Колонны из кирпича: расчет. Определение устойчивости. Нюансы работы с фундаментом

Что нас убеждает в строительстве больше всего – конечно, время, этот волшебник, который привык всё расставлять по местам.

Эти колонны из кирпича заслужили всеобщее признание и применение ещё в старую «недобрую» римскую эпоху, и, ведь, стоят до сих пор и продолжают нас восхищать и учить на совесть сделанной работе. 

Почти по Грибоедову – «учились бы на старших глядя»

Что удивительно, технологии создания кирпичных колонн с тех пор совершенно не изменились. Да появились новые материалы, ассортимент кирпича на рынке просто огромен, но технологии всё те же.

Новое – это, безусловно, расчёт

В эпоху фараонов, как считают, даже пирамиды во многом строились по наитию, просто исходя из огромного опыта и интуиции. Нет, расчёт был и ещё какой – сооружения египтян строго выровнены по сторонам света, все тысячетонные камни подогнаны друг к другу до миллиметра, но строгой математики было немного. Что уж говорить о колоннах, а ведь строили, и ещё какие, на века.

Ныне кое-что всё-таки поменялось, в первую очередь, доступная для всех расчётная база. Прежде чем решить на сооружение кирпичной колонны необходимо произвести её расчёт. (см. также Кирпичные столбы: что о них необходимо знать застройщику)

Расчёт для всех

Расчет кирпичной колонны состоит из ряда последовательных шагов.

Сначала определяемся с исходными данными:

• вид,
• размер,
• марка кирпича (прочность).

Затем на первом шаге рассчитываем колонну на прочность, которая в некоторой степени зависит от района возведения. Этот расчёт производится, если колонна возводится не сама по себе, а она будет нести нагрузку, в частности снеговую. Но одно дело зима в Нарьян-Маре и совсем другое дело в Адлере.

Поэтому, в качестве дополнительных данных определяем:

• нагрузку на кровлю (снеговую) – P;
• вес самой кровли – W.

Формула расчёта нагрузки на колонну со стороны кровли имеет вид:

• Nk = 5 x 8 x ( 1,25 x P + W ) / 4,

где числа – стандартные коэффициенты.

Если предполагается, что колонна должна нести на себе ещё и террасу, нагрузка на квадратный метр которой, усредненно принимается в килограммах за Ws, то формула расчёта нагрузки со стороны террасы принимает вид:

• Nt = 5 x 8 x Ws / 4.

Определяем вес самой колонны:

• Nd = 1500 x 0,38 x 0,38 x D,

где D – длина колонны.

Таким образом, вычисляем суммарную нагрузку на колонну в сечении около фундамента:

• N = 0,9 x ( Nk + Nt + Nd ),

где 0,9 – коэффициент уменьшения вследствие временного разброса нагрузок в летнее и зимнее время.

Полезный совет!
Данный расчёт приведён для основной колонны всего сооружения – если их три, то для средней.
Обычно принимается нагрузка на крайние в 2 раза меньше.
Напомним также, что марка кирпича обозначает нагрузку в килограммах на квадратный сантиметр, которую может выдержать кирпич.
Если M75, то 75 кг на кв.см.

Важный шаг расчёта – определение прочности кирпичной кладки

Данный второй шаг очень важен и производится независимо от того, будет ли колонна испытывать целенаправленное давление сверху или нет. Уточним только, что не стоит путать такие характеристики, как прочность кирпича и прочность кладки из него. Первое нам даётся маркой кирпича, второе рассчитывается исходя из прочности кирпича. (см. также статью Полнотелый кирпич: стандарты, размеры, самостоятельное производство)

Необходимо иметь в виду, что прочность кладки зависит и от прочности применяемого раствора.

Таким образом, имея:

• таблицы СНиП II-22-81 от 1995 года,
• площадь сечения колонны – S,
• коэффициент условий работы (рекомендуется 0,8, если площадь сечения меньше 0,3 кв.м),

получаем расчётное сопротивление колоны:

• Nr = 0,8 x T,

где T – табличные данные.

Исходя из ранее полученной величины N, получаем максимальное сжимающее напряжение:

• Nmax = N / ( 10000 x S ).

Если Nr оказывается меньше Nmax, то необходимо:

• использовать кирпич больше прочности, или,
• увеличивать сечение колоны, или,
• использовать поперечное армирование кладки.

Определение устойчивости кирпичной колонны

Данную характеристику рекомендуется вычислять по формуле:

• N ≤ m x φ x R x F,

где:

• m – коэффициент длительности нагрузки. Для обычных колонок без нагрузки этот коэффициент равен 1, хотя, если нагрузка присутствует, он требует очень внимательного отношения и обращения к справочникам.
• φ – коэффициент продольного изгиба.
  Данный коэффициент зависит от гибкости колонны, который в свою очередь зависит от её высоты и вычисляется по формуле:

• L = H/h,

где:

• h – реальная высота колонны,
• H – приведённая высота, исходя из условий эксплуатации, если колонна не испытывает нагрузки, то H равна h и L, таким образом, равна 1.

• R – табличная характеристика, учитывающая условия эксплуатации;
• F – площадь сечения в кв.см.

Если полученное значение будет меньше N, то колонна требует усиления.

Нюансы работы с фундаментом

Успехом всего дела по сооружению любой вертикальной конструкции является фундамент.

Качество фундамента особенно важно для колонн, которые характеризуются повышенной нагрузкой на единицу площади фундамента.

• Во-первых, необходимо определить характер грунта. Если грунт склонен к аккумулированию влаги, так называемый, пучинистый, то лучшим выходом при создании фундамента колонны будет полное извлечение грунта и замена его на мелкую щебёнку или смесь щебёнки с песком.

• Во-вторых, чтобы помочь себе в выстраивании идеальной вертикальной линии колонны можно забетонировать в её основание стальную трубу. В дальнейшем она будет являться сердцевиной всей колонны.
• В-третьих, особое внимание уделите основанию сооружения. Основание всегда должно представлять из себя пирамидальную структуру из 3-4 «слоёв».
  Каждый последующий слой – приближение к размерам самой колонны. Самый внешний – 20-30% больше размеров колонны.

• В-четвёртых, очень тщательно проводите укладку раствора – его толщина должна быть не меньше десятой части толщины кирпича. Перед использованием кирпичи необходимо некоторое время выдержать в воде до окончательного выхода из них пузырьков воздуха.

• В-пятых. Сберегая общий вес колонны или предполагая использовать её внутреннюю полость для проводки коммуникаций, вы можете сделать колонну полой. При этом ни в коем случае не допускайте попадания внутрь влаги – в зимнее время года влага просто «разорвёт» всю конструкцию.
  Как вывод – обязательно тщательно бетонируйте верхнюю поверхность колоны, делайте её покатой или, лучше всего, используйте сверху колпак.

• В-шестых, в целях усиления и выравнивания конструкции очень полезно вертикальные ряды кирпичей перемежать сплошными слоями из деревянных или металлических «пластин».

Выводы

Характер сооружения кирпичной колонны, её характеристики зависят от ее назначения – является ли она составляющей забора и, таким образом, не будет нести практически никакой вертикальной нагрузки, или колонна будет служить для поддержки навеса или даже мансарды (Читайте также статью Кирпичные столбы для забора: делаем сами). Во втором случае также имеются значительные расчётные и конструкторские нюансы.

Цена ошибки в расчётах и сооружении довольно велика. Поэтому уделите расчётам самое пристальное внимание. При сооружении самой конструкции, если речь идёт о прочности, то лучше слегка перестраховаться и сделать больше необходимого, чем полениться и что-то не включить в работу.