Бескаркасные здания

2.5. Что может послужить при­чиной образования трещин в ме­стах сопряжения простенков с по­доконными частями кладки?

Образование подобных трещин некоторые специалисты объясняют температурными напряжениями. Однако чаще всего главной причи­ной служит депланация (искривле­ние) сечений кладки, вызванная неравномерными напряжениями.

В простенках, особенно на пер­вых этажах, нормальные (вертикаль­ные) напряжения σ намного выше, чем в подоконной части кладки, ибо простенки несут нагрузку от всех вышележащих этажей, а подоконные части — только от собственного веса и веса одного окна. В местах рез­кого скачка нормальных напряжений возникают горизонтальные напряже­ния σ_t, которые приводят к разрыву кладки и образованию вертикаль­ных, иногда наклонных, трещин (рис. 11, а). Формула для определения σ, приведенная в "Пособии по проек­тированию каменных и армокаменных конструкций" (М., 1989), на наш взгляд, несколько недооценивает влияние длительного действия на­грузки и дает заниженную величи­ну горизонтальных напряжений. Сдержать развитие трещин можно, если установить арматуру поперек ожидаемых трещин в верхних рядах кладки подоконной части. При этом следует помнить о том, что армату­ра должна быть надежно заанкерена по обе стороны ожидаемых тре­щин (рис. 11, б).

2.6. Что может послужить при­чинами образования трещин в ме­стах сопряжения продольных и по­перечных стен?

Причин, как правило, две — каж­дая по отдельности или обе вместе. Первая — уже упомянутая деплана­ция горизонтальных сечений камен­ной кладки (см. предыдущий ответ), когда одна стена, например продоль­ная, является несущей, а перпенди­кулярная ей — самонесущей (рис. 12). В несущей стене нормальные напряжения намного выше, чем в самонесущей, следовательно, вели­ка и разность вертикальных дефор­маций стен (деформаций укороче­ния). Однако в работе стен имеет­ся одна особенность, которую рас­четные формулы не учитывают, а именно: разность нормальных напря­жений достигает максимума на ниж­нем этаже, а разность абсолютных (суммарных) деформаций — на вер­хнем. Именно в верхней части и начинают образовываться трещины, которые с годами растут в длину и иногда пересекают несколько эта­жей. Понятно, что ограничить длину и ширину раскрытия трещин мож­но с помощью армирования горизонтальных рядов кладки, в первую очередь — в уровне перекрытий са­мых верхних этажей.

Вторая причина — "зависание" несущих стен на самонесущих. Про­исходит это тогда, когда проектиров­щик поленился подсчитать размеры фундаментов под самонесущие сте­ны и назначил ширину подошвы ленточного фундамента на глазок с запасом (такую же или чуть мень­шую, чем у несущих стен). В ре­зультате, основание под самонесу­щей стеной испытывает намного меньшее давление р, а значит, де­формируется (оседает) меньше, чем под несущей (рис. 13). Поскольку обе стены перевязаны, самонесущая стена препятствует свободной осад­ке несущей. Отсюда и "зависание" несущих стен и вызванные им тре­щины, которые образуются преиму­щественно в нижней части зданий. Возникает именно тот случай, ког­да можно "испортить кашу маслом", т.е. когда чрезмерный запас идет во вред. Подобное явление может происходить при наличии не только ленточных, но и свайных фундамен­тов с ленточными ростверками, если не учтены разные нагрузки от стен.

Отметим, что упомянутые трещи­ны не только разрушают отделку и доставляют неудобства владельцам и обитателям домов, они представ­ляют и немалую опасность для не­сущей способности, поскольку, раз­рывая кладку в ответственных узлах, лишают стены горизонтальных свя­зей между собой, уменьшают ус­тойчивость стен и снижают общую пространственную жесткость зданий. Практикой обследования отмечено немало случаев аварийного состо­яния подобных зданий, которые по­требовали дорогостоящего усиле­ния.

2.7. Что может послужить при­чинами обрушения стропильных

конструкций, опирающихся на пи­лястры стен?

Как показывает опыт обследова­ния, причин может быть несколько — каждая по отдельности или в со­вокупности друг с другом. Одна — недостаточная глубина (площадь) опирания (подробнее см. главу 4). Другая — морозное разрушение верхней части кладки стен при сис­тематическом замачивании крышной водой. Третья — депланация се­чений, которую рассмотрим подроб­нее.

В нормативно-справочной лите­ратуре рекомендуется распредели­тельные плиты (подушки) под опора­ми стропильных конструкций (балок, ферм), а также подкрановых балок заводить в основную стену не ме­нее чем на 120 мм, а кладку под подушками на высоту 1 м армиро­вать сетками (С1 на рис. 14). Одна­ко при таком решении опорное дав­ление не распределяется на участ­ки стены, примыкающие к пилястре с боков. На этих участках напряже­ния близки нулю, в то время как напряжения в кладке пилястр под подушками имеют максимальное значение. В результате горизонталь­ное сечение кладки искривляется (происходит депланация), и по гра­нице пилястры со стеной образуют­ся вертикальные трещины, начина­ющиеся сверху. Они отделяют пи­лястру от стены и превращают ее на значительном протяжении в от­дельно стоящий столб (рис. 14, а). Такой столб испытывает более вы­сокие (чем по расчету) напряжения и обладает существенно большей гибкостью. Поэтому целесообразно предусматривать в проектах такое армирование верхней части пилястр, которое захватывало бы и примыка­ющие с боков участки стен (сетки С2 на рис. 14, б), а при больших значениях опорных давлений исполь­зовать наряду с подушками и желе­зобетонные пояса.

2.8. В каких случаях возника­ют вертикальные трещины в се­редине длины подоконной части кладки?

Чаще всего возникают на пер­вом этаже бесподвальных зданий на ленточных фундаментах с широки­ми оконными проемами и узкими несущими простенками. В таких зда­ниях подоконная часть стены рабо­тает подобно многопролетной не­разрезной балке, нагрузкой на ко­торую является реактивное давле­ние грунта р под подошвой фунда­мента, а опорами — простенки (рис. 15). В середине пролетов этой бал­ки (т. е. посередине оконных про­емов) возникают значительные из­гибающие моменты. Растягивая вер­хнюю часть кладки, они вызывают трещины, о которых забывают проектировщики и которые легко сдер­жать с помощью горизонтальной ар­матуры.

При наличии современных вычис­лительных комплексов, в основе ко­торых лежит метод конечных элемен­тов, проверить напряженное состо­яние подобных стен труда не со­ставляет. Следует лишь вовремя использовать эти комплексы. Если такой возможности нет, то можно ограничиться простейшим расчетом неразрезной многопролетной бал­ки, включив в ее сечение подокон­ную часть стены и ленточный фун­дамент. Подобный расчет дает не­которую погрешность, которая пой­дет, однако, в запас прочности.

2.9. В каких случаях возника­ют температурные трещины в стенах?

В общем случае трещины воз­никают тогда, когда существует пре­пятствие свободным деформациям укорочения при падении темпера­туры воздуха. Таким препятствием обычно являются подземные конструкции (фундаменты и стены подва­ла), сезонный перепад температуры которых намного меньше, чем пе­репад температуры надземных стен. В этом случае в надземных стенах возникают большие растягивающие напряжения, которые и приводят к образованию трещин в ослаблен­ных сечениях — в местах располо­жения проемов, слабой перевязки швов, плохого заполнения верти­кальных швов и т. п. Причем, чем ближе к подземным конструкциям, тем выше напряжения, поэтому тре­щины начинаются обычно с нижних этажей.

В отапливаемых зданиях темпе­ратурные трещины, как правило, являются поверхностными и опасно­сти для несущей способности не представляют. Если же они стано­вятся сквозными, то главную причи­ну нужно искать не в температур­ных деформациях, а в депланации сечений (см. вопрос 2.5). Куда чаще температурные трещины образуют­ся в "долгостроях" — в домах, про­стоявших одну или несколько зим без отопления.

Более опасные трещины, с ши­риной раскрытия до нескольких сан­тиметров, образуются в протяжен­ных зданиях при отсутствии в них деформационных швов. Трещины рассекают продольные стены по наиболее слабым сечениям — в ме­стах расположения внутренних про­ездов и оконных проемов (рис. 16). Они ослабляют кладку под опора­ми балок, плит и перемычек и спо­собны привести к обрушению этих конструкций. Лечение подобных тре­щин обычными методами — зачеканкой или инъецированием — прак­тически бесполезно (трещины "ды­шат" при изменении температуры наружного воздуха), а меры по за­щите помещений от проникающего холода весьма дорогостоящи, не го­воря уже о мерах по усилению стен. Как ни редок подобный брак, но в практике строительства он, увы, встречается.

Некоторым особняком стоят пол­номонолитные бескаркасные дома, в стенах которых температурные трещины возникают в результате внутренних напряжений (особенно больших в зимнее время), вызванных термообработкой монолитного бетона. Такие трещины практичес­ки не влияют на прочность конст­рукций и жесткость здания, однако они нарушают герметичность наруж­ных стен. С этой точки зрения бо­лее целесообразно наружные сте­ны в монолитных зданиях выполнять навесными или самонесущими на гибких связях.

2.10. Что может послужить причиной образования горизонтальных трещин в наружных сте­нах?

Причиной чаще всего служит не­правильная установка балконных плит вблизи вертикальных штраб (де­формационных швов). Если балкон­ные плиты пересекают штрабу (рис. 17, а), то они препятствуют свобод­ной осадке следующей секции (бло­ку) здания, т. е. препятствуют вза­имному смещению смежных секций. Тогда наружные стены секции, воз­водимой позднее, «зависают» на выступающих участках балконных плит и происходит отрыв кладки по горизонтальным швам (рис. 17, б).

А поскольку наибольшая суммар­ная разность деформаций накап­ливается вверху здания, то и тре­щины образуются обычно на верх­них этажах.

2.11. Для чего в стенах устра­ивают армокаменные или железобетонные пояса?

Как известно, каменная кладка обладает намного более низкой прочностью на растяжение, чем на сжатие. Если стена изгибается в сво­ей плоскости (а это всегда происхо­дит при неравномерных деформа­циях основания), то в растянутой зоне образуются трещины, ширина раскрытия которых может достигать нескольких сантиметров. Наиболее часто подобные трещины наблюда­ются в продольных стенах зданий. Вызвано это не только протяженно­стью самих стен, но и еще одним обстоятельством. В большинстве мно­гоэтажных зданий плиты перекрытий ориентированы в поперечном на­правлении, опираются они на про­дольные стены и связываются с ними анкерами (см. вопрос 2.4). Иными словами, поперек здания образуют­ся горизонтальные связи,, препятству­ющие развитию возможных трещин в поперечных стенах, а вдоль они отсутствуют.

Роль таких связей и могут вы­полнять армокаменные или железо­бетонные пояса. Поскольку будущий характер неравномерных деформа­ций основания заранее неизвестен, пояса целесообразно устанавливать, как минимум, в двух местах по вы­соте: в нижней и верхней частях стен — под перекрытием подвала и под перекрытием верхнего этажа. Особенно желательны пояса в зда­ниях с высокими помещениями — производственных корпусах, зритель­ных, выставочных, молельных залах и т. п.

Заметим попутно, что пояса яв­ляются и эффективным средством повышения сейсмостойкости зданий, что в Сибири становится все более актуальной задачей. К сожалению, проектировщики редко применяют армированные пояса или применя­ют их не всегда продуманно.

2.12. К чему может привести устройство новых проемов в су­ществующих стенах подвала?

Новые проемы уменьшают дли­ну существующих стен, а вместе с ней — длину передачи нагрузки от здания на фундамент и приводят к увеличению давления на грунт ос­нования. Но увеличенное давление передается неравномерно, его мак­симальные значения находятся у кра­ев проемов (рис. 18) — здесь грунт будет деформироваться (проседать) больше, чем в других местах. При­чем, чем больше ширина проемов, тем больше величина деформаций основания и тем больше их нерав­номерность, особенно если фунда­менты выполнены не монолитными, а из сборных железобетонных поду­шек. В результате этого образуют­ся трещины в стенах, перекосы кон­струкций перекрытий и пр. дефек­ты.

Перепланировка подвалов суще­ствующих зданий для нужд предпри­ятий торговли и сферы обслужива­ния приобрела с середины 1990-х гг. массовый характер. Однако ука­занное выше обстоятельство проек­тировщики учитывают далеко не всегда, ограничивая свою работу де­журными мерами — подведением пе­ремычек в новых проемах да иногда усилением ослабленных простенков, в то время как зачастую требуется и усиление фундаментов или осно­ваний.