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 трещинообразованию.

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.

В панельных домах совместная работа стен обеспечивается замоноличенными соединениями панелей. Шпонки должны быть рассчитаны по методике, приведенной в главе 8.

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. 4.4,6).

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.