Бескаркасные здания

2.1. Как обеспечивается пространственная жесткость каменных зданий?

Различают два типа каменных зданий: 1) с упругой конструктивной схемой, когда расстояние В между поперечными стенами превышает 24...54 м (в зависимости от группы кладки и конструкций покрытия или перекрытий), 2) с жесткой конструктивной схемой (при меньших значениях В).

К 1-му типу относятся, в основном, здания производственного назначения, склады, гаражи (если перегородки между боксами не связаны с продольными стенами), длинные залы и т. п. сооружения. В средней части длины таких зданий поперечные стены не оказывают влияния на поперечные деформации Δ продольных стен при действии нагрузок (например, ветровой — см. рис. 9, а, вид в плане). И если продольная жесткость обеспечивается жесткостью самих продольных стен, то поперечная — жесткостью поперечной рамы (рис. 9, б). В роли защемленных стоек рамы выступают участки продольных стен — либо пилястры с прилегающими участками, либо простенки, либо условно вырезанные вертикальные полосы продольных стен. Ригелями рамы служат фермы, балки или плиты, которые необходимо надежно заанкерить в продольных стенах, иначе не будут созданы шарнирно-неподвижные соединения их со стойками (см. вопрос 1.3).

При жестком защемлении продольных стен горизонтальной гидроизоляцией должен быть не рулонный материал (рассекая стену по горизонтали, он, по существу, образует шарнир и превращает раму в геометрически изменяемую систему), а утолщенный до 20 мм шов из цементного раствора жесткой консистенции марки не ниже 100. Жесткий раствор трудно расстилать, однако он обладает меньшей усадочностью, чем пластичный, поэтому в нем меньше вероятность образования усадочных трещин, что крайне важно для гидроизоляции.

Ко 2-му типу относятся почти все жилые, административно-бытовые и т.п. здания. Их пространственная жесткость обеспечивается продольными и относительно часто расположенными поперечными стенами. В жестких дисках перекрытий или покрытия они не нуждаются, ибо стены, являясь вертикальными жесткими дисками, жестко связаны между собой перевязкой швов. То есть, в плане стены образуют прямоугольники с жесткими узлами. Поэтому в таких зданиях вполне допустимо применять не круглые, а полосовые шпоночные соединения между плитами, т. е. применять пустотные плиты с продольными пазами на боковых поверхностях (см. вопрос 1.6).

2.2. Как обеспечивается пространственная жесткость крупнопанельных зданий?

Обеспечивается жесткостью продольных и поперечных стен и жесткими дисками перекрытий. Однако жесткости одних панелей для этого недостаточно, необходимы надежные соединения между ними.

Почти все обрушения панельных зданий в стране происходили весной в период оттаивания растворных и бетонных швов, а сами здания были возведены зимой. Непосредственной причиной аварий являлось применение раствора (и бетона замоноличивания) без противоморозных добавок и утолщение до 40...50 мм горизонтальных швов (платформенных стыков). В ряде случаев, когда монтаж осуществлялся при очень низких температурах, не помогали и противоморозные добавки — при оттаивании прочность раствора и бетона была близка нулю.

Утолщение и низкая прочность швов вызывали неравномерные вертикальные деформации стен. Здания могли бы и устоять, если бы к указанному дефекту не добавлялись другие: отсутствие сварки панелей перекрытий со стенами и между собой или отсутствие сварки выпусков арматуры в вертикальных стыках стеновых панелей, или некачественное бетонирование вертикальных стыков и т. д. В итоге происходила потеря устойчивости положения стеновых панелей — их горизонтальное скольжение из плоскости (боковое выдавливание), за которым следовало обрушение.

При качественном монтаже крупнопанельные дома обладают весьма высокой пространственной жесткостью. Это показал не только длительный опыт обычной эксплуатации, но и состояние зданий после чрезвычайных воздействий — землетрясений, взрывов бытового газа и пр.

2.3. Для чего на период оттаивания зимней кладки устанавливают временные стойки под оконными и дверными перемычками?

Делается это для того, чтобы разгрузить простенки, пока раствор не наберет требуемую прочность. Такой прием применяют в тех случаях, когда кладка ведется методом замораживания, а она имеет прочность в несколько раз ниже, чем летняя кладка из кирпича и раствора тех же марок. Причиной большинства обрушений кирпичных зданий являлась именно перегрузка простенков и их разрушение в период оттаивания раствора. Поэтому в проектах всегда должно быть указано, какая высота кладки методом замораживания является предельной, какая марка раствора при этом должна быть применена и какими должны быть временные противоаварийные меры.

Аварийные ситуации могут возникнуть и тогда, когда с опозданием применяют раствор с противоморозными добавками. Например, поздней осенью, при чередовании положительных и отрицательных суточных температур, кладка на теневой стороне здания за день не успевает оттаивать, обычный раствор, не набрав требуемую прочность, "уходит в зиму" и оттаивает весной, когда нагрузка на стены многократно возросла.

2.4. Что произойдет, если перекрытия не связать со стенами анкерами?

Зачастую полагают, что анкеровка нужна для того, чтобы предотвратить выдергивание перекрытий из стен при воздействии случайных неблагоприятных факторов. Авторы такого взгляда путают причину со следствием.

Расчетная схема несущей каменной стены многоэтажного здания представляет собой многопролетную вертикально ориентированную балку. Опорами балки служат перекрытия, но при условии, что стена связана с ними анкерами (рис. 10, а), поэтому правильнее говорить не "анкеровка перекрытий в стенах", а "анкеровка стен в перекрытиях".

Если анкера не установлены хотя бы в одном перекрытии, это означает, что пропущена одна опора, пролет балки и ее гибкость возросли вдвое (рис. 10, б). В результате, стена окажется перегруженной, что чревато аварийными последствиями. Вот почему анкеровке стен в уровне перекрытий необходимо уделять самое серьезное внимание, памятуя о том, что исправление подобного дефекта — мероприятие исключительно дорогостоящее как по расходу металла, так и по затратам труда. Следует также помнить и о том, что если со стеной анкером связан один конец плиты или балки, то с противоположной стеной должен быть связан и другой конец. Кроме того, анкера должны располагаться строго перпендикулярно оси стены и не иметь начальных искривлений, в противном случае свою задачу они выполнить не смогут.

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.

<12 3 4 5 6 7 >

Дата добавления: 2017-04-05; просмотров: 1919;