Главная / Заработная плата

Расчет кирпичной колоннына прочность и устойчивость. Кирпичные столбы для забора своими руками

Столбы из кирпича являются важными составляющими частями многих построек. К конструированию и сооружению подобных деталей необходимо подходить со всей ответственностью, поскольку от них нередко зависит качество и срок службы всего возведения в целом. Изготовить кирпичные колонны вполне возможно своими руками. Сегодня мы подробно рассмотрим, как это надо правильно делать, чтобы получить желаемый результат.

Виды конструкций

Колонны из кирпича являют собой вертикальные архитектурные сооружения, что требуются для поддержания навесных и дополнительного укрепления вертикальных оснований. Кроме того, к этим изделиям часто обращаются для придания строениям более интересного и стильного внешнего вида. Кирпичные колонны «на ура» справляются с ролью декоративных составляющих. Исходя из своего основного назначения, различают следующие разновидности этих конструкций.

Несущие. Указанные виды кирпичных столбов играют роль надежных и крепких опор, отведенных для поддержания навесных систем. Несущие колонны принимают на себя всю нагрузку от указанных оснований. В дальнейшем эта нагрузка передается непосредственно на фундаментную основу постройки.

Заборные. Столбы этого типа представляют собой незамысловатые конструкции, в которых все отдельные элементы соединяются друг с другом, а между ними остаются секции. В основном, единственная нагрузка, которую переносят эти сооружения – их собственный вес. Если между указанными опорами устанавливаются какие-либо дополнительные составляющие, то на колонны начинают действовать и разного рода горизонтальные нагрузки (в большинстве ситуаций незначительные).

Воротного типа. На указанные опоры из кирпичей вешают элементы внушительного веса, которые также являются подвижными (то есть двигаются относительно самих кирпичных столбов). Эти сооружения выдерживают нагрузку и от собственной массы, и горизонтальные нагрузки от повешенных на них конструкций. Стоит учесть, что горизонтальные нагрузки в этой ситуации могут изменять направление приложения.

Декоративные. Эти привлекательные конструкции из кирпича соединяются с несущими стеновыми основаниями. Механически они почти ничем не «нагружены». Такие детали играют роль эстетичных декораций, украшающих собой возведение.

Какой бы вариант кирпичных столбов вы ни запланировали соорудить, в любом случае вам понадобится учесть одну важную особенность – в подобных конструкциях не должно быть длинных рядов кладки. Кроме того, подобные изделия должны иметь квадратное или прямоугольное сечение с его заполненностью – это делает сооружения по максимуму устойчивыми, крепкими и надежными. Нередко указанные конструкции дополнительно укрепляют, чтобы они получились более качественными. Исходя из этих качеств выделяются изделия с армированием и без него.

Неважно, какие столбы вы собираетесь конструировать – для ворот, заборные или несущие, в любом случае вам понадобится прибрести высококачественные стройматериалы, отличающиеся хорошими эксплуатационными характеристиками и долгим сроком службы. Только из такой продукции колонны получатся действительно устойчивыми, надежными и привлекательными.

Кирпичи для подобных конструкций могут быть как полнотелыми, так и пустотелыми. Главное, учитывать свойства морозостойкости, влагопоглощения и износостойкости указанных стройматериалов. Необходимо подбирать такой кирпич, которому будут не страшны неблагоприятные внешние факторы, например, атмосферные осадки или температурные перепады. Кроме того, специалисты настоятельно рекомендуют отдавать предпочтение только экологически чистым и безопасным продуктам, которые не будут оказывать негативного влияния на окружающую среду или здоровье человека.

Для построения колонн нельзя покупать кирпич, масса которого менее 4,3 кг. Если же кирпичиками вы планируете отделать внешнюю поверхность столбов, то придется подыскивать стройматериалы с рельефной или гладкой поверхностью, равномерным окрасом.

Также важно учитывать и качество исполнения кирпича. На его поверхности ни в коем случае не должно быть каких-либо повреждений или дефектов – трещин, сколов, глубоких царапин или осыпающихся углов. От использования этих стройматериалов лучше отказаться – долго они не прослужат, да и надежных сооружений из них не получится. Качество кирпича должно быть идеальным. Только из такой продукции получатся хорошие и качественные столбы.

Как рассчитать количество материала?

Прежде чем приступать к самостоятельному изготовлению красивых и качественных кирпичных столбов, желательно рассчитать, стройматериалы в каких объемах вам понадобится приобрести. Специалисты утверждают, что при использовании полнотелого кирпича от дополнительных расчетов можно отказаться. Однако нередко возникает потребность в выявлении самого маленького сечения, которого будет достаточно для хорошей прочности и устойчивости конструкций.

Дабы определить все необходимые параметры, очень важно иметь всю требуемую информацию о марке приобретенных стройматериалов, периметре опоры ригелей на столбы, площади сечения и объеме передаваемой нагрузки. Следует иметь в виду, что все нюансы подсчета кирпичных столбов или стеновых основ детально описаны в соответствующих СНиПах (например, СНиП II-22-81 (1995).

Кроме того, при расчете необходимых продуктов надо опираться на заранее определенные размерные параметры будущих колонн (следует иметь в виду их высоту и сечение). Подсчет обычно ведут исходя из количества кирпичиков в ряду, учитывая шов в 10 мм. Специалисты рекомендуют брать в учет следующие исходные данные:

если столбы имеют сечение 30х30 см, то в одном ряду понадобится выкладывать по 4 простых кирпичика;
если сечение 40х40 см, то в ряду будет уже 6 элементов;
при сечении 60х60 см расчет объема кирпичей следует делать как на 4 отдельные колонны с сечением 30х30 см;
если сечение достигает 80х80 см, то сначала подготавливают колонну 60х60 см, а потом облицовывают ее кирпичной кладкой.

Количество рядов обычно зависит от параметра толщины кирпича с учетом прибавки размеров шва. Одинарные стандартные кирпичи изготавливаются с шириной 65 мм (со швом 75 мм), а полуторные – 88 мм (со швом 98 мм). Если поделить параметр высоты кирпичного столба на указанные значения, то удастся выявить требуемое количество рядов. А если умножить его на число отдельных кирпичиков в каждом ряду, то станет известна общая потребность в стройматериалах.

Дабы получить итоговое количество, потребуется добавить примерно 10-15% на бой, возможный брак и мусор (в этом вопросе также рекомендуется брать в учет и опытность мастера, который будет проводить работы).

Создание фундамента

Для установки кирпичных колонн обязательно нужно сначала соорудить качественные фундаментные основы. К примеру, варианты для забора, относящиеся к классу Люкс, особенно нуждаются в надежном фундаменте (на примере этих сооружений мы и рассмотрим все рабочие этапы). Конструировать его нужно следующим образом.

Сперва проводят разметку территории, на которой планируется установка кирпичных колонн. Делается это точно так же, как и при монтаже деревянных или металлических конструкций. Надо учитывать, что тот же забор из кирпичных столбов должен размещаться на участке в соответствии с кадастровым планом.
Сначала понадобится отметить участки, на которых станут находиться угловые опоры. Для этого в нужных точках потребуется вбить небольшие деревянные колышки и протянуть между ними шнурок.
Потом понадобится выявить шаг между опорами. Он будет зависеть от полотен, которые планируется устанавливать между отдельными столбами. К примеру, для профлиста подойдет шаг не более 2,5 м.

Далее под фундамент роется котлован. Если грунт на участке пучинистый, то сначала опорные детали понадобится хорошенько защитить от влияния воды в почве. Для этого нижняя часть колонн бутируется. После подготовки котлована для столбов можно будет переходить непосредственно к конструированию фундамента. Предусматриваются следующие этапы:

на дно вырытой выемки надо уложить подушку из щебенки и песка в 10-15 см;
затем по центру фиксируют ось опорной детали;
параллельно оси ставят 2-3 стержня (арматуры) 90 см в высоту;
затем надо уложить подушку из песка и щебенки, параллельно проверяя вертикальность опорного элемента;
расширив отверстие, надо уложить 5-сантиметровую подушку из щебня и песка по всей площади;
понадобится постоянно проверять горизонтальность оси;
далее будет нужно залить бетон заподлицо с уровнем почвы;
бетон должен до конца высохнуть в течение 7-10 дней.

Схема кладки

Самостоятельно выложить колонны из кирпича можно своими руками. При этом важно придерживаться определенной схемы, чтобы проведение работ было понятным, а результат – ожидаемым.

Чтобы самостоятельно соорудить подобные конструкции, понадобится запастись следующими требуемыми инструментами:

кельмой (мастерком);
шпателем;
молотком-киркой;
расшивкой;
ковшиком;
отвесом;
строительным пузырьковым или лазерным уровнем;
угольником;
железной линейкой.

Уровень прочности колонны из кирпича во многом зависит от грамотного исполнения перевязки отдельных рядов, что предусматривает особую кладку. Рассмотрим наиболее популярные варианты.

Если размер составляет 2х1,5 кирпичика (6 деталей в одном ряду), то кладку требуется проводить следующим образом:

1 ряд будет состоять из четырех кирпичей, уложенных между собой ложками; а два понадобится класть поперек ложками к тычкам предыдущих деталей;
2 ряд выкладывается таким же способом, но при этом надо делать оборот в 180 градусов;
3 ряд будет состоять из 3 кирпичиков, расположенных параллельно в центре с обкладкой двумя по бокам, углы при этом потребуется заполнить отдельными половинками кирпичей;
4 ряд осуществляется путем монтажа 2 параллельных кладок по 3 кирпичика.

После этого делают перевязку.

Если размер составляет 2х2 кирпича, то есть 8 блоков в одном ряду, то последовательность действий будет следующей:

1 ряд будет укладываться по 4 совмещенных ложками кирпичика, состыкованных при помощи тычков;
2 ряд будет состоять из четырех параллельно выложенных кирпичей, находящихся в центре, к их тычкам ложками понадобится присоединить с 2 сторон оставшиеся детали;
на 3 ряд предыдущую комбинацию понадобится развернуть на 90 градусов;
4 ряд выкладывается подобно стартовому ряду, но с разворотом на 90 градусов.

Описанная усложненная связка, состоящая из четырех кирпичных рядов, будет гарантировать высочайшие прочностные характеристики столбов. Дабы дополнительно укрепить подобные основания, после каждого перевязочного цикла потребуется зафиксировать армирующую сетку. Если имеют место даже небольшие нагрузки, на несущие столбы из блоков по центру кладки ставят специальные армирующие стержни.

Любое колонное сооружение, будь то навес или заборное ограждение, в первую очередь должно быть построено таким образом, чтобы готовая конструкция в дальнейшем могла выдержать повышенную нагрузку. Получить желаемый эффект возможно лишь в том случае, если при выборе кладочной продукции отдавать свое предпочтение качественному строительному материалу, достаточной прочности и надежности.

Учитывая мнение специалистов, лучше всего возводить колонны из цельного облицовочного кирпича, без повреждений на поверхности и видимых дефектов. Можно использовать и половинки кирпичей, но только в том случае, если на поверхности строительного материала также не будут заметны всевозможные разрушения.

Кладка колонн из кирпича осуществляется без обвязки многорядного значения. Выполнять анализируемый вид обвязки вовсе не обязательно, так как рассматриваемая конструкция не является монолитной.

Подготовительный этап

Чтобы кирпичная колонна прослужила долгий срок эксплуатации, в строгом порядке нужно строго придерживаться технологии при ее возведении.

Соблюдение правил обязательно для любых конструкций, так как даже незначительное нарушение может стать причиной проседания только что возведенного сооружения или даже полного его разрушения.

Для строительства кирпичных колонн вне зависимости от того, в полтора кирпича или в один будет строиться сооружение, задействуется подвязка трехрядная. Объясняется это довольно просто – однорядный вариант требует к себе большего затрата труда, а многорядный не помогает создать конструкцию прочной и надежной.

Как только погонный метр основы будет уложен на качественный цементный раствор, проверяется уровень кладки, как в вертикальном положении, так и в горизонтальном. Для этого используется обычный строительный уровень и любой вид отвеса. Чтобы усилить прочность будущей конструкции, специалисты рекомендуют использовать специальную сетку для армирования. Если сетка будет использоваться при кладке, обязательно нужно проконтролировать, чтобы края материала были утоплены внутри конструкции.

Перед тем как приступить к кладке колонны, следует подготовить необходимый материал и строительные инструменты:

кирпичную основу и цементно-песчаный раствор;
армирующую сетку;
строительный уровень и отвес;
емкость, в которой можно будет замешивать цемент и шпатель.

Перед возведением колонны подготавливается фундаментное основание, размер которого должен соответствовать размерам будущей конструкции. В фундамент нужно установить металлическую арматуру или столб, вокруг которого и будет строиться колонна.

Перед тем как начинать изготавливать из кирпича колонну своими руками, следует решить, какой лучше задействовать для возведения метод – 2×2, 2×1,5, 2×2,5 цельных кирпича. По мнению специалистов, для строительства заборной колонны можно использовать как первый, так и второй вариант кладки. Готовая конструкция получится в надежном исполнении и без проблем справится с нагрузкой, которая ляжет на нее в дальнейшем.

Кладка колонны в полтора кирпича осуществляется в следующей последовательности:

Для первого ряда потребуется 6 кирпичей, которые нужно выложить тыльной стороной друг к другу.
При укладке второго ряда следует два наружных цельных кирпича и две половинки основы перпендикулярно расположить к первому уложенному ряду. А оставшиеся 3 кирпича уложить в параллельном расположении друг к другу.
4 кирпича третьего ряда в перпендикулярном положении укладываются к кирпичам, задействованным для создания первого ряда, в так называемый ложок. Оставшиеся два кирпича, расположенные тычками друг к другу, используются для заполнения образовавшегося пространства.
Для создания 4 ряда повторяется технология, используемая в третьем ряду, но только в зеркальном отображении. Для этого просто достаточно конструкцию визуально перевернуть на 380 °.

Выбрав технологию кладки колонн 2×2, следует придерживаться следующих правил:

Для кладки первого ряда потребуется 3 шт. облицовочного кирпича, уложенные по технологии «тычок в тычок».
Укладывая второй кирпичный ряд, кладку поворачивают по горизонтали на 90 °.
Возводя 3-й ряд, повторяют технологию первого и так далее.

Если возводятся массивные колонны, по мнению специалистов, залить обязательно нужно пространство, которое образуется между стальной арматурой и уложенными кирпичами.

При возведении нескольких колонн, расположенных вблизи друг друга, рекомендуется одновременно и последовательно возводить все колонны. То есть в первую очередь выложить первый ряд кирпичей на каждой колонне и проверить ровность кладки при помощи строительного
уровня и отвеса. Если выравнивать ничего не потребуется, можно смело приступить к возведению второго ряда и так далее. Если технология строительства колонн будет нарушена, это приведет как к нарушению параметров симметрии, так и к неравномерно распределенной нагрузке, которая в дальнейшем будет возложена на близкорасположенные колонны.

Соблюдая рекомендации и советы, ранее проанализированные в статье, возводя колонны поэтапно из качественного строительного материала, каждый домашний умелец сможет справиться с поставленной перед собой задачей и непременно получит удовольствие от полученного результата.

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.

Колонны из кирпича являются важными элементами многих сооружений, требующими соблюдения определенных правил при проектировании и строительстве.

От качества возведения порой зависит надежность всего строения.

Кирпичные колонны и столбы представляют собой вертикальные архитектурные элементы , предназначенные для поддержания навесных и укрепления вертикальных конструкций, а также для придания декоративного вида. В зависимости от назначения различают такие виды:

Несущий тип . Такие колонны являются опорами для навесных систем и воспринимают нагрузку от них, которая передается на фундамент.
Заборный вариант . По сути, это колонны, между которыми крепятся секции. Чаще всего, они испытывают только нагрузку от собственного веса. Если между такими опорами навешиваются какие-либо конструкции, то на колонны действуют и определенные горизонтальные нагрузки (как правило, небольшие).
Столбы воротного типа . На такие кирпичные опоры навешиваются достаточно тяжелые элементы, которые могут еще и двигаться относительно неподвижных столбов. Они испытывают нагрузки от собственного веса и горизонтальные нагрузки от веса навешенных конструкций. Более того эти горизонтальные нагрузки могут изменять направление приложения.
Декоративные колонны , которые соединены с несущими стенами и практически не нагружены механически.

Для любой разновидности колонн можно выделить такие особенности , как отсутствие длинных рядов; квадратное или прямоугольное сечение и его заполненность, что повышает прочность конструкции. По дополнительному упрочению выделяются колонны с армирующими элементами и без них.

Как рассчитать потребность в материалах?

Для того, чтобы рассчитать потребность в кирпиче, необходимо определиться с размерами колонны – сечением и высотой. Расчет ведется по количеству кирпичей в ряду с учетом среднего размера шва 10 мм. К сведению можно принять такие исходные данные:

при сечении колонны 30х30 см в ряду укладывается 4 стандартных кирпича;
сечение 40х40 см – 6 кирпичей;
сечение 60х60 см – рассчитывается, как 4 колонны 30х30 см;
в случае сечения 80х80 см вначале формируется колонна 60х60 см, которая обкладывается вокруг кирпичом.

Количество рядов определяется по толщине кирпича с прибавлением шва. Одинарный, стандартный кирпич имеет толщину 65 мм (с учетом шва – 75 мм), а полуторный кирпич – 88 мм (98 мм). Если разделить высоту колонны на эти значения, то можно определить число рядов, а перемножив его на количество кирпичей в ряду – общую потребность.

Для получения окончательного количества надо прибавить 10-15 процентов на бой и отходы (в зависимости от квалификации мастера).

Особенности возведения фундамента

Основание столба или колонны изготавливается с учетом их назначения и возникающих нагрузок. В наиболее тяжелых условиях находится фундамент несущей конструкции, его размеры обычно в 1,8-2 раза превосходят размеры самой колонны.

Изготовление идет в таком порядке:

Роется яма глубиной 1,4-1,5 м, на дно которой засыпается подушка из песка и щебня толщиной 10-15 см.
В центре строго вертикально устанавливается стальная диаметром 10-16 мм или стальная труба диаметром 60-75 мм.
Вокруг сердечника выкладывается . При кладке производится заполнение раствором зазора между армировкой и кирпичной кладкой.
Устанавливается опалубка.
Заливается бетонный раствор с внешней стороны кирпичной кладки.

Фундамент возводится так, чтобы он возвышался над поверхностью земли не менее чем на 15-20 см . Боковые стенки бетона следует обмазать битумом для защиты от влаги.

Секреты кладки

Прочность кирпичной колонны обеспечивается при обеспечении специальной перевязки рядов, что подразумевает специфическую кладку. Наиболее распространены несколько вариантов.

При размере 2х1,5 кирпича (6 элементов в ряду) кладка производится в такой последовательности:

1-й ряд – 4 кирпича ложками друг к другу, а 2 – поперек ложками к тычкам предыдущих элементов;
2-й – аналогичная укладка, но с разворотом на 180º;
3-й – 3 кирпича параллельно в центре с обкладкой 2-мя по бокам, углы заполняются половинками кирпичей;
4-й – 2 параллельные укладки по 3 кирпича.

При размере 2х2 кирпича (8 элементов в ряду):

1-й ряд – по 4 совмещенных ложками кирпича стыкуются тычками;
2-й – 4 параллельно уложенных кирпича находятся в центре, а к их тычкам ложками присоединяются с двух сторон остальные элементы;
3-й – предыдущая система разворачивается на 90º;
4-й – ангалогично первому ряду, но с разворотом на 90º.

Только указанная сложная увязка из четырех рядов позволяет гарантировать высокую прочность колонны. Для укрепления конструкции после каждого цикла перевязки между рядами закрепляется армирующая сетка. При наличии значительных нагрузок на несущие колонны в центре кладки вертикально монтируются армирующие стержни.

При проведении работ своими руками потребуется такой инструмент: кельма (мастерок), шпатель, молоток-кирочка, расшивка, ковшик, отвес, строительный уровень, угольник, металлическая линейка. Для приготовления раствора хорошо подойдет строительный миксер, а для установки арматуры и разрезания кирпичей – болгарка.

Полезные видео

Посмотрите, как делается кладка колонн из кирпича марки 100 с армировкой и бетонированием своими руками:

А это кладка колонны из полуторного, силикатного кирпича — все этапы:

Технология кладки винтовой колонны:

Процесс кладки столба, нюансы:

Кирпичные столбы и колонны являются ответственными элементами, от которых зависит прочность всего сооружения. При их изготовлении своими руками следует обратить особое внимание на надежность фундамента и правильность перевязки кладочных рядов. Выполнение всех рекомендаций обеспечит продолжительную и надежную эксплуатацию конструкций.

Рисунок 1 . Расчетная схема для кирпичных колонн проектируемого здания.

Пример расчета кирпичной колонны на устойчивость 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.

Расчетные предпосылки:

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, Санкт-Петербурге составляет 180 кг/м 2 , а в Ростове-на-Дону - 80 кг/м 2 . С учетом веса самой кровли 50-75 кг/м 2 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/м 2 , 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

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/см 2 , однако прочность кирпича и прочность кирпичной кладки - разные вещи. Понять это поможет следующая таблица:

Таблица 1 . Расчетные сопротивления сжатию для кирпичной кладки (согласно СНиП II-22-81 (1995))

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 м 2 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 м 2 , то придется этой рекомендацией воспользоваться. Как видим, для кирпича марки М75 даже при использовании кладочного раствора М100 прочность кладки не будет превышать 15 кгс/см 2 . В итоге расчетное сопротивление для нашей колонны составит 15·0.8 = 12 кг/см 2 , тогда максимальное сжимающее напряжение составит:

10300/625 = 16.48 кг/см 2 > R = 12 кгс/см 2

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/см 2) или увеличивать сечение колонны или использовать поперечное армирование кладки. Пока остановимся на использовании более прочного лицевого кирпича.

3. Определение устойчивости кирпичной колонны.

N ≤ m g φRF (1.1)

где 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.

Примечание : Вообще-то с коэффициентом m g все не так просто, подробности можно посмотреть в комментариях к статье.

φ - коэффициент продольного изгиба, зависящий от гибкости колонны λ . Чтобы определить этот коэффициент, нужно знать расчетную длину колонны l 0 , а она далеко не всегда совпадает с высотой колонны. Тонкости определения расчетной длины конструкции изложены отдельно , здесь лишь отметим, что согласно СНиП II-22-81 (1995) п.4.3: "Расчетные высоты стен и столбов l 0 при определении коэффициентов продольного изгиба φ в зависимости от условий опирания их на горизонтальные опоры следует принимать:

а) при неподвижных шарнирных опорах l 0 = Н ;

б) при упругой верхней опоре и жестком защемлении в нижней опоре: для однопролетных зданий l 0 = 1,5H , для многопролетных зданий l 0 = 1,25H ;

в) для свободно стоящих конструкций l 0 = 2Н ;

г) для конструкций с частично защемленными опорными сечениями — с учетом фактической степени защемления, но не менее l 0 = 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 0 = 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 приниматьl 0 = 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 0 = 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 0 = 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 0 /h (1.2) или

λ i = l 0 /i (1.3)

где h - высота или ширина сечения колонны, а i - радиус инерции.

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 = 1х0.6х0.8х22х625 = 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 м 2 или 1300 см 2 , 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 = 1х0.8х0.8х22х1300 = 18304 кг > N с об = 9400 кг

N р = m g φγ с RF = 1х0.8х0.8х12х1300 = 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 см 2 .

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, которые подробно рассматриваются в статье "Расчет опорного участка балки на смятие ". 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)

где 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 = 1х0.8х0.8х12х2601 - 3000·20·2601 · 6/51 3 = 19975, 68 - 7058.82 = 12916.9 кг > N кр = 5800 кг

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 методику расчета, рекомендуемую СНиПом здесь не привожу.