В чем разница между перегородкой и несущей стеной?
Несущая стена — это конструктивный элемент здания, который передает нагрузки от крыши, потолка, стен верхних этажей и балконов на фундамент и другие элементы дома, поэтому они являются самыми важными стенами дома. Несущие стены в здании должны отвечать техническим требованиям, установленным законом, касающимся, в частности, соответствующей несущей способности, тепло- и звукоизоляции, а также огнестойкости. Строительные материалы, из которых изготавливается стена, зависят от технологии возведения здания.
Толщина несущих стен обычно превышает 20 см.
Перегородки, как следует из названия, — это внутренние перегородки, функция которых заключается в разделении помещений. Они несут только свой собственный вес и вес прикрепленных к ним элементов, поэтому не выполняют конструктивной функции в здании. На втором этапе необходимо возвести перегородкиТо есть после возведения несущей конструкции дома, так как возведение их одновременно с несущими стенами может привести к их непредвиденному растрескиванию или повреждению.
Перегородки обычно высотой в один этаж и выполнены из гипсовой штукатурки, гипсокартона или ячеистых строительных блоков. Современным решением является заполнение их стеклоблоками, которые позволяют солнечному свету проникать в отдельные помещения и выполняют декоративную функцию.
Несущие стены — это конструктивные элементы, которые передают нагрузку от крыши, потолка и стен верхних этажей на фундамент и другие элементы дома. Перегородки, напротив, являются внутренними перегородками, задачей которых является разделение помещений. Они несут только свой собственный вес и вес закрепленных на них элементов.
Решение о том, является ли стена перегородкой или несущей стеной, обычно не должно быть сложным. Проблема с определением типа стены чаще всего возникает в старых зданиях, где перегородки возводились в качестве дополнительной функции поддержки потолка в местах, где на верхнем этаже были возведены перегородки того же назначения. Поэтому их следует рассматривать как структурные стены, и если они удаляются, то необходимо соответствующее усиление потолка.
Иногда во время строительства вносились определенные изменения, которые не всегда были указаны в проекте. Поэтому в данном случае недостаточно проверить документацию на здание, а стоит проконсультироваться со строителем по поводу планируемой модернизации, который оценит, насколько она безопасна и технически возможна.
Конструктивная схема с поперечными и продольными несущими стенами
Схема с поперечными и продольными несущими стенами в зданиях повышенной этажности нашла ограниченное применение. И это не случайно. При использовании схемы с несущими поперечными стенами логично стремление к всемерному облегчению продольных фасадных стен. Более того, как мы смогли проследить, при высоте зданий более 12 этажей возникает решение с навесными наружными стенами, которое является оптимальным для зданий повышенной этажности. Вместе с тем опирание перекрытий на внутренние продольные стены в ряде случаев может оказаться целесообразным. Создание условий для опирания плит перекрытий по трем сторонам не только несколько облегчает сами плиты (что, вообще говоря, при малых пролетах — до 3,6 м — несущественно), но и значительно улучшает совместную работу поперечных и продольных стен, так как плиты в этом случае являются своего рода жесткими шпонками в местах сопряжения этих стен.
Поэтому возможной (целесообразной) разновидностью такой схемы будет схема с несущими поперечными и внутренними продольными стенами.
В крупнопанельном домостроении применяют для внутренних несущих стен бетонные и железобетонные панели нескольких конструктивных разновидностей.
На первом этапе панельного строительства для внутренних несущих стен нашли применение плоские бетонные панели, многопустотные элементы из тяжелого бетона, панели из спаренных часторебристых прокатных плит, тонкостенные железобетонные панели с контурным ребром, работающие на изгиб по схеме балок-стенок, виброкирпичные панели и др. Такое многообразие конструктивных форм внутренних стен возникло в связи с поисками рациональных решений и появлением новых технологий изготовления панелей.
Анализ опыта пятиэтажного строительства показал, что наиболее рациональными с позиций всего комплекса требований — прочностных, технологических, экономических — являются поперечные стены из плоских железобетонных панелей (табл. 4.1). Это решение стало по существу единственным и для зданий повышенной этажности. В настоящее время плоские панели для зданий высотой 9—12 этажей выполняются толщиной 14 см. Выбор этого сечения был продиктован не только условиями прочности, но в основном требованиями звукоизоляции от воздушного шума.
Как показали экспериментальные исследования, звукоизоляция межквартирных стен из железобетонных панелей толщиной 12 см не удовлетворяет нормам (в среднем Ев=—3 дб). Стены из железобетонных панелей толщиной 14 см в домах различных типов имеют разные показатели звукоизоляции. Например, в доме серии I-515 Ев=—1 дб, т. е. вполне допустимо. В домах с поперечными несущими стенами, например в доме из вибропрокатных панелей по проезду Ольминского, звукоизоляция стен оказалась неудовлетворительной. Это объясняется не только различным качеством строительно-монтажных работ, но и различными конструктивными решениями здания в целом, влияющими на передачу звука косвенными путями по смежным конструкциям.
Можно рекомендовать увеличение толщины панелей межквартирных стен до 16 см. При повышении этажности домов с узким шагом, например до 16—17 этажей, переход на толщину стен 16слг определяется не только условиями звукоизоляции, но и условиями прочности, а также противопожарными требованиями. При более высоких усилиях, например в конструктивной схеме с широким шагом несущих стен, в домах высотой 16 этажей и более целесообразно увеличить толщину поперечных стен до 18—20 см. Это увеличение толщины панелей (что, кстати, позволяет перейти на более крупные фракции заполнителей бетона) практически не влияет на стоимость дома в целом.
Применение многопустотных панелей, пустоты которых используются как вентиляционные каналы, ограничивается высотой зданий в пределах 9—12 этажей. При большей этажности с увеличением действующих усилий значительно усложняются как конструкция самой панели, так и стыковые соединения.
Целесообразность выбора конструкции несущих поперечных стен в виде плоских бетонных либо железобетонных панелей подтверждается и практикой зарубежного строительства. Внутренние стены применяются за рубежом в большинстве случаев в виде плоских панелей размером на комнату из тяжелого бетона марки 200—250 толщиной 13—15 см. В крупнопанельном 22-этажном доме, построенном фирмой «Камю», толщина панелей стен достигает 20 см, что значительно превышает требуемую на основании статического расчета, и определяется требованиями звукоизоляции.
Одним из наиболее существенных недостатков панелей внутренних стен, особенно распространенным на первом этапе панельного строительства и присущим почти всем технологиям изготовления изделий, является повышенное трещинообразование. Трещины технологического происхождения образовывались в начальный период работы панелей. Раскрытие трещин в первый же год эксплуатации увеличивалось под влиянием усадочных напряжений и ряда других факторов, например деформаций основания.
Исключение или хотя бы сокращение числа и величины раскрытия технологических трещин необходимо в первую очередь не из условий прочности, а по требованиям звукоизоляции и сохранности качества отделки.
Уменьшению трещинообразования в панелях способствует правильная система армирования. На основании результатов исследований и натурных наблюдений можно сделать следующие рекомендации по армированию несущих панелей.
Введение дополнительной арматурной сетки с ячейкой 500×500 или 300х300 мм из стержней диаметром 4—5 мм, располагаемой вдоль осевой поверхности панели (рис. 4.1, а), дало несколько лучшие результаты. Однако наиболее удачным оказалось армирование двумя сетками, располагаемыми вдоль лицевых поверхностей панелей. Специально проведенные обследования показали, что число дефектных изделий при различных способах армирования составляет: при контурном армировании 10%, при армировании одиночной сеткой 6—7%, при армировании двумя сетками 1%.
Таким образом, конструктивное армирование бетонных и железобетонных панелей внутренних несущих стен должно быть двусторонним (рис. 4.1,6, в), причем площадь сечения вертикальной и горизонтальной арматуры с каждой стороны панели должна быть не менее 0,6 см2 на 1 пог. м сечения стены. Площадь сечения вертикальной арматуры железобетонных панелей с каждой стороны должна быть не менее 0,15% поперечного сечения стены, а горизонтальной арматуры не менее 0,6 см2 на 1 пог. м вертикального сечения стены.
Двустороннее армирование железобетонные панелей рекомендуется выполнять сварными каркасами и сетками. При этом вертикальные стержни каркаса должны иметь диаметр не менее 10 мм и соединяться между собой хомутами, расположенными с шагом по вертикали не более 20d. Сетки рекомендуется применять с ячейкой 400X400 мм из стержней диаметром 4—5 мм.
Сильно нагруженные панели внутренних несущих стен в нижних этажах зданий повышенной этажности следует усиливать косвенным армированием в виде горизонтальных каркасов — не менее трех каркасов, располагаемых в верхней и нижней зоне. Расстояние между этими каркасами должно быть не более 50 мм по вертикали (рис. 4.1, г). Такое косвенное армирование опорных зон позволяет увеличить несущую способность панели на 20—25%.
Армирование целесообразно выполнять в виде пространственного каркаса, состоящего из сварных каркасов и сеток.
Существенное влияние на выбор системы армирования оказывает технология изготовления сварных каркасов или сеток. В последнее время появляются новые механизированные и автоматизированные установки, а также специальные стенды для изготовления арматурных сеток и каркасов, что предъявляет свои дополнительные требования к конструированию.
Стеновые панели с проемами рекомендуется проектировать замкнутыми, если конструкция пола допускает наличие перемычки по низу проема. В противном случае по низу проема должна устанавливаться временная монтажная связь. Над проемом должна устанавливаться расчетная арматура в виде вертикальных сварных каркасов, заходящих в каждую сторону за грани проемов не менее чем на 500 мм. Каркасы рекомендуется выполнять с продольными стержнями из арматуры периодического профиля и поперечными стержнями диаметром 4—5 мм с шагом не более 200 мм (см. рис. 4.1, в).
Важно правильно выбрать толщину панелей поперечных стен и марку бетона. Рассмотрим расчетные показатели несущей способности панелей в зависимости от их толщины и марки бетона при учете нормативной величины случайного эксцентрицитета 2 см при высоте этажа 2,8 м (табл. 4.2).
Анализируя данные таблицы, видим, что увеличение марки бетона на 50 кГ/см2 приблизительно равносильно увеличению толщины стены на 2 см и соответственно увеличение марки бетона на 100 кГ/см2 — увеличению толщины ее на 4 см.
Для практического применения можно рекомендовать стены толщиной 16 и 20 см из бетона марок 200 и 300. Толщина панелей 16 см удовлетворяет требованиям огнестойкости для зданий высотой 12 и более этажей. Так, испытания показали, что стены толщиной 16 см имеют предел огнестойкости 3,5 ч при проценте армирования 0,1—0,3 (признак предела огнестойкости — потеря несущей способности во время или после нагрева).
Создание каталога унифицированных изделий — новый этап в развитии индустриального строительства
Широкое применение унифицированных элементов заводского изготовления не только повышает уровень индустриализации строительства, но и одновременно дает большой экономический эффект, поскольку массовое изготовление таких элементов делает рентабельной автоматизацию всего процесса производства, а уменьшение трудовых затрат обеспечивает снижение стоимости унифицированных элементов.
При этом имеется в виду, что завод будет изготовлять только ограниченное по номенклатуре количество элементов и обязательно идентичных по своей конструкции. Такая организация производства унифицированных элементов, безусловно, положительно повлияет на улучшение их качества, так как в условиях массовости изготовления одного или нескольких видов изделий представляется реальная возможность непрерывно совершенствовать технологию.
К сожалению, при переходе к промышленному способу изготовления строительных конструкций, деталей и изделий в Москве вопросам унификации конструктивных элементов не было уделено должного внимания. Это привело к непомерному увеличению номенклатуры строительных элементов, что противоречит самому характеру современного индустриального способа производства. Более того, переход на новые типовые проекты жилых домов повышенной этажности вызвал резкое расширение номенклатуры конструктивных элементов.
Опыт проектирования и внедрения в практику строительства типовых проектов панельных жилых домов серии II-49, II-57, 1605 показал, что принятые в них различные решения конструктивных узлов, систем разрезки стен на панели и привязка их к модульным осям, различия в решении нулевых циклов при разных вариантах наружных стен и т. д. ведут к необоснованному росту количества типоразмеров строительных изделий и исключают возможность их применения в домах с аналогичными параметрами.
Каждый проект имеет собственную номенклатуру изделий, «привязанных» к домам только данной серии.
По существу однотипные в своих объемно-планировочных решениях девятиэтажные крупнопанельные дома с общей конструктивной схемой — с несущими поперечными стенами — имеют разнотипные конструкции, отличающиеся к тому же чрезвычайно большой номенклатурой изделий. Именно поэтому количество типоразмеров изделий катастрофически растет. Предприятия московской промышленности выпускают более 2560 типоразмеров изделий только для панельных домов, в том числе для перекрытий — 320, поперечных стен — 200, наружных ограждений — 400 типоразмеров. При этом рост количества типоразмеров изделий преимущественно определяется незначительными расхождениями конструктивных размеров и деталей конструкций в условиях весьма ограниченного выбора планировочных параметров. Несмотря на такое многообразие заводских изделий, набор архитектурно-планировочных решений крайне ограничен. Таким образом, создалось противоречие между недопустимо широкой номенклатурой изделий и также недопустимо ограниченным набором типов квартир, в то время как принципы унификации состоят в противоположной проблеме — из ограниченного набора конструкций получить многообразие архитектурно-планировочных решений. Эта проблема рождена противоречием между индустриальным способом изготовления конструкций и архитектурным творчеством. Первый требует максимального единообразия изделий, второму необходимо разнообразие. Разрешение этого противоречия — насущная задача сегодняшнего дня.
В каком же направлении должна решаться проблема унификации конструкций в московском строительстве?
Существует мнение, что между сериями, конструкции которых выпускаются различными предприятиями с разными технологиями производства, необязательна унификация. Однако анализ показал, что для разных серий, несмотря на самые различные архитектурно-планировочные решения, может быть строго унифицирован целый ряд конструктивных элементов.
Наиболее перспективной с точки зрения организации строительства является прежде всего унификация конструкций «нулевых» циклов. Такая унификация должна быть в первую очередь проведена внутри серий между ее вариантами.
Необходима также унификация лестнично-лифтовых узлов, санитарно-технических кабин, вентиляционных блоков и т. д. Должны быть созданы единые решения лестнично-лифтовых узлов как по планировочной компоновке, так и по конструкции отдельных элементов. То же относится к конструкции вентиляционных блоков. В большей мере за последние годы унифицированы санитарно-технические кабины для всех основных серий типовых проектов.
Унифицированными, как показала практика проектирования, могут быть и другие элементы дома, например конструкции первых этажей, если в них размещены общественные помещения (см. главу 3).
Другое важное направление унификации — создание унифицированных серий типовых проектов, т. е. серий, основанных на единой номенклатуре сборных железобетонных конструкций.
Вместе с тем все сказанное ни в коей мере не должно привести к однотипности, монотонности и однообразию архитектурных решений крупнопанельных домов. Значительное расширение номенклатуры ограждений позволит получить самые разнообразные решения фасадов. Наружные панели могут быть выполнены из различных материалов, с разными фактурами, с введением элементов лоджий, эркеров и т. п. Недостаточно используются различные приемы блокировки домов в целях создания ансамблей застройки, получения выразительных пространственных композиций. Дополнительный набор элементов, необходимый для этой блокировки, будет оправдан общей унификацией основных изделий всех панельных домов.
Создание унифицированных серий типовых проектов для условий московского строительства не решает полностью всех задач. На данном этапе, когда начинается большая реконструкция центральной части города, дальнейшее применение типовых решений домов может стать известным тормозом на пути прогресса архитектуры и техники строительства.
Принципы типового проектирования на новом более высоком этапе развития индустриального домостроения должны предусматривать переход от типовых домов к типовым унифицированным конструкциям и деталям; такой подход отвечает более высокому уровню проектирования.
Речь идет о создании единого сортамента строительных изделий для жилых и общественных зданий в Москве. Этот общий сортамент должен включать строго координированную единую систему типоразмеров унифицированных строительных изделий, которые должны применяться при проектировании жилых и общественных зданий различной конструкции: крупнопанельных жилых домов и отдельных унифицированных с ними по высоте этажа, общественных зданий с поперечными и продольными несущими стенами из крупных панелей; жилых домов и общественных зданий с несущими поперечными или продольными стенами из кирпича и крупных блоков; жилых и общественных зданий каркасно-панельной конструкции.
Главная цель разработки сортамента — преодоление существующего однообразия, а нередко и недостаточного качества объемно-планировочных решений зданий при одновременном упорядочении и сокращении общего количества типоразмеров строительных изделий.
Чтобы создать основу для составления каталогов и внедрения их в жизнь, разработана специальная модульно-координатная система. Сущность этой системы заключается в выявлении взаимосвязи между элементами здания и подчинения их наиболее целесообразным и обоснованным законам и правилам.
- а) подчинение осевых размеров зданий, количества и градаций типоразмеров, размеров и конфигураций отдельных элементов и частей зданий, их сопряжений и привязок, градаций нагрузок и других параметров определенным закономерностям, основанным на математических модульных рядах;
- б) введение единых однозначных привязок всех элементов к сетке пространственных координатных осей здания;
- в) создание на этой основе нормалей и каталогов модулированных изделий и типовых узлов.
Такая система создается МНИИТЭП и Моспроектом.
В основе ее следующие положения: осевые размеры по длине, ширине, высоте и толщине отдельных элементов, размеры отверстий и допусков, пролеты несущих конструкций, высоты этажей и т. д. должны быть кратны определенным величинам. Важно правильно выбрать модульный ряд и сам модуль.
В качестве такого модуля принят для московского строительства размер 600 мм и в случае необходимости дополнительный модуль — 300 мм.
На этом модульном ряде и основан каталог. Он содержит необходимую номенклатуру для строительства: жилых домов с высотой этажа от пола до пола 300 см, основанных на едином модульном ряде размеров в плане 120 — 180 — 240 — 300 — 360 — 420 — 480 — 540 — 600 — 660 см;, общественных зданий с высотой этажа от пола до пола 330 — 360 — 420 — 480 — 660 см, основанных на едином модульном ряде размеров в плане 120 — 240 — 300 — 360 — 480 — 600 — 720 — 900 — 1200 — 1500 — 1800 — 2400 см.
При составлении каталога предусмотрена возможность осуществления различных конструктивных схем зданий: панельных с узким, широким и смешанным шагом поперечных несущих стен для жилых домов; каркасных с поперечным и продольным направлением ригелей для жилых и общественных зданий и др.
Этажность жилых домов предусматривается 9 — 12 — 16 — 20 этажей, общественных зданий — до 30 этажей.
Каталог включает широкий набор изделий, обеспечивающих создание разнообразных архитектурно-планировочных и объемных структур зданий (дома с прямоугольной конфигурацией, угловой, ступенчатой со сдвижкой в плане, трилистник и т. п.).
Унификация сборных изделий проводится исходя из конструктивного признака, т. е. по каркасным и панельным конструкциям. Вместе с тем учтена возможность унификации наружных стен, лестнично-лифтовых узлов, санитарнотехнических устройств (вентиляции, санитарно-технических кабин и т. д.), электротехнических устройств (электропанели) и т. п. для жилых домов с различными несущими конструкциями.
Для наружных стен принимаются взаимозаменяемые конструкции панелей — однослойные керамзитобетонные и трехслойные с эффективным утеплителем. Наружные панели, независимо от этажности домов, предусмотрены навесными. В случаях когда они являются несущими, например на торцах панельных зданий, их конструкция может состоять из одного элемента соответствующей несущей способности или из двух элементов — внутренней несущей железобетонной панели и наружной утепляющей.
Разрезка наружных стен на панели предусматривает одно- и двухмодульные панели, горизонтальные и вертикальные с проемами. Кроме этого, номенклатура включает ленточные (полосовые) панели как горизонтальные, так и вертикальные (двухэтажные). Причем в пределах одного фасада может сочетаться как горизонтальная, так и вертикальная разрезка панелей, что позволит еще в большей мере разнообразить архитектуру зданий. Этой же задаче отвечает набор элементов лоджий, эркеров и других элементов фасадов.
Сортамент предусматривает строго определенные решения узлов и деталей конструкций панельных домов, в наибольшей мере оправдавшие себя в практике крупнопанельного строительства. Так, например, на первом этапе опирание панелей перекрытий на внутренние стены принято по принципу платформенных узлов. Панели перекрытий размещаются в пределах планировочного шага, размером на конструктивный модуль, вследствие чего их конструктивные размеры будут отличаться от планировочных только на толщину шва между панелями.
В основу каталога положены унифицированные решения стыков наружных и внутренних несущих и ограждающих конструкций, выбранные в результате анализа существующих решений (см. главы 4—6). Унификация конструкций стыков позволит избавиться от существующей необоснованной их разновидности.
Сопряжение панелей внутренних и наружных стен предусматривается с заведением панелей внутренней стены на 30 мм в паз, образующийся между панелями наружных стен. Панели внутренних стен в одном из направлений проходят насквозь, а в другом примыкают к стене с разрывом.
Соединение наружной стены с перекрытием для случая несущих и навесных наружных ограждений решается однотипно, что позволит применять панели наружных стен в различных конструктивных схемах зданий.
В результате создается общая номенклатура — серия каталогов отдельных сборных элементов, изделий, закладных деталей, узлов сопряжений, типовых блоков, типовых секций, нормалей пролетов, сечений элементов и т. д. для всех типов зданий, материалов и конструкций.
Переход на модульно-координатную систему позволит осуществить подлинную техническую революцию в промышленности строительных материалов и деталей, где изготовление изделий по смодулированным каталогам сделает возможным унификацию бортов форм и изготовление их из прокатных профилей; закладные детали можно будет изготовлять из ограниченного количества смодулированных изделий; будут созданы каталоги арматурных каркасов и сеток, определены нормали длин арматуры и т. п.
Переход на применение единого сортамента конструкций для индустриального строительства создает предпосылки для новой организации заводского производства по открытой системе, когда заводы выпускают широкую номенклатуру изделий, из которых могут быть собраны здания самых различных типов. Эта система должна вытеснить действующую сейчас закрытую систему производства, являющуюся основной в работе домостроительных комбинатов, при которой домостроительными комбинатами выпускаются изделия только для строго определенных типов зданий. Тенденция к открытой системе, которая намечается в индустриальном строительстве, в значительной мере подтверждается практикой зарубежного строительства.
Поиски индустриальных методов строительства за рубежом прошли стадию так называемой «закрытой сборности» (закрытые системы «Камю», «Куанье» и т.п.). Закрытая система предусматривала использование сборных элементов, изготовляемых по индивидуальному заказу для каждого проекта, намеченного к осуществлению. Этим определилась недостаточная экономическая эффективность таких систем из-за малой серийности и нарушения ритмичности производства вследствие частой переналадки оборудования.
Характерно, что ни одна из закрытых систем не обладала свойством взаимозаменяемости с другими системами. Это затрудняло специализацию строительной промышленности и снижало эффективность использования капиталовложений.
В связи с этим в ряде западноевропейских стран возникла тенденция развития заводского производства взаимозаменяемых частей и функциональных элементов, из которых можно составить большое число различных комбинаций,— переход к так называемой открытой системе индустриализации. По прогнозам французских специалистов применение открытой системы индустриализации позволит значительно увеличить объем производства серийных элементов и соответственно объем полносборного строительства.
В этом же направлении ведутся работы в Англии, Дании и других странах.
Зарубежные специалисты (архитекторы, инженеры-конструкторы, технологи) считают, что дальнейший технический прогресс в области сборного домостроения может быть обеспечен в значительной степени комбинацией метода гибкой технологии с методами стандартизации. В качестве примеров сборного домостроения, развивающегося в этом направлении, можно указать на датскую систему «Есперсен» и английскую систему «Состой». Система «Есперсен» получила распространение благодаря своей технологичности и широкому варьированию планировки квартир на базе продольного модуля 30 см и поперечного модуля 120 см при высоте этажа от пола до пола 280 см. В основу системы «Состой» положен планировочный модуль 60Х20 см. Пролет плит перекрытий варьируется от 3,6 до 4,8 м с градацией 20 см, а ширина — с градацией 60 см.
При разработке новых типов панельных домов принимаются постоянными лишь те параметры, которые не имеют отношения к архитектурному решению жилых домов (например, высота этажа, постоянство формы боковых ребер панели), в то время как длина панели может изменяться.
Особенности совместной работы стен в зонах их сопряжений
Проблемы совместной работы стен особенно актуальны для домов повышенной этажности и прежде всего для конструктивных схем с несущими поперечными стенами. Такая конструктивная схема предполагает достаточно четкое разделение функций между поперечными и продольными стенами, первые из которых служат основными элементами, воспринимающими все нагрузки здания и передающими их на фундаменты, а вторые выполняют в основном функции наружных ограждений, передающих свой вес на поперечные стены, за исключением их отдельных участков, являющихся элементами жесткости и обеспечивающих продольную устойчивость здания.
Однако вопросы пространственной работы конструкций гражданских зданий— количественный и качественный характер распределения усилий между сопрягающимися конструкциями стен и предпосылки, обеспечивающие надежную совместную работу этих конструкций, — остаются до последнего времени-недостаточно ясными.
При конструктивной схеме с поперечными несущими стенами в кирпичных и блочных домах повышенной этажности и в особенности при широком. шаге поперечных стен разность абсолютных длительных деформаций стен, сопрягаемых в узлах, значительно увеличивается и в ряде случаев превосходит предельную по трещинообразованию1.
Анализ материалов обследования поврежденных зданий (рис. 4.2), показавший полную повторяемость характера и размеров трещин, их расположения и последовательность развития от верхних этажей к нижележащим, а также изучение результатов экспериментальных исследований позволили определить причины, вызывающие трещинообразование в местах сопряжений внутренних и наружных стен в кирпичных и блочных домах. Этими причинами являются неравномерные деформации кладки сопрягаемых в одном узле участков внутренних и наружных стен, увеличивающиеся во времени под влиянием процесса ползучести, условия выполнения кладки (летние или зимние) и недостаточные связи между стенами.
Трещины имеют общий характер и располагаются под углом 45—60° (рис. 4.2, а), раскрытие трещин увеличивается по мере перехода от нижних к верхним этажам, где достигает в отдельных случаях 10—15 мм.
Обследование конструкций домов, в которых поперечные стены пяти верхних этажей были выполнены из силикатного кирпича, а трех нижних — из красного, показало, что хотя поэтажный характер трещин во внутренних стенах аналогичен описанному выше, однако величина раскрытия трещин во внутренних несущих стенах несколько меньше и не превышает в верхних этажах 5—6 мм. При выполнении поперечных стен целиком из красного кирпича наблюдаются лишь незначительные волосные трещины.
Длительное обследование зданий и анализ трещинообразования приводят к выводу, что основной причиной возникновения трещин являются различные величины деформаций (в частности, деформаций ползучести) внутренних и наружных стен, выполненных из разных материалов — силикатного кирпича (внутренние стены) и керамических камней (наружные), обладающих различной деформативностью, т. е. различными упруго-пластическими свойствами. Вследствие этого деформации сжатия таких стен даже при одинаковых напряжениях неодинаковы (деформации ползучести кладки из силикатного кирпича почти в 2—2,5 раза выше, чем кладки из красного кирпича). Существенное влияние на величину этих деформаций оказывает напряженное состояние стен. Так, напряжение в кладке внутренних поперечных стен почти в 3 раза выше, чем в кладке наружных стен.
Значительную роль играет время возведения здания — зимняя или летняя кладка, а также качество кладки — толщина растворных швов, качество перевязки, выдерживание порядовок и т.д. Зимняя кладка обладает не только большими деформациями в период оттаивания, но и повышенными, почти в 2 раза, деформациями даже после достижения проектной марки раствора.
Раскрывая природу явления, можно сказать, что если бы между стенами отсутствовали связи, разница деформаций стен была бы очень значительной и достигала в конструкции кирпичного дома высотой 8—9 этажей 3—4 см. Связи между стенами в виде перевязки кладки, шпонок, арматурных связей и т.п. препятствуют свободной деформации, в результате чего в зоне сопряжений стен создается напряженное состояние, характеризующееся напряжениями сдвига и растяжения. В тех случаях когда возникающие касательные и главные напряжения достигают величин, превышающих расчетное сопротивление кладки, в стенах появляются трещины — косые или вертикальные. Этому способствует малое сопротивление сдвигу конструкций сопряжений блочных, панельных и кирпичных стен.
Натурные наблюдения, лабораторные эксперименты, теоретические изыскания позволили сделать ряд практических рекомендаций по расчету (см. главу 8) и конструированию сопряжений стен различных конструкций, которые исключают вероятность появления трещин.
Прежде всего необходимо стремиться к проектированию внутренних и наружных стен из материалов, обладающих одинаковыми упругими свойствами. В случаях, когда по экономическим соображениям это невыгодно, в многоэтажных зданиях с кирпичными несущими стенами при выполнении наружных стен из семищелевых керамических блоков допускается кладка несущих внутренних стен только из красного кирпича. Кладка внутренних стен из силикатного кирпича в этих условиях не должна применяться. Следует избегать ослабления напряженных внутренних стен каналами, большими проемами и т.п. Места сопряжений стен должны быть армированы сетками из арматуры диаметром 8—10 мм с расстоянием между сетками по высоте 0,8—1 м.
Для усиления связей между стенами можно рекомендовать заводить край настила перекрытий в ненагруженную стену, в этом случае настил превращается в своего рода шпонку. Обязательно должна выполняться расчетная проверка сопряжений стен, в частности величин перекоса.
При необходимости повышения этажности каменных зданий указанного типа рациональны такие конструктивные схемы, при которых исключается резкая разница в напряженности кладки поперечных и продольных стен, приводящая к неравномерному деформированию их в узлах. Например, может быть применено усиление наиболее нагруженных поперечных стен дополнительными примыканиями к ним стен лоджий или отрезков внутренних стен, разделяющих отдельные помещения. В этом случае деформативность внутренних стен уменьшится, что приведет к более равномерной напряженности узлов сопряжения наружных и внутренних стен.
Помимо этого, условия пространственной работы панельного дома значительно улучшаются, когда перекрытия надежно связаны не только с поперечными, но и с продольными стенами путем заводки кромки перекрытия в наружную и внутреннюю продольные стены.
Соединения панелей несущих поперечных и внутренних продольных стен должны выполняться с конструктивным замоноличиванием, эффективность которого повышается при устройстве зубчато-шпоночных (рис. 4.3) либо сварных соединений, препятствующих взаимному сдвигу панелей.
Однако применение в стыках сварных соединений закладных деталей, воспринимающих большие по величине срезывающие усилия (10—20 Т на этаж), приводит не только к усложнению конструкции, но и к высокому расходу стали. Так, расход стали на закладные детали и анкерующие их в панели элементы составляет до 60% общего расхода стали на бетонные панели и до 35% на железобетонные.
Поэтому более рациональным решением является конструкция замоноли-ченных вертикальных стыков с образованием бетонных шпоночных швов (рис. 4.4 и 4.5).
Грани панелей следует выполнять с усложненными стыковыми поверхностями с тем, чтобы разрушение не происходило по более слабому контакту между монолитным и сборным бетоном. Для обеспечения равнопрочности соединения поверхность сцепления должна быть на 25—30% больше, чем поверхность прямого стыка (см. рис. 4.4, а). При этом величина расчетной перерезывающей силы, воспринимаемой стыком, будет пропорциональна прочности бетона замоноличивания. По высоте стыка шпонки целесообразно располагать в зонах, близлежащих к перекрытиям (над и под перекрытием). Это отвечает характеру распределения перерезывающих усилий в стыке, которые концентрируются в концевых зонах по высоте стыка, т. е. в зонах около опор перекрытий (рис. 4.4, б).
Применение замоноличенных стыков между панелями значительно улучшает их звукоизоляцию.
Наружные стены в домах высотой 12 этажей следует проектировать только навесными, что исключает вопрос о различной деформативности стен.
В поперечных стенах, работающих на значительные ветровые нагрузки, изменяется характер статической работы перемычки: объединяя смежные поперечные панели, они воспринимают высокие скалывающие усилия, которые должны надежно передаваться на саму панель. Для этого необходимо соответствующим образом законструировать узел опирания перемычки, где предусматриваются развитые закладные детали и дополнительное армирование, отвечающее характеру действующих усилий.
Анкеры закладных деталей или выпуски для устройства стальных связей должны быть соединены с арматурой панелей для передачи на нее усилий, возникающих в вертикальных и горизонтальных стыках.
В тех редких случаях, когда в поперечных стенах могут возникать растягивающие усилия от ветровых нагрузок, приходится предусматривать специальное армирование и стыкование этой арматуры. Конструктивное решение, при котором панели начинают работать на растягивающие усилия, приводит к значительному усложнению конструкции в целом и потому не может быть рекомендовано к применению.
В условиях высоких напряжений следует обращать особое внимание на армирование зоны вокруг проемов, когда они выполняются внутри панели, или зоны около проема, когда перемычка является элементом панели и выполняется в виде «флажка». Схема армирования отвечает в этом случае работе панели как элемента рамы. Дополнительные вертикальные и горизонтальные арматурные стержни, а также наклонные стержни в углах проема должны воспринимать усилия от изгибающих моментов, которые могут возникнуть в конструкции на этих участках.
Заметим, что кромки по периметру проемов должны быть скошены во избежание появления вредных усилий при выемке панели из формы (см. рис. 4.5). Скосы на вертикальных гранях панелей необходимы также для надежного замоноличивания вертикальных стыков.
Для обеспечения устойчивости панелей на время монтажа в стыках должны обязательно предусматриваться монтажные связи.
Горизонтальные плоскости контура панели должны быть строго перпендикулярны вертикальной плоскости панели. Перекос горизонтальных кромок панелей в зданиях повышенной этажности при больших вертикальных нагрузках может привести к возникновению значительных горизонтальных составляющих, которые являются дополнительной и к тому же вредной нагрузкой на диски перекрытий и продольные диафрагмы жесткости.
На верхней горизонтальной плоскости панели предусматриваются подъемные петли, которые обычно выполняются встроенными (рис. 4.5), чтобы не выступать за борт формы. Предусматриваются также различные виды фиксаторов.
Что составляет оболочку здания?
Типы конструктивных элементов
Несущие и ограждающие
Типы воздействий на здания?
Силовые и не силовые
Назначение несущих конструктивных элементов здания?
Воспринимать все нагрузки силового характера
Назначение ограждающих конструктивных элементов здания?
Защищать всё здание от воздействий не силового характера
Примеры несущих конструкций?
Фундаменты, колоны, ригели, стены, каркас, перекрытие, крыша.
несущие, самонесущие, ограждающие.
подземная часть здания, воспринимающая нагрузки от остова и передающая на грунт.
Грунт, непосредственно воспринимающий нагрузки.
сплошные, ленточные, столбчатые, свайные.
горизонтальные конструкции, разделяющие здание на этажи.
между этажные, чердачные, над подвальные
несущая часть крыши.
внутренние стены, разделяющие здание
Наклонные ступенчатые конструктивные элементы, служащие для вертикальных коммуникаций
Состав оконных блоков?
коробки и оконные переплеты.
значительные по площади проемы в стенах заполненные света прозрачной конструкцией.
Несущий остов здания?
единственная пространственная система надежно воспринимающая и передающая на основание все виды воздействий
гражданские и производственные.
Жилые здания по числу этажей?
малоэтажные, средней этажности, многоэтажные, повышенной этажности, высотные.
Определение “здание массового строительства”?
по типовых проектах
Определение “уникальные здания”?
по индивидуальным проектам.
030. Основное требование к зданию?
031. Определение “надежность”
способность зданий безотказно выполнять заданные функции в течение всего периода эксплуатации.
Сколько степеней огнестойкости зданий?
В чем выражается минимальный предел огнестойкости конструкций?
К чему относятся понятие “горючесть”?
к строительным материалам.
Сколько классов зданий по капитальности?
Противопожарная стена (противоположна стена.)
техническое направление в строительстве, позволяющая строить здания и сооружения по типовым проектам.
Чему равен основной модуль М в строительстве?
Расстояние в плане между координационными осями здания по направлению основной несущей конструкции перекрытия или покрытия
Типы размеров для элементов здания?
Номинальные, конструктивные, натурные
Приведите определение понятия перекрытие
горизонтальные конструкции, разделяющие здания на этажи.
Приведите значение понятия «витражи»
ограждающая светопрозрачная конструкция
Приведите величину основного модуля МКРС
Назовите схемы основных типов крыш
Чердачная, мансардная, бесчердачная.
Назовите основные типы зданий по назначению
Жилые, общественные и производственные
Какие здания относятся к высотным?
Выше 100 м
Приведите определение понятия «перегородки»?
Ненесущие вертикальные конструкции разделяющие помещения.
048. Инсоляция это:
Облучение предмета прямыми солнечными лучами
С какой целью устраивают отмостки?
для защиты здания от воздействия дождевых и талых вод.
Каково назначение кровли?
изоляция чердачного помещения от атмосферных осадков и ветра.
Приведите основные типы несущего остова зданий
Каркасный, стеновой, комбинированный
052. К плоским покрытиям относятся:
При наличии подвала цокольного этажа в доме фундамент должен быть
Приведите понятие мансарда (или мансардный этаж)
этаж, выгороженный внутри чердачного пространства.
055. К несущим конструкциям здания не относятся:
056. Несущий остов здания составляют:
фундаменты, перекрытия, стены, колонны, каркас, крыша
Какие элементы входят в состав малоэтажного жилого дома?
Фундамент, стены, перегородки, перекрытия и кровля
Приведите основные по назначению лестницы
Главные, чердачные, подвальные, аварийные, пожарные, входные
Как размещают пожарные и аварийные лестницы зданий?
Выносят наружу, делают прямыми, не доводят до уровня земли на 2,5 м
Какой высоты должны быть ограждения лестничных маршей и площадок?
Высотой 0,9-0,95 м, из металла
061. Приведите определение понятия “пандусы”
плоские наклонные конструкции для связи между различными уровнями и этажами.
062. Приведите пример понятия “брандмауэры”
Противопожарные отсеки, выступающие за пределы контура здания 0.8..1.6 м
063. Укажите определение понятия “тамбур”
Проходное пространство между наружной и внутренней дверьми
Какова должна быть глубина тамбура?
Каково назначение фундамента здания?
принять на себя нагрузки от надземной части здания и передать ее на грунт.
Как организуется наружный водосток малоэтажных зданий?
желобами в нижней части кровли и навесными водосточными трубами.
067. Приведите определение “веранда”
застекленное не отапливаемое крытое помещение, пристроенное или встроенное в здание.
Приведите элементы крыльца малоэтажного жилого здания
площадка перед входом, несколько ступенек.
069. Приведите определение понятия “шатровые несущие остовы здания”
отсутствуют вертикальные опоры, опирание осуществляет на фундамент.
Укажите область применения дробных модулей М в строительстве
при назначении размеров не больших конструктивных элементов.
Назначение несущего остова здания
воспринять нагрузки, действующие на здания.
Типы временных нагрузок
длительно действующие, кратковременные особые
Виды нагрузок по направлению
Типы несущих остовов
каркасный, бескаркасный, с неполным каркасом.
Бескаркасный стеновой несущий остов
с продольными, поперечными, перекрестными, несущими стенами
Типы конструктивных каркасных систем
с поперечным, продольным, перекрестным расположением ригелей; без ригельный каркас.
Перекрестная каркасная система применяется
для многоэтажных каркасных зданий в сейсмических районах.
Обеспечение пространственной жесткости зданий
связями, диафрагмами и ядрами жесткости.
Понятие “устойчивость” здания
способность здания сохранять равновесие.
Вариант пространственных конструктивных схем здания
рамная, рамно-связевая, связевая.
081. Понятие “панель”
Пластина, толщина её намного меньше двух других размеров.
082. Понятие “монолитные конструкции”
бетонные и железобетонные строительные конструкции, выполняемые на месте возведении здания.
083. Понятие “деформация”
изменение формы или размеров конструкций, элементов здания под действием нагрузок.
От чего зависят размеры температурных отсеков
от типов и материалов несущего остова.
085. Понятие “усадка бетона”
уменьшение его объема при твердении в воздушной среде.
В поперечных несущих стенах шов устраивают на
сопряженных парных стенах.
Какие воздействия первичны для ограждающих конструкций
воздействия несилового характера.
Важнейшая ограждающая функция в чердачных перекрытиях
Этажность малоэтажных жилых зданий
Основные конструктивные элементы малоэтажных домов
фундаменты, стены, перекрытия.
091. Понятие “жесткость”
Типы перекрытий малоэтажных зданий
балочный или плитный настил, настил перекрытий на комнату.
Материалоемкость фундамента в объеме малоэтажного жилого дома
От 10 до 30%
Конструктивные схемы фундаментов жилых малоэтажных жилых домов
ленточный, столбчатый, сплошной, свайный.
Состав столбчатого фундамента в жилых малоэтажных зданиях
столбы и фундаментные балки.
Толщина монолитных сплошных фундаментов в жилых малоэтажных зданиях
Виды ручной кладки стен
Основные элементы наружной стены жилого малоэтажного дома
цоколь, проемы, карниз, парапет.
Армирование армокаменных перемычек
Не забудь поделиться страницей с друзьями:
Обеспечение пространственной жесткости зданий повышенной этажности
С переходом к многоэтажному строительству важнейшей задачей становится обеспечение пространственной жесткости зданий. Для панельных зданий высотой 9 этажей как при узком, так и при широком шаге пространственная жесткость обеспечивается так же, как и в пятиэтажных зданиях.
В зданиях повышенной этажности короткие панели поперечных стен, разрезанные проемами, вследствие недостаточной их жесткости, как правило, не могут воспринимать действующие ветровые нагрузки и надежно обеспечивать жесткость здания. Возможным направлением для повышения жесткости является объединение панелей поперечных стен в единый вертикальный диск, для чего перемычки, соединяющие эти панели, должны быть рассчитаны и законструированы таким образом, чтобы они могли воспринимать возникающие при этом сдвигающие усилия (которые в нижних этажах достигают значительных величин). Проектные проработки показали, что такое решение в панельной конструкции получается достаточно сложным. Способом повышения жесткости здания, как уже отмечалось, может быть компоновка плана панельного дома с развитыми на всю ширину поперечными стенами, которые в этом случае будут обладать достаточно высокой жесткостью для восприятия горизонтальных нагрузок.
Целесообразно переходить к пространственной системе диафрагм жесткости — двутавровых, угловых, П-образ-ных в плане, имеющих большой момент инерции. При этом особое внимание должно быть обращено на обеспечение совместной работы поперечных и продольных стен. Наиболее надежно это достигается устройством в местах сопряжений стен специальных шпонок — стальных или монолитных, созданием зубчатых соединений и т.д.
Серьезного внимания требует обеспечение продольной жесткости зданий. Сложность этой задачи усугубляется в домах башенного типа, где не удается получить развитых в плане продольных стен — диафрагм жесткости (архитектор всегда старается «расчистить» план от лишних несущих стен, ограничивающих планировочные возможности). Наличие широкого торца здания и лоджий, «щеки» которых являются развитыми парусами, ухудшает аэродинамические свойства дома (можно ввести такое понятие для домов большой этажности, где ветровые нагрузки могут оказаться доминирующими при расчете конструкций) и приводит к увеличению ветровых нагрузок.
Так, недостатком конструкции в 17-этажном крупнопанельном доме с широким шагом поперечных стен в квартале № 42А Юго-Запада (см. рис. 1.7) является наличие коротких, не развитых в плане продольных диафрагм жесткости. В их работу на продольные ветровые нагрузки включены и примыкающие отрезки поперечных стен (таким образом, продольные диафрагмы получают расчетную схему в виде двутавра). Однако такое решение вызвало появление в верхних этажах растягивающих усилий в полках двутавра, т. е. в поперечных стенах. А это в свою очередь привело к необходимости усиления армирования поперечных стен для восприятия значительных растягивающих усилий и соответственно усложнило решение стыков. В конструктивном отношении более правильно создание развитых по длине продольных стен — диафрагм жесткости, которые совместно с основными поперечными стенами должны образовывать пространственную систему.
Комбинированная (панельно-каркасная) схема
Схемы с внутренним каркасом и наружными несущими стенами пока нашли применение в московском строительстве только для девятиэтажных жилых домов серии II-29 (см. рис. 1.1, е). Несущую основу дома составляют наружные и внутренние кирпичные стены и внутренний продольный железобетонный каркас. Перекрытия выполняются в виде сборных железобетонных настилов, опирающихся на наружные кирпичные стены и на продольный ригель каркаса.
Определенное достоинство такого конструктивного решения в исключении сильно нагруженной внутренней продольной кирпичной стены, что снижает трудоемкость строительства и создает возможности более гибких планировочных решений. Аналогичные решения принимались в ряде случаев для домов высотой до 14 этажей. Дальнейшее повышение этажности экономически нецелесообразно, так как требует увеличения толщины наружных кирпичных стен для повышения их несущей способности. Поэтому пределом целесообразности применения конструктивной схемы с несущими продольными кирпичными стенами следует считать 12 этажей.
Перспективным направлением может оказаться применение другой разновидности комбинированной схемы —с наружным каркасом и внутренними несущими панельными стенами. Примером использования этой схемы может служить проект 18-этажного жилого дома, разработанный в МНИИТЭП (рис. 1.11).
Основная особенность конструкции дома — расположение поперечных и продольных стен по границам квартир. В этом проектном решении наиболее логично сочетается архитектурная и конструктивная компоновка здания. По существу в границах несущих стен можно предусматривать различные планировки квартир, причем размеры квартир могут меняться в зависимости от шага поперечных несущих конструкций.
Несущие поперечные и продольные стены — из панелей толщиной 20 см. В плоскости наружных стен во избежание перегрузки торцов поперечных панелей весом наружных стен расположен каркас с шагом колонн 6—9 м и более. Отличительная особенность этого каркаса — применение ригелей большого сечения, которые служат одновременно подоконными утепленными панелями.
Панели перекрытия, выполняемые плоскими железобетонными предварительно напряженными толщиной 16 см, опираются на этот продольный ригель и на несущие продольные внутренние стены.
Конструктивная схема с продольными несущими стенами
Попытки освободить внутреннее пространство от несущих конструкций привели к поискам схемы с продольными несущими стенами. С принципиальной точки зрения расположение несущих конструкций в плоскости наружных ограждений в наибольшей мере освобождает площадь дома от внутренних стен. Однако это решение вступает в определенное противоречие с конструктивной целесообразностью. При однослойных конструкциях ограждений, выполняемых из керамзитобетона, предельная высота дома, определяемая прочностью материала и технико-экономическими показателями, ограничивается девятью этажами. По такой схеме выполнены девятиэтажные дома серии 1-515, являющиеся по существу развитием пятиэтажных домов той же серии8 (рис. 1.10). Серия 1-515 включает две разновидности девятиэтажных жилых домов — четырех- и шестисекционные широтной и меридиональной ориентации. Несущими в домах этого типа являются продольные внутренние и наружные стелы. Пространственная жесткость здания обеспечивается совместной работой продольных, поперечных межсекционных стен и перекрытий.
Перекрытия из многопустотных настилов с замоноличенными стыками представляют собой горизонтальные .диски, передающие ветровые нагрузки на стены лестничных клеток.
Наружные керамзитобетонные стены — толщиной 40 см, из керамзитобетона марки 75, объемным весом 1200 кг/м3. Продольная внутренняя стена — из бетонных панелей толщиной 27 см. Стены лестничной клетки — из бетонных блоков толщиной 40 см, внутри которых размещаются вентиляционные каналы.
Недостатки домов этой серии вызваны в основном характером конструктивной схемы — применением несущих наружных стен из керамзитобетонных панелей, в которых совмещены несущие и теплоизоляционные функции. Это ведет к увеличению толщины стены до 40 см (что приближает ее к толщине кирпичной стены), повышению расхода стали и цемента.
