при соблюдении определенной технологии.
Она должна соблюдаться точно, так как любое нарушение может привести к проседанию кирпичной колонны или разрушению строения.
Для колонн выполняется индивидуально и зависит от назначения конструкции, хотя по внешнему виду ее типы не различаются. Кирпичная кладка колонн выполняется в виде трехрядной подвязки, так как использование однорядной вызывает большие затраты труда, а многорядная не отличается крепостью. Для работ рекомендуется использовать прочный раствор и полнотелый кирпич. Положение каждого кирпича контролируют и в вертикальной, и в горизонтальной плоскости. Для этого используют уровень и отвес. Для предания механической прочности и устойчивости конструкции используют армированную сетку, которая не должна выходить за пределы кладки.
Варианты конструкции колонн:
- несущие конструкции, принимающие на себя большие нагрузки по площади опирания на фундамент;
- кирпичные заборные, принимающие нагрузки в вертикальной плоскости. Нагрузка может быть различной, например, максимальная при примыкании к воротам калиткам или минимальная при соединении секций забора.
Изготовление колонны
Кладка колонны осуществляется по следующей технологи. В первую очередь готовится расходный материал:
- кирпич;
- цементно-песочный раствор;
- арматура.
Необходимые инструменты:
- шпатель;
- отвес, уровень;
- емкость для раствора.
Под колонну подготавливают фундамент, в который устанавливают арматуру или металлический столб. Вокруг столба возводят колонну.
Кладка выбирается из трех возможных вариантов: 2 х 1,5 кирпича, 2 х 2 кирпича, 2 х 2,5 кирпича.
Первый ряд — самый ответственный, сделать его нужно идеально, ведь от этого будет зависеть дальнейший ход работы.
Кладка кирпича 2 х 2 выполняется в определенной последовательности. Первый ряд выкладывается по 3 кирпича тычок в тычок. Второй ряд разворачивают на 90 градусов по горизонтали. Третий ряд выкладывают подобно первому и так далее до окончания работ.
Колонны кладут последовательно. После кладки первого уровня проводится контроль равномерности при помощи веревки.
При постройке нескольких рядом стоящих колон рекомендуется проводить последовательные действия. То есть первоначально выкладывают первые ряды всех колонн, после этого контролируют горизонт при помощи веревки и уровня. При необходимости проводят выравнивание, последующий контроль можно проводить при выкладывании 2-3 рядов. Несоблюдение технологии может привести к нарушению симметрии и неравномерной нагрузке на колонны.
Для облегчения работы предлагаются следующие рекомендации:
- для создания прочного основания первый кирпич укрепляется в растворе в углу будущей кирпичной колонны, второй укладывают рядом с твердой фиксацией;
- при пользуйтесь защитной одеждой и защитными очками;
- для декорирования кирпичной колонны можно применить стеклянные осколки, каменную крошку, цветную гальку;
- элементы декора лучше укреплять в швах, пока раствор еще не высох;
- если фундамент колонны находится на уровне земли, то формы для него можно сделать прямо в земле, если же выше, то рекомендуется использовать деревянную опалубку;
- углы можно проверять угольником;
- если необходимо декорирование кирпичной колонны светильниками или фонарями, не забудьте проложить в центре электрический кабель;
- в верхней части устанавливают капитель, исключающую накопление воды после осадков.
Очень эстетично и респектабельно смотрятся кирпичные столбы для заборов каменных, деревянных, бетонных и собственно кирпичных. Эти капитальные опоры надежные, мощные, красивые и отлично выдерживают наполнение большого веса.
Кстати, их скоростное и простое возведение – также неоспоримое преимущество в пользу таких опор.
Особенности устройства забора со столбами из кирпича
- Монтаж не требует специальной подготовки, а лишь внимания и старания сделать все правильно, прочно и аккуратно.
- Красивые и крепкие кирпичные опоры мы можем установить своими руками. А затем мы легко и быстро прикрепим к ним уже готовые прогоны.
- Привлекателен комбинированный забор с кирпичными столбами своими руками сделанный, а в его пролетах — . Такое максимально надежное, неприступное, кажущееся невесомой паутинкой ажурное ограждение зрительно расширяет пространство усадьбы.
- Если кладка кирпичных столбов для забора качественная, то забор простоит 50 лет.
- Современный кирпич восхищает многообразием фактурных поверхностей и цветовых оттенков. Уже только эти его качества без высоких дизайнерских идей индивидуализируют наше ограждение.
- Оригинальна кладка из рельефного кирпича, производимого для облицовки, а из цветного мы сложим на столбиках эксклюзивную мозаику.
Подготовительные работы
Железобетонный фундамент для столбов
Ответ на вопрос, как сделать мощный фундамент ограды с кирпичными опорами, дают специалисты: надо его вдвое расширить в глубину — это предотвратит грунтовое пучение и многократно усилит основу .
Инструкция предлагает такую последовательность работы.
- Разметим место траншеи на земле колышками и шнуром.
- Выкопаем ров.
- Под будущие столбы копаем более широкие квадратные ямы.
- Укладываем на 1 ряд кирпича каркас из металлической арматуры (диаметр 12 мм): 2 жилы внизу и 2 .
- Заливаем бетоном.
Совет!
Колонна станет прочнее от каркаса, залитого в фундаменте бетоном.
Ребристая ее арматура толщиной 12 мм и мощный состав бетона — 1 ведро цемента, 2 — песка, и 4 — щебенки значительно усилят все строение.
Швеллер в столбе
Недостаточно просто сложить кирпичный столб для забора своими руками на готовый фундамент: кирпичи надо надежно связать арматурой .
Непрочны также пустоты внутри сооружения, ведь вес кирпичных опор велик, а десятилетиями надо держать равновесие и противостоять непогоде.
- Швеллер мы можем заменить мощной трубой, металлическими уголками или связкой какой-либо арматуры. Именно к ним мы прикрепим и кронштейны лаг.
- Каркас без электросварки, вязанный проволокой используется чаще, ведь место возле сварки – слабый участок конструкции от чрезмерного обжига металла.
- Уголок 50 мм, соединяющий низ швеллеров для ворот, упрочнит конструкцию и защитит столбики от разрушения под тяжестью ворот.
- На выпустим на 20 см над бетоном по 4 металлических прута диаметром свыше 10 мм. К образованным анкерам затем будем крепить каркас для усиления конструкций.
Совет!
Петли ворот соединяем с квадратной трубой, предварительно приваренной к швеллеру – так нагрузка будет более равномерной и сохраняется возможность регулировать высоту ворот, ремонтировать петли.
Теперь зальем бетон в траншею. Раствор готовим согласно инструкции на мешках цемента.
Возведение столбов
Цоколь для забора и столбов
- Летом бетон в траншее застынет за 2 дня, потом мы начнем строить цоколь. Лучше использовать кирпич клинкер.
- Оптимальны опоры в два кирпича — 510 мм, а толщина полотна — в 1 кирпич, то есть 250 мм. Кирпич «американец» тонкий — 80 мм, поэтому образовавшуюся полость мы забетонируем.
Столбы для ограждения
Цвет и конфигурация цоколя нашего сооружения должны гармонировать с цоколем дома. А кирпич для столбов забора такой же, как и для дома, но с легкими декоративными вариациями .
- Высота забора – 2-3 метра, чтобы не закрыть дом: ограждение – это эффектная рамка для здания.
- Кладку из кирпича усиливаем мелкой арматурой: металлической сеткой, проволокой.
Обратите внимание!
В местах прилегания колонн к полотну забора кладем только целые кирпичи.
Шапки на столбах
- Крепить лаги и секции можно через 3 недели.
- Колпаки на кирпичных колоннах защитят от дождей, разрушающих бетон.
- Разнообразие таких шапок огромно, а простейший способ — трехрядная распушка.
Совет!
Колонны из строительного красного кирпича надо окрасить защитной пропиткой, которая покроет строение несмываемой пленкой, уберегающей от разрушения и появления белесых высолов.
Вывод
- Фундамент забора пусть соответствует фундаменту дома – так более гармонично для архитектуры нашей усадьбы. И глубина несущей конструкции почти такая же, как для дома. Оптимальный вариант — железобетонный ленточный фундамент с шириной 30 см, а глубиной 80 см.
- Чрезвычайно уязвимы конструкции у ворот, испытывающие наибольшую нагрузку: тяжелые ворота наклоняют колонну, к которой прикреплены. Поэтому устойчивость постройки зависит от этих кирпичных колонн.
- У въездных ворот возводим опоры только со швеллерами 160 мм, сваренные коробом.
- Все внутренние пустоты мы зальем добротным цементным раствором. Бетонировать пустоты в полом столбе мы будем частями – такая опора долговечнее.
Мы убедились, что красивые и устойчивые столбики для забора из кирпича своими руками можно выложить без особых усилий и затрат. Чтобы колонны и швеллера не гнулись, как хворост, нужен точный расчет, прочный металл, качественный кирпич, хороший бетонный раствор и жесткое защемление секций. В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.
Кирпич - достаточно прочный строительный материал, особенно полнотелый, и при строительстве домов в 2-3 этажа стены из рядового керамического кирпича в дополнительных расчетах как правило не нуждаются. Тем не менее ситуации бывают разные, например, планируется двухэтажный дом с террасой на втором этаже. Металлические ригеля, на которые будут опираться также металлические балки перекрытия террасы, планируется опереть на кирпичные колонны из лицевого пустотелого кирпича высотой 3 метра, выше будут еще колонны высотой 3 м, на которые будет опираться кровля:
При этом возникает естественный вопрос: какое минимальное сечение колонн обеспечит требуемую прочность и устойчивость? Конечно же, идея выложить колонны из глиняного кирпича, а тем более стены дома, является далеко не новой и все возможные аспекты расчетов кирпичных стен, простенков, столбов, которые есть суть колонны, достаточно подробно изложены в СНиП II-22-81 (1995) "Каменные и армокаменные конструкции". Именно этим нормативным документом и следует руководствоваться при расчетах. Приводимый ниже расчет, не более, чем пример использования указанного СНиПа.
Чтобы определить прочность и устойчивость колонн, нужно иметь достаточно много исходных данных, как то: марка кирпича по прочности, площадь опирания ригелей на колонны, нагрузка на колонны, площадь сечения колонны, а если на этапе проектирования ничего из этого не известно, то можно поступить следующим образом:
при центральном сжатии
Проектируется: Терраса размерами 5х8 м. Три колонны (одна посредине и две по краям) из лицевого пустотелого кирпича сечением 0,25х0,25 м. Расстояние между осями колонн 4 м. Марка кирпича по прочности М75.
При такой расчетной схеме максимальная нагрузка будет на среднюю нижнюю колонну. Именно ее и следует рассчитывать на прочность. Нагрузка на колонну зависит от множества факторов, в частности от района строительства. Например, снеговая нагрузка на кровлю в Санкт-Петербурге составляет 180 кг/м², а в Ростове-на-Дону - 80 кг/м². С учетом веса самой кровли 50-75 кг/м² нагрузка на колонну от кровли для Пушкина Ленинградской области может составить:
N с кровли = (180·1,25 +75)·5·8/4 = 3000 кг или 3 тонны
Так как действующие нагрузки от материала перекрытия и от людей, восседающих на террасе, мебели и др. пока не известны, но железобетонная плита точно не планируется, а предполагается, что перекрытие будет деревянным, из отдельно лежащих обрезных досок, то для расчетов нагрузки от террасы можно принять равномерно распределенную нагрузку 600 кг/м², тогда сосредоточенная сила от террасы, действующая на центральную колонну, составит:
N с террасы = 600·5·8/4 = 6000 кг или 6 тонн
Собственный вес колонн длиной 3 м будет составлять:
N с колонны = 1500·3·0,38·0,38 = 649,8 кг или 0,65 тонн
Таким образом суммарная нагрузка на среднюю нижнюю колонну в сечении колонны возле фундамента составит:
N с об = 3000 + 6000 + 2·650 = 10300 кг или 10,3 тонн
Однако в данном случае можно учесть, что существует не очень большая вероятность того, что временная нагрузка от снега, максимальная в зимнее время, и временная нагрузка на перекрытие, максимальная в летнее время, будут приложены одновременно. Т.е. сумму этих нагрузок можно умножить на коэффициент вероятности 0,9, тогда:
N с об = (3000 + 6000)·0.9 + 2·650 = 9400 кг или 9,4 тонн
Расчетная нагрузка на крайние колонны будет почти в два раза меньше:
N кр = 1500 + 3000 + 1300 = 5800 кг или 5,8 тонн
2. Определение прочности кирпичной кладки.
Марка кирпича М75 означает, что кирпич должен выдерживать нагрузку 75 кгс/см², однако прочность кирпича и прочность кирпичной кладки - разные вещи. Понять это поможет следующая таблица:
Таблица 1 . Расчетные сопротивления сжатию для кирпичной кладки
Но и это еще не все. Все тот же СНиП II-22-81 (1995) п.3.11 а) рекомендует при площади столбов и простенков менее 0.3 м² умножать значение расчетного сопротивления на коэффициент условий работы γ с =0,8 . А так как площадь сечения нашей колонны составляет 0,25х0,25 = 0,0625 м², то придется этой рекомендацией воспользоваться. Как видим, для кирпича марки М75 даже при использовании кладочного раствора М100 прочность кладки не будет превышать 15 кгс/см². В итоге расчетное сопротивление для нашей колонны составит 15·0,8 = 12 кг/см², тогда максимальное сжимающее напряжение составит:
10300/625 = 16,48 кг/см² > R = 12 кгс/см²
Таким образом для обеспечения необходимой прочности колонны нужно или использовать кирпич большей прочности, например М150 (расчетное сопротивление сжатию при марке раствора М100 составит 22·0,8 = 17,6 кг/см²) или увеличивать сечение колонны или использовать поперечное армирование кладки. Пока остановимся на использовании более прочного лицевого кирпича.
3. Определение устойчивости кирпичной колонны.
Прочность кирпичной кладки и устойчивость кирпичной колонны - это тоже разные вещи и все тот же СНиП II-22-81 (1995) рекомендует определять устойчивость кирпичной колонны по следующей формуле :
N ≤ m g φRF (1.1)
m g - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки. В данном случае нам, условно говоря, повезло, так как при высоте сечения h ≤ 30 см, значение данного коэффициента можно принимать равным 1.
φ - коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости колонны λ . Чтобы определить этот коэффициент, нужно знать расчетную длину колонны l o , а она далеко не всегда совпадает с высотой колонны. Тонкости определения расчетной длины конструкции здесь не изложены, лишь отметим, что согласно СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: "Расчетные высоты стен и столбов l o при определении коэффициентов продольного изгиба φ в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:
а) при неподвижных шарнирных опорах l o = Н ;
б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l o = 1,5H , для многопролетных зданий l o = 1,25H ;
в) для свободно стоящих конструкций l o = 2Н ;
г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями — с учетом фактической степени защемления, но не менее l o = 0,8Н , где Н — расстояние между перекрытиями или другими горизонтальными опорами, при железобетонных горизонтальных опорах расстояние между ними в свету."
На первый взгляд, нашу расчетную схему можно рассматривать, как удовлетворяющую условиям пункта б). т.е можно принимать l o = 1,25H = 1,25·3 = 3,75 метра или 375 см . Однако уверенно использовать это значение мы можем лишь в том случае, когда нижняя опора действительно жесткая. Если кирпичная колонна будет выкладываться на слой гидроизоляции из рубероида, уложенный на фундамент, то такую опору скорее следует рассматривать как шарнирную, а не жестко защемленную. И в этом случае наша конструкция в плоскости, параллельной плоскости стены, является геометрически изменяемой, так как конструкция перекрытия (отдельно лежащие доски) не обеспечивает достаточную жесткость в указанной плоскости. Из подобной ситуации возможны 4 выхода:
1. Применить принципиально другую конструктивную схему , например - металлические колонны, жестко заделанные в фундамент, к которым будут привариваться ригеля перекрытия, затем из эстетических соображений металлические колонны можно обложить лицевым кирпичом любой марки, так как всю нагрузку будет нести металл. В этом случае, правда нужно рассчитывать металлические колонны, но расчетную длину можно принимать l o = 1,25H .
2. Сделать другое перекрытие , например из листовых материалов, что позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, в этом случае l o = H .
3. Сделать диафрагму жесткости в плоскости, параллельной плоскости стены. Например по краям выложить не колонны, а скорее простенки. Это также позволит рассматривать и верхнюю и нижнюю опору колонны, как шарнирные, но в этом случае необходимо дополнительно рассчитывать диафрагму жесткости.
4. Не обращать внимания на вышеприведенные варианты и рассчитывать колонны, как отдельно стоящие с жесткой нижней опорой, т.е l o = 2Н . В конце концов древние греки ставили свои колонны (правда, не из кирпича) без каких-либо знаний о сопротивлении материалов, без использования металлических анкеров, да и столь тщательно выписанных строительных норм и правил в те времена не было, тем не менее некоторые колонны стоят и по сей день.
Теперь, зная расчетную длину колонны, можно определить коэффициент гибкости:
λ h = l o / h (1.2) или
λ i = l o (1.3)
h - высота или ширина сечения колонны, а i - радиус инерции.
Определить радиус инерции в принципе не сложно, нужно разделить момент инерции сечения на площадь сечения, а затем из результата извлечь квадратный корень, однако в данном случае в этом нет большой необходимости. Таким образом λ h = 2·300/25 = 24 .
Теперь, зная значение коэффициента гибкости, можно наконец-то определить коэффициент продольного изгиба по таблице:
Таблица 2
. Коэффициенты продольного изгиба для каменных и армокаменных конструкций
(согласно СНиП II-22-81 (1995))
При этом упругая характеристика кладки α определяется по таблице:
Таблица 3 . Упругая характеристика кладки α (согласно СНиП II-22-81 (1995))
В итоге значение коэффициента продольного изгиба составит около 0,6 (при значении упругой характеристики α = 1200, согласно п.6). Тогда предельная нагрузка на центральную колонну составит:
N р = m g φγ с RF = 1·0,6·0,8·22·625 = 6600 кг < N с об = 9400 кг
Это означает, что принятого сечения 25х25 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны недостаточно. Для увеличения устойчивости наиболее оптимальным будет увеличение сечения колонны. Например, если выкладывать колонну с пустотой внутри в полтора кирпича, размерами 0,38х0,38 м, то таким образом не только увеличится площадь сечения колонны до 0,13 м² или 1300 см², но увеличится и радиус инерции колонны до i = 11,45 см . Тогда λ i = 600/11,45 = 52,4 , а значение коэффициента φ = 0,8 . В этом случае предельная нагрузка на центральную колонну составит:
N р = m g φγ с RF = 1·0,8·0,8·22·1300 = 18304 кг > N с об = 9400 кг
Это означает, что сечения 38х38 см для обеспечения устойчивости нижней центральной центрально-сжатой колонны хватает с запасом и даже можно уменьшить марку кирпича. Например, при первоначально принятой марке М75 предельная нагрузка составит:
N р = m g φγ с RF = 1·0,8·0,8·12·1300 = 9984 кг > N с об = 9400 кг
Вроде бы все, но желательно учесть еще одну деталь. Фундамент в этом случае лучше делать ленточным (единым для всех трех колонн), а не столбчатым (отдельно для каждой колонны), в противном случае даже небольшие просадки фундамента приведут к дополнительным напряжениям в теле колонны и это может привести к разрушению. С учетом всего вышеизложенного наиболее оптимальным будет сечение колонн 0,51х0,51 м, да и с эстетической точки зрения такое сечение является оптимальным. Площадь сечения таких колонн составит 2601 см².
Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость
при внецентренном сжатии
Крайние колонны в проектируемом доме не будут центрально сжатыми, так как на них будут опираться ригеля только с одной стороны. И даже если ригеля будут укладываться на всю колонну, то все равно из-за прогиба ригелей нагрузка от перекрытия и кровли будет передаваться крайним колоннам не по центру сечения колонны. В каком именно месте будет передаваться равнодействующая этой нагрузки, зависит от угла наклона ригелей на опорах, модулей упругости ригелей и колонн и ряда других факторов. Это смещение называется эксцентриситетом приложения нагрузки е о. В данном случае нас интересует наиболее неблагоприятное сочетание факторов, при котором нагрузка от перекрытия на колонны будет передаваться максимально близко к краю колонны. Это означает, что на колонны кроме самой нагрузки будет также действовать изгибающий момент, равный M = Ne о , и этот момент нужно учесть при расчетах. В общем случае проверку на устойчивость можно выполнять по следующей формуле:
N = φRF - MF/W (2.1)
W - момент сопротивления сечения. В данном случае нагрузку для нижних крайних колонн от кровли можно условно считать центрально приложенной, а эксцентриситет будет создавать только нагрузка от перекрытия. При эксцентриситете 20 см
N р = φRF - MF/W = 1·0,8·0,8·12·2601 - 3000·20·2601 · 6/51 3 = 19975,68 - 7058,82 = 12916,9 кг > N кр = 5800 кг
Таким образом даже при очень большом эксцентриситете приложения нагрузки у нас имеется более чем двукратный запас по прочности.
Примечание: СНиП II-22-81 (1995) "Каменные и армокаменные конструкции" рекомендует использовать другую методику расчета сечения, учитывающую особенности каменных конструкций, однако результат при этом будет приблизительно таким же, поэтому методика расчета, рекомендуемая СНиПом здесь не приводится.
