Вы здесь

Зарубежный опыт возведения наружных стен высотных каркасных зданий

Версия для печати

В статье приведен анализ отечественных и зарубежных технических решений наружного стенового ограждения каркасных зданий, выполняемого по технологии слоистой кладки.

Высотное кирпичное домостроение весьма трудоемко и связано с необходимостью использования квалифицированных каменщиков, требует кладочных растворов и кирпича высоких марок, устройства массивных фундаментов. За рубежом высотные здания давно строятся с применением стальных, монолитных либо сборно-монолитных железобетонных каркасов, воспринимающих все вертикальные и горизонтальные нагрузки, в том числе и сейсмические. В СНГ интенсивное возведение высоток началось в постперестроечный период. К настоящему времени накоплен достаточно большой опыт их строительства и эксплуатации, особенно в Москве и Санкт-Петербурге (рис. 1).

Наружное стеновое ограждение каркасных зданий выполняется в виде слоистой кладки с защитно-декоративной облицовкой из кирпича и внутренним слоем из газосиликатных или пенобетонных блоков либо щелевых керамических камней, которыми заполняется пространство между монолитными плитами перекрытий и колоннами или поперечными железобетонными стенами. Лицевой слой наружных стен устраивается из высококачественного кирпича, а иногда из оштукатуренного минераловатного утеплителя (рис. 2).

Особенность кирпичного облицовочного слоя в том, что он только частью сечения опирается на край плиты перекрытия и воспринимает опрокидывающий момент от собственного веса, отрицательного ветрового давления, а также температурных воздействий. В соответствии с [1] его крепление к внутреннему слою должно осуществляться с помощью гибких анкеров из нержавеющей стали. Совершенно очевидно, что долговечность таких стен не должна быть ниже долговечности несущих конструкций каркаса здания.

Однако наряду с достоинствами многие конструктивные решения рассматриваемых стен не отвечают требованиям прочности, устойчивости и долговечности, о чем свидетельствуют нередкие случаи их повреждений и даже обрушений после недлительной эксплуатации.

Основные причины этого заключаются в следующем:

  • применение в качестве анкеров сетки из проволоки Вр-I с перегибами между несовпадающими растворными швами внутреннего и облицовочного слоев кладки;
  • отсутствие горизонтальных и вертикальных температурных деформационных швов в лицевом слое;
  • опирание лицевого слоя на цоколь здания, а не на консоли перекрытий;
  • опирание лицевого слоя на закрепленные к торцам плит металлические уголки (рис. 2, в).

К недостаткам следует также отнести наличие мостиков холода со стороны слаботермозащищенных торцов плит перекрытий. Даже устройство перфорации на их консольных участках с вкладышами из пенополистирола, как это делается в балконах, не решает данной проблемы. Полное исключение мостиков холода возможно путем выполнения лицевого слоя из непрерывной оштукатуренной теплоизоляции (рис. 2, д). Такое решение, однако, в зарубежной практике встречается крайне редко, поскольку долговечность рассматриваемого слоя ограничивается 15–20 годами, а его ремонт в высотных зданиях технологически очень трудоемок и дорог. Одним из наиболее существенных недостатков отечественных решений слоистых стен является отсутствие вентилируемого воздушного зазора между лицевым и внутренним слоями кладки. В то время как устройство такого зазора в зарубежном строительстве даже в случае отсутствия промежуточного теплоизоляционного слоя является обязательным (рис. 3, 4).

Это особенно важно для регионов с повышенной атмосферной влажностью и низкими отрицательными температурами. Скапливающийся внутри конденсат увлажняет утеплитель и внутренний слой из газосиликатных блоков, что резко снижает термоизоляционные свойства наружных стен.

Следует отметить, что применение в отечественной практике для внутреннего слоя стены пористых теплоизоляционных камней не только противоречит законам строительной физики, но и не отвечает требованиям прочности стен. Такой слой, заполняющий пространство между плитами перекрытий и вертикальными несущими конструкциями, очень чувствителен к перекосам каркаса, вызванным неравномерными осадками оснований либо изгибом здания от горизонтальных нагрузок, а также прогибам дисков перекрытий. Как свидетельствует опыт эксплуатации, это приводит к появлению трещин в стенах и последующему их разрушению.

В зарубежной практике внутренние слои ограждающих конструкций, как правило, выполняются из прочной кирпичной кладки, которая не только сопротивляется указанным воздействиям, но и включается в работу каркаса здания. Это позволяет повысить сдвиговую и изгибную жесткость каркаса на действие горизонтальных нагрузок, разгрузить плиты перекрытий, повысить устойчивость защемленных в кладке железобетонных стен и колонн. В результате достигается значительный экономический эффект от сокращения объемов бетона и арматуры, расходуемых на изготовление каркаса здания.

Идея включения стенового кирпичного заполнения в работу каркаса здания, особенно при сейсмических воздействиях, впервые была высказана еще в довоенные годы Л.И. Онищиком и впоследствии получила развитие в работах С.В. Полякова [2]. В настоящее время в этом направлении ведутся экспериментально-теоретические исследования, а также разрабатываются эффективные конструктивные решения стенового ограждения каркасных зданий авторами данной статьи в содружестве с зарубежными специалистами.

Частота расстановки анкеров, соединяющих слои кладки, зависит от толщины лицевого слоя, размера воздушного зазора (S), наличия оконных проемов и т.п. Примерное расположение анкеров при толщине лицевого слоя 120 мм, согласно английским нормам BS 5628, показано на рис. 5.

На рис. 6 приведены типы анкеров (хотя и далеко не полный их ассортимент), применяемых в зарубежной практике для крепления облицовочного слоя. Особое внимание обращается на их антикоррозийную защиту, поскольку их рабочая часть находится в условиях повышенной влажности (точке росы).

Прочность и долговечность лицевого слоя кладки зависит не только от качества его анкеровки к внутреннему слою, но и от наличия горизонтальных и вертикальных деформационных швов. В зарубежной практике при высоте здания до 12 м лицевой слой обычно опирается на цоколь и проектируется как самонесущий. При больших высотах его опирание производится, как правило, через каждые 9 м (3 этажа). С этой целью в Англии, Германии и других странах используются кронштейны из нержавеющей стали, прикрепляемые к плитам перекрытий либо к прочному внутреннему слою. Для удобства возведения лицевого слоя положение опорного столика кронштейна можно регулировать как по высоте, так и по длине стены (рис. 7).

Между верхом лицевого слоя и опорными столиками кронштейнов устраиваются вкладыши из деформативного материала (рис. 7) под цвет лицевого кирпича (тонкая горизонтальная полоса на рис. 8).

Благодаря такой конструкции устраняются мостики холода, а в лицевом слое не возникают разрушающие напряжения, вызванные стеснением температурных деформаций.

При установке кронштейнов через 3 этажа на промежуточных участках облицовка крепится к внутреннему слою специальными подвижными анкерами (рис. 9). Их подвижность в вертикальном направлении необходима в случаях, когда в лицевом и внутреннем слоях стен используется кирпич различной высоты, а горизонтальные растворные швы не располагаются в одной плоскости.

Применение указанных способов крепления облицовочного слоя к каркасу здания ограничивается в отечественной практике отсутствием промышленного производства соответствующих кронштейнов и анкеров из нержавеющей стали, а также их высокой стоимостью. Однако цена этих деталей окупается, поскольку затраты на ремонт и восстановление поврежденной облицовки стен намного превышают стоимость общепринятых за рубежом технологий ее крепления. Так, согласно статистическим данным, опубликованным в [3], только в Москве и Подмосковье за минувшие 5 лет зафиксировано более 420 случаев отказа фасадных систем, выполненных по технологии слоистой кладки. Обследование в 2008 г. каркасно-монолитных зданий в Москве выявило 36 объектов, находящихся в аварийном состоянии из-за повреждений стенового ограждения. Специалисты считают, что в ближайшие 5–6 лет количество “проблемных” домов может резко возрасти.

В отличие от зарубежного опыта неразрешимым вопросом в отечественном домостроении является устройство вертикальных температурных деформационных швов. Прежде всего это касается угловых участков зданий, где температурные деформации лицевого слоя достигают наибольшей величины. Образованию трещин у углов здания способствует также отрицательное ветровое давление, особенно на верхних этажах, где аэродинамический коэффициент более чем в 3 раза превышает его значение на остальных участках стены. Для предотвращения возникновения трещин, кроме устройства вертикальных деформационных швов, кладка угловых участков стен может быть усилена армированием. На рис. 10 показан разработанный авторами статьи и применяемый на практике способ усиления армированием угловых участков слоистых стен с образовавшимися вертикальными трещинами.

В качестве анкеров и арматуры используются специальные спиралеобразные стержни из нержавеющей стали, которые обладают одновременно высокой прочностью и деформативностью при растяжении. Анкеры легко вбиваются в кирпичную кладку через пилотные отверстия, образуя прочное механическое соединение. Горизонтальная арматура утапливается в предварительно выфрезерованные щели в растворных швах и зачеканивается специальным раствором.

Литература

1. СНиП II-22–81* Каменные и армокаменные конструкции. Госстрой СССР. – М.: Стройиздат, 1983. – 40 с.

2. Поляков, С.В. Каменная кладка в каркасных зданиях. – М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1956. – 189 с.

3. Слоистые кладки в каркасно-монолитном строительстве // Технологии строительства. – № 1 (63). – 2009.


comments powered by HyperComments
Читайте также
23.07.2003 / просмотров: 6 089
Геннадий Штейнман XVIII съезд Белорусского союза архитекторов завершил свою работу. Еще долго мы будем обсуждать его решения, осмысляя свои и чужие...
02.09.2003 / просмотров: 8 793
Центр Хабитат является органом, осуществляющим информационно-аналитическое обеспечение работ Минстройархитектуры по устойчивому развитию населенных...
02.09.2003 / просмотров: 17 454
Беларусь всегда была на передовых позициях в вопросах ценообразования в строительстве в бывшем СССР. Однако еще в конце 1980-х годов, когда страна...