Принципы устройства деформационных швов в зданиях

Деформационные температурные и температурно-усадочные швы. Под влиянием изменения температуры окружающей среды (температурно-климатических воздействий) строительные конструкции и здания в целом претерпевают деформации. Нагреваясь солнечными лучами, конструкции увеличиваются в размерах, охлаждаясь в мороз – уменьшаются. При таком «дыхании» в конструкциях здания возникают температурные напряжения. При больших размерах (протяженности) здания эти напряжения могут достичь высоких значений, что может служить причиной разрушения конструкций или потери ими эксплуатационных качеств.

Так, наружные стены зданий и бесчердачные покрытия можно рассматривать как единые жесткие плиты, которые, находясь в изменяющихся температурных условиях наружного воздуха, стремятся изменить свои размеры и притом не одинаково по сечению плит: их поверхности, обращенные в сторону помещений, находятся в стационарных температурных условиях и не претерпевают температурных деформаций. В таких же условиях находятся и конструкции несущего остова, примыкающие к плитам покрытий. Эти конструкции препятствуют стремлению наружных поверхностей плит изменить свои размеры, что приводит к возникновению сложного напряженного состояния: во всех конструктивных элементах возникают огромные внутренние усилия, следствием которых могут быть трещины и другие дефекты.

Принцип проявления температурных деформаций на примере одноэтажного промышленного здания в каркасном исполнении: основания колонн и фундаменты расположены в зоне относительно постоянной температуры, и поэтому в уровне пола общая длина здания не изменяется; изменяются размеры по длине покрытия на величину

± ΔL = L х α х Δt,

где α – коэффициент температурного расширения материала, К ^-1;

Δt – амплитуда колебания температуры наружного воздуха, К.

Величина прогибов крайних колонн тем больше, чем больше длина здания и амплитуда колебания температуры.

Чтобы предотвратить нежелательные прогибы, разрывы и другие возможные разрушения конструкций, в процессе проектирования можно установить предельные значения длины здания. При этом необходимо учитывать строительную систему здания и расчетное значение перепада температур района строительства. На практике обычно используют рекомендации нормативных документов.

В тех случаях, когда длина и ширина здания превышают эти предельно допустимые значения, здание расчленяют на отдельные объемы длиной L_t, которые называют температурными блоками (отсеками). Расчленяют все надземные конструкции здания от обреза фундамента до кровли температурным швом, как правило, в одной плоскости через все здание.

Размеры температурных блоков (расстояния между температурными швами) зависят от применяемых материалов и конструкций (строительной системы), температуры наружного воздуха (наиболее холодной пятидневки), эксплуатационной характеристики здания (отапливаемые, неотапливаемые), направления измерения (вдоль или поперек здания).

Таблица – Минимальные расстояния между температурными швами (в метрах)

В таблице малые значения расстояний между температурными блоками относятся к наиболее суровым климатическим условиям и низшим классам строительных материалов.

Для таких материалов, как монолитный бетон, каменная кладка стен при твердении бетона и раствора характерно проявление деформаций усадки – сокращения размеров тела конструкции при потере влаги его материалом. Усадочные деформации проявляют себя аналогично температурным деформациям, что вызывает необходимость разделить здание на блоки. Размеры таких блоков нередко совпадают с размерами температурных блоков, поэтому их чаще всего объединяют, называя блоки и швы температурно-усадочными.

Таким образом, температурно-усадочные швы позволяют избежать образования в наружных стенах здания трещин и перекосов, вызываемых концентрацией усилий от воздействия переменных температур и усадки материала.

Осадочные швы. При неравномерной осадке здания (оседание фундамента и всего здания при уплотнении грунта под ним), которая может произойти из-за разной несущей способности грунтов основания, из-за значительной разницы в нагрузке и (или) собственного веса отдельных частей здания, из-за разницы по высоте (этажности) сопрягаемых частей здания, деформации направлены по вертикали и могут вызвать перекос, сдвиг и нежелательные напряжения в конструкциях. Для защиты зданий от осадочных деформаций устраивают осадочный шов.

Принципиальная разница в устройстве осадочного шва в отличие от температурного состоит в разрезке всех конструкций здания, включая фундаменты. При этом необходимо развивать подошву каждого из сопрягаемых фундаментов. Это требует места, в связи с чем вертикальные несущие конструкции раздвигаются на большее расстояние, чем в месте температурного шва; это расстояние определяется расчетом, так как несущая способность основания и величины нагрузок могут существенно различаться.

Обычно при устройстве осадочных швов температурные швы совмещают с ними, устраивая температурно-осадочные швы.

Антисейсмические швырасчленяют здание на отсеки элементарной прямоугольной формы (при сложной конфигурации плана) и по длине здания. Размеры отсеков определяют в зависимости от назначения здания, его конструкций и интенсивности внешних воздействий.

Все рассмотренные швы (температурные, усадочные, осадочные, температурно-усадочные и температурно-осадочные) являются деформационными швами, а части зданий, разделенные ими – деформационными блоками (отсеками). Благодаря рассечению каждый отсек здания получает возможность независимых деформаций.

В несущих конструкциях деформационные швы решаются с помощью:

- парных колонн в каркасных зданиях;

- парных стен;

- консолей перекрытий и покрытий;

- «вложенных» пролетов;

- пазов в кладке каменных стен.

В отличие от несущих конструкций, для которых первостепенной является оценка их работы от силовых нагрузок, для ограждающих конструкций первичными являются воздействия несилового характера: влаги, температуры, звука и т.п. Для заполнения деформационных швов в ограждениях применяют гибкие и эластичные материалы и изделия: металлические и пластмассовые компенсаторы, уплотняющие прокладки и мастики, герметики, жгуты, термовкладыши и др. материалы и изделия.

Величина деформационных швов в ограждающих (совмещенных) конструкциях устанавливается расчетом, но, как правило, не должна быть менее 20 мм.