Поэтажно опертые стены и их сопряжения с несущими конструкциями
Сообщение, сделанное 27 июля 2005 г. заведующим лабораторией ограждающих конструкций НИЭПРУП «Институт БелНИИС» Сергеем Галкиным на семинаре «Методы расчета и конструирования зданий системы АРКОС (серия Б.1.020.1-7) и основы технологии строительства»
В настоящее время БелНИИС проектирует и предлагает проектным организациям наружные стены зданий системы АРКОС (являющихся, как известно, каркасными) одного типа. Это поэтажно опертые стены. В пределах каждого этажа такая стена опирается на края диска перекрытия и заполняет световое пространство между смежными перекрытиями. Традиционно в каркасных зданиях применялись навесные и самонесущие стены. Отойти от этих решений и перейти на вариант, о котором идет речь, специалистов БелНИИС вынудило следующее обстоятельство. Каркасные конструктивные схемы, как правило, ориентированы на жилье. Фасады же жилых зданий нередко носят ломаный характер. Разрезка фасада жилого здания проемами всегда отличается от таковой общественного здания — она менее регулярна. Все это вместе взятое плюс известная проблема — большое количество стыков, необходимость их тщательной разделки, необходимость точного монтажа закладных опорных изделий, а также самих панелей и простенков — практически исключает применение навесных панелей. Самонесущие стены имеют другой недостаток. Это ограниченность зданий по этажности. Девять этажей — это практически тот предел, до которого можно применять самонесущие стены. Но и до этого предела такое решение влечет за собой массу хлопот. Если в течение года стена испытывает знакопеременные деформации вследствие температурных колебаний в срединной плоскости (если учитывать только этот фактор), то на девятом этаже перемещения достигают значительных величин. Как правило, на стыках таких стен с колоннами неизбежны трещины. Знакопеременные деформации вызывают выкрашивание краев трещин — со временем трещины увеличиваются, и практически никакими средствами устранить их невозможно. К жилью XXI века предъявляются достаточно высокие требования в области потребительских качеств. Эти требования исключают подобное поведение ограждающих конструкций. Удержаться на строительном рынке, предлагая подобную продукцию, невозможно. Поэтому и имел место переход к использованию поэтажно опертых стен. Такое решение позволяет в определенной степени исключить вышеописанные негативные моменты. Тем не менее, как показала практика, и в процессе проектирования и возведения этих достаточно простых конструкций, являющихся уже ненесущими, встречается немало подводных камней. Как выяснилось, не все специалисты обращают на них внимание, не всегда эти проблемы удается рассмотреть. Сегодня почти все наружные стены возводятся из ячеистобетонных блоков и перемычек. Этот материал оказался самым удобным не только потому, что в Беларуси его производится достаточно много. Данный материал позволяет проектировать и конструировать однослойные стены, удовлетворяя самым высоким требованиям по сопротивлению теплопередаче, которые только могут предъявить заказчики. Кроме того, это достаточно легкий материал. Если сравнить 400-миллиметровую стену из ячеистобетонных блоков объемной массой 400 кг/м3 и 300-миллиметровую стеновую панель, то при одинаковом сопротивлении теплопередаче квадратный метр панельной стены будет весить вдвое больше, чем блочной. Например, представив себе 16-этажное здание, можно легко определить величину дополнительной нагрузки, воспринимаемой основанием, фундаментом и конструкциями первого этажа панельного варианта. Что же касается пластики фасада, то с использованием поэтажно опертых стен она решается достаточно легко. Даже дополнительные элементы (пилоны, декоративные пояски) могут придать разнообразие вариантам застройки.
Система АРКОС предполагает три принципиальных варианта наружных стен. Эти варианты детально разработаны БелНИИС. В зависимости от конкретной геометрии и объемно-планировочного решения проектируемого дома его конструктивные узлы могут претерпевать сильные изменения, трансформироваться по желанию проектировщика, в том числе с учетом тех или иных архитектурных требований. Тем не менее, принципиальный подход будет оставаться неизменным. Первый вариант предусматривает выход диска перекрытия на торец здания. Это может быть как монолитное, так и сборно-монолитное перекрытие. Для того чтобы обеспечить требуемые теплотехнические параметры на поверхностях ограждающих конструкций со стороны помещения, необходимо устраивать перфорацию. Она служит для того, чтобы исключить развитое прямое теплопроводное включение. Естественно, в промежутках между теплоизоляционными вкладышами размещены ребра. Все эти варианты были просчитаны в БелНИИС по программам решения задач стационарной теплопроводности. Были определены те оптимальные размеры вкладышей, их шаг и расположение вкладыша по толщине стены, при которых перепады температур на поверхности ограждающей конструкции (как правило, в месте примыкания ее к потолку и полу) становятся минимальными и приближаются к средним температурам по поверхности. В этом случае нижний ряд блоков — тычковый. Было выдержано соответствие требованиям СНиП 3.03.01-87. К тому же, как бы тщательно ни выполнялись монолитные работы, полученная горизонтальная поверхность перекрытия все равно не будет ровной — требуется выравнивающий слой цементно-песчаного раствора толщиной 20-25 мм. Нагрузка на стеновой материал невелика, тем не менее, с учетом его определенной хрупкости приходится предпринимать такой шаг, гарантирующий более равномерное распределение напряжений по подстилу. Дальше кладка выполняется ложковыми рядами. Если проектная толщина стены достаточно велика (например, 500 мм), следующие ряды можно выполнять толщиной в два блока. При подходе к перекрытию есть два принципиальных момента, связанных с технологией возведения здания.
Один из вариантов рассматривался специалистами БелНИИС как преобладающий. В России этот вариант нашел гораздо большее применение, чем в Беларуси. Дело в том, что график возведения стен может отставать от графика возведения каркаса либо совпадать с ним. Параллельное возведение стен и каркаса требует в высшей степени слаженной работы каменщиков и комплектации объекта соответствующим их количеством. Такой подход имеет свои преимущества. В частности, перемычки, перекрывающие проем, далее используются как часть опалубки монолитного перекрытия. Естественно, опирание перемычек должно осуществляться на упругие прокладки, которым впоследствии предстоит гасить деформации, сообщаемые перекрытием при его эксплуатации, не передавая их на те конструкции, которые не рассчитаны на восприятие подобных воздействий. Кроме того, упругое заполнение горизонтального деформационного шва должно исключать влияние на микроклимат помещения холодного воздуха в зимнее время. Второй вариант устройства стены практически точно такой же. Но в данном случае вопросы теплотехники решаются за счет установки в уровне диска перекрытия ячеистобетонного блока. Нужно сказать, что эти два варианта успешно конкурируют друг с другом. Каждому из них присущи определенные преимущества и недостатки. Наиболее очевидное преимущество — это упрощение конструкции перекрытия. Дело в том, что, во-первых, теплоизоляционные вкладыши должны быть очень хорошо зафиксированы для того, чтобы сохраняться в проектном положении, во-вторых, необходимо очень аккуратно укладывать и уплотнять бетон, чего очень сложно придерживаться. Бывали случаи, особенно зимой, когда вкладыши оказывались чуть ли не в середине ячейки перекрытия. Хотя все нарушения удавалось вовремя выявить и устранить, сам факт их появления не вдохновлял строителей на устройство перфорированных перекрытий. Отставание кладочного графика вызывает проблемы именно с монтажом перемычек. Перемычка крупнее блока, и подъем довольно тяжелого элемента на требуемую высоту и установка его в проектное положение сопряжены с серьезными трудностями. Поэтому строители стали отказываться от подобного подхода, тем более, что использование балансирующих траверс также достаточно затруднено, особенно в ветреную погоду. В Минске построен и введен в эксплуатацию жилой дом по ул. Филимонова. На данном объекте БелНИИС апробирован следующий вариант: перемычечный участок выполняется вместе с диском перекрытия. Исключается необходимость устройства перемычек плюс увеличивается краевая жесткость диска, что также немаловажно. А как перекрыть проем снаружи? Решение было найдено достаточно просто. Торцовая изоляция из ячеистого бетона — это те же самые блоки, которые укладываются в опалубку (могут быть дополнительно установлены анкеры). Как показала практика, блоки практически сохраняют свое проектное положение. В результате получается готовая конструкция. При отставании темпов возведения стен их подводят под диски перекрытия. Точно так же устраивается горизонтальный деформационный шов под диском перекрытия. Возвращаясь ко второму узлу, следует сказать, что в данном случае деформационный шов получается ломаным. Снаружи он начинается по верхней грани перекрытия, потом проходит по стыку ячеистобетонного блока и перекрытия и внутрь входит уже под перекрытием. В данном случае это единственное решение, которое может быть применено. Вопрос деформационных швов крайне важен. Как показала практика возведения домов и наблюдения за ними, даже если устройство деформационного шва предусмотрено проектно- сметной документацией, на подрядной стадии инвестиционного процесса этому узлу уделяется недостаточное внимание (если уделяется вообще). Это касается не только горизонтальных деформационных швов в поэтажно опертых стенах, но и деформационных швов между секциями. Эти швы благополучно заштукатуривают. Как выясняется, производственники совершенно не представляют, для чего предназначен этот элемент. Разумеется, следуют трещинообразование, выкрашивание раствора и ухудшение не только эстетических, но и эксплуатационных свойств здания. В пояснениях к разработанным ими деталям стен специалисты БелНИИС настоятельно рекомендуют примыкать кладку к колонне не вплотную, а через упругие прокладки. Как правило, используется полоска пенопласта толщиной 2 см. Для чего это делается? В зданиях повышенной этажности ощутимые деформации возникают при ветровых нагрузках. Если примыкание выполнять вплотную, любые малейшие колебания передают усилия на кладку. Ячеистый же бетон, как уже было сказано, — материал достаточно хрупкий, подверженный повреждениям. Горизонтальный деформационный шов выполняется традиционно — герметизирующая прокладка закрывается герметиком. Герметики лучше применять атмосферостойкие. Сегодня такие герметики есть на белорусском рынке. Они прошли испытания в БелНИИС. Это те герметики, адгезия которых к ячеистому бетону достаточно высока. Что происходит, когда заштукатуривается горизонтальный деформационный шов? Отслоение штукатурки, интенсивное трещинообразование, оголение бетона. То есть и к наличию деформационного шва в проектно- сметной документации (а значит, к его устройству), и к его разделке нужно относиться самым ответственным образом.
Впрочем, как выяснилось, не только деформационные швы могут являться причиной дефектов наружных поэтажно опертых стен. На одном из объектов (дом проектировался БелНИИС) в начале его эксплуатации трещины рассекли весь фасад. Было очевидно, что каркас здесь совершенно ни при чем. Вскрытие конструкции стены показало наличие инородных включений, которые вызывали локальные воздействия передачи нагрузок и растрескивание. Появление цементно-песчаного раствора там, где его не должно быть, — как раз тот самый случай. Если есть необходимость использования поврежденных блоков, это делается с использованием специальных ремонтных составов. Данные составы приготавливаются из тех же ингредиентов, что и ячеистобетонные блоки. Такой состав не позволяет создать пористую структуру, но по своим деформационным характеристикам полностью аналогичен ячеистому бетону. При восстановлении поверхности или формы таким материалом никаких проблем не возникает. Если возникновение на фасаде наклонной трещины объясняется перекосом ячейки, неравномерностью осадки фундамента, то трещина горизонтальная появляется вследствие отклонений от проекта, допущенных при устройстве стыков перегородок и перекрытий.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
В настоящее время БелНИИС проектирует и предлагает проектным организациям наружные стены зданий системы АРКОС (являющихся, как известно, каркасными) одного типа. Это поэтажно опертые стены. В пределах каждого этажа такая стена опирается на края диска перекрытия и заполняет световое пространство между смежными перекрытиями. Традиционно в каркасных зданиях применялись навесные и самонесущие стены. Отойти от этих решений и перейти на вариант, о котором идет речь, специалистов БелНИИС вынудило следующее обстоятельство. Каркасные конструктивные схемы, как правило, ориентированы на жилье. Фасады же жилых зданий нередко носят ломаный характер. Разрезка фасада жилого здания проемами всегда отличается от таковой общественного здания — она менее регулярна. Все это вместе взятое плюс известная проблема — большое количество стыков, необходимость их тщательной разделки, необходимость точного монтажа закладных опорных изделий, а также самих панелей и простенков — практически исключает применение навесных панелей. Самонесущие стены имеют другой недостаток. Это ограниченность зданий по этажности. Девять этажей — это практически тот предел, до которого можно применять самонесущие стены. Но и до этого предела такое решение влечет за собой массу хлопот. Если в течение года стена испытывает знакопеременные деформации вследствие температурных колебаний в срединной плоскости (если учитывать только этот фактор), то на девятом этаже перемещения достигают значительных величин. Как правило, на стыках таких стен с колоннами неизбежны трещины. Знакопеременные деформации вызывают выкрашивание краев трещин — со временем трещины увеличиваются, и практически никакими средствами устранить их невозможно. К жилью XXI века предъявляются достаточно высокие требования в области потребительских качеств. Эти требования исключают подобное поведение ограждающих конструкций. Удержаться на строительном рынке, предлагая подобную продукцию, невозможно. Поэтому и имел место переход к использованию поэтажно опертых стен. Такое решение позволяет в определенной степени исключить вышеописанные негативные моменты. Тем не менее, как показала практика, и в процессе проектирования и возведения этих достаточно простых конструкций, являющихся уже ненесущими, встречается немало подводных камней. Как выяснилось, не все специалисты обращают на них внимание, не всегда эти проблемы удается рассмотреть. Сегодня почти все наружные стены возводятся из ячеистобетонных блоков и перемычек. Этот материал оказался самым удобным не только потому, что в Беларуси его производится достаточно много. Данный материал позволяет проектировать и конструировать однослойные стены, удовлетворяя самым высоким требованиям по сопротивлению теплопередаче, которые только могут предъявить заказчики. Кроме того, это достаточно легкий материал. Если сравнить 400-миллиметровую стену из ячеистобетонных блоков объемной массой 400 кг/м3 и 300-миллиметровую стеновую панель, то при одинаковом сопротивлении теплопередаче квадратный метр панельной стены будет весить вдвое больше, чем блочной. Например, представив себе 16-этажное здание, можно легко определить величину дополнительной нагрузки, воспринимаемой основанием, фундаментом и конструкциями первого этажа панельного варианта. Что же касается пластики фасада, то с использованием поэтажно опертых стен она решается достаточно легко. Даже дополнительные элементы (пилоны, декоративные пояски) могут придать разнообразие вариантам застройки.
Система АРКОС предполагает три принципиальных варианта наружных стен. Эти варианты детально разработаны БелНИИС. В зависимости от конкретной геометрии и объемно-планировочного решения проектируемого дома его конструктивные узлы могут претерпевать сильные изменения, трансформироваться по желанию проектировщика, в том числе с учетом тех или иных архитектурных требований. Тем не менее, принципиальный подход будет оставаться неизменным. Первый вариант предусматривает выход диска перекрытия на торец здания. Это может быть как монолитное, так и сборно-монолитное перекрытие. Для того чтобы обеспечить требуемые теплотехнические параметры на поверхностях ограждающих конструкций со стороны помещения, необходимо устраивать перфорацию. Она служит для того, чтобы исключить развитое прямое теплопроводное включение. Естественно, в промежутках между теплоизоляционными вкладышами размещены ребра. Все эти варианты были просчитаны в БелНИИС по программам решения задач стационарной теплопроводности. Были определены те оптимальные размеры вкладышей, их шаг и расположение вкладыша по толщине стены, при которых перепады температур на поверхности ограждающей конструкции (как правило, в месте примыкания ее к потолку и полу) становятся минимальными и приближаются к средним температурам по поверхности. В этом случае нижний ряд блоков — тычковый. Было выдержано соответствие требованиям СНиП 3.03.01-87. К тому же, как бы тщательно ни выполнялись монолитные работы, полученная горизонтальная поверхность перекрытия все равно не будет ровной — требуется выравнивающий слой цементно-песчаного раствора толщиной 20-25 мм. Нагрузка на стеновой материал невелика, тем не менее, с учетом его определенной хрупкости приходится предпринимать такой шаг, гарантирующий более равномерное распределение напряжений по подстилу. Дальше кладка выполняется ложковыми рядами. Если проектная толщина стены достаточно велика (например, 500 мм), следующие ряды можно выполнять толщиной в два блока. При подходе к перекрытию есть два принципиальных момента, связанных с технологией возведения здания.
Один из вариантов рассматривался специалистами БелНИИС как преобладающий. В России этот вариант нашел гораздо большее применение, чем в Беларуси. Дело в том, что график возведения стен может отставать от графика возведения каркаса либо совпадать с ним. Параллельное возведение стен и каркаса требует в высшей степени слаженной работы каменщиков и комплектации объекта соответствующим их количеством. Такой подход имеет свои преимущества. В частности, перемычки, перекрывающие проем, далее используются как часть опалубки монолитного перекрытия. Естественно, опирание перемычек должно осуществляться на упругие прокладки, которым впоследствии предстоит гасить деформации, сообщаемые перекрытием при его эксплуатации, не передавая их на те конструкции, которые не рассчитаны на восприятие подобных воздействий. Кроме того, упругое заполнение горизонтального деформационного шва должно исключать влияние на микроклимат помещения холодного воздуха в зимнее время. Второй вариант устройства стены практически точно такой же. Но в данном случае вопросы теплотехники решаются за счет установки в уровне диска перекрытия ячеистобетонного блока. Нужно сказать, что эти два варианта успешно конкурируют друг с другом. Каждому из них присущи определенные преимущества и недостатки. Наиболее очевидное преимущество — это упрощение конструкции перекрытия. Дело в том, что, во-первых, теплоизоляционные вкладыши должны быть очень хорошо зафиксированы для того, чтобы сохраняться в проектном положении, во-вторых, необходимо очень аккуратно укладывать и уплотнять бетон, чего очень сложно придерживаться. Бывали случаи, особенно зимой, когда вкладыши оказывались чуть ли не в середине ячейки перекрытия. Хотя все нарушения удавалось вовремя выявить и устранить, сам факт их появления не вдохновлял строителей на устройство перфорированных перекрытий. Отставание кладочного графика вызывает проблемы именно с монтажом перемычек. Перемычка крупнее блока, и подъем довольно тяжелого элемента на требуемую высоту и установка его в проектное положение сопряжены с серьезными трудностями. Поэтому строители стали отказываться от подобного подхода, тем более, что использование балансирующих траверс также достаточно затруднено, особенно в ветреную погоду. В Минске построен и введен в эксплуатацию жилой дом по ул. Филимонова. На данном объекте БелНИИС апробирован следующий вариант: перемычечный участок выполняется вместе с диском перекрытия. Исключается необходимость устройства перемычек плюс увеличивается краевая жесткость диска, что также немаловажно. А как перекрыть проем снаружи? Решение было найдено достаточно просто. Торцовая изоляция из ячеистого бетона — это те же самые блоки, которые укладываются в опалубку (могут быть дополнительно установлены анкеры). Как показала практика, блоки практически сохраняют свое проектное положение. В результате получается готовая конструкция. При отставании темпов возведения стен их подводят под диски перекрытия. Точно так же устраивается горизонтальный деформационный шов под диском перекрытия. Возвращаясь ко второму узлу, следует сказать, что в данном случае деформационный шов получается ломаным. Снаружи он начинается по верхней грани перекрытия, потом проходит по стыку ячеистобетонного блока и перекрытия и внутрь входит уже под перекрытием. В данном случае это единственное решение, которое может быть применено. Вопрос деформационных швов крайне важен. Как показала практика возведения домов и наблюдения за ними, даже если устройство деформационного шва предусмотрено проектно- сметной документацией, на подрядной стадии инвестиционного процесса этому узлу уделяется недостаточное внимание (если уделяется вообще). Это касается не только горизонтальных деформационных швов в поэтажно опертых стенах, но и деформационных швов между секциями. Эти швы благополучно заштукатуривают. Как выясняется, производственники совершенно не представляют, для чего предназначен этот элемент. Разумеется, следуют трещинообразование, выкрашивание раствора и ухудшение не только эстетических, но и эксплуатационных свойств здания. В пояснениях к разработанным ими деталям стен специалисты БелНИИС настоятельно рекомендуют примыкать кладку к колонне не вплотную, а через упругие прокладки. Как правило, используется полоска пенопласта толщиной 2 см. Для чего это делается? В зданиях повышенной этажности ощутимые деформации возникают при ветровых нагрузках. Если примыкание выполнять вплотную, любые малейшие колебания передают усилия на кладку. Ячеистый же бетон, как уже было сказано, — материал достаточно хрупкий, подверженный повреждениям. Горизонтальный деформационный шов выполняется традиционно — герметизирующая прокладка закрывается герметиком. Герметики лучше применять атмосферостойкие. Сегодня такие герметики есть на белорусском рынке. Они прошли испытания в БелНИИС. Это те герметики, адгезия которых к ячеистому бетону достаточно высока. Что происходит, когда заштукатуривается горизонтальный деформационный шов? Отслоение штукатурки, интенсивное трещинообразование, оголение бетона. То есть и к наличию деформационного шва в проектно- сметной документации (а значит, к его устройству), и к его разделке нужно относиться самым ответственным образом.
Впрочем, как выяснилось, не только деформационные швы могут являться причиной дефектов наружных поэтажно опертых стен. На одном из объектов (дом проектировался БелНИИС) в начале его эксплуатации трещины рассекли весь фасад. Было очевидно, что каркас здесь совершенно ни при чем. Вскрытие конструкции стены показало наличие инородных включений, которые вызывали локальные воздействия передачи нагрузок и растрескивание. Появление цементно-песчаного раствора там, где его не должно быть, — как раз тот самый случай. Если есть необходимость использования поврежденных блоков, это делается с использованием специальных ремонтных составов. Данные составы приготавливаются из тех же ингредиентов, что и ячеистобетонные блоки. Такой состав не позволяет создать пористую структуру, но по своим деформационным характеристикам полностью аналогичен ячеистому бетону. При восстановлении поверхности или формы таким материалом никаких проблем не возникает. Если возникновение на фасаде наклонной трещины объясняется перекосом ячейки, неравномерностью осадки фундамента, то трещина горизонтальная появляется вследствие отклонений от проекта, допущенных при устройстве стыков перегородок и перекрытий.
Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 31 за 2005 год в рубрике материалы и технологии
