/
Text
Der schadenfreie Hochbau
Grundlagen zur Vermeidung von Bauschaden
Bd. 1 Rohbau
2. iiberarbeitete und erweiterte Auflage
von
Professor Dipl.-lng. Arno Grassnick und
Bau-lng. (grad.) Waiter Holzapfel
Verlagsgesellschaft Rudolf Muller Koln-Braunsfeld
А.Грассник В.Хольцапфель
Бездефектное строительство многоэтажных зданий
Часть I.
Общестроительные работы
Перевод с немецкого Ю. М. Веллера
Москва Стройиздат 1980
УДК 69.032.2
ГрассникА., Хольцапфель В. Бездефектное строительство многоэтажных зданий. Ч. I. Общестроительные работы/ Пер. с нем. Ю. М. Веллера. — М. Стройиздат, 1980. —256 с., ил. — Перевод изд.: Der scliadcnfreie Hochbau. Bd. I Rohbau/ Grassnik, Holzapfel.— Vcrlagsgesclschaft Rudolf Muller.
Рассмотрены вопросы устройства фундаментов, степ, перекрытий и кровель. Особое внимание уделено элементам, расположенным в подземной части зданий и подверженным воздействию грунта, а также элементам, находящимся в зоне кровли. Приведены примеры повреждений строительных конструкций под действием влаги.
Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.
Табл. 24, ил. 187, список лит.: 65 назв.
© Verlagsgesellschaft Rudolf Muller, Koln-Braunsfeld 1977
30207-328
047(01)-80
171-80. 3204000000
© Перевод на русский язык, Стройиздат, 1980
ПРЕДИСЛОВИЕ
К ЬМУ ИЗДАНИЮ
Задачей настоящей книги, по мысли авторов, является систематизированный обзор важнейших конструктивных элементов многоэтажных жилых зданий. Практический профессиональный опыт авторов говорит о том, что постоянно возрастающее количество дефектов зданий и сооружений приводит к огромным потерям средств. Поэтому в основе рассмотрения отдельных тем, затронутых в книге, лежал вопрос предупреждения возможных дефектов в объектах строительства с учетом специфических свойств наиболее часто применяемых строительных материалов.
Чтобы сделать изложение материала более четким, содержание книги ограничено теми конструктивными элементами зданий, в которых, как показывает опыт, возникают наиболее тяжелые повреждения, а именно: фундаментами, наружными стенами, перекрытиями и крышами.
В книге подробно рассмотрено все здание — от нулевого цикла до конструкции плоской крыши. И в том п в другом случае основной причиной возникновения дефектов, устранение которых связано с большими материальными затратами, является вода во всех ее состояниях.
Применительно к конструкциям плоских кры i авторами введено новое понятие «изоляционный пакет». С помощью этого понятия более отчетливо можно представить себе конструктивные варианты различных типов плоских крыш в совокупности с возложенными на них функциями. Особое значение при этом придается выбору правильного сочетания материалов в конструкциях плоских крыш.
Из-за ограниченного объема в книге изложены лишь основные данные, имеющиеся в распоряжении специалистов, занимающихся рассматриваемой проблемой. Однако при отборе материала для публикации предпочтение было отдано таким данным, которые побудили бы читателя к самостоятельному мышлению в рамках поставленных задач.
Каждая глава книги отличается законченным изложением материала и может быть использована вне связи с другими главами,- Читатели могут найти в ней практические советы и рекомендации, с помощью которых можно избежать различных повреждений строительных конструкций.
Весна 1976 г.
АРНО ГРАССНИК
ВАЛЬТЕР ХОЛЬЦАПФЕЛЬ'
ПРЕДИСЛОВИЕ
КО 2-МУ ИЗДАНИЮ
Предлагаемая книга получила настолько хороший прием в кругах специалистов, что уже через год выявилась необходимость во 2-м ее издании.
Помимо большого числа текстовых и графических дополнений, авторам удалось заново переработать раздел «Увлажнение стен» и дать развернутые примеры расчета тепло- и пароизоляции наружных стен.
В настоящее время авторами готовится вторая часть книги, где будет идти речь о предупреждении повреждений, возникающих в ходе отделочных работ.
Весна 1977 г. АРНО ГРАССНИК
ВАЛЬТЕР ХОЛЬЦАПФЕЛЬ
1. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Теория грунтов — очень важная отрасль инженерно-строительной науки, однако в процессе обучения архитекторов из-за недостатка времени ей уделяется мало внимания. Следствием этого является тот факт, что большинство архитекторов имеет весьма нечеткое представление о серьезных повреждениях, которые могут возникать в результате ошибок, допущенных при проектировании и возведении фундаментов. Не следует забывать, что при рытье котлованов и выемке грунта под фундаменты нарушается природное равновесное состояние грунта. Поэтому проектировщики должны достаточно хорошо разбираться в вопросах классификации грунтов, в их физических свойствах, а также знать, как ведет себя грунт под нагрузкой и какие факты могут свидетельствовать об устойчивости грунтов и возведенного на них сооружения.
Чтобы надежно застраховаться от неожиданных дефектов, которые могут быть вызваны естественной реакцией грунтов на нагрузку, передаваемую на них зданием или сооружением, архитектор зачастую должен обращаться к специалистам в области механики грунтов. Но для того чтобы разбираться в материале, который носит название «строительный грунт», и чтобы уметь на практике оценить заключение специалиста о грунтовых условиях участка строительства, архитектор обязан обладать некоторыми основными знаниями в области механики грунтов [1].
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ
1.1.1. РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ГРУНТОВ
И ИХ ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА
Скальные грунты как строительное основание в. большинстве случаев не представляют собой никаких проблем (если только эти грунты не трещиноватые). Лишь при водопроницаемых пористых видах скального грунта (например, зернистый песчаник, пемза или туф), которые подвержены интенсивной эрозии, требуются морозостойкие фундаменты.
Классификация прочих видов грунтов производится в соответствии с крупностью и формой составляющих их частиц (зерен); помимо этого, различают несвязные и связные грунты.
Несвязные грунты состоят из частиц компактной формы размером не менее 0,06 мм; в сухом состоянии зернистая структура такой почвы не обладает связностью (когезией). Осадки в несвязных грунтах являются следствием перемещения? (перераспределения) частиц грунта и в большинстве случаев невелики; они относительно постоянны и соответствуют весу сооружения. Так как к моменту проявления этих осадок многие строительные материалы, примененные для возведения объекта, еще обладают определенной упру
7
гостью, то появление в них трещин вследствие осадок несвязных грунтов — довольно редкое явление.
К несвязным грунтам, согласно нормам DIN 4022*, относятся камень, крупнозернистый гравий, гравий средней крупности, мелкозернистый гравий, крупнозернистый песок, песок средней крупности, мелкозернистый песок.
Связные грунты являются продуктами химического превращения и распада; размеры их частиц не более 0,0002 мм = 2 мк. Даже в сухом состоянии они представляют собой связанную массу, отличающуюся наличием когезионных сил (сил внутреннего сцепления), и обладают сотовой (ячеистой) структурой.
Так как в отличие от несвязных грунтов пустоты между отдельными частицами связного грунта имеют больший объем, нежели сами частицы, то из-за гидростатического сопротивления потока в находящемся под нагрузкой связном грунте вода заполняет эти пустоты гораздо медленнее, чем в несвязных грунтах. Поэтому осадки в связных грунтах не только более значительны, но и протекают более длительно (месяцы, годы и даже десятилетия). Вследствие этого образование осадочных трещин в зданиях, построенных на связных грунтах, — явление более опасное по сравнению с аналогичным явлением при несвязных грунтах.
К связным грунтам относятся пылеватые грунты п глины.
В природе редко встречаются несвязные и связные грунты в чистом виде; как правило, мы сталкиваемся с различными грунтовыми смесями, с так называемыми смешанными видами грунтов.
Камень, гравий и песок состоят в большинстве случаев из кварцевых частичек с резкими или сглаженными гранями.
Пылеватые грунты состоят из пылевидных песков, часто с небольшими примесями глины. Пылеватый грунт, сцементированный известью, называется лёссом.
Глина как вид грунта представляет собой смесь мелкого песка и собственно глины.
Глина, пылеватый грунт и песок с примесями железистых соединений образуют суглинки.
Глинистые грунты с примесями песка и извести, которая в определенной степени укрепляет грунтовую смесь, называются мергелями.
Более подробно о видах грунтов и о методах их распознавания — см. нормы DIN 18196.
1.1.2. ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВ ПОД НАГРУЗКОЙ
Прочность строительного грунта зависит от сжимаемости грунта под нагрузкой, равно как и от его прочности на сдвиг.
Допустимые давления на грунт основания для простых случаев могут быть приняты из норм DIN 1054. Эти табличные значения
* Здесь и далее имеются в виду Строительные нормы ФРГ (Прим. пер.).
3
следует увеличить на 30%, если при расчете краевого давления в несвязных грунтах принимаются во внимание все виды нагрузок (нормы DIN 1054, разд. 4.2.2). Эти же значения могут быть снижены:
если строительный грунт в процессе эксплуатации сооружения будет подвергаться значительным вибрациям;
при связных грунтах в тех случаях, когда на небольших участках основания сосредоточены особенно большие нагрузки;
при несвязных грунтах в тех случаях, когда расстояние между уровнем грунтовых год н подошвой фундамента меньше, чем ширина фундамента (нормы DIN 1054, разд. 4.2.3).
Приведенные в таблице норм величины допускаемого сжатия грунтов могут быть превышены:
если ожидаемые осадки не могут нанести сооружению какой-либо ощутимый вред;
если устойчивость сооружения по отношению к скольжению, опрокидыванию п обрушению грунта подтверждена расчетом.
1.1.2.1. Осадка грунта основания
Если здание сооружается на сжимаемых грунтах, то почти всегда вследствие неравномерности передаваемой на грунт нагрузки, которая в центре сооружения, как правило, выше, чем по его контуру, происходит и неравномерное уплотнение слоев грунта, лежащих под фундаментом здания. При этом нижняя граница сжимаемой толщи основания в середине здания имеет максимальную глубину, а по мере удаления от центра сооружения к его периферии глубина сжимаемой толщи уменьшается, достигая за пределами контура здания уровня, характерного для данного вида грунтов, находящихся в ненагруженном состоянии.
Поддаются расчету только те осадки, которые являются следствием сжатия грунта под статической нагрузкой, другие виды осадок рассчитать нельзя (см. DIN 4019, ч. 1 и 2). Помимо сжатия грунта под статической нагрузкой, причинами осадок могут быть:
наличие в грунте пустот, образовавшихся в результате вымывания пород грунтовыми водами;
вибрации грунта в результате нагрузок от транспортных средств и от работающих машин и механизмов;
повреждения грунта, вызванные чередованием его замораживания и оттаивания;
изменения гидрогеологических условий вследствие природных воздействий или в результате понижения уровня грунтовых вод (являющиеся следствием этого осадки могут быть определены расчетом) ;
неоднородности строительного грунта, как, например, включения связных грунтов (линзы из глин или торфяников) или наличие в пределах контура здания слоев с разным допускаемым давлением (рис. 1).
9
Ёне зависимости от названных природных факторов и внешних воздействий причиной возникновения различных по характеру и величине осадок и вызываемых ими повреждений могут часто служить свойства самих зданий и сооружений (их особенности):
неравномерность нагрузок на основание от зданий и сооружений (например, многоэтажное здание рядом с одноэтажной постройкой — рис. 2, а);
различие в системах фундаментов в пределах одного здания или резко различающиеся глубины заложения фундаментов (например, наличие подвала под частью здания — рис. 2, б);
взаимное влияние расположенных рядом друг с другом фундаментов одного и того же здания или двух соседних зданий (рис. 2, в);
последующая пристройка нового объема к существующему зданию и вызванное этим усиление давления на грунт по линии контакта зданий (рис. 2, г).
Как показано на рис. 1 и 2, образование трещин может быть следствием осадок, вызванных как свойствами самого грунта, так и особенностями конструкции здания. В неблагоприятных случаях эти воздействия могут суммироваться в невыгодном направлении, если, например, в том месте основания, где осадки наиболее велики, в грунте ниже уровня подошвы фундамента имеется включение более слабого грунта. Из сказанного ясно, насколько важно всестороннее исследование грунта на участке предполагаемого строительства, позволяющее проектировщикам хорошо представлять себе особенности геологических и гидрогеологических условий площадки строительства без каких-либо «белых пятен».
Если равномерная осадка всех фундаментов здания в большинстве случаев едва ли может причинить какие-либо повреждения объекту строительства, то неравномерные осадки, как уже говори- лось, всегда приводят к образованию трещин. Распознавание
причин появления трещин в здании часто затруднено, особенно в тех случаях, когда трещины связаны с наличием ряда факторов (рис. 3). Кроме причин, связанных с грунтовыми условиями и с конструктивным решением фундаментов, причинами возникновения трещин могут быть температурные воздействия или свойства строительных материалов (набухание, усадка); о трещинах, связанных с последними факторами, будет сказано в части 3 («Стены и перекрытия») настоящей книги.
Рис. 1. Осадка части здания, расположенной над линзой глины. Образование трещин идет в направлении оседающей части здания
1 — прочный грунт; 2 — линза глины (мягкий грунт)
ю
a)
Рис. 2. a — неравномерные нагрузки на грунт от зданий: несмотря на наличие осадочного шва, в результате разницы осадок могут образоваться трещины. Чтобы избежать подобных неприятностей, более тяжелый строительный объем воздвигают в первую очередь, а сооружение меньшего объема производят после затухания осадок первой очереди строительства
1 — суммирование сжимающих нагрузок на основание;
б — более тяжелая часть здания испытывает более интенсивную осадку, вследствие чего образуются трещины в бесподвальной части здания. Избежать этого можно, устроив постепенный ступенчатый переход от одной глубины заложения фундаментов к другой:
1 — подвальная часть; 2 — бесподвальная часть;
в — взаимное влияние двух соседних фундаментов. Участки распространения сжимающих напряжений от фундаментов на основание пересекаются. Следует соблюдать осторожность в тех случаях, когда мягкие пласты залегают неглубоко под несущим грунтовым слоем, а также тогда, когда расстояние между фундаментами меньше четырехкратной их ширины;
г — пристройка нового здания к существующему дому. Случай А: грунтовые пласты в месте примыкания к старому дому оказались слабыми, в результате осадки основания по линии контакта происходит образование осадочных трещин в стенах старого здания. Случай Б: слой грунта по линии контакта оказался несжимаемым, в то время как под остальной частью нового здания грунт садится под нагрузкой; результат—крен нового здания (в данном случае—вправо):
1 — старое здание; 2 — новое здание
11
Типичный пример осадочных дефектов — косые трещины «ступенчатого» характера, появляющиеся в стенах здания. Обычно они возникают на самых слабых участках стены (например, на подоконных участках, в перемычках), причем они развиваются наискосок через кладку подоконной стенки, начинаясь от углов оконных проемов и продолжаясь соответственно вверх и вниз.
Примеры таких трещин показаны на рис. 4, где приведены фотографии старого здания, к
Рис. 3. Сочетание многих причин образования трещин: суммирование нагрузок от нескольких фундаментов в зоне расположения линзы мягкого грунта и, следовательно, увеличение осадок основания на этом участке; дополнительные температурные деформации из-за неутепленного чердачного перекрытия
которому пристроено новое, высота которого больше на один этаж, а отметка подошвы фундамента соответственно глубже, нежели у старого. Грунты основания связные, под нагрузкой от нового объекта они настолько уплотняются, что фундаменты старого здания начинают работать как консоль. Кладка стены не в состоянии воспринять растягивающие напряжения, возникающие в результате этого, и разрывается по наиболее слабым местам (швам). Для того чтобы установить момент затухания осадок, на осадочные трещины наносят гипсовые маяки, которые позволяют контролировать развитие трещин. Гипсовые маяки выполняются в виде параллелепипедов (ширина
Рис. 4. Образование трещин в старом здании после пристройки к нему нового здания
12
Рис. 6. Схематическое изображение начинающегося процесса односторонней потери несущей способности грунта основания, вызванной перегрузкой
7 _ пригруз от грунта, расположенного выше подошвы фундамента; 2 — поверхность скольжения; 3 — призма обрушения грунта (уплотненное ядро); t — глубина заложения фундамента (определяет величину пригруза грунта)
Рис. 5. Гипсовый маяк на трещине в кладке стены; на маяк нанесена контрольная риска и проставлена дата установки маяка
3 см, толщина 1 см, длина 8— 10 см), посередине которых перпендикулярно к трещине наносится контрольная риска; с помощью риски можно определить как степень расширения трещины, так и сдвижку кладки в направлении развития трещины (рис. 5). Кроме того, на гипсовом маяке отмечается дата
Рис. 7. Шпунтовое ограждение грунта, расположенного под подошвой фундамента (грунт сжимается без возможности бокового расширения)
его установки. Разорванные маяки не восстанавливаются, наблюдение за продолжающейся осадкой конструкций ведется при помощи новых маяков. На больших
объектах следует дополнительно проводить нивелировку
осадки как минимум с двух неподвижных точек.
Более подробно с вопросом измерения деформаций выстроенного объекта можно ознакомиться по специальной литературе [2].
Если вследствие неблагоприятных свойств грунта возможно появление неравномерных осадок здания, то надо прибегнуть к следующим конструктивным мероприятиям, являющимся в данном случае- контрмерами:
1) фундаменты, а также стены подвала должны быть жесткими, т. е. выполненными из железобетона;
2) несущие конструкции здания следует проектировать в виде статически определимых систем, позволяющих обеспечить выравнивание частей здания при неравномерных осадках; этот прием рекомендуется использовать в основном в каркасных конструкциях;
3) опасные последствия неравномерных осадок частей зданий можно также весьма существенно ограничить путем устройства деформационных (осадочных) швов.
13
При выборе наиболее подходящего типа фундаментов с учетом фактических свойств грунтов следует выполнять расчет фундаментов по деформациям в соответствии с положениями норм DIN 4019, чч. 1 и 2 (примеры расчета осадок см. [1]).
1.1.2.2. Потеря несущей способности грунта
Под термином «потеря несущей способности грунта» мы понимаем явление выдавливания грунта по сторонам фундамента с выпучиванием его вверх; при этом сооружение опускается и может одновременно покоситься, т. е. дать крен. Потеря несущей способности грунта под подошвой фундамента происходит в том случае, когда прочность грунта на сдвиг по поверхности скольжения недостаточно велика по сравнению с фактическими напряжениями, возникающими от нагрузки (рис. 7). Нагрузка на фундамент, при которой происходит потеря несущей способности грунта, называется предельной нагрузкой, или наибольшей несущей способностью; во избежание потери несущей способности грунта основание должно иметь определенный запас прочности, который регламентируется нормами DIN 4017, чч. 1 и 2 (примеры исследований потери несущей способности грунта — см. [3]). Если осадки, возникающие из-за сжимаемости грунта при определенных нагрузках от веса сооружений, представляют собой деформационную задачу, то при потере несущей способности дальнейшая осадка грунта невозможна; здесь в зоне вытеснения грунта из-под фундамента возникает проблема равновесия. Опасность потери несущей способности грунта тем больше, чем меньше ширина фундамента, глубина его заложения и Прочность грунта на сдвиг; к потере несущей способности грунта может привести и внецентренное загружение фундамента.
При традиционных методах строительства с обычными нагрузками от зданий на грунт, достаточно широкими фундаментами и достаточно глубоким их заложением для определения допустимых нагрузок на подошву фундамента рекомендуется, как правило, сначала сделать расчет фундаментов по деформациям и лишь затем приступить к определению возможной потери несущей способности грунтов основания.
Следует указать на то, что опасность потери несущей способности грунта под нагрузкой может усилиться при подъеме грунтовых вод и уменьшении объемной массы грунта. При первых признаках потери несущей способности грунта (наклон и перекос сооружения, горизонтальные сдвиги, вспучивание грунта в непосредственной близости от здания) необходимо немедленно принять такие контрмеры, как установка дополнительных креплений, пригруз поверхности грунта, понижение уровня грунтовых вод или упрочнение грунта (например, с помощью инъектирования) [1, 2 и 3].
Для полноты картины следует еще упомянуть о потере несущей способности грунтов на всем участке строительства. Это явление возникает при наличии перепадов уровня территории строительства
14
(подпорные стенки, откосы, крутопадающие слои грунта), когда нагрузка от здания и собственный вес грунта превышают сопротивление грунта сдвигу, и сооружение с примыкающими к нему участками почвы сдвигается по поверхности скольжения. Причиной этого часто бывают исключительно сильные атмосферные осадки и вызванное ими усиление давления воды в порах грунта.
Если в непосредственной связи со строительством многоэтажного здания планируется устройство грунтовых откосов, то из соображений обеспечения устойчивости грунтов на планируемой территории следует производить расчет устойчивости откосов, ибо существует опасность сдвига откоса вдоль поверхности скольжения, т. е. сползание откоса (DIN 4084, ч. 2). Методику расчета откосов см. [11.
1.1.3. ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ, ПРОМЕРЗАНИЕ ГРУНТОВ И СВЯЗАННЫЕ С ЭТИМ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЗДАНИЙ
Как показывают приведенные примеры, вода, находящаяся в грунте, может оказывать агрессивное воздействие на здания и сооружения.
Воду, содержащуюся в почве, разделяют на"«связаниую» воду и воду, находящуюся в свободном состоянии; к первому виду относится вода, содержащаяся в порах грунта,—так называемая капиллярная вода и пленочная вода, ко второму виду — грунтовые (или подземные'} воды.
Под воздействием поверхностного натяжения и адгезии грунтовая вода по узким сообщающимся капиллярам почвы поднимается вверх, и чем уже эти капилляры, тем выше поднимается влага. Характеризуя вид грунта, мы оперируем таким понятием, как «высота капиллярного подъема», максимальная величина которой достигается тогда, когда между капиллярной тягой и гидростатическим давлением столба жидкости наступает равновесие [4].
Зона, в которой поры грунта заполнены капиллярной водой, называется замкнутой капиллярной каймой; лежащая над ней зона грунта, капилляры которого заполнены как водой, так и воздухом, называется открытой капиллярной каймой.
В той зоне грунта, где поры заполнены воздухом, вода содержится в виде пленки, обволакивающей частицы почвы; в зависимости от дальнейшего водонасыщения грунта можно говорить о капиллярной воде и грунтовых водах. Дождевая вода попадает в грунт в виде фильтрационной воды, пополняющей грунтовые воды, которые могут быть как стоячими (бассейны грунтовых вод), так и текучими (потоки грунтовых вод). Грунтовые воды оказывают на здания сооружения гидростатическое давление. Это означает, что расположенные ниже уровня грунтовых вод части зданий (подвалы) должны быть водонепроницаемыми и рассчитанными на давление напорной воды. Сжатие, испытываемое подземной частью здания от действия капиллярной воды и грунтовых вод, показано на схеме рис. 8.
15
Если при проектировании ожидается, что уровень грунтовых вод может оказаться выше уровня подошвы фундамента, тоьв стенах и в полу подвального этажа следует предусматривать сплошную гидроизоляцию. Информацию о гидрогеологических условиях участка строительства дают соответствующие службы, занимающиеся вопросами состояния подземного хозяйства в районе предполагаемого строительства. Эти ведомства, как правило, имеют необходимые карты, на которых отмечено положение грунтовых вод, а также ожидаемые изменения их уровня в соответствии с временем года. В исключительных погодных условиях, которые могут вызвать неожиданный подъем уровня грунтовых вод, оказываются полезными такие дополнительные меры, как, например, водостойкая внутрен-
няя изоляция или водонепрони-цаемый бесшовный пол и водонепроницаемая штукатурка.
Основные формы устройства гидроизоляции подвальных помещений при высоком уровне грунтовых вод показаны на рис. 9, а и 9, б.
Осуществление такого рода мероприятий требует хороших знаний в области гидроизоляционной техники, поэтому подобные работы всегда должны выполняться специалистами. Основные принципы устройства изоляции изложены в нормах DIN 4031 «Битумная изоляция
ние. 8. Сжатие подземной части здания под воздействием капиллярных и грунтовых вод
1 — пол и стены подвала выполняются с устройством гидроизоляции, рассчитанной на наличие напорных подземных вод; 2 — гидростатическая нагрузка
Рис. 9. а — гидроизоляция стен и пола подвала, располагаемая по наружному контуру конструкции подвала
7 — уровень отмостки; 2 — грунтовая вода; 3 — стены и пол подвала, выполненные из железобетона; 4 — защитный бетонный слой, укладываемый по гидроизоляционному ковру; 5 — гидроизоляция: 6 — основание под гидроизоляцию
б — гидроизоляция стен и пола подвала, располагаемая по внутреннему контуру конструкции подвала
7— уровень отмостки; 2 — грунтовая вода; 3 — наружная стена из кирпича (кладку следует защитить от проникания капиллярной влаги); 4 — внутренняя железобетонная конструкция («ванна») подвала; 5 — защитный бетонный слой, укладываемый по гидроизоляционному ковру; 6 — гидроизоляция; 7 — бетонная подготовка
16
сооружений от напорных вод» и в соответствующей специальной литературе 15].
Если поверхностные воды, просочившиеся в почву в виде фильтрационных вод, встречают на своем пути водонепроницаемый слой грунта, то они превращаются в межпластовые (или внутрипласто-вые) воды. Это может иметь значение для зданий и сооружений, размещаемых на склонах, когда водопроницаемый слой грунта перерезается при строительстве объекта и создается угроза для нормальной эксплуатации подвальных помещений здания, находящихся с нагорной стороны участка. В такой ситуации необходимо делать дренаж. В противном случае пластовые воды, скапливаясь за наружной стеной подвала, преграждающей им путь, могут превратиться в напорные воды, которые уже опасны для обычной гидроизоляции, рассчитанной на защитный эффект только по отношению к ненапорной грунтовой влаге.
На рис. 10 дан схематический разрез и план дренажного устройства, которое должно предусматривать сооружение контрольных (смотровых) колодцев. С помощью таких колодцев возможна регулярная промывка дренажных труб. В качестве водоприемника используется фильтрующий колодец, так как примыкание дренажей к канализационным сетям не допускается.
Прокладка дренажа вдоль здания детально рассмотрена в гл.2
(«Подвалы»),
В качестве защитного мероприятия против грунтовой влаги (влаги, всасываемой материалом стен подвала, пленочной воды, капиллярной воды и ненапорной фильтрационной воды) используется гидроизоляция в соответствии с нормами DIN 4117 «Гидроизоляция зданий и сооружений от грунтовой влаги».
Таким образом, мероприятия, связанные с защитой зданий и сооружений от воздействия влаги, содержащейся в грунте, следует подразделить на: гидроизоляцию от напорных грунтовых вод (DIN 4031);
гидроизоляцию от поверхностных и фильтрационных вод (DIN 4122);
гидроизоляцию от грунтовой/-влаги (DIN 4117). /
Для полноты картины дует упомянуть о вредном дёц-/ ствии химически агрессивных.ёдд
Рис. 10. Устройство кольцевого дре-'нажа с контрольными колодцами
/V- поверхностная вода, стекающая по уклону; 2— пластовая вода; 3 — связный хгру.нт; 4 — несвязный грунт (фильтрую-5 — фильтрующий колодец из бе-т&нны-х колец: 6 — фильтрующий колодец
17
на бетонные фундаменты. Речь идет о разрушениях, причиняемых мягкой водой, кислотами, щелочами или сульфатами. При воздействии кислот составные части цемента, например гидроокись кальция, вымываются из бетона агрессивными веществами; наиболее часто встречающиеся повреждения возникают под действием воды, содержащей углекислоту, которая постепенно разрушает структуру бетона.
При наличии грунтовых вод, содержащих сульфаты, разрушение происходит путем возникновения кристаллических новообразований, которые могут разорвать бетон. При продолжающемся воздействии сульфатов образуется опасный для бетона гидросульфоалюминат кальция (эттрингит, называемый также «цементной бациллой»), который, увеличиваясь в объеме, ускоряет разрушение фундаментов.
Если проведенное исследование грунтов обнаружило наличие агрессивных грунтовых вод, то для устройства фундаментов следует применять сульфатостойкий цемент; однако при этом рекомендуется консультация специалиста. Указания по защите поверхностей стройматериалов от агрессивных воздействий даны в нормах DIN 4030 и в записках Объединения германской цементной промышленности [6].
Более точная информация о химических процессах разрушения бетона под действием агрессивных вод содержится в специальной литературе [7].
Промерзание грунтов. Непромерзающее основание здания — важнейшая предпосылка для его устойчивости. Традиционно требуемой* глубины заложения фундаментов в 0,8—1,0 м часто бывает недостаточно, так что в бесподвальных частях зданий для большей надежности следует заглублять подошву фундамента до отметки —1,2 м от уровня земли. Например, зимой 1962—1963 гг. глубина промерзания почвы в земле Северный Рейн — Вестфалия достигала даже 1,5 м. Слой грунтовой насыпи на участке строительства можно принимать в расчет при определении глубины заложения фундаментов лишь в том случае, если подсыпка грунта произведена до наступления зимы.
Степень чувствительности грунта к промерзанию зависит в основном от его гранулометрического состава, причем решающую роль здесь играет наличие мелкой фракции. Особенно опасно промерзание грунтов средней связности (например, пылеватых грунтов крупной фракции). В то же время гравий и песок могут быть охарактеризованы как грунты, нечувствительные к промерзанию (с точки зрения опасности, которую могут представлять эти грунты при промерзании для сооружаемых на них объектов). В грунтах с прочными связями между частицами (например, в глине) водопроницаемость так мала, что капиллярный подъем воды к включениям льда или
* Для климатических условий ФРГ (Прим. пер.).
18
ледяным линзам происходит медленнее, чем процесс промерзания грунта.
Пагубные для зданий и сооружений последствия промерзания грунтовых оснований связаны с увеличением объема замерзающей воды на 9%, т. е. на х/и ее объема в жидком состоянии. Находящаяся в грунте вода в периоды длительных понижений температуры наружного воздуха ниже точки замерзания образует в чувствительных к промерзанию грунтах (например, в пылеватых и глинистых) так называемые ледяные линзы. Они представляют собой листовидные слои, состоящие из грунта и льда, которые дополнительно увеличиваются в объеме за счет кристаллизации фильтрационной воды, поступающей к линзам в кратковременные периоды оттаивания. Таким образом ледяные линзы могут постепенно утолщаться до 10 см.
Процесс образования ледяных линз в грунте, связанный с увеличением объема промерзшего грунта, может привести к неравномерному вспучиванию основания, при котором фундаменты подымаются, а при известных обстоятельствах могут даже сдвинуться относительно своего первоначального положения. Пучение грунтов может проявиться и в зданиях с подвалами, если грунт в непосредственной близости от фундаментов вынут, например в том случае, когда наружный вход в подвал при недостаточном заглублении фундаментов открывает наружному воздуху доступ к последним (рис. 11, а). При подобных обстоятельствах следует иметь в виду, что глубину заложения фундаментов наружной стены на участке наружного входа в подвал следует рассчитывать, считая не от уровня будущей отмостки, а от отметки верхней грани нижней площадки марша лестницы входа в подвал, так как в противном случае в кладке наружной стены могут образоваться трещины, являющиеся следст-
Рис. II. а — морозное пучение грунта из-за слишком малого заглубления фун Агента наружной степы в золе входа в подвал 1 — подвальная часть
б — морозное пучение грунта из-за образования ледяных линз в основании
1 — холодный воздух; 2 — разрушение свежеуложенного несхватившегося бетона подвального перекрытия из-за подъема опалубки, вызванного морозным пучением грунта основания
19
вием возникновения слишком больших внутренних напряжений в массиве стены.
При строительстве зданий в зимних условиях мороз представляет большую опасность для незаконченного сооружения, поскольку холодный воздух через подвальные оконные проемы и через не заполненные грунтом пазухи котлована может проникнуть к грунту основания, в результате чего в грунте возникнут ледяные линзы и произойдет вспучивание грунта под фундаментами. Следствием этого могут быть трещины в стенах и нарушения бетонной стяжки пола подвала. Если же монолитное железобетонное перекрытие над подвалом было сооружено незадолго до наступления морозов, то стойки опалубки, опирающиеся на эту бетонную стяжку, могут приподняться и соответственно приподнять не набравшее прочность перекрытие таким образом, что в неармированной верхней зоне бетона появятся растягивающие напряжения, и перекрытие разрушится (рис. 11, б).
Чтобы избежать повреждений такого рода, необходимо защитить от промерзания не законченный строительством объект, утеплив подвальное перекрытие, закрыв все проемы в наружных стенах и засыпав пазухи котлована, тем самым преградив доступ холодному воздуху к фундаментам. Последняя мера связана с необходимостью предварительного выполнения вертикальной гидроизоляции. И наконец, целесообразно рекомендовать еще одно мероприятие, которое должно быть осуществлено заранее и имеет своей целью защиту здания от проникания влаги, — засыпку между фундаментами крупного гравия слоем 15—20 см, который нарушает капиллярность грунта основания и тем самым препятствует образованию ледяных линз под полом подвала.
Весна приносит с собой новые опасности для тех строек, котлованы которых были вырыты еще до наступления морозов в грунтах, несущая способность которых снижается при увеличении содержания в них влаги. В ходе оттаивания грунт достигает предела текучести; однако излишняя влага не может уйти в нижние слои грунта, которые еще не оттаяли: потеря грунтом в период оттаивания несущей способности представляет собой серьезную проблему, которая требует принятия определенных мер безопасности при строительстве в весенний период. В некоторых случаях может оказаться необходимым большее заглубление фундаментов или замена грунтов в основании здания с целью увеличения морозостойкости основания (см. подразд. 1.2.3).
При срезке грунта на участке строительства вблизи существующего здания следует не забывать, что слой остающегося грунта, который защищал бы фундаменты от промерзания, должен иметь достаточную толщину. В таких случаях перед зданием на достаточном расстоянии располагают откос, а если это невозможно, то соответственно заглубляют фундаменты здания (путем подведения новых фундаментов под существующие) в зоне срезки грунта (см. 1.3.4).
20
1.2. ФУНДАМЕНТЫ
Каждое здание или сооружение должно иметь такие фундаменты, которые обеспечивали бы его устойчивость. Это требование относится не только к общему решению фундаментов, но и к устройству каждого отдельного их элемента, причем устойчивость объекта должна быть обеспечена как в период его возведения, так и в процессе возможной реконструкции или разборки объекта (Строительные правила земли Северный Рейн — Вестфалия, § 16).
Дефекты, допущенные при проектировании и устройстве фундаментов, в большинстве случаев невозможно исправить; иногда их, правда, удается устранить, однако стоимость таких работ очень велика. Поэтому архитектор должен заранее обсудит с конструктором тип фундамента будущего здания, что зачастую требует проведения исследований грунтов на месте строительства. Следует отметить при этом, что хотя фундамент возводится на самом начальном этапе строительства, его расчет, как правило, производится в последнюю очередь и при полной нехватке времени на эту работу.
Дефекты фундаментов (как проектного, так и строительного происхождения) могут явиться причиной таких серьезных повреждений всего сооружения в целом, которые способны полностью вывести его из строя действующих.
Поэтому особую важность приобретает своевременная оценка грунтов на предполагаемом участке строительства, которая производится как путем исследования грунтов стройплощадки до начала строительства, так и в ходе строительства. При этом проектировщик должен решить, следует ли проводить какие-либо специальные исследования грунтов и какого рода должны быть эти исследования. Так как неблагоприятные грунтовые условия могут привести к особенно тяжелым последствиям для всего сооружения, то проектировщику следует хорошо знать свои возможности в отношении изучения состояния грунтов на территории строительства.
Приведенные указания должны облегчить проектировщику решение этой задачи.
1.2.1. УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРУНТОВ
Приведенная диаграмма служит пособием для решения большинства проблем, связанных с рассматриваемой задачей.
Работа с диаграммой начинается с выбора нужного ее сектора, который зависит от параметров участка строительства, связанных с наличием соседних зданий (а— со). Затем в зависимости от топографической характеристики участка (d — k) выбирается в пределах этщо сектора соответствующая круговая шкала цифр. Цифры, расположенные напротив заштрихованного участка, находящегося за контуром крута диаграммы, представляют собой код необходимых мероприятий, которые должны быть осуществлены до начала земляных работ. После окончания земляных работ по устройству кот-
21
лована можно определить дополнительные защитные мероприятия, закодированные на той же выбранной круговой шкале (см. графы v — р в пределах заданного сектора). Повторяющиеся кодовые цифры учитываются один раз.
Первый этап. На первом этапе проектирования фундаментов ведется изучение ненагруженных грунтов будущей стройплощадки на основании всех данных, связанных с геологическими и гидрогеологическими условиями участка строительства, которые возможно получить в соответствующих службах и ведомствах. Особое значение имеет оценка существующих сооружений, находящихся вблизи проектируемого здания.
Результатом первого этапа является решение о возможности и целесообразности осуществления строительства на выбранном участке.
22
Классифицируемые параметры Оценочный индекс
Наличие соседних зданий, обладающих опреде-
ленной устойчивостью да а
нет аа
Тип фундаментов соседних зданий известен b
неизвестен bb
Наличие явных повреждений соседних зданий да с
нет сс
Топографическая характеристика участка строительства:
обычные условия d
участок расположения на склоне е
откос вблизи проектируемого здания f
выемка вблизи проектируемого здания g
существующее здание вблизи проектируемого здания h
транспортная магистраль, промышленный объект вблизи проектируемого здания i
канал, река или другой водный поток вблизи проектируемого здания k
Особые условия:
максимальный уровень грунтовых вод расположен выше отметки подошвы фундамента /
наличие плывуна пг
Второй этап. При втором этапе проектирования фундаментов, который проводится после окончания земляных работ по устройству котлована, необходимо оценить обнажившиеся грунты, причем не исключено, что после завершения исследования грунтов потребуется проведение специальных мероприятий. Результатом этого этапа является выбор того или иного вида фундаментов.
Классифицируемые параметры* Оценочный индекс
Грунты слоистого строения (разноцветные слои на почвенном профиле).................................. v
После дождя вода стоит в котловане............
Вне зависимости от наличия осадков вода соби- w
рается на дне котлована ......... х
Грунты дают беспорядочную осадку....................... у
Третий этап. Параллельно с ведением строительных работ протекает третий этап деятельности проектировщика, связанный с устройством фундаментов. На этом этапе при определенных условиях выявляется необходимость принятия дополнительных мер защитного порядка во избежание серьезных повреждений сооружаемого объекта.
Классифицируемые параметры* Оценочный индекс
Опасность наступления морозов ....... о
Возможность выпадения значительных осадков . р
* Мероприятия, указанные в графах v, w, х, у, о, р диаграммы, являются дополнительно рекомендуемыми к мероприятиям, предусмотренным в основном столбце (отмечен штриховкой).
23
Необходимые мероприятия
О — никакие особые мероприятия не требуются;
1 — исследование устойчивости грунтов и зданий, проведение необходимых расчетов фундаментов;
2 — исследование грунтов на водонепроницаемость и капиллярность; в зависимости от результатов исследований может появиться необходимость в улучшении свойств грунта пли в иных мероприятиях;
3 — исследование осадочных свойств грунта; исследование фракционного состава грунта, толщины пластов, водопроницаемости;
4 — химический анализ грунтовых вод на агрессивность;
5 — улучшение грунтов основания (замена грунтов, уплотнение грунтов);
6 — изоляция от грунтовой влаги;
7 — изоляция от напорных грунтовых вод, дренаж;
8 — специальные защитные мероприятия.
1.2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ГРУНТОВ
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ И НА СТРОЙПЛОЩАДКЕ
Для выбора подходящего типа фундаментов необходимо иметь данные о качествах грунтов на участке строительства. Следует различать:
а) свойства грунта, которые определяются без приложения нагрузки на испытываемый образец;
б) прочностные свойства, которые можно определить только путем нагружения образца в процессе проведения испытания.
К первому типу качественных показателей грунтов относятся такие, как фракционный состав грунта, пористость грунта, его водо-содержание, уплотняемость и т. п. упоминаемые далее в описании лабораторных исследований.
Ко второму типу показателей относятся характеристики, связанные со способностью грунтов воспринимать передаваемые на них нагрузки (сжатие и сдвиг).
Для проведения испытаний следует сначала взять пробы грунтов.
Взятие проб грунтов. Изучение грунтов можно производить тремя основными способами: шурфованием, зондированием, а также бурением грунта.
При шурфовании в нескольких точках будущего котлована роются шурфы. Этот способ можно применять только в сухих связных грунтах при ограниченной несколькими метрами глубине проходки шурфа. Шурфование позволяет осуществить наглядное знакомство со строением грунта в конкретной точке; недостатком способа является необходимость устройства дорогостоящих креплений при большой глубине шурфа. Наличие напора грунтовых вод осложняет этот вид исследования, а порой делает его и вовсе невозможным.
24
Исследование грунтов при помощи зондирования (нормы DIN 4094, ч. 2) не дает результатов, которые можно было бы сразу использовать (как, например, данные о величине допускаемой нагрузки на грунт), а позволяет лишь получить данные о напластовании грунтов. Ценность этого метода заключается в том, что в соединении с последующим бурением он дает возможность увеличить число исследуемых точек и тем самым получить более достоверную картину строения грунтов на участке строительства.
Зонды бывают разных конструкций: забиваемые, вдавливаемые, ввинчиваемые в грунт.
Наиболее часто исследования грунтов производятся путем бурения. Этот способ сегодня является обычным при определении свойств грунтов (нормы DIN 4021). Бурение позволяет исследовать грунты, находящиеся на больших глубинах, грунтовые воды не мешают производить бурение, а результаты исследований характеризуются четкой картиной свойств, залегания и падения пластов грунта, а также его несущей способности. Существуют различные виды буров: тарельчатые, спиральные, цилиндрические. При значительных глубинах бурения применяются дополнительные буровые штанги, а для защиты бура от бокового давления грунта — обсадные трубы.
Бурение ведется на как можно большем числе точек будущей строительной площадки. Полученные пробы грунтов нумеруются в соответствии с порядковым номером скважины.
При этом недостаточно бурить грунт только до уровня предполагаемого заложения подошвы фундамента; слой грунта, который следует пробурить, должен идти на такую глубину, которая соответствует ширине здания; при этом минимальная глубина скважины составляет 6 м. Изучение проб грунтов, взятых на слишком малой глубине, может привести к ошибочным заключениям, потому что под несущими слоями из песка и гравия может залегать глина, которая явится причиной значительных и к тому же неравномерных осадок (DIN 4017).
Лабораторные исследования. В процессе проведения лабораторных исследований грунта, которые необходимы для определения грунтовых характеристик, бывают нужны иногда нарушенные, а иногда ненарушенные пробы грунта; последние в основном нужны при исследовании связных грунтов, так как их свойства в значительной степени зависят от содержания воды в порах грунта.
Распределение зерен грунта по фракциям заключается в определении относительной весовой доли отдельных фракций в составе грунтовой пробы. Графически оно выражается в виде кривой гранулометрического состава (аналогично кривым ситового анализа запрлнителей бетона).
Пористость и коэффициент пористости дают представление о содержании пустот в пробе грунта и соответственно о фактическом объеме собственно твердого вещества. Так как в связных грунтах сжимаемость грунта в значительной степени зависит от его водосо-
25
держания, следует определить и объем воды, содержащейся в порах.
Помимо плотности зерна (раньше — удельного веса), особое значение имеет определение уплотняемости грунта, особенно в тех случаях, когда повышение несущей способности несвязных грунтов достигается путем их уплотнения. Так как связные грунты также часто должны уплотняться, необходимо определить оптимальное водосодержание грунта, при котором достигается наибольшее его уплотнение.
Капиллярность (эффект капиллярности) грунта также определяется в лабораторных условиях, так как вследствие колебаний уровня грунтовых вод это свойство грунта играет существенную роль в случае промерзания основания, а также при изменении нагрузок на грунт.
Водопроницаемость грунта — необходимое условие при понижении уровня грунтовых вод или в случае укрепления грунтов инъек-тированием.
В заключение следует еще определить содержание перегноя и извести в грунтовой пробе. При наличии перегноя (гумуса) в пробе обычно делается вывод о невысокой несущей способности грунта, а при наличии извести — наоборот.
Исследование грунтов непосредственно на месте строительства. Помимо упомянутых лабораторных исследований проб грунта, которые ведутся по образцам, характерным для крайне малых (в плане) участков основания, непосредственно на месте будущего строительства также проводятся исследования грунта. К этим испытаниям относятся пробное нагружение, а также определение плотности залегания грунта.
При фундаментах неглубокого заложения область применения пробных нагружений ограничена нормами (DIN 1054). Проведение этих исследований возможно, если грунты на большую глубину (равную двух- или трехкратной ширине здания) являются однородными и если плоскость предполагаемого основания здания незначительно отклоняется по уровню (относительно отметки земли) от плоскости пробного загружения. При связных грунтах, где возможно получение ненарушенных грунтовых проб, пробные нагружения производить не надо.
При свайных фундаментах рекомендуется проводить пробные нагружения, которые дают достоверные результаты. Во время пробного нагружения забиваемая свая наблюдается со специальных подмостей; одновременно сравниваются величины несущей способности отдельных свай, о чем делаются соответствующие отметки в журнале свайной бойки. При большом объеме сваебойных работ в малоисследованных грунтах для выбора способа забивки и соответствующего оборудования часто проводят пробную забивку свай, по результатам которой можно сделать заключение о типе и весе свайной бабы, требуемой длине свай и соответственно о необходимой высоте сваебойного оборудования (более подробно см. нормы DIN 1054).
26
Плотность залегания грунта, характеризующая уплотняемость строительного грунта, позволяет сделать вывод о степени рыхлости несвязного грунта и о необходимости уплотнения его с целью повышения несущей способности. Величина естественной плотности залегания сравнивается как с наиболее рыхлым грунтом, так и с максимально плотным грунтом того же состава (нормы DIN 1054, разд. 4.2.1). Чем выше плотность залегания несвязного грунта, тем выше его несущая способность.
1.2.3. ЗАЩИТА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ ПУТЕМ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНОГО ГРУНТА
Хотя мероприятия, имеющие своей целью улучшение свойств строительного грунта, и представляют собой особую область инженерно-строительного дела, тем не менее архитекторы-проектировщики должны быть в курсе тех возможностей, которыми располагает сегодняшняя строительная техника для того, чтобы грунты со слабой несущей способностью смогли воспринять нагрузки от фундаментов зданий и сооружений.
Так как поверхностное уплотнение грунтов путем трамбования применяется в основном в дорожном строительстве, то в настоящей книге мы коснемся только лишь некоторых методов улучшения свойств грунтов, которые характерны для многоэтажного строительства.
К этим методам относятся: методы замены грунтов; глубинное уплотнение грунтов; инъектирование.
Методы замены грунтов. Эти методы применяются при наличии слабых естественных оснований, имеющих незначительную глубину и ширину. При устройстве отдельно стоящих и ленточных фундаментов в большинстве случаев грунтовые слои с малой несущей способностью срезаются и заменяются несвязным грунтом, например гравийно-песчаной смесью. Слой засыпки должен иметь общую толщину, равную примерно двум ширинам фундамента. Засыпка нового грунта ведется послойно, причем толщина каждого вновь насыпаемого слоя должна быть меньше предыдущего. При незначительной общей глубине слоя грунта с малой несущей способностью вместо гравийной смеси может быть применен тощий бетон.
Для очень мягких оснований при большом водосодержании с успехом можно применять вытеснение грунта путем насыпки грунтового слоя с высокой несущей способностью. Так как этот способ применяется в основном для замены слабых грунтов органического происхождения (болотные почвы и торфяники), которые обычно не рассматриваются в качестве оснований для многоэтажных зданий, тс более подробно останавливаться на такой методике нет необходимости. Этот способ применим при устройстве земляных насыпей, а для строительства на болотистых грунтах многоэтажных зданий необходимо устраивать фундаменты глубокого заложения (см. 1.2.4.2).
27
Глубинное уплотнение грунтов. Известно, что в обычных условиях глубина зоны, в которой грунт испытывает нагрузки от объектов строительства, примерно равна двух- или трехкратной ширине фундамента. Глубинное уплотнение грунтов рассчитано, однако, на более глубокое уплотнение оснований — до 35 м включительно. Недостатком этой методики является неизбежное сотрясение грунта, которое может причинить вред соседним постройкам.
Метод глубинного уплотнения грунта с помощью забивки свай, при котором деревянные или стальные трубчатые сваи забиваются в грунт, затем вытаскиваются из него, а в остающиеся пустоты засыпается гравийно-песчаная смесь с послойной трамбовкой, сегодня почти нигде уже не применяется.
Виброуплотнение грунта более эффективно, нежели глубинное уплотнение с помощью забивки свай. Цилиндрический корпус диаметром 35—40 см и длиной 3 м, подвешенный на передвижном приспособлении, с помощью вибратора погружается в грунт, подмываемый напорной струей воды. Уплотнение грунта на необходимую глубину происходит за счет того, что вибратор эксцентрично колеблется вокруг своей продольной оси. Затем вибратор вытягивается из образовавшейся скважины, давление воды уменьшается, и искусственно намытый наносный песок уплотняется под собственным весом вышележащих слоев грунта. На месте ввода подвесной водонапорной трубы образуется за счет оседания грунта впадина, которая заполняется несвязным грунтом [8].
Образование каменного каркаса является практически комбинацией виброуплотнения и замены грунтов. При этом траншеи под фундамент роются сначала до более глубоких отметок, чем проектные отметки подошвы фундамента, для того чтобы можно было осуществить необходимые мероприятия по уплотнению основания. Образовавшийся объем заполняется крупным камнем, который послойно впрессовывается в дно котлована с помощью поверхностного вибратора.
Благодаря этим мерам мягкое основание весьма эффективно закрепляется. Остальная часть выемки до уровня будущей подошвы фундамента заполняется камнем с послойным вибрированием до тех пор, пока не будет зафиксировано прекращение осадки. В заключение наносится выравнивающий слой бетонной подготовки, после чего приступают к работам по устройству фундаментов.
Вертикальный дренаж. С целью получения более полного представления о методах усиления грунтов следует упомянуть о вертикальном дренаже, хотя последний и редко применяется в многоэтажном строительстве. Этот метод основан на искусственном ускорении осадок от веса зданий и сооружений, которые в связных грунтах длятся зачастую многие годы. Вертикальный дренаж в силу вызванного им изменения структуры грунта сокращает путь поровой воды, благодаря чему осадки хотя и не становятся меньше, но сроки их прохождения сокращаются, так что после окончания строительства осадки грунта фактически уже затухают.
28
Инъектирование. Улучшение грунтов путем инъектирования основано на том, что в пустоты грунта под давлением запрессовываются. химические растворы, суспензии вяжущих или битумные эмульсии, благодаря чему достигается закрепление оснований или уменьшение их водопроницаемости. Ведение таких работ следует поручать специализированной фирме, имеющей соответствующий опыт и оборудование. При этом необходимо соблюдать требования норм DIN 4093 и DIN 18309.
При химическом инъектировании трубы, через которые нагнетается ипъектируемый раствор (пнъекторы), вводят с шагом 50— 100 см в грунт, подлежащий закреплению, или под фундамент здания, которое надо защитить от осадки. При введении перфорированных труб-инъекторов, которое производится постепенно, в них нагнетается раствор силиката натрия, а при вытягивании труб — раствор хлористого кальция; эти вещества образуют силикат кальция, который закрепляет гравийно-песчаные грунты, увеличивает их водонепроницаемость и кислотостойкость. Более современная методика химического инъектирования рассчитана на применение одного химиката, к которому добавляются катализатор и органический кислотообразователь; при этом достигается повышение вязкости, так что можно пользоваться этим способом в мелких песках и в пылеватых грунтах.
Преимущество химического инъектирования заключается в небольших площадях, на которых размещается необходимое оборудование (в том числе трубы, занимающие мало места), а также в возможности осуществлять инвестирование грунта под подошвой фундамента существующего дома непосредственно из подвала здания, т. е. не производя никаких вскрышных работ вокруг здания. Это имеет существенное значение при реконструкции и восстановительном ремонте старых домов. Таким методом можно подводить новые фундаменты под существующие сооружения, если мы хотим избежать обычных в таких случаях работ по укреплению фундамента каменной кладкой, которые ведутся поэтапно и связаны с большим объемом подготовительных и предохранительных мероприятий, а также если подведение фундаментов традиционными методами (см. 1.3) невозможно в силу конкретных условий строительства.
В случаях инъектирования суспензий обычно применяют цементные суспензии, с помощью которых прочность несвязных грунтов доводится до прочности бетона. В грунтах с более мелкими порами применяют цементную муку особо мелкого помола (коллоидный цемент) или же нагнетают в грунт комбинированную цементно-глиняную суспензию. С помощью инъектирования цементных суспензий песчаные и гравийные грунты защищаются от потери несущей способности под нагрузкой, причем грунты с очень малой несущей способностью превращаются в прочные основания, способные выдержать не только большие статические, но и динамические нагрузки (вибрацию).
29
При инъектировании эмульсий в основание запрессовывают жидкий битум с водой в качестве эмульгатора и добавками стабилизирующего вещества. Нагнетенная в грунт эмульсия оказывает коагулирующее действие, существующие в грунте поры превращаются в систему замкнутых пустот, в результате чего в грунте возникает водонепроницаемая зона. Следует подчеркнуть, что путем инъек-тирования битумных эмульсий нельзя закрепить основание, а можно лишь сделать его водонепроницаемым.
1.2.4. ВИДЫ ФУНДАМЕНТОВ
В зависимости от конструктивного решения фундаментов, которое, в свою очередь, должно соответствовать типу зданий, передаваемым на них нагрузкам, а также характеру грунтов, мы делим все фундаменты на две группы: фундаменты мелкого заложения и фундаменты глубокого заложения.
1.2.4Л. Фундаменты мелкого заложения
К этой группе фундаментов относятся отдельно стоящие фундаменты, ленточные фундаменты и фундаментные плиты.
Отдельно стоящие фундаменты — это в большинстве случаев столбчатые фундаменты под металлические или железобетонные стойки (колонны). Расстановка таких фундаментов производится так, чтобы сжимаемые зоны грунта под подошвами отдельно стоящих фундаментов не перекрывали друг друга. В отдельных случаях столбчатые фундаменты выполняются в виде ступенчатых фундаментов из трамбованного (набивного) бетона, но, как правило, их делают из железобетона.
При строительстве, ведущемся вблизи существующих зданий, следует обратить внимание на то, чтобы угол наклона линии, соединяющей обрезы старого и нового фундаментов, был не более 30° Если фундамент нового здания должен устанавливаться вблизи старой постройки или на границе земельного участка, отведенного под застройку (например, фундамент для крайней колонны), то при не очень значительных нагрузках на фундамент можно сделать подвальное перекрытие консольным, а фундамент под наружную стойку объединить с фундаментом под соседнюю внутреннюю стойку (рис. 12).
Полы подвалов следует отделять от столбчатых фундаментов швами для того, чтобы избежать трещин, вызываемых разницей в осадках. Армирование железобетонных фундаментов производят стержнями, укладываемыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях в соответствии с расчетом и требованиями норм DIN 1045.
Ленточные фундаменты — это традиционная форма фундаментов обычных кирпичных домов. Раньше они выполнялись из бута и кирпича, поэтому при обнажении фундаментов старых зданий сле
30
дует соблюдать осторожность, в особенности если к старому зданию пристраивается новое. Сегодня ленточные фундаменты выполняются исключительно из бетона, причем при нормальных грунтовых условиях их делают на 10—20 см шире стен подвала.
Точное определение ширины фундамента производится инженером-конструктором с учетом фактической нагрузки, прочности бетона на сжатие и допускаемого давления на грунт основания (DIN 1054). При неармированных фундаментах не следует считать, что нагрузка передается от участка опирания стены на подошву фундамента под углом 60°; в зависимости от допускаемого давления на грунт и прочности бетона этот уклон выражается в виде отношения 1 п. Значения п для различных соотношений прочностных характеристик бетона и грунта даны в дополнениях к нормам DIN 1045, изданных в апреле 1975 г. (рис. 13).
Мастера и производители работ обязаны контролировать точное соблюдение проектных размеров в процессе устройства фундаментов. Иногда при вертикальных стенках котлованов после зачистки дна под фундамент до проектных отметок из-за небрежности строителей происходит осыпание грунта со стенок на подготовленную для бетонирования поверхность. Если осыпавшийся грунт не будет убран, то вследствие того, что поперечное сечение фундамента в разных точках по его длине окажется неодинаковым, существенно уменьшится несущая способность фундамента.
На рис. 14 показан монолитный ленточный фундамент, ширина которого у подошвы оказалась меньше проектной из-за подобной небрежности в производстве работ, что повлекло превышение допустимой нагрузки на грунт в конкретных условиях.
При устройстве монолитных фундаментов в рыхлых грунтах боковые доски опалубки должны иметь подкосы и распорки, причем эта опалубка остается в грунте после устройства фундаментов;
Рис. 12. Фундамент, возводимый в непосредственном соседстве с существующим зданием. Консольная конструкция подвального перекрытия (слева), объединение фундаментов под крайнюю (наружную) и соседнюю внутреннюю опоры (справа)
1 — граница участка застройки; 2 — крайняя опорная стой’ка; 3 — граница участка застройки или осадочный шов; 4 — вертикальный разрез (R — равнодействующая); 5 — план (S — центр тяжести площади основания)
31
только при соблюдении этих требований можно спокойно вынимать грунт до отметки подошвы фундамента и делать опалубку по боковым поверхностям фундаментной ленты сразу для всего фундамента (рис. 15).
В случае посадки здания на рельеф или же при значительных уклонах несущих слоев грунта (падение пластов) фундаменты следует заглублять в соответствии с падением несущего пласта. Если этого не сделать, то часть здания, фундамент которой попадает на недостаточно прочный грунт, начинает работать как консоль; в результате этого образуются трещины в стенах, как правило, косые, идущие вверх по направлению к оседающей части здания (рис. 16).
Под опоры стоечного типа можно также устраивать ленточные фундаменты. Это делается в тех случаях, когда нагрузки на стойки неравномерны, а грунт имеет тенденцию к осадке; такое конструк-
Рис. 15. Опалубка монолитного фундамента
Рис. 13. Ступенчатая конструкция фундамента из трамбованного бетона. Линия распределения давления всегда расположена внутри контура фундамента
1 — линия распределения давления
из сборных щитов
/ — поясной брус; 2 — подкос из доски; 3 — упорный кол; 4 —распорка; 5 — проволочная скрутка
Рис. 14. Осыпание грунта со стен траншеи, происшедшее до укладки трамбованного бетона ленточного фундамента / — осыпавшийся грунт
Рис. 16. Падение несущего грунтового слоя при общем уклоне площадки может вызвать осадку части здания, опирающейся па ту часть основания, где находится недостаточно прочный грунт. Вследствие этою в степах образуются трещины. Подобные неприятности можно предупредить, заглубляя фундаменты до уровня заложения несущего слоя
/ — образование трещин; 2 — поворот (кручение); 5 — осадка; 4 — отсутствие осадки; 5 — несвязный грунт (песок или гравий); 6 — связный грунт (суглинок)
32
тивное решение позволяет избежать неравномерных осадок фундаментов. При этом фундаменты следует выполнять из железобетона. Необходимо следить за тем, чтобы до начала бетонирования был устроен слой подготовки из тощего бетона или из кирпича (нормы DIN 1045). Наличие такого слоя гарантирует необходимую чистоту при укладке арматуры, а установка соответствующих прокладок между арматурными стержнями обеспечивает заданную толщину защитных слоев бетона. Металлические элементы ни в коем случае не должны соприкасаться с грунтом, ибо в противном случае опасность коррозии арматуры фундамента становится реальностью. Разрушение фундамента здания, в свою очередь, вызывает необходимость проведения весьма серьезных ремонтно-восстановительных мероприятий (подведение новых фундаментов), стоимость которых исключительно высока [9].
Фундаментные плиты как конструктивное решение фундаментов применяют в тех случаях, когда суммарная расчетная площадь., подошвы отдельно стоящих или ленточных фундаментов превышает половину общей застраиваемой площади (т. е. площади, занимаемой зданием или сооружением). С таким явлением мы сталкиваемся при малой или неравномерной несущей способности грунтов основания. При наличии грунтовых вод сплошная плита фундамента может одновременно выполнять функции гидроизоляционной «ванны».
Если фундаментная плита, стены и перекрытие подвала конструктивно объединяются в жесткую, работающую на кручение объемную коробку, то в таких случаях можно говорить о коробчатой конструкции фундаментов, о фундаментах коробчатого типа. Увеличение глубины заложения таких фундаментов сказывается благоприятно на их работе, так как при этом уменьшается тенденция грунта основания к выпучиванию и, следовательно, уменьшается опасность потери несущей способности грунта.
1.2.4.2. Фундаменты глубокого заложения
Необходимость в таких фундаментах возникает тогда, когда несущие слои залегают настолько глубоко, что традиционные конструкции фундаментов (неглубокого заложения) становятся экономически не оправданными. Кроме того, мы прибегаем к устройству фундаментов глубокого заложения в тех случаях, когда в пределах одной и той же площадки имеются разнородные грунты, включения грунтовых слоев малой несущей способности (линзы глинистого грунта и торфяника), вызывающие опасность осадки фундаментов, особенно неравномерной осадки.
В многоэтажном строительстве конструкции фундаментов глубокого заложения в основном сводятся к свайным конструкциям. Свайные фундаменты представляют собой специфическую область строительного дела, а потому в настоящей книге мы ограничимся лишь кратким описанием их конструкций.
2 з^к. 161? 33
Если в подземных (инженерных) сооружениях сваи работают на растяжение и изгиб, то в многоэтажном строительстве применяют в основном сваи, работающие на сжатие. Эти виды свай можно подразделить на готовые сваи (железобетонные с обычным армированием и предварительно напряженные, стальные и деревянные) и набивные сваи (из бетона или железобетона).
Сваи, острия которых при погружении проходят через мягкие слои грунта достаточно глубоко, достигая слоев несущего грунта, называются материковыми, или сваями-стойками. Нагрузка в таких сваях частично передается также и посредством трения боковых поверхностей свай о грунт в верхних слоях основания.
Если сваи не достигнут глубоко расположенного несущего слоя грунта и нагрузка передается на грунт только лишь через боковые поверхности свай, то мы говорим о фундаментах из висячих свай. В этих случаях для того чтобы избежать опасности осадок, поверхность свай делают неровной и шероховатой, что увеличивает силу трения по поверхностям соприкосновения свай с грунтом.
Готовые сваи из обыкновенного или предварительно напряженного железобетона применяют только для ограниченной глубины заложения свайных фундаментов, так как длина свай зависит от наличия транспортных и сваебойных средств, которые могут быть применены на данной стройплощадке. Кроме того, такого рода конструкции следует применять лишь там, где вибрации и шум от сваебойных работ не могут причинить существенного вреда окружающей застройке и проживающему в районе строительства населению.
Грунтовые воды в обычных условиях не представляют собой опасности для железобетонных свай. Если же существует какое-либо опасение по поводу химической агрессивности грунтовой воды, то следует применять хорошо уплотненные бетоны на бедных известью цементах; кроме того, необходимо учитывать требования норм DIN 4030 «Бетоны для работы в агрессивных средах».
Стальные сваи можно изготовлять из прокатных стальных профилей, а также в виде трубчатых свай и свай коробчатого сечения с открытым или замкнутым концом. Сваи из прокатных профилей передают нагрузку на грунт в основном за счет трения поверхности сваи о грунт, а сваи трубчатого и коробчатого сечения — также и за счет трения своих внутренних поверхностей и благодаря тому, что на конце сваи образуется плотная грунтовая пробка. Таким образом, сваи из прокатных профилей работают как висячие сваи, а сваи коробчатого5 щ трубчатого сечения практически работают сваи-стойки. Из-за малого сопротивления погружению таких свай вибрация при их забивании в грунт значительно меньше, чем при забивании железобетонных свай.
Для защиты от- воздействия агрессивных сред металлические сваи снабжаются обсадными трубами из асбестоцемента или керамики, причем полость между сваей и обсадной трубой заполняется бетоном; пустоты полых свай после нанесения защитной окраски также бетонируются.
И
Деревянные свай в наше время применяют только для сооружений временного характера. Однако вплоть до начала XX в. для устройства свайных фундаментов использовались исключительно деревянные сваи, хорошо зарекомендовавшие себя как надежные и стойкие к гниению конструкции, особенно в условиях работы в во-донасыщенном грунте или под водой (например, старинные здания в Амстердаме). Для деревянных свай использовалась древесина твердых пород (дуб), богатая смолами хвойная древесина (сосна, лиственница) или привозные тропические породы деревьев.
Так как в последнее время наблюдается понижение уровня грунтовых вод в городах, старые свайные фундаменты оказываются под угрозой и должны находиться под постоянным контролем и наблюдением специалистов. Ценные в историческом отношении объекты в таких случаях следует реставрировать, проводя специальные дорогостоящие восстановительные мероприятия (инъек-тирование бетона).
При устройстве набивных свай в грунт сначала забивается (или ввинчивается) обсадная труба, которая при последующем заполнении ее полости бетоном остается в грунте или выдергивается из него в процессе бетонирования. Существует множество систем набивных свай, применяемых в зависимости от вида грунтов или типа воздвигаемых сооружений [10].
Буровые конструкции набивных свай ввинчивают в грунт с помощью специальных устройств; для них не нужны тяжелые сваебойные копры, и поэтому их можно применять в неблагоприятных, стесненных условиях строительства. Так как погружение в грунт буровых свай не сопровождается вибрациями, целесообразно использовать эту технологию при устройстве свайных оснований в непосредственной близости от существующих зданий. При забивке свай, напротив, сотрясения грунта и сопутствующий шум неизбежны. Однако неоспоримое преимущество забивки свай заключается в лучшем уплотнении несвязных грунтов (см. примеры расчета свайных фундаментов [3]).
1.2.4.3. Особые случаи
Рытье котлованов и устройство фундаментов рядом с существующими зданиями — явление весьма частое. Для обеспечения необходимой защиты грунтов от обрушения в котловане нового здания в местах примыкания к существующему фундаменту оставляют достаточно высокую и широкую полосу ненарушенного грунта (берму), которая сохраняется вплоть до окончания устройства фундаментов нового здания; выемку бермы производят через определенный промежуток времени после завершения работ по возведению фундаментов новостройки (рис. 17). Новый фундамент пристраивается к существующему, причем подошва его должна быть на той же отметке, что и у существующего здания. При устройстве таких фундаментов необходимо соблюдать требования норм DIN
2*
35
Рис. 17. Устройство бермы и нового фундамента рядом с фундаментом существующего здания
1 — уровень отмостки до начала строительства нового здания; 2 — проектируемое здание; 3 — существующее здание;
4 — берма; 5 — арматурный пояс в новом фундаменте. При ^>1,25 требуется крепление откоса бермы
Рис. 18. Усиление существующего фундамента путем передачи нагрузки на железобетонные балки, укладываемые по обеим сторонам стены. Передача нагрузки осуществляется посредством стальных поперечных траверс
1 — стальная балка из прокатного профиля (траверса); 2 — железобетонная балка;
3 — стальные плиты; 4 — выносная буровая свая; 5 — существующий фундамент
4123 («Защита существующих зданий в зоне устройства котлованов для нового строительства; подведение фундаментов»).
Подведение фундаментов под существующие сооружения относится к наиболее трудным работам в строительстве и требует
Рис. 19. Расширение существующего ленточного фундамента путем добе-тонировки ступеней
1 — окраска поверхности штрабы специальным составом, улучшающим охватывание с бетоном; I — ширина фундамента до расширения; II — ширина фундамента после расширения
от исполнителен специальных знаний и опыта. Этот вопрос рассмотрен в подразделе 1.3.4.
Улучшение несущих качеств существующего фундамента можно выполнять следующим
способом: по обе стороны старого фундамента на грунт укладывают новые железобетонные балки; передача нагрузки от стены здания на эти разгрузочные балки осуществляется с помощью стальных балок (траверс), пропускаемых через кирпичную кладку вывешиваемой стены. Такой способ применяют в тех случаях, когда нагрузка на фундамент увеличивается (например, при надстройке здания). Если увеличение нагрузки настолько ве
л и ко, что площади опирания на грунт дополнительных разгружающих балок недостаточны и надо передать дополнительную нагрузку на более глубокие слои грунта, то следует опереть эти балки
36
на выносные (т. е. находящиеся вне контура стены) буровые сваи таким образом, что практически образуется свайный ростверк — опирание разгрузочных балок на оголовки буровых свай (рис. 18).
Другой способ усиления существующего фундамента заключается в расширении его путем добетонировки ступеней фундамента с обеих его сторон. Соединение новых участков фундамента с существующим массивом осуществляют посредством устройства искусственных штраб по поверхности контакта, а также с помощью анкеров из круглой стали, вставляемых в отверстия, высверленные в существующем фундаменте (рис. 19).
К особым случаям устройства фундаментов относятся и мероприятия, необходимые для защиты от вибраций, например для защиты грунтов и самого здания от знакопеременных нагрузок, создаваемых стационарными работающими механизмами. Такие нагрузки могут привести к осадкам основания или к образованию трещин несущих конструкций в результате резонанса (нормы DIN 4150).
Фундаменты под работающие машины и механизмы, отличающиеся значительными вибрациями, выполняются в виде отдельных массивных блоков при наличии упругой подвески, устройство которой зависит от частоты колебаний. Очень важным обстоятельством является полное отделение этих фундаментов от окружающих конструкций. При влажных грунтах или при наличии грунтовых вод рекомендуется устройство свайных фундаментов, так как вибрации грунта способствуют капиллярному подъему влаги, что отрицательно сказывается на традиционных конструкциях фундаментов мелкого заложения.
При наличии внешних вибрационных воздействий следует проектировать новые здания с более массивными конструкциями, нежели это принято в обычных условиях эксплуатации. Хорошей стойкостью к вибрационным нагрузкам обладает фундамент коробчатого типа. В случае применения такой конструкции можно устроить по периметру здания непрерывный приямок, ограждающий стены и окна подвала и в известной степени защищающий здание от вибрационных воздействий извне.
Области повреждений зданий и сооружений, строящихся в районах горных выработок, не рассматриваются в данной книге, так как они относятся к весьма обширной сфере специфических вопросов. Эти проблемы освещаются в соответствующей литературе [2, 10, 11].
1.3. ЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ РАБОТ, СВЯЗАННЫХ С УСТРОЙСТВОМ ФУНДАМЕНТОВ
В настоящем разделе будут рассмотрены важнейшие мероприятия по защите котлованов, в том числе такие, как устройство откосов и установка креплений стенок котлованов и траншей. Другие вопросы, освещенные в разделе, касаются водоотлива и работ по
37
подведению фундаментов, а также устройства гидроизоляции и защиты котлована от поступающей влаги. В заключение будут рас-смотрены принципы устройства швов в конструкциях фундаментов.
Технически правильное и тщательное выполнение перечисленных мероприятий имеет большое значение, так как часть из них носит временный характер и потому на них обычно обращают мало внимания в процессе строительства, хотя несоблюдение этих мероприятий может привести в дальнейшем к очень большим материальным затратам. Подведение фундаментов требует весьма серьезной подготовки и накладывает на производителя работ очень большую ответственность в смысле влияния результатов проводимых им работ на состояние соседних зданий.
1.3.1. КРЕПЛЕНИЕ КОТЛОВАНОВ (DIN 4124)
При традиционном способе разработки котлована для обычных многоэтажных зданий достаточно устройства откосов стен котлована, причем в зависимости от вида грунта угол откоса должен составить:
Тяжелый скальный грунт.....................................90°
Легкий скальный грунт, сланец ........................... 80°
Крупный гравий, суглинки, глины, мергель, щебень .... 60°
Растительный грунт, песок, мелкий гравий, мягкие связные грунты................................................... 45°
Чтобы избежать обрушения стенок котлована и задержать стекающие по откосам поверхностные воды, в глубоких котлованах целесообразно предусматривать на откосах промежуточные бермы шириной 1,5 м (высота уступа или яруса —не более 3 м). Для тех же целей дополнительно рекомендуется на верхнем крае откоса, непосредственно перед доской, окаймляющей его край, устраивать кювет для сбора воды с отводом ее в сторону от котлована (рис. 20).
Иногда при ограниченных размерах участка строительства
Рис. 20. Устройство откоса глубокого котлована
1—водосборная канава вдоль края откоса:
2 — доска, окаймляющая край откоса; 3 — берма; 4 — расстояние от фундамента до откоса (рабочая зона)
нет возможности выполнить котлован по схеме, показанной на рис. 20. Тогда нижнюю часть откоса укрепляют досками, прижимными стойками и подкосами. Но так как подкосы часто мешают ведению строительных работ, в большинстве случаев бывает выгоднее крепить защитные стенки котлованов с помощью специальных схваток или арматурных стяжек, заанкерива-емых с помощью клиньев, которые забиваются в грунт вне пределов котлована (рис. 21).
38
При большой глубине котлована и соответственно большом давлении грунта на его стенки, как правило, крепление стенок котлована выполняют по типу шпунтового ограждения. Для этого используются стальные балки (предпочтительно широкополочного профиля), которые забивают в дно котлована или устанавливают в специально просверленные отверстия; между балками вставляют доски, которые и служат защитными стенками котлована (рис.22).
Так же, как и крепежные стойки при обычном креплении стенок котлованов, забивные стальные балки следует снабжать распорками из деревянных брусьев или стальных профилей, устанавливаемыми на высоте около 2,5 м, чтобы не мешать работам по устройству фундаментов.
При такой методике крепления стенок котлованов, когда доски или брусья, защищающие котлован от обрушения грунтовых откосов, устанавливаются после окончания работ по рытью котлована, мы говорим о горизонтальной установке крепи (так как доски укладываются в горизонтальном положении). Такой способ возможен только при хороших грунтах и при отсутствии напорных грунтовых вод.
При грунтах с менее благоприятными свойствами, а также при наличии напорных грунтовых вод крепление стенок котлована должно быть обеспечено уже в процессе экскавации грунта, из-за чего несущие стойки крепи следует забивать в грунт еще до начала работ по рытью котлована, т. е. ставить вертикально; такой способ крепления называется вертикальным.
Ранее применявшиеся для крепления стенок котлованов и траншей деревянные доски сегодня используются для таких целей в ред-
Рис. 21. Устройство крепления стенок глубокого котлована при ограниченных размерах строительного участка
1 — крепление с подкосом; 2 — шпунтовая дощатая стенка: 3 — деревянный брус; 4 — подкос; 5 — прижимная стойка; 6 — клин; 7 — стяжка из арматурной стали со стяжной муфтой
Рис. 22. Свайная (шпунтовая) конструкция крепления стенок котлована
1 —- доски толщиной 10— 16 мм; 2 —клин; 3 — стойки из прокатных профилей, забиваемые в грунт
39
Рис. 23. Крепление стенок глубокого котлована. Грунтовое основание фундаментов старого здания нарушено в результате сваебойных работ
ких случаях, так как крепежные элементы из стали для устройства вертикального крепления во многих отношениях более выгодны. Следует отметить простоту забивки стальных элементов, многократную оборачиваемость стальных крепежных деталей, возможность забивки их на большую глубину (по сравнению с деревянными стойками).
В качестве элементов крепи в зависимости от свойств грунта и глубины котлована могут быть применены профили, предназначенные для легких шпунтовых стенок, или стальные шпунтовые дос-„ки. Профили для легких шпунтовых стенок находят применение в основном как элементы крепежа траншей при прокладке инженерных коммуникаций, а стальные шпунтовые доски — для крепления стенок глубоких и широких котлованов. Принцип шпунтовой стены основан на применение досок, имеющих крючкообразный профиль, обеспечивающий взаимное их сцепление, благодаря чему образуется соединение, хорошо работающее на растяжение. Это обстоятельство способствует тому, что стенка котлована, образованная такими крепежными элементами, на-
Рис. 24. Следствие нарушения грунтов: дежно предохраняют котло-на наружной стене появились типичные ван от проникания влаги, осадочные трещины При шпунтовом креплении
стенок котлованов, имеющих большую глубину (с такими случаями мы обычно сталкиваемся в крупных городах при строительстве многоэтажных домов с подземными гаражами), несмотря на относительно малые вибрации при забивке шпунта, трудно рассчитывать на то, что не будет при
40
чинён ущерб соседним зданиям, особенно в тех случаях, когда анкеровка защитных стенок котлованов достигает границ соседних земельных участков.
На рис. 23 можно увидеть такой котлован глубиной около 10 м, расположенный вплотную к фундаментам существующего старого здания, причем при забивке шпунтового ограждения было нарушено грунтовое основание этого здания. В результате на наружных и внутренних стенах существующего жилого дома появились трещины, развитие которых косо вверх свидетельствует об осадке наружной торцовой стены (рис. 24). С помощью нивелирования и гипсовых маяков можно установить момент затухания осадки. Правильным выводом из сказанного является, конечно, необходимость устранения всех повреждений, которые могут появиться в ходе работ по укреплению стенок котлованов. При этом, конечно, необходимо изучить состояние соседних зданий с целью предупреждения вероятных дефектов, связанных с процессом строительства нового здания.
Следует рекомендовать до начала экскавации грунта или сваебойных работ исследовать внутренние помещения соседних зданий от подвала до крыши. При этом необходимо составить описание их состояния с приложением соответствующих эскизов и по возможности — с фотографиями, которые бы зафиксировали состояние конструкций.
В заключение следует упомянуть и об обязанности производителя работ регулярно проверять ход работ по установке креплений стенок котлована и записывать результаты такого контроля в журнал работ.
1.3.2. ВОДООТЛИВ
При устройстве фундаментов в глубоких котлованах бывает необходимо наряду с устройством шпунтов или креплений откосов стен котлована понизить уровень грунтовых вод на 30—50 см ниже отметки подошвы фундамента для того, чтобы работы по бетонированию фундаментов и уплотнению грунтов основания можно было вести без помех, вызываемых действием напорных грунтовых вод. Основными способами понижения уровня грунтовых вод в ходе строительства являются:
открытый водоотлив с организацией насосных приямков;
понижение уровня грунтовых вод путем устройства колодцев, оборудованных гравийными фильтрами;
вакуумный способ.
При открытом водоотливе, который применяется только в тех случаях, когда требуется незначительное понижение уровня грунтовых вод, в углах котлована устраивают насосные приямки для сбора грунтовых вод, причем эффект такого мероприятия усиливается путем прокладки дренажа из керамических труб. Для выкачивания воды из приямков можно использовать простые погружные насосы с напором до 5—6 м; при более глубоких котлованах могут
потребоваться нагнетательные насосы с напором более 7 м. Этот способ водоотлива нельзя применять в мелкозернистых песчаных грунтах из-за опасности образования плывунов.
При водопонижении путем устройства колодцев, оборудованных гравийными фильтрами, по периметру котлована в грунт с помощью обсадных труб, которые впоследствии извлекаются наружу, вводят фильтровые трубы. В связных грунтах пространство между обсадными и фильтровыми трубами заполняют гравием. В верхней части к каждой фильтровой трубе присоединяют всасывающую трубу, которую через обратный клапан соединяют с всасывающим трубопроводом, присоединяемым к центробежному насосу.
Если нужно понизить уровень грунтовых вод более чем на 3,5— 4 м, необходимо устроить вокруг котлована двух- или многоступенчатый водоотлив [12]. Так как в таких условиях этот способ становится уже неэкономичным, то в подобных случаях в наше время применяют буровые колодцы с погружными артезианскими насосами [8].
Водоотлив с помощью вакуумных колодцев применяют в основном там, где из-за водонасыщенного мелкого песка имеется опасность смыва основания и связанной с этим потери несущей способности грунта. При этом методе вокруг кромки котлована с небольшим шагом (1—1,2 м) устанавливают фильтровые трубы, которые через специальные насадки с помощью резинового шланга соединяют с насосом высокого давления. Под напором подаваемой воды трубы способом подмыва грунта погружаются на необходимую глубину. Затем фильтровые трубы («вакуумные колодцы»)с помощью сборного трубопровода присоединяют уже к водоотливному вакуум-насосу, который может работать от электромотора или от дизеля. Этот способ водопонижения очень экономичен, так как один насос может обслужить от 50 до 100 «вакуумных колодцев».
При вакуумном способе водоотлива в грунте возникает разрежение (вакуум), создаваемое в результате оттока грунтовой воды через фильтровые трубы, причем одновременно происходит соединение остаточной грунтовой влаги с частицами грунта, благодаря чему развивается процесс стабилизации грунтов основания, а это, в свою очередь, означает упрочнение плывунов, что является основным преимуществом рассматриваемого способа.
При всех способах водопонижения насосы должны работать непрерывно; для этого в запасе всегда должны быть резервные насосы. Кроме того, на площадке необходимо иметь агрегат для аварийного энергоснабжения, который обеспечил бы работу насосов при неожиданном отключении централизованной подачи электроэнергии и тем самым мог бы предупредить затопление котлована.
Следует указать, что при водопонижении происходит нарушение естественного гидростатического напора грунтовых вод, что при известных условиях может привести к дополнительным нагрузкам на основание. Если ниже уровня грунтовых вод, который был до водопонижения, находятся слои грунта, которые могут сжиматься под
42
нагрузкой, то результатом водопонижения может явиться осадка основания и связанные с нею повреждения в здании, выстроенном на таком основании (примеры осадки, вызванной понижением уровня грунтовых вод, см. [I], гл II, разд. 1.1.2).
1.3.3. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ДНА КОТЛОВАНА
Описанные в разд. 1.3.2 способы водоотлива зачастую требуют еще и проведения дополнительных мероприятий по защите дна котлована от поднимающихся подземных вод. Если уровень грунтовых вод расположен незначительно выше отметки дна котлована, то при несвязных грунтах достаточно применить методы укрепления грунтов, указанные в разделе 1.2.4, причем здесь очень хорошо зарекомендовал себя способ химического укрепления оснований, предложенный доктором Иостеном.
В данных условиях (небольшое превышение уровня грунтовых вод над уровнем дна котлована) подобные методы в сочетании с устройством шпунтовых стенок позволяют отказаться от водоотлива, причем сразу после экскавации грунта до отметок заложения фундаментов можно приступить к бетонным работам, несмотря на то что уровень подошвы фундамента расположен несколько ниже уровня подземных вод.
При этом нельзя полностью избежать последующего воздействия грунтовых вод; поэтому обычно в бетонных лотках, втопленных в слой тощего бетона, уложенный по дну котлована, укладывают дренажные трубы, подсоединяемые к насосному приямку. При бетонировании уровень грунтовых вод в котловане должен быть равен уровню подземных вод вне котлована, чтобы не возникла опасность подтопления котлована, когда поступающая вода вымывает вяжущее из свежеуложенного бетона. Бетон с уплотняющими добавками равномерно подают в котлован по трубам или спускным желобам; только после окончания процесса схватывания может быть произведена откачка воды в котловане. Слой тощего бетона, служивший для защиты дренажных труб, может затем быть использован как основание при устройстве гидроизоляции пола подвала.
1.3.4. РАБОТЫ ПО ПОДВЕДЕНИЮ ФУНДАМЕНТОВ
Подведение фундаментов под существующие дома, к которым пристраиваются новые здания, может быть успешно осуществлено в том случае, если подошва фундамента нового здания находится на более низкой отметке, чем фундамент старого здания. В зависимости от обстоятельств (состояние существующей постройки, свойства грунта и глубина подводимого фундамента) могут быть применены следующие способы:
подведение фундамента из кирпича или набивного бетона;
подведение фундамента из буровых свай;
подведение фундамента путем инъектирования.
43
Подведение фундамента из кирпича является и сегодня еще наиболее употребляемым и (при надлежащем выполнении) наиболее надежным методом. Несмотря на то, что этот способ широко известен и многократно описан в специальной литературе, весьма целесообразно иллюстрировать его на типичном примере (рис. 25).
При любом способе подведения фундаментов необходимо соблю
дать следующие основные правила и мероприятия:
1) точное изучение сооружения, под которое подводятся новые фундаменты, и обследование его состояния, проводимое совместно
с представителями служб, эксплуатирующих сооружение (см. 1.3.1);
2) взятие проб грунта в тех случаях, когда свойства грунта на глубине подводимого фундамента не полностью ясны;
3) стена, под которую подводится фундамент, должна быть оборудована временным креплением, раскосы которого надлежит упирать в стену здания в уровне междуэтажных перекрытий;
4) между котлованом нового здания и стеной,
1_и_л_п_ЦЕ1
Ь=101,5
Рис. 25. Подведение фундамента под торцовую стенку здания. Устройство временных креплений и порядок ведения земляных и строительных работ отдельными участками 1 — три деревянные опорные фермы (с шагом «5 м); 2 — уровень земли до начала строительст-ва нового здания; 3 — уровень дна котлована нового здания на участке подведения фундамента; 4 — Уровень дна котлована нового здания; 5 — крепление стенок котлована; 6 — требуется крепление стенки траншеи; 7 — фундамент нового здания с арматурным поясом; 8 — крепление стенок котлована
На плане цифрами 1—5 показана последовательность подведения фундаментов (по участкам)
под которую подводят фундамент, грунт ниже верхней отметки старого фундамента выбирать не следует до тех пор, пока фундамент не подведен под стену по всей ее длине. Земляные работы следует вести поочередно, отдельными участками, на которых ставится соответствующее крепление стенок,предупреждающее обрушение грунта.
Подведение фундаментов из кирпича или набивного бетона. В соответствии с указаниями норм DIN 4123 эти работы ведутся участками длиной 1—1,25 м. Для устройства
44
таких фундаментов следует применять кладочный кирпич высоких марок и вести кладку на цементном растворе с возможно более тонкими швами и тщательной перевязкой. Особенно важная опера
ция — завершающее кладку подклинивание последнего слоя непосредственно под фундаментом старого здания. Для использования в качестве таких клиньев особенно подходит клинкер для наземных сооружений, по возможности клиновидной формы (рис. 26). Большое значение имеет порядок ведения работ на отдельных участках. Начинать подведение новых фундаментов следует с угловых участков стены и с мест примыкания к наружной стене продольных несущих стен старого здания; работа по подведению фундаментов
на промежуточных участках должна вестись согласно установленному проектом порядку с тщательной перевязкой кирпича в штра-бах на границах отдельных участков. В определенных обстоятельствах следует продлевать участки подведения новых фундамен
тов на углах здания, заводя их на продольные наружные стены.
Устройство новых фундаментов из бетона отвергается некоторыми специалистами [14], так как жидкий бетон может размягчить связные грунты в зоне их сжатия. Другие специалисты [2], напротив, считают, что при слегка пластичном бетоне количество попадающей в грунт воды незначительно и не может причинить какой-либо вред основанию при тщательном соблюдении последовательности ведения работ, зато большую опасность представляет дожде
вая вода, которая может скапливаться на участках, где ведутся работы по подведению фундаментов.
Серьезную проблему представляет собой устройство стыка в месте примыкания нового бетонного фундамента к существующему старому фундаменту. Этот стык должен быть плотным и после окончания процесса усадки бетона. Уплотнение бетона в этом месте представляет собой очень труд
ную операцию; для организации стыка можно или использовать клинкер для наземных сооружений (как и при кирпичном фундаменте), или бетонировать с помощью напорной воронки, которая позволяет получить надежное соединение в месте стыка благодаря дополнительной вибрации бетона, поступающего в воронку (рис. 27) [2].
Подведение нового свайного фундамента. Если пробы грунта показывают,
что нагрузка от существующего здания при подведе-
Рис. 26. Подведение кирпичного фундамента с применением клинкера клиновидной формы
/ — ранее существовавший фундамент; 2 — клинообразный клинкер; 3— крепление стенки траншеи; 4 — кладка нового фундамента
45
Рис. 27 Подведение бетонного фундамента с помощью напорной воронки
1 — ранее существовавший фундамент: 2 — возможна последующая вибрация уложенного бетона; 3 — стесать после схватывания уложенного бетона
Рис. 28. Подведение фундамента под торцовую стену путем инъектирования с устройством анкеровки
1 — уровень земли до начала строительства нового здания; 2 — уровень промежуточной экскавации грунта (к началу осуществления работ по инъектированию); 3 — уровень дна котлована нового здания после окончания работ по инъектированию; 4 —инъекторы, вводимые снаружи; 5 — инъекторы, вводимые со стороны подвала существующего здания; 6 — ребро жесткости; 7 — шпунтовая стенка; 8 — анкер, запрессованный в грунт, усиленный путем инъектирования
нии фундамента должна быть передана на очень глубокие слои грунта, то для подобной операции прибегают к устройству свайного фундамента из выносных буровых свай (см. рис. 18). При этом нагрузка от стены с помощью коротких поперечных балок передается на железобетонные продольные балки. Здесь работы также следует вести короткими участками в строго определенном порядке. В качестве траверс (поперечных балок) используются стальные профили, которые должны быть рассчитаны на передачу соответствующих нагрузок; для защиты от коррозии их следует обетонировать.
И при этом методе запрессовка раствором швов между поперечными балками и кладкой стены, а также устройство стыков между оголовками свай и продольными балками (в этих стыках нагрузка должна передаваться через опорные подушки из стальных плит) играют основную роль в вопросе передачи нагрузок на новый фундамент [10].
Подведение фундамента путем инъектирования. Эта технология в основном уже была описана в разд. 1.2.3. Химическое укрепление грунта основания старого здания представляет собой собственно процесс создания искусственного каменного фунда
46
мента, причем площадь подошвы фундамента увеличивается неравномерно. С точки зрения статики сооружений при этом образуется как бы подпорная стенка, на которую передается нагрузка от массы грунта, находящегося за нею; при большой глубине заложения нового фундамента может потребоваться устройство пояса жесткости, причем горизонтальные усилия воспринимаются специальными анкерами этого пояса, запрессованными в усиленный инъектиро-ванием грунт (рис. 28) [2].
В каждом случае необходим расчет системы, а также изучение проб грунта, потому что этот способ годится не для любого вида грунта (например, связные грунты не подходят для инъектирования цементного раствора).
1.3.5. УСТРОЙСТВО ШВОВ В КОНСТРУКЦИЯХ ФУНДАМЕНТОВ
В сооружениях с обычными (традиционными) габаритами и равномерным членением объемов, как, например, в жилых зданиях, ленточные и плитные фундаменты выполняются без швов; при этом исходят из предпосылки, что грунт является гомогенным (однородным), т. е. его несущая способность одинакова по всей площади застройки.
Если же в пределах одной и той же строительной площадки мы имеем дело с разнородным грунтом или же устраиваем фундаменты разного типа, то стены подвала и фундаменты (а также расположенные над ними конструкции здания) разделяются десрормационными (или осадочными) швами. В том случае, когда под здание устраивается фундамент коробчатого типа, нет необходимости в устройстве швов, потому что жесткая фундаментная коробка надежно работает независимо от неоднородных свойств основания, расположенного под нею.
При наличии подвальных стен из трамбованного бетона или из железобетона в большинстве случаев достаточно выполнить в них швы такого типа, которые применяются в дорожных покрытиях (так называемые швы сжатия). Необходимость устройства подобных швов обусловливается усадочными деформациями бетона. Такие швы не предусматриваются, однако, в самих фундаментах; например, ленточные фундаменты устраиваются без швов сжатия, хотя эти швы делаются в расположенной выше бетонной стене подвала (рис. 29).
Особенно тщательно следует делать швы в фундаментах из гидроизоляционного бетона. Эти конструкции должны быть водонепроницаемыми, без малейших трещин. Практика показывает, что такие элементы не следует делать длиной более 5 м. Соответственно расстояние между швами не должно превышать ту же величину, о чем не следует забывать, задаваясь величиной шага швов. Ленты для уплотнения швов устанавливают на торцах бетонируемых элементов из гидроизоляционного бетона, в местах пересечения швов вставляют специальные уплотняющие вставки, свариваемые
47
Рис. 29. Шов сжатия в стене подвала и ленточный фундамент без шва (слева). Осадочный шов в стене подвала и в ленточном фундаменте (справа)
Рис. 30. Устройство разделительного шва в плите подвала, выполненной из гидроизоляционного бетона
1 — масса для заливки швов; 2 — профильная лента для уплотнения шва; 3 — битуминизированная прессованная пробка
с продольными уплотняющими швами.
Если из гидроизоляционного бетона делаются стены и пол подвала (конструкция, которую условно можно назвать «ванной»), то следует иметь в виду, что между полом ванны и ее стеной, несмотря на наличие стальной арматуры, связывающей стену и пол ванны, в процессе бетонирования конструкции будет образовываться так называемый «рабочий» (технологический) шов, обусловленный спецификой производства работ. Этот шов впоследствии в результате усадки бетона может привести к образованию горизонтальных трещин, располагающихся выше плиты пола. Избежать этого можно двумя способами:
устройством сборных конструкций стен из предварительно напряженного бетона (процесс усадки в таких сборных элементах к моменту монтажа уже закончен);
устройством монолитного цокольного (т. е. нижнего) участка
стены подвала за один процесс с устройством плиты пола; горизонтальные швы между нижней частью стены и остальной ее частью выполняются с установкой (укладкой) уплотняющих лент.
Устройство разделительного (деформационного) шва в плите пола подвала, выполненной из гидроизоляционного бетона, показано на рис. 30. Ленту для уплотнения швов устанавливают до начала бетонирования на полосу из битуминизированной прессованной пробки или из другого подобного материала, верхнюю часть шва после бетонирования заливают специальной массой для заливки
швов.
2. ПОДВАЛЫ
Хотя повреждения подвальной части зданий, как известно, в основном связаны с воздействием влаги на строительные конструкции и материалы, при ведении строительных работ очень часто пренебрегают защитными мероприятиями, которые предписываются соответствующими нормами (DIN 4031, 4117, 4122). Если конструкция пола подвала или кладка его стен запроектированы в прин-48.
ципе неправильно или же если небрежно выполненная гидроизоляция хотя бы раз пропустит влагу к подвальным конструкциям, то последующие ремонтно-восстановительные работы обязательно будут связаны с весьма ощутимыми экономическими затратами. От эксплуатации подвальных помещений придется отказаться на длительное время, так как просыхание их после промочек — процесс длительный; в наиболее тяжелых случаях вследствие таких повреждений может даже уменьшаться устойчивость зданий.
Наиболее часто приходится встречаться с просачиванием воды через горизонтальную гидроизоляцию, появлением так называемого черного грибка на стенах подвала, высолов на кладке и штукатурке, с отслоением отделочных покрытий (например, штукатурки) и появлением плесени на деревянных конструкциях.
При устройстве подвальных помещений в зданиях следует выполнять следующие требования:
вертикальную привязку зданий на участке следует выполнять с учетом существующего рельефа территории застройки и гидрогеологических условий;
для каждого вида влажностного воздействия на объект строительства должно быть предусмотрено соответствующее защитное мероприятие (см. 2.2);
части зданий, которые не могут быть защищены от воздействия влаги (фундаменты), следует выполнять таким образом, чтобы вода не смогла отрицательно повлиять на их функции.
2.1. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ полов
Наличие связных грунтов и мелких песков под подошвой фундамента может привести к тому, что капиллярная влага через конструкцию фундамента и пола подвала проникнет внутрь здания.
В общем случае представляется достаточно надежной защитной мерой устройство между грунтом основания и конструкцией пола подвала слоя из крупного щебня, гравия или дробленого шлака; такой слой толщиной 10—20 см может защитить конструкции от миграции капиллярной влаги.
При повышенной влажности грунта основания следует позаботиться об устройстве дополнительных гидроизоляционных слоев. Их укладывают на бетонную подготовку и заводят на стены подвала, так что они смыкаются с гидроизоляцией стен подвала (разд. 2.2).
В качестве гидроизоляционных материалов могут быть использованы:
битумные гидроизоляционные материалы — листовые и рулонные (по нормам DIN 18190), укладываемые в один-два слоя на битуме;
битумные свариваемые рулонные материалы, укладываемые в один слой насухо с заваркой швов;
кровельный картон, укладываемый в два слоя на горячем битуме и заливаемый сверху горячим битумом;
синтетические ковры, обладающие высокой механической прочностью (этилен /пропилен-терполимер-каучук, бутил-каучук).
Если подвалы предназначены для эксплуатации в качестве подсобных помещений, мастерских, баров и т. п., значение (и необходимость) устройства дополнительной гидроизоляции возрастает.
Основные правила, которые следует соблюдать при укладке горизонтальных гидроизоляционных слоев в подвалах, могут быть сформулированы в следующем виде:
1) основание под гидроизоляцию должно быть ровным и гладким, без каких-либо выступающих участков (трубопроводов, кабелей и т. п.);
2) горизонтальные гидроизоляционные слои должны обязательно быть связанными с вертикальной гидроизоляцией стен;
3) при применении битумных рулонных и листовых материалов, а также кровельного картона (толя) укладку изоляции на основание производят на мастике (битуме), свариваемые и синтетические гидроизоляционные рулонные материалы укладывают насухо;
4) при необходимости пропуска через гидроизоляционный слой трубопроводов (канализация, водосток) следует предусматривать специальные конструктивные мероприятия, обеспечивающие надежное функционирование гидроизоляционных слоев;
5) в процессе строительства для защиты гидроизоляции от случайных механических повреждений слой изоляции сразу же после укладки должен быть покрыт защитной окраской, так как даже единственный острый камешек или гвоздь может сделать неэффективной всю систему гидроизоляции.
Гидроизоляционные покрытия при соответствующем изготовлении и в определенных условиях можно применять в качестве горизонтальной гидроизоляции подвалов. Такие покрытия, обладающие порозаполняющим эффектом, обычно наносят в два приема: сначала — тестообразный цементный раствор с уплотняющими добавками, затем — стойкий к истиранию поверхностный слой. Места примыкания к стенам надо делать с плавными переходами от горизонтальных участков к вертикальным. Основная проблема при нанесении гидроизоляционных покрытий заключается в том, что покрываемое основание, на которое наносится покрытие, не должно иметь трещин. Однако нельзя гарантировать соблюдение такого условия, когда речь идет о бетонной конструкции основания пола, особенно в местах его примыкания к стенам: могут возникнуть осадки, деформации ползучести и усадки, в результате чего появятся трещины. Уже мельчайшие деформации основания, которые при рулонной гидроизоляции не причинят никакого вреда, в случае покрытия основания порозаполняющими материалами, неспособными воспринять растягивающие напряжения при изгибе, приведут к возникновению неплотностей в изоляционном слое; поэтому гидроизоляционные покрытия следует рекомендовать только с оговорками [161.
50
2.2. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ СТЕН
Стены подвалов необходимо защищать от воздействия капиллярной влаги, поднимающейся от фундаментов вверх; наружные стены дополнительно следует защищать от воздействия фильтрационных (просачивающихся) и напорных грунтовых вод.
Горизонтальная гидроизоляция. Первый слой горизонтальной изоляции в стенах подвала устраивают в уровне верха конструкции пола подвала; ширина этого слоя должна соответствовать толщине стены (включая штукатурку), а при наличии гидроизоляции пола подвала ширина первого слоя горизонтальной изоляции стены должна быть такова, чтобы он заходил на 15 см на слой гидроизоляции пола (рис. 31). Наружные стены подвала имеют и второй слой гидроизоляции, располагаемый примерно на 30 см выше отмостки; если перекрытие подвала находится ниже этого слоя изоляции, то непосредственно под перекрытием устраивают третий слой гидроизоляции.
Горизонтальная гидроизоляция может быть выполнена из:
толя или дегтебитумного кровельного картона (из-за опасности воздействия живых организмов нельзя применять картон, пропитанный только битумом!);
рифленой полосовой меди толщиной 0,2 мм;
Рис. 31. Гидроизоляция стен в зданиях с подвалами и при бесподвальном решении в соответствии с требованиями норм DIN 4117, разд. 3 а — перекрытие подвала расположено выше уровня земли более чем на 30 см; б — перекрытие подвала находится в уровне земли; в — бесподвальный вариант (полы 1-го этажа по грунту); г — деталь подвальной гидроизоляции (примыкание поля к наружной стене)
2 — наружная штукатурка; 2 — уровень земли (отмостка); 3 — вертикальная изоляция (многократная окраска битумом); 4 —- внутренняя штукатурка; 5 — верхний слой горизонтальной гидроизоляции; 6 — нижний слой горизонтальной гидроизоляции; 7 — два верхних слоя горизонтальной гидроизоляции; 8 — вертикальная изоляция от грунтовой влаги; 9 — минимальное расстояние — один ряд кладки; 10 — вертикальная гидроизоляция; 11 — два нижних слоя горизонтнальной гидроизоляции; 12 —- защитный слой; 13 — цементная штукатурка; 14 — изоляция; 15 — наклонная растворная стяжка; 16 — изоляционные слои; 17 — слой гравия 10—20 см
51
синтетического эластомерного рулонного материала, как, например, этилен/пропилен-терполимер-каучук и бутил-каучук (см. выше); этот тип изоляционных материалов предпочтителен для устройства горизонтальной изоляции стен, если предусматривается последующее стыкование слоя с изоляцией пола подвала, так как торчащие из стены «фартуки» горизонтальной изоляции не так легко повреждаются в процессе строительства, как, например, кровельный картон.
Применения в качестве горизонтальной изоляции полосового алюминия или свинца следует избегать, поскольку они разрушаются раствором кладки.
Вертикальная гидроизоляция. Наружные стены нуждаются в дополнительной вертикальной гидроизоляции. При наличии несвязных и нетяжелых связных грунтов можно прибегнуть к самой элементарной мере — покрыть наружную поверхность стены подвала изолирующей окраской. Такое покрытие наносят на стену, швы которой заполнены достаточно тщательно в процессе кладки, а еще лучше, если стена предварительно оштукатурена цементным раствором.
Для создания надежного гидроизоляционного покрытия стены необходимо соблюдать следующие правила:
1. Не следует вообще наносить покрытие на стены, имеющие мокрую поверхность.
2. Влажные стены, а также свежерасшитые швы и непросохшую штукатурку окрашивают битумными эмульсиями; при этом для грунтовки применяют жидкие (разбавленные) эмульсии, а для последующих трех слоев — все более густые типы эмульсий с минимальным содержанием битума (по весу) 45%.
Сухие стены перед окраской эмульсиями следует предварительно увлажнять. Стены, подверженные сильному нагреванию в процессе эксплуатации, вообще не окрашивают эмульсиями, так как впоследствии покрытие может отслоиться от такой стены.
3. Битумные растворы («холодные битумы») применяют для покрытия сухих и слегка влажных оснований. При этом раствор кладки (штукатурки) должен уже быть схватившимся. В этом случае следует также производить грунтовку жидким раствором и после просыхания грунтовки наносить последовательно один за другим три слоя окраски. По технологичности и эффективности (сцепление с основанием) битумные растворы предпочтительнее эмульсий.
Хотя окраска поверхностей горячими составами — более дорогое мероприятие, чем покрытие стен холодными мастиками, тем не менее в соответствии с нормами DIN 4117 ее следует применять в тех случаях, когда кладка наружной стены подвала не оштукатуривается. Горячие составы нельзя перегревать, вместе с тем они должны наноситься на поверхность достаточно быстро, без переохлаждения; второй слой наносят сразу после застывания первого слоя, при этом должна образовываться связная пленка, отличающаяся хорошими кроющими свойствами.
5 2
При вертикальной изоляции из гидроизоляционного раствора (гидроизоляционной штукатурки) необходимый эффект достигается за счет соответствующего состава раствора и добавок уплотняющих средств. Составление таких растворов ведется с соблюдением требований норм DIN 18500 «Штукатурка, строительные материалы и производство работ» и DIN 4117 «Изоляция сооружений от грунтовой влаги» (см. 2.4.1).
Толщина штукатурки должна составлять не менее 20 мм, причем раствор наносится без перерыва в два слоя одинаковой толщины; при нанесении верхнего слоя нижний слой не должен быть схватившимся.
В зданиях, имеющих тенденцию к осадке, применение гидроизоляционных штукатурок опасно из-за развития скрытых трещин, так как напряжения, возникающие в кладке при осадке здания, не могут быть восприняты штукатурным слоем. В равной степени проблематичным представляется применение для тех же целей герметизирующих жирных цементных растворов (шламов), поскольку их наносят очень тонким слоем, а потому они имеют тенденцию к образованию трещин при минимальных деформациях здания, которых порой невозможно избежать.
Несколько лет назад стали применять герметизирующие шламы, обладающие определенным химическим эффектом; при нанесении такие составы через капилляры проникают в глубь основания и кристаллизуются в порах материала. Их применяют под наблюдением специалистов, причем эти составы нельзя сочетать с другими гидроизоляционными материалами (например, горизонтальная изоляция — из битумного картона, а вертикальная — из герметизирующего шлама).
Изоляция цокольных участков стен требуется на отрезках наружной стены высотой не менее 30 см над уровнем отмостки. Для этих целей применяют гидроизоляционную штукатурку или кладку на гидроизоляционном растворе лицевого ряда кирпичей (с заполнением швов).
Особенно опасное место — стык изоляции цоколя с вертикальной изоляцией наружной стены подвала. Было бы ошибкой просто оборвать покрытие или другую систему вертикальной гидроизоляции в том месте, где начинается цоколь; именно на этом участке возникает опасность отторжения изоляционного покрытия или окрасочного слоя от поверхности камня вследствие образования вы-солов (рис. 32 слева). Таким образом, в зоне наиболее интенсивного воздействия наружной влаги (в уровне отмостки) вертикальная гидроизоляция стены оказывается неэффективной.
Более правильным представляется начинать изоляцию цокольного участка несколько ниже отметки земли (рис. 32 справа) и загерметизировать горизонтальный шов между вертикальной изоляцией стены и изоляцией цоколя [15].
Деформационные (осадочные) швы в стенах подвалов'' ни при каких обстоятельствах нельзя оставлять открытыми. Последующая
53
Рис. 32. Типичная картина повреждений при дефектах гидроизоляции цокольного участка наружной стены. Устройство изоляции цокольного участка наружной стены
1 — герметизирующая мастика; 2 — гидроизоляционный слой
Рис. 33. Профильная лента, закрывающая вертикальный шов, заделана в слой гидроизоляционного раствора
/—•шов, идущий до фундамента; 2 — профильная лента; 3 — гидроизоляционный раствор
наклейка вдоль швов полос из гидроизоляционного материала не лучшее решение, потому что такие полосы легко повреждаются и отслаиваются от своего основания.
Целесообразным представляется решение, показанное на рис. 33, при котором профильная лента, прикрывающая шов, с обеих сторон закрывается гидроизоляционным раствором. Последующую окраску битумными эмульсиями или растворами не следует доводить до профильной ленты, так как в противном случае возникает опасность повреждения пластмассового профиля веществами, входящими в окрасочный состав.
54
Обратную засыпку пазух между стенками подвала и откосами котлована необходимо производить грунтом, более водопроницаемым, чем обычный растительный грунт. Особенно неблагоприятные последствия приносит засыпка пазух суглинком или строительным мусором с остатками раствора, которые способствуют подпору грунтовых вод у стен подвала и могут стать причиной последующих повреждений гидроизоляции.
При тяжелых связных грунтах для засыпки пазух лучше всего применять крупнозернистый песок, гравий, щебень или шлак. Если по экономическим соображениям такую засыпку сделать невозможно, то следует устроить искусственный фильтрующий слой (водопроницаемый). Хорошо зарекомендовали себя конструкции из волнистых битуминизированных плит, поставленных вертикально около наружной поверхности стены, или водопроницаемый слой из камней с вертикальными пустотами; конструкция с фильтрующим слоем из полого кирпича с вертикальными отверстиями не так хороша, ибо под действием мороза она быстро разрушается, в результате чего эффективность ее снижается, а грунтовые участки, в пределах которых устроен фильтрующий слой, проседают.
Дренаж необходим в тех случаях, когда просачивание воды через водонепроницаемый грунт затруднено или происходит замедленно. Внешне это выражается наличием стоячей воды в котловане (или в пазухах), несмотря на то что уровень грунтовых вод располагается ниже уровня дна котлована.
Нормально функционирующий дренаж состоит из дренажных труб (керамических или перфорированных пластмассовых), водопроницаемого слоя и фильтрующего слоя.
Дренажные трубы прокладывают по периметру здания на уровне фундаментов в слое гравия с уклоном 1—2%, причем наиболее высокая точка, дренажного трубопровода не должна размещаться выше отметки верхнего обреза фундаментов. Чтобы исключить подмыв дренажных труб и обеспечить их стабильный уклон, рекомендуется устраивать основание для дренажных труб из тощего бетона.
Водопроницаемый слой должен собирать напорную воду непосредственно перед наружными стенами подвала. Водопроницаемый слой, доведенный до планировочной отметки земли, может состоять из насыпного слоя крупнозернистого гравия общей толщиной около 30 см. С недавних пор для создания водопроницаемого слоя стали применять керамические камни с вертикальными пустотами или упомянутые битуминизированные волнистые плиты. Подобное конструктивное решение одновременно обеспечивает механическую защиту вертикального слоя гидроизоляции наружной стены (рис. 34).
Фильтрующий слой состоит из мелкого гравия, размеры зерен которого должны примерно в 4 раза превышать зернистость растительного грунта. Фильтрующий слой укладывают послойно непосредственно перед водопроницаемым слоем; он должен защищать водопроницаемый слой и дренажные трубы от заиливания и заку-
55
Рис. 34. Правильно уложенный дренаж. Водопроницаемый слой из бутиминизи-рованных волнистых плит
1 — битуминизированные волнистые плиты в качестве водопроницаемого слоя; 2 — цементная штукатурка; 3 — гидроизоляция; 4 — фильтрующий слой; 5 — земляная засыпка;
6 — гравийное ложе дренажа: 7 — дренажная труба
Рис. 35. Состояние дренируемого участка после прокладки и заиливания дренажных труб, уложенных непосредственно в глинистый грунт
порки водоприемных отверстий (устройство кольцевого дренажа — см. 1.1.3).
Очень часто приходится встречаться с неправильно устроенным, дренажом, следствием чего почти всегда бывают влажностные повреждения кладки подвальных стен.
На рис. 35 показано состояние дренируемой территории после укладки дренажа непосредственно в глинистом грунте и соответственно после мгновенного заиливания дренажных труб. В таком случае нельзя продолжать обратную засыпку, необходимо вскрыть неправильно уложенный дренаж и проложить заново трубы, но уже в слое гравия шириной около 40 и высотой около 50 см. После перекладки дренажных труб следует позаботиться об устройстве водопроницаемого и фильтрующего слоев, которые укладываются в процессе обратной засыпки пазух.
Однако даже при укладке дренажных труб в слое гравия могут быть допущены ошибки в общем конструктивном решении системы. Так, например, бывает, когда над слишком тонким с включениями глины слоем гравия, в котором проложена дренажная труба, располагается слой глинистого, т. е. связного водонепроницаемого, грунта. Инфильтрационная грунтовая вода в этом случае
не может попасть в дренажные трубы и скапливается у стен здания. Если вертикальный гидроизоляционный слой имеет хотя бы мельчайшие дефекты исполнения, то собравшаяся вода наверняка просочится в кладку стены и тем самым причинит очень большой вред сооружению.
56
На рис. 36 показано, как в подобном случае силикатный кирпич впитывает напорную грунтовую воду, скопившуюся за стеной подвала и проникшую через слой гидроизоляции. На поверхности кирпича образовались типичные высолы — следствие промочки.
Наиболее надежный способ устранения дефектов дренажных устройств — раскапывание ранее уложенного дренажа и прокладка его заново с соблюдением всех необходимых требований. При этом надо исследовать кладку стены подвала с целью обнаружения в ней трещин и после очистки вертикальной гидроизоляции от остатков глины нанести новый слой битума (в соответствии с требованиями норм DIN 4117). При изоляции стены изнутри (гидроизоляционная штукатурка, окраска или обработка поверхности химическим способом) происходит полное или частичное увлажнение кладки подвальной наружной стены. Так как эта влага не может испариться ни с наружной, ни с внутренней поверхности стены, она по капиллярам кладки поднимается вверх по стене и в других местах выходит из массива кладки.
На рис. 37 показана трещина в стене подвала, образовавшаяся вследствие осадки здания,
Рис. 36. Результат неправильного устройства дренажа: из некачественно выполненной вертикальной гидроизоляции в глубь стены просочилась напорная грунтовая вода, что, в свою очередь, явилось причиной возникновения дефектов кладки
Рис. 37. Трещина в стене подвала, образовавшаяся в результате осадки здания [7]
57
2.3. РАСШИРЕННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Перечисленных выше гидроизоляционных мероприятий бывает недостаточно, если:
приходится считаться с опасностью неравномерных осадок здания (образование трещин);
следует ожидать особо большого напора фильтрационной воды;
перед наружными стенами вследствие наличия водонепроницаемых слоев грунта или из-за уклона местности скапливаются напорные грунтовые воды;
уровень грунтовых вод (или ожидаемый подъем этого уровня) расположен выше отметки подошвы фундамента;
на сооружение могут воздействовать агрессивные грунтовые воды.
При наличии напорных грунтовых вод и при неравномерных осадках здания изоляцию наружных стен выполняют из рулонных гидроизоляционных материалов', кроме того, при напорных водах требуется устройство эффективного дренажа.
Подходящими изоляционными материалами можно считать битумные рулонные и листовые изоляционные материалы (DIN 18190), битумные свариваемые рулонные материалы, толь, рулонные синтетические изоляционные материалы.
Для крепления подобных материалов наиболее удобно основание из гладкой, чистой и достаточно прочной наружной штукатурки.
Битумную рулонную изоляцию клеят к наружной стене в один или в два слоя на горячем битуме или на холодных мастиках, стыки листов свариваемых рулонных материалов заваривают по всей поверхности изоляции, толь укладывают в три слоя на горячем битуме и сверху также обмазывают битумом.
Все перечисленные материалы требуют предварительной грунтовки стен битумом.
Рис. 38. Примыкание изоляции к фундаменту путем нахлеста вертикальной гидроизоляции на выступающую из кладки горизонтальную гидроизоляцию (слева). Примыкание изоляции к фундаменту путем захода вертикальной гидроизоляции на наклонную растворную стяжку (справа)
1 — гидроизоляция
58
Синтетические материалы укрепляются на поверхности стены с помощью синтетических клеев.
Обратную засыпку следует производить как можно скорее, сразу же после полной оклейки стен подвала, чтобы защитить и прижать вертикальную гидроизоляцию; с той же целью засыпку пазух ведут послойно с тщательным уплотнением засыпаемого грунта.
Примыкание вертикальной изоляции к фундаменту выполняют двумя способами: путем нахлеста вертикальной гидроизоляции на выпущенную из кладки горизонтальную гидроизоляцию стены (рис. 38, а) и путем захода вертикальной гидроизоляции на растворную отмазку (рис. 38, б).
Примыкание вертикальной гидроизоляции к цокольной части наружной стены выполняется по схеме, указанной на рис. 32, б, с заведением под слой облицовки цоколя или под слой гидроизоляционной штукатурки.
2.4. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДВАЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ ПРИ УСТРОЙСТВЕ НАД НИМИ ПРОЕЗДОВ
И ОЗЕЛЕНЯЕМЫХ УЧАСТКОВ
Практически невозможно перечислить или как-то систематизировать все то обилие ошибок, которые допускаются при устройстве изоляционных слоев, необходимых в тех случаях, когда подземные помещения (подвалы) располагаются под озеленяемыми участками и проездами (например, при размещении подвала вне наземного контура здания). Если подобная изоляция выполнена при строительстве недостаточно надежно, то стоимость ремонта может превысить стоимость самих изолируемых помещений.
Исходя из этих соображений мы предъявляем к проектированию и осуществлению таких изоляционных мероприятий особенно жесткие требования.
Основание под такую изоляцию должно быть достаточно прочным, гладким и безупречно чистым. Так как обычные бетонные плиты не могут полностью удовлетворить этим требованиям, необходимо наносить на них специальный защитный слой в виде заглаженной стяжки или укладывать пластмассовые защитные маты толщиной 10—20 мм.
Укладываемый на такое основание разделительный или выравнивающий слой состоит из перфорированного рулонного материала на стеклотканой основе (при изоляции из битумных рулонных материалов) и из необработанной стеклоткани или стекловойлока (при изоляции из синтетических материалов).
Собственно гидроизоляция выполняется с применением битумных или синтетических рулонных материалов.
Гидроизоляция с применением битумных материалов, может состоять:
59
из трех-четырех гидроизоляционных слоев (DIN 18190), причем верхний слой должен иметь покрытие из металлической фольги;
из трех слоев свариваемого рулонного материала, причем верхний слой изоляции должен иметь покрытие из металлической фольги.
Гидроизоляция с применением синтетических материалов состоит из одного-двух слоев синтетического рулонного материала (толщиной 1—2 мм каждый слой).
Укладка гидроизоляции ведется очень тщательно, и до момента нанесения на нее защитного слоя запрещается ходить по гидроизоляции и класть на нее какие-либо материалы.
Разделительный слой предохраняет изоляцию от склеивания с защитным слоем; ни в коем случае нельзя забывать о необходимости устройства разделительного слоя.
Подходящими материалами для него являются:
0,5-мм пленка из насыщенного полиэфира (один слой);
0,3-мм полиэтиленовая пленка (два слоя);
промасленная бумага или крафт-бумага из натронной целлюлозы (два слоя).
В качестве защитного слоя следует применять бетон с мелкозернистым заполнителем, минимальная толщина слоя — 5 см; защитный бетонный слой следует разрезать швами на отдельные участки размером не более 5 X 5 м. При наличии особых требований к защитному слою его можно армировать и при необходимости увеличить его толщину. Швы в защитном слое на всю свою ширину
Конструктивные решения слоев
Основное решение Дополнительная теплоизоляция Покрытие пешеходных дорожек и проездов Засыпка растительным грунтом
Грунтовая засыпка
— Противокорневой слой
Дренажный слой
Мощеное покрытие/ плиты
Песок/растеорная подготовка
Зашлтный слой Разделительный слой Изоляция
Теплоизоляция
————— — Ч Пароизоляция
Выравнивающий слой |
Защитный слой
Яесущая бетонная конструкция
60
(15—20 мм) должны быть заполнены специальной пластичной синтетической мастикой. Заливка швов битумом не рекомендуется, так как корни посаженных сверху растений легко прорастают в битум.
Устройство теплоизоляции обусловливает одновременно необходимость укладки пароизоляционного слоя, чтобы не пропустить строительную и эксплуатационную влагу (в парообразном состоянии) в слой теплоизоляции и не снизить тем самым теплоизоляционный эффект.
При гидроизоляции из битумных рулонных материалов роль пароизоляции выполняет металлическая фольга толщиной 0,1 мм, входящая в состав верхнего слоя изоляции.
При гидроизоляции из синтетических материалов применяют пароизоляцию из пластмассовой пленки толщиной 0,8—1 мм.
Теплоизоляционный слой должен иметь достаточную прочность на сжатие.
Проезды Пешеходные дорожки Озелененные участки
при прочности на сжатие
35 Н/см2 15 Н/см2 15—35 Н/см2
Гидроизоляция ИЗ битуминизированных материалов Пеностекло, вспененный каменноугольный деготь, жесткий фенольный пенопласт Пробка, пеностекло, жесткий фенольный пенопласт, перлит, пенополистирол, вспененный каменноугольный деготь Пробка, пеностекло, жесткий фенольный пенопласт, перлит, вспененный каменноугольный деготь
Г идроизоляция из синтетических материалов Пеностекло, жесткий фенольный пено- пласт Жесткий фенольный пенопласт, перлитовые плиты, пенополистирол, полиуретановый пенопласт Жесткий фенольный пенопласт, перлитовые плиты, пенополистирол, полиуретановый пенопласт
При очень незначительных нагрузках могут также найти применение формованные плиты из пенополистирола с объемной массой 30 кг/м3.
По уложенной теплоизоляции раскатывается рулон разделительного слоя из:
перфорированной стеклоткани или самоприклеивающегося материала (при гидроизоляции из битумных рулонных материалов);
необработанной стеклоткани (при гидроизоляции из синтетических материалов).
61
Покрытия пешеходных дорожек и транспортных проездов укладывают выше разделительного слоя непосредственно на защитный слой по основанию из песка или раствора. Уложенные на раствор плиты покрытия должны иметь защитный слой над швами и, кроме того, дополнительно разделяться швами на участки площадью 8—15 м2; это же требование относится и к покрытиям из бетона.
Асфальтовое покрытие укладывают на разделительный слой без устройства швов.
При устройстве грунтовых засыпок для озеленения участков, расположенных над подземными помещениями, требуется устройство дренажного слоя, состоящего из нижнего слоя гравия 16/32 толщиной 10 см и верхнего гравийного слоя 8/16 толщиной 5— 10 см.
Для защиты от повреждения корнями высаженных растений следует устраивать специальный защитный противокорневой слой — лучше всего из укладываемых насухо полотнищ необработанной стеклоткани (перехлест в стыках — 15 см). Этот защитный слой предохраняет дренаж не только от прорастания в него корней, но и от заиливания.
Грунтовая засыпка в зависимости от типа высаживаемых растений должна иметь толщину 30—80 см.
2.4.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗОЛЯЦИИ
Водоотвод с поверхности гидроизоляционного слоя подвального перекрытия в случаях, рассматриваемых в данном подразделе, можно выполнять как в виде наружного водостока, так и в виде водоприемных устройств с последующим отводом влаги в канализацию.
Водоприемные воронки должны плотно примыкать к гидроизоляционному слою. В силу особенностей изоляции, на которую ставится дождеприемник, здесь нельзя применять обычные водоприемные воронки, которые ставятся на плоских крышах с внутренним водостоком, так как это традиционное решение в данном случае окажется недостаточно надежным.
Если необходимо делать водоотвод только внутренним, то без особых причин отвергать такое решение не стоит; в этом случае стены здания, примыкающие к изолируемому участку подвального перекрытия, достаточно защитить от воздействия влаги в соответствии с рекомендациями раздела 2.2 настоящей главы. Однако слои гидроизоляции должны заходить не менее чем на 20 см за пределы скругленной грани между стеной и перекрытием подвала и надежно закрепляться в своих конечных точках.
Наружный край изоляции в этом случае следует прикрывать защитным слоем и упрочнять посредством специального армирования.
В тех случаях, когда мы сталкиваемся с факторами, перечисленными в разд. 2.3, а также при устройстве наружного водоотвода все
62
гидроизоляционные слои заводятся за скругленную грань места примыкания перекрытия подвала к нижерасположенной стене и доводятся непосредственно до фундамента, где и закрепляются.
Уложенные по изоляции защитные слои только в особых случаях устраивают и на примыкающих наружных стенах, однако их всегда используют для защиты участков изоляции, заведенной на стену.
При наружном водостоке с поверхности перекрытий подземных помещений, над которыми располагаются проезды и озелененные участки, следует всегда прокладывать эффективный дренаж.
Помимо самой изоляции, наиболее подвержены повреждениям: наклонные изолируемые участки;
места прохода через подвальное перекрытие различных инженерных коммуникаций;
места примыкания подвальных перекрытий к вертикальным конструкциям здания;
участки температурных и деформационных швов.
Изоляция на наклонных участках. Нагрузка на любую гидроизоляцию должна осуществляться только под прямым углом к поверхности гидроизоляционного слоя; нагрузка должна передаваться на всю поверхность изоляции и ни в коем случае не в виде точечных сосредоточенных нагрузок.
Укладка гидроизоляции под углом бывает необходима при устройстве пандусов, лестниц, наклонных шахт или колодцев и т. п. Чтобы во всех подобных случаях избежать возникновения сдвигающих усилий, нужно воспользоваться дополнительными конструктивными мероприятиями при устройстве над гидроизоляцией защитных и рабочих слоев; во всех случаях последние должны представлять собой армированные плиты.
Конструктивное решение изоляции возможно путем:
опирания изоляционного слоя на плоское основание (рис. 39) при наклонных участках длиной до 3 м;
подвешивания изоляционного слоя при наклонных участках длиной до 3 м;
устройства ступенчатого основания для гидроизоляции (рис. 40);
сжатия гидроизоляционных слоев посредством установки дисковых анкеров (рис. 41).
Прокладка инженерных коммуникаций через гидроизоляционный слой. Наиболее надежно зарекомендовал себя способ при котором гидроизоляционный слой с помощью винтов герметически зажимается между неподвижным фланцем, приваренным к обсадной трубе-гильзе, и подвижным съемным фланцем, представляющим собой шайбу с отверстиями для крепежных винтов (рис. 42).
Помимо этого, известен еще ряд запатентованных способов пропуска труб через слой гидроизоляции, при которых обсадные трубы и уплотняющие гильзы также обеспечивают большую надежность стыка. Ко всем подобным узлам предъявляются те же требования надежности, что и к напорной гидроизоляции.
03
Рис. 39. Гидроизоляция наружного лестничного марша
1 — гидроизоляция (в том числе, выравнивающий и разделительный слои)
Рис. 40. Ступенчатая форма основания под гидроизоляцию пандуса
1 — армированный защитный слой; 2 — гидроизоляция (в том числе разделительный слой)
Нельзя допускать применения изготовленных вручную манжет и кустарных заделок, носящих характер шпаклевки.
Примыкания. При выполнении примыкания к вертикальным элементам зданий изоляцию следует заводить не менее чем на 15 см выше верхней грани покрытия. Наилучшее решение (с устройством напуска фасадной облицовки) показано на рис. 43.
Если применить такое решение невозможно, то такое же надежное примыкание изоляции к основанию (стене) осуществляют при помощи металлического уголка, которым край гидроизоляционного ковра прижимается к стене; горизонтальный шов в таком случае изолируют эластичной мастикой для уплотнения швов (рис. 44).
Участок вертикальной конструкции, на который заводится гидроизоляционный слой, должен быть закрыт защитным слоем; последний необходимо отделять от горизонтального
Рис. 41. Изоляция наклонного участка перекрытия подземного помещения
1 — армированный защитный слой; 2 — гидроизоляция (в том числе разделительный слой); 3 — дисковый анкер
покрытия проездов и пешеходных дорожек.
Примыкание горизонтальной гидроизоляции к
мелким вертикальным элементам зданий, размеры которых не позволяют воспользоваться вышеприведенными рекомендациями (например, к обоймам световых куполов), осуществляется с помощью синтетических рулонных материалов и пластмассовых изоляционных лент. Места
примыкания, расположенные выше отметки покрытия, следует регулярно контролировать в процессе эксплуатации здания или сооружения.
Рис. 42. Герметизация с помощью неподвижного и съемного фланцев обсадной трубы в месте прохода инженерных коммуникаций через горизонтальный гидроизоляционный слой
1 — покрытие из плитки: 2 — основание из раствора; 3 — защитный слой; 4 — труба, проходящая через перекрытие подземного помещения (подвала); 5 — обсадная труба с приваренным фланцем; 6 — съемный фланец;
7 — изоляция
Рис. 43. Напуск фасадной облицовки на заведенное на стену плиточное покрытие гидроизоляционного слоя перекрытия над подземным помещением (подвалом) / — лцстовая фасадная облицовка на относе от стены (с проветриваемой полостью); 2 — металлическая полоса; 3 — плиточное покрытие: 4 — основание из раствора; 5 — защитный бетонный слой; 6 — изоляция; 7 — деформационный шов в покрытии, заделываемый эластичным материалом
Рис. 44. Изоляция, прижатая стене металлическим уголком 1 — эластичное уплотнение шва; 2 — гнутый металлический уголок; 3 — плиточное покрытие; 4 — основание из раствора; 5 — защитный бетонный слой; 6 — изоляция
3 Зак. 1618
65
Швы. Деформации в несущих конструктивных слоях должны восприниматься с помощью особых конструктивных решений самих швов.
При гидроизоляции, выполняемой из битумных материалов, для этого имеются три пути решения проблемы.
1. Изоляционные рулонные материалы укладывают с перехлестом за линию шва на 20 см; в дополнение к этому в шов закладывают рифленую металлическую полосу, с помощью которой изоляционные слои как бы разветвляются. Такая конструкция более всего подходит для тех случаев, когда деформации стыкуемых участков характеризуются постоянными величинами и продолжительностью во времени; при этом изолирующие слои могут как бы скользить друг по другу (шов, обеспечивающий возможность скольжения). Простое же утолщение изоляционного слоя в зоне стыка без его разделения является в принципе неправильным решением и приводит к разрыву изоляции вдоль стыка.
2. Если ориентироваться на значительные деформации, то при укладке гидроизоляционного слоя вдоль шва следует прокладывать эластичные синтетические ленты, которые перекрывают стык не менее чем на 20 ей в обе стороны. Между лентами вводят пенопластовый шнур из полиэтилена таким образом, что в месте стыка синтетические ленты образуют компенсационную петлю. Из соображений надежности всегда применяют две дублирующие друг друга синтетических ленты; на лентах не должно быть поперечных швов (рис. 45).
Рис. 45. Ленты из эластичного синтетического материала, заводимые между слоями гидроизоляционного ковра по обе стороны шва (при значительных деформациях в шве)
1 — защитный слой в виде бесшовного пола; 2 — уплотняющая мастика; 3 — пенопластовый шнур; 4 — гидроизоляция; 5 — полосы из синтетического материала
Рис. 46. Усиленная защита эластичных синтетических лент с помощью заделанных в бетон уголковых профилей,
герметизированных винтов и съемных прижимных уголков
1 — прокладка пенопласта
66
3. При особенно больших деформациях между направляющими уголковыми профилями, заделываемыми в бетон, с помощью герметизированных винтов и съемных прижимных профилей зажимают две эластичные ленты (рис. 46).
При гидроизоляции из синтетических материалов, укладываемых насухо, шов перекрывается тем же материалом с устройством компенсаторной петли. Лишь при исключительно больших деформациях в шве требуется укладка специальной ленты; можно также применить конструктивное решение, рекомендованное в предыдущем абзаце.
2.5. УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
Полы подвалов, промоченные капиллярной влагой, изолируют путем укладки гидроизоляционного покрытия, которое следует заводить на 20 см на стены подвала и закреплять на них. Как уже упоминалось в разд. 2.1, речь может идти и о гидроизоляционной окраске с соответствующим примыканием ее к стенам (устройство окрашенного цокольного участка стены).
Восстановительный ремонт увлажненных стен более сложен. Основное правило здесь всегда заключается в том, что сама причина промочки, например дефектный слой вертикальной гидроизоляции, должна быть устранена (т. е. слой изоляции следует сделать заново).
Если речь идет о повреждениях, вызванных подъемом капиллярной влаги по массиву стены, то можно применить инъектирова-ние. Оно имеет смысл только в том случае, если степень проникания капиллярной влаги относительно невелика. В кладке на определенных расстояниях высверливаются отверстия-шпуры, через которые нагнетают в стену гидрофобизирующие средства. После инъектиро-вания шпуры заделывают гидроизоляционным раствором.
Пропитку кладки водоотталкивающими растворами можно производить двумя способами.
В первом случае с одной или с двух сторон стены просверливают наклонные шпуры, заполняемые соответствующими химическими составами. В зоне действия этих составов нарушаются капиллярные свойства кладки; благодаря процессу кристаллизации дополнительно происходит превращение открытых пор материала кладки в замкнутые. Так как зоны, в которых наблюдается такой эффект, пересекаются в плане при определенном шаге расположения шпуров, то в стене образуется горизонтальный гидроизоляционный слой.
Во втором случае шпуры под давлением заполняют изолирующей асфальтовой массой, которая, выжимаясь через всю толщу стены, образует изоляционный слой.
Малоэффективной показала себя установка в увлажненных стенах вентиляционных трубок, так называемых конденсаторов. При этом способе в стену с определенным шагом вставляют металлические или пластмассовые трубки, через которые влага должна выйти наружу Однако.поскольку не устранены причины, вызывающие подъем
3’*
67
капиллярной влаги, частичное высыхание стены влечет за собой сразу же новый подъем влаги вверх через капилляры кладки, оставшиеся ненарушенными. В лучшем случае с помощью конденсаторов будет осушена кладка, расположенная выше уровня их установки; вообще эта мера только тогда может быть применена, когда причина капиллярного подъема влаги уже устранена и возникает задача удаления из кладки остаточной влаги.
При интенсивном подъеме капиллярной влаги необходимо устроить в стене дополнительный слой гидроизоляции. Непосредственно над полом подвала (если требуется) и под его перекрытием кладку разрезают камнерезной пилой (отдельными участками в строго определенной последовательности). В образовавшуюся щель с большим перехлестом на стыковых участках вводят рифленую медную ленту (толщиной 0,2 мм), после чего щель на участке тщательно заделывают гидроизоляционным раствором.
При повреждениях напорными грунтовыми водами или фильтрационными водами, которые в большинстве случаев отличаются от повреждений, вызванных капиллярной влагой, тем, что происходит вымывание извести из кладки, следует заново произвести гидроизоляционные работы в соответствии с рекомендациями разд. 2.3. При сильносвязных грунтах следует дополнительно устроить дренаж, но в любом случае необходимо обеспечить нормальное функционирование водопроницаемого и фильтрующего слоев.
Особенно сложны ремонтно-восстановительные работы, если нельзя подобраться к наружным стенам подвала снаружи, со стороны грунта. В таком случае рекомендуются следующие меры:
дополнительное исследование стен на устойчивость при длительном увлажнении;
принятие мер по защите от морозных воздействий путем пропитывания гидрофобизирующими составами (и другими способами, в том числе установкой нагревательных приборов);
наклейка гидроизоляции на пол и стены подвала (вплоть до отметки, расположенной на 30 см выше уровня отмостки);
устройство в стене горизонтального гидроизоляционного слоя на отметке, расположенной на 30 см выше отметки земли;
укладка изнутри защитного слоя на пол и стены подвала для предохранения гидроизоляции от случайных повреждений и для плотного ее прилегания к конструкциям.
Если устойчивость существующих наружных стен не может быть гарантирована, следует возвести дополнительную несущую стену из железобетона и опереть ее на собственный фундамент или на консоли, выпущенные из существующего фундамента [16, ч. II, разд. 7].
68
3. СТЕНЫ И ПЕРЕКРЫТИЯ
В этой главе будут рассмотрены в основном стены кирпичных зданий, которые все еще составляют около 90% общего объема жилищного строительства*
Опыт последних десятилетий показывает, что стены из кирпича, как и прежде, остаются наиболее экономичной конструкцией и что возможности для дальнейшей рационализации в этой области строительства пока еще исчерпаны не полностью. Изучение таких конструкций ведется как в направлении научно-технических исследований, так и в направлении изучения и освоения положительного опыта, накопленного в практике строительства. В общем объеме этих исследований значительная доля принадлежит исследованиям всевозможных недостатков, дефектов строительных конструкций, их повреждений, которые в многоэтажных кирпичных зданиях, к сожалению, весьма нередки. Статистические исследования, проведенные проф. Шильдом (Аахен) на примере группы жилых зданий постройки 1965—1971 гг. в районе земли Северный Рейн — Вестфалия, показали, что 24% всех обследованных зданий имеют весьма серьезные дефекты. Из общего числа повреждений 42% относится к конструкциям стен жилых домов. Это позволяет отнести стены к основной группе конструктивных элементов’ зданий, наиболее подверженных всевозможным повреждениям.
В настоящей главе рассматриваются конструкции стен, причем основное внимание уделяется проблеме предрасположенности тех или иных стеновых конструкций к всевозможным повреждениям. В этой же главе рассматриваются и перекрытия, так как устойчивость сооружения в целом в значительной степени зависит от их совместной работы.
3.1. УСТОЙЧИВОСТЬ СТЕН
Согласно требованиям строительных норм земли Северный Рейн — Вестфалия (взятых в качестве примера), «для обеспечения устойчивости и способности к восприятию нагрузок стены должны иметь соответствующую толщину, обладать необходимой прочностью и жесткостью, а также в необходимой степени обеспечивать жесткость всего сооружения. Они также должны быть достаточно надежны при восприятии динамических нагрузок».
Каким образом должны выполняться подобные требования к конструкциям стен, указано в гл. 3 норм DIN 1053 (ноябрь 1974 г.). Согласно нормам, стены подразделяются на несущие стены, стенки (диафрагмы) жесткости и ненесущие стены.
* В условиях ФРГ {Прим. пер.).
3.1.1. ТОЛЩИНА И ЖЕСТКОСТЬ СТЕН
Несущие стены являются плоскими конструктивными элементами здания, работающими в основном на сжатие и воспринимающими как вертикальные нагрузки (например, от перекрытий), так и горизонтальные нагрузки (например, ветровые).
Минимальная толщина наружных несущих стен однослойной конструкции составляет 24 см* При двухслойной конструкции наружной стены с облицовочным слоем минимальная толщина несущего внутреннего слоя стены при наличии монолитного железобетонного перекрытия и при соответствующем ограничении нагрузок может быть уменьшена до 11,5—17,5 см.
Следует отметить, что в тех же нормах DIN 1053 стеновые конструкции рассматриваются лишь с точки зрения строительной механики, и только в одном примечании имеется указание о том, что при конструировании следует также принимать во внимание функции стен как ограждающих конструкций, предназначенных для обеспечения тепло- и звукоизоляции, а также для защиты от огня и воды. Задача архитекторов, разрабатывающих проект здания или сооружения (совместно с конструкторами), состоит в выборе необходимых строительных материалов и в размещении их в конструкции стены таким образом, чтобы обеспечить оптимальное выполнение всех заданных функций стены (о защитных функциях наружных стен см. 3.5).
Что касается наружных стен подвалов, то для них нормы DIN 1053 предусматривают применение кирпича с прочностью на сжатие не менее 50 кгс/см2 (5 мН/м2) и раствора групп II, Па или III. Минимальная толщина стен подвалов приведена в табл. 1 норм DIN 1053. При большом давлении грунта и значительных величинах временных нагрузок за пределами контура здания толщину наружных стен подвалов определяют расчетом.
ТАБЛИЦА 1 (ИЗ НОРМ DIN 1053). МИНИМАЛЬНЫЕ ТОЛЩИНЫ СТЕН ПОДВАЛОВ
1 2 1 3
Высота уровня отмостки над полом подвала h
Толщина стены при вертикальных нагрузках в степах
подвала d, см (постоянные нагрузки),
5 тс/м (50 кН/м) <5 тс/м (50 кН/м)
36,5 2,50 2
30' 1,75 1,4
24 1,35 1
* Здесь и далее кладочные размеры даны применительно к габаритам кирпича, выпускаемого строительной промышленностью ФРГ (Прим. пер.).
70
ТАБЛИЦА 2 (ИЗ НОРМ DIN 1053). УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ НЕСУЩИХ ВНУТРЕННИХ СТЕН ТОЛЩИНОЙ МЕНЕЕ 24 СМ
1 2 1 3
Толщина стены, см 11,5
Высота этажа, м <3,25
Временная нагрузка, включая нагрузку от перегородок, кгс/м2 (кН/м2) <=275 (2,75)
Число полных этажей выше рассматриваемого сечения внутренней стены <=4 2**
Допускаются в качестве промежуточных опор неразрезных перекрытий при пролете перекрытия в свету ^4,5 м, причем при перекрытиях, работающих в двух взаимно перпендикулярных направлениях, следует ориентироваться на меньший пролет*** Между поперечными стенами-диафрагмами допускается только одно отверстие (проем) шириной 1,25 м.
* В том числе и этажи, толщина стен в которых равна 11,5 см.
Если перекрытие выполнено в виде неразрезной плиты, работающей в двух направлениях, то для внутренних стен, располагаемых в направлении меньших нагрузок от перекрытия, величина табличного значения может быть увеличена па 2 этажа.
Восприятие сосредоточенных нагрузок от конструкции крыши возможно при условии точного указания места приложения нагрузки в плане. Такне нагрузки не должны быть более 3 тс (30 кН) для стен толщиной 11,5 см и не более 5 тс (501 кН) для стен толщиной 17,5 см.
Но и при нормальном давлении грунта, которым засыпаются пазухи котлована в процессе строительства, может возникнуть опасность для наружной стены подвала в том случае, если еще не смонтировано подвальное перекрытие, обеспечивающее необходимую жесткость конструкции. Поэтому обратную засыпку можно производить только лишь после устройства подвального перекрытия (и контрольного испытания изоляции стен подвала).
Для несущих внутренних стен предназначена табл. 2 из тех строительных норм. При толщине менее 24 см внутренние стены могут быть выполнены несущими в зданиях высотой более четырех этажей, но при этом следует применять спаренные стены (две стены по 11,5 или по 17,5 см).
При неразрезных плитах перекрытий, работающих в двух направлениях, можно предусматривать дополнительно еще два этажа; это означает, что несущие внутренние стены толщиной 17,5 см применимы в домах высотой более шести этажей, соответственно несущие внутренние стены толщиной 11,5 см — в домах высотой более четырех этажей (см. рис. 47).
Стенки (диафрагмы) жесткости могут быть несущими и нене-сущими. Они служат для обеспечения жесткости несущих стен при изгибе их из собственной плоскости. Их длина должна быть не менее 1/5 высоты,
71
Рис. 47 Несущие внутренние стены толщиной менее 24 см
Рис. 48. Минимальная длина участка стены диафрагмы жесткости при наличии в ней дверных проемов
1 — стена, жесткость которой должна быть увеличена с помощью диафрагмы
В табл. 3 норм DIN 1053 приведены расстояния между поперечными стенками-диафрагмами толщиной 11,5 и 17,5 см, предназначенными для увеличения общей жесткости стен здания.
Если в диафрагме жесткости
имеются проемы, то длина про-стенка между ними должна быть не менее г/5 высоты проема в свету (см. рис. 48). Диафрагмы жесткости следует возводить од
новременно с несущими стенами, жесткость которых они обеспечивают; при этом должна быть выполнена полноценная перевязка кладки этих стен. Наклонные штрабы (уступы в кирпичной кладке) можно делать лишь одновременно в обеих перевязываемых стенах.
Наружные и внутренние стены могут быть ненесущими. Говоря о ненесущих наружных стенах, мы имеем в виду или наружный облицовочный слой при двухслойной кирпичной кладке с воздушной прослойкой, при которой перекрытие опирается только на внутренний слой стены, или же заполнение стен фахверковой, каркасной системы и системы с поперечными несущими стенами. Во втором случае стены (заполнение) можно возводить без каких-либо специальных инженерных расчетов, если соблюдены следующие условия: стены закреплены по четырем сторонам (шпонками или при помощи анкеров);
72
ТАБЛИЦА 3 (ИЗ НОРМ DIN 1053). ТОЛЩИНЫ СТЕНОК-ДИАФРАГМ И РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ НИМИ
1 2 3 1 4 5
Толщина несущей стены, усиливаемой диафрагмой жесткости, см Высота этажа, м Толщина диафрагмы жесткости, см Расстояние между диафрагмами, м
на 1— 4-м этажах (полных), считая сверху на 5—6-м этажах (полных), считая сверху
2sll,5 <17,5 <3,25 <11,5 >17,5 <4,5
2s 17,5 <24 <6
2s24 <30 <3,5 <8
<30 <5
выполнены требования, изложенные в табл. 4 норм DIN 1053; для кладки таких стен применены растворы групп Па или III. Допустимые величины площадей заполнения стен фахверковой или каркасной конструкции с учетом коэффициента е были впервые введены нормами DIN 1053 (рис. 49).
Если ненесущая стена, воспринимающая в основном только нагрузку от собственного веса и не увеличивающая жесткости несущей стены при изгибе последней из своей плоскости, является наружной, то она должна передавать действующую на ее поверхность ветровую нагрузку на несущие стены и жесткие диски перекрытий.
ТАБЛИЦА 4 (ИЗ НОРМ DIN 1053). ДОПУСТИМЫЕ РАЗМЕРЫ УЧАСТКОВ НЕНЕСУЩИХ СТЕН ФАХВЕРКОВОЙ ИЛИ КАРКАСНОЙ КОНСТРУКЦИИ (ЗАПОЛНЕНИЕ СТЕН), НЕ ТРЕБУЮЩИЕ СПЕЦИАЛЬНОГО РАСЧЕТА
1 2 1 3 | 1 4 1 1 5 1 1 6 | 1 7
Толщина стены, см Допустимые площади участков ненесущих стен (м2) при заполнении фахверковой или каркасной конструкции в зависимости от высоты над уровнем земли
от 0 до 8 м от 8 до 20 м от 20 до 100 м
8>2 s=’ | е> 2 8=1 |' е>2
11,5* 12 8 8 5 6 4
17,5 20 14 13 9 9 6
24 36 25 23 16 16 12
* В случае применения кирпичей, обладающих прочностью на сжатие 150 кгс/см2 (15 мН/м2) и выше, данные настоящей таблицы могут быть увеличены на ’/з.
Здесь е — отношение большей стороны заполняемого участка к меньшей. При 1<е<2 допустимые значения площадей следует принимать путем интерполяции.
73
Рис. 49. Допустимые площади и толщины заполнения стен фахверковой и каркасной конструкции
4
Отношение сторон £=77—77=1,6; высота над уровнем земли 8 м; площадь заполняемого 2, а
участка стены: 4X2,5 = 10 м2; толщина степы d >11,5 см
Ненесущие внутренние стены (перегородки) не играют какой-либо роли в общей статической работе конструкций здания, и потому на них не распространяются требования норм DIN 1053. Специфические требования к таким стенам изложены в нормах DIN 4103 «Легкие перегородки. Указания по конструированию и монтажу».
3.1.2. ВИДЫ КЛАДОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ПРОЦЕСС РУЧНОЙ КЛАДКИ СТЕН
Качество кирпичных стен и, следовательно, прочность и устойчивость их зависят от:
прочности на сжатие кирпича или другого вида каменных материалов, применяемых для кладки стен;
состава и соответственно от прочности кладочного раствора;
качества работы каменщиков.
Обычно стены зданий выкладываются из камней искусственного происхождения (из кирпича, т. е. из кладочных камней, подвергнутых обжигу, и из необожженных кладочных камней, например из силикатного кирпича).
Кроме того, для кладки наружных и внутренних стен применяют шлакоблоки и камни из легкого бетона.
Все названные материалы производятся как в виде сплошных, беспустотных камней (полнотелый кирпич, беспустотный силикатный кирпич, сплошные легкобетонные блоки), так и в виде изделий с пустотами для уменьшения веса и повышения теплоизоляционных свойств кладки (дырчатый кирпич, силикатный кирпич с отверстиями, пустотелые легкобетонные блоки). В зависимости от ориентации пустот в кладочных изделиях (относительно продольного шва кладки) различают камни с вертикальными пустотами и с продольными
74
пустотами; у пустотелых силикатных кирпичей и легкобетонных блоков пустоты и отверстия всегда направлены перпендикулярно к горизонтальной плоскости кладки.
Опыт показал, что для наружного ряда лицевой кладки ни в коем случае нельзя применять пустотелые камни (см. 3.5. «Увлажнение стен»).
Требования к размерам, качеству, а также характеристики перечисленных кладочных изделий искусственного происхождения изложены в следующих строительных нормах ФРГ:
DIN 105
DIN 105, ч.2
DIN 106, ч.1
DIN 398
DIN 18151
DIN 18152
DIN 18153. 1
«Кирпич строительный полнотелый и дырчатый»;
«Кирпич строительный облегченный»;
«Кирпич силикатный полнотелый, дырчатый и пустотелый»;
«Блоки шлаковые полнотелые и пустотелые»;
«Блоки, легкобетонные пустотелые»;
«Блоки легкобетонные полнотелые»;
«Блоки бетонные пустотелые с замкнутыми пу-
стотами».
Кладочный раствор. В последнем издании норм DIN 1053 (разд. 4) в качестве кладочного раствора дополнительно введен раствор группы Па. Прочность растворов этой группы лежит посередине между прочностью растворов ранее известных групп — II и III. Минимальная прочность раствора группы Па вдвое выше, чем у растворов группы II, благодаря чему прочностные характеристики растворов и камней выравниваются между собой. Чтобы избежать опасности ошибок, растворы группы II и группы На не следует применять одновременно при строительстве одного и того же объекта.
Растворы группы III, которые раньше предназначались прежде всего для особенно ответственных частей здания, можно теперь применять для кладки всех стен в пределах одного этажа, что значительно облегчает производство строительных работ.
Подбор состава растворов ведется согласно указаниям табл. 6 норм DIN 1053. Если раствор, составленный по этой таблице, не обладает хорошей укладываемостью, то причиной этого может оказаться неподходящий гранулометрический состав песка. Следует применять неоднородный по своему составу песок, без агрессивных включений. При повышении относительного количества вяжущего в растворе качество последнего не улучшается, так как при этом увеличивается опасность усадки, следствием чего может стать образование трещин.
В случае применения различных добавок к растворам надо иметь в виду, что при этом свойства растворов изменяются вследствие химических и физических воздействий. Говоря о добавках, мы подразумеваем такие вещества, которые обеспечивают гидрофобность расдворов, ускоряют процесс схватывания, увеличивают их морозостойкость. Например, добавки, применяемые в последнем случае, могут содержать хлорид кальция — легко растворимую соль, которая может, в свою очередь, явиться причиной появления высолов на поверхности кладки.
75
ТАБЛИЦА 6. (ИЗ НОРМ DIN 1053). СОСТАВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ, СООТНОШЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ В СМЕСИ (В ОБЪЕМНЫХ ЧАСТЯХ)
1 2 1 3 4 5 6 7
Группа раствора Воздушная и гидравлическая известь Гидравлическая ^известь | Высокосортная известь, вяжущее для штукатурки и кладки Цемент Песок (естественный) *
известковое тесто известь-душонка
1 1 4
2 I 1 3
3 1 3
4 1 4,5
5 1,5 1 8
6 II 2 1 8
7 1 3
8 9 Па 1 2 1 1 6 8
10 III** 1 4
* Показатели состава песка даны в предположении хранения его на открытом воздухе.
** При использовании добавок, улучшающих укладываемость раствора в соответствии с указаниями раздела 4.4, не следует уменьшать содержание цемента в смеси.
Если кладочный раствор готовят в построечных условиях, следует обеспечить правильное складирование вяжущего и заполнителей. Чтобы обеспечить постоянный и точный состав растворной смеси, при составлении растворов групп II, Па и III надо тщательно дозировать и перемешивать все компоненты.
Во избежание образования карбонатных высолов воду для затворения растворов не следует применять слишком жесткую.
При использовании товарных растворов или готовых смесей от поставщика всегда надо требовать предъявления паспортов на раствор (или смесь), из которых можно было бы получить данные о группе раствора, составе смеси и марке вяжущего, а также (для готовых смесей) указания о дальнейшей необходимой обработке полученного полуфабриката до укладки в дело (например, о добавках воды и цемента в готовую смесь).
Решающим фактором для получения полноценной в конструктивном отношении кирпичной кладки, помимо применения соответствующих и отвечающих нормативным требованиям материалов, является качество самого технологического процесса кирпичной кладки. Если принять, что система швов кладки выбрана правильно, то самым главным требованием, предъявляемым к кладке, следует
76
считать полноценное заполнение швов раствором. Это обстоятельство важно для обеспечения как прочности стены, так и надежности защиты внутреннего объема здания от проникания наружной влаги (см. 3.5).
Для одной и той же стены следует применять однородный вид кладочного материала, т. е. для кладки, в которой предусмотрен, например, красный и силикатный кирпич, не следует применять одновременно и пустотелые легкобетонные блоки, как это сделано в доме, показанном на рис. 50.
Различное набухание и усадка кладочных материалов, равно как и различные коэффициенты температурного удлинения, приводят в таких случаях к повышенному риску появления слишком больших внутренних напряжений в кладке и как следствие — к появлению в ней трещин. Из-за разной плотности кладочных материалов, сос
тавляющих поверхность стены, последняя имеет различную степень
водопоглощения на разных участках, и в результате невозможно избежать дефектов в наружной штукатурке такой стены.
И, наконец, следует упомянуть еще один важный фактор, который имеет значение для формирования эксплуатационных качеств кирпичной кладки, — правильную перевязку кирпичей (или блоков). «Под перевязкой мы подразумеваем способ укладки кирпичей
в рядах кладки, их примыкание друг к другу и взаимное расположение в смежных рядах, которые бы обеспечивали равномерную передачу всех воздействую
щих на стену нагрузок на все ее сечение без возникновения каких-либо трещин в материале стены, или, иными словами, которые бы обеспечивали устойчивость и прочность стены, а также ее защитные свойства по отношению к атмосферным воздействиям в соответствии с нормативными требованиями» [20].
В нормах DIN 1053 (разд. 6.1.4) приведены требования к перевязке кладочных материалов в зависимости от высоты камней (см. рис. 51).
В заключение несколько общих указаний, соблюдение которых поможет избежать появления дефектов при возведении кирпичной стены.
1. В жаркую погоду кирпич перед укладкой в дело
Рис. 50. Применение кладочных материалов, резко различающихся по своим свойствам, непременно приведет к последующим повреждениям стеновых конструкций
77
U = 0,4h = k,5cM
Рис. 51. Перевязка кирпича в зависимости от его высоты. Перевязочный размер кирпича должен составлять величину и 0,47г 4,5 см, где h — высота кирпича или блока (расчетный размер). Камни одного и того же ряда кладки должны иметь одинаковую высоту: при укладке нескольких ложковых рядов один возле другого высота камней не должна превышать их ширину
следует предварительно смачивать, окуная его в воду; благодаря этому повышенное водопоглощение кирпича уже не будет столь губительным образом приводить к отсосу влаги из раствора.
2. В холодную погоду и при небольших
заморозках следует укрывать строительные материалы; при дневных температурах до — 3° С свежеуложенную кладку следует после окончания работы также укрывать. При температуре ниже — 3° С кладочные работы следует прекращать, если не предусмотрено принятие соответствующих защитных мер.
3. В процессе кладки не следует выравнивать уже вложенный кирпич, ударяя по нему молотком; подобные сотрясения нарушают процесс схватывания раствора в швах, при этом образуются волосные трещины между кирпичом и слоем раствора.
Устранение дефектов в стенах, кото-
рые из-за своего возраста или в силу ошибок, допущенных при строительстве, уже не соответствуют предъявляемым к ним требованиям в отношении устойчивости, в большинстве случаев — очень трудное дело.
Искривления поверхности стены (выгибы и выпучивания) можно исправить лишь в начальной стадии схватывания с помощью приложения временной направленной нагрузки. В случае обнаружения прогрессирующей деформации следует разобрать дефектную часть стены (предварительно сняв с нее нагрузку от перекрытия) и заново выложить ее, соблюдая тщательную перевязку с оставшимися час
тями стены.
Стены, возведенные с незначительным наклоном наружу, при достаточно надежном соединении с перекрытиями (например, с железобетонными перекрытиями, но без скользящих опор), как правило, достаточно устойчивы. В старых постройках с перекрытиями по деревянным балкам следует устраивать в подобных случаях анкерные связи.
Наклон свободно стоящих стен всегда создает опасность обрушения, от которой страхуются устройством соответствующих подпорок или настенных пилонов, если, конечно, причиной наклона не является фундамент (например, при промерзании недостаточно заглубленного основания); в таких случаях едва ли можно говорить о каких-либо мероприятиях реставрационного порядка (подведение нового фундамента, укрепление грунтов инъецированием) из-за слишком больших затрат, связанных с их осуществлением.
Подробные указания о возможных случаях ремонта и усиления стен и опор — см. 12, ч. III].
78
3.1.3. АРМАТУРНЫЕ ПОЯСА, БОРОЗДЫ И НИШИ, ГИБКОСТЬ СТЕН
Устойчивость многоэтажных зданий в значительной степени зависит от устройства стыка между стеной и перекрытием. При традиционных в жилищном строительстве прошлых лет перекрытиях по деревянным балкам соединение стен и перекрытий осуществлялось при помощи анкеров из полосовой стали, которые закладывались в наружную стену в процессе ее возведения. В торцовых стенах устанавливали по два-три анкера, горизонтальные части которых соединяли с тремя ближайшими к торцу балками перекрытия; в продольных стенах через каждые 2—4 м устанавливали анкеры, соединяемые с балками.
Так как на сегодняшний день в жилищном строительстве почти повсеместно осуществлен переход на железобетонные перекрытия, мы встречаем теперь такого рода анкеровку только в домах со скатными чердачными крышами, причем лишь в плоскости установки ригелей стропильных ферм. В этом случае анкеры из полосовой стали должны быть рассчитаны таким образом, чтобы с их. помощью горизонтальные ветровые нагрузки передавались продольными связями стропильной конструкции на фронтонные кирпичные (щипцовые) стены чердака.
При плоских железобетонных перекрытиях обычно не требуется дополнительная анкеровка, так как трение в плоскости опирания перекрытия на стену обеспечивает достаточно надежное соединение перекрытий и стен. Следует при этом учитывать и следующие требования раздела 3.3.3 норм DIN 1053:
рабочая и поперечная арматура должна доводиться как минимум до половины толщины наружной стены*;
кладка стены вышерасположенного этажа должна опираться на железобетонное перекрытие.
Все это, естественно, не может быть распространено на стык чердачного перекрытия с наружной стеной; отсутствие пригруза обусловливает особое внимание, с которым следует относиться к таким стыкам (см. 3.6.3. «Чердачные перекрытия»).
Арматурные пояса представляют собой неразрезные (сплошные), работающие на растяжение связи, укладываемые по наружным стенам в уровне перекрытий или под ними. Эти связи могут быть непосредственно соединены с железобетонными перекрытиями или оконными перемычками. Согласно DIN 1053, разд. 3.4, их следует устраивать во всех наружных стенах и в поперечных стенах, которые в качестве вертикальных диафрагм жесткости предназначены для восприятия горизонтальных нагрузок* ** в следующих случаях:
в зданиях высотой более двух этажей или длиной более 18 м;
Выполнение этого требования возможно в климатических условиях ФРГ (Прим. пер.).
** Речь идет о конструктивной схеме кирпичных зданий с продольными несущими стенами. (Прим. пер.).
79
при большом числе проемов или при особо больших проемах, прежде всего в тех случаях, когда суммарная ширина проемов превышает 60% длины стены, а при окнах высотой более 2/3 высоты этажа — 40% длины стены;
если этого требуют грунтовые условия.
Арматурные пояса размещаются в уровне каждого междуэтажного перекрытия или непосредственно под перекрытиями. Они могут быть объединены с монолитными перекрытиями или монолитными оконными перемычками неразрезной конструкции. При плоских кровлях из железобетона арматурные пояса необходимо устраивать в любом случае в уровне опирания кровельного покрытия, чтобы воспринять остаточные силы трения в уровне скользящих опор (см. 3.6.3.3). В стенах лестничных клеток, жесткость которых в верхнем этаже уменьшена из-за отсутствия лестничной площадки, также предусматривается устройство арматурных поясов.
Во всех случаях особое внимание следует обратить на то, чтобы конструкция арматурного пояса была непрерывной. В зданиях, где по конструктивным соображениям нельзя сделать арматурные пояса непрерывными, эффективность их работы следует обеспечить другими способами.
В нормах DIN 1053 по поводу расчета арматурных поясов сказано следующее: в качестве арматуры пояса могут быть приняты два круглых стержня, которые должны воспринять растягивающее усилие не менее 3 тс (30 кН). В обычных условиях достаточно применить арматуру диаметром 12 мм из строительной стали 22/34. Стыки стержней арматурных поясов выполняются в соответствии с нормами DIN 1054 (январь 1972 г.), а в случае армированной кладки — по нормам DIN 1053, разд. 5.4.2.
При устройстве армированных кирпичных стен укладка специальных арматурных поясов не требуется, если идущие параллельно направлению арматурного пояса стержни кладочной арматуры имеют достаточно большое сечение и располагаются в уровне перекрытий или оконных перемычек на расстоянии не более 50 см от оси симметрии стены и на таком же расстоянии от среднего горизонтального сечения плиты перекрытия.
На рис. 52 показаны три примера устройства арматурного пояса непосредственно в перекрытиях и оконных перемычках монолитной конструкции:
1) арматурный пояс, размещаемый в толще перекрытия,
2) арматурный пояс, размещаемый в уровне монолитных перемычек над оконными проемами,
3) арматурный пояс, размещаемый в зоне оконной перемычки, которая представляет собой единое целое с плитой перекрытия.
Подобное размещение арматурного пояса (особенно то, которое показано в третьем примере) рекомендуется и в тех случаях, когда исходя из упомянутых критериев (число этажей, ширина проемов, грунтовые условия) не требуется устройство арматурного пояса. При наличии оконных проемов, перекрываемых отдельными моно-
80
Рис. 52. Арматурный пояс в плите перекрытия (а), арматурный пояс в оконной перемычке, устраиваемой отдельно от плиты перекрытия (б), арматурный пояс в оконной перемычке Г-образной конструкции, представляющей одно целое с плитой перекрытия (в)
1 — арматурный пояс; 2 — продольное армирование
J 2 1
Рис. 53. Прогиб монолитной железобетонной оконной перемычки и образование трещин в зоне экрана жалюзийного (шторного) короба
1 — трещины; 2 — экран жалюзийного (шторного) короба; 3 — перемычка
литными железобетонными’пере-мычками Г-образного сечения, вертикальная часть перемычки, служащая экраном для устройства жалюзи, ввиду больших растягивающих усилий в ней имеет тенденцию к образованию трещин. Во избежание этого в зоне растяжения надо укладывать продольные стержни (рис. 53).
В местах опирания плоских кровель на кирпичные стены устройство арматурных поясов необходимо, так как в этих слу
чаях даже при вполне удовлетворительной теплоизоляции неизбежны температурные деформациишокрытий под воздействием солнечного облучения. Несмотря на^прокладку в стыках специальных пленок, обеспечивающих скольжение в горизонтальном стыке между покрытием и кирпичной стеной, в результате температурных деформаций возникают силы трения. Чтобы избежать появления трещин из-за температурных деформаций кровельного покрытия, в кладке всех стен верхнего этажа следует предусмотреть устройство арматурного пояса, который смог бы воспринять’растягивающие усилия, возникающие в стыке. На этот арматурный пояс должна быть уложена пленка, обеспечивающая подвижность стыка (см. 3.6.3).
Ниши и борозды допускается устраивать только в тех случаях, когда они не влияют на устойчивость стен. Так как это обстоятель-
81
Таблица 5. (из норм din 1053). допустимые размеры ниш и борозд в продольных стенах* и в поперечных диафрагмах жесткости
1 2 з 4 1 5 6 7 8
Толщина стены, см Ниши и борозды, устраиваемые в процессе кладки стены Борозды, пропиленные в стене после возведения Минимальное расстояние между нишами или бо- I роздами, см Расстояние от борозды (ниши) до проема, см Расстояние от борозды (ниши) до места перевязки со стеной перпендикулярного направления, см
ширина, см остающаяся толщина стены, см
1 ширина, см глубина, см
11,5 17,5 24 30 >36,5 <51 <51 <63,5 <76 WW £ - 1 СП От СП толщина стены <2 <3 <4 <-5 <6 199 >36,5 >24
* Имеются в виду несущие продольные степы. (Прим, пер.}
ство может иметь место при вертикальных нишах и бороздах, то, согласно нормам DIN 1053 (разд. 3.5.2), такие борозды следует рассматривать как проемы, идущие на всю высоту стены. Если же борозды имеются в диафрагмах жесткости или в стенах, жесткость которых необходимо обеспечить соответствующими конструктивными мероприятиями, то при пользовании табл. 3 в графу «Толщина стены» следует поставить не полную толщину стены, а лишь ту ее часть, которая остается за вычетом глубины борозды. Чтобы без сложных статических расчетов определить допустимые габариты борозд и ниш в продольных и поперечных стенах, можно воспользоваться табл. 5 норм DIN 1053.
Ниши и борозды следует устраивать в процессе кладки стены, т. е. с соответствующей перевязкой задней стенки ниши с общим массивом стены. Устройство борозд в уже возведенных стенах возможно путем пропиливания кладки специальной фрезой. Выдалбливание ниш и борозд не допускается.
На рис. 54 наглядно проиллюстрированы допустимые габариты борозд и ниш и расстояния между ними (для стены толщиной 36,5 см), согласно требованиям табл. 5.
Рис. 54. Допустимые пиши и борозды в степе толщиной 36,5 см
82
В случае применения крупноразмерных камней (блоков) устройство вертикальных борозд приводит обычно к возникновению трещин, если ослабление кладки наружной стены делается непосредственно около места перевязки с внутренней стеной. Таких решений следует избегать, так как, согласно табл. 5 DIN 1053, они недопустимы (расстояние от борозды до места перевязки со стеной перпендикулярного направления должно быть не менее 24 см).
В работе Брохера (Научно-исследовательский институт по строительству, Ганновер) сообщается о случае, при котором в наружной стене многоэтажного дома, выложенной из пустотелых легкобетонных блоков, непосредственно рядом с местом примыкания несущей внутренней стены из силикатного кирпича была устроена борозда для стояка отопления. Осложняющим обстоятельством явился тот факт, что внутренняя стена в месте примыкания к наружной была ослаблена наличием дымохода сборной конструкции (из железобетонных элементов). Как видно на рис. 55, в наружной стене появилась вертикальная трещина как результат ослабления перевязки в месте соединения двух стен, выполненных из различных материалов [21].
Здесь мы имеем дело с явным просчетом, допущенным в процессе проектирования здания.
Горизонтальные ниши и борозды особенно опасны, так как они зачастую могут ослабить несущую конструкцию по всему ее поперечному сечению (отдельно стоящие опоры — пилоны, столбы, колонны) или на значительных ее участках (стены) . Очень часто горизонтальные борозды не наносятся на кладочный план, нередко решение о прокладке борозд принимается строителями без консультаций с проектировщиками, а это означает, что такие местные ослабления кладки порой не учитываются статическим расчетом.
Часто применяется способ усиления горизонтальных борозд путем укладки в них металлических профилей корытообразного сечения. Однако, как показали проведенные исследования, этот
Рис. 55. Образование вертикальной треш,ины в наружной стене вследствие ослабления перевязки ее с внутренней стеной
1 — дымоход; 2 — трещина в шве; 3 — силикатный кирпич; 4 — пемзобетонные пустотелые блоки
83
метод не дает существенного увеличения несущей способности стены в месте ее ослабления, если после укладки в борозду соответствующих инженерных коммуникаций горизонтальные полки швеллера не будут соединены путем приварки вертикальных связей из листового железа (рис. 56, а).
Более эффективной можно считать укладку специальных железобетонных профилей, образующих горизонтальные борозды, в процессе кладки стены. При этом отпадает необходимость проведения каких-либо долбежных работ (рис. 56, б).
Горизонтальные борозды можно устраивать в кладке без статической проверки несущей способности стены лишь в том случае, если их прокладка отвечает требованиям раздела 3.5.3 норм DIN 1053. Эти требования представлены в графической форме на рис. 57 Если стены выкладывают из однопустотных блоков, то в них вообще нельзя допускать устройства горизонтальных борозд; при кладке из многопустотных блоков глубина горизонтальных борозд и ниш не должна превышать V3 толщины стены.
Все ниши и борозды, необходимые для прокладки и установки тех или иных инженерных коммуникаций и оборудования, должны соответствовать требованиямгнорм"ВШ 1053. Если же эти требования не могут быть выполнены, тоЛ'согласно тем же нормам, стати^. ческий расчет стен следует производить с учетом местных ослаблений. Поэтому в процессе работы шад проектом архитектор должен
Рис. 56. Усиление горизонтальной борозды. Встроенный в кладку стальной профиль усилен приваренными вертикальными связями из листового металла (а). Исключение долбежных работ при устройстве борозд достигается применением специальных сборных железобетонных элементов, устанавливаемых в процессе кладки стен (б)
1 — швеллер № 16; 2 — приваренная вертикальная связь из металлической полосы
Рис. 57 Горизонтальные борозды, устраиваемые в стенах без предварительных статических расчетов
84
своевременно передавать окончательный план борозд и ниш инженеру-конструктору, чтобы последний мог учесть их в своих расчетах.
Гибкость. Допускаемые напряжения сжатия для кирпичной стены зависят от прочности кирпича, прочности раствора и от гибкости стены.
Под понятием «гибкость» подразумевается отношение высоты стены к ее толщине (Zi/d); при этом высота стены определяется как расстояние между ее опорами при работе на горизонтальные нагрузки, т. е. практически расстояние между перекрытиями. В этой связи следует особо указать на предписания разд. 7.4.2.4 норм DIN 1053, где говорится, что если каменная стена в своей верхней точке не имеет жесткого закрепления, которое бы препятствовало ее горизонтальному смещению, то при расчете гибкости следует принимать двойную высоту стены (2 h), как показано на рис. 58. На это требование следует обратить внимание при устройстве ненесущих пило
нов и выступающих за контур
сооружения участков стен.
Если в процессе перестройки или ремонтных работ необходимо с целью уменьшения гибкости увеличить толщину стены или отдельной опоры (столба), то дополнительный слой кладки должен быть соединен с ранее уложенным массивом стены металлическими стяжными болтами.
При увеличении толщины колонны или настенного пилона1
Рис. 58. Стена, закрепленная от го-
ризонтального смещения сверху и снизу: гибкость — h/d (слева), стена, закрепленная только снизу; гибкость — 2/z/d
делают обычно полную или частичную51 облицовку толщиной в полкирпича [2]. Через^каждые
Рис. 59. Утолщение колонн и настенных пилонов путем устройства полной (слева) и частичной (справа) облицовки
/ — существующая опора сечением 36,5X49 см; 2 — стальная арматура через каждые три ряда кладки: 3 — облицовка в 1/2 кирпича
85
три ряда кладки в этом случае следует прокладывать арматуру (рис. 59). До начала облицовки надо расчистить швы существующей кладки, чтобы пластичный раствор, укладываемый в шов между новой и старой кладкой, мог проникнуть глубже в швы ранее выложенной стены ц обеспечить полноценное сцепление. В верхней части утолщаемой опоры необходимо предусмотреть установку расклиненной железобетонной подушки, через которую должна осуществляться передача нагрузки от перекрытия или прогона.
3.1.4. ДЕФОРМАЦИИ КЛАДКИ
Деформации кладки по-разному сказываются на общей деформации всего сооружения, происходящей в результате воздействия внешних факторов, а также в силу тех или иных свойств применяемых строительных материалов. В то время, как, например, температурные деформации при безупречно выполненной кладке встречаются относительно редко, образование осадочных трещин или деформаций от ползучести и усадки мы видим значительно чаще, особенно в сооружениях значительной высоты. Трещины возникают в том случае, если в результате деформаций растягивающие напряжения в конструкциях здания или сооружения достигают такой величины, которая превышает допустимую для данного вида кладки.
Трещин такого рода можно избежать, если конструкция наружных и внутренних несущих стен выполнена в соответствии с требованиями строительной физики, причем особенно важен здесь выбор стеновых материалов, которые должны применяться в определенных сочетаниях.
3.1.4.1. Температурные деформации
Здесь следует обратить внимание на отрицательные последствия теплового расширения (сжатия) наружных и внутренних стен. Проблемы влагообмена и теплозащиты внутреннего объема здания будут рассмотрены применительно к различным видам стен в разделе 3.5.
В некоторых случаях при исследовании повреждений стен удается установить, что трещины во внутренних стенах участков зданий, ориентированных в южном и западном направлениях, возникают чаще, чем во внутренних стенах северных и восточных участков тех же зданий. Это объясняется высокими средними температурами наружных стен, нагреваемых солнцем (до 50—60° С на наружной поверхности), в то время как средняя температура внутренних стен составляет около 25° С. Если, помимо этого, для кладки стен еще применены материалы с разными коэффициентами температурного расширения, то образование трещин вполне объяснимо; при этом следует дополнительно принимать во внимание характеристики применяемых кладочных материалов в отношении ползучести и усадки.
86
Однослойные наружные стены достаточной толщины, например кирпичная стена толщиной 36,5 см или стена из пустотелых легкобетонных блоков, имеющая толщину 30 см, с точки зрения температурных деформаций наименее опасны, так как однородная кладка медленно и равномерно аккумулирует тепло и так же медленно отдает его. В многослойных стеновых конструкциях с внутренним теплоизоляционным слоем наружная облицовка наиболее подвержена воздействию переменных температур наружного воздуха, причем перегрев сказывается особенно сильно на границе между облицовкой и теплоизоляцией. Имеется много весьма обстоятельных исследований температурного режима, теплоаккумулирующей способности и пароизоляционных свойств различных стеновых конструкций [22]. Чем тоньше материал наружного облицовочного слоя и чем толще теплоизоляция, тем больше опасность возникновения трещин в результате развития внутренних напряжений материала (например, штукатурный слой по легкобетонным плитам). Не говоря уже о том, что наружные стены такой конструкции в большинстве случаев также не очень надежны в смысле защиты от дождевой влаги (косой дождь), часто не выполняется и необходимая разрезка швами наружной плоскости стены (см. 3.5).
Если тем не менее выбор в пользу легкой многослойной стены сделан, то для выравнивания температурных колебаний следует позади облицовочного слоя предусмотреть вентилируемую полость, так как она исключает перегрев, не позволяет дождевой влаге, попавшей тем или иным способом внутрь стены, проникнуть к несущему слою и выводит наружу диффузионную влагу.
3.1.4.2. Деформации усадки и ползучести
Кроме деформаций, вызванных разницей температур, при рассмотрении причин, вызывающих вертикальные деформации каменных стен, следует принимать во внимание упругие деформации, деформации усадки и деформации ползучести.
К этому можно добавить и другие воздействия, например различные осадки фундаментов (см. 1.1.2) или температурные деформации покрытий (см. 3.6.3).
Упругие деформации .учитываются принятием соответствующих модулей упругости для наружных и несущих внутренних стен. Но так как кирпичная кладка и бетон различаются не только упругостью, но и пластическими деформациями сжатия под нагрузкой, при точных расчетах следует учитывать и это обстоятельство [23]. В этой работе упругость каменной кладки рассмотрена с учетом всей суммы вышеупомянутых факторов.
Усадкой называют уменьшение объема строительного материала, возникающее в результате влагоотдачи при высыхании. Общая усадка кирпичной кладки увеличивается еще и за счет усадки, происходящей в процессе карбонизации извести, содержащейся в растворе. Исходя из тех же соображений можно говорить и о дополнительной
87
усадке силикатного кирпича; поэтому при строительстве высоких зданий из силикатного кирпича следует применять только хорошо выдержанный материал, отличающийся небольшой усадкой.
Ползучесть — это увеличение деформаций под воздействием длительных нагрузок, причем деформации ползучести увеличиваются также и при увеличении нагрузок. Наиболее значительно деформации нарастают непосредственно после приложения нагрузки, а затем они медленно снижаются. Окончательная стабилизация состояния материала достигается через 3—4 года.
Все упомянутые деформации, вызванные перепадами температур, упругостью, усадкой и ползучестью, происходят в сооружении комплексно и в отдельных случаях могут суммироваться, вызывая нежелательные последствия.
В уже упомянутой работе [23] рассмотрен пример такого рода. В приведенном случае трещины образуются вследствие различной деформативности кладки наружных стен из красного кирпича и
жесткий железобетонный подЬал b качестве фундамента
Рис. 60. Образование трещин в стенах вследствие воздействия различных деформаций кладки наружных стен из красного кирпича и внутренних стен — из силикатного
внутренних стен — из силикат-ного (рис. 60), что обусловливается рядом факторов:
нагрузка на внутреннюю продольную стену значительно выше, чем на наружную, а следовательно, сжатие внутренней стены под нагрузкой выше, чем наружной;
укорочение стены в результате ползучести также пропорционально величине нагрузки; при этом ползучесть кладки из силикатного кирпича выше, чем у кладки из обыкновенного глиняного кирпича, поэтому внутренние стены деформируются в результате ползучести больше, чем наружные;
усадка внутренних стен также выше, чем наружных, которые под воздействием атмосферной влаги скорее склонны к набуханию, чем к усадке;
дополнительное удлинение наружных стен происходит вследствие нагрева их солнцем, в то время как температура внутренних стен значительно ниже, что также отрицательно влияет на их совместную работу.
88
Чтобы исключить прочие внешние воздействия, например разницу осадок основания, в рассматриваемом случае принято, что железобетонный подвал представляет собой жесткую коробку.
На рис. 60 показано, как сказываются различные свойства наружных и внутренних стен шестиэтажного здания, выполненных из разных материалов, на состоянии внутренних поперечных стен.
Различная осадка стен, увеличивающаяся с высотой, влечет за собой прогибы междуэтажных перекрытий, в результате чего деформации, возникающие в поперечных стенах, приводят к появлению трещин, ширина раскрытия которых также увеличивается с высотой.
На практике к этому могут еще добавиться в верхнем этаже дополнительные силовые воздействия из-за температурных деформаций покрытия, если в процессе строительства не было предусмотрено устройство арматурного пояса и скользящей опоры. Поэтому при определении причин возникновения трещин надо быть предельно осторожным. Окончательное решение может быть принято только лишь после того, как в результате осмотра в натуре и изучения проектных материалов исследованы все возможные причины. Дело зачастую заключается в том, что не всегда выполненные в натуре объекты полностью соответствуют проекту.
В той же работе [23] говорится о четырех различных вариантах конструктивного решения наружных и внутренних стен, при которых возможны комбинации различных кладочных материалов и которые позволят избежать возникновения трещин в стенах из-за различия в степени их деформативности. Такие деформации в однородных стенах, возводимых из обычного кирпича, относительно невелики. При кладке из силикатного кирпича важную роль играет конструкция наружной стены. При устройстве фасада, облицованного асбестоцементными плитами, прикрепляемыми на относе с воздушной прослойкой, можно благодаря уменьшению перепада температур и снижению влажности стены уменьшить деформацию кладки до безопасного уровня. В то же время при керамической облицовке, устраиваемой без воздушной прослойки, расчетная разница осадок наружной и внутренней несущей стен достигает 12,6 мм как в результате перепада температур, так и из-за повышенной влажности стен (облицовочные плитки действуют как пароизоля-ляция).
Аналогичным образом сделаны расчеты вертикальных деформаций для нескольких девятиэтажных домов, выполненных из разных материалов; правда, эти расчеты дали несколько иные результаты [24]. Исходя из предпосылки, что несущие стены °подвала и 1-го этажа, равно как и диафрагмы жесткости, выполнены из железобетона, для несущих (продольных) стен вышерасположенных восьми этажей удалось определить следующие величины вертикальных деформаций в зависимости от возможных комбинаций материалов стен:
89
Наружные стены Внутренние стены Разность деформации,
Силикатный кирпич Красный кирпич 1,26
Бетон Бетон 4,71
Красный кирпич Красный кирпич 6,34
Силикатный кирпич Силикатный кирпич 7,01
Красный кирпич То же 12,09
Эти исследования показали, что выполнение наружных стен многоэтажных зданий из красного кирпича, а внутренних — из силикатного представляет собой наиболее неблагоприятную комбинацию кладочных материалов. При кладке всех стен здания из красного кирпича разница деформаций становится уже допустимой, однако наименьшей величины она достигает при кладке наружных стен из силикатного кирпича, внутренних — из красного.
В упомянутом источнике [23] приведена следующая зависимость между абсолютной величиной разности деформаций и степенью образования трещин:
Разность деформаций, мм Степень развития трещин в стенах
/г<5 /i==5—10 h> 10! Трещины отсутствуют Возможно образование трещин Развитие трещин
Из приведенных примеров следует, что при строительстве многоэтажных кирпичных зданий, помимо обычного расчета стен на силовые воздействия, непременно нужно сделать дополнительную проверку деформативности всех несущих стен на неравномерность различных осадок.
В качестве расчетных величин деформативности кладки, выполненной из материалов с различными прочностными характеристиками, могут быть приняты данные, приведенные в табл. 9 норм DIN 1053.
3.1.5. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ШВЫ
Чтобы горизонтальные деформации (по длине здания) протяженных сооружений не привели к образованию трещин в стенах, следует предусматривать разделительные (деформационные или температурные) швы. Их размещение целесообразно увязывать с устройством в здании осадочных швов, которые требуются зачастую ввиду ожидаемой разности осадок фундаментов из-за различных свойств грунтов в условиях конкретной стройплощадки (см. 1.1.2).
90
ТАБЛИЦА 9 (ИЗ НОРМ DIN 1053). РАСЧЕТНАЯ ДЕФОРМАТИВНОСТЬ КЛАДКИ НА РАСТВОРАХ ГРУПП II, На И Ш
3 4 5 6 1 1 7 8 9 10
Прочность камня, кгс/см2 (мН/м2) Модуль упругости Е, 103 кгс/см2 (103 мН/м2) Конечная характеристика ползучести* £k у = р sel конечное значение деформации усадки ss, мм/м официент температурного мм расширения о^, 10 3
группа раствора кирпич обыкновенный камни на вяжущем кирпич обыкновенный камни на вяжущем к пр пи обыкновенный силикатный кирпич и газобетонные блоки легкобетонные блоки
II, Па III
1 25 (2,5) 15(1,5) 0,75 с 2,5 0**" 0,2 (при использовании натуральной пемзы 0,6) 6 8 10
50 (5) 20 (2) 25 (2,5)
3 75(7,о) и 100(10) 30**(3) 40**(4) 2
4 150(15) 50** (5) 60**(6)
250 (25) 70(7) 80 (8) 1,5 У
6 350 (35) 80 (8) 100(10)
8/г — конечное значение деформации ползучести &ei= ~
При бетонных камнях с плотной фактурой поверхности по нормам DIN 18153 100ХЮ3 кгс/см2 (IC'XЮ13 мН/м2).
Возможны усадка п набухание в пределах ±0,1 мм/м.
Кроме температурного удлинения или сжатия на сооружение действуют еще и другие факторы; наряду с процессами усадки и набухания материалов стен существуют и механические воздействия, например ветровая нагрузка. Этот фактор учитывается статическим расчетом здания. Усадка, набухание и ползучесть сказываются в основном только на вертикальных деформациях, и при определении горизонтальных деформаций ими можно пренебречь. Все строительные материалы подвержены температурным деформациям. Так как величина этих периодически возникающих деформаций постоянна для данного материала, необходимое расстояние между швами может быть определено путем подставления коэффициента линейного температурного расширения в формулу х — dAtL, где х — ожидаемая величина деформации в мм, А/ — максимальная разность температур и L — длина здания или его отсека в м.
Этот расчет, как уже отмечалось, не охватывает деформаций от набухания и усадки, но в общем случае его вполне достаточно для практического определения горизонтальных деформаций, так как с его помощью можно определить около 90% общей величины продольных деформаций. Остальные, 10% идут в запас, необходимый при назначении ширины шва и при выборе герметика [25].
При чисто бетонных и железобетонных сооружениях следует для учета усадки добавлять дополнительно к разности температур еще от 15 до 20° С. Для тех случаев, когда исходя из особых условий работы конструкции следует учитывать в расчете все деформации— не только от разности температур, но и от набухания и усадки, можно рекомендовать многоступенчатую формулу расчета, разработанную Грунау [26].
Размещение швов. Вопрос о размещении швов и их устройстве в последние годы рассмотрен в многочисленных публикациях, так что здесь мы ограничимся лишь некоторыми основными указаниями. (Устройство швов и выбор подходящего герметика см. в разд. 3.7.)
Архитектор в своей практической деятельности должен знать эмпирические величины, пригодные при различных способах возведения зданий и для разных стройматериалов. По данным специальной литературы составлена приведенная ниже таблица, которая может оказаться полезной при назначении расстояний между деформационными швами, обеспечивающими сохранность стен здания, т. е. отсутствие в них трещин от температурных деформаций:
Бетонные стены 18—24 м (в зависимо-
сти от интенсивности солнечного облучения)
Кирпичные стены 50 м (при достаточной
теплоизоляции)
Стены из пустотелых блоков с арматурны- 35 м (при достаточной ми поясами теплоизоляции)
То же, без арматурных поясов 24 м (при достаточной
теплоизоляции)
92
Кладка из силикатного кирпича: двухслойные стены без воздушной про- 8(—12 м
слойки то же, с воздушной прослойкой 6—8 м
свободно стоящие стены 6—8 м
двухслойные стены с внутренней изоля- 5—6 м
цией
Балконные плиты, заделанные в кладку 6 м (без теплоизоляции) Стеклоблочные стены 4 м
При облицовке стен следует предусматривать вертикальные деформационные швы, в особенности в углах здания, причем отдельные фасадные плоскости в зависимости от интенсивности их обогрева солнечными лучами должны иметь свободу деформаций относительно соседнего примыкающего фасада:
восточная стена, примыкающая к северной,
южная стена, примыкающая к восточной,
западная стена, примыкающая к южной и северной стенам (рис. 61, заимствованный из [27]).
Рис. 61. Деформационные швы в углах здания и на подоконных участках стены при двухслойной кладке из силикатного кирпича
93
Угловые швы такого рода рекомендуется устраивать и при других материалах облицовки, в особенности если лежащий непосредственно под облицовкой теплоизоляционный слой обладает повышенной термической деформативностью при перегреве.
Такие швы, устраиваемые в пределах толщины облицовочного слоя, из-за усиленной инсоляции следует размещать с меньшим шагом, чем температурные швы, проходящие через весь массив стены.
Разделительные швы (часто называемые температурными, что представляется не совсем верным, так как они предназначены для выполнения многих функций) устраиваются так же, как и деформационные швы в бетонных основаниях (см. 1.3.5). Их ширина зависит от ожидаемых деформаций здания, но не должна быть меньше 2,5 см.
Разделительные швы устраивают между двумя самостоятельными несущими стенами, что позволяет разделить деформационным швом и междуэтажные перекрытия. Теоретически правильно было бы устраивать открытые деформационные швы, но из практических соображений рекомендуется заделка швов мягким изоляционным материалом, чтобы ни раствор, ни щебень не препятствовали деформациям и не образовывали звуковых мостиков.
Деформационные швы также следует закрывать снаружи специальными профилями или герметиком таким образом, чтобы не препятствовать деформациям; упругие свойства уплотняющего материала должны при этом соответствовать возможным величинам этих деформаций (см. 3.7).
3.2. ЗАЩИТА ОТ ШУМА
Требование, которое необходимо адресовать ко всем наружным, а также межквартирным стенам и перегородкам, заключается в надежной защите от шума. Особенно это касается жилых и спальных комнат и других помещений, непременным условием эксплуатации которых является тишина (школьные классы, больничные палаты, учебные аудитории и конторские помещения).
Уже в процессе проектирования можно обеспечить должный звуковой комфорт помещений путем продуманной планировки объекта, при которой жилые, спальные и детские комнаты не граничат с лестничными клетками. Сантехнические блоки следует по возможности компоновать в одном объеме и располагать вне спальных и детских комнат. Кроме того, необходимо предусматривать шумозащитные мероприятия и при проектировании внутреннего оборудования зданий (например, бесшумные смывные краны в санузлах).
Звукоизоляционные качества массивной каменной кладки наружной стены обычно выше, чем звукоизоляционные свойства заполнения проемов, так как окна и двери даже при дополнительных защитных мероприятиях (стеклопакеты, двойной фальц с эластичным уплотнением) не могут достигнуть того уровня изоляции от воздуш-
94
кого шума, которым обладает конструкция стены. Поэтому особенно важно по возможности не размещать оконные проемы в стенах, ориентированных на транспортные магистрали, делать проемы как можно меньше по габаритам и предусматривать улучшенную конструкцию заполнения оконных проемов (окна с двойными переплетами или стеклопакеты).
3.2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Способность человека к восприятию звука имеет свои пределы: с одной стороны — порог слышимости, ниже которого никакой шорох уже не может быть воспринят человеческим ухом, с другой — порог болевых ощущений, выше которого шум воспринимается как болевое ощущение (болевой порог восприятия звука).
Звуковое давление в этих границах выражают в виде логарифмической шкалы с единицей уровня звукового давления — децибел (дБ).
Так как звук является следствием механических колебаний, то уровень звукового давления (в дБ) должен быть связан с определенной частотой колебаний. Под частотой понимают число колебаний в секунду (1 колебание в секунду = 1 Гц). Область интересующих нас частот, т е. частот, рассматриваемых строительной акустикой, лежит в пределах от 100 до 3200 гц.
Взаимосвязь между шкалой децибел и областью человеческого восприятия звуковых колебаний (от порога слышимости до порога болевого восприятия звука) изучена подробнейшим образом. Основные понятия, которыми оперирует строительная акустика, изложены в нормах DIN 4109, ч. 1. Кроме того, имеется масса специальной литературы по этому вопросу, в частности работа [28], рекомендуемая нами заинтересованному читателю.
Вопросы, связанные с акустическими испытаниями и методикой акустических измерений, рассматриваются нормами DIN 52210.
Мероприятия по улучшению защиты от шума в служебных и рабочих помещениях даны в рекомендациях Объединения немецких инженеров (VDI) № 2058 «Оценка производственного шума и защитные меры».
Оценка звукоизоляционных качеств. Согласно нормам DIN 4109, под понятием «Защита от шума» подразумевают такого рода мероприятия, которые уменьшают уровень звукового давления в процессе передачи звука от источника шума к расчетной (измеряемой) точке, причем если источник шума и расчетная точка расположены в разных помещениях, то мы говорим о звукоизоляции, которая обеспечивается ограждающими конструкциями, разделяющими эти помещения, а если источник шума и расчетная точка находятся в одном и том же помещении, то мы говоримую звукопоглощении, которое
95
обеспечивается путем применения соответствующих материалов и конструкций.
В зависимости от вида шума различают изоляцию от воздушного шума и изоляцию от ударного шума. В последнем случае мы вторгаемся частично в область передачи шумов (звуковых вибраций), распространяющихся по конструкциям здания.
В нормах DIN 4109 минимальные требования, предъявляемые к стенам и перекрытиям в части изоляции от воздушного и ударного шумов, сведены в табл. 1. При проектировании стен, перегородок и перекрытий следует также иметь в виду, что в многоэтажных зданиях звук передается как непосредственно через стены и перекрытия, разделяющие соседние помещения, так и косвенным образом, т. е. через конструкции, примыкающие к рассматриваемым-помещениям.
Оценка звукоизоляционных качеств перекрытий и стен производится с помощью показателей звукоизоляции ограждающих конструкций от воздушного шума и от ударного шума* Для определения величины показателя звукоизоляции от воздушного шума могут быть использованы нормативные частотные характеристики (нормативные кривые), приведенные на рис. 1 из норм DIN 4109.
Эти выраженные в дБ нормативные кривые R и R' даны для полосы звуковых частот от 100 до 3200 Гц. Показатель звукоизоляции
* В СССР оценка звукоизоляционных качеств ограждающих конструкций производится по величине уровня изоляции воздушного (ударного) шума — см. СНиП «Защита от шума». (Прим. пер.).
Рис. 1 из норм DIN 4109. Нормативные кривые (частотные характеристики) для оценки изоляции от воздушного шума
96
Рис. 62. Упрощенное изображение результатов испытаний на звукоизоляцию двухслойной межквартирной стены. Вверху — межквартирная стена, двухслойная, вес квадратной единицы поверхности стены — 550 кг/м2
Оценка в соответствии с нормами DIN 4109: показатель звукоизоляции от воздушного шума + 15 дБ; звукоизолирующая способность исследуемой межквартирной стены достаточна
jj—• 15 мм штукатурка
:—175 мм пустотелый, силикатный кирпич
i—20 мм Ьоздушная прослойка
—175 мм пустотелый силикатный кирпич
•—15 мм штукатурка
ограждающей конструкции определяется путем параллельного смещения нормативной частотной характеристики на целое число дБ таким образом, чтобы среднее неблагоприятное отклонение нанесенной на график фактической частотной характеристики от нормативной не превышало 2 дБ. Максимально возможная или минимально необходимая сдвижка нормативной кривой, выраженная в целых дБ, дает нам величину показателя звукоизоляции.
Если показатель звукоизоляции равен 0 дБ, то это означает, что в данном случае выполнены требования нормативной частотной характеристики с соблюдением допустимого среднего отклонения в 2 дБ.
На рис. 62 показаны в качестве примера результаты испытаний звукоизолирующих качеств двухслойной перегородки [27].
Все определенные в процессе эксперимента звукоизоляционные характеристики конструкции расположены выше заданной кривой; показатель звукоизоляции от воздушного шума, равный + 15 дБ, может быть охарактеризован как очень хороший. Двухслойная перегородка соответствует повышенным требованиям в отношении звукозащиты.
Далее мы приводим выдержку из табл. 1 норм DIN 4109, где даны требуемые величины показателей звукоизоляции от воздушного шума стен и перегородок различного назначения — как минимально требуемые, так и величины, характеризующие повышенные звукоизоляционные качества стеновых ограждающих конструкций ([27] и [29]):
Зак. 161? 97
Ограждающие к нструкции Нормативный показатель звукоизоляции от воздушного шума, дБ
минимальные требования повышенная звукоизоляция
Многоэтажные здания, жилые и рабочие помещения Межквартпрные перегородки и стены между различными (рабочими) помещениями О' >3
Стены лестничных клеток и стены, граничащие с вестибюлями 0 >3
Стены, граничащие с проездами и въездами в помещения коллективных гаражей 3 >3
Одноэтажные здания Межквартирные перегородки в сблокированных домах >3
Рестораны, производственные и другие здания, стены которых граничат с жилыми помещениями и посторонними рабочими помещениями 1(У >10'*
Гостиницы, больницы Стены между тихими и шумными помещениями 10'* >10*
Стены между тихими помещениями —3 >0
Школы Стены между учебными помещениями и т. п. 3
Стены между учебными помещениями и рекреациями, лестничными клетками О'
* Для определения комплекса необходимых мероприятий, которые позволили бы получить величину звукоизоляции от воздушного' шума ^10 дБ, требуется специальная экспертиза для каждого конкретного случая.
3.2.2. ОДНОСЛОЙНЫЕ СТЕНЫ
Практика показывает, что удовлетворительная, а в большинство случаев даже повышенная защита от шума наиболее просто достигается при однослойных стеновых конструкциях. Однослойными (в акустическом смысле) являются как стены из однородного материала, так и стены, состоящие из нескольких слоев, но жестко соединенных между собой.
Изоляция от воздушного шума у однослойных стен зависит в первую очередь от веса стены на единицу ее поверхности и, кроме того, от жесткости стены. При увеличении веса стены вдвое звукоизоляция от воздушного шума возрастает на 4 дБ. (Уменьшение распространения звука достигается при массивных однородных стенах за счет отражения звуковых волн.)
98
Пустоты в конструкциях ухудшают звукоизоляционные качества. Это относится к стенам из полого кирпича с отверстиями ромбической формы, а также к кладке из пустотелого кирпича с вертикальными пустотами. Такие стены ввиду их малого веса должны иметь значительно бдльшую толщину по сравнению с массивной кладкой, чтобы обеспечить тот же показатель звукоизоляции от воздушного шума.
Межквартирные стены. На вышеприведенное обстоятельство следует обратить внимание при возведении межквартирных стен и перегородок, которые должны обладать достаточными звукоизоляционными свойствами. Сопоставление различных конструктивных решений кирпичных стен, представленных на рис. 63 [29J, показывает зависимость показателя звукоизоляции от воздушного шума от плот-
Рис. 63. Минимальные толщины однослойных межквартирных стен
4*
99
Рис. 64. Примыкание к межквартирной стене других видов стен и перегородок, способствующих косвенной передаче звука: продольной внутренней стены, общей для обеих квартир (У), внутриквартирных перегородок обеих квартир, примыкающих к межквартирной стене в общей точке (2), внутриквартирной перегородки одной из квартир, примыкающей к межквартирной стене (<?), двухслойной наружной стены из двух жестких слоев со сплошным воздушным промежутком (4)
ности материала и толщины стены, а также соответствие приведенных типов кладки минимальным требованиям табл. 1 норм DIN 4109.
Для межквартирных стен и стен лестничных клеток в многоэтажных жилых домах следует применять кладку толщиной 24 см из полнотелых кладочных материалов при условии тщательного заполнения швов и оштукатуривания стены с двух сторон. В таких стенах ни в коем случае нельзя делать какие-либо борозды, ниши, каналы и т. п. местные ослабления поперечного сечения.
Косвенная передача звука. Звук передается из одного помещения здания в другое не только непосредственно через конст
рукции разделяющих помещения стен и перегородок, но и через другие примыкающие к помещениям строительные конструкции. Вследствие такой косвенной передачи шумов звукоизоляция помещений может оказаться не соответствующей нормативным требованиям, особенно если перекрытия и прочие стены помещений имеют слишком малый вес. При весе разделительных стен и перегородок 350— 400 кг/м2 вес этих примыкающих к помещению конструкций должен быть не менее 250 кг/м2. На рис. 64 показан участок плана соседних помещений двух квартир, разделенных межквартирной перегородкой. Здесь звук может передаваться косвенным путем вдоль стен, примыкающих к межквартирной разделительной стене. Минимальные толщины внутренних стен и перегородок (/), (2) и (3), выполняе-
мых из пустотелого кирпича с вертикальными пустотами при плотности камней 1—1,2 кг/дм3— 17,5 см, при плотности 1,4 кг/дм3 — 14,5 см, а для тех же стен, но выкладываемых из полнотелого кирпича или клинкера при плотности 1,8—1,9 кг/дм3, — 11,5 см.
Вес квадратного метра поверхности общей наружной стены обеих квартир, состоящей из двух жестких слоев материала с воздушной прослойкой (4), учитывая опасность косвенной передачи звука, должен составлять величину 250 кг/м2.
3.2.3. ДВУХСЛОЙНЫЕ СТЕНЫ
В случае необходимости обеспечить повышенный показатель звукоизоляции от воздушного шума при условии уменьшения собственного веса ограждающей конструкции, обращаются обычно
100
к двухслойным стеновым конструкциям. Но двухслойные стены имеют лучшую звукоизоляцию от воздушного шума лишь при соблюдении определенных правил:
1) следует избегать нежелательной упругости стеновой конструкции, так как двойные и многослойные стены на резонансной частоте
дают плохую изоляцию от воздушного шума;
2) резонансная (собственная) частота стены должна быть как можно ниже 100 гц, что достигается путем устройства возможно более широкой воздушной прослойки и при увеличении веса обоих слоев ограждающей конструкции, а также за счет большей разницы жесткостей слоев. С помощью таких конструктивных приемов удается избежать неприятностей, связанных с мембранным эффектом, при котором роль мембран могут выполнять отдельные слои стены, и таким способом ограничить нежелательную передачу звука из одного помещения в другое;
3) для поглощения звуковых волн, возникающих в воздушной прослойке между слоями стены, рекомендуется заполнять пустоту звукопоглощающим материалом (например, матами из стекловолокна или минеральной ваты); незаполненная воздушная прослойка уменьшает звукоизоляционные свойства стены.
Этим условиям удовлетворяет, например, двухслойная стена, состоящая из жесткого слоя (например, гипсовой панели толщиной 8 см) и гибкого облицовочного слоя (например, легкой строительной плиты толщиной 3,5 см). Легкую строительную плиту из древесной шерсти прибивают гвоздями к отдельным стойкам, размещаемым
в пределах воздушной прослойки, так как при непосредственном креплении ее к жесткому слою стены могут возникнуть звуковые мостики.
Особенно тщательно следует выполнять примыкания межквартирных перегородок к другим стенам и перекрытиям. Задача здесь заключается в том, чтобы оба слоя перегородки не соединялись между собой через примыкающие конструкции продольных стен, полови потолков.
На рис. 65 показано примыкание к ограждающим конструкциям описанной межквартирной перегородки. В месте стыка гибкий слой конструкции перегородки отделен от примыкающих конструкций при помощи звукоизолирующих прокладок. В случае устройства «плаваю
Рис. 65. Примыкание к стене двухслойной звукоизолирующей легкой перегородки
1 — 1-см штукатурка; 2 — 8-см гипсовая панель; 3 — 7,5-см воздушная прослойка, в которой размещена минераловатная плита толщиной 2,5 см; 4 — 3,5-см легкая строительная плита; 5 — 1,5-см штукатурка; 6 — 5х5-см деревянный брусок; 7 — изоляционные прокладки (полоски)
101
щих» полой последние следует отделять от стеновых конструкций разделительными швами.
Постоянно встречающаяся ошибка заключается в приклейке или прибетонировке жестких вспененных плит и легких строительных плит из древесной шерсти к массивной стене в надежде добиться лучшей звукоизоляции. Практический результат в таких случаях прямо противоположен желаемому: показатель звукоизоляции от воздушного шума ухудшается из-за возникновения пружинной системы, резонанс которой лежит в неблагоприятной с точки зрения строительной физики зоне частот.
В своей работе [30] Шерр подтверждает это положение на конкретном примере, где в результате двусторонней оклейки изоляционными плитами кирпичной стены толщиной 17,5 см (кирпич с вертикальными пустотами) при оштукатуривании с обеих сторон всей системы показатель звукоизоляции от воздушного шума у несущей стены снизился на 10 дБ.
Сборные стены. Перегородки в конторских помещениях сегодня в большинстве случаев делают легко трансформируемыми, чтобы без больших затрат на перестройку можно было их приспособить к меняющимся во времени требованиям к планировке помещений. Из-за различного назначения соседних помещений (например, размещение машинописного бюро непосредственно рядом с залом для совещаний) к перегородкам такого типа обычно предъявляют повышенные требования по звукоизоляции и поэтому делают их многослойными. Показатели изоляции от воздушного шума, которыми, согласно рекламным проспектам фирм-изготовителей обладает их продукция, бывают получены обычно лабораторным путем и практически из-за наличия монтажных связей перегородок с полами и примыкающими конструкциями стен и перекрытий не могут быть обеспечены. Обычно разница эта составляет — 2 дБ.
На рис. 66 показана конструкция упомянутой легкой перегородки в двух вариантах. В варианте 1 мы видим простую систему стоек из металлических профилей, изоляционный слой толщиной 50 мм из волокнистого материала и двойную обшивку сухой гипсовой штукатуркой. Для этой конструкции звукоизолирующая способность R' равна 47 дБ, а показатель звукоизоляции от воздушного шума достигает — 2 дБ (лабораторные данные).
Конструкция может быть улучшена путем устройства двух рядов стоек с раздельным креплением обшивки из сухой гипсовой штукатурки (вариант2), причем может быть применена сухая штукатурка различной толщины. Эта конструкция при условии осуществления раздельного примыкания слоев к полу и потолку позволяет повысить звукоизолирующую способность R' до 51 дБ, а показатель звукоизоляции от воздушного шума до + 2 дБ.
На рис. 67 показан монтаж стоек перегородки, в которую встроены дверные коробки. Здесь заключается главная проблема всех звукоизолирующих внутренних стен: звукоизоляция всей стены равна звукоизолирующей способности самого слабого в этом
102
Рис. 66. Два примера сборных перегородок с различной степенью звукоизолирующей способности по отношению к воздушному шуму а — вариант 1; б — вариант 2; 1 — 2Х12,5-мм сухая гипсовая штукатурка; 2 — стойки из металлических профилей; 3 — 50-мм изоляционный слой из волокнистого материала; 4 — 15-мм сухая гипсовая штукатурка; 5 — 12,5-мм сухая гипсовая штукатурка; 6 — 40-мм изоляционный слой из волокнистого материала
--------- 7
Рис. 67 Монтаж металлического каркаса перегородки
отношении элемента стены, которым почти всегда являет-ся дверь. Поэтому нецелесообразно ставить в перегородку, звукоизолирующая способность которой составляет 51 дБ, простую внутреннюю дверь, звукоизолирующая способность которой равна 20 дБ.
Однако даже тяжелые дверные полотна с порогом, двойным фальцем и дополнительным уплотнением имеют звукоизолирующую способность всего лишь около 30 дБ. В случае установки таких дверей в проемы стены, звукоизолирующая способность кото
рой в глухой части равна 40 дБ, общая звукоизолирующая способность составит 36 дБ, что считается достаточным для обычных конторских помещений, к которым не предъявляются повышенные требования по звукоизоляции.
Кроме описанной технологии при возведении перегородок каркасной конструкции может быть использована панельная система, при которой крупноразмерные панели перегородок монтируются с применением эластичных прокладок в месте стыковки панелей с элементами пола и потолка и соединяются между собой посредством специальных зажимных приспособлений.
103
3.2.4. ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ
В противоположность звукоизоляции звукопоглощение основано на превращении звука в теплоту в результате потери звуковой энергии на пограничных поверхностях помещения, предметов его оборудования и людей, находящихся в помещении.
Эта потеря энергии возникает преимущественно благодаря глушению звука (диссипации) и может быть дополнительно повышена звукопоглощающей облицовкой поверхностей.
Необходимые для этого мероприятия могут быть определены специалистами в зависимости от назначения помещений, которые нуждаются в особом подходе с точки зрения тщательнейшего оборудования их в акустическом отношении (залы заседаний, церкви и т. д.); пространственная акустика сегодня является специальной отраслью знаний, в основе которой лежат научные методы и которая пользуется сложной электронно-измерительной аппаратурой.
Средства, имеющиеся в нашем распоряжении при возведении зданий и сооружений, т. е. до момента окончательной отделки помещений, позволяют лишь в исключительных случаях получить эффект звукопоглощения. Так, например, известен способ возведения звукопоглощающей кладки с помощью поставленного на ребро дырчатого кирпича, слой которого выкладывается на относе или вплотную к стене. Повышение степени звукопоглощения достигается при оставлении между стеной и звукопоглощающим слоем воздушной
вявиа звннв
в в в а в в в в в в
в а ива в be и в
в 31 s в з g н I в в uasasasans
в вв.
ВЕЯВ
В я Е н В В Н в В В ва в в не па в в язва янваав В Q В В № Q EI б В Я
0 И S В S3 S0 . зававвзв^
гвавявваоз
вивввввивв В BQВНБ И I В
ЗНЕЕВЕЕВйа анвзввв ввв
SBBBB S3 Н Эй И
Рис. 68. Звукопоглощающая стена. Фрагменты фасада и плднд звукопоглощающие плиты
104
прослойки, в которую навешиваются'изоляционные плиты толщиной 20—40 мм и весом около 2 кг/ма таким образом, чтобы они прилегали вплотную к звукопоглощающему слою из дырчатого кирпича (рис. 68) [29].
3.3. НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ С ОБЛИЦОВКОЙ
Если стена вне зависимости от вида кладочных материалов предназначена |для последующего оштукатуривания с наружной стороны [здания, то качественное выполнение штукатурных работ позволяет скрыть все незначительные дефекты кладки, допущенные в процессе ее возведения.
Когда же кладка наружных стен выполняется без последующей наружной штукатурки (такую кладку мы условимся называть «кладкой с облицовкой», или «облицовочной кладкой»), следует особо тщательно подходить к вопросу выбора кладочных и облицовочных материалов, а также обращать большое внимание на качество кладочных работ.
Важнейшее требование, которое предъявляется к любой наружной стене и которое часто не удовлетворяется при кладке кирпичных стен с облицовкой, — это их высокая плотность, препятствующая прониканию наружной влаги в массив стены, что приобретает особое значение при косом дожде.
Такая плотность должна достигаться в основном надежным сцеплением камней и раствора, а также тщательным заполнением швов; кроме того, следует выполнять необходимые требования в отношении прочности кладочных материалов, теплоизоляционных свойств стены, а также достаточной ее паропроницаемости.
3.3.1. ОСНОВНЫЕ понятия
В соответствии с нормами DIN 1053 (разд. 5.1 и 5.2) неоштука-туриваемые снаружи кирпичные стены могут быть классифицированы следующим образом:
3.3.1.1. Однослойная стена с облицовкой (лицевая кладка)
Под этим понятием подразумевается однослойная стеновая конструкция, лицевой кладочный материал которой перевязан с основным массивом стены по всей поверхности их соприкосновения; при этом облицовочный слой входит в общее несущее поперечное сечение стены. Такую кладку следует выполнять с тщательным заполнением всех швов и с надежной их перевязкой. Швы наружной поверхности кладки после расчистки на глубину не менее 1,5 см (а лучше на 2—2,5 см) необходимо тщательно расшивать.
105
$.3.1.2. Двухслойная стена с воздушной прослойкой
В стене такой конструкции облицовочный слой отделен от внутреннего несущего слоя стены воздушной прослойкой толщиной 6— 7 см. Оба слоя кладки следует соединять анкерами из нержавеющей стали (Q 3—4 мм) — не менее 5 анкеров на 1 м2 поверхности стены.
Наружный облицовочный слой должен иметь толщину 11,5 см; каждый ряд камней облицовки следует укладывать на сплошную растворную постель, тщательно заполняя раствором все стыковые швы. Этот слой должен вентилироваться с внутренней стороны, т. е. иметь внизу и вверху соответствующие вентиляционные отверстия (для забора наружного воздуха и для вытяжки), в том числе и на подоконных участках кладки.
В наружном облицовочном слое следует устраивать температурные швы с шагом, зависящим от температурных деформаций материала облицовки.
При статическом расчете наружных стен подобной конструкции и при назначении расстояний между поперечными стенками жесткости учитывают лишь толщину внутреннего слоя кладки.
3.3.1.3. Двухслойная стена без воздушной прослойки
Такая наружная стена состоит из двух слоев кладки, соединенных слоем раствора толщиной 2 см. Этот растворный «диск» образуется в процессе кладки в результате послойного заполнения раствором вертикального шва между облицовочным слоем и массивом стены.
При этой системе кладки (так же, как и при описанной выше) перекрытия опираются только на внутреннюю часть стены. Минимальная толщина наружного слоя 11,5 см. (Анкеровку и способ укладки облицовочного слоя см. 3.3.1.2).
В расчете на прочность учитывают только толщину внутреннего слоя. При определении расстояния между поперечными стенками жесткости и при расчете гибкости толщина стены определяется суммированием толщины внутреннего (несущего) слоя с половиной толщины облицовочного слоя.
Для определения минимальных толщин внутреннего слоя кладки двухслойных наружных стен обоих конструктивных вариантов предназначена табл. 8 норм DIN 1053. Там же приведены и другие нормируемые показатели, а также рекомендуемые дополнительные мероприятия, которые должны учитываться при возведении двухслойных стен в определенных условиях, в том числе для удовлетворения требований по звукоизоляции и теплозащите (например, утолщение слоев или введение дополнительной теплоизоляции на наружной стороне внутреннего слоя). В последнем случае не следует увеличивать расстояние между слоями кладки более чем до 12 см; минимальная толщина воздушной прослойки должна составлять 4 см.
106
3.3.2. ТЕХНОЛОГИЯ КЛАДОЧНЫХ РАБОТ
3.3.2.1. Кладка с облицовкой из искусственных камней
Однослойная лицевая кладка наружной стены должна иметь достаточную толщину, не менее 30 см, причем такая толщина допустима только для тех фасадов, которые хорошо защищены от прямых атмосферных воздействий. Как правило, лицевую кладку выпол-ляют толщиной в 1х/2 камня.
Кирпичную лицевую кладку в большинстве случаев делают из кирпича нормального размера, в то время как для стен той же конструкции, выполняемых из силикатного кирпича, часто применяют кирпич полуторного размера. В любом случае кирпич (глиняный или силикатный) для лицевого слоя должен быть калиброванным, не иметь трещин и поврежденных кромок.
Для однослойной лицевой кладки следует применять полнотелый кирпич (или полнотелые блоки).. При кладке из пустотелых кирпичей или блоков ослабляется горизонтальный шов, так как при укладке камней на растворную постель раствор частично выжимается в пустоты, а при этом нарушается сцепление камней и раствора.
Продольные швы. Для того чтобы надежно защитить кладку от косого дождя, внутренние швы необходимо тщательно заполнять пластичным раствором, не допуская оставления пустот в швах. Кроме того, раствор следует дополнительно зачеканивать кельмой в эти продольные швы на всю их глубину, чтобы тем самым обеспе
чить его соединение с раствором горизонтального шва кладки. В стыковых (вертикальных) швах и на примыкающих друг к другу плоскостях соседних кирпичей также должно быть обеспечено плотное сцепление. Продольные швы в соседних (по высоте) рядах кладки следует устраивать со смещением на V2 кирпича при соблюдении толщины шва 2 см (рис. 69). И для лицевого слоя, и для основного (внутреннего) массива кладки следует применять кирпичи (или блоки) одинакового размера.
Морозостойкость. Облицовка должна быть морозостойкой. Морозостойкий кирпич называют облицовочным (в маркировку такого кирпича вводится буква «V«). Согласно нормам DIN 105, один кирпич на 200 шт. каждой поставляемой партии должен быть соответствующим образом замаркирован.
В соответствии с нормами DIN 106, необходимой морозостойкостью должен об
здание от косого дождя благодаря утолщенным и тщательно заполненным раствором продоль’ иым швам
107
ладать также силикатный кирпич, имеющий следующие величины прочности на сжатие: 35, 25 и 15 мН/м2.
Клинкер. Применение облицовочного клинкера в качестве лицевого кладочного материала в однослойных наружных стенах из-за его высокой плотности и, следовательно, малой пористости представляется сомнительным. Водопоглощение раствора в швах такой кладки намного выше, чем у самого клинкера.
В результате самые незначительные неплотности в швах (например, усадочные трещины на плоскостях сцепления клинкера и раствора) ведут к тому, что дождевая вода по капиллярам проникает в глубину внутреннего кладочного слоя, отличающегося большим влагопоглощением. Из-за высокой плотности клинкера накапливающаяся в массиве стены влага не может выйти наружу и потому перемещается к внутренней поверхности стены. В силу этого клинкер не так хорош для лицевой кладки, как морозостойкий лицевой кирпич, обладающий большей пористостью.
Все эти неприятности, связанные с применением клинкера в качестве облицовочного материала для однослойных наружных стен, особенно усугубляются в зимний период, так как при увлажнении кладки ее теплоизоляционные качества снижаются, и это может приводить к выпадению конденсата на внутренней поверхности стен, поскольку клинкерная облицовка работает как наружный пароизоляционный слой.
Двухслойная кладка с воздушной прослойкой по своей конструкции рассчитана на то, что косой дождь может проникнуть через облицовочный слой. Благодаря наличию интенсивно проветриваемой полости позади облицовочного слоя попадающая внутрь влага, а также диффундирующие изнутри водяные пары испаряются. Благодаря воздушной прослойке исключается перегрев при интенсивном солнечном облучении материала, что снижает температурные деформации кладки.
Вентиляция. Необходимой предпосылкой нормального функционирования конструкции является равномерная и постоянная вентиляция воздушной полости, для чего в стене предусматривается достаточное число вентиляционных отверстий.
„ Согласно нормам DIN 1053, на каждые 20 м2 поверхности стены (включая оконные и дверные проемы) общая площадь вентиляционных отверстий должна составлять 150 см2. Часто отверстия для забора воздуха устраивают в первом ряду кладки непосредственно над верхним слоем гидроизоляции цоколя, оставляя незаполненными участки шириной в х/2 кирпича. Лучше, однако, применять в этих случаях специальные фасонные кирпичи с вентиляционными щелями (рис. 70). Вентиляционные отверстия следует располагать внизу по возможности на высоте 15—20 см от уровня отмостки, а вверху — непосредственно над плоскостью опирания перекрытия верхнего этажа. Вытяжка может производиться также и через систему вентиляционных коробов и блоков в уровне чердачного перекрытия или через полости вентилируемой совмещенной крыши.
108
Рис. 70. Воздухозаборные отверстия двухслойной кладки, выполненные из специальных керамических камней с горизонтальными сквозными щелями
Гидроизоляционные слои. Для отвода попадающей в воздушную полость воды в основании полости двухслойной наружной стены следует устраивать наклонный изоляционный слой.
Ниже плоскости опирания подвального перекрытия этот изоляционный слой может быть соединен с горизонтальной гидроизоляцией стен (рис. 71). Изоляционный слой для отвода воды из вентиляционной полости укладывают на устраиваемую с уклоном растворную стяжку. В качестве гидроизоляционного материала используют прочный рулонный ковер, который, однако, не должен благоприятствовать скольжению.
В местах опирания перекрытий, а также над оконными и дверными перемычками следует тоже предусматривать гидроизоляционные слои, укладываемые с уклоном к наружной поверх-
Рис. 71. Устройство основанил воздушной прослойки между слоем облицовки и несущей частью стены
1 — опирание перекрытия только на внутренний слой; 2 — специальный кирпич с отверстиями, укладываемый на место воздухозаборного отверстия; 3 — теплоизоляционная плита; 4 — стяжка из раствора (под углом)
ности стены.
В местах соприкосновения обоих слоев кладки, например в четвертях оконных и дверных проемов, между слоями кладки следует прокладывать водонепроницаемый изоляционный материал, разделяющий наружными внутренний слои (рис. 72).
Анкеровка. Наружный облицовочный слой следует крепить к несущей части стены через каждые два этажа. Допускаемая нормами DIN 1053 свободная высота стены в 12 м представляется завышенной, а возможность смещения облицовочного слоя по отношению к опоре на треть его толщины (при креплении облицовки через каждые два этажа) — преувеличенной.
109
Рис. 72. Изоляция между двумя сло-ями кладки в месте устройства оконной четверти
1 — изоляционный слой
Крепление облицовочного слоя осуществляется заанкерен
Рис. 73. Размещение стальных анкеров при двухслойной кладке с воздушной прослойкой (по нормам DIN 1053). Внизу — пластмассовая шайба (только при двухслойной кладке с воздушной прослойкой)
слоев кладки следует применять
ными в перекрытии металлическими уголками или непосредственно консольными участками перекрытий; в последнем случае, однако, создается опасность возникновения мостиков холода.
Для взаимной анкеровки обоих
анкеры из нержавеющей стали; применение загнутых вниз проволочных анкеров из-за возможности появления пружинного эффекта в настоящее время запрещено. Для защиты анкеров от влаги в воздушной полости на них надевают пластмассовые шайбы. Расстояние между анкерами (из круглой стали) по вертикали — 25 см, по горизонтали — 75 см (рис. 73).
Двухслойная кладка без воздушной прослойки. При устройстве кладки с облицовкой возможно образование пустот в швах, так как
в процессе кладки внутренние швы часто заполняются сверху жестким, непластичным раствором. Это приводит к тому, что заполнение швов получается некачественным и должное уплотнение раство
ра не достигается.
Этот фактор, а также требование устройства вертикального изоляционного слоя, который бы покрывал всю поверхность наружной стены, приводят к необходимости создания «растворной оболочки» (или вертикального растворного слоя).
Вертикальный растворный шов. Вертикальный растворный шов толщиной 2 см между наружной и внутренней кладкой стены следует выполнять из пластичного раствора для заливки швов, который бы легко проникал во все пустоты и хорошо сцеплялся с поверхностями кладочных камней.
НО
Рис. 74. Гидроизоляция в виде промежуточного слоя штукатурки из раствора группы II или Па при несущем (внутреннем) слое стены толщиной 17,5 см
1— раствор текущей консистенции; 2 — раствор, укладываемый кельмой; 3 — вертикальный растворный шов; 4 — промежуточная штукатурка
Рис. 75. Устройство оконной четверти (примыкание оконного блока к вертикальному растворному шву) 1 — вертикальный растворный шов
Вертикальный растворный слой делается слоями по мере возведения стены; ни в коем случае не следует выкладывать много рядов кладки и лишь затем заполнять этот шов. Для заполнения этого шва нельзя также
применять частично схватившиеся остатки раствора.
Если несущий слой стены имеет толщину 17,5 см, между слоями кладки рекомендуется прокладывать дополнительный слой гидроизоляции. Для этого
на наружную поверхность внутреннего (несущего) слоя наносят промежуточный штукатурный слой из раствора групп II или Па. Напротив этого штукатурного слоя выкладывают облицовочный слой кладки с одновременным устройством вертикального растворного слоя (рис. 74).
Не рекомендуется окрашивать промежуточную штукатурку битумными составами, которые затрудняют диффузию паров и вызывают выпадение конденсата на внутреннем слое кладки (пароизоляция на холодной стороне стены).
Анкеровка. При двухслойной кладке без воздушной прослойки наружная облицовка также должна иметь опирание по всей своей длине и ширине. Соответственно следует защищать от влаги опорную конструкцию.
Как и при кладке с воздушной прослойкой, оба слоя кладки следует соединять анкерами из стальной проволоки; вне зависимости от высоты стены можно применять анкеры диаметром 3 мм.
Оконные четверти. При любом виде кладки с облицовкой четверти проемов рекомендуется образовывать наружным кладочным
111
слоем. Вертикальный растворныйуслой выходит при этом на внут* реннюю поверхность оконной четверти. Зазор между коробкой оконного блока и внутренним кладочным слоем уплотняют обычным способом (рис. 75).
3.3.2.2. Кладка с облицовкой из натурального камня
Подробные указания по кладке с использованием естественного камня даны в разд. 6.2 норм DIN 1053. Как в кладке, выполняемой целиком из естественного камня, так и в облицовке из него природный камень следует укладывать в стену с учетом естественной ориен-
тации его слоев.
Рис. 76. Беспорядочно уложенные куски природного камня в облицовке стены
Рис. 77. Неправильный рисунок швов: вертикальные швы проходят через несколько слоев кладки без перевязки. Правильно выполненная защита стены от воздействия дождевой воды (укладка каменных плит поверх кладки)
Облицовка из натурального камня с забутовкой (или с несущим внутренним кладочным слоем) применяется в настоящее время только для подпорных стенок или в качестве декоративного элемента на наиболее важных в архитектурном отношении участках стен, т. е. для создания архитектурных акцентов. Для более надежной работы конструкции заднюю часть подпорных стенок очень часто выполняют из бетона. При этом вначале выкладывают лицевой слой с отдельными камнями, уложенными тычком; этот слой служит как бы опалубкой для заливаемого затем бетона. После схватывания бетона и снятия опалубки внутренней стороны подпорной стены последнюю окрашивают специальным составом, защищающим материал стены от грунтовой влаги. Если этим мероприятием пренебрегают, то впоследствии происходит выщелачивание извести из растворных швов стены. Чтобы за подпорной стеной не скапливалась инфильтрационная влага, в нижнюю ее часть встраивают керамические водоотводные трубы.
112
Облицовку, выполненную из природного камня, согласно нормам DIN 1053, можно включать в состав ^расчетного сечения стены, если:
облицовочный слой возводится одновременно с основным массивом стены при соблюдении перевязки, причем не менее 30% всех природных камней облицовки должно быть уложено тычком;
тычковые камни должны иметь длину не менее 24 см, причем в основной массив стены их заводят на глубину не менее 10 см;
основной массив смешанной кладки выполняют из искусственных кладочных ма
Рис. 78. Поставленные вертикально облицовочные камни дают негативный зрительный эффект
териалов и, кроме того, кам-ни каждого третьего ряда облицовки укладывают тычком.
Зрительный эффект от кладки из натурального камня определяется в основном правильно выполненной перевязкой камней. Беспорядочно уложенные куски материала, не обладающие лещадной формой, различные размеры камней, сильно различающихся по своей фактуре, придают кладке неестественный и неконструктивный вид (рис. 76).
Но и при хорошей обработке облицовочного камня, которому придана лещадная форма, неправильно выполненный рисунок швов действует раздражающе, когда, например, вертикальные сты-
Рис. 79. Облицовка угла натуральным камнем: высота угловых камней, обработанных на два канта, равна двум нормальным рядам облицовки
ковые швы камней идут через три и более рядов кладки и оптически .нарушают ритм перевязки. Это хорошо видно на фотографии, приведенной на рис. 77.
Ошибка, часто допускаемая при такого рода облицовке, заключается в вертикальной установке отдельных камней. Это ухудшает общее впечатление от кладки. Вертикальная постановка камней
113
неестественна и не соответствует требованию о том, что длина камня, применяемого для кладки стены, не должна быть меньше его высоты (рис. 78).
В углах следует класть большие, обработанные с двух сторон камни. Обычно их высота равна двум нормальным рядам облицовки. На рис. 79 показана хозяйственная постройка, в которой хорошо выполнена облицовка угла натуральным камнем; к сожалению, камни в верхней части здания слишком малы и размеры их очень разнообразны, что приводит к значительному увеличению толщины швов, так что камни как бы «плавают» в слое раствора.
В соответствии с нормами DIN 4117, подпорные стенки, облицованные натуральным камнем, должны быть защищены и от грунтовой влаги, поднимающейся снизу, хотя бы одним слоем горизонтальной гидроизоляции. Для защиты кладки сверху от дождевой воды следует, как правило, предусматривать плитное покрытие стенок из того же природного камня (см. рис. 77).
3.3.2.3. Облицовочные стенки
Под понятием «облицовочные стенки» имеются в виду самонесущие лицевые стенки из искусственного (в исключительных случаях— из естественного) камня, которые на каждом этаже крепятся к железобетонным перекрытиям или к специальным консолям из стальных уголков.
Для устройства наиболее тонких самонесущих облицовочных стенок может быть использован узкий облицовочный камень, применяемый обычно для устройства декоративных поясков на фасадах, но так как этот камень тоньше всех ранее упоминавшихся облицовочных материалов, то при кладке облицовочных стенок должны быть обеспечены:
надежное сцепление стенки с несущей конструкцией;
связь с несущей частью стены (5 проволочных анкеров из нержавеющей стали на 1 м2 поверхности стены);
особо эффективное водозащитное покрытие таких стенок.
Кладка облицовочных стенок. Для надежного сцепления облицовочной стенки с основным массивом стены на последнюю со стороны будущей облицовки сначала наносят набрызгом цементный раствор, а затем штукатурят ее раствором группы II или Па (толщина штукатурного слоя 1,5 см). В процессе последующей кладки облицовочной стенки из «поясных» камней, как и при устройстве двухслойной облицовочной кладки без воздушной прослойки, производят послойную заливку пластичного раствора в вертикальный растворный слой толщиной 1,5—2 см (рис. 80).
Температурные швы. В тонких облицовочных стенках температурные влияния сказываются больше, чем в толстых. Кроме того, нагрев тем интенсивнее, чем темнее материал облицовки, так как темная поверхность стены практически не отражает подающие на нее солнечные лучи.
114
Исследования. Федерального объединения германской промышленности по производству кирпича [31] показали, что при температуре наружного воздуха + 26° С белая ткань под прямыми лучами солнца нагревается до +35° С, зеленая — до +55° С, а черная — до +65° С. В зависимости от коэффициента температурного удлинения облицовочного материала в тонких облицовочных стенках должны быть предусмотрены свои температурные швы вне зависимости от шага деформационных швов в здании.
Рис. 80. Промежуточная опора облицовочной стенки
1 — слой набрызга; 2 — промежуточная штукатурка; 3 — вертикальный растворный шдв; 4 — проволочный анкер; 5 — теплоизоляционная плита; 6 — стальной .уголок; 7 — направляющая; 8 — герметик
При этом фасад следует членить таким образом, чтобы горизонтельные швы облицовки назначались в зависимости от высоты этажа, например, под каж-
дым опорным элементом
облицовки, а вертикальные — с шагом 6—8 м. Особенно важно устройство вертикальных температурных швов вблизи углов здания.
Температурные швы в облицовочных стенках следует уплотнять долговечными эластичными герметиками. (Устройство таких швов и уплотняющие материалы для них см. в разд. 3.7.)
3.3.3. РАСТВОРЫ ДЛЯ КЛАДКИ СТЕН С ОБЛИЦОВКОЙ
Качество кладочного раствора зависит от вида вяжущего и от объема пустот в применяемом песке. Чем меньше этот объем, тем меньше и содержание вяжущего в растворе. Поэтому в рассматриваемом случае рекомендуется применять песок смешанного гранулометрического состава с размером зерен до Змм. В хорошем растворе все пустоты песка полностью заполняются вяжущим. Плохо составленный и затворенный раствор особенно неблагоприятно скажется на качестве кладки облицовочного слоя.
Для лицевой и облицовочной кладки, в соответствии с нормами DIN 1053, предпочтительны кладочные растворы групп II и Па, например, раствор, составленный из цемента, извести-пушонки и песка в соотношении 1 1 6 (в объемных частях) при отношении
115
вяжущего к песку 1 : 3. Для получения стойкой к воздействию косого дождя лицевой кладки и кладки с облицовочным слоем также очень хорошо применять раствор на высокосортной гидравлической извести с добавкой трасса при том же отношении вяжущего к песку (1 3). Более подробные данные по подбору составов кладочных растворов, а также расход материалов — см. [32].
Раствор для заливки швов должен быть особенно пластичен, чтобы легко заполнять все пустоты кладки. Проще всего применять для кладки стен и для заливки внутренних швов один и тот же раствор, изменяя лишь его консистенцию. Чтобы обеспечить одинаковое качество раствора в процессе сооружения здания, все составляющие раствор материалы следует точно дозировать по весу. Раствор не должен обладать гидрофобностью (по отношению к воде, которой он затворяется), сцепление его с кладочным материалом должно быть гарантировано.
Раствор для расшивки швов не должен обладать большей плотностью, чем кладочные камни; водопоглощение раствора и камней должно быть одинаковым. Поэтому в растворе для расшивки не должно быть уплотняющих добавок.
Хорошо зарекомендовал себя в качестве материала для расшивки швов раствор следующего состава [33]:
2 части портландцемента, 2 части сухой гашеной гидравлической извести (пушонки), 1 часть порошкообразного трасса, 8 частей чистого песка смешанного гранулометрического состава (до 2 мм).
В процессе кладки наружные швы следует своевременно расчищать на глубину 2—3 см.
Не рекомендуется за один раз затворять раствора больше, чем может быть выработано в течение 2 ч. Слишком сухой раствор для расшивки швов становится пористым после схватывания и легко вымывается из швов дождевой водой. Расшивка производится при стыках вразбежку за два приема: сначала расшиваются вертикальные швы, затем — горизонтальные, а при втором проходе — в обратном порядке.
При опасности слишком быстрого высыхания раствора под воздействием солнца или сильного ветра свежерасшитые швы укрывают брезентом (парусиной) или опрыскивают водой.
3.3.4. ДЕФЕКТЫ НАРУЖНЫХ ОБЛИЦОВОЧНЫХ И ЛИЦЕВЫХ СТЕН, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ ОШИБКАМИ,
ДОПУЩЕННЫМИ В ПРОЦЕССЕ КЛАДКИ
Из ошибок, наиболее часто допускаемых при возведении наружных стен с облицовкой и ведущих к появлению дефектов, следует упомянуть следующие:
1) Давленые швы, которые образуются при нанесении на поверхность камня слишком большого количества раствора; под давлением соседних стыкующихся камней раствор выжимается во все'стороны в виде валика. В таких случаях невозможно избежать пустот
ив
Рис. 81. Вкладная рейка для защиты воздушной полости от образования растворных «мостиков».
в швах; исходя из этого следует настоятельно рекомендовать послойное заполнение
Рис. 82. Неправильно выполненная опора облицовочного слоя наружной стены 1 — плоскость опоры имеет глубину всего лишь 3 см!
Теплоизоляционная плита дает осадку — необходим стальной уголок!
внутренних швов специальным пластичным раствором для заливки швов;
2) вентиляцию воздушной прослойки часто выполняют небрежно, а иногда о ней даже забывают. Застойный воздух в вентиляционной полости способствует процессу теплопередачи, так как слои воздуха, примыкающие к теплой поверхности внутреннего массива кладки, поднимаются вверх, а слои воздуха, находящегося у холодной поверхности облицовочного слоя кладки, опускаются; воздух циркулирует и выводит наружу внутреннее тепло помещения. Кроме того, создается опасность образования
Рис. 83. Оригинальный рисунок кирпичной кладки наружной стены, выполнение которого с технической точки зрения нецелесообразно из-за опасности увлажнения массива стены
конденсата в цокольной зоне;
3) зачастую в процессе кладки наружного слоя стены не удается предотвратить попадание раствора в вентилируемую полость. Образова-
ния растворных «мостиков» можно избежать при помощи деревян-
ной рейки, которую укладывают в воздушную полость на крепеж-
ные анкера и по мере возведения стены вытягивают вверх вместе с упавшими на нее комьями раствора (рис. 81);
4) облицовочный слой кладки должен иметь надежную опору достаточной площади. На рис. 82 показано неправильно выполненное опирание облицовочного слоя, при котором из-за осадки утеп
117
лителя и соответственно нижнего слоя облицовки образуются трещины в облицовочном слое и как следствие возникают промочки наружной стены. В этом случае в качестве опорного элемента следовало бы применить уголок из нержавеющей стали;
5) для расшивки швов часто применяют слишком сухой раствор (землисто-влажный раствор не годится для расшивки). До начала расшивки следует хорошо увлажнить облицовку, чтобы водопогло-щение кладки не снижало влагосодержания раствора, которым заполняют наружные швы. Не следует слишком интенсивно заглаживать швы в процессе их расшивки, так как при этом вода выжимается из швов, и на пленке вяжущего на поверхности швов позднее могут появиться усадочные трещины;
6) не следует оставлять в облицовке гнезда для опирания наружных лесов (подмостей), так как впоследствии их не удается достаточно надежно заложить облицовочным материалом и заделать раствором. Подмости для облицовки и лицевой кладки не должны опираться на стену;
7) необходимо предостеречь от некоторых декоративных приемов кладки, когда часть лицевых камней выдвигается из общей плоскости стены. В таких случаях не гарантируется надежное и равномерное заполнение лицевых швов раствором; наличие плоских и скошенных швов способствует образованию трещин, которые в сочетании с дождевой влагой приводят к промоканию стены (рис. 83).
Прочие возможные случаи дефектов в облицовке наружных стен изложены в работе [34].
3.4. ПРОЧИЕ КОНСТРУКЦИИ СТЕН
Помимо стен из кирпича (глиняного и силикатного), а также из сборных железобетонных изделий, широкое распространение в строительстве получили легкобетонные стены. Легкобетонные блоки наружных стен изготовляются с применением пористых заполнителей на гидравлических вяжущих и в большинстве случаев имеют замкнутые воздушные поры.
Армированный легкий бетон (конструктивный легкий бетон) во всевозрастающих масштабах применяется для возведения несущих элементов зданий благодаря малому (по сравнению с обычным тяжелым бетоном) объемному весу и высоким теплоизоляционным качествам.
Пустотелые стеновые блоки из естественной пемзы (нормы DIN 18151) уже давно зарекомендовали себя с самой лучшей стороны; крупноразмерные блоки из пемзы пригодны для возведения всех видов стен, а для конструкций перегородок специально изготавливаются пемзовые «доски» (нормы DIN 18162).
Газобетон автоклавного производства применяется для изготовления крупноразмерных стеновых элементов, стеновых панелей, а также панелей перекрытий и покрытий. Сборные элементы из га
118
зобетона, выполненные в соответствии с нормами DIN 4165, обладают малым весом и хорошими теплоизоляционными свойствами.
Стены с несущим бетонным ядром и облицовкой из утеплителя в последнее время применяют в жилищном строительстве все чаще благодаря простоте изготовления и оптимальности конструкции с точки зрения статики. Такие стены возводят из сборных легкобетонных элементов, которые заливают на высоту этажа бетоном марки 150. Изнутри помещения их дополнительно утепляют плитами из полистирола. Эти легкобетонные элементы в конструктивном отношении принадлежат к группе так называемых опалубочных камней.
Фахверковые стеновые конструкции в настоящее время применяются сравнительно редко, однако при строительстве зданий с поперечными несущими стенами, а также в сборном строительстве они вновь получают распространение. Фахверковые стены относятся к наиболее старым конструктивным решениям, в которых применялся принцип предварительной заготовки элементов стен (детали конструкций изготовлялись не на месте строительства, а в мастерской плотника и лишь затем устанавливались непосредственно на свое место в строящемся здании). К фахверковым системам относятся также и конструкции из легких небетонных сборных элементов, представляющие собой панели на деревянном каркасе, обшитом с обеих сторон листовыми материалами, имеющие внутри слой теплоизоляции. Традиционный фахверк отличается наличием деревянного каркаса, выходящего на поверхность наружной стены.
3.4.1. СТЕНЫ ИЗ ЛЕГКОГО БЕТОНА
Наиболее распространенным типом таких стен являются стены из легкого бетона с заполнителем из естественной пемзы. Из пемзобетона изготовляют полнотелые, пустотные и U-образные блоки, а также «доски», объемные блоки для дымоходов и перемычечные камни.
Для наружных стен в основном следует использовать блоки толщиной 24 и 30 см с вертикальными пустотами в три ряда по ширине блока. В то время как стены из ранее применявшихся блоков с двумя рядами пустот в большинстве случаев возводились методом штучной кладки с оставлением вертикальных стыковых швов, заполняемых раствором, современные блоки с тремя рядами пустот, имеющие увеличенную с 49 до 49,5 см длину, позволяют вести кладку поточным способом: камни укладывают вплотную (без зазора) на разровненную растворную постель, а затем заполняют раствором внутренние вертикальные отверстия в местах примыкания камней друг к другу (рис. 84). Пустотные и полнотелые блоки выпускаются трех классов по прочности (25, 50 и 75 кг/см2), их маркировка соответственно НЫ25, НЫ50 и НЫ75.
Чтобы кладка стен из пустотелых легкобетонных блоков была бездефектной, следует соблюдать следующие условия:
119
Рис. 84. Стены из многопустотных легкобетонных блоков: заполнение раствором вертикальных швов при штучной укладке блоков (наверху), поточная кладка из блоков с тремя рядами пустот (внизу)
1) проектирование стен зданий из легкобетонных блоков следует вести с соблюдением принципа модульной сетки (модуль 12,5 см, согласно нор-
Рис. 85. Конструкция перемычки с применением U-образного облицовочного камня
1 — теплоизоляционная плита: 2 —-доска из пемзобетона; 3 — арматурный пояс 2012
мам DIN 4172 «Модульная система
в многоэтажном строительстве»). Это необходимо для" того, чтобы набор дополнительных блоков (см. нормы DIN 18151, разд. 6) для перевозки и для устройства проемов и отверстий был ограничен и мог быть заранее заказан;
2) не следует применять так называемую смешанную кладку, укладывая вместо доборных блоков кирпич. На стройплощадке всегда должны быть в запасе мелкоразмерные полнотелые камни из пемзобетона как замена дополнительных пустотелых блоков. Для перемычек следует применять U-образные блоки с четвертями и без них; для теплоизоляции торцов перекрытий необходимы спе-
циальные прокладки из термоизоляционных материалов, однако такие прокладки не должны выходить на фасады, чтобы не нарушать однородности основания под наружную штукатурку (рис. 85);
3) в зданиях из пемзобетона высотой более двух этажей и протяженностью более 18 м (см. 3.1.3) в наружных и поперечных внутренних стенах, согласно DIN 1053, следует устраивать арматурные
пояса;
4) для устройства вертикальных борозд следует в основном применять специальные блоки, причем для стенок жесткости и стен, жесткость которых должна!быть повышена, можно использовать рекомендации табл. 5 норм DIN 1053. Ниши и борозды, которые нельзя выполнить в процессе кладки из-за отсутствия необходимых для получения перевязки доборных блоков, следует делать после возведения стен с помощью специальных перфораторов; выдалбливание штраб традиционным способом не допускается.
120
Устройство горизонтальных борозд без соответствующих статических расчетов возможно с ограничениями, изложенными в разд. 3.1.3. При кладке стен из многопустотных блоков глубина ниши не должна превышать 1/3 толщины стены. При кладке стен из однопустотных блоков возможность устройства ниш следует проверять статическим расчетом;
5) для кладки стен из пустотелых легкобетонных блоков применяют только известково-цементный раствор (растворы групп II и)Па) или цементный раствор группы III. При кладке на цементном растворе можно применять пластифицирующие добавки, например известь-пушонку или известняковую муку;
6) поскольку вероятность повреждения легкобетонных изделий от случайных ударов велика, их транспортировка и укладка в дело требуют аккуратности. Легкобетонные блоки, имеющие различную прочность, складируются отдельно. На стройплощадке легкобетонные материалы необходимо защищать от увлажнения, укрывая их пленкой или брезентом, так как кладку из влажных камней вести трудно, а в процессе высыхания они дают сильную усадку;
7) необходимо обращать внимание на маркировку легкобетонных изделий. В ФРГ установлен единый для всех изделий из лег-кобетона знак качества, в нижней части которого указан материал заполнителя.
Более подробные данные по оценке выпускаемой промышленностью стройматериалов ФРГ легкобетонной продукции изложены в работе [351.
Перечисленные основные требования относятся не только к легкобетонным изделиям с заполнителем из естественной пемзы, но и к пустотелым блокам из термозитобетона (DIN 4153), и к пустотелым блокам из шлаковой пемзы (DIN 4154).
Блоки и панели из газобетона должны удовлетворять требованиям норм DIN 4165. Здесь имеются в виду изделия из мелкозернистого кварцевого песка на известковом или цементном вяжущем, газообразование в которых осуществляется за счет добавок алюминиевой пудры (материалы, известные под названиями итонг и сипорекс).
Другой принцип изготовления легких бетонов состоит в применении искусственно вспученного заполнителя (вспученный сланец, керамзит). Керамзит поступает в продажу под различными торговыми названиями, из которых наиболее известное — лека (Light Expanded Clay Aggregate).
В связи с возрастанием значения эффективной теплозащиты в сочетании с требованием минимально необходимой по конструктивным соображениям толщины стены в настоящее время выпущены керамзитобетонные стеновые блоки с дополнительным теплоизоляционным слоем из пенополистирола, которые с большим успехом применяются в строительстве.
3.4.2. СТЕНЫ С НЕСУЩИМ БЕТОННЫМ ЯДРОМ И УТЕПЛЯЮЩЕЙ ОБЛИЦОВКОЙ
В данном случае имеется в виду такая конструкция, при которой стена монтируется из пустотелых легкобетонных блоков-оболочек или опалубочных блоков из древесноопилочного бетона, укладываемых насухо с перевязкой. После того как смонтирован один этаж, отдельными участками производится заливка пустот обычным бетоном (марки 150 или 250). Для полноценного заполнения всех вертикальных и горизонтальных пустот кладки бетон следует уплотнять глубинным вибратором.
Для улучшения теплоизоляционных свойств пустотелых блоков
их дополнительно утепляют слоем жесткого пенопласта, укладываемым в зоне, подлежащей заполнению бетоном (рис. 86).
Конструкции таких стен должны соответствовать требованиям норм DIN 1053 (см. 3.1).
Преимущества описанной системы возведения стен заключаются в монтаже «насухо», в создании конструктивно оправданного бетонного ядра, быстром схватывании бетона благодаря малому водо-потреблению, а также хороших звуко- и теплоизоляционных свойствах стены. Возведение таких стен возможно и в зимних условиях, поскольку не требует применения раствора для заливки швов.
Как и при обычном строительстве из пустотелых блоков, на площадке должен быть запас дополнительных опалубочных блоков (угловых, для борозд, ниш и т. д.), что требует тщательной подготовки к строительству еще в процессе проектирования здания.
Описанная технология возведения наружных стен проблематична, если последние не штукатурятся снаружи и изнутри, а прикрываются с наружной стороны на относе навесными облицовочными
Рис. 86. Оболочковый с утепляющим слоем пласта 1 — 4-см жестк пеноги ность блока
легкобетонный блок из жесткого пено-
2 — несущая поверх-
панелями декоративного характера, а изнутри обшиваются сухой гипсовой штукатуркой.
Поскольку при монтаже нет необходимости в устройстве горизонтальных швов, качество вертикальных швов зависит от тщательности изготовления отдельных блоков и принятой при этом системы допусков. Не должна иметь место разница в размерах даже в несколько миллиметров.
Если же бетон-наполнитель из-за небрежной работы каменщиков и рабо
122
Чих, изготовивших опалубочные блоки, не заполнит все пустоты, что вполне может произойти в процессе перелива бетонной смеси в боковые полости перевязанных по высоте опалубочных элементов, то неоштукатуренная стена будет легко продуваться ветром.
Из-за плохой стыковки блоков в многоэтажном жилом доме может возникнуть растяжение в конструкции наружной стены. Воздушный поток в полости между стеной и облицовкой, выполненной на относе, а также точечное крепление плит сухой гипсовой штукатурки дополняют общую картину создания системы ветровых «каналов», так что поток воздуха ощущается даже в местах установки розеток электропроводки в квартирах верхних этажей, расположенных со стороны наветреннего фасада.
В подобных случаях двухслойную наружную штукатурку необходимо наносить на поверхность стены до того, как будет смонтирован облицовочный экран фасада. Простого набрызга при этом недостаточно, так как он не может считаться штукатурным слоем и из-за неизбежных усадочных трещин не является эффективным уплотнением стеновой поверхности.
Засыпными легкобетонными стенами в соответствии с нормами DIN 4232 являются несущие неармированные стены из монолитного легкого бетона рыхлой структуры (класс прочности от Lbn 20 до Lbn 80). Такие стены вообще редко применяются в многоэтажном строительстве, вследствие чего здесь мы не вдаемся в детали их изготовления.
Возведение засыпных легкобетонных стен требует от строителей точного знания свойств применяемого материала, а поэтому такие конструкции следует выполнять лишь с привлечением опытных специалистов (см. DIN 4232, разд. 6, 7 и 8 [19].)
3.4.3. ФАХВЕРКОВЫЕ СТЕНЫ
Традиционные деревянные фахверковые конструкции в принципе аналогичны современным металлическим каркасным конструкциям, однако последние представляют собой настолько обширную область применения, что в настоящей книге мы не смогли бы коснуться даже незначительной доли вопросов, связанных с использованием металлического каркаса в конструкциях зданий и сооружений. Интересующегося читателя можно адресовать к соответствующей литературе [37].
Фахверком называют, как правило, несущую конструкцию каркаса, заполнение которой делается из ненесущих элементов, например из тонкостенной кладки, легких строительных плит или теплоизоляционных материалов. Деревянные фахверковые стены проектируются и возводятся с соблюдением требований, изложенных в нормах DIN 1052 «Деревянные конструкции. Расчет и производство работ».
Конструктивными элементами деревянного фахверка являются нижняя обвязка, стойка, раскос, верхняя обвязка и ригель (рис. 87).
123
Рис. 87 Конструктивные элементы деревянного фахверка (а). Примыкание кирпичного заполнения фахверка к стойке (б)
1 — балки перекрытия; 2 — верхняя обвязка; 3 — перемычечный (надоконный) ригель; 4 — раскос; 5 — стойка; 6 — подоконный ригель; 7 — нижняя обвязка; 8 — деревянная стойка; 9 — направляющая- 10 — соединительный анкер; 11 — заполнение шва; 12 — долговечный герметик
Рис. 88. Двухэтажный фахверковый дом с улучшенной конструкцией каркаса и надежно примыкающим к фахверку заполнением
Нижняя обвязка, связанная с фундаментом (и монолитным перекрытием подвала), образует несущую горизонтальную раму фахверка. Она должна выступать на 2 см над цоколем, ее защита от грунтовой влаги обеспечивается горизонтальной гидроизоляцией (толем).
Стойки связаны с нижней и верхней обвязками, стыки этих элементов осуществляются врубками в шип. Расстояние между стойками обусловлено в большинстве случаев шириной оконного проема (не более 1 м). Продольная жесткость (в плоскости стены) обеспечивается раскосами, которые ставятся между нижней обвязкой и стойкой или между нижней и верхней обвяз
ками. Последний вариант предпочтительнее из-за отсутствия острых углов, которые) влекут за собой ряд сложностей при устройстве заполнения стен.
Ригели устанавливаются в большинстве случаев в уровне подоконников и перемычек и работают на изгиб из плоскости стены (обеспечивая поперечную жесткость конструкции).
124
Способы соединения отдельных элементов фахверка между собой изложены в соответствующей литературе [20].
В наше время архитекторы ведут спор вокруг проблемы реставрации старых фахверковых построек, разрабатывают средства и способы сохранения старых конструкций, которым грозит разрушение. На рис. 88 показан двухэтажный дом фахверковой конструкции, каркас которого обновлен и импрегни-рован, что особенно важно для опорных концов балок, так как торцы их открыты для атмосферных воздействий.
Заполнение фахверка. Слабым местом рассматриваемой конструкции обычно является примыкание кладки к несущей деревянной конструкции, поскольку растворные швы в этих местах имеют различную ширину из-за неровностей кромок деревянных элементов, особенно если древесина при ремонте обтесывалась. Раствор частично проникает в древесину и с течением времени выкрашивается (рис. 89).
Если во вновь строящихся фахверковых зданиях каркас делают из невысушенной древесины, то упомянутые неприятности усугубляются
Рис. 89. Небрежно выполненное примыкание кладки к фахверку
Рис. 90. Повреждение нижней обвязки фахверка, несмотря на наличие слоя изоляции над фундаментной кладкой из натурального камня
усушкой древесины поперек волокон. Поэтому выравнивание резко различающихся свойств обоих материалов фахверка —деревянного кар-
каса и кирпичного (в общем случае) заполнения — по отношению к температурно-влажностным воздействиям следует осуществлять введением промежуточного элемента.
Таким элементом может быть, например, направляющая, которую привинчивают к боковой грани стойки. К ней крепят соединительные
125
Рис. 91. Тот же фахверк после оштукатуривания кладки жидким раствором, окраски деревянного каркаса и устройства специального цокольного профиля в месте примыкания нижней обвязки к фундаменту
Рис. 92. Неправильная конструкция нижнего узла фахверка: стойка опирается непосредственно на бетонную конструкцию цоколя. Результаты: расщепление древесины из-за обжатия торца стойки, проникание дождевой влаги внутрь древесины
анкеры, заделываемые в швы кладки. Вертикальные швы, остающиеся по обеим сторонам направляющей, заполняют поропластовыми шнурами- и уплотняют долговечными мастиками, обладающими высокой эластичностью (см. рис. 87, б).
Изучение старых фахверковых построек позволяет сделать вывод о том, что почти всегда разрушение деревянного каркаса начинается с нижней обвязки. Причиной этого является каменный фундамент, который высту
пает вперед относительно плоскости наружной стены. Дождевая вода и влага от тающего снега скапливаются на этом цокольном выступе и постепенно разрушают древесину нижней обвязки фахверка; кроме того, зачастую отсутствует гидроизоляция между цоколем и бруском нижней обвязки фахверка.
На рис. 90 и 91 показаны детали нижней части фахверковой стены до и после проведения ремонтных операций. В данном случае цоколь здания, выполненный из природного камня, имеет скос наружу, брус нижней обвязки несколько приподнят над цоколем и защищен слоем изоляционного материала (толя). В процессе реставрации здания в шов между цоколем и нижней обвязкой была дополнительно вставлена планка со скосом в верхней части,
играющая роль отлива.
Пренебрегать устройством нижней обвязки и опирать стойки фахверка непосредственно на бетонную конструкцию фундамента (цоколя) недопустимо. В таких случаях происходит обжатие тор-
126
цов стоек, в результате чего они расщепляются и трескаются. Под воздействием увлажнения, в частности стекающей по фасаду дождевой воды, и вследствие нарушения структуры древесины в нижней части стойки в ней начинается процесс гниения. На рис. 92 показан подобный дефект фахверковой конструкции.
Устройство узла опирания фахверковой стены на цоколь. Главное условие правильного решения узла основания фахверковой стены — достаточная высота цокольной части здания. Согласно требованиям норм DIN 4117 «Защита зданий и сооружений от грунтовой влаги», минимальная высота цоколя над уровнем отмостки должна составлять 30 см.
Рис. 93. Опирание фахверковой стены на цоколь здания
1 — обшивка; 2 — легкая строительная плита; 3 — пароизоляция; 4 — сухая гипсовая штукатурка; 5 — бесшовный пол на изолирующем основании («плавающий» пол)
В данном случае рекомендуется довести эту высоту до 50 см.
Если фахверковая конструкция предусматривает устройство наружной облицовки фасада, например путем обшивки тесом, то нижняя кромка этой облицовки должна быть ниже уровня гидроизоляции фахверка и играть роль капельника (рис. 93). Теплоизоляционный слой в этом случае крепят на гвоздях с внутренней стороны деревянного каркаса или прижимают рейками к элементам фахверка. Изнутри стена может быть оштукатурена, однако из-за склонности древесины к усадке целесообразнее обшивать стену с внутренней стороны листовым материалом (сухая гипсовая штукатурка). С внутренней стороны теплоизоляционного слоя необходимо предусмотреть пароизоляцию, по крайней мере для помещений с повышенной влажностью.
В качестве наружной облицовки можно применять обшивку из досок, располагаемых горизонтально или вертикально и сплачиваемых в шпунт или в четверть; это требует предварительного штшсептирования применяемой древесины.
Для зданий щитовой конструкции, которые в настоящее время широко распространены в одноэтажном сборном жилищном стро-тельстве, предназначено дополнение к нормам DIN 1053 («Проектирование и строительство деревянных домов щитовой конструкции»).
Согласно нормативным требованиям, двустороннею обшивку щитов следует выполнять из древесностружечных или клееных фанерных плит; если же от щитов требуется высокая устойчивость, следует применять дощатую обшивку щитов.
Обследование состояния сборных наружных стен и их облицовок В эксплуатируемых домах щитовой конструкции, проведенное Ган-
1.27
Рис. 94. Опирание наружной стены сборно-щитового деревянного дома на цоколь
1 — 5-мм штукатурка с применением синтетических смол по стеклоткани, покрытой полиэфирной смолой; 2 — 8-мм древесностружечная плита (на связке из клея V 100) — DIN 68761; 3 — 30Х16-мм деревянная рейка (вентиляционная полость); 4 — 8-мм древесностружечная плита (на связке из клея V 100) — DIN 68761; 5 — ЮОХЮО-мм брусок несущего каркаса щита: 6 — 100X16-MM деревянная рейка щита; 7 — 100-мм плита из пенопласта DIN 18164;
8 — 8-мм древесностружечная плита (на связке из клея V 100) — DIN 68761
новерским научно-исследовательским институтом по строительству, показало, что стойкость деревянных щитовых наружных стен по отношению к внешним воздействиям зависит от вида клея, примененного для проклейки материала обшивки щитов [38].
Те же исследования подтвердили достаточную устойчивость к атмосферным воздействиям щитов, выполненных из древесностружечных плит со связкой на клеях V 100 и V 100 G, а также клееных фанерных плит с применением клея AW 100.
Опираясь на выводы названного исследования, можно считать, что применение древесностружечных плит и клееной фанеры в качестве обшивочного материала для наружных стен сборно-щитовых домов не вызывает сомнений*, если соблюдены следующие условия:
цоколь имеет достаточную высоту над уровнем земли (не менее 30 см, но лучше 50 см);
швы между щитами не зашпак-
леваны, а уплотнены специальными профилями, защищающими их от атмосферных воздействий; клей, применяемый при изготовлении материалов обшивки сбор-
ных щитов, соответствует условиям эксплуатации древесноструже-ных и древесноволокнистых плит, а также плит из клееной фа-
неры;
покрытие обшивки из древесностружечных плит выполнено полиэфирными смолами по стеклоткани с последующим оштукатуриванием поверхности растворами на искусственных смолах; покрытие закрывает не только наружную поверхность, но и боковые
кромки щита;
проветривание наружной древесностружечной плиты осуществляется с помощью вентиляционных отверстий в нижней рейке, размещаемой между облицовкой и наружным слоем обшивки щита.
На рис.® 94 показан схематический разрез по наружной стене сборно-щитовой конструкции, выполненной согласно требованиям дополнений к нормам DIN 1052.
* В климатических условиях ФРГ (Прим. пер.).
1?8
3.5. УВЛАЖНЕНИЕ СТЕН
Стены зданий, помимо функций несущих и звукоизолирующих конструкций, должны выполнять еще ряд других важных задач:
защиты от атмосферных воздействий (наружные стены),
теплозащиты и аккумулирования тепла,
выравнивания влажности.
На рис. 95 условно изображены основные теплотехнические функции наружной стены.
3.5.1. ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
Наружные стены должны надежно защищать внутренние объемы зданий и сооружений от проникания любых атмосферных осадков, а также не допускать увлажнения несущей части стеновой конструкции.
Чтобы обеспечить это, 'материал наружного слоя стены должен быть достаточно плотным. При этом следует соблюдать некоторые элементарные требования строительной физики
Рис. 95. Теплотехнический принцип конструкций наружной стены
А — наружная поверхность; Б — внутренняя поверхность
1 — теплоизоляция, возрастающая по мере приближения к наружной поверхности; 2 — диффузионная способность, возрастающая по мере приближения к наружной поверхности; 3 — всасывающая способность (капиллярность), возрастающая по мере приближения к внутренне?! поверхности; 4 — теплоаккумулирующая способность, возрастающая по мере приближения к внутренней поверхности
в отношении тепло- и пароизоляции;
конечная цель проектирования наружных стен — создание наиболее продуманной и целесообразной конструкции из имеющихся в*распоряжении строительных материалов путем подбора наиболее рационального их сочетания. При этом, конечно, всегда
предпочтительнее такие конструктивные варианты, при которых наружная стена составляется из различных материалов, каждый из которых выполняет определенные функции, соответствующие его основным свойствам (многослойная стена, стена с навесной облицовкой, монтируемой на относе, и т. п.).
3.5.2. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ И АККУМУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛА
Теплонзоляционныё'свойства наружной стены в конечном итоге должны обеспечить стабильность внутреннего микроклимата помещений, уменьшение напряжений в строительных конструкциях и отсутствие каких-либо повреждений в них из-за увлажнения их конденсатом. Эти требования относятся ко всем стенам, отделяющим холодные массы воздуха от теплых (наружные стены, стены лест-
5 Зак. 161 8
129
ничных клеток, стены между теплыми и холодными помещениями).
При оценке стеновой конструкции прежде всего следует исследовать возможные пути теплопередачи: внутри помещения — конвекцией и тепловым излучением, внутри очень плотных материалов стен — контактной молекулярной теплопередачей, внутри пористых материалов стен — молекулярной передачей тепла, а также тепловым излучением и конвекцией.
Теплопередача через тот или иной строительный материал оценивается коэффициентом теплопроводности материала %, выраженным в Вт/ (м-К) [по-старому—в ккал/ (м-ч-°С)] и показывающим количество тепла, проходящего за 1 с через куб строительного материала со стороной грани 1 м. Коэффициенты теплопроводности различных строительных материалов приведены в нормах DIN 4108 в табличной форме — переходный коэффициент для пересчета из ккал в Вт равен 0,860 [0,035 ккал/ (м-ч-°С) = 0,041 Вт/ (м-К)].
Приведем пример расчета теплоизоляционных качеств однослойной наружной стены. Температурные условия и относительная влажность воздуха для наружной и внутренней поверхности приняты:
температура наружного воздуха — 15°С, относительная влажность — 85 %;
температура внутреннего воздуха + 20° С, относительная влажность — 50%.
Коэффициенты теплопроводности приняты по табл. 1 норм DIN 4108, точка росы — по данным Каммерера (см. ч. II настоящей книги).
Следует определить теплоизоляционные качества конструкции и положение конденсационного фронта в пределах ее сечения.
Результаты примера 1.
1. Сопротивление теплопередаче (термическое сопротивление) превышает минимально требуемую, согласно нормам DIN 4108, величину 0,47 м2-К/Вт на 0,371 м2-К/Вт.
2. Температура внутренней поверхности ограждения ( + 14,88° С) по сравнению с температурой воздуха внутри помещения ( + 20° С) слишком низка; у наружной стены будет возникать неприятный поток холодного воздуха, что повышает вероятность выпадения конденсата на поверхности стены. Разница между температурой воздуха внутри помещения и температурой внутренней поверхности стены не должна превышать 3—4° С.
3. По таблице, приведенной в ч. II настоящей книги, для температуры воздуха внутри помещения + 20° С и относительной влажности воздуха 50% температура точки росы оказывается равной + 9,3° С. Это означает, что зона конденсации расположена во внутренней трети толщины стены; наружная часть сечения стены, таким образом, в большей или меньшей степени увлажняется. Это дополнительно ухудшает теплоизоляционные качества стены; при интенсивном выпадении конденсата в ее толще следует опасаться структурных повреждений.
130
Пример i
Расчет теплопередачи через заданную конструкцию наружной стены
Графа 1 3 4
Последователь-ность расчета сч II ~ S' II IJ2 < < II Температурный перепад 20 °C
Теплотехнические величины Толщина слоя Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м-К) Сопротивление теп-1 лопередаче 1/Х, м2-К/Вт Температурный перепад, °C Абсолютная температура, °C Примечание
Наружный воздух tn—15° С, ф = 85% Наружная штукатурка (известково-цементная) Кирпич с вертикальны, пустотами Внутренняя штукатурка (известковая) Воздух внутри помещения /в + 20°С, ср = 50% 0,02 0,3 0,015 23,26 0,87 0,47 0,87 8,14 0,04 0,023 0,638 0,017 0,123 1,665 0,957 26,552 0,707 5,119 -15 — 13,335 — 12,378 4-14,174 + 14,881 +20 о — наружный воз- дух Наружные поверхности слоев ) <1 — внутренние поверхности известковой штукатурки
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции 1/7г = 0,841 (1//?треО = 0',47 м2-К/Вт).
Коэффициент теплопроводности ограждающей копе
/<•=1,189 Вт/(м2-К)
Вспомогательный расчет 1:
дг-
7 В tn ”1//г
20 —(—15) ~0?841
— 41,617
5*
131
Пример 2
Графа 1 2 3 4 5
О’!
Последовательность расчета х= гр. 1 /'Гр. со ~ <г Температурный перепад 20 °C
•е II <г II
6 С (D л i CD
(D н С §
Теплотехнические величины Толщина слоя Коэффициент ' проводности X Вт/(м-К) Сопротивление лопередаче 1Д м2-К/Вт Температурные репад, °C Абсолютная те ратура, °C Примечание
Наружный воздух /н—15° С, ф = 85% 23,26 0,04 0,78 — 15 < —наружный воздух
Навесная облицовка на относе — — — — Не учитывается в рас-
Теплоизоляция из минеральновойлочных плит Кирпич с вертикальными пустотами 0,04 о,з 0,041 0,47 0,976 0,638 19,041 12,447 — 14,22 -|-4,821 чете 1 Наружные у поверхности | слоев
Внутренняя штукатурка (известковая) 0,015 0,87 0,017 0,332 + 17,268 < —внутренние поверхности из-
Воздух внутри помещения + 20° С, Ф = 50% 8,14 0,123 2,4 + 17,6 +20 вестковой штукатурки
Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции l/k = 1,794 (1/Атреб = 0',47 м2-К/Вт).
Коэффициент теплопроводности ограждающей конструкции k= 0,557 Вт/(м2-К).
Вспомогательный расчет 2:
tB—tn 20—(—15)
At = - в, н =--------Щ-—- = 19,509.
1Д 1,794
132
Результаты примера 2.
1. Термическое сопротивление стены превышает минимально необходимое по нормам DIN 4108 в 3,8 раза.
2. Перепад температур между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены составляет всего 2,4° С; воздушные потоки у наружной стены почти исключены.
3. Зона конденсации ( + 9,3° С) лежит в наружной трети сечения стены, большая часть сечения стены остается, таким образом, сухой.
Приведенные примеры отчетливо показывают, что недостаточно подсчитать одно лишь термическое сопротивление стены; для определения истинного климата внутри помещения следует иметь данные по температурам на границах слоев различных материалов, составляющих конструкцию стены, а также о положении зоны конденсации.
Такое же большое значение для оценки теплоизоляционных качеств ограждающей конструкции наряду с приведенными расчетами поперечного сечения стены имеет и размещение оконных и дверных проемов, а также зависимость между площадью помещения и поверхностью наружной стены; эти зависимости описаны в ч. II настоящей книги.
Теплоаккумулирующей способностью наружной стены в наше время, при широком распространении облегченных конструкций, слишком часто пренебрегают. Однако не следует забывать о следующих преимуществах высоких теплоаккумулирующих качеств стены:
колебания уровня теплоотдачи систем отопления, работающих в определенном ритме (т. е. практически всех систем центрального отопления), почти не отражаются на температуре воздуха внутри помещения;
кратковременные притоки холодного воздуха (при каждом открывании окон и дверей) не приводят сразу же к охлаждению помещения;
температурные колебания наружного воздуха сказываются на внутреннем климате помещения не столь ощутимо (особенно в летний период);
влажностный режим стены остается стабильным в течение длительного периода, повреждения конструкций из-за воздействия влаги практически сведены на нет.
Единственным недостатком таких массивных, хорошо аккумулирующих стеновых конструкций можно считать лишь длительное время натопа. Однако этот недостаток характерен лишь для тех помещений, эксплуатация которых не носит постоянного характера (например, залы заседаний). В жилых зданиях ничто не может заменить необходимый для них высокий уровень теплоаккумулирующей способности ограждающих конструкций, даже повышенные теплоизоляционные качества стен, так называемые вспомогательные конструктивные мероприятия, например теплоизоляция, устраивае
133
мая с внутренней стороны стены, остаются проблематичными и с точки зрения строительной физики неэффективны.
Достаточной теплоаккумулирующей способностью обладают, как правило, стены, вес 1 м3 поверхности которых составляет не менее 300 кг
3.5.3. ВЫРАВНИВАНИЕ ВЛАЖНОСТИ
Понятие «выравнивание влажности» включает в себя такие свойства стеновой конструкции, как:
способность к диффузии изнутри помещения наружу;
способность внутренних и наружных поверхностей стен к аккумулированию влаги;
поглощающая способность внутренней поверхности стены.
Внутренняя (обращенная к помещению) поверхность стены должна обладать способностью поглощать кратковременно выпавший конденсат и аккумулировать его. Позже эта влага снова испаряется в воздух помещения, и лишь часть ее диффундирует наружу.
Аккумулирующей способностью должна обладать и наружная поверхность стены, за исключением тех случаев, когда на нее нанесен изолирующий слой, препятствующий прониканию атмосферной влаги внутрь стены. При этом атмосферная влага, поглощенная поверхностью стен, не должна всасываться в глубь стены; после прекращения осадков эта влага должна испариться в наружный воздух. Выполнение этого требования относится к наиболее сложным проблемам современной строительной физики и может быть удовлетворительно решено только лишь в многослойных стеновых конструкциях.
Диффузионная способность стены поддается расчету, и при соблюдении известных законов строительной физики конструирование стен с ее учетом не представляет каких-либо трудностей.
Однако повреждения наружных стен возникают именно в тех случаях, когда проектировщики и строители забывают о требованиях строительной физики.
Результаты примера 1:
1. Сравнение граф 11 и 10 показывает, что давление водяных паров в зоне собственно кладки, равное 51,522 даН/м2,* действительно выше максимально допустимого давления насыщения (21,3 даН/м2). Это означает, что в этом слое из-за превышения давления насыщенных паров будет выпадать конденсат.
2. Для оценки функциональных качеств стены большое значение имеет количество конденсирующихся водяных паров. Установлено, что по истечении 1440 ч остаточное количество влаги на 1 м2 стены не должно превышать 0,5 кг; только тогда можно гарантировать отсутствие возможных повреждений строительных конструкций из-за перенасыщения их водой.
дан — деканьютон, равный ЮН.
134
Пример 1
Расчет паропроницаемости стены
Графа 1 5 6 7 8 9 10 11 12
Последовательность расчета гр. 1-гр.б 16-104.11-d 16-104, гр. 7 <7«ггР- 8 Рв —гр. 9 Из таблицы
Теплотехнические величины Толщина слоя d, м Абсолютные температуры, 9С Коэффициент паропроницаемости ц Сопротивление диффузии, [id Сопротивление паропроницанию, 104 Перепад давления водяных паров \Р, даН/м2 Давление водяных паров Рв РII > даН/м2 Давление насыщенных паров Ps, даН/м2 Примечание
Наружный воздух t^= —15° С, ф = = 85% Наружная штукатурка Кирпич с вертикальными пустотами Внутренняя штукатурка Воздух внутри помещения Z0 = +2O°C, ф = 50% 0,02 о,з 0,015 — 15 — 13,335 —12,378 + 14,174 + 14,881 35 3,5 15 0,7 1,05 0,225 11,2 16,8 3,6 37,184 55,776 11,952 j°H= 14,28 14,28 51,522 107,298 16,8 19,7 21,3 165 < —давление пара выше давления насыщения
Вспомогательный расчет 1: Рв Рц 119,25- 14,28 О 9Q 31,6-1 О4 Рв= 119,25 Ps--= 238,5.
4“t— — О1 сопротивление паропроницанию о!, PB = Ps-50 % =238,5 (табличные данные)-0,5 = 119,25 сд £н = Р3-85 %= 16, 8 (табличные цанные)-0,85 = 14,28 6 — О , иИ
Пример
О) _______
Графа 1 5 6
Последовательность расчета
Теплотехнические величины
Наружный воздух tH =—15° С, <р = = 85% —15
Навесная облицовка на относе — — —
Теплоизоляция из минерально-войлочных плит 0,04 — 14,22 1,4
Кирпич с вертикальными пустотами 0,3 4-4,821 3,5
Внутренняя штукатурка (известковая) Воздух внутри помещения /в= 0,015 4-17,268 17,6 15
= +20° С, ф = 50%.
Вспомогательный расчет 2:
Коэффициент па-ропроницаемости pi
7 8 9 10 11 12
|Л • d гр. 1 - гр. 6 16104-.(ju/.IO*. •гр.7 со & Рв—гр.9 Из таблицы
Сопротивление диффузии, pi-d Сопротивление паропроницанию, 1Q4 Перепад давления водяных паров ДР, даН/м2 Давление водяных паров Рв Рн, даН/м2 Давление насыщенных паров Ps, даН/м2 Примечание
0,056 1,05 0,225 2 0,896 16,8 3,6 1,296- 4,42 82,81 17,74 10« Рн=14,28 14,28 18,7 101,51 Рв = 119,25 16,8 18,1 87,8 201,4 205,3 Л,=2: Не учитывается в расчете Давление паров не превышает давление . насыщения 38,5
Расчет количества остаточной влаги в конструкции производится по формуле
& I е
\ *->в
Рз-Рн\
>$н /
1440,
где g — остаточная влага (в кг) в конструкции стены; Рп — давление водяных паров на внутренней поверхности стены (воздух внутри помещения); Ps— давление насыщенных водяных паров в зоне конденсации; SD — суммарное сопротивление паропроницаишо отдельных слоев наружной стены, считая от внутренней ее поверхности включая зону конденсации; Зп — суммарное сопротивление па-ропроницанию отдельных слоев наружной стены, считая от наружной ее поверхности; Рн — давление водяных паров на наружной поверхности стены (наружный воздух).
PB—PS 119,25—21,3
Яв = —------ =-----!' = 4,8-10~4;
ь SB (16,8Д-3,6)10*
Ps—Ра 21,3—14,28
ён —
= 0,63-ю-4.
Зн 11,2-Ю4
g = (4,8—0,63) 10_4• 1440=0,60048 кг (допустимо 0,5 кг).
Таким образом, остаточное количество конденсационной влаги в наружной стене превышает допустимое. Конструкция оценивается как неудовлетворительная.
Результат примера 2:
Давление водяных паров не превышает давления насыщения ни в одной точке поперечного сечения стены; выпадения конденсата не будет.
3.5.4. СТЕНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
3.5.4Л . Однослойные стены
В современном строительстве установлены границы применения однослойных наружных стен из легких материалов. Проектирование наружных стен, имеющих минимальную толщину 24 см*, при традиционном способе строительства не обеспечивает достаточной теплоизолирующей способности наружных стен; такие стены подвержены периодическим промоканиям и являются причиной неблагоприятного микроклимата внутри помещений. Использование для таких конструкций материалов с повышенными теплоизоляционными характеристиками малоэффективно из-за других недостатков, присущих этим материалам.
Так, пемзо- и газобетонные блоки хотя и обладают повышенными теплоизоляционными свойствами, но одновременно отличаются высоким водопоглощением, и влага, попавшая однажды в массив стены, очень медленно выходит наружу. Кирпич с вертикальными пустотами, как и блоки из пемзы и газобетона, имеет невысокую теплоаккумулирующую способность. Поэтому в одной стеновой конструкции целесообразно комбинировать различные строительные
* Для климатических условий ФРГ (Прим. пер.).
137
материалы. Таким образом, достаточно надежными можно считать только наружные стены толщиной не менее 30 см, а для наветренной стороны фасада — не менее 36,5 см.
Внутренняя поверхность. Для внутренней штукатурки известковые растворы предпочтительнее негигроскопичных гипсовых растворов. При их применении внутренняя влага помещения может конденсироваться на поверхности стены и впитываться ею. При снижении влажности внутреннего воздуха происходит и более эффективное высыхание стены со стороны помещения. Гипсовые штукатурные растворы и сухую гипсовую штукатурку следует применять на внутренних поверхностях наружных стен, несущий массив которых выполнен из тяжелых материалов с высокой водопоглощающей способностью, а также для внутренних стен, имеющих одинаковые температуры на обеих поверхностях.
Несущая часть стены. В соответствии с общей теплотехнической схемой работы стен несущий массив должен обеспечивать диффузию водяных паров, теплоизоляцию и аккумулирование тепла. Так как нет таких строительных материалов, которые бы одинаково хорошо удовлетворяли всем этим требованиям, в конструкции стены следует комбинировать различные материалы.
При лицевой кладке в наружной части стены укладывают облицовочные камни с соответствующей расшивкой швов и перевязывают их с основным массивом стены, состоящим из пористого или дырчатого кирпича. Однако истинный компромисс между противоположными требованиями, одни из которых связаны с защитой от атмосферных воздействий, а другие — с необходимостью свободного перемещения влаги в толще стены, найти очень трудно, причем чем тоньше стена, тем это сложнее.
При ведении такой кладки основной заповедью является тщательность выполнения кладочных работ: кирпичи следует укладывать в растворную постель всей поверхностью, а раствор для заполнения внутренних швов хорошо зачеканивать во все пустоты кладки. Любая небрежность неизбежно влечет за собой появление дефектов, так как пустоты в швах становятся местами скопления влаги. При косом дожде из-за отдельных незаполненных вертикальных швов стены могут промокать на участках площадью более 1 м2. Чтобы не спровоцировать подпора диффузионной влаги, в однослойных конструкциях стен не следует применять водонепроницаемые растворы.
Наружная поверхность должна обладать гидрофобностью или же способностью аккумулировать в себе влагу, тем самым предохраняя несущую часть стены от проникания в нее атмосферной влаги.
Облицовочный материал должен быть гидрофобным, а его водо-поглощение — очень низким. Требование морозостойкости в этом случае очевидно. Поскольку облицовочный кирпич должен быть и паронепроницаемым в той степени, как того допускает его водо-поглощение, то внутренняя влажность помещения, толщина стен и сорт применяемого камня находятся в тесной взаимосвязи между
138
собой: высокая внутренняя влажность помещен ;я требует применения облицовочного материала, не препятствующего диффузии, а это, в свою очередь, обусловливает повышенные влагоаккумулирующие свойства стены и соответственно увеличение ее толщины.
Надлежащим образом выполненные наружные штукатурки, как правило, обладают способностью удерживать наружную влагу и пропускать через свою толщу внутреннюю влагу Они мало гпдро-фобны, зато исполняют роль водоаккумулирующего слоя вследствие особенностей своей структуры очень медленно отдают накопленную влагу в направлении несущей части стены. Наиболее надежны трехслойные известково-цементные штукатуркг
Таким образом, из всего изложенного можно сделать вывод, что наиболее подходящими материалами для кладки однослойных наружных стен следует считать:
глиняный кирпич с наружной штукатуркой или в перевязке с облицовочным кирпичом (см. 3.3.2);
силикатный кирпич с наружной штукатуркой при толщине стены 36,5 см;
легкобетонные блоки (толщина стен 30 см) с наружной штукатуркой при нормальной влажности внутри помещения (см. 3.4.1).
3.5.4.2. Многослойные стены
Многослойные стены состоят, как правило, из несущего внутреннего слоя и облицовочного слоя, устраиваемого с воздушной прослойкой или без нее (см. 3.3). В обоих случаях задача наружного слоя заключается в том, чтобы в той или иной степени воспрепятствовать прониканию в массив несущей части стены атмосферной влаги.
3.5.4.3. Многослойные стены без воздушной прослойки
Такие стены состоят из двух выкладываемых без взаимной перевязки слоев кладки, которые соединены между собой лишь вертикальным растворным швом. В этой конструкции нагрузку от перекрытий воспринимает внутренний слой кладки.
Конструкция такой стены работает как однослойная, так icai наружный облицовочный слой не имеет перевязки с несущей стенох Оба слоя находятся в различных условиях по отношению температурным п влажностным воздействиям, вследствие чего в поперечном сечении стены могут возникать внутренние напряжения. Особое внимание следует обращать на то, чтобы облицовочный слой п несущая часть стены выкладывались из однородных материалов.
Облицовочные плиты, устанавливаемые на растворе плотную к Поверхности стены и образующие облицовку фасада, особенно чувствительны к малейшим небрежностям, допущенным при заполнении швов кладки, к температурным напряжениям, к различны? деформациям сооружения, а также к набуханию и усадке применяв-
мых строительных материалов. Решающим условием обеспечения водонепроницаемости такой облицовки является прежде всего тщательное заполнение раствором всех швов, а также конструктивные мероприятия, служащие для защиты от возникновения трещин различного характера.
Если в результате появления трещин в зонах стыков облицовочных плит влага хотя бы один раз проникнет в массив стены и распространится по толще ее несущей части, то испарение этой влаги серьезно затруднится уже тем, что сама облицовка образует практически слой пароизоляции. Процесс нормальной диффузии также ограничен, а из-за накопления в стене влаги термическое сопротивление ее падает, что, в свою очередь, вызывает смещение зоны конденсации. Общий влажностный режим стены нарушается. По этим причинам облицовка стены плитками тем хуже, чем плотнее материал плиток, т. е. чем выше их пароизоляционные свойства (например, глазурованная керамическая плитка).
Учитывая изложенное, между стеной и облицовкой следует рекомендовать устройство гидроизоляционного слоя из изолирующего раствора. Однако эта изоляция служит дополнительным препятствием для диффузии паров, и о ней можно говорить лишь в тех случаях, когда несущая часть стены характеризуется значительным водопог лощением, повышенной способностью к аккумулированию тепла и заметным запасом сопротивления теплопередаче. Все это, как правило, относится к стенам толщиной более 30 см.
Дополнительная теплоизоляция. Не рекомендуется устраивать дополнительную теплоизоляцию между облицовкой и несущей частью стены. Поскольку при таком решении облицовка не может прилегать всей поверхностью к несущему массиву стены, теплоизоляционный слой будет накапливать влагу, а это отрицательно скажется на теплоизоляционных качествах конструкции (особенно в зимнее время).
Летом этот же теплоизоляционный слой (полностью или частично сухой) будет препятствовать выравниванию температур между облицовкой и несущей частью стены; из-за перегрева температура облицовки окажется намного выше температуры стены, что повлечет за собой возникновение опасных температурных напряжений.
При такой конструкции наружной стены особенно опасна облицовка плиткой, так как трещины появляются и в швах, и в самой плитке. Напряжения, вызываемые перегревом, могут стать настолько большими, что облицовочные плитки отслоятся от поверхности стены.
Во избежание возможного перегрева облицовки можно поместить дополнительный теплоизоляционный слой на внутренней поверхности стены, т. е. со стороны помещения, но лишь при соблюдении следующих условий:
влажность воздуха в помещениях не должна быть выше 45% (в кухнях, ванных и спальнях фактическая влажность воздуха обычно выше);
140
несущая часть стены должна обладать высокой водопоглощающей способностью и хорошо аккумулировать влагу;
паропроницаемость стены (увлажнение и высыхание) должна быть проверена расчетом [39].
3.5.4.2.2. Многослойные стены с воздушной прослойкой
Упомянутых трудностей можно избежать, если между несущей частью стены и облицовочным слоем имеется воздушная прослойка, сообщающаяся с наружным воздухом.
Конструкция наружной стены с облицовкой, рекомендуемая нормами. Кладка лицевой стенки производится после возведения несущего слоя. Соединение обоих слоев осуществляется проволочными анкерами. Согласно нормам DIN 1053, толщина воздушной полости должна составлять 6 см, воздушная полость должна сообщаться с наружным воздухом посредством вентиляционных отверстий, располагаемых в цокольной и парапетной (карнизной) частях здания, а также под и над проемами в наружной стене.
Функция вентиляционных отверстий состоит в создании тяги («каминного эффекта») между нижними и верхними отверстиями, которая способствует удалению как дождевой влаги из облицовочного слоя, так и диффузионной — из несущего. Такой способ вентилирования стен достаточно эффективен даже зимой. Кроме того, исключается перегрев наружной поверхности летом, что, в свою очередь, уменьшает температурные напряжения в стенах.
Большую роль играет проблема обеспечения чистоты вентиляционного слоя, т. е. защиты воздушной прослойки от накапливания в процессе кладки остатков раствора и кусков щебня. Образование пробок не только значительно уменьшает воздушный поток, но и создает «мостики» влагопереноса от облицовки к несущей части конструкции, что практически исключает эффект двуслойности стены (см. 3.3.4).
Воздушная прослойка не должна иметь пропусков в углах, подкованных участках и на участках опирания перекрытий. Устройство в отдельных местах сплошной кладки без воздушной полости (например, из прочностных соображений) существенно снижает эффект от вентиляционной прослойки для здания в целом (рис. 96).
Необходимо отметить и недостаток двухслойной кладки наружных стен, заключающийся в том, что проветривание пустоты создает дополнительную потерю тепла до 20%. Поэтому в соответствии с нормами DIN 4108 несущая часть стены должна быть рассчитана на полное обеспечение необходимого уровня теплоизоляции; в целях сохранения общего теплового баланса здесь может идти речь и о введении дополнительного теплоизоляционного слоя.
Дополнительная"5теплоизоляция. В общем случае такую изоляцию помещают на наружной стороне внутреннего слоя стены. При этом общее расстояние от облицовочного слоя до несущей стены должно быть увеличено, но не более чем до 12 ем, а толщина воздуш-
141
Рис. 96. Тычковый ряд в двухслойной наружной степе, нарушающий вентиляционную полость, работает как «мостик» для переноса влаги (вверху). Промочка внутренней стороны стены на уровне тычкового ряда наружного слоя кладки (внизу)
ной прослойки должна быть не менее 5 см (по Каммереру).
В качестве теплоизоляции следует применить не корродирующий, воздухонепроницаемый материал, который в то же время не препятствовал бы паро-проницаншо и не переувлажнялся (например, плиты из минеральных волокон). Крепление теплоизоляции должно быть надежным, чтобы при любых обстоятельствах исключать ее отслоение от поверхности стены.
Дополнительная изоляция, которую иногда устраивают с помощью засыпки теплоизоляционным материалом всего пространства между наружным и внутренним слоями кладки, должна быть категорически отвергнута. Если изоляционный материал обладает замкнутыми порами, вода, хотя бы один раз проникшая внутрь полости, сразу скапливается на наружной поверхности зерен материала засыпки и таким образом может достичь несущего массива стены. Так как вентиляция в слое засыпки практически отсутствует, затрудняется и испарение скопившейся в засыпке влаги
Слабые места. Ниши для отопительных приборов, бетонные перемычки, оконные п дверные откосы, а также борозды в стенах всегда являются местами возможных нарушений теплоизоляционных качеств
зданий; конденсация влажного воздуха внутренних помещений в таких местах происходит быстрее, чем процесс диффузии его через эти же места наружу. Часто забывают о необходимости про-
ведения здесь дополнительных мероприятий: сопротивление теплопередаче в этих местах должно быть повышено до уровня соседних участков стены (рис. 97). Это может быть достигнуто введением дополнительной теплоизоляции в качестве так называемой опалубки-облицовки пли же с помощью внутренней теплоизоляции (в частности, внутренняя теплоизоляция на нижней поверхности перекры-
142
Рис. 97. В шторных (жалюзийных) коробах теплоизоляция прокладывается изнутри, так как короб охлаждается наружным воздухом через щели для пропуска штор. Наружная теплоизоляция экрана шторного короба требуется по соображениям ограничения влияния мостика холода и уменьшения температурных деформаций в этой зоне
Рис. 98. Появление черного грибка в стыке перекрытия с наружной стеной при плохом качестве изоляции
тия при устройстве балконных плит, составляющих одно целое с перекрытием, должна заходить 1 ~ съемный клапан-ревизия Внутрь Помещения На 50 СМ —
см. далее 3.6.1.5).
Недостаточная теплоизоляция прослеживается по черно-серым пятнистым загрязнениям, проступающим изнутри на стенах помещений (черный грибок). Если после появления таких пятен не будут незамедлительно приняты меры по обеспечению необходимой теплоизоляции стен, то следует ожидать последующего разрушения штукатурки и повреждения кирпичной кладки стен (рис. 98).
3.5.5. УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
Промокания в стенах проявляются, как правило, в виде сырых пятен или участков плесени на внутренних поверхностях стен. Но и проявления эрозии стеновых материалов, их выветривание и морозные повреждения являются верными признаками недопустимого увлажнения строительных конструкций.
Для устранения повреждений, вызванных увлажнением, следует прежде всего выяснить причины промокания стен и устранить их. Вначале надлежит тщательно исследовать наружную поверхность стены с целью обнаружения таких ее дефектов, как трещины, некачественно заполненные швы, и т. д., а также проверить водопоглощающую способность материала стены.
Дополнительно требуется взять пробы материала в различных частях поперечного сечения стены и провести лабораторные исследования облицовки, материала несущей части стены, раствора,
143
а также паро- и теплоизоляции. Часто причиной дефектов являются те или иные недостатки примененных материалов, а при наличии конструктивных недостатков в стенах все факторы действуют одновременно и усиливают общую картину повреждений.
Нередко 1забывают о дополнительной теплоизоляции вентиляционных каналов и различных борозд в стенах, а также оконных откосов и ниш для размещения шторных механизмов (шторных коробов). Эти ошибки устраняются путем проведения конкретных мероприятий в каждом отдельном случае. В местах прохождения борозд и каналов пробивают отверстия с шагом 3—5 м (в зависимости от сечения борозды), через которые в пустоты запрессовывают поропласт, вспениваемый непосредственно на месте применения (естественно, если речь идет не о вентиляционном канале).
При общей недостаточной теплоизоляции стены (которая может быть в конкретном случае следствием слишком большого количества мостиков холода) частные мероприятия не могут помочь, в подобном случае надо изменить всю конструкцию стены. Однако при низкой эксплуатационной влажности помещений ( ^ 45%) общую теплоизоляцию стен можно повысить введением дополнительной изоляции.
Во многих случаях отдельные мероприятия могут не дать ожидаемого эффекта. Тогда приходится прибегать к такой серьезной конструктивной мере, как облицовка стены с устройством навесного фасада на относе. Следствием этого будет и увеличение общей теплоизоляции стен до необходимого уровня. При тщательном выполнении работ такой способ устранения дефектов наиболее эффективен.
В заключение следует упомянуть о часто недооцениваемых причинах дефектов, вызываемых увлажнением стеновых конструкций изнутри помещений.
Микроклимат помещений и неправильное их использование. Повышенная влажность в помещениях (кухнях, ванных комнатах, спальнях), не обеспеченных должной вентиляцией, регулярное чередование нагревания и охлаждения помещений, недостаточное их проветривание, обусловленные ошибками, допущенными при проектировании и в ходе эксплуатации здания, — все это приводит к переувлажнению ограждающих конструкций и их повреждениям. Другая группа причин, вызывающих появление аналогичных дефектов, связана с отсутствием в помещениях вентиляции или нагревательных приборов, с недостаточным проветриванием и обогревом помещений.
Неправильная эксплуатация помещений заключается и в том, что размещение в них мебели и внутреннего оборудования нарушает конвекцию теплого воздуха между мебелью и стеной. На этих участках в зимний период происходит перманентное охлаждение стены и появляется опасность выпадения конденсата. Устранение и профилактика этих дефектов достигаются установкой мебели у наружных стен и у стен, граничащих с холодными помещениями (например,
144
стены лестничных клеток), с зазорами порядка 5 см; таким образом появляется возможность вентилирования этого зазора циркулирующим воздухом помещения.
Читателю мы рекомендуем книги «Строительная физика и теория проектирования», ч, 2 [39] и «Наружная стена» [40].
3.6. МЕЖДУЭТАЖНЫЕ И ЧЕРДАЧНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ
Перекрытия в зданиях и сооружениях предназначены для восприятия полезных эксплуатационных нагрузок в помещениях. Кроме того, перекрытия являются противопожарной преградой между смежными этажами, а также барьером распространению звука внутри здания. Наружные перекрытия, к которым мы причисляем чердачные перекрытия, а также перекрытия под эксплуатируемыми террасами и над проездами, должны, помимо прочего, осуществлять защиту внутренних объемов здания от увлажнения и потерь тепла.
Перекрытия над подвалами и перекрытия под неотапливаемыми чердаками нуждаются в особых мероприятиях по теплоизоляции.
К междуэтажным перекрытиям жилых домов предъявляются повышенные требования в отношении звукоизоляции.
3.6.1. МЕЖДУЭТАЖНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ
Обзор конструкций перекрытий мы начинаем с междуэтажных перекрытий, так как они по сравнению с чердачными находятся в более благоприятных условиях (особенно по сравнению с чердачными перекрытиями плоских кровель, которые подвержены значительным внешним воздействиям).
Перекрытия относятся к горизонтальным конструкциям, работающим на изгиб, а потому должны обладать необходимой жесткостью при изгибе. Выбор материала для перекрытий и их расчет производятся из конструктивных и экономических соображений, причем следует учитывать и необходимые требования по звукоизоляции. Улучшение звукоизоляционных качеств перекрытий достигается только путем увеличения их толщины или введением специального звукоизоляционного слоя.
Кроме чисто рабочей части перекрытия, представляющей собой собственно несущую конструкцию, и звукоизоляционного слоя, в перекрытии может быть предусмотрен пароизоляционный слой (при соответствующей эксплуатационной влажности помещений) и в нижней его части — дополнительные слои из огнезащитных или звукопоглощающих плит. Эти плиты можно монтировать с некоторым расстоянием от нижней плоскости собственно перекрытия в виде подвесного потолка. Полученное пространство может быть использовано для прокладки инженерных коммуникаций.
Применявшиеся ранее в жилищном строительстве перекрытия по деревянным балкам в настоящее время очень редко можно встретить в современных многоэтажных зданиях. В одноэтажном сборно
145
щитовом строительстве, где стены собирают из щитов, представляющих собой деревянные рамы, обшитые с двух сторон древесностружечными плитами и многослойной фанерой, перекрытия по деревянным балкам, выполненные в виде современных сборных конструкций, хорошо себя зарекомендовали, так что в области облегченного строительства такие перекрытия вполне имеют право на существование. Недостатки всех деревянных конструкций — малая огнестойкость и подверженность гниению — в известной степени могут быть уменьшены путем осуществления соответствующих защитных мер.
В настоящем разделе будут рассмотрены в основном железобетонные перекрытия, наиболее распространенные в многоэтажном строительстве.
Перед тем как перейти к описанию наиболее массовых дефектов в перекрытиях, которые возникают в результате ошибок, допущенных при проектировании и конструировании, целесообразно рассказать о наиболее часто применяемых конструкциях перекрытий.
По конструктивным признакам железобетонные перекрытия подразделяют на несколько видов, выбор которых в каждом конкретном случае зависит от назначения здания, размера перекрываемых пролетов (шага несущих конструкций), от величины нагрузок на перекрытие и стоимости изготовления тех или иных видов перекрытий. В обычном жилищном строительстве повсеместно применяют плоские железобетонные плиты как наиболее экономичную конструкцию перекрытий.
3.6.1.1. Виды перекрытий
Железобетонные перекрытия представляют собой монолитные диафрагмы из бетона и стали, играющие большую роль в общей работе здания и обеспечивающие необходимую его жесткость. В большепролетных зданиях можно (и целесообразно) делать перекрытия неразрезными, в результате чего достигается значительный конструктивный и экономический эффект. В соответствии с жест-костными характеристиками железобетонные перекрытия можно расчленить на четыре основных конструктивных типа:
плоские, ребристые, часторебристые с вкладышами, армокамен-ные.
Плоские перекрытия (DIN 1045 § 22). Принцип работы плоских перекрытий, как и всех железобетонных перекрытий, состоит в том, что растягивающие напряжения в них воспринимаются стальной арматурой, а сжимающие — бетоном. Такая совместная работа стали и бетона обусловлена примерно одинаковыми их коэффициентами температурного расширения, вследствие чего между обоими материалами возникает надежное сцепление. Стальная арматура в плитах к тому же защищена от коррозии слоем бетона (защитный слой, минимально необходимая толщина которого указана в таблицах 9 и 10 норм DIN 1045).
146
Если все поперечное сечение перекрытия состоит из бетона (который, естественно, эффективно работает только в сжатой зоне), то мы называем такие перекрытия сплошными плоскими железобетонными плитами.
По характеру опирания на несущие конструкции плоские железобетонные перекрытия можно разделить на плиты, работающие в одном направлении, и плиты, работающие в двух направлениях; для армирования плит возможно применять как одиночные арматурные стержни, так и арматурные сетки.
Кроме рабочей арматуры в плитах перекрытий имеются распределительная арматура (поперечное сечение распределительной арматуры 20% поперечного сечения рабочей арматуры) и монтажные стержни. Часть арматуры в пределах длины пролета (от 1/3 до Ч2) отгибается для восприятия момента в заделке (рис. 99, а).
Ребристые перекрытия (DIN 1045 § 25). Эти перекрытия представляют собой железобетонные конструкции, объединяющие свойства балок и плит, причем плита — это фактически расширенная сжатая зона узкой несущей балки. В результате укладки отдельных ребристых плит перекрытия вплотную друг другу и создания не-разрезности конструкции в поперечном направлении (с помощью соединения плитных участков таких перекрытий или с помощью поперечных ребер) получаем надежно связанную плоскую несущую систему (рис. 99, б).
Часторебристые перекрытия с вкладышами (DIN 1045 § 24). Такая конструкция представляет собой плиту с выступающими вниз несущими ребрами, расстояние между которыми не должно превышать 70 см. Изготовляют такие плиты бетонированием в многократно оборачиваемой стальной опалубке или при помощи специальных пустотелых блоков-вкладышей, которые, будучи использованы в качестве опалубки для монолитного перекрытия, в дальнейшем позволяют получить гладк поверхность потолка (с последующим оштукатуриванием).
Вкладыши в перекрытиях такого рода могут принимать участие в работе всего перекрытия или же быть только элементами заполнения междуреберного пространства. Для этих целей применяют керамические вкладыши (специальный кирпич для заполнения часторебристых перекрытий — из необожженной или обожженной глины) или вкладыши из тяжелого и легкого бетона (рис. 99, в). Требования к бетонным вкладышам изложены в нормах DIN 4158; при изготовлении керамических вкладышей следует руководствоваться нормами DIN 4159 и DIM 4160.
Если в случае применения бетонных вкладышей, участвующих в общей работе перекрытия, бетонная плита монолитного часторебристого перекрытия, находящаяся в сжатой зоне, не принимается во внимание при расчете всей системы, то при использовании керамических вкладышей работа сжатой плиты должна быть полностью учтена расчетом перекрытия. В последнем случае толщина работающей на сжатие плиты должна быть не меньше х/10 расстоя-
147
Рис. 99. а — плоская железобетонная плита перекрытия
1 — монтажные стержни; 2 — распределительная арматура; 3—рабочая арматура; I — пролет приты = расстояние между опорами (в свету) + глубина опирания Or/)
б — железобетонные ребристые перекрытия с вутами;
в — часторебристое железобетонное перекрытие с вкладышами: монолитное (слева), со сборными железобетонными элементами в ребрах (справа) ;
г — армокаменное перекрытие: со швами между вкладышами, заполняемыми раствором на всю высоту (вверху); со швами между вкладышами, частично заполняемыми раствором (внизу)
1дд£\чзод □!
□ □нОНпш □ □V'\Ta □ □ □ п
□ □qSajdd □ о£\\за□ □ □exxjd gl □ □ Цу □ □ □ g □ ада у □ gj
148
ния между ребрами в свету и не менее 5 см. Работающая на растяжение арматура укладывается в продольных ребрах, ширина которых должна составлять не менее 5 см, в то время как в самой плите располагается лишь поперечная арматура.
При значительных временных нагрузках и больших пролетах между опорами часторебристых перекрытий необходимо предусматривать устройство поперечных ребер (нормы DIN 1045, разд. 21.2.2.3).
В конструкциях часторебристых перекрытий могут быть использованы полностью или частично железобетонные сборные ребра, изготовляемые в полигонных или заводских условиях.
Армокаменные перекрытия (DIN 1046). Эта конструкция перекрытия, при которой применяются армированные стальными стержнями пустотелые камни (пустотелый кирпич по нормам DIN 4159), рассчитана на то, что для восприятия напряжений, возникающих в перекрытии, могут быть использованы сами камни. Пустотелые камни укладывают на опалубку, а арматурные стержни — в заполняемые раствором (бетоном) швы между ними; ширина швов должна быть такой, чтобы обеспечить арматуре защитный слой в 0,5 см с каждой стороны. Опалубка этих перекрытий должна иметь небольшой строительный подъем.
Как правило, армокаменные перекрытия следует устраивать без сжатого растворного слоя, который бы учитывался в общей схеме статической работы перекрытия; если такой слой предусматривается, то его не включают в расчет.
Конструкции армокаменных перекрытий рассчитаны только на восприятие равномерно распределенных нагрузок. Их нельзя применять при вибрационных нагрузках, при значительных сосредоточенных нагрузках (например, от транспортных средств при нагрузке на колесо более 750 кг), а также под проездами, в том числе над подвалами, располагаемыми за пределами контура зданий (рис. 99,г).
Все названные виды перекрытий можно решать в виде сборных перекрытий при большом многообразии конструктивных вариантов. Это особая область проектирования, не рассматриваемая в рамках настоящей работы. Отметим, однако, основное преимущество сборных конструкций — экономию времени и средств, связанную с отсутствием необходимости устройства опалубки.
Тем не менее ради полноты картины следует упомянуть о некоторых особых формах железобетонных перекрытий, характеризующихся специфическими конструктивными принципами.
Перекрытие из сборных балок является таким видом, при котором сборные железобетонные балки укладываются вплотную друг к другу или с зазорами, в которые вкладываются промежуточные элементы перекрытия. В последнем случае конструкция перекрытия аналогична часторебристому перекрытию с вкладышами.
Жесткость здания при такой конструкции перекрытия меньше, чем при сплошном плоском железобетонном перекрытии, поэтому сопряжения стен с перекрытиями следует осуществлять особым
149
образом, например с помощью арматурных поясов пз монолитного бетона. В местах пропуска через перекрытие лестничных маршей или дымоходов необходимо опирать балки на поперечный ригель, как это делается в деревянных перекрытиях.
Перекрытия по металлическим балкам применяются в основном для промышленного строительства (стальные конструкции). Между балками укладывают пустотный легкобетонный настил. Возможно также устройство монолитных железобетонных сводов в пролетах между балками. Если при этом стальные несущие балки в нижней своей зоне оказываются полностью обетонированными в конструкции неразрезного vioi-юлитного железобетонного перекрытия, то такую конструкцию перекрытия мы называем составным (или комбинированным.) перекрытием.
Безбалочное (грибовидное) перекрытие представляет собой особую форму плоского перекрытия; его применяют обычно для перекрытия больших помещений в зданиях производственного назначения. Преимущество этого вида перекрытий заключается в отсутствии нижних ребер несущей конструкции, которые зачастую дают нежелательный оптический эффект в интерьере помещения. Недостаток описываемой конструкции — трудоемкая и дорогостоящая опалубка капителей колонн.
Читателей, интересующихся этими проблемами, следует адресовать к публикации Штутгартского научно-исследовательского института строительства и жилища [4.1].
3.6.1.2. Прогибы перекрытий
Каждое железобетонное перекрытие, будь то перекрытие, опертое по двум сторонам, или перекрытие, опертое по контуру, прогибается под действием собственного веса и полезной нагрузки (упругий прогиб) и вследствие ползучести и усадки бетона (пластический прогиб). Возникающая деформация вызывает как следствие деформации в местах заделки (т. е. в местах опирания перекрытий). Этим деформациям междуэтажных перекрытий препятствует наличие пригруза в виде кладки стены, расположенной выше перекрытия (рис. 100, а).
В некоторых случаях, например при небольшом пригрузе над не полностью защемленной опорой плиты перекрытия, работающей в двух взаимно перпендикулярных направлениях, следует укладывать специальную арматуру, работающую на кручение. Из-за того, что плиты, опертые по контуру, имеют тенденцию в угловых участках опор выворачиваться вверх под нагрузкой, такую арматуру следует укладывать в верхней зоне плиты по диагонали, а в нижней зоне — перпендикулярно к этому направлению. Однако практически арматуру в углах плит почти всегда укладывают параллельно краю перекрытий (нормы DIN 1045N, см. рис. 50 и 51).
Арматуру, которая должна работать на кручение, можно не ставить в тех случаях, когда на опоре устраивается балка, жестко связанная с плитой перекрытия (рис. 100, б).
150
Большая часть повреждений внутренних стен, на которые опираются перекрытия, встречается в тех случаях, когда перекрытия при больших пролетах отличаются относительно малой толщиной. Даже при соблюдении требований норм DIN 1045, согласно которым гибкость плоских, ребристых п часторебристых перекрытий не должна быть более 35, можно получить такой прогиб, в результате которого возникнут повреждения во внутренних стенах.
Известен случай [42], когда железобетонное часторебристое перекрытие толщиной 32 см при пролете 8,45 м прогнулось в середине пролета на 5,5 см (по сравнению с плоскостью опирания).Следствием такого прогиба явилось повышенное трещинообразование во внутренних стенах, выполненных из полнотелых легкобетонных блоков, которые не смогли воспринять напряжения, возникшие при этом в заделке.
Такого рода трещины в перегородках, поставленных на большепролетные железобетонные перекрытия, отнюдь не редки. Характер трещин, их размещение различаются в зависимости от того, прогибается ли одновременно перекрытие, расположенное над перегородкой или же рассматриваемая перегородка остается ненагруженной сверху. В том случае, когда внутренняя стена не пригружается прогибающимся вышерасположенным перекрытием, нижняя часть ее в результате образования трещин по трапециевидной линии отделяется от верхнего участка стены, который начинает работать как свод (рис. 101, а).
Если вышерасположенное перекрытие тоже прогибается, то внутренняя стена (перегородка) деформируется, принимая форму двух параллелограммов, расположенных один возле другого. В результате удлинения по обеим растянутым диагоналям этих парал-
прогиба
результате упругого пластичного
Пригруз кладки,, расположенной над перекрытием, препятствует:
/ — нарушению швов; 2 — образованию ослабленных зон (при большепролетных перекрытиях)
б — перекрытие с контурной балкой па опоре — рандбалкой
151
Рис. 101. Образование трещин в стенах (перегородках) , поставленных на железобетонное перекрытие. Внутренняя стена не нагружена: эффект свода (а); внутренняя степа нагружена: трещины направлены перпендикулярно к диагоналям, по которым происходит растяжение (б)
лелограммов перпендикулярно к ним возникают ряды параллельных трещин (рис. 101, б).
Если в перегородке имеются дверные проемы, то возникают напряжения другого характера; в большинстве случаев появляются горизонтальные трещины, начинающиеся в уровне перемычки дверного проема и идущие к боковой стене перпендикулярного направления.
Так как упругий прогиб железобетонных перекрытий увеличивается из-за ползучести, длящейся в течение многих лет, устранение повреждений такого рода весьма осложнено. Если внутренняя стена (перегородка) путем перевязки или другим способом достаточно надежно соединена с несущими стенами, то после затухания деформа-? ций шов между перекрытием и перегородкой достаточно закрыть полоской ткани (в качестве армирования грунтовки). Чтобы избежать дефектов, являющихся следствием возникновения трещин в перегородках, следует при большепролетных перекрытиях применять в основном лишь легкие сборные перегородки каркасной или щитовой конструкции (см. 3.2.3).
3.6.1.3. Опирание перекрытий
По вопросам, связанным с опиранием перекрытий, в нормах DIN 1053 есть специальные указания, из которых мы здесь рассмотрим важнейшие. Необходимо помнить о теплоизоляционных требованиях, так как появление нежелательных удлинений из-за перегрева перекрытий на их торцовых участках возможно не только в плоских крышах, но и в междуэтажных перекрытиях.
В плоских перекрытиях расчетный пролет перекрытия равен расстоянию между опорами в свету плюс толщина перекрытия (Z = = w + d); это означает, что глубина опирания на кирпичную кладку должна быть равна минимум толщине перекрытия; эта величина одновременно должна быть не менее 7 см. Учитывая наличие облицовки и слоя теплоизоляции в торцовой части перекрытия, определяем, что толщина наружной стены из условия опирания на нее плоской плиты перекрытия, имеющей толщину 14 см, должна составлять не менее 30 см (рис. 102).
152
Так как толщина облицовки в любом случае должна быть равна или больше т/2 кирпича, то делать наружные стены толщиной менее 30 см не рекомендуется.
При часторебристых перекрытиях с вкладышами глубина опирания перекрытий на кладку должна быть не меньше 15 см. При этом пустотелые вкладыши не должны заходить в стену. Если в каждом ребре проложено по два арматурных стержня, то на опоре каждый второй стержень должен отгибаться; при армировании ребер одним
стержнем касательные (скалывающие)
Рис. 102. Минимальное опирание плоской железобетонной плиты перекрытия
напряжения воспринимают-
ся одними лишь хомутами.
Так как армокаменные перекрытия со статической точки зрения аналогичны плоским перекрытиям, то требования по поводу минимальной глубины опирания таких перекрытий на кирпичные стены соответствуют тем же требованиям, которые предъявляются к плоским перекрытиям. Армокаменные перекрытия можно применять только для схемы опирания по двум сторонам, и толщина их должна составлять не менее 9 см.
Для крайнего опорного участка армокаменного перекрытия при условии небольшого защемления могут быть применены требования норм DIN 1045 (разд. 18.5.2.2). При этом растянутую арматуру следует заанкерить на опоре при помощи крюков. Усилия и моменты на опорах (в том числе и на промежуточных опорах неразрезной плиты перекрытия) должны всегда определяться расчетом.
Примеры расчета железобетонных перекрытий см. [43].
3.6.1.4. Консольные плиты
Консольные железобетонные плиты со многих точек зрения представляются проблематичной конструкцией вследствие прогибов консольных участков из-за упругих деформаций и ползучести. Кроме того, они являются потенциальными мостиками холода, утепление которых очень сложно. Если они имеют особенно большую длину, как, например, при устройстве галерей, то следует считаться, с одной стороны, с термическим удлинением, а с другой — с укорочением в результате усадки.
Все это сказывается на примыкающих элементах здания, а также на покрытии полов, которые нередко разрываются под действием растягивающих напряжений, возникающих при изгибе.
153
Рис. 103. Раскрытие горизонтальных трещин между плитой балкона и кирпичной кладкой ограждения. Отрыв кирпичного ограждения балкона от наружной стены вследствие прогиба балконной плиты
/ — вертикальная трещина; 2 — горизонтальная трещина в балконной плите
Прогибы консольных плит. Наиболее типичное повреждение этих конструкций — появление горизонтальных трещин между балконной плитой и кирпичным ограждением балкона (рис. 103, а).
Ограждение образует жесткую пространственную коробку и не прогибается вслед за консольной плитой балкона, так что возникает как бы разделительный шов между верхним краем плиты балкона и нижним краем ограждения балкона. Это случается в местах наибольших прогибов, а именно в углах балконных плит. Следствие образования таких швов — отрыв боковых участков ограждений балконов от наружных стен зданий (рис. 103, б).
В дальнейшем возникают и так называемые вторичные повреждения, заключающиеся в том, что плиточное покрытие пола балкона и гидроизоляционный слой, как правило, также получают серьезные дефекты, выражающиеся в образовании трещин, через которые влага просачивается под покрытие и проникает в кладку балконного ограждения.
Поэтому глухие ограждения балконов лучше делать из железобетона в форме коробчатых конструкций балконов или же в виде сборных элементов ограждения, соединяемых с плитой балкона с помощью специальных закладных деталей. В последнем случае швы между сборными элементами следует уплотнять соответствующими упругими материалами.
3.6.1.5. Мостики холода
Мостики холода (или тепловые мостики, что по сути дела одно и то же) неизбежны в балконных плитах и плитах перекрытия галерей, если речь идет именно о консольной конструкции. Предложение
154
об отделении балконных плит от конструкции междуэтажного перекрытия и об опирании балконных плит на боковые консольные опоры лишь частично упрощает решение проблемы, так как консольные опоры тоже представляют собой мостики холода.
При строительстве зданий с поперечными несущими стенами напрашивается решение об опирании балконов на выступающие участки поперечных стен. Образующиеся при этом лоджии имеют то преимущество, что они отделяются от соседних квартир несущей стеной (звукоизоляция п пепросматрпваемость со стороны других лоджий). Недостаток лоджий заключается в значительном затенении находящегося за ними помещения (рис. 104).
Вообще говоря, нельзя особенно опасаться тех случаев, когда балконы являются консольным продолжением железобетонных перекрытий, так как мостики холода в качестве причины появления каких-либо дефектов могут быть опасны только в помещениях с повышенной влажностью воздуха. Поскольку балконы обычно устраиваются в местах расположения жилых помещений с относительно сухим внутренним воздухом, опасность выпадения конденсата на внутренних поверхностях стен и перекрытий незначительна.
Опасная в смысле промерзания зона может быть утеплена с помощью теплоизоляционной облицовки, укладываемой с нужней стороны плиты перекрытия и соединяющейся с теплоизоляционным слоем, облицовывающим снаружи и изнутри помещения перемычку оконного (и дверного) проема (рис. 105).
Согласно проведенным исследованиям, общее падение (повышение) температуры происходит на участке шириной около 50 см, как видно из диаграммы, составленной Ферховеном [441. На графике рис. 105 приведена эта диаграмма в том же горизонтальном масштабе, что и разрез по балконной плите; на чертеже видно, что теплоизоляционная плита шириной 50 см вполне перекрывает температурную кривую, демонстрирующую перепад температур в месте нахождения мостика холода, которым является консольная балконная плита*
Условием для многократного успешного применения этого конструктивного решения является наличие системы непрерывного отопления помещений, эффективность которого для
Рис. 104. Лоджии в зданиях с поперечными несущими стенами: балконные плиты работают как плиты, опертые по двум сторонам (па выступающие поперечные степы)
Все данные приведены для условий ФРГ (Прим. пер.).
155
Рис. 105. Дополнительная внутренняя теплоизоляция мостика холода и температурная диаграмма балконной плиты (по Ферховену [44]) / — снаружи: 2 — разделительная линия: снару-жп/изнутри
Рис. 106. Пример размещения швов в жилом здании
1 — деформационный шов здания; 2 — разделительный шов балконной плиты; 3 — разделительный шов в слое плиточного пола балкона
критического участка (угол примыкания перекрытия с консольным балконом к перемычечной части наружной стены) по возможности не должна быть уменьшена наличием занавеси, закрывающейся на всю ширину комнаты.
Продольная деформация плиты и усадка бетона действуют отрицательным образом, если длина консольной плиты превышает 5 м, с чем мы обычно сталкиваемся в галерейных домах, а также при устройстве протяженных балконов, опоясывающих все здание по фасаду.
Исходя из этого надо расчленять балконные плиты и балконные ограждения через каждые 5 м (макс. 6 м) деформационными швами. При этом следует учитывать наличие деформационных швов в самом
156
здании (рис. 106). Между балконными плитами здания, показанного на этом рисунке, обычно достаточно устройства швов такого типа, какие делаются в дорожных покрытиях. Эти швы должны, конечно, перерезать и полы балконов, в том числе и плиточное покрытие полов, что особенно сложно в галерейных домах.
Для деформационных швов зданий следует применять специальные уплотняющие ленты (или прокладки), в то время как в швы балконных плит достаточно ввести хороший герметик, отличающийся большой эластичностью в процессе эксплуатации (см. 3.7). Плиточное покрытие пола балкона следует дополнительно через каждые 2 м разделять швами, пересекающими растворную стяжку (см. 4.3).
3.6.2. ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ
Выводы, сделанные в разделе 3.2.1, в отношении изоляции от воздушного шума, в принципе относятся и к перекрытиям, и соответственно нормативные частотные характеристики (нормативные кривые), приведенные на рис. 1 норм DIN 4109, могут использоваться равным образом как для стен, так и для перекрытий. Поэтому изоляция от воздушного шума строительной конструкции характеризуется величиной звукоизолирующей способности Д; при этом, конечно, подразумевается передача звука через перекрытие, разделяющее квартиры или помещения с разными рабочими процессами.
В действительности же в конструкции существуют и дополнительные пути передачи звука, как бы окольными путями, что отражено второй (нижней) кривой частотной характеристики, приво-
Рис- 2 из норм DIN 4109. Нормативная кривая (частотная характеристика) для оценки изоляции от воздушного шума
157
димой для случая испытаний ограждающей конструкции в натуре (или на испытательном стенде) с учетом косвенной передачи звука. Это означает, что применительно к перекрытиям проблему защиты от шума следует рассматривать во взаимосвязи перекрытий с другими конструктивными элементами здания, т. е. принимая во внимание, например, конструкцию стен (тяжелые или легкие, однослойные или многослойные), порядок расположения в помещении всевозможных каналов и отверстий, способ укладки инженерных коммуникаций.
Резюмируя, можно сказать, что воздушный шум приводит в состояние колебания не только конструкции перекрытий и полов помещения, но и стены. Часть этих колебаний передается в виде шума, распространяющегося непосредственно по материалу конструкции, т. е. через твердые тела (так называемый структурный шум).
Ударный шум — это структурный шум, который возникает при ходьбе по перекрытию и передается на несущие стены, если только этот путь передачи ударного шума не перекрыт принятием каких-либо конструктивных мер (например, «плавающие» полы).
Общие положения. Для оценки звукоизолирующих качеств перекрытия применительно к ударному шуму служит нормативная кривая приведенного уровня ударного шума Ln и Ь'г (рис. 2 из норм DIN 4109), предназначенная ка? для случая лабораторных испытаний перекрытий без косвенной передачи звука (Л71), так и для случая испытаний в натуре или на испытательном стенде с обычными путями косвенной передачи звука (£/г). Результаты испытаний оказываются благоприятными, если замеренные частотные характеристики конкретного перекрытия лежат ниже нормативной кривой.
Расчет показателя изоляции от ударного шума ведется таким же способом, который описан в разделе 3.2.1 для случая изоляции от воздушного шума, т. е. путем вертикального параллельного смещения нормативной частотной характеристики.
Среднее отклонение действительной кривой, полученной при испытана от нормативной кривой в сторону неблагоприятной зоны может составлять не более 2 дБ. При этом максимально возможное (при положительных величинах звукоизоляции) или минимально необходимое (при отрицательных величинах) смещение, выраженное в целых дБ, дает величину показателя звукоизоляции.
При показателе звукоизоляции, равном 0 дБ, оказываются выполненными требования нормативной кривой (частотной характеристики) с соблюдением допустимого среднего отклонения в 2 дБ.
При положительной величине показателя звукоизоляционные качества перекрытий и стен, для которых нормативный показатель должен быть равен 0 дБ, всегда являются достаточно хорошими, ибо они выше минимальных нормативных требований. Следует, однако, соблюдать особые требования, предъявляемые к показателям звукоизоляции от ударного шума табл. 1 норм DIN 4109, ч. 2. В графе сх этой таблицы для межквартирных (разделительных) перекрытий жилых помещений и для других видов перекрытий мно
15
гоэтажных зданий с помещениями для длительного пребывания людей (рекреационные помещения, помещения для отдыха, залы заседаний, залы ожидания и т. д.), а также перекрытий для одноквартирных домов даны нормативные показатели звукоизоляции от ударного шума, равные 3 дБ, которым должны удовлетворять вышеперечисленные конструкции в течение двух лет после ввода здания в эксплуатацию.
Представляется естественным, что в процессе старения материала звукоизоляционного слоя перекрытий уменьшается пружинящий эффект такого слоя. В той же табл. 1 в графе с2 приведены нормативные требования к показателю изоляции от ударного шума для тех же помещений после двух лет с момента ввода их в эксплуатацию.
Определение фактической звукоизоляции. Уровень звукоизоляции конструкции определяют путем проведения контрольных замеров на готовой конструкции. Те или иные звукоизоляционные мероприятия назначаются в конкретных случаях на основе сравнения результатов измерений с нормативными данными.
Многослойные перекрытия и стены испытываются на соответствующих стендах в комплексе с другими конструктивными элементами, через которые осуществляется косвенная передача звука; однослойные перекрытия и стены могут испытываться на стендах и без косвенной передачи .звука.
Изоляция перекрытий и стен от воздушного шума считается удовлетворительной, если фактический показатель изоляции от воздушного шума соответствует нормативным данным, представленным в табл. 1 ч. 2 норм DIN 4109 (см. далее): графа b («Минимальные требования») и графа d («Предложения по повышению звукоизоляции»).
Изоляция перекрытий от ударного шума удовлетворительна в том случае, если фактический показатель изоляции от ударного шума превышает не менее чем на 5 дБ цифры, представленные в той же табл. 1, графа с2 («Минимальные требования») и графа е2 («Предложения по повышенной звукоизоляции»).
Определение уровня ударного шума для частот от 100 до 3200 Гц в помещении, находящемся под испытываемым перекрытием, производится с помощью простукивания верхней плоскости перекрытия ударной машиной. В нормах DIN 52210 содержатся все необходимые данные для проведения испытаний строительных конструкций на звукоизоляцию в полном соответствии с международными нормативами.
Контрольные испытания перекрытий и стен производят непосредственно на подготовленном к сдаче объекте, причем, как правило, исследуется передача воздушного ударного шумов между двумя помещениями, расположенными рядом одно с другим или одно над другим.
Для перекрытий, разделяющих квартиры, измерение ударного шума в расположенных одно над другим помещениях туалетов, ванных комнат кухонь производят в соответствии нормами DIN
159
52210; в этом случае, однако, измерение звука производится по диагонали, т. е. источник шума помещают в туалете, ванной комнате или на кухне вышерасположенной квартиры, а расчетная точка находится в ближайшем жилом помещении нижерасположенной квартиры. Если одно из названных помещений граничит с межквартирной стеной или перегородкой, то следует также определить уровень ударного шума в ближайшем жилом помещении соседней квартиры, расположенной в том же этаже (звук измеряется в горизонтальном направлении).
Эти измерения охватывают возможные варианты передачи звука через примыкающие друг к другу строительные конструкции многоэтажных зданий.
Косвенная передача звука. Передача воздушного и ударного шумов через примыкающие конструкции, т. е. фланговая звукопере-дача, — обычное явление для жилых домов, выстроенных традиционным образом. Последующие мероприятия, выполняемые задним числом, требуются только в том случае, если есть необходимость улучшения акустических характеристик смежных конструктивных элементов здания.
На рис. 107 показано распространение вбок и вниз (частично воздушного шума, которое удается ограничить благодаря устройству «плавающего» пола. Распространение воздушного шума вверх может быть ограничено с помощью подвесного потолка.
Тот же подвесной потолок уменьшает передачу ударного шума в очень небольшой степени, так как такая конструкция не исключает косвенной передачи звука обходным путем через стены (рис. 107, б). Поэтому ударный шум должен быть в основном приглушен плавающим полом; при этом мягкие и пружинящие покрытия
й}
Рис. 107 Передача воздушного (а) и ударного (б) шумов через стыкующиеся конструкции в жилом здании [28]
1 — распространение воздушного и ударного шумов частично ограничивается подвесным потолком. Ударный шум полностью глушится плавающим полом; 2 — косвенная передача воздушного и ударного шумов железобетонным перекрытием; 3 — косвенная передача воздушного шума стенами; 4 — косвенная передача воздушного шума перекрытием и стеной; 5 — распространение воздушного шума в значительной степени препятствует подвесной потолок
160
ТАБЛИЦА 1 (ИЗ НОРМ DIN4109). ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ ПЕРЕКРЫТИИ ОТ ВОЗДУШНОГО И УДАРНОГО ШУМОВ И ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ СТЕН ОТ ВОЗДУШНОГО ШУМА. МИНИМАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОКАЗАТЕЛЯМ ЗВУКОИЗОЛЯЦИИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ПОВЫШЕННОЙ ЗВУКОЗАЩИТЕ ПОМЕЩЕНИИ ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ПРЕБЫВАНИЯ ЛЮДЕЙ (Таблица приведена не полностью)
Графа а Ь 1 С1 | с2 d 1 61 | е2
Строка Строительная конструкция Минимальные требования!) Предложения по повышенной звукоизоляции!)
показатель изоляции от воздушного шума, дБ показатель изоляции от ударного шума, дБ показатель изоляции от воздушного шума, дБ показатель изоляции от ударного шума, дБ
непосредственной после ввода в эксп- луатацию через'два года эксплуатации непосредственно 2 после ввода в эксп- луатацию через два года эксплуатации
1.1. Многоэтажные здания с помещениями для длительного пребывания людей (жилые и рабочие помещения)
1 Чердачные перекрытия при неэксплуатируемых чердаках — —
2 То же, но при использовании чердаков для сушки белья, а также для проходов по чердаку 0 3 0 >3 >13 >10
3 Разделительные перекрытия жилых помещений3) и перекрытия между рабочими помещениями неодинакового характера 0 34) Q4) >3 >134> >104»
4 Перекрытия над подвалами, вестибюлями, лестничными клетками (для помещений, предназначенных для длительного пребывания людей) 0 36> Q5) >3 >135> >105)
5 Перекрытия над проездами, въездами в коллективные гаражи и др. (для помещений, предназначенных для длительного пребывания людей) 36) 35) 0б> >36’ >135) >105)
6 зак. 1618
161
Продолжение табл. 1
Г рафа а ь 1 1 С1 1 | С2 d 1 е‘ 1 е2
Строка Строительная конструкция Минимальные требования!) Предложения по повышенной звукоизоляции!)
показатель изоляции от воздушного шума.. дБ показатель изоляции от ударного шума, дБ показатель изоляции т воздушного шума, дБ показатель изоляции от ударного шума, дБ
непосредствен-но2) после ввода в эксплуатацию через два года эксплуатации непосредствен-но2) после ввода в эксплуатацию через два года эксплуатации
6 Перекрытия над террасами, лоджиями и галереями (для помещений, предназначен ных для длительного пребывания людей) 0 >13 >10
7 Перекрытия под галереями Т5) ог>) >135 > >105)
8 Перекрытия двухэтажных жилых зданий 35) 05) 0 >13г>) >105
1.2. Малоэ жилые дома7
12 Перекрытия в блокированных и двухквартирных домах З5) 05) >0 >135) >105)
13 Перекрытия в отдельно стоящих одноквартирных домах >0 ^>3 >0
1.3. Рестораны, кинотеатры, производственные здания и др. с помещениями, граничащими с жилыми помещениями и аОочими помещениями с другим характером производства
15 Перекрытия Ю8) 209) 209) >108) >209) >209)
( )
162
Продолжение табл. 1
Графа а "ь ’ | С1 I С2 d 1 ei | е 2
Минимальные требования!) Предложения по повышенной звукоизоляции!)
Строка Строительная к показатель изоляции от воздушного шума, дБ показатель изоляции от ударного шума, дБ показатель изоляции от воздушного шума, дБ показатель изоляции от ударного шума, дБ
непосредственно 2) после ввода в эксплуатацию через два года эксплуатации непосредственно 2) после ввода в эксплуатацию через два года эксплуатации
1.4. Гостиницы, больницы
17
Перекрытия между «тихими» помещениями (спальни и палаты) и «шумными» помещениями (помещения дневного пребывания, кухни и др.)
108> 209>
209> >108 )>209) >209)
19
Перекрытия между «тихими» помещениями (спальни и палаты, включая примыкающие прихожие)
О
( •)
1.5. Школы12)
21
Перекрытия между учебными и другими помещениями, включая вестибюли
13 10
О См. также условия для определения пригодности конструкции в разд. 4.1.2 норм DIN 4109.
2) Данные этой графы содержат запас в 3 дБ на случай возможного старения звукоизоляционного слоя с течением времени.
3) Под термином «Разделительные стены и перекрытия» имеются в виду конструкции, разделяющие квартиры и отделяющие рабочие помещения, различающиеся характером производства.
4) Для перекрытий между туалетами, ванными, а также кухнями в качестве защиты от передачи ударного' шума в горизонтальном направлении и под углом (по диагонали).
5) Только по причине передачи ударного шума в горизонтальном направлении и под углом (по диагонали) в другое помещение, предназначенное для длительного пребывания людей (измерение шума в соответствии с требованиями разд. 4.2 норм DIN 4109).
6* 163
6) Если проезды одновременно являются пешеходными дорожками, необходимо привлечь специалиста-эксперта; в таких случаях требования к звукоизоляции соответственно повышаются.
7) Наиболее рациональный путь достижения хороших показателей звукоизоляции от воздушного и ударного шумов в сблокированных малоэтажных жилых домах и в двухквартирных домах заключается в устройстве разделительных швов, пересекающих здание на всю его высоту, т. е. от фундамента до крыши (см. рис. 9 ч. 3 норм DIN 410'9).
8) Для достижения требуемой величины показателя изоляции от воздушного шума >10 дБ необходимо не только улучшить этот вид звукоизоляции, но и добиться одновременного уменьшения боковой звукопередачи через примыкающие конструкции. Для определения необходимых мероприятий по звукоизоляции необходимо привлечь эксперта-специалиста (см. также разд. 2.3.1 ч. 5 норм DIN 4109).
9) (...) Показатель измеряется в направлении распространения шума.
12> См. также нормы DIN 18031 «Гигиенические требования к школьным зданиям. Основные указания».
полов (ковровые покрытия) и подвесные потолки, обладающие хорошей гибкостью, являются лишь второстепенными факторами с точки зрения улучшения акустических свойств помещений. Большую роль в эффективности подвесного потолка как фактора, снижающего передачу ударного шума, играет способ его крепления к перекрытию.
3.6.2.1. Железобетонные перекрытия
В нормах DIN 4109, ч. 3, одно- и двухслойные перекрытия разделены на две группы (без учета конструкции пола):
группа I — звукоизоляция от воздушного и ударного шумов недостаточна;
группа II — звукоизоляция от воздушного шума в пределах нормы, звукоизоляция от ударного шума недостаточна.
Учитывая недостаточную звукоизоляцию самих конструкций перекрытий (без учета пола), следует позаботиться о том, чтобы конструкция пола выбиралась исходя из требований звукоизоляции, предъявляемых к таким конструктивным элементам зданий.
Примеры железобетонных перекрытий группы I даны на рис. 1 ч. 3 норм DIN 4109. Такие перекрытия представляют собой однослойные плиты, вес 1 м2 которых (без конструкции пола) составляет не менее 225 кг. Показатели звукоизоляции таких плит, как было указано, находятся ниже нормативных пределов (как по воздушному, так и по ударному шуму). При повышении веса конструкции плоского железобетонного перекрытия, обозначенного на рис. 1 номером 1. 1, до 350 кг/м2 та же конструкция уже может быть помещена в группу II, так как изоляция от воздушного шума, обеспечиваемая такой плитой (без конструкции пола), станет вполне достаточной.
Рис. 1 и 2 из норм DIN 4109. Примеры железобетонных покрытий групп I и II
►
Рис.
N
Наименование и изображение (размеры в мм)
Железобетонные плиты (DIN 1045) из пемзобетона
1.1
штукатурка
Железобетонные часто ребристые перекрытия (DIN 1045) с вкладышами из легкого бетона (DIN 4158)
пемзобетон
с керамическими вкладышами, не учитываемыми в общей работе перекрытия (DIN 4160)
1.3
J53 535 333
335 333
(500У(500) 4500V (500) 1 (500)
1.4
с керамическими вкладышами, учитываемыми в общей работе перекрытия (DIN 4159)
Железобетонные часторебристые перекрытия с^амоноличиваемыми сборными балками (DIN 4233) с вкладышами из легкого бетона
1.6
Перекрытия по балкам с жесткой арматурой пустотелый настил (DIN 4028) шлакобетон или другой аналогичный материал
Рис. 1. Примеры железобетонных перекрытий группы 1 Однослойные перекрытия, имеющие общий вес (без учета конструкции пола) не менее 225 кг/м2.
Без конструкции пола звукоизоляция от воздушного и ударного шумов недостаточна. Железобетонное перекрытие по рис. 1.1 при повышении общего веса до 350 кг/м2 (не менее) повышает звукоизоляцию от воздушного шума до нормативного уровня; в таком случае их можно уже отнести к перекрытиям группы П (рис. 2).
Наименование и изображение (размеры в мм)
Железобетонные плиты (DIN 1045) _______из пемзобетона
Железобетонные часторебрисгые перекрьпия без вкладышей (DIN 4225)
\itooo)
(DIN 1045 и DIN 4225)
Железобетонные ребристые перекрытия из монолитного бетона но металлическим балкам (DIN 1045) с подшивными потолком
крепление подшивного потолка из штука -турки по сетке (DIN 4121) — на подвесках, при прочих материалах подшивного потолка - на деревянных рейках
Конструкции перекрытий, изображенных на рис. 1.1 — 1.6, но с подвесным потолком (как на рис. 2.2 — 2.4)
Рис. 2. Примеры железобетонных перекрытий группы П Одно- и двухслойные перекрытия, описанные в разд. 1.1.2.1 — 1.1.2.3 норм DIN 4109. Показатель звукоизоляции от воздушного шума (без учета конструкции пола) -в пределах нормы, показатель изоляции от ударного шума - ниже нормы.
Если в качестве конструкции пола применяется бесшовный плавающий пол (табл. 2, № 1.1), то толнщна плиты, изображенной на рис 2.1, может быть уменьшена на 2 см.
165
Отсюда ясно, что увеличение веса перекрытия за счет его утолщения влечет и повышение показателя звукоизоляции от воздушного шума; при этом, однако, не улучшается показатель изоляции от ударного шума.
Железобетонные перекрытия группы II показаны на рис. 2 ч. 3 норм DIN 4109. К этой группе относятся одно- и двухслойные перекрытия, у которых показатель изоляции от воздушного шума (без учета конструкции пола) в пределах нормы, а звукоизоляция от ударного шума ниже нормы.
Улучшение звукоизоляционных свойств таких перекрытий в отношении воздушного шума достигается или за счет повышения общего веса перекрытия, или за счет введения подвесного потолка, который не жестко крепится к несущей части перекрытия.
Перекрытия с подвесным (подшивным) потолком в известной степени улучшают и звукоизоляцию от ударного шума, если конструкция потолка соответствующим образом крепится к плите.
В работе Шнайдера [45] приведен пример, иллюстрирующий зависимость изоляционных качеств подшивного потолка по отношению к воздушному шуму от способа его устройства. Перекрытие 1 (рис. 108) представляет собой несущую часторебристую железобетонную конструкцию со сборными пустотелыми вкладышами, изготовленными из легких плит из древесной шерсти. Нижняя поверхность вкладышей оштукатуривается. Несущая часть перекрытия 2 — та же, что и у перекрытия 1, однако легкие плиты собираются не в замкнутую конструкцию вкладыша, а образуют открытые снизу кессоны, к которым крепится система реек; собственно подшивной потолок крепится гвоздями к рейкам через дополнительные изолирующие прокладки. Поверхность подшивного потолка оштукатуривается снизу.
Рис. 108. Влияние различных способов крепления гибкого подвесного потолка на звукоизоляционные качества часторебристого железобетонного перекрытия (в отношении ударного шума)
/ — перекрытие I; //—перекрытие?; /// — нормативная кривая
166
Лучшие показатели перекрытия 2 в отношении изоляции от ударного шума обусловливаются двумя факторами:
точечное крепление потолка обеспечивает относительно малую его жесткость;
благодаря изолирующим прокладкам, размещаемым между ребрами несущей части перекрытия и рейками, исключается непосредственное соприкосновение массивных деталей, которые хорошо передают звук, что соответственно ограничивает передачу ударного шума.
Однако, несмотря на тщательное выполнение конструкции подшивного потолка, требуемая звукоизоляция от ударного шума не достигается, о чем свидетельствуют данные, приведенные на графике рис. 108: кривая показателей для перекрытия 2 расположена выше нормативной кривой, т. е. лежит в неблагоприятной зоне. Таким образом, и для этой конструкции необходимо устройство звукоизолирующей конструкции пола — «плавающего» пола.
Конструкция «плавающих» полов. В соответствии с нормами DIN 4109, ч. 3, разд. 4.1.2.3, конструкции полов подразделяются по степени улучшения ими звукоизолирующих качеств перекрытия. Испытания конструкций полов на звукоизоляцию проводятся на специальном стенде с косвенной передачей звука (или без нее) на однослойную хонструкцню келезобетонного перекрытия.
Конструкции полов могут быть применены для каждой из двух групп железобетонных перекрытий, равно как и для железобетонных перекрытий, принадлежность которых к той или иной группе определяется отдельно, если при исследовании на испытательном стенде будут получены следующие данные:
Группа железобетонных Степень улучшения полом звукопзоляцп-перекрытпй оппых качеств перекрытия, не менее:
I 24 дБ
II 19 дБ
Примеры полов I и II групп, улучшающих изоляцию железобетонных перекрытий I и II групп от воздушного и ударного шумов до нормативного уровня, приведены в табл. 1 и 2 ч. 3 норм DIN 4109.
Такими конструкциями в обеих группах являются плавающие бесшовные полы (см. ч. 4 тех же норм), имеющие вес 1 м2 40 кг со следующими видами изолирующих слоев:
войлок, маты или плиты из волокнистых изоляционных материалов минерального или растительного происхождения (DIN 18165); ленты и плиты из синтетических пенопластов (DIN 18164), которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к группе I изолирующих .слоев (динамическая жесткость S' С/ 3 кгс/см3) и к группам I и II изолирующих слоев (динамическая жесткость S 9 кгс/см3), при толщине в сжатом состоянии не менее 7,5 мм, а для асфальтовых полов по изоляционному слою из материалов, относящихся к группе I. изолирующих слоев, менее 6 мм
167
Рис. 109. Звукоизоляционные качества перекрытия в отношении ударного шума с учетом существования звуковых мостиков.
Конструкция перекрытия (сверху вниз): клинкерная плитка па растворе „ по 12/10-мм матам из пробковой крошки; между изоляционным слоем и бесшовным полом кровельный картон (общая толщина конструкции пола — 60 мм); плоское железобетонное перекрытие толщиной 150 мм; штукатурный слой
1 — отсутствуют изоляционные прокладки; 2 — нормативная кривая (DIN 4109)
Динамическая жесткость S' характеризует упругие свойства промежуточной прокладки, располагающейся между двумя слоями (такой промежуточной прокладкой может быть, напри-
мер, воздушная прослойка в стенах двуслойной конструкции, а применительно к «плавающим» полам этой прокладкой будет изоляционный слой).
Однако из-за своего относительно небольшого веса (в сравнении с общим весом конструкции перекрытия) полы не оказывают решающего влияния на звукоизоляционные свойства перекрытия в отношении воздушного шума; в этом смысле основной эффект достигается за счет увеличения веса собственно перекрытия (группа II железобетонных перекрытий), например, при доведении толщины плоской плиты до 14 см.
Благодаря плавающим полам изоляция от ударного шума достигает нормативного уровня, но этого можно добиться только при тщательном соблюдении всех требований норм (DIN 4109, ч. 4) при устройстве полов. Тем не менее зачастую забывают прикладывать
изолирующие прокладки в местах примыкания к стенам или же допускают пропуски при укладке изоляции. В качестве примера можно привести звукоизоляцию от ударного шума в перекрытии, пол которого имеет плиточное покрытие [46]. Конструкция перекрытия (рис. 109) соответствует нормам DIN 4109, ч. 3, табл. 2 (мат из пробковой крошки в качестве изолирующего слоя группы II).
Изучение передачи ударного шума на участке между кухней вышерасположенной квартиры и спальней нижней квартиры (передача звука по диагонали) дало величину показателя изоляции от ударного шума — 5 дБ (вместо + 3 дБ, требуемых нормами DIN 4109).
168
Исследование показало, Что плиточное покрытие пола оказалось жестко связанным с окружающими стенами. Через эти звуковые мостики шум по примыкающим конструкциям достиг жилых помещений нижерасположенной квартиры. В подобном случае необходимо принять меры ремонтного характера, т. е. снять плитку в местах примыкания пола к стенам и уложить мягкие изолирующие прокладки.
3.6.2.2. Перекрытия по деревянным балкам
При перекрытиях по деревянным балкам вообще труднее добиться хорошей изоляции от ударного шума, чем соответствующей изоляции от воздушного шума. Традиционные конструкции с черным полом, засыпкой, дощатым настилом на гвоздях и штукатуркой по камышовым матам не удовлетворяют минимальным нормативным требованиям. Жесткое крепление отдельных элементов конструкции к балкам перекрытий обеспечивает передачу ударного шума через деревянные балки, причем черный пол в акустическом отношении оказывается неэффективным (рис. НО).
Для улучшения защиты от ударного шума могут быть приняты следующие меры:
отделение пола от балок с помощью упругого изоляционного слоя;
увеличение веса среднего слоя перекрытия (основание подшивного потолка, или так называемый черный потолок);
гибкий подвесной потолок с пружинящей (упругой) системой крепления.
Кроме того, можно использовать несущие балки перекрытия только для восприятия нагрузки от пола и крепить подвесной потолок к обособленной системе несущих брусков. При этом единственный путь передачи звука — через пустоты в конструкции перекрытия; передача шума может быть значительно уменьшена с помощью минераловатных матов (рис. 111). Однако такая конструкция очень многодельна, а потому применяется в исключительных случаях.
При тщательном отделении пола от несущих деревянных балок через звукоизоляционные прокладки показатели
Рис. 110. Недостаточная защита от ударного шума: дощатый пол и потолок жестко соединены с балками перекрытия
Рис. 111. Передача ударного шума может быть значительно уменьшена за счет отделения конструкции потолка от балок перекрытия. Сверху вниз: 10-мм сборный паркетный щит; 25-мм древесностружечная плита; деревянная балка; звукопоглощающий мат 50 мм; бруски самостоятельной несущей конструкции подвесного потолка; деревянная рейка; штукатурка по металлической сетке
169
Рис. 112. Две конструкции перекрытия по деревянным балкам, обладающие высокими звукоизоляционными свойствами: а — конструкция перекрытия для одноквартирного дома на
разрезе сверху вниз:
25-мм древесностружечные плиты; лаги; минеральная вата; гипсовые или легкобетонные плиты; пружинящий хомут; сухая гипсовая штукатурка
б — конструкция перекрытия, разделяющего разные квартиры на разрезе сверху вниз:
10-мм паркет; 25-мм древесностружечные плиты; 30 (25)-мм плиты из минерального войлока; 40-мм бетонные плиты, укладываемые с зазорами; 3-мм войлок; 38-мм древесностружечные плиты; деревянные балки; 60-мм минеральная вата; рейки поперечного направления (крепеж пружинящими хомутами); 12,5-мм сухая гипсовая штукатурка
Рис. ИЗ. Подвеска сухой гипсовой
штукатурки с помощью пружинящих хомутов
1 — деревянная балка; 2 — пружинящий хомут; 3 — изолирующие прокладки; 4 — рейка
штукатуркой.
В заключение следует сказать о двух новых конструкциях перекрытия по деревянным балкам, выполнение которых представляется не столь сложным. Эти решения основаны на принципе отделения подвесного потолка от балок (крепление на пружинных хомутах)
изоляции от воздушного и ударного шумов повышаются до О дБ. При этом доски пола не надо крепить гвоздями к балкам через прокладки, для этого они должны иметь специальные лаги.
При тщательном отделении балок от подвесного потолка, который также не должен прибиваться к балкам через прокладки, можно повысить оба показателя звукоизоляции до 0 дБ.
При жестком же соединении пола, балок и потолка нельзя достичь нормативных звукоизоляционных показателей даже в
случае увеличения поперечного сечения балок до 160 X 200 мм.
Перекрытия по деревянным балкам, согласно нормам DIN 1052, — основной вид перекрытий в строительстве каркасных и щитовых деревянных домов (см. 3.4.3). В зданиях этой конструкции продольная передача звука стенами значительно меньше, чем в каменных и бетонных домах при одинаковых амплитудах колебаний гибкой листовой обшивки и жестких массивных конструкций стен. Исследования показали, что в щитовых домах перекрытия по деревянным балкам, выполненные согласно приведенным рекомендациям, имеют показатели изоляции от воздушного шума в пределах от + 6 до + 9 дБ.
В массивных зданиях можно
соответственно уменьшить пере-дачу звука по стенам, если обшить стены древесностружечными плитами или сухой гипсовой
170
при повышении общего веса перекрытия за счет укладки бетонных плит внутрь конструкции. При этом достигаются нормативные показатели звукоизоляции [47]. Более простой вариант применим для одноквартирных домов (например, междуэтажное перекрытие в двухэтажном доме с квартирами в двух уровнях); относительно более сложное решение с покрытием пола, уложенным на плавающее основание, может быть применено для перекрытий, отделяющих квартиры, расположенные на разных этажах здания (рис. 112). Парис. 113 изображена пружинная подвеска потолка из гипсовой сухой штукатурки.
Для более детального ознакомления с проблемой защиты от шума могут быть рекомендованы книги «Строительная физика и теория проектирования», ч. 4 [48] и «Звук, тепло, влажность» [49].
3.6.3. ЧЕРДАЧНЫЕ ПЕРЕКРЫТИЯ
В отличие от обычных междуэтажных перекрытий перекрытия над последним этажом, т. е. чердачные перекрытия, должны выполнять ряд дополнительных функций вне зависимости от того, имеем ли мы дело с традиционными конструкциями скатных крыш с деревянными стропилами или же с современными плоскими крышами, где чердачное перекрытие одновременно служит покрытием. При скатных крышах чердачные перекрытия должны воспринимать нагрузки, передаваемые на них стропильными конструкциями, и, в свою очередь, передавать их на несущие стены, а при плоских крышах перекрытия выступают в роли конструктивного элемента, воспринимающего нагрузки от кровельного ковра и теплоизоляционного слоя, или же являются нижним слоем двуслойной плоской крыши. В любом случае при конструировании чердачных перекрытий следует принимать во внимание также снеговую и ветровую нагрузки.
В конструкциях чердачных перекрытий по деревянным балкам, которые были широко распространены в прошлом, система балок чердачного перекрытия должна быть увязана с планом стропил, причем каждая балка перекрытия соединяется с парой соответствующих стропил (крыши с висячими стропилами).
При конструкции крыш с наслонными стропилами последние уже можно устанавливать независимо от расположения балок перекрытия, однако стойки стропильных ферм устанавливают на лежни (подбалки), которые опираются не менее чем на три балки чердачного перекрытия; кроме того, необходимо конструктивно связывать мауэрлаты с балками перекрытия.
.При железобетонных чердачных перекрытиях несущие конструкции крыши почти не связаны с перекрытием, тем не менее необходимо учитывать статическую работу стоек стропильных ферм и позаботиться о достаточном количестве ветровых связей (подкосов) в стропильной конструкции, а также об ее анкеровке.
171
Так как в наши дни стропильные конструкции почти всегда монтируются на железобетонном чердачном перекрытии, именно такая конструкция рассматривается нами в настоящей книге с позиций изучения возможных причин ее повреждений (см. 4.1).
З.6.З.1. Чердачные перекрытия при скатных крышах
Как уже говорилось, прогибы перекрытий могут отрицательно сказываться в опорных участках чердачных перекрытий.
В данном случае пригруз от вышерасположенной кладки, которая защемляет перекрытие на опоре, отсутствует и не может полностью компенсироваться относительно небольшими нагрузками, передающимися от конструкции крыши через мауэрлат. Кроме того, вследствие усадки и ползучести бетона суммарный прогиб увеличивается и может достигнуть //200, что допускается нормами DIN 1045.
Если речь идет о монолитном железобетонном чердачном перекрытии, бетонирование которого выполняется после окончания кладочных работ, т. е. тогда, когда кладка является как бы опалубкой для торцовых участков перекрытия, то в результате кручения в опорных участках перекрытия на наружной стороне кладки могут раскрыться горизонтальные трещины, так как кирпичи, сцепление которых с бетоном достаточно велико, отрываются от нижераспо-ложенного массива стены. Такой горизонтальный шов может раскрыться до ширины 15 мм и проявиться на наружной штукатурке стены в виде трещины (рис. 114).
На опорных участках чердачных перекрытий ни в коем случае нельзя применять кирпич с вертикальными пустотами, поскольку бетон, затекая в эти пустоты, усиливает сцепление между перекрытием и кладкой. В таком случае горизонтальные трещины могут появиться и в одном-двух нижерасположенных рядах кладки.
Если мы имеем дело с неэксплуатируемыми чердаками, то в зимнее время прогиб чердачного перекрытия может дополнительно увеличиться за счет большого перепада температур на верхней и нижней поверхностях перекрытия. Это обстоятельство заставляет особенно внимательно относиться к вопросу устройства теплоизоляции чердачного перекрытия.
Рис. 114. Прогиб чердачного перекрытия является причиной раскрытия горизонтальных швов в кирпичной кладке в уровне опирания перекрытия
1 — отсутствие теплоизоляции усиливает прогиб перекрытия; 2 — перекрытие бетонировалось после окончания кладочных работ, кирпичи поднимаются вместе с опорным участком перекрытия; 3 — следствие— образование трещин в наружной штукатурке
172
Следует отметить, что если для конструкций плоских крыш разработана широкая палитра утепляющих материалов, толщина слоев которых регламентирована нормами и хорошо известна специалистам, то для чердачных перекрытий скатных крыш теплоизоляцией перекрытий зачастую пренебрегают. Это относится и к торцовым участкам чердачных перекрытий, где следует предусматривать разделительные (и обычно утепленные) швы между перекрытием и кладкой.
Естественно, что никакая теплоизоляция не может исключить прогиб чердачного перекрытия от собственного веса, полезных нагрузок, ползучести и усадки, но этот прогиб, тем не менее, может быть ограничен, и, следовательно, ограничены его отрицательные последствия.
На рис. 115 показано образование горизонтальных трещин в уровне чердачного перекрытия жилого дома. Причина возникновения этих трещин кроется в ошибках, допущенных при проектировании конструкции чердачного перекрытия, в частности в недостаточной его теплоизоляции. Малая теплоизоляция перекрытия усилила обычный его прогиб, а температурные на
Рис. 115. Трещины наружной штукатурки в зоне опирания чердачного перекрытия. Причина — температурные деформации железобетонной плиты вследствие недостаточной теплоизоляции
Рис. 116. Рандбалка чердачного перекрытия одновременно является упором для стропильной ноги скатной крыши с висячими стропилами
пряжения в зимнее время до-
полнительно его’увеличили. Дождевая влага проникла в раскрыв
шиеся швы кладки и насквозь промочила наружную стену ниже уровня опирания^чердачного перекрытия.
До начала восстановительного ремонта такого повреждения следует прежде всего устранить его причину. В описываемом случае теплоизоляция перекрытия была усилена, а затем трещины проклеены снаружи’нейлоновой тканью и окрашены.
Повреждения такого рода можно предупредить путем введения в конструкцию перекрытия контурной балки, идущей по периметру чердачного перекрытия, которую мы далее будем называть ранд-
173
балкой* Такая балка, как правило, выступающая вверх от плоскости чердачного перекрытия, жестко связана с плитой перекрытия; благодаря рандбалке жесткость перекрытия в опорной зоне увеличивается. На фронтонных (щипцовых) участках чердачной стены рандбалка должна обходить углы здания; крутящий момент, величина которого особенно велика в углах перекрытия, воспринимается рандбалкой.
Выступающую вверх рандбалку можно использовать как упор для стропильных ног при конструкциях крыш с висячими стропилами (рис. 116). При таком решении следует обратить внимание на непрерывность укладки теплоизоляционного слоя (в том числе и вокруг рандбалки), а также на хорошее заанкеривание упора для стропильной ноги в рандбалке. Устройство скользящей опоры бетонного чердачного перекрытия при деревянных стропилах не требуется.
3.6.3.2. Чердачные перекрытия при плоских крышах
В конструкциях плоских крыш с железобетонными чердачными перекрытиями для повышения жесткости последних, особенно в угловых опорных участках, могут быть также применены рандбалки.
Чердачные перекрытия плоских крыш (которые мы можем называть «покрытия», так как они, как правило, выполняют функции несущего элемента для конструкции кровли в плоских крышах) более, чем какие-либо другие конструкции здания, подвержены температурным деформациям, возникающим в результате солнечного облучения. Единственное средство для уменьшения этих деформаций — хорошая теплоизоляция, которая должна надежно защитить всю наружную поверхность плит чердачного перекрытия; тем не менее полностью исключить температурные деформации чердачного перекрытия невозможно.
Повреждения конструкций могут иметь место в тех случаях, когда температурные напряжения растяжения и сжатия, возникающие в угловых участках плоских крыш, передаются несущей конструкции посредством жестких опорных участков, а также в случае жесткого защемления перекрытий другими частями здания или же при непосредственном контакте чердачных перекрытий с этими конструкциями.
Чтобы иметь возможность назначить те или другие мероприятия для профилактики потенциальных повреждений, следует определить величины деформаций угловых участков покрытий (при наличии растягивающих напряжений) по формуле
В отечественной практике термин «рандбалка» применяется к балкам, опирающимся на фундаменты колонн каркаса и принимающим на себя нагрузки от пенесущих ограждающих конструкций. {Прим. пер.).
174
где А? —абсолютное удлинение конструкции в мм/м; / — длина кой' струкцпп в м (для перекрытия принимается его общая длина плп расстояние между двумя деформационными шв.ами); а — линейный коэффициент температурного расширения (коэффициент теплового расширения в мм/м°С; At — перепад между самыми высокими летними температурами и самыми низкими зимними в °C.
Коэффициенты температурного расширения отдельных строительных материалов приведены в специальной литературе [2] и [39]. В последнем случае эти коэффициенты даны в сочетании с показателями набухания и усадки соответствующих материалов, что в принципе представляется правильным, так как в известных обстоятельствах процессы удлинения и усадки наслаиваются друг на друга. Однако в общем случае деформации набухания и высыхания при температурных деформациях интегрируются, вследствие чего они и не рассматриваются раздельно.
Разница (или перепад) температур исчисляется обычно с учетом самых низких зимних температур и самых высоких летних температур наружного воздуха, однако при расчете температурных деформаций плоских крыш следует учитывать нагревание самой поверхности плоской крыши, которое усиливается по причине перегрева изолирующего слоя, расположенного под кровельным ковром. Степень этого нагревания зависит от того, имеем ли мы дело с черным битумным кровельным картоном или же со светлым гравийным слоем, отражающим солнечные лучи.
В специализированной литературе можно встретить различные цифры возможных температурных перепадов для одних и тех же материалов. В каждом отдельном случае при назначении величины расчетного температурного перепада следует учитывать конкретные условия (расположение здания, угол инсоляции, в случае необходимости — возможный отвод тепла и уже упоминавшееся отражение солнечных лучей). Можно рекомендовать при расчете бетонных крыш придерживаться средних значений максимального нагрева поверхности крыши в летнее время в пределах 50—75° С. Таким образом, при минимальных зимних температурах наружного воздуха — 15° С* перепад температур в зависимости от обстоятельств соответственно составит 65—90° С.
Коэффициенты теплового расширения бетона и стали примерно равны, и, согласно нормам DIN 1045 (разд. 16.5), этот коэффициент в среднем для железобетона может быть принят равным величине 0,00001 - 10-5 - 10 • 10-6 на 1° С.
Таким образом, удлинение бетона на 1° С и 1 см длины изделия составит (в мм):
103 • 10“5 • 1 - 10-2 - 0,01 - 1/100 мм/м • °C.
Например, для неутепленной плиты железобетонного покрытия длиной 10 м при температурном перепаде 80° С абсолютная температурная деформация составит: 10 • 80 • 0,01 = 8 мм.
* Для климатических условий ФРГ. (Прим. пер.).
175
Это означает, что плита покрытия деформируется на 4 мм в каждую сторону от своей средней оси.
Вследствие трения железобетонных монолитных плит покрытий в участках их опирания на кирпичные стены, с которыми они прочно связаны в результате бетонирования, происходят интенсивные деформации конструкций здания в углах перекрытий (в диагональном направлении). Возникающие в кладке сдвигающие усилия иногда возрастают до такой степени, что уже не могут восприниматься кладкой, и в последней появляются трещины (перпендикулярно направлению главных растягивающих напряжений). Нарушения швов кладки носят в большинстве случаев ступенчатый характер (под углом 45°) в местах наиболее ослабленных кладочных швов. Эти косые на угловых участках трещины далее переходят в горизонтальные трещины, идущие, как правило, несколько ниже плоскости опирания плит покрытия. Так как направление деформаций плит перекрытий зависит от того, идет ли речь об удлинении плит летом или об укорочении их зимой, картина образования косых трещин в кладке на углах здания (их направление) меняется (см. рис. 117).
Чтобы избежать возможных повреждений конструкций, вызываемых температурными деформациями железобетонных плит покрытий, требуется проведение следующих мероприятий:
1) устройство теплоизоляционного слоя в полном соответствии с результатами расчета;
2) разрезка многопролетных плит покрытий деформационными швами;
3) устройство подвижных опор плит покрытий.
К и. 1. В соответствии с нормами DIN 4108 перекрытия, ограждающие внутренние помещения от наружного воздуха (т. е. покрытия), должны обладать термическим сопротивлением 1,25 (в среднем) или 0,9 (в неблагоприятных условиях). При устройстве покрытий из железобетона теплоизоляционный слой следует укладывать по плите покрытия. Степень теплоизоляции в рассматриваемом случае целесообразно повысить (сообразуясь с размерами плиты или с расстоянием между деформационными швами), чтобы уменьшить возможные деформации плиты от температурных колебаний.
Слой теплоизоляции должен полностью закрывать плиту (со всех сторон, где возможно проникание к ней наружного воздуха); декоративную бетонную облицовку торцовых участков покрытий надо монтировать таким образом, чтобы она прикрывала обвязочную балку (рандбалку) железобетонной плиты покрытия и в том числе теплоизоляционный слой (рис. 118).
К п. 2. Расстояние между деформационными швами в монолитных железобетонных плоских крышах, согласно данным литературных источников, следует назначать при соответствующей теплозащите в пределах 8—12 м. Согласно нормам DIN 18530, для зданий с центральным отоплением полагается делать специальный расчет швов, если расстояние между ними > 8 м. Не следует опасаться воз-
176
Рис. 117. Образование трещин в кирпичной стене под неутепленным железобетонным чердачным перекрытием. Вверху: строительство осуществ-
Рис. 118. Схематический разрез по опорному участку плоской крыши с рандбалкой
1 — облицовка из декоративного бетона;
2 — теплоизоляция; 3 — рандбалка (желе-
зобетонный парапет); 4 — пароизоляцня; 5 — кровельный ковер; 6 — подвижная опора; 7 — долговечная эластичная уплотнительная мастика
ляется в весеннее время — плита покрытия удлиняется в период летней жары. Внизу: строительство осуществляется в осеннее время — плита укорачивается в период зимних холодов
можности возникновения трещин при утепленных плоских крышах, если наружный теплоизоляционный слой имеет толщину не менее 50 мм, а расстояние между швами — не более
8—10 м [48]. В другой работе [39] автор предлагает располагать деформационные швы в покрытиях на расстоянии 9 м друг от друга (для монолитных перекрытий) и 12 м (для сборных покрытий), но одновременно отмечает, что эти предельные шаги швов могут быть увеличены, если «благодаря теплотехническим или конструктивным мероприятиям предупреждается появление напряжений в защемленных опорах или же обеспечивается надежное их восприятие
конструкциями здания».
К п. 3. Устройство подвижных (скользящих) опор между несущими стенами и плитами покрытия при плоских железобетонных покрытиях вообще дает положительные результаты.
3.6.3.3. Подвижная опора
Под понятием «подвижная опора» подразумевается любая подвижная опора, способная компенсировать линейные деформации строительных конструкций, являющиеся следствием температурных колебаний. В соответствии с разд. 14.4.1 норм DIN 1045 под участками опирания железобетонных покрытий на кирпичные или неармиро-ванные бетонные стены следует устраивать арматурные (железобетонные) пояса, которые воспринимали бы остаточные силы трения и тем самым по возможности препятствовали образованию трещин в стенах.
Для образования подвижного шва (или слоя) в наши дни везде
177
Рис. 119. Устройство железобетонного пояса при однослойных плоских крышах
1 — гравий; 2 — кровельный ковер; 3 — теплоизоляция;
4 — пароизоляция; 5 — бетонная стяжка с уклоном;
6 — железобетонное перекрытие; 7 — угловой профиль; 8 — подвижная опора;
9 — железобетонный пояс;
10 -- специальный профиль, закрывающий шов; 11 — теплоизоляционная плита
применяются специальные скользящие пленки, которые укладываются на стену под опорные участки перекрытий в виде сплошных лент или отдельных прокладок. Эти пленки состоят из несущего слоя и нанесенного (наваренного) на него скользкого слоя специальной пластмассы. Наилучшие качества (коэффициент трения в среднем 0,05, но не более 0,15) обеспечивает пленка с ровной и гладкой поверхностью, состоящая из следующих слоев: кровельный картон (без песчаной обсыпки), поливинилхлоридная пленка и комбинация тефлона и неопрена [50].
Для плит покрытий достаточно прокладки скользких пленок. Для точечных опор, например для опор балок и стропильных ферм, разработаны другие конструкции подвижных опор.
Наличие арматурного пояса, функции которого были описаны в разд. 3.1.3, — необходимое условие для устройства рассматриваемых типов опор.
Чтобы не возникла опасность появления дополнительных напряжений от усадки железобетонного пояса, его поперечное сечение не должно быть слишком большим. Армирование пояса выполняется в соответствии с требованиями норм DIN 1053; следует предусматривать и соответствующее армирование краев плиты покрытия. Разумеется, арматурный пояс должен иметь теплоизоляцию с наружной стороны, такую же, как и плита покрытия (рис. 119).
Для большепролетных покрытий на внутренних краях опор прокладывают мягкие прокладки (из волокнистых плит или других специальных эластичных материалов), которые предназначены для за-178
щиты материала стыкующихся конструкции от возможного разрушения в результате местного смятия. Таким образом железобетонный арматурный пояс разгружается на угловых участках опор, и тем самым предупреждается возможное его опрокидывание.
Скользящую пленку, как правило, укладывают на всю ширину несущей стены, включая и слой облицовки. Наружный шов оставляют открытым, т. е. не заделывают, и закрывают облицовочным элементом или герметизируют соответствующим профилем. Деформации плиты покрытия не должны передаваться на внутреннюю штукатурку помещения во избежание появления в ней трещин, а потому внутренний угол между стеной и плитой покрытия не оштукатуривают, а закрывают специальными угловыми профилями, маскирующими разделительный шов между штукатурными слоями стены и потолка.
3.6.4. УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
3.6.4.1. Деформационные трещины
Рис. 120. Образование трещин в наружных стенах, обусловленное сдвигом кладки при температурных деформациях недостаточно утепленного железобетонного перекрытия плоской крыши
Трещины, возникающие вследствие деформаций перекрытий из-за прогиба, усадки пли температурных колебаний, трудно устранимы. Следует по возможности исключить главную причину появления трещин, например усилить слишком тонкий слой теплоизоляции, хотя в большинстве случаев речь идет о совместном действии многих факторов. Это означает, что должен быть снят кровельный ковер, который после укладки дополнительного слоя теплоизоляции следует сделать заново. Если торцовые участки покрытия не имеют теплоизоляции, то эта мера поможет лишь частично, потому что мостик холода останется. Линейные температурные деформации на участках опор уменьшатся в весьма незначительной степени; трещины в стенах под опорной плоскостью покрытия появятся снова,особенно в углах здания (рис. 120). Чтобы избежать необходимости тщательной облицовки всех торцов теплоизоляционным материалом, что потребовало бы укрепления специальных теплозащитных фартуков на внешних поверхностях ранд-балок, можно ранее образовавшееся трещины прикрыть декоративными элементами в виде полос каких-либо достаточно жестких атмосфероустойчивых плитных матерпа-
179
Рис. 121. Горизонтальная трещина в штукатурке и кладке в уровне опирания плоской крыши на стену. Причина — недостаточная теплоизоляция железобетонной плиты покрытия
лов (например, из асбестоцемента). Однако при этом останется источник возникновения дефектов, так что в конечном итоге все-таки придется рано или поздно провести восстановительный ремонт в полном объеме.
Если под опорой покрытия в несущей наружной стене появляется трещина как результат воздействия сдвигающих усилий (рис. 121), то в известных обстоятельствах этого уже вполне достаточно, чтобы принять определенные меры для защиты стены от проникания в нее дождевой влаги. Для этого горизонтальную трещину расшивают на определенную ширину и глубину и заполняют герметиком. Естественно, что при покрытия.
этом необходимо улучшить теплоизоляцию
Оклейка таких трещин стеклотканью или полосками нейлона
с общим обновлением окраски обычно малоэффективна. Даже если подобные мероприятия выполнены с большой тщательностью, в большинстве случаев не удается избежать появления в дальнейшем складок на обновленном слое окраски, так как деформации растяжения и сжатия будут чередоваться с регулярным годовым циклом
по-прежнему на тех же участках.
3.6.4.2. Усадочные трещины
Усадочные трещины в железобетонных перекрытиях — явление частое и зависящее от ошибок, допущенных в процессе изготовления плит перекрытий.
Всякий бетон дает усадку во время схватывания на воздухе. Тенденция к образованию усадочных трещин тем больше, чем выше жесткость бетонной смеси, чем мельче гранулометрический состав и чем выше водоцементное отношение. Степень усадки, кроме того, определяется и другими факторами, например видом цемента, консистенцией свежеуложенного бетона и условиями его сушки.
Согласно нормам DIN 1045 (табл. 12), конечные значения деформаций усадки в железобетоне нормируются в соответствии с консистенцией бетона и условиями эксплуатации бетонной конструкции (во влажном или сухом воздухе); они лежат в пределах 0,1—0,6 мм/м, а в легком бетоне — до 2 мм/м. Склонность бетона к образованию
180
трещин, кроме того, зависит также от фактора времени: процесс усадки в свежем бетоне происходит интенсивнее. В результате быстрого высыхания цемент поглощает необходимую для схватывания воду из бетонной смеси, поэтому бетон «во избежание появления трещин следует регулярно увлажнять в течение длительного времени, пока возникающие в нем усадочные напряжения не смогут уже быть восприняты его внутренней структурой, которая стала достаточно прочной» [51].
Это обстоятельство необходимо особенно учитывать в летнее время при повы
шенных температурах наружного воздуха; в это время года свежеуложенный бетон должен быть защищен от солнца и ветра в течение 8—14 дней соломенными или им подобными матами. Через каждые 2—3 дня маты следует обливать водой, а если жара не спадает, то это мероприятие должно проводиться в течение всего периода схватывания бетона, т. е. 21 день. Наблюдаемое иногда обливание бетонной поверхности водой из шланга не рекомендуется, так как при этом цемент смывается с наружной поверхности бетона. На рис. 122 показана нижняя плоскость покрытой усадочными трещинами железобетонной монолитной плиты перекрытия, которая изготовлялась из товарного бетона марки 250 во время знойного июля при ветреной погоде; волосные трещины появились в первые дни после заливки бетона в опалубку и раскрылись в последующие недели до ширины 1 мм.
Исследование кубиковой прочности бетона покрытия, произведенное в соответствии с нормами DIN 4240 с помощью склероскопа, дало безукоризненные результаты. Однако ради безопасности конструкции и с целью защиты арматуры от коррозии трещины были залиты нерастворимой двухкомпонентной пластмассой.
Если при сильном трещинообразовании возникает подозрение по поводу возможных ошибок, допущенных при составлении бетонной смеси, следует взять пробы бетона из существующей бетонной конструкции и подвергнуть их лабораторному анализу, который бы определил прочность материала на сжатие.
181
3.7. ГЕРМЕТИЗАЦИЯ' ШВОВ
Комплекс вопросов, связанных с устройством швов в зданиях, а также швов между отдельными конструктивными элементами зданий, уже давно занимает специалистов. При этом все снова и снова приходится констатировать, что деформации, происходящие в результате внешних воздействий, а также связанные с теми или иными свойствами материалов отдельных элементов конструкций, приводят к образованию трещин.
Знание законов природы и свойств материалов позволяет предвидеть возможность возникновения этих трещин, а в большинстве случаев даже заранее рассчитать их появление. С помощью швов, располагаемых в соответствующих местах конструкций, можно создать «запрограммированные трещины».
Вероятными причинами, вызывающими деформации сооружений, могут быть следующие: осадки оснований, пучение грунтов, знакопеременные нагрузки, вибрация, ветровые нагрузки, температурные деформации, ползучесть, набухание .и усадка.
Из названных причин, перечень которых нельзя считать полным, ни одна не должна оставаться не учтенной при проектировании и строительстве. Хотя, с одной стороны, деформации порой взаимно компенсируются, но, с другой стороны, они могут и суммироваться. Это подтверждает необходимость точного расчета и правильной организации швов.
Осложняющим обстоятельством при герметизации швов является неравномерная деформация частей здания или сооружения (или отдельных конструктивных элементов) и их скачкообразный характер.
Проектирование швов производится в следующем порядке:
1) ограничение максимальных абсолютных деформаций путем уменьшения размеров деформирующихся участков;
2) определение необходимой ширины шва на основе расчета ожидаемых деформаций с учетом пластичности герметика;
3) конструирование самого шва (устройство, форма и габариты);
4) выбор герметизирующего материала.
3.7.1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ УСТРОЙСТВА ШВОВ
Швы должны обеспечивать разделение элементов строительных конструкций; при этом нельзя создавать жесткие связи между разделяемыми частями конструкций. Поэтому для уплотнения швов следует применять мягкие, упругие и пластичные материалы, которые должны без каких-либо повреждений компенсировать перечисленные деформации и обеспечить надежную герметизацию швов.
182
3.7.1.1. Погонажные профили для швов
В качестве сборных герметизирующих (уплотняющих) элементов швов можно применять погонажные профили такого сечения, которое может обеспечить взаимное соединение стыкующихся поверхностей строительных конструкций (рис. 123). Профили, которые вкладываются в швы и фиксируются в них на клею, не могут удовлетворять требованиям, предъявляемым швам, эксплуатируемым в условиях атмосферных воздействий на открытом воздухе; поэтому такие профили следует применять только внутри здания (рис. 124). Причиной этого является непараллельность кромок стыкуемых элементов (в отличие, от их изображений на чертежах), что приводит в большинстве случаев к искривлению вкладных профилей и нарушению уплотнения швов.
В качестве основных материалов, идущих на изготовление сборных профильных элементов швов, используются .следующие синтетические материалы:
полихлоропрен-каучук (CR) и хлорсульфопированный полиэтилен (CSM) — для больших нагрузок;
этилен/пропилеи-терполимер-каучук (APTК) для средних
нагрузок;
бутилкаучук (IIR) — для малых нагрузок.
Мягкие поливинилхлоридные пленки не подходят для этих целей, так как они теряют пластичность сморщиваются, особенно под воздействием солнечных лучей.
Преимущества и недостатки сборных герметизирующих элементов швов. Преимущества сборных профилей заключается в том, что они легко монтируются. Профили бывают различных форм и размеров, так что всегда можно подобрать подходящий элемент. Наличие изгибов в сечении при малой толщине материала позволяет профилям деформироваться без повреждений.
Недостаток сборных профилей состоит в их почти полной ремон-тонепригодности. Устранить повреждения профилей практически невозможно. Кроме того, надежная герметизация в местах стыковки
Рис. 123. Погонажные профили ДЛЯ ШВОБ
Рис. 124. Профили, вкладываемые в швы соединяемых элементов (только внутри здания1)
183
профилей по длине и в местах их пересечения до сих пор представ* ляет собой серьезную проблему, которую пока не удалось решить.
В связи с этим погонажные профили целесообразно применять прежде всего для протяженных швов постоянного сечения и без пересечений.
З.7.1.2. Герметизирующие мастики
Герметизирующие мастики приготовляют в виде пастообразных масс, и поэтому их можно применять для герметизации швов любой формы и размера. Устройство пересечений швов при этом уже не представляет трудностей. Подбор и применение герметизирующих мастик требует, однако, достаточных теоретических знаний и практического опыта.
По механическим свойствам герметизирующие мастики подразделяются на:
пластичные (модуль упругости Е при 100%-ном удлинении >2 Н/см2);
пластично-упругие (Е 5 Н/см2);
упруго-пластичные (Е 14 Н/см2);
упругие (Е 30 Н/см2).
Выбор герметика зависит от ожидаемой деформации шва. При этом следует иметь в виду, что чем значительнее деформации и чем чаще они меняются по величине и направлению, тем более упругим и растяжимым должен быть герметик.
Пластичные мастики очень плохо реагируют на смену нагрузок, теряют со временем свои упругие свойства (эффект «жевательной резинки»), становятся хрупкими и в конце концов разрываются (рис. 125). Их следует употреблять для уплотнения только тех швов,
Рис. 125. Процесс разрушения пластичного герметика при чередовании растягивающих и сжимающих деформаций [25]. Справа — разрыв пластичного герметика вследствие большой разницы в деформациях оштукатуренной поверхности и металлической облицовки
184
которые в процессе эксплуатации не деформируются или деформируются очень незначительно.
Для выбора типа мастики имеют значение также модуль упругости герметизирующей мастики и прочность примыкающего к шву материала. Слишком жесткие по строению мастики могут привести к образованию трещин в местах примыкания конструкции к шву или в облицовке, причем тем вероятнее, чем уже сам шов.
В настоящее время имеются следующие герметики для уплотнения швов:
Механическая характеристика Химическая основа герметика Расчетная величина относительного удлинения, %
Пластичные
Пластично-упругие
Упругопластичные
Упругие
( Битумные мастики
1 Полиизобутилен
1 Дисперсия акрилата
1 Бутил
, Связанные акрилаты
Высокомолекулярный полиизобутвлен Полиуретан однокомпонентный Силиконовый каучук мягкий Хлорсульфонированный полиэтилен Полисульфид однокомпонентный Полихлоропрен
Силиконовый каучук жесткий
Полисульфидный каучук двухкомпонентный Акрилнитриловый каучук двухкомпонентный
Полиуретановый каучук двухкомпонентный , Эпоксидный полисульфид двухкомпонентный
1,5—3
8 10—20 5—8 7—20
10
15
20 8—15 15—20 10—15
10 4—6
3—8 2,5
1
Свидетельства фирм — изготовителей герметиков о способности выпускаемых ими мастик удлиняться на 100% и более, как показывает практика, остаются всего лишь чистой теорией. Из таблицы видно, что растяжимость высококачественных упругих герметиков значительно ниже, чем упругопластичных и даже пластично-упругих герметиков.
3.7.2. УСТРОЙСТВО ШВОВ
Правильно и неправильно организованные швы показаны на рис. 126. Очень эффективным является устройство фасок, которые не только уменьшают опасность образования трещин в местах примыкания герметика к конструкции, но и лучше организуют сам шов (рис. 127).
Герметизирующие мастики хорошо держатся при наличии параллельных чистых кромок стыкуемых элементов конструкций, а также при достаточной прочности основания, поверхность которого
185
не должна быть пористой и иметь песчаную структуру. Высококачественные герметики требуют, кроме того, определенной подготовки основания, грунтовки его праймерами, которые обеспечивают надежное сцепление мастики с основанием.
Ширина шва зависит от ожидаемых деформаций строительных конструкций, а также от вида герметика; глубина шва, в свою очередь, зависит от его ширины. Она должна составлять от 2/3 до 3/4 ширины шва.
Методы определения ширины шва:
а) ширину шва можно рассчитать, если известны величины ожидаемых деформаций в шве и расчетная деформация герметика.
Пример:
Ожидаемая деформация — 4 мм, расчетная деформация герметика (относительная) — 20% •
Формула для расчета ширины шва b 20 : 100=4 : Ь\
6 = 20 мм;
Рис. 126. Правильное (слева) и неправильное (справа) устройство шва 1 — герметизирующая мастика; 2 — упругая прокладка из пенопласта; 3 — сжимаемая полужесткая прокладка; 4 — резина, поливинилхлорид и т. д.
Рис. 127. Устройство шва (из норм DIN 18540, ч. 1, рис. 1)
1 — упругая прокладка; 2 — герметизирующая мастика; 3 — фаска шва; 4 — боковая поверхность шва
Расстояние между швами (длина сборного элемента), м до 2 2—4 4—6 6—8
Минимально требуемая ширина шва /?, мм 10—15 20 25 30
Толщина слоя мастики tF, мм 8—10 15 15 20
Глубина шва 1, ММ 1 30 | 40 50 60
б) ширина шва может быть определена также по эмпирической формуле
ширина шва b = 4,5 • //1000,
где I — средняя длина стыкуемых элементов;
в) для тех же целей можно воспользоваться табл. 5 норм DIN 18540 («Уплотнение швов сборных, бетонных и железобетонных
186
Элементов наружных стен многоэтажных зданий с помощью герме-тпзирующих мастик»). Хотя эта таблица разработана для сборных бетонных элементов, однако ею можно воспользоваться и при расчете швов в наружных кирпичных стенах. В случае применения облицовочных камней, керамической плитки, фасонных облицовочных деталей (например, поясков, карнизов), металла и, конечно, деталей из пластмасс целесообразно дополнительно увеличить ширину шва (до 100% от приведенной в таблице). Чтобы ширина шва не превышала 25 мм, рекомендуется соответственно уменьшить расстояние между швами.
Упругие прокладки в швах следует делать из непорпстого шнура круглого сечения, лучше всего — пенопластового, чтобы сцепление прокладки с мастикой было возможно меньшим. Наличие в шве бумаги, остатков пленки, кусков утеплителя и другого мусора снижает эффективность герметизации п способствует появлению разрывов в швах. Наличие масел и битума также отрицательно сказывается на состоянии герметика.
Ограничения максимальных деформаций в шве можно добиться за счет сокращения расстояния между швами, особого устройства участков крепления стыкуемых элементов и других сложных участков стыка, уменьшения воздействия факторов ползучести, набухания (усадки) и температурных факторов.
Общая абсолютная деформация внутри стыка ни в коем случае не должна превышать 5 мм; лучше всего довести ее до 3 мм, не более. Для этого следует прежде всего определить температурные деформации и исходя из них назначить необходимые расстояния между швами. Затем необходимо определить крепежные и другие сложные участки швов, чтобы по возможности выровнять деформации во всех швах. И только после того как будет дана окончательная оценка предполагаемых деформаций от ползучести, усадки и набухания, а также решены конструктивные мероприятия (нащельники, облицовка), следует приступить к выбору герметика.
Термические напряжения можно уменьшить путем принятия ряда мер — от окраски, обладающей отражающими свойствами, до устройства теплоизоляции по всей наружной поверхности конструкции.
4, КРЫШИ, БАЛКОНЫ, КРЫШИ-ТЕРРАСЫ
4.1. СКАТНЫЕ КРЫШИ
Много сотен лет люди занимаются возведением скатных крыш. Несмотря на это, все еще приходится сталкиваться с ошибками, допущенными в ходе проектирования и строительства этих традиционных конструкций, которые нельзя считать полностью «беспроблемными». Скатные крыши обладают своей особой спецификой и заставляют нас считаться с определенными закономерностями при их проектировании и возведении.
187
4.1.1. СТРОПИЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Стропильная конструкция является несущим элементом крыши. Ее устройство зависит от уклона кровли, внешней формы крыши, а^также от предполагаемого использования чердачного пространст-ства.
Все конструкции стропил можно разделить на три основных типа: наслонные стропила, висячие стропила, стропильные фермы.
4.1.1.1. Крыши с наслонными стропилами
Такая конструкция в принципе представляет собой простейшую стропильную конструкцию: стропильные ноги устанавливают на горизонтальные прогоны. Вертикальные нагрузки с кровли на стены здания передаются через прогоны, вертикальные стойки и наклонные раскосы. Стропильные ноги работают только на изгиб в пролетах между своими опорами.
Стропильные ноги. В обычном случае стропильные ноги закрепляют на прогонах только при помощи врубки. Максимально допустимое расстояние между прогонами для стропильных ног — 4,5 м; консольные концы стропил (например, при отсутствии конькового прогона) не должны быть длиннее, чем 0,45 длины ближайшего к консольному участку пролета стропильной ноги.
Восприятие ветровых нагрузок. При крышах с уклоном кровли более 40° ветровые нагрузки на несущие конструкции передаются через систему раскосов, устанавливаемых в тех же плоскостях, что и стойки, под стропильными ногами на некотором расстоянии от них и заанкериваемых в своем основании. Вместе с нижней обвязкой, ригелями и стойками раскосы образуют конструкцию треугольной стропильной фермы жесткости (рис. 128, 129). Большую роль здесь играет тщательная анкеровка элемента нижней обвязки, равно как и сопряжение подкосов с нижней обвязкой и стойками.
Расстояние между стропильными фермами жесткости должно составлять, как правило, 4—5 м.
При стропильных конструкциях с уклоном кровли менее 40° горизонтальные нагрузки воспринимаются непосредственно стропилами. Поэтому последние должны быть особенно хорошо закреплены на опорных участках; опорные элементы стропильной конструкции, в свою очередь, должны надежно крепиться к наружным стенам и перекрытиям. В этих случаях эффективная работа стропильной конструкции в целом обеспечивается ригелями, устанавливаемыми в уровнях конькового и промежуточного прогонов (см. узлы I и III на рис. 128).
Сами прогоны следует заанкеривать в щипцовых (торцовых) стенах с помощью кладочных анкерных связей.
Ветровые связи продольного направления образуются подкосами, устанавливаемыми между стойками стропильных ферм и прогонами.
188
Рис. 128. Наслонная стропиль-ная конструкция с тремя стой’ ками. Общие данные: материал— хвойная древесина 2-го сорта; покрытие — черепица; уклон кровли а=35°; расстояние между фермами жесткости 4,5 м; расстояние между стропильными ногами 0,75 м
Поперечный разрез
1 — коньковый прогон 12X18; 2 — два ригеля 6X14; 3 — вентиляционные отверстия; 4 — прогон 14X20;
5 — стропильная нога 6X14; 6 —
мауэрлатный брус 10X12; 7 — подкос 12X12; 8 — нижняя обвязка
10X12; 9— подкос 10X12 в верхней части стойки; 10 — стойка 12X12; 11—два ригеля 6X14; 12 — подкос 10X14 в верхней части стойки с вылетом 1 м; 13 — стойка 12X14
Рис. 129. Детали наслонной стропильной конструкции. Узел III (вверху), узел III (внизу)
1 — коньковая черепица; 2 — коньковый прогон 12X18; 3 — крайний ряд черепицы, примыкающий к коньку; 4 — два ригеля 6X14; 5 — стойка и ригель в месте стыка соединяются врубкой (подрезка на 1,5 см); 6 — подрезать как в точке А; 7 — подкос 12X12; 8 — подкос 10X12 в верхней части стойки с вылетом 1 м; 9 — два ригеля 6X14; 10 — все крепежные болты М12 с подкладными шайбами 45X4; 11 — черепица; 12 — стропильная нога 6X14; 13 — мауэрлатный брус
10X10; 14 — крайний ряд черепицы, образующий свес; 15 — подшивка свеса; 16 — теплоизоляционный слой; 17 — нижняя обвязка 10X12; 18 — изоляция; 19 — анкеровка болтами М12; 20 — чердачное перекрытие; 21 — кирпичная кладка
189
Конструктивное решение крыши с наслонными стропилами зависит от размеров крыши и от предполагаемого использования чердачного пространства.
Простейшие стропильные конструкции имеют обычно один ряд стоек, подпирающих как коньковый прогон, так и промежуточные прогоны (через систему подкосов). Если объем крыши предполагается каким-либо образом использовать, то применяют стропильную конструкцию с двумя или тремя стойками (см. рис. 128).
Только система стропил с вертикальными стойками обеспечивает образование свободного объема чердачного помещения. Однако больший внутренний объем помещения дает стропильная конструкция, при которой стойки заменены наклонными подкосами. В этом случае подкос выступает как в роли элемента, несущего прогон, так и в роли детали, воспринимающей горизонтальные усилия; соответственно для таких подкосов принимаются доски (или брусья) бб л ьщи х сечен и й.
Стропильные конструкции с наклонными стойками применяют в тех случаях, когда конструкция чердачного перекрытия позволяет организовать анкеровку нижней обвязки стропильной конструкции таким же образом, как в крышах с висячими стропилами.
Конструкция с наслонными стропилами годится для крыш любой формы. Кроме того, она делает практически возможной любую перестройку крыши в процессе эксплуатации здания, так как стропильные ноги могут быть подперты в любой точке.
Так как такая несущая конструкция всегда статически определима, ее расчет производится с помощью простых формул.
4.1.1.2. Крыши с висячими стропилами
Висячие стропила (рис. 130, 131) применяют при уклонах кровли от 25 до 60°. В противоположность рассмотренным выше конструкциям с наслонными стропилами висячие стропильные конструкции требуют меньшего расхода древесины и удобнее при эксплуатации чердачного объема.
Шаг висячих стропил принимается равным около 4,5 м. При больших размерах крыш в стропильных конструкциях следует предусматривать затяжки, препятствующие прогибу стропильных ног; по этой причине такие конструкции крыш с висячими стропилами часто называют стропильными крышами с затяжками или с ригелями (рис. 132).
В коньковом узле стропильные ноги двух противоположных скатов, как правило, должны стыковаться и надежно связываться между собой. В настоящее время это осуществляется обычно с помощью спаренных коньковых накладок, прикрепляемых к стропилам с обеих сторон на гвоздях (рис. 131).
Особое внимание следует уделять анкеровке стропильных ног в нижних их участках. Перекрытие последнего этажа должно быть рассчитано на восприятие больших растягивающих нагрузок и иметь
190
Рис. 130. Висячая стропильная конструкция. Общие данные: материал — хвойная древесина 2-го сорта; покрытие — черепица; уклон кровли а = 35°; расстояние между стропильными ногами: 0,75 м. Поперечный разрез
1 — ветровые связи 3X10; 2 — кобылка 8X10, длина 40 см; 3 — маурлатпып брус 6X10;
4— коньковый прогон 10X10; 5 — две накладки 3X10; 6—вентиляционное отверстие
Рис. 131. Опорная и коньковая детали висячей стропильной конструкции Узел II (слева), узел I (справа)
1 — стропильная нога 8X20; 2 — крайний ряд черепицы, образующий свес крыши; 3 — ветровая доска; / — подшивка свеса; 5— теплоизоляционный слой; 6'— ветровые связи 3X10; 7 — кобылка 8X10, длина 40 см; 8 — мауэрлатиый брус 6X10; 2 — изоляция; 10— чердачное перекрытие; // — анкеровка болтами М12; 12 — кирпичная кладка; 13 — коньковая черепица; 11— коньковый прогой 10X10; /5 — крайний ряд черепицы, примыкающий к коньку; 16 — две накладки 3X14
на участках опирания стропильных ног контурное обвязочное ребро, направленное вверх (см. рис. 131). Концы стропильных ног через мауэрлаты и кобылки опираются на ребро перекрытия; посредством стальных полос или накладок предупреждаются смещение и соскальзывание стропильных ног с опоры.
Вместе с чердачным перекрытием стропильные ноги образуют жесткий неподвижный треугольник, который при правильном конструировании работает как на вертикальные, так и на горизонтальные нагрузки,
191
Продольные усилия передаются на ветровые связи (раскосы); при перестройке крыши эти связи ни в коем случае нельзя удалять.
Затяжки препятствуют прогибу стропильных ног. Так как свободные пролеты стропил в висячих стропильных конструкциях достаточно велики, сечение стропильных ног не должно быть ослаблено врубками. В качестве элементов крепежных соединений в этих конструкциях следует применять дюбеля, болты или гвозди. Места установки затяжек выбираются в зависимости от длины стропильных ног: расстояние от опоры стропильной ноги до затяжки не должно быть более 4,5 м, а от затяжки до конька — не более 3,5 м. При общей длине стропильной ноги свыше 8 м затяжки следует устанавливать в двух уровнях по высоте.
Затяжка работает только на сжатие. Однако если затяжка используется одновременно как балка для конструкции пола или потолка чердачного помещения, то схема ее работы меняется. Дополнительные изгибающие усилия вызывают возникновение больших нагрузок в местах сопряжения затяжки со стропилами, при этом как сама затяжка, так и место ее сопряжения со стропильной ногой должны быть соответственно усилены.
Конструкции крыш с висячими стропилами относятся к простым статически неопределимым системам, в которых стропила работают как неразрезные балки.
Нормальная сила в стропилах с затяжками бывает больше по величине, чем в конструкциях висячих стропил без затяжек или в стропилах наслонной конструкции; горизонтальная опорная реакция в точке у нижнего края крыши в этом случае также значительно выше.
Рис. 132. Висячая стропильная конструкция с затяжкой. Общие данные: материал^— хвойная древесина 2-го сорта; покрытие — черепица; уклон кровли а=35°; расстояние между стропильными ногами 0,72 м
Разрез: 1 — черепица; 2 — ветровые связи 3X10; 3 — кобылка 4X14, длина 40 см; 4 — мауэрлатный брус 8Х10: 5 — две накладки 3X12; 6 — продольные связи 3X10; / — вентиляционное отверстие; 8 — доска 3X10, повышающая жесткость затяжки; 9 — продольные связи 3X10; 10 — затяжка 6X12
192
Висячие стропильные конструкции с затяжками и без затяжек применяются только в крышах простых форм и при относительно равных уклонах противоположных скосов крыши. Конструкция с висячими стропилами приносит немало трудностей при ремонтных работах, связанных с заменой отдельных стропильных ног. В таких случаях приходится подпирать специальными стойками соседние стропила, нагрузка на которые сразу увеличивается.
4.1.1.3. Стропильные фермы
Конструкции стропильных ферм представляют собой жесткие диски треугольной или многоугольной формы, которые передают на несущие стены все воспринимаемые ими нагрузки в виде опорных реакций.
Очень распространены конструкции крыш с дощатыми гвоздевыми стропильными фермами, которые перекрывают пролеты до 15 м и при шагах от 40 до 120 см не нуждаются в дополнительных стропилах.
Высота конька дощатой стропильной фермы над уровнем земли не должна превышать 8 м (рис. 133). Дощатые гвоздевые стропильные фермы не могут воспринимать ветровые нагрузки, действующие на торец здания; продольная жесткость в этом случае обеспечивается специальными ветровыми связями.
Возможны и другие конструкции стропильных ферм из дерева* стали и алюминия. Эти фермы следует проектировать с продольными ветровыми связями. При значительных величинах шагов стро-
Рпс. 133. Схемы треугольной стропильной фермы- Общие данные: форма — треугольная; исполнение — дощатая, на гвоздях; перекрываемый пролет I — от 5 де 15 м; высота фермы Л^0,18 /; шаг ферм b от 0,8 до 1,25 м; дополнительные конструктивные элементы покрытия не требуются; перекрытие может быть без специальных балок.
Примечание. Продольные и ветровые связи устраиваются в плоскости верхнего пояса фермы
7 Зак. 1618
193
Рис. 134. Схема трехшарнирной стропильной фермы с затяжкой. Общие данные: форма — трехшарнирная ферма с затяжкой; исполнение — из деревян-ных обрезных брусьев, на дюбелях или на гвоздях; перекрываемый пролет I — от 8 до 30 м; высота фермы h^0,085 S; шаг ферм b — от 2,5 до 8 м; дополнительные конструктивные элементы покрытия; стропила по прогонам; кровельное покрытие — черепица по обрешетке; перекрытие1—возможно устройство в плоскости покрытия.
Примечание. Затяжка делается из дерева или стали, продольные и ветровые связи устраиваются в плоскости верхнего пояса фермы
пильных ферм (до 8 м) в большинстве случаев требуется установка дополнительных стропильных ног (рис. 134).
Деревянные решетчатые стропильные фермы перекрывают пролеты до 24 м, многослойные деревянные клееные фермы — до 50 ме Металлическими стропильными фермами можно перекрывать еще большие пролеты.
4.1.2. МАТЕРИАЛЫ ПОКРЫТИЯ И УКЛОНЫ КРОВЛИ
Кровельные материалы в скатных крышах предназначены для отвода воды; скатная крыша должна надежно защитить чердачный объем от дождевой воды. Степень выполнения этого требования зависит в основном от примененных материалов кровельного покрытия и от выбранного уклона кровли. Многие кровельные материалы при соответствующем изменении размера нахлестки в стыке можно применять при различных уклонах крыш; напротив, такой материал, как пазовая черепица, имеет неизменяемую величину требуемого перехлеста в стыке; в подобных случаях с уменьшением угла наклона крыши следует менять вид кровельного материала.
Нередко повреждения строительных конструкций, зависящие от недостаточного перехлеста кровельных материалов в стыке, бывают запрограммированы уже в процессе проектирования скатной крыши, когда архитектор не представляет себе все последствия, к которым может привести его неосведомленность в этом вопросе. Это бывает
1М
Рпс. 135. Определение длины стропильной ноги в зависимости от мате’ риала кровли
в тех случаях, когда шаг обрешетки, к которой крепится материал кровельного покрытия, не согласуется с общей длиной стропил.
Задача проектировщика в этом случае заключается в том, чтобы приспособить длину стропил к заданному материалу покрытия:
длина стропил = п • шаг обрешетки А + расстояние от края конькового элемента до оси конька D,
длина стропил при свесе кровельного материала над нижним краем стропильной ноги (см. рис. 141) — nA + D — Е (рис. 135).
Для определения расстояния от края конькового элемента до оси конька (D) можно воспользоваться следующей таблицей:
Материал 1 Расстояние от края конькового элемента до оси конька, см
при уклоне крыши
20° 35° | 50° и более
Керамическая кровельная черепица и бетонная кровельная черепица G 4 2
Волнистые асбестоцементные листы и профильные элементы Половина ширины конькового элемента 1 1
Величины перехлеста элементов кровельных покрытий в стыках по их длине и ширине см. «Правила производства кровельных работ», а также «Правила выполнения подрядно-строительных работ», ч. С норм DIN 18338.
4.1.2.1. Керамическая кровельная черепица
Чем меньше уклон крыши, тем глубже должен быть паз у черепицы и тем надежнее должен обеспечиваться отвод воды с кровли.
Рекомендуемые минимальные уклоны кровель в зависимости от типа керамической кровельной черепицы:
40° — желобчатая черепица; 35° — пазовая черепица, укладываемая рядами; 30° — пазовая черепица, укладываемая вперевязку; 25° — плоская шпунтовая черепица; 18-20° — черепица для плоской крыши.
7*
195
Рис. 136. Покрытие кровли желобчатой черепицей. Схемы А (слева) и Б (справа)
Рис. 137. Открытый фальц для стока воды в пазовой черепице
Качество кровельной черепицы. Требованиям необходимого качества и соответственно требованиям норм должна удовлетворять только керамическая кровельная черепица 1 и 2-го сортов (DIN 456). Каждая двухсотая черепица выпускаемой партии маркируется надписью «DIN456» и номером своего сорта.
Желобчатая черепица. В основном следует предусматривать покрытие кровли желобчатой черепицей в соответствии со схемой Б рис. 136, так как при этом можно варьировать перехлест отдельных элементов кровель
ного покрытия по длине; кроме того, в таком случае водоотвод с кровли осуществляется более надежно. Покрытие по схеме А (рис. 136) следует рекомендовать только в исключительных случаях — для небольших крыш при уклонах свыше 45° и при малых длинах стропильных ног. Хотя в нормах и говорится о длине стропил вплоть до 6 м, практический опыт подсказывает, что при таких длинах нельзя гарантировать надежный водоотвод при укладке желобчатой черепицы по схеме А: вода может легко попасть под черепицу и стекать каплями внутрь чердака.
196
Пазовая черепица. Кровельную черепицу с открытыми пазами для стока воды (см. рис. 137) не следует применять в тех случаях, когда здание строится в районе с повышенным содержанием пыли и других летучих частиц в атмосфере (например, семян растений). Открытые пазы очень быстро забиваются, а это ведет к тому, что дождевая вода, попавшая в такой закупоренный паз, скапливается там и в конце концов просачивается в чердачное помещение.
В этом смысле представляют известную опасность прежде всего черепичные крыши зданий, расположенных под кронами деревьев, вблизи деревообрабатывающих предприятий, а также в индустриальных центрах.
4.1.2.2. Бетонная кровельная черепица
Мы часто смотрим сквозь пальцы на тот факт, что в строительстве применяется бетонная кровельная черепица большого формата (33 X 42 см), хотя это влечет за собой значительное увеличение веса 1 м2 кровли по сравнению с нормативными данными (см. нормы DIN 1055, где описывается бетонная кровельная черепица малых форматов, практически не выпускаемая промышленностью).
Для примера приводим сравнительную таблицу весов мелкоштучных кровельных материалов (керамической и бетонной черепицы) без учета веса обрешетки:
Керамическая черепица Вес покрытия, Н/м2 Бетонная черепица Вес покрытия, Н/м2
Желобчатая 385 «Франкфуртская» 505
Пазовая 420 «Двойная» 515
Черепица для плоской кровли 450 «Тегалит» 615
Повышение веса кровли влечет за собой увеличение сечений стропильных элементов и облицовки. При замене старых черепичных покрытий новыми из бетонной черепицы возникает опасность, что несущая способность существующей стропильной конструкции окажется недостаточной для восприятия повышенных нагрузок.
Кроме того, стропила и обрешетка при устройстве кровли из бетонной черепицы должны быть более жесткими, чем при керамической, чтобы снизить колебания под нагрузкой всей конструкции в целом. Колебания стропильной системы вызывают повреждения бетонной черепицы по краям и в углах.
Укладка бетонной черепицы на известковом и известково-цементном растворе не дает надежного сцепления элементов покрытия; цементный раствор из-за его жесткости нельзя применять в кровельных работах. Поэтому укладку бетонной черепицы на растворе делать не рекомендуется.
197
С профессиональной точки зрения можно считать правильной только укладку бетонной черепицы насухо, причем не только рядовых камней, но и коньковых камней, а также кровельных элементов, укладываемых в ендовах.
Дополнительное уплотнение швов достигается за счет применения джутовой ваты как материала для конопатки или прокладок из пенопласта.
4Л.2.3. Кровельный шифер, асбестоцементные
кровельные плиты
Наиболее частыми ошибками, с которыми мы встречаемся в кровельных работах с использованием шиферной плитки и листового асбестоцемента, бывают:
небрежное выполнение стыков кровельных элементов в отношении перехлеста (в том числе и по боковым граням);
слишком малые свесы;
неправильно выбранное направление укладки покрытия (при устройстве кровли следует считаться с доминирующими ветрами в районе строительства, соответственно выполняя перехлест кровельных элементов в боковом направлении).
4.1.2.4. Волнистый кровельный асбестоцемент
Наиболее частые ошибки при устройстве кровель из этого материала:
слишком малые уклоны кровель (эту ошибку очень часто допускают при .строительстве помещений для различного рода служб — гаражей, складских помещений; малые уклоны, даже в пределах
допустимых границ, очень вредны,
Рис. 138. Разрыв кровельного покрытия вследствие деформации несущей конструкции
так как образующийся в перехлестах кровельного покрытия мох способствует всасыванию дождевой воды под кровлю с соответствующими последствиями);
недостаточная жесткость несущей конструкции крыши по сравнению с размерами применяемых листов волнистого асбестоцемента (легкие стропильные конструкции из металлических профилей обладают большой подвижностью, так же как и стропила, имеющие слишком большие пролеты; из-за этого крупноформатные плиты, включаясь в работу конст-
198
Рис. 139. Крепление листов кровли к обрешетке
а, б, в — жесткое (крюки с резьбой и шурупы); г, д — шарнирное (шарнирная арматура); / — специальная защитная шайба; 2 — оцинкованный шуруп 7X110; 3 — оцинкованный крюк; 4 — оцинкованное шарнирное крепление с антикоррозионным покрытием; 5 — верх стропильной фермы
рукции крыши, перенапрягаются и трескаются, как показано на рис. 138, поэтому в таких случаях надо применять укороченные листы — 1,25 и 1,6 м);
подвижное крепление листов (так называемая шарнирная арматура) иногда приводит к отрицательным результатам, так как крепежные элементы бывают или слишком слабо завернуты, или перенапрягают асбестоцемент в местах крепления вплоть до его растрескивания (лучше во всех случаях применять жесткий крепеж на шурупах или на крюках с резьбой, которые сидят достаточно туго на обрешетке — рис. 139);
пробивка дырок в листах под крепежные элементы (шурупы и крюки с резьбой следует вставлять в заранее просверленные отверстия).
4.1.3. ВЕНТИЛЯЦИЯ ЧЕРДАКА
При отсутствии вентиляции па чердаке эксплуатационная и строительная влага, мигрирующая из конструкций здания, не имеет выхода наружу и конденсируется на холодной внутренней поверхности, кровли. В результате появляются следующие дефекты;
высолы на материале кровли и на внутренней штукатурке;
повреждения от воздействия отрицательных температур — в основном на кровельных материалах (рис. 140);
увлажнение и повреждение деревянных конструкций крыши;
199
Рис. 140. Черепица, разрушенная в результате воздействия и отрицательных наружных температур
пятна сырости на потолке и стенах эксплуатируемого чердачного помещения.
Система вентиляции чердака состоит из притока или забора воздуха (на участках свеса крыши или в карнизной зоне) и из вытяжки (у конька). При достаточных сечениях вентиляционных отверстий поток воздуха, циркулирующий вдоль внутренней поверхности кровли, выводит наружу всю влагу, поступающую снизу.
Чтобы избежать всасывания пыли или хлопьев снега
Рис. 141. Схема проветривания чердачного пространства при двухслойном кровельном покрытии с воздушной прослойкой
ление конструкции крыши, если для
через вентиляционные отверстия на чер'дак, под кровельной конструкцией можно устроить дополнительное нижнее покрытие (подшивку), оставив сплошную воздушную прослойку между наружным и внутренним слоями кровли толщиной не менее 3 см. Такая двойная конструкция кровли одновременно улучшает и термическоесопротив-устройства ее применить, на-
пример, дублированные или водостойкие клееные древесноволокнистые плиты. При этом чердачные вентиляционные проемы заменяются специальными вентиляционными отверстиями непосредственно в конструкции кровли (рис. 141).
Воздухообмен в чердачном помещении. Ориентировочные данные для расчета при длине стропильных ног до 8 м:
Уклон кровли, град Поперечное сечение вытяжных отверстий см2/пог. м конька* Число вентиляционных отверстий на ПОГ. М К ОПЕК с Количество пог. м конька, обслуживаемых одним отверстием
18—22 20 1,38 0,75
23—30 10 0,67 1,5
30 5 0,33 3
* Воздухозабор рассчитывается по этой же таблице с повышающим коэффициентом 2,5—3.
200
Приведенные ориентировочные данные относятся г чердачным помещениям, кровля которых выполняется из обычной керамической черепицы.
Более плотные кровельные материалы требуют увеличения сечений вентиляционных отверстий с введением поправочных коэффициентов:
Материал покрытия Повышающий коэффициент
Шифер, кровельные листы, волнистый асбестоцемент Бетонная кровельная черепица Глазурованная черепица, листовой металл 1,2—1,5 1,5—2 2—2,5
При увеличении длины стропильной ноги свыше 8 м соответственно увеличивается сечение (и число) вентиляционных отверстий чердака; так, при увеличении длины стропил до 16 м сечение вентиляции увеличивается в 1,5—2 раза.
4.1.4. УСТРОЙСТВО СВЕСА КРОВЛИ
Состояние ветровой фронтонной доски, подшиваемой вдоль свеса скатной крыши, очень часто свидетельствует о повреждениях этого участка кровель, вызываемых воздействием ветра. В соответствии с требованиями норм DIN 1055, ч. 4, на краевых участках кровли в крышах с малым уклоном требуется проведение дополнительных защитных мероприятий для защиты от ветра.
Несущие конструкции кровельного покрытия на краевых участках следует дополнительно заанкеривать (с проведением соответствующего расчета анкеровки!); доски кровельной обшивки пришивают к обеим крайним (внешним) стропильным ногам тремя гвоздями (вместо двух), бруски обрешетки — двумя гвоздями (вместо одного); вообще лучше применять шурупы.
Керамическую и бетонную черепицу по краю крыши укладывают на известково-цементном растворе (группа II), причем внешний ряд необходимо дополнительно крепить зажимами и гвоздями. Шиферные и асбестоцементные покрытия следует на краевых участках кровли дополнительно крепить к несущей конструкции.
При укладке двухслойных покрытий из прямоугольных кровельных плиток с креплением гвоздями и ветровыми крючками особых мероприятий по защите от ветра не требуется.
Коньковые элементы крепят не менее чем тремя гвоздями.
Волнистые асбестоцементные листы в краевых 2-м зонах крыши с уклоном менее 35° должны иметь дополнительный крепеж в середине плиты (промежуточный брусок обрешетки).
201
Максимально допустимые расстояния между обрешетинами:
Уклон крыши, град Профиль, м
177/51* 130/30*
<20 1,15 1,15
>20 1,45 1,75
Ширина волны/высота волны.
Вылет свеса крыши не должен превышать V4 допустимого расстояния между брусками обрешетки.
Примыкания к наружной штукатурке кровельных покрытий, с которыми мы сталкиваемся на торцовых (щипцовых) участках
Рис. 142. Трещина наружной штукатурки торцовой стены в месте примыкания штукатурки к кровле
Рис. 143. Правильно выполненный свес кровли (по схеме рис. 144 в)
Рис. 144. Различные конструктивные решения свеса кровли:
а — с замыкающими керамическими плитками; б — с черепицей специального профиля; в — с черепицей специального профиля и асбестоцементной доской
202
наружных стен, представляют собой места повышенной опасности, так как здесь очень часто при деформациях покрытий под нагрузкой возникают трещины (рис. 142).
Поэтому лучше вместо плотного примыкания кровельных элементов к штукатурке наружной стены сделать в этом месте стык, который бы позволил покрытию свободно деформироваться, без связи с наружной штукатуркой. Здесь могут быть применены черепица специального профиля с отформованным защитным ребром, асбестоцементные доски или соответствующие замыкающие керамические плитки (рис. 143—144).
Применение на этих участках ветровых деревянных досок зубчатого профиля не рекомендуется из-за необходимости проведения регулярного их ремонта.
4.1.5. ПРИМЫКАНИЯ В СКАТНЫХ КРЫШАХ
Примыкания покрытий к вертикальным элементам конструкций следует всегда делать подвижными. С этой целью крайний элемент кровельного покрытия, свободно укладываемый на свое основание, крепят к вертикальной конструкции на высоте 8—12 см и закрывают сверху, как правило, специальным фартуком из металлического листа, заделываемым в вертикальную конструкцию или прикрепляемым к ней (рис. 145).
В качестве материала металлических фартуков, защищающих место примыкания покрытия к стене от воздействия влаги, применяют листовой свинец, листовой цинк, оцинкованное железо или листовую медь.
Далее перечислены наиболее частые ошибки, встречающиеся при устройстве рассматриваемых конструктивных узлов.
Дефекты устройства фартуков. В случае примыкания к лицевой кладке фартуки не следует заделывать в горизонтальные швы, расположенные слишком близко к уровню покрытия; при примыканиях под углом фартуки рекомендуется делать трапециевидной формы (см. рис. 145) или заделывать их в специально прорезанные наклонные швы.
Глубина заделки защитных фартуков в швы должна составлять 20 мм. Крепят их костылями, забиваемыми в растворный шов; костыли лишь зажимают фартуки в шве, не ограничивая его деформаций.
При использовании фартуков из цинкового, стального или медного листа заделка швов осуществляется на эластичных синтетических мастиках, причем в этих случаях важную роль играет чистота и подготовка заделываемого шва (рис. 146, а).
В случае применения цементного раствора при температурных деформациях металла возникает опасность”'появления трещин; трещины же действуют как проводники влаги.
Листовой свинец испытывает не упругие, а в основном пластические температурные деформации, поэтому при заделке цементным
203
раствором швов, в которых крепятся защитные фартуки из свинца,
повреждения не столь опасны.
Аналогично следует выполнять примыкания кровель к кирпичным стенам, оштукатуриваемым после установки защитных фартуков. При этом штукатурка доводится непосредственно до шва, в который заводится фартук (рис. 146, б).
При покрытии кровель листовым свинцом в местах примыкания к вертикальным поверхностям переход от покрытия к вертикальной поверхности осуществляют тем же материалом без специальных защитных фартуков; при этом длина свинцовых листов в примыканиях не должна превышать 50 см. Место крепления листа к стене закрывают штукатурным слоем, причем во избежание растрескива
ния штукатурку немного не доводят до места перехода от вертикаль-
Рис. 145. Примыкание кровли к стене с установкой трапециевидных защитных фартуков
ной поверхности к поверхности кровли (рис. 146, в).
Если требуется осуществить примыкание к ранее оштукатуренной стене, то в штукатурке надо прорезать шов для заведения в него защитного фартука. Если штукатурка не очень жесткая, с большим количеством песка, то шов следует углублять в кладку стены, а если штукатурка сделана из жесткого це
Рис. 46. Заделка фартуков в местах примыкания кровли к стене
а —с помощью герметизирующей мастики: б —с последующим оштукатуриванием стены (только при небольших длинах Участка примыкания); в — с помощью оштукатуривания участка примыкания (при кровлях из листового свинца^; г — с помощью специального алюминиевого профиля, закрепляемого дюбелем
204
ментного раствора, то шов прорезают только до поверхности кирпича.
При безупречно выполненных гладких лицевых бетонных поверхностях решение узла примыкания покрытия возможно по типу, представленному на рис. 146, г, где показана установка специального алюминиевого профиля, играющего роль фартука; профиль крепится к бетонной поверхности на дюбелях и изолируется сверху синтетической мастикой.
Дефекты из-за пренебрежения свойствами материалов фартуков
Листовой свинец при температурных деформациях не просто удлиняется и укорачивается, а изгибается и с тече
Рис. 147 Сплошная свинцовая полоса длиной 5 м, идущая по ребру крыши, — типичный образец ошибки, допущенной при проектировании
нием времени надламывается.
Поэтому защитные фартуки и крайние элементы покрытия листового свинца в местах примыкания должны быть очень короткими;
их максимальная длина зависит от толщины листа, положения и ориентации конструкций, стыкующихся в узле примыкания, а также от ожидаемого нагревания свинца солнечными лучами (рис. 147).
Максимально допустимая длина свинцовых полос (эмпирические данные):
Толщина, мм Максимальная длина, см Толщина, мм Максимальная длина, см
место примыкания в основном находится в тени место примыкания в основном находится на солнце место примыкания в основном находится' в тени место примыкания в основном находится на солнце
0,8 45 45 1,2 140 80
1 100 60' 1,5 155 100
Листовой цинк, листовую сталь и листовую медь можно устанавливать в виде более длинных полос, однако их крепление к стене не должно препятствовать взаимным деформациям стыкующихся в продольном направлении элементов фартука; не рекомендуется пропаивать места стыков.
205
Недостаточный водоотвод. Кровельные покрытия, укладываемые по принципу чешуи (черепица, шифер и др.), в местах примыкания, которые располагаются в плане не параллельно свесу кровли, следует выкладывать из индивидуальных, не рядовых элементов (см. рис. 145).
Укладка в местах примыкания длинных полос кровельного материала увеличивает опасность проникания воды под покрытие при дождливой и ветреной погоде. Примыкания с устройством водосборных желобов, особенно в тех случаях, когда эти желоба проходят под покрытием, не очень надежны, так как легко засоряются при недостаточной глубине и ширине водосборных канавок; кроме того, они сложны в исполнении и вообще дорогостоящи.
4.1.6. БИТУМНЫЕ И ПЛАСТМАССОВЫЕ КРОВЕЛЬНЫЕ КОВРЫ (см. 4.2.22)
4.1.7. УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
Недостаточный перехлест кровельных материалов на участках их стыковки в конструкции покрытия ложет быть ликвидирован лишь в случае полной перекладки всего покрытия. При этом едва ли возможно повторное использование кровельного материала при шиферных и листовых покрытиях по дощатой обшивке.
Другие кровельные материалы, напротив, в большинстве случаев можно использовать заново; при этом несущая конструкция (обрешетка) должна быть переделана под новые размеры элементов покрытия.
Неудовлетворительный отвод воды с кровли (слишком мелкие или узкие канавки для? стока воды) проявляется в виде каких-либо дефектов часто только лишь при очень плохих погодных условиях. Наиболее эффективное (но и самое дорогостоящее) решение состоит в смене материала покрытия. При относительно небольшой частоте таких неблагоприятных атмосферных ситуаций достаточно бывает устройства дополнительного нижнего подшивного слоя покрытия (например, из кровельного картона).
Если же открытые водосточные канавки регулярно закупориваются, то в таком случае рекомендуется заново переделать покрытие со сменой материала.
Недостаточное проветривание чердака можно улучшить путем устройства на чердаке принудительной вентиляции.
Дефекты деталей свеса кровли, проявляющиеся при значительных ветровых нагрузках, требуют, как правило, полной переделки конструкции: часто может быть вторично использована часть кровельных материалов. Волнитый асбестоцемент и металлические профилированные листы легко можно дополнительно закрепить снаружи.
Хлопанье шиферных плиток и других кровельных материалов при порывах ветра вследствие слишком большой подвижности эле
206
ментов кровли относительно^ несущей конструкции крыши легко устраняется введением битумной шпаклевочной мастики в швы между кровельными плитками и основанием, а также в швы между самими плитками. Этот способ значительно лучше и эффективнее, чем открытое крепление кровельных элементов к основанию гвоздями.
Дефекты в местах примыканий можно исправить только при полном переустройстве всего узла. Как правило, здесь не помогает шпаклевочная мастика, неэффективна и последующая наклейка на место примыкания герметизирующих лент.
4.2. ПЛОСКИЕ КРЫШИ
Под названием «плоские крыши» подразумеваются все крыши с уклоном от 0 до 22°, с покрытием из битумных пли пластмассовых рулонных кровельных материалов.
Плоская крыша, а точнее, конструкция плоской крыши, должна гарантировать выполнение ею следующих функций:
конструкция плоской крыши должна обеспечивать защиту здания и его конструктивных элементов от атмосферных осадков; при этом должна быть обеспечена полная гидроизоляция;
плоская крыша должна защищать конструкции здания от воздействия отрицательных температур; кроме того, она должна быть устроена таким образом, чтобы в помещениях здания, расположенных непосредственно под крышей (последний этаж), был бы обеспечен требуемый микроклимат.
Плоская крыша должна быть запроектирована таким образом, чтобы строительная и эксплуатационная влага не могла причинить вреда ее конструктивным элементам.
Чтобы плоская крыша удовлетворяла всем этим требованиям, она должна состоять из следующих конструктивных элементов: несущего конструктивного слоя и слоя, являющегося потолком нижерасположенного помещения (оба слоя могут быть объединены в один элемент);
теплоизоляционного слоя с пароизоляцией и слоем, выравнивающим давление водяных паров;
гидроизоляции с выравнивающей стяжкой и верхним защитным слоем.
4.2.1. НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ
Несущая конструкция плоской крыши является основанием для всех ее конструктивных элементов; так как несущий слой крыши должен выполнять свои функции в течение всего срока эксплуатации здания, к нему предъявляются особые требования:
он должен быть достаточно прочным, с гладкой поверхностью;
отверстия в несущей конструкции для пропуска вентиляционных шахт, коробов, водосточных труб и т. д., а также места организации световых проемов в плоских крышах не следует предусматри-
207
Рис. 148. Разрыв кровельного покрытия вследствие сильного прогиба несущего слоя
вать вблизи карнизных и парапетных участков крыш, рядом с участками примыкания крыши к вышерасположенным вертикальным конструкциям, в зонах температурных и деформационных швов;
деформации в плоскости крыши должны быть минимальными: с этой целью размеры жестких несущих элементов плоской крыши не должны превышать 8—10 м (по сторонам);
относительный прогиб несущих конструкций при максимально допустимых нагрузках не должен превышать величины 1/300 (рис. 148).
Бетонные покрытия должны иметь гладко затертые поверхно
сти, а при невозможности их выполнения следует предусматривать последующее нанесение защитных монолитных стяжек (в случае необходимости — с соответствующим уклоном). Максимально допустимое расстояние между швами монолитных бетонных покрытий (или стыками сборных плит) не должно превышать 8—10 м.
Типичный источник конструктивных ошибок — деформационные швы. Так как развитие температурных деформаций плит покрытия всегда начинается от центра тяжести плиты или от места жесткого ее закрепления (шахта лифта, дымовая труба и т. п.) в направлении края элемента покрытия, размещать деформационные швы следует не в этих участках жесткой заделки бетонных плит покрытий, а где-то между этими участками и краем крыши.
Разбивку деформационных швов в плоских крышах необходимо увязывать с системой разбивки крыши на отдельные участки водосброса (или водоудаления). Шов должен располагаться посередине такого участка: никогда не следует проектировать швы в направлении, поперечном водостоку.
Уклон плоских крыш не рекомендуется делать менее3%; крыши с нулевым уклоном очень подвержены повреждениям (рис. 149), а потому устройства их лучше избегать.
Бетонные сборные настилы, используемые в качестве несущей конструкции плоской крыши, следует крепить между собой с помощью арматурных стержней или проволочных скруток, располагаемых в уровне их верхней плоскости. Швы между настилами заделывают раствором или бетоном. Общие требования, предъявляемые к сборным настилам, те же, что и требования к монолитной конструкции бетонного покрытия.
Газобетонные'плиты хотя и обладают прекрасными теплоизоляционными свойствами, однако именно это неблагоприятно сказывает-208
ся на общем температурно-влажностном режиме однослойной плоской крыши. По этой причине газобетон в качестве несущей конструкции плоской крыши
следует применять только для тех зданий, в которых относительная эксплуатационная влажность помещений последнего этажа не будет превышать 50 %.
Газобетон дает очень значительную усадку в процессе схватывания; по этой причине он применяется в конструкциях покрытий только в виде сборных плит, которые должны быть выдержаны в .складских, условиях в течение соответствующего срока; в процессе хранения и после монтажа газобетонные плиты должны быть надежно защищены от атмосферных осадков.
Стальные штампованные листы
Рис. 149. Так выглядит плоская крыша с нулевым уклоном. В местах прогибов покрытия образуются лужи, покрытие дополнительно пригру-жается застаивающейся водой, скапливающаяся грязь повреждает кровельный материал
экономичны и удобны в монтаже.
Однако при их применении часто допускаются отступления от соответствующих технических требований.
Следует избегать применения слишком тонкого листа. При тол-
щине листа меньше 1 мм, как правило, жесткость покрытия слишком мала, листы прогибаются или выгибаются под нагрузкой, вибрируют от ветровой нагрузки. Из-за деформаций стального основания трудно обеспечить надежное приклеивание к нему теплоизоляционного материала; следствием этого должна быть особая осторожность
в случае применения этой конструкции в условиях значительных
ветровых нагрузок.
Особое внимание следует обратить на то, чтобы относительный прогиб несущей конструкции покрытия из стального листа не превышал VgOQ-
Минимальный угол наклона стальной несущей конструкции покрытия — 2°, наклон покрытия по возможности должен совпадать с направлением ребер стального настила. Ширина верхней зоны поперечного сечения трапециевидного профиля (верхнего пояса) должна быть не менее 83,5 мм, ширина нижней зоны (ширина лотка) не более 95 мм.
Древесностружечные плиты, применяемые в качестве несущей конструкции покрытия, должны быть обработаны специальным составом, защищающим их от биологических воздействий. Часто забы
вают о том, что при увлажнении древесностружечные плиты значительно деформируются, так что общая величина относительного прогиба может оказаться более чем Vgoo- В результате гидроизоля
209
ционный ковер рвется в местах стыков плит основания, и никакими мерами нельзя защитить рулонный материал от разрушения.
К несущим элементам покрытий, выполняемым из древесностружечной плиты, необходимо предъявлять те же требования, что и к газобетонным плитам: их следует применять только при незначительной эксплуатационной влажности помещений здания и надежно защищать от любого увлажнения.
Дощатые основания покрытий следует сплачивать вшпунт и монтировать только в сухом виде и при благоприятных атмосферных условиях. Последующие слои покрытия крепятся к дощатому основанию механическим способом. Минимальная толщина доски — 24 мм, максимально допустимый шаг стропильных ног — 80 см, рекомендуемая ширина сплачиваемых досок обшивки — 8—16 см. Древесина должна соответствовать требованиям норм DJN 68365 (3-й сорт) и DIN 4074 (2-й сорт).
4.2.2. КОНСТРУКЦИЯ ПОКРЫТИЯ
Покрытие — важнейший элемент плоской крыши. Оно должно надежно защищать сооружения от всех видов атмосферных осадков
Рис. 150. Схема конструкции покрытия
1 — защитный слой; 2 — гидроизоляционный слой; 3 — выравнивающий слой; 4 — несущий слой
и других воздействий, связанных с погодно-климатическими условиями конкретного участка строительства. Поэтому покрытию предъявляются следующие требования:
хорошие гидроизолирующие свойства;
атмосферостойкость;
прочность по отношению к механическим воздействиям;
долговечность (в том числе и при различных загрязнениях атмосферы в данной местности);
простота укладки в процессе строительства здания и простота ухода в процессе эксплуатации (ремонтопригодность).
Схематическое устройство покрытия показано на рис. 150.
4.2.2.1. Выравнивающий слой
Рулонные кровельные ковры должны быть надежно защищены от деформаций несущей конструкции покрытия, что достигается устройством разделительных или выравнивающих слоев.
В обычной многослойной конструкции плоской крыши следует искать компромисс между необходимостью разделения этих слоев (собственно кровли и основания) и необходимостью создания надежной комплексной конструкции, хорошо работающей в сложных
210
погодных условиях. На практике хорошо зарекомендовали себя следующие системы.
1. Перфорированный ковер из стеклохолста отвечает необходимым требованиям, предъявляемым такому слою. Его укладывают на основание, покрытое битумной мастикой. Сцепление покрытия с основанием осуществляется в отдельных точках перфорированного разделительного слоя. Вместе с тем наличие разделительного ковра позволяет защитить рулонную кровлю от вредного воздействия деформаций усадки и ползучести в основании.
2. Повышенным требованиям
нием отвечает рулонный кровельный материал с крупнопесчаной посыпкой с нижней стороны ковра при условии точечного крепления его к основанию (битумную мастику наносят отдельными участками размером с тарелку); таким образом снимается опасность воздействия на кровельный ковер деформаций основания; это решение представляется более эффективным и менее трудоемким, чем прокладка перфорированного ковра.
3. Гофрированный строительный картон, рулонные тканые материалы неровного плетения (буклированные) и аналогичные материалы с глубокой неровной структурой, которые раньше укладывались с целью создания так называемого вентилирующего слоя над несущей конструкцией, сегодня применяются лишь в роли выравнивающего слоя, причем сцепление этого слоя с основанием и кровельным ковром менее эффективно, чем у ковра из перфорированного стеклохолста.
4. При дощатых основаниях плоских крыш крепление первого снизу слоя возможно лишь на гвоздях. Верное конструктивное решение здесь возможно лишь при соответствующем количестве крепежных точек (т. е. расходе гвоздей на единицу площади покрытия) и при правильном выборе типа и толщины кровельного ковра.
Подготовка основания. Уже здесь мы находим первые источники ошибок, ведущих к последующим дефектам покрытий. Прежде всего основание должно быть очищено как от строительного мусора и пыли, так и от выступающего на поверхность бетона крупнозернистого заполнителя, концов арматуры и крепежных элементов (рис. 151).
Грунтовочные составы для покрытия несущего слоя обычно делаются на базе холодного битума; их не следует наносить на мокрые и сильно увлажненные, а также на запыленные поверхности; би
211
тумные эмульсии нельзя наносить на разогретые и сухие плоскости.
Выравнивающий слой следует укладывать сразу после высыхания грунтовочной окраски основания, причем непосредственно перед укладкой надо еще раз осмотреть основание, уделив при этом особое внимание швам и стыкам основания (несущей конструкции).
Всю конструкцию кровли разрезают в местах расположения температурных и деформационных швов. Так как выравнивающий слой не может воспринять деформации в шве, приходится его также разрывать над участками швов и закрывать швы в этих местах подвижными лентами из рулонного материала.
В местах стыковки сборных элементов несущей конструкции плоской крыши (бетонных настилов, древесностружечных плит и т. д.) разрезка конструкции кровли в большинстве случаев не является необходимостью, однако для дополнительного выравнивания деформаций основания здесь также прокладывают подвижные ленты шириной 15 см (рис. 152). Их назначение состоит в том, чтобы закрыть деформирующийся стык плит и защитить вышележащие слои покрытия от среза в плоскости стыка. Подвижная лента, однако, выполняет свои функции лишь в том случае, если она не соединена ни с основанием, ни с вышележащим слоем. В противном случае она просто становится местным утолщением основания (или вышележащего слоя), и трещина проходит рядом с ней.
На краевых участках крыши и в зонах пропуска через кровлю различных труб, шахт, коробов и т. п. выравнивающий слой приклеивают к основанию по всей его плоскости, причем ни по краю крыши, и в местах вентиляционных отверстий выравнивающий слой не должен соприкасаться с наружным воздухом.
Гвоздевое крепление выравнивающего слоя. При дощатых основаниях в плоских крышах выравнивающий слой крепят к основанию только гвоздями. В однослойных конструкциях крыш, когда непосредственно на выравнивающий слой укладывают последовательно паро- и теплоизоляцию, рекомендуется всегда применять в качестве выравнивающего слоя необработанный войлок в виде рулонного материала. В зависимости от высоты здания и атмосферных условий выравнивающий слой устраивают из рулонов шириной 100 или 50 см.
Рис. 152. Неправильно (вверху) и правильно (внизу) уложенные подвижные полоски
1 — места разрывов ковра; 2 — слой клея
212
Выравнивающий слой крепится к основанию по линии нахлеста смежных рулонов специальными гвоздями с широкой шляпкой. Сразу после укладки выравнивающего слоя на него необходимо положить пароизоляционный слой, чтобы исключить вспучивание и волнообразную форму покрытия.
Ввиду хорошей деформативности выравнивающий слой из необработанного войлока не имеет склонности к повреждениям при деформации основания.
В последнее время рекомендуется применять в качестве выравнивающего слоя битумный стеклохолст, укладываемый точно так же. Однако следует иметь в виду, что этот материал имеет небольшую прочность на разрыв, на сильном ветру начинает вибрировать и может порваться при сильных порывах ветра. Совершенно не оправдало себя здесь дополнительное ветрозащитное мероприятие — крепление этого материала с помощью проволоки, так как тонкая проволока способствует скорейшему повреждению стеклоткани.
Если нельзя избежать применения стеклохолста для выравнивающего слоя, то по крайней мере следует предусмотреть другие дополнительные ветрозащитные мероприятия:
применение рулонов битумного стеклохолста шириной только 50 см;
применение битумных кровельных рулонных материалов на основе более тяжелой стеклоткани (V13 вместо VII);
дополнительное крепление рулонов выравнивающего слоя при помощи металлической ленты сечением 15 X 0,2 мм; отрезки лент не должны быть длиннее 2 м.
В плоских крышах, кровля которых выполняется из свободно укладываемых синтетических материалов, выравнивающий (разделительный) слой делают из необработанного войлока или необработанного стеклохолста, которые укладываются на основание без приклейки их битумом.
4.2.2.2. Кровельный ковер
Кровельный ковер должен прежде всего удовлетворять предъявляемым к нему требованиям в отношении вязкости, стойкости к механическим воздействиям и старения.
Битум обладает значительной вязкостью в основном в силу своих пластических свойств, которые позволяют ему воспринимать медленные и равномерные деформации основания без потери своей вну-ренней связности.
Рулонные битумные материалы имеют относительно жесткую основу, армирующую пластичный битум. При устройстве монолитных покрытий из битума (заливка битума на поверхность покрытия, производимая в построечных условиях) последний следует всегда армировать рулонной основой, раскатываемой по поверхности покрытия.
213
Пластмасса. Деформации в швах и местах примыканий конструкций зданий, равно как и деформации подверженных значительным колебаниям легких конструкций, не всегда могут успешно восприниматься битумом. Поэтому везде, где мы можем столкнуться при эксплуатации строящихся зданий со значительными деформациями, следует ориентироваться на пластмассовые рулонные материалы для покрытий, обладающие большей вязкостью, чем битум. При правильном применении пластмассы могут успешно работать в услов-виях очень больших нагрузок.
Итак, основная предпосылка применения пластмасс в качестве материала кровельных покрытий — наличие очень больших деформаций в конструкции кровли.
Это привело в последнее время к тому; что синтетические рулонные кровельные материалы стали укладывать совсем без применения клея или мастики, -т. е. насухо, что позволило пластмассам в полной мере выявить свои положительные качества в отношении их гибкости. Но при этом свободно укладываемые рулоны уже в процессе укладки следует надежно защищать от ветровых нагрузок, чтобы исключить появление преждевременных повреждений в местах стыков и примыканий.
Надежная противоветровая защита в плоских крышах достигается путем укладки на покрытие пригрузочного слоя, который делается, как правило, из гравийной засыпки (зернистость 16/32) толщиной 5—8 см или из мелкоразмерных бетонных плит, укладываемых по слою гравия (последний вариант применяют обычно в многоэтажных зданиях).
Свободная укладка синтетических рулонных кровельных материалов связана с определенными правилами, соблюдение которых диктуется спецификой конструкции:
1) большинство синтетических кровельных ковров через некоторое время после укладки сморщивается (съеживается). Это объясняется в большинстве случаев действием так называемого каландрового эффекта* связанного с технологией изготовления синтетических кровельных рулонных материалов.
Поэтому синтетические кровельные ковры не следует гасть «внатяг», ибо такой способ укладки неминуемо повлечет за собой расстройство покрытия в швах рулонного материала. Особенно опасны в этом смысле эластомерные синтетические материалы (бутил, полихлоропрен-каучук, этилен/пропилен-терполимер-каучук), которые всегда должны укладываться с запасом по длине в 1% (с учетом усадки);
2) синтетические рулонные материалы следует в принципе укладывать таким образом, чтобы возможные деформации не вызывали появления срезающих усилий в швах между полотнами кровельного
* С этим явлением часто встречаются в бумажной и текстильной промышленности, а также в производстве рулонных синтетических материалов при съеме готовых рулонов с каландровой машины. (Прим, автора).
214
Рис. 153. Пример укладки синтетического кровельного ковра у парапетов и желобов с применением небольших полос кровельного материала
Рис. 154. Поливинилхлоридное покрытие на краевых участках и в местах примыканий следует прикреплять к основанию механическим способом (в данном случае — при помощи металлических лент)
Рис. 155. Поливинилхлоридное покрытие было уложено на битуме
ковра и в местах примыканий к другим конструкциям здания; этого добиваются тем, что в бо-
/ — полосы кровельного материала, укладываемые в местах примыканий; 2 — металлические ленты
роздах и примыканиях избегают устраивать швы в направлении, перпендикулярном к ендовам, разжелобкам и прочим внутренним углам, а также проклады
вают на этих участках специальные полоски кровельного мате-риала (рис. 153);
3) поливинилхлоридные кровельные ковры требуют применения
дополнительных мер:
фиксации кровельного ковра на крайних участках покрытия, в желобах и в местах примыкания (рис. 154);
защитных прокладок в местах стыкования с битумными материалами (поливинилхлорид разрушается при непосредственном контакте с битумом, рис. 155);
защитного слоя из гравийной засыпки толщиной не менее 5 см с устройством откосов у парапетов и мест примыканий к вертикальным конструкциям;
4) поливинилхлорид и полиизобутилен нуждаются в защитных прокладках в местах контакта с пенопластами из полистирола,
полиуретана и каменноугольного дегтя;
5) все синтетические кровельные ковры должны быть надежно защцщены разделительными слоями от воздействия масел, масляных красок, дегтепродуктов, бензина и теплоизоляционных материалов на масляной связке (например, перлитов).
Приклейку пластмассовых кровельных материалов производят только в том случае, если надежный пригруз нельзя осуществить
215
из статических соображений или из-за слишком большого уклона крыши (при крутизне более 10°). При этом следует принимать во внимание следующее:
1) поливинилхлорид необходимо приклеивать только соответствующими контактными клеями, но ни в коем случае не битумом; так как поливинилхлоридный ковер всегда нуждается в защитном слое, приклеивание его ограничивается местами примыкания ковра к вертикальным элементам здания, а также внутренними поверхностями парапетов;
2) полиизобутилен следует приклеивать только мягкими сортами битума (например, В45) или эластичными контактными клеями, сохраняющими некоторую деформативность в процессе эксплуатации здания; клей или битум наносят в отдельных местах ковра (точечным способом или полосами).
Если можно ожидать внезапных резких деформаций основания, приклеивание производить не следует; подобное явление при низких наружных температурах может привести к разрывам в кровельном покрытии;
3) синтетические кровельные покрытия всегда отличаются значительными температурными деформациями, которые проявляются при соприкосновении ковра с нагретым клеем (или битумом) в виде волн и складок на покрытии;
4) гладкие пластмассовые ковры не очень хорошо склеиваются битумом; большой эффект дают эластичные контактные клеи, а при абсорбирующих основаниях — дисперсионные клеи, не теряющие эластичности в процессе эксплуатации покрытия.
Надежным сцеплением с горячим битумом отличаются только синтетические ковры с кэшированной поверхностью, а также покрытия из термопластических пластмасс с включением битума (этилен-сополимер-битум);
5) контактные клеи, как правило, неводостойки, при водопогло-щении они подвержены омылению.
Для покрытий, подверженных атмосферным воздействиям или влиянию строительной влажности, следует применять только специальные водостойкие контактные клеи.
Битумные и синтетические рулонные кровельные материалы в скатных крышах
Битумные кровельные ковры с основой, подверженной деформациям от температурных воздействий и нагрузок, не следует применять на участках кровель, характеризующихся сильными уклонами (в скатных крышах, на боковых поверхностях парапетов и желобов коробчатого сечения). Деформируемую основу имеют все типы тканей, используемые в кровельных коврах: джут, стеклоткань, холст из стекловолокна и синтетических волокон и др. Это является причиной того, что подобные кровельные ковры имеют постоянную тенденцию к отрыву от расположенного под ними слоя на нижних участках ската и к срезу в швах.
216
Поэтому в скатных кровлях такие рулонные материалы применяются лишь в качестве промежуточных слоев.
По причине упомянутых сложностей в плоских крышах по возможности стараются избежать крутых участков: внутреннюю поверхность парапета устраивают с откосом, желоба коробчатого сечения заменяют желобами лоткового сечения.
Кроме того, скатные крыши требуют следующих дополнительных мероприятий:
1) применения более жестких битумов в зависимости от уклона кровли (вместо битума Б85/25 применяют марки 105/15; 115/15 или 135/10);
Рис. 156. Схема покрытия скатной крыши битумным кровельным ковром / — бруски; 2 — теплоизоляционный пакет
2) применения более коротких кусков кровельного ковра (в зависимости от уклона — от 2 до 5 м);
3) верхние участки отдельных кусков кровельного ковра в до-
полнение к клеевому креплению укрепляют механическим путем (на гвоздях или зажимах);
4) на границе между освещенными солнцем и теневыми участками, равно как и над желобами и участками примыканий, все по
лотнища кровельного ковра разрезают и в этих местах устраивают стыки; это делается для того, чтобы избежать отрыва ковра от ниже
лежащего слоя;
5) теплоизоляционные плиты в скатных крышах также должны быть надежно защищены от сползания вниз по уклону и от обжатия под нагрузкой от расположенных выше по скату теплоизоляционных плит. Такая защита обеспечивается брусками, имеющими
высоту, равную толщине теплоизоляционных плит, располагаемыми перпендикулярно к направлению ската на расстояниях, равных длинам нарезанных кусков кровельного материала и прикрепляемыми к несущей конструкции крыши: эти бруски фиксируют положение утеплителя и одновременно дают возможность прикрепить гвоздями каждый кусок рулонной кровли в верхней его части (рис. 156).
Синтетические кровельные ковры в крышах с уклоном У> 10° следует приклеивать к нижерасположенному слою, причем некаши-ровацные типы пластмассовых покрытий необходимо клеить только синтетическими клеями.
На крутых участках примыканий в плоских крышах термопластические рулонные материалы (этилен-сополимер-битум, полиизобутилен, поливинилхлорид, этилен-винил-ацетат) на высоту до 20 см
217
МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫХ КРОВЕЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ
Битумы Пластмассы Прочность (способность к восприятию нагрузок)
термопластичные (термопласты) эл а стич и ые (эластомеры)
Б65 Б45 Б25 Б85/25 Б105/15 Б115/15 Этилеи-сополи-мер-битум Полиизобути- лен тплен-вппил-ацетат Равномерно распределенная по площади нагрузка
Б135/1 О' Поливинилхлорид Бутил Нагрузка, передающаяся на небольшие участки площадью ^300 см2
Этилен/пропи-лен-терполи-мер-каучук Хлорсульфони-рованный полиэтилен Средние точечные нагрузки на участках площадью 10' см2
Полихлоро-прен-каучук Большие точечные нагрузки на участках площадью 1 см2
можно укладывать свободно, без приклейки. Если эта высота окажется больше, то необходимо приклеивать рулонный ковер, так как вес покрытия в сочетании с ветровыми нагрузками приводит к удлинению кровельного материала, утоньшению его и, наконец, к разрыву
Эластомерные кровельные материалы, закрепленные в верхних участках, могут свободно свешиваться по крутому склону высотой до 1 м без специальных промежуточных креплений или приклеивания, если нет опасности вибраций покрытий от ветра.
Стойкость кровельного ковра к механическим воздействиям. Пластичные гидроизоляционные материалы очень восприимчивы к точечным нагрузкам. Такие нагрузки могут возникнуть в покрытии из-за неровностей основания (см. рис. 151); но речь может идти также о внешних нагрузках: небрежно разбросанные по покрытию строительные материалы, щебень, строительный мусор, гвозди, которые под собственным весом или в результате ходьбы по ним продавливают кровельный ковер.
Точечные нагрузки на кровельный ковер могут быть следствием неудачных проектных решений, например при точечном опирании мостиков для прохода по крыше в процессе эксплуатации или при не
218
удачном расположении опор молниеотвода непосредственно на кровельном покрытии.
Чем больше вязкость материала кровельного покрытия, чем он эластичнее, тем лучше воспринимаются им такие нагрузки. Эластомерные рулонные материалы в большинстве случаев переносят точечные нагрузки (если последние передаются тупыми предметами) без повреждений ковра.
Старение кровельных покрытий
Битумные кровельные ковры стойки по отношению большинству солей, кислот и щелочей, которые находят применение в строительстве. Разрушающее воздействие на битум оказывают только концентрированные растворы серной кислоты и «царской водки», масляная и олеиновая кислоты, фенол, анилин и другие производные дегтя.
Битум невосприимчив к воздействию кислорода, находящегося в воздухе, и к солнечному излучению; реакция битума на эти внешние воздействия заключается лишь в некотором твердении его наружной поверхности.
Трещины в битуме появляются, однако, в том случае, если на него воздействуют пыль и грязь.
Нагретый битум образует трещины и вмятины на поверхности из-за миграции частичек материала. Эти вмятины при прогрессирующем твердении наружной поверхности заполняются пылью и увеличиваются в размерах, все время углубляясь, так что в конце концов даже основа битумного кровельного ковра оказывается раз
рушенной. Результатом является рые в конечной стадии могут привести к настоящему разрушению покрытия.
Еще опаснее образование тарелкообразных трещин (рис. 157), которые возникают везде, где мягкие битумные массы, нанесенные на поверхность в форме литого покрытия, не защищены от атмосферных воздействий. Тарельчатые трещины концентрируются вокруг углублений в битумном покрытии, заполненных грязевыми отложениями; их быстрое развитие обусловливается разницей деформаций внутри такого углубления и по его краям. Влажные слои грязи при высыхании оказываются источником значительных усилий,
образование сетки трещин, кото-
Рис. 157 Битумная кровля без защитного слоя: прогрессирующее истощение кровельного покрытия и образование сетки трещин
219
Рис. 158. Защитный слой из запрессованного мелкого щебня снесен в результате интенсивных атмосферных воздействий; осадочная трещина в в кровельном ковре лоформатные бетонные плиты,
Нельзя присыпать мелкозерш
разрывающих битуминированное покрытие по контуру «тарелки». Края вмятины поднимаются и этим провоцируют дальнейшее разрушение кровельного ковра.
Таким образом, битум должен быть защищен сверху от прямых атмосферных воздействий.
Защита поверхности. Наиболее эффективное средство защиты поверхности ковра — слой чистой промытой речной гальки зернистостью 16/32 (минимальная толщина слоя — 4 см), который в местах наиболее интенсивных атмосферных воздействий должен полностью или частично фиксироваться. В многоэтажных зданиях вместо гравийной засыпки применяют ма-укладываемые по слою гравия, ггый гравийный слой сверху круп-
ным гравием, потому что при этом затрудняется сток воды с покрытия, и, кроме того, защитный слой в этом случае будет заиливаться и забиваться грязью.
Перед нанесением защитного гравийного слоя кровельный ковер следует окрашивать специальным сортом битума, который предохраняет кровлю от проникания в нее корней растений, которые могут появиться на слое гравийной засыпки. Запрессовка мелкого гравия в кровельный ковер не столь эффективна, как засыпка ковра гравием. Защитное действие запрессовки невелико, сцепление частиц гравия с ковром неудовлетворительно, а потому те места покрытия, с которых по той или иной причине исчез запрессованный в поверхность гравий, необходимо время от времени ремонтировать (рис. 158).
Среди битумных рулонных кровельных покрытий, к которым дополнительно предъявляется требование о том, чтобы поверхность этих покрытий в известной степени отражала солнечные лучи, следует отдать предпочтение покрытиям с шиферным щебнем в качестве защитного слоя. Шиферный щебень благодаря своей лещадной форме образует плотный, хотя и тонкий защитный слой.
Кварцевый гравий эффективен в качестве защитного слоя с отражающими функциями только при размере зерен свыше 4 мм; на крутых поверхностях применение его не рекомендуется, так как там он будет легко сноситься под воздействием атмосферных факторов.
Синтетические кровельные ковры в зависимости от типа в большей или меньшей степени подвержены разрушительному действию
220
солнечного излучения. И хотя некоторые виды синтетических покрытий применяются без какой-либо защиты их поверхности, следует констатировать, что хорошая защита от солнечной радиации может существенно повысить стойкость пластмасс.
Поливинилхлоридные ковры во всех случаях нуждаются в эффективной защите, причем защитный слой из крупнозернистого гравия наносится толщиной в 5 см.
Следует рекомендовать защиту поверхности и для таких материалов покрытий, как этилен-сополимер-битум, полиизобутилен и этилен-виннл-ацетат.
Защита свободно уложенного гидроизоляционного ковра от ветровых нагрузок. В развитие требований норм DIN 1055, ч. 4, для свободно укладываемых кровельных материалов следует принимать во внимание следующие положения, разработанные Берлинским институтом строительной техники:
«Необходимо иметь в виду, что конструкции теплых крыш не должны представлять собой угрозы для общественной безопасности и порядка...
покрытие крыши, имеющее слишком малый собственный вес и незначительный пригруз (например, слой гравия), должно воспринимать эти ветровые нагрузки (DIN 1055) и передавать их на несущую конструкцию крыши, с которой покрытие должно быть сое-
Основание Крепежный материал Максимальное расстояние между крепежными элементами в см
а б
а б
Дощатая обшивка, древесностружечная плита Оцинкованные толевые гвозди 32/24 — 110 L
Деревянные балки 1г^ 120' мм Гвозди 60/180' (DIN 1052), минимальная рабочая длина 4 см — 75
Бетон (>ВП 150) Распорные заклепки 0 5 мм, 17 мм Дюбели пли болты 0 10 мм, глубина заделки 50' мм 25 75
Пемзобетон (Вп 50) Распорные заклепки 0 5 мм, 27 мм —1 20
Газобетон QSB 35 Оцинкованные четырехгранные газобетонные нагели 40/80- — 20
221
динено согласно всем правилам строительного искусства (например, с помощью клеевого соединения)».
Для плоских крыш следует принимать следующие величины коэффициента с (аэродинамического коэффициента):
на краевых участках крыши шириной 1 м 6/8 ;> 2 м (6 — ширина здания) — с = 1,8;
на угловых участках (в местах пересечений краевых участков крыши) с = 3,2;
на остальной части крыши с = 0,4.
Свободно уложенное рулонное покрытие теплой кровельной конструкции будет достаточно надежно укреплено при соблюдении следующих условий:
1) крепление ковра на крайних участках крыши и в местах примыканий:
а) с помощью полосы листовой стали (минимальная ширина полосы — 5 см), б) с помощью деревянной пластины;
2) защитное покрытие гидроизоляционного кровельного ковра: слой крупнозернистого гравия минимальной толщиной 5 см из промытых зерен округлой формы 16/32 (краевые участки в этом случае укрепляют специальным клеем для приклейки гравия), бетонные плиты с длиной стороны 40 см. Мелкозернистый слой гравийной засыпки не допускается. Защитное покрытие должно быть морозостойким.
Требуемый пригруз:
Высота свеса над уровнем земли,
Гравийный слой, кг/м2
краевые участки остальная часть покрытия
0i—8
8—20 20'—100
>100*
>160 с приклеиванием
>200' с приклеиванием или покрытие из бетон-
ных плит (50X50x8 см)
>50*
>60
>80
1 м2 сантиметрового гравийного слоя весит 18 к
«Если в конкретных условиях участка строительства приходится иметь дело с очень значительными ветровыми нагрузками, то защитный гравийный слой необходимо соответственно усилить, а на краевых участках приклеить его к кровельному ковру».
4.2.3. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ
Задача теплоизоляции состоит в том, чтобы замедлить переход тепловой энергии: зимой — изнутри здания наружу, летом — наоборот. При этом достигаются три существенных преимущества:
1) охлаждение и нагревание конструктивных деталей происходят медленно и равномерно;
222
2) нагревание и охлаждение конструктивных элементов, обусловленное сменой ночных и дневных температур, а также обогревом помещений, ограничиваются довольно узкими рамками температурных перепадов;
3) обеспечивается создание благоприятного микроклимата в помещениях последнего этажа.
Однако было бы ошибкой считать, что теплоизоляция плоских крыш дает определенные преимущества, необходимые лишь для жилых домов. С помощью теплоизоляции, заложенной в конструкцию плоской крыши, достигается ограничение температурных деформаций отдельных конструктивных элементов здания (рис. 159).
Рис. 159. Недостаточная теплоизоляция и неправильно организованные температурные швы послужили причиной образования этих трещин от сдвига
Для большинства теплоизоляционных материалов вода является негативным фактором, снижающим их теплоизоляционные свойства. Поэтому теплоизоляционные материалы следует надежно защищать от увлажнения.
4.2.3.1. Невентилируемая бесчердачная плоская крыша традиционной конструкции (тип А)
Принципиальная схема такой крыши изображена на рис. 160.
Пароизоляция предназначена для защиты теплоизоляционного слоя от проникания в него влажного воздуха изнутри помещения.
Поэтому пароизоляционный слой материалов. Надежен в этом смысле битумный пароизоляционный рулонный ковер на основе из металлической фольги толщиной 0,1—0,2 мм. К таким материалам относятся и свариваемые по швам покрытия с металлической основой.
Из числа синтетических рулонных материалов для этой цели подходят бутил (обладает наилучшими показателями в отношении пароизоляции), полиизобутилен, этилен/пропилен-терполимер-каучук и специальные виды поливинилхлорида.
следует делать из очень плотных
Рис. 160. Конструкция плоской крыши типа А (однослойная [теплая] крыша)
1 — верхний защитный слой; 2 — гидроизоляционные слои; 3 — вентилирующий слой (слой, выравнивающий давление паров);
4 — теплоизоляционный слой: 5 — пароизо-ляция; 6 — выравнивающий слой; 7 — несущая конструкция
223
Пароизоляция не должна заменять собой выравнивающий слой. Только при основаниях из штампованного стального листа разрешается укладывать достаточно прочные пароизоляционные покрытия (свариваемые рулонные материалы) непосредственно по основанию.
Применение в качестве пароизоляции материалов с незначительным изолирующим действием должно быть в любом случае обосновано расчетом, который подтвердил бы достаточный уровень пароизоляции такого покрытия при конкретном эксплуатационном режиме.
Теплоизоляционный слой. Толщина теплоизоляционного слоя назначается в зависимости от требуемой величины теплоизоляции покрытия, а это, в свою очередь, зависит от:
коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала; величины наружной расчетной температуры;
требуемого термического сопротивления, связанного с внутренней температурой помещения;
положения расчетной точки росы (зоны конденсации).
Надежная теплоизоляция конструктивных элементов здания в большинстве случаев обеспечивается при соблюдении минимальных значений термического сопротивления, указанных в нормах DIN 4108. Повышение термического сопротивления целесообразно лишь до величины 1/Д = 1,98 м2К/Вт. Это соответствует теплоизоляционному эффекту, который можно получить от 8-см слоя жесткого пенопласта. При толщине такого слоя свыше 8 см уже не достигается ощутимое уменьшение наружных температурных воздействий.
Однако с точки зрения создания благоприятного микроклимата внутренних помещений здания минимальные величины термического сопротивления, регламентированные нормами DIN 4108, давно устарели. Не в последнюю очередь здесь сказалось влияние такого серьезного фактора, как повышение стоимости топлива, что заставляет сегодня принимать требуемую величину термического сопротивления ограждающей конструкции равной 2 и более.
Методику расчета теплоизоляции, в конструкциях крыш — см. [53] и т. II данной книги.
Положение точки росы. Этим фактором часто пренебрегают при создании различных ограждающих конструкций. Тем не менее он играет большую роль в вопросе защиты ограждающих конструкций от температурных воздействий, а также в деле создания благоприятного микроклимата внутренних помещений. При недостаточной теплоизоляции точка росы попадает как раз под пароизоляционный слой, из-за чего влажный воздух помещения конденсируется в толще несущей конструкции, что может привести к тяжелым повреждениям покрытия. Положение точки росы имеет особо важное значение, если со стороны помещения расположен подвесной потолок или дополнительный теплоизоляционный слой. В обоих случаях зона конденсации может попасть в пределы изолирующего слоя, т. е. ниже пароизоляции.
224
Поэтому воздушная прослойка между основанием покрытия и подвесным потолком должна сообщаться с воздухом, находящимся в помещении.
Для определения положения точки росы и необходимой толщины теплоизоляционного материала, расположенного выше пароизо-ляции, необходимо знать величину ожидаемой эксплуатационной влажности воздуха в помещении, расположенном под плоской кры шей. Исходя из этого, а также принимая во внимание величину температуры внутреннего воздуха помещения, можно по соответствующим таблицам определить зону выпадения конденсата.
Требуемую толщину теплоизоляционного материала рассчитывают по следующей формуле:
Фгреб = (1 /otj-|-S l/Aj) — - А,
‘В ’ ^т.р
где б/треб — требуемая толщина теплоизоляционного слоя; 1/<Хг — термическое сопротивление на внутренней поверхности ( = 0,14); 21Дг—сумма термических сопротивлений всех слоев конструкции, расположенных ниже пароизоляционного слоя; /в — внутренняя расчетная температура; /н — наружная расчетная температура для соответствующих климатических условий; /т. р — температура точки росы (по таблице); к — коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала.
К теплоизоляционным материалам предъявляются следующие требования:
1) достаточно высокая прочность на сжатие. Обычно теплоизоляция, применяемая для плоских крыш, должна выдерживать нагрузку от собственного веса человека с инструментом, находящегося на кровле; такой прочностью обладает большинство используемых для этих целей материалов. Отдельные виды теплоизоляционных материалов обладают такой большой прочностью, что могут участвовать в общей работе конструкции крыши;
2) определенной прочностью на изгиб должен обладать теплоизоляционный материал, укладываемый по несущей конструкции из листовой стали. Для этих целей не подходят хрупкие теплоизоляционные материалы (пеностекло), крошащиеся материалы (пробка), волокнистые теплоизоляционные материалы и жесткие пенопласты объемной массой менее 30 кг/м3;
3) теплоизоляционные материалы не должны давать усадки и не должны набухать, под воздействием влаги. К водопоглощению и соответственно набуханию склонны волокнистые теплоизоляционные материалы растительного происхождения, поэтому такие материалы должны оставаться абсолютно сухими. Жесткие пенопласты ',ают усадку после вспенивания, причем полистирольные пено-асты — до 2%. Применение таких материалов чревато возникно-нием мостиков холода и трещин в покрытиях, поэтому следует обратить внимание на то, чтобы до укладки в дело они достаточно долго выдерживались в складских условиях (в зависимости ©т плотности — от 4 до 8 недель).
8 Зак. 1618
225
Рис. 161, а. Однослойная плоская крыша с некачественным пароизоляционным слоем (слева). Увлажненная теплоизоляционная плита из пенополиуретана очень сильно деформировалась (справа)
Рис. 162. Пенополистирол дает усадку при соприкосновении со слишком горячим битумом
Слой, предназначенный для выравнивания давления паров, служит для того, чтобы влага, которой, несмотря на все предосторожности, удалось проникнуть в слой теплоизоляции, смогла выйти наружу. Поэтому такой слой устраивают по краям крыши, а также по возможности в местах примыканий; он должен сообщаться с наружным воздухом, однако при определенных мерах предосторожности, которые бы воспрепятствовали
доступу воды внутрь этого слоя. При ширине крыш свыше 10 м в этом слое устраивают вентиля
ционные отверстия.
Подходящими материалами для рассматриваемого слоя, который можно назвать вентилирующим, следует считать рулонный материал из перфорированного стеклохолста, гофрированного кровельного картона, рулонного материала на основе ткани буклирован-ной фактуры, специального самоприклеивающегося материала.
Особенно эффективен с точки зрения вентиляции теплоизоляционный материал с поверхностными вентиляционными каналами,
закрываемыми сверху самоклеющимся материалом.
Более подробно см. [54].
На рис. 161, а показано состояние однослойной плоской крыши (тип А) при некачественной пароизоляции, на рис. 161, б — деформация теплоизоляционной плиты при увлажнении, а на рис. 162 — усадка пенополистирола при контакте с битумом,
226
4.2.3.2. Вентилируемая бесчердачная плоская крыша (тип В)
В двухслойных плоских крышах пароизоляционныи ковер и теплоизоляцию располагают непосредственно над перекрытием (потолком) последнего этажа, а гидроизоляцию укладывают на отдельное самостоятельное основание; между этими слоями оставляют проветриваемую полость (рис. 163).
Такой способ устройства крыш требует принятия соответствующих мер.
1. Пароизоляцию устраивают из битумных рулонных материалов, битуминированной бумаги или синтетической пленки, укладываемых насухо.
2. Теплоизоляционные материалы не должны поглощать воду, кроме того, они должны быть водопроницаемыми, чтобы влажный воздух мог быстро пройти через теплоизоляционный слой. Таким требованиям до последнего времени удовлетворяли исключительно
лишь волокнистые теплоизоляционные материалы минерального происхождения.
3. Проветривание конструкции крыши должно обеспечиваться наличием вентиляционного слоя достаточно большого поперечного сечения. Высота вентиляционной полости должна составлять не менее 1/з0 ее ширины (т. е. фактической ширины здания). Общее поперечное сечение вытяжных и приточных вентиляционных отверстий должно составлять величину, равную Viso площади крыши.
При устройстве плоских крыш такой конструкции наиболее часто допускаются следующие ошибки:
1) высота вентиляционной прослойки слишком мала, следствием чего является очень слабое перемещение воздушных масс, а порой и полный застой воздуха в вентиляционном слое; это способствует перегреву крыши в летнее время;
2) неправильное расположение вентиляционных отверстий. При слишком малом их поперечном сечении воздушный поток
Рис. 163. Конструкция плоской крыши типа В (двухслойная [холодная] крыша)
1 — воздушная полость; 2 — теплоизоляция; 3 — пароизоляция
Рис. 164. Неправильное расположение вентиляционных отверстий двухслойной крыши приводит к увлажнению парапетной стены
8*
227
Конструкции и материалы применяемые в трех
Г идроизоляция
Гринтобочный слой
Выравнивающий слой
Защитный поверхностный, слой:
Конструкции и материалы, применяемые в трех типах плоских крыш
а — основание; б — предварительная окраска; в — без подготовки; г — рулонный материал из перфорированного стеклохолста; д — битумный кровельный ковер на основе из стеклохолста (наклейка точечным способом); е — изоляционный кровельный рулонный материал на основе из необработанного войлока (гвоздевое крепление); ж — битумный кровельный рулонный материал на основе из стекловолокна (гвоздевое крепление); з — битумный кровельный рулонный материал на основе из стекловолокна повышенной прочности (гвоздевое крепление); и — необработанный стеклохолст (укладка насухо); к — кровельный картон из необработанного войлока (укладка насухо); л — защитные маты; м — три (два) слоя рулонного кровельного материала (наклейка); н — два слоя свариваемого рулонного кровельного материала; о — один слой кровельного рулонного материала и один слой синтетического материала (наклейка); п— один слой синтетического рулонного кровельного материала (укладка насухо); р — отражающие рулонные материалы (только для теплоизоляционных пакетов типа А и В); с — засыпка слоем крупнозернистого гравия; т — бетонные плиты по слою гравия
228
Верхний, зтаж
Теплоизоляционный, пакет типа В
Пароизоляция
73
74
15
5
* J i
д
Теплоизоляция'.
У 16 77 18
Проветриваемая полость
I а
Теплоизоляци онный пакет типа С
Теплоизоляция
Верхний разделительный слой
С, /77
Конструкции теплоизоляционных пакетов
/— битумный пароизоляционный слой с основой из алюминиевой фольги толщиной 0,1 мм (наклейка); 2 — битумная пароизоляционная свариваемая пленка (вклейка): 3 — синтетический пароизоляционный рулонный материал (укладка насухо); 4 — битумная пароизоляционная свариваемая пленка (укладка насухо); 5 — все кровельные теплоизоляционные материалы (наклейка); 6 — все кровельные теплоизоляционные материалы, не содержащие масел, объемной массой 25 кг/м3 (укладка насухо); 7 — рулонный материал из перфорированного стеклохолста; 8 — гофрированный картон; 9 — рулонный материал на основе буклированной ткани; 10 — самоприклеивающиеся рулонные материалы; 11 — битумный кровельный ковер на основе стеклохолста (наклейка точечным способом); 12 — необработанный стеклохолст (укладка насухо); 13 — битумный кровельный ковер (укладка насухо): 14 — битуминированная бумага (укладка насухо); 15 — синтетическая пленка (укладка насухо); 16 — рулонный материал из минеральных волокон; 17 — маты из минеральных волокон; 18—плиты из минеральных волокон; 19 — экструзионные плиты из пенополистирола; 20 — необработанный стеклохолст (укладка насухо). Позиции, обозначенные буквами а — т см предыдущую схему
229
так же недостаточен, как и в том случае, когда эти отверстия просто равномерно располагаются по периметру парапета (рис. 164). В последнем случае воздушный поток возникает, только если здание расположено в зоне со значительными ветровыми нагрузками и при условии, если направление ветра случайно совпадает с ориентацией вентиляционных отверстий.
Если вентиляционные отверстия устраиваются как «продухи» в верхнем (кровельном) слое крыши, можно с уверенностью сказать, что в результате мы наверняка будем иметь дело с серьезными повреждениями крыши; в таких случаях никакого проветривания ее не будет из-за отсутствия перепада давлений воздуха, а это значит, что воздух не будет входить в одни продухи, а выходить в другие.
Правильно расположенные отверстия для притока воздуха всегда должны находиться ниже, чем вытяжные, т. е. на уровне верха теплоизоляционного слоя. В кровле можно устраивать только вытяжные отверстия, распределяя их по площади крыши таким образом, чтобы в вентиляционном слое не образовывались непроветриваемые объемы.
3. Малейшая неосмотрительность при производстве работ может сделать недейственной всю глубоко продуманную систему вентиляции, например если теплоизоляционный ковер уложен таким образом, что поперечное сечение воздушного потока где-то сужается или вообще перекрывается.
4. Ошибочно думать, что теплоизоляция должна быть защищена от влаги, проникающей в проветриваемую зону (например, от выпавшего конденсата). Укрытие теплоизоляционного материала водонепроницаемым ковром вызовет лишь выпадение конденсата, который значительно замедлит процесс высыхания утеплителя.
Более целесообразно в таком случае увеличить толщину теплоизоляционного слоя примерно на 20% по отношению к расчетной.
5. Чтобы избежать образования мостиков холода, следует увеличить толщину слоя теплоизоляции около опорных элементов конструкции вентилируемой плоской крыши и проложить теплоизоляционный слой над выступающей вверх контурной рандбалкой чердачного перекрытия. На наклонных плоскостях можно крепить теплоизоляцию из плит жесткого пенопласта путем приклеивания их к основанию (пенополистирол следует защищать от повреждения его вредными насекомыми).
4.2.3.3. Невентилируемая бесчердачная плоская крыша с устройством теплоизоляционного слоя
над гидроизоляцией (тип С)
Принципиальная схема такой крыши изображена на рис. 165.
При так называемых обратных, или перевернутых, крышах слой теплоизоляции помещается над гидроизоляционным ковром; при этом следует, конечно, мириться с тем, что теплоизоляция будет неизбежно промокать в ходе эксплуатации такой крыши.
230
Эта конструкция предполагает необходимость соблюдения некоторых специфических мероприятий и учета особых обстоятельств.
1. Следует применять только такие теплоизоляционные материалы, которые наверняка не впитывают дождевую воду На сегодняшний день подходящим
Рис. 165. Конструкция плоской крыши типа С («обратная» крыша)
1 — разделительный слой; 2 — теплоизоляция
материалом в этом отношении представляется только экструзионный пенополистирол.
2. Теплоизоляционные плиты следует укладывать в два слоя с перевязкой или в один слой, но с устройством четверти. Теплоизоляцию можно приклеивать «точечным» способом или укладывать
насухо.
3. Толщина слоя теплоизоляции должна быть увеличена на 20— 30% против минимальной расчетной толщины.
4. Из соображений надежности несущая конструкция должна обладать высокой теплоаккумулирующей способностью, поэтому ее следует выполнять из бетонных плит толщиной не менее 12 см*
4. Чтобы вода не скапливалась под слоем теплоизоляции, основание (т. е. несущая конструкция и гидроизоляционный слой) должно быть очень ровным.
6. Фиксация теплоизоляционного слоя, а также защита его от «всплывания» при интенсивных осадках обеспечивается пригрузом из крупнозернистого гравия, причем толщина слоя засыпки должна быть равна толщине теплоизоляционного слоя, но не менее 6 см.
4.2.4. УСТРОЙСТВО ПАРАПЕТНЫХ УЧАСТКОВ
Устройство парапетных участков в плоских крышах — вопрос не только архитектурный, но и в значительной степени проблема конструктивного порядка. Задачи, возлагаемые на конструкцию парапета, состоят в следующем:
парапет должен препятствовать тому, чтобы оказавшаяся на поверхности кровли вода под действием ветра, подпора и т. п. переливалась наружу и попадала в вертикальный шов между кладкой и облицовкой наружной стены;
парапет должен способствовать вентиляции всей конструкции крыши и защищать ее от атмосферных воздействий;
парапет должен воспринимать ветровую нагрузку в уровне конструкции крыши.
Перелив воды через край крыши наружу предотвращается конструкцией парапета, высота которого должна составлять минимум 10 см, считая от отметки верха кровельного покрытия (рис. 166).
Для климатических условий ФРГ (Прим. пер).
231
На рис. 167—169 приведены примеры конструктивного решения парапетов в плоских крышах.
Наружное завершение парапетного участка выполняется, как правило, из металла или другого материала, позволяющего создать определенный жесткий профиль. Этот элемент должен обладать некоторой подвижностью, так как он подвержен деформирующим нагрузкам от воздействия ветра, температурных деформаций и других факторов.
Сложность заключается в том, чтобы создать надежное
Рис. 166. Слишком низкий парапет укрытие концевого участка кровельного ковра, который сам по себе не может обычно воспринимать эти деформирующие нагрузки. По этой причине между профильным завершающим элементом парапета и кровельным ковром должен быть конструктивным способом создан некоторый зазор, который бы позволял крайним за-
Рис. 167. Парапет двухслойной плоской крыши со скошенной парапетной доской
1 — гравий; 2 — кровельный ковер; 3 — пустотный пемзобетонный настил; 4 — воздушная полость крыши; 5 — специальный кирпич, устанавливаемый в местах вентиляционных отверстий: 6 — теплоизоляция; 7 — пленка, уложенная насухо; 8 — железобетонное перекрытие
232
Рис. 168. Парапет однослойной плоской крыши с парапетными досками на деревянных колодках, устанавливаемых на некотором расстоянии друг от друга
1 — парапетные доски на деревянных колодках (бобышках), устанавливаемых с определенным шагом; 2 — гравий; 3 — кровельный ковер; 4 — теплоизоляция; 5 — па-роизоляция; 6 — бетонная стяжка, образующая уклон покрытия; 7 — железобетонное перекрытие; 8 — облицовочная доска; 9 — скользящая опора; 10 —- арматурный пояс в монолитном бетоне; 11 — теплоизоляционный слой
Рис. 169. Решение парапетного участка в крышах «обратной» конструкции
1 — приклейка кровельного ковра на парапетном участке покрытия;
2 — гидроизоляция (здесь — синтетический кровельный ковер); 3— арматурный пояс в монолитном бетоне; 4 — теплоизоляционные плиты; 5 — вентиляционная полость наружной стены; 6 — облицовка (например, плиты из натурального камня)
вершающим элементам деформироваться независимо от материала покрытия.
Надежным представляется решение с устройством завершающего металлического элемента, закрывающего всю верхнюю горизонтальную плоскость парапета (рис. 170), при котором кровельное покрытие заводится на парапет, полностью защищая теплоизоляцию от воздействия влаги, и одновременно закрывается сверху металлическим элементом коробчатого сечения, выполняющим роль фартука. Такое конструктивное решение можно применять со всеми
233
Рис. 170. Решение высокого парапета с укрытием кровельного ковра надвигаемым металлическим фартуком
1 — надвигаемый металлический элемент завершения парапета; 2 — гидроизоляционный кровельный ковер;
3 — древесностружечная
плита на нагелях; 4 — жесткая теплоизоляционная плита; 5 — арматурный пояс в монолитном бетоне; 6 — навесная облицовка; 7 — вертикальные деревянные рейки
Рис. 171. Принципиальная схема устройства надвигаемых завершающих элементов краевых участков крыши в сочетании с подвижными профильными полосами, укладываемыми насухо
1 — полоса, образующая участок примыкания кровли к краю крыши
известными кровельными][покрытиями, не принимая каких-либо дополнительных мер, однако оно более дорогостоящее.
Другой путь решения проблемы состоит в том, что в подвижный 9 завершающий элемент вставляется пластмассовая полоса соответствующего профиля, образующая участок примыкания кровли к парапету и закрываемая в нижней своей части кровельным ковром. Эта полоса в силу свойств материала, из которого она выполнена, и особенностей конструктивного решения не препятствует деформациям всех элементов стыка, выполненных из разных материалов, причем без каких-либо неприятных последствий. Естественно, что ее укладывают насухо. Преимущества этой системы состоят еще и в том, 234
что соединение металла с пластмассой осуществляется путем зажима, не препятствующего взаимному скольжению соединяемых элементов (рис. 171).
Наиболее частые ошибки, с которыми мы сталкиваемся при устройстве парапетных участков, состоят в следующем:
Рис. 172. Сомнительная конструкция парапетного участка. Пластмассовые полосы, закрывающие место примыкания ковра к краю крыши, нельзя размещать над пустотой без промежуточных опор
1 — завершающий профиль; 2 — спаренная полоса синтетической пленки, прикрывающая место примыкания ковра к краю крыши; 3 — деревянная доска, укладываемая по бобышкам: 4— пенопластовый шнур, помещаемый между слоями пленки; 5 — направляющая, заанкериваемая в бетонной стеновой панели
1) полосы, закрывающие места примыкания ковра к парапету, пропускаются через острые грани основания; пластмассы обычно очень восприимчивы к малейшим надрезам, и в результате возникают трещины и неплотности в покрытии. Поэтому следует избегать острых граней в основании или закрывать
их дополнительными прокладка-
ми (не из пластмассы);
2) полосы в участках примыкания укладывают без дополнительной фиксации. Однако их все-таки следует закреплять в отдельных точках через каждые 20—25 см, так как в противном случае из-за ветрового подсоса полосы могут быть легко выведены из-под зажима завершающим металлическим элементом. При укладке кровельного ковра насухо необходимо соответственно производить засыпку гравием покрытия с устройством откосов в местах парапетных
участков;
3) полосы, закрывающие места примыкания ковра к парапету, не следует укладывать без каких-либо опор там, где они располагаются над пустотами основания (рис. 172). Решение, показанное ня чертеже, представляется небезупречным в профессиональном отношении и вообще ненадежным. Проложенный над пустотой пенопластовый шнур не может защитить швы кровельного покрытия от просачивания в них влаги и от образования грязевых отложений;
4) иногда допускается непосредственное примыкание битумного покрытия к металлическому листу без промежуточных профильных вставок. Вследствие значительных температурных деформаций металла, которые не могут быть восприняты битумом, в местах сопряжения возникают трещины от сдвига и соответствующие повреждения покрытия, вызванные проникшей под кровельный ковер водой.
Синтетические ковры могут плотно стыковаться с металлом, если при этом будет обеспечено следующее:
между металлом и пластмассой во избежание повреждения последней острыми краями металлических элементов помещены (с укладкой насухо) скользящие пластмассовые прокладки;
235
обеспечена подвижность стыков металлических листов или профилей между собой; в этих местах также следует применять скользящие прокладки, укладываемые насухо, а также дополнительно перекрывать эти стыки специальными накладками;
стыки в пластмассовых кровельных материалах выполнены особенно тщательно.
Определенные трудности представляет также закрепление теплоизоляции на краевых участках крыши. Нельзя просто оборвать теплоизоляционный слой в этих местах. Более правильным будет провести его через весь парапет до места опирания перекрытия на стену (до скользящей опоры — см. рис. 119); это требование может быть распространено на все типы крыш. Парапетные доски не могут заменить собой теплоизоляционный слой; их следует монтировать на отдельно стоящих колодках (бобышках), причем свободные участки между колодками также должны быть утеплены (см. рис. 168).
4.2.5. ПРИМЫКАНИЯ В ПЛОСКИХ КРЫШАХ
Примыкания кровельного ковра плоских крыш к вертикальным элементам зданий должны надежно защищать эти места от проникания в них влаги. Независимо от вида примыкающих элементов конструкции самих участков примыкания кровельного ковра должны удовлетворять следующим требованиям:
примыкания должны быть подвижными;
верхняя точка кровельного ковра на участках примыкания должна находиться на отметке, расположенной не менее чем на 15 см выше самой поверхности кровельного покрытия;
места примыканий по возможности должны быть проветриваемыми.
При соблюдении особых мер предосторожности могут быть сделаны исключения из вышеприведенных правил, если речь идет о примыканиях к мелким элементам конструкции крыши (вентиляционные отверстия в покрытии, световые купола малых размеров и др.).
Полосы для покрытия участков примыканий. Надежные примыкания обеспечиваются с помощью полос из гибких синтетических материалов, которые заводятся на 15—20 см между слоями кровельного ковра. Эти полосы фиксируют на вертикальных участках примыкающих конструкций механическим путем (с помощью зажимов и нагелей) или посредством приклеивания контактными клеями. В месте перехода от горизонтального участка к вертикальному в случае применения битумных ковров на основание укладывают деревянную рейку треугольного сечения; на этом участке шириной 15— 20 см полоски не прикрепляются основанию (рис. 173, а б).
Защита участков примыкания лучше всего обеспечивается при помощи специальных фартуков (свесов), перекрывающих место стыка ковра с вертикальной поверхностью не менее чем на 10 см.
Во всех других случаях в принципе надо стремиться к конструктивному решению, показанному на рис. 173, а\ это же требование
236
Рис. 173, а. Примыкание битумного кровельного ковра с приклейкой промежуточной полосы и перекрыванием проветриваемого стыка листовым облицовочным материалом вертикального элемента конструкции (а). Непроветриваемое примыкание кровельного ковра с закреплением его металлическим уголком и промазкой стыка эластичным герметиком (б)
1— приклейка; 2— непроклеенный участок 15—20 см; 3 — эластичная мастика для за-делки стыков; 4 — металлический уголок
Рис. 174. Заранее забетонированные профили для примыкания кровельного ковра в сборных конструкциях имеют ряд недостатков: перепады примыканий по высоте, засорение профилей цементным раствором, разрывы в стыках
распространяется на сборные бетонные конструкции, в которые часто при изготовлении закладываются специальные профили (такое решение ведет к недостаткам, показанным на рис. 174).
Если по конструктивным соображениям невозможно сделать фартук, следует вернуться к решению с накладной рейкой, утапливаемой в шов на глубину 3 см и защищаемой снаружи путем промазки стыка синтетической мастикой.
Более подробно о решениях участков примыкания в плоских крышах см. [55].
Примыкания к элементам конструкции плоской крыши, имеющим небольшие габариты. Если различные небольшие конструктивные детали, выступающие над плоскостью кровельного ковра, жестко крепятся к основанию, то примыкание битумного кровельного покрытия к ним осуществляется с помощью так называемого приклеиваемого фланца выступающей детали, ширина которого должна
237
Рис. 175. Примыкание синтетического ковра к световому куполу 1 — защитная накладная лента; 2 — полосы, укладываемые на участке примыкания; 3 — подвижные прокладки; 4 — кольцо для установки светового купола; 5 — приклеиваемый фланец; 6 — рамка из брусков; 7 — сухая гипсовая штукатурка
Рис. 176. Установка двухэлементной водоприемной воронки внутреннего водостока
1 — надставляемый элемент воронки: 2 — кровельный ковер; 3 — пленка в месте примыкания к кровельному ковру; 4 — уплотняющее кольцо; 5 — пленка в месте примыкания к пароизоля-ции; 6 — теплоизоляция; 7 — пароизоляция по стяжке с уклоном; 8 — уплотняющие прокладки по периметру водосточных труб
быть не менее 15 см. Наружный край фланца следует закрывать подвижными накладками.
Пластмассовые полосы, устанавливаемые в примыканиях, доводят до отметки, расположенной на 15 см выше уровня ковра, и защищают снаружи при помощи накладных защитных лент (рис. 175).
Световые купола больших размеров и световые купола в крышах, несущая конструкция которых выполнена из стального листа, в любом случае должны иметь определенную подвижность, т. е. возможность деформаций, что обеспечивается синтетическими полосами, укладываемыми в местах примыкания.
При установке воронок внутреннего водостока, особенно в тех случаях, когда их делают двухступенчатыми, большое значение придается вопросу защиты от возможного подпора удаляемой с кровли воды (рис. 176).
Источники ошибок. Многие ошибки и повреждения проистекают из того, что в местах примыканий используется не рулонный, а листовой материал, применения которого здесь следует избегать.
238
Приклеенные наглухо неподвижные полосы в местах примыкй? ний — это второй источник ошибок, ведущих к растрескиванию покрытий, их разрывам или к раскрытию швов.
Кровельное покрытие независимо от его материала не следует расчленять на отдельные составляющие слои, пока все покрытие целиком не выведено на нужную высоту на участке примыкания, причем в любом случае в местах примыканий должны быть применены специальные защитные полосы.
Самый дешевый, но решительно отвергаемый нами способ устройства примыканий заключается в том, что примыкания осуществляются без специальных защитных мер, а просто оштукатуриваются. Следствие такого удешевления заключается в трещинах штукатурки и в последующем проникании дождевой воды под кровельное покрытие.
4.2.6. ШВЫ В ПЛОСКИХ КРЫШАХ
Деформационные швы (температурные, осадочные, разделительные) требуют самого тщательного выполнения как в проекте, так и в натуре (рис. 177). Этими швами всегда следует разрезать всю конструкцию крыши сверху донизу. Особое внимание должно быть уделено участкам прохода швов через паро- и гидроизоляцию.
Наилучшая деформативность швов достигается применением синтетических полос, которые заделываются с каждой стороны в битумное кровельное покрытие не менее чем на 15 см. Сами полосы свободно лежат над швом, образуя компенсационную петлю, причем следует обращать внимание на то, чтобы в местах прохождения швов не скапливалась грязь, которая может существенно ограничить его деформативность.
Конструктивное решение шва зависит от величины ожидаемых деформаций.
Температурные швы в плоских крышах, выполненные по схеме, изображенной на рис. 178, а, достаточно надежны в работе; полоса,
Рис. 177. Пример непродуманной конструкции швов: разделительный шов между отдельными зданиями идет в поперечном стоку воды направлении, конструкция шва образована при помощи свинцовой полосы, прибитой гвоздями
239
Рис. 178. Устройство температурного шва в покрытии однослойной плоской крыши (вверху). Устройство разделительного шва в покрытии (внизу)
закладываемая в шов, поддерживается вкладышем клинообразной формы из пенопласта.
В укладываемых насухо кровельных покрытиях из синтетических материалов температурные швы не требуют применения никаких особых мероприятий.
Осадочные швы и разделительные швы всегда должны возвышаться над общей поверхностью крыши (рис. 178, б).
Подходящими материалами для уплотнительных полос в швах являются:
при небольших деформациях — бутил, этилен-винил-ацетат, полиизобутилен;
при больших деформациях — этилен/пропилен-терполимер-кау-чук, полихлоропрен-каучук.
4.2.7. УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
Разрывы и трещины — наиболее частые дефекты покрытий в плоских крышах; их развитие отчетливо прослеживается в местах стыков оснрвания, они как бы прорисовывают в натуре те места, где строители забыли сделать температурные швы. Трещины над дощатым основанием могут проходить в местах стыковки досок, что свидетельствует о недостаточной жесткости конструкции’. Слишком большие прогибы основания из стального листа, просадка древесностружечных плит и неправильная укладка подвижных полосок в швах рулонного ковра — все это различные причины появления трещин.
Указанные трещины ни в коем случае нельзя устранить путем простой переклейки покрытия или укладкой так называемых трещиностойких рулонных материалов.
240
Напротив, те разрывы, которые расположены в местах стыков плит основания, следует перекрывать заново с устройством подвижных температурных швов (см. 4.2.6). В большинстве случаев не придают значения тому обстоятельству, что и пароизоляции должна быть уложена по такому же принципу.
При бессистемных разрывах покрытия над деревянной обшивкой следует произвести переклейку покрытия с подкладкой подвижных полосок в стыках досок. Однако выгоднее сделать новое покрытие над старой конструкцией крыши: сначала выравнивающий слой из перфорированного стеклохолста, затем подвижные полоски в местах особенно сильных разрывов старой кровли и, наконец, в зависимости от наклона крыши — два-три слоя кровельного ковра на горячем битуме.
Трещины в пластмассовых кровельных покрытиях являются в большинстве случаев следствием приклейки рулонного материала, который должен быть уложен насухо, причем эти трещины становятся заметными при воздействии вышеназванных факторов. Отдельные трещины в покрытиях можно ликвидировать путем устройства в этих местах температурных швов.
Если, однако, образование трещин происходит хаотически на большом участке покрытия, то после ремонта все равно возникнет опасность нового образования трещин. В таком случае выгоднее заново перестелить все покрытие, причем укладку его надо сделать насухо с гравийным пригрузом или же осуществить точечную приклейку его клеем, сохраняющим эластичность в процессе эксплуатации кровли.
Трещины в синтетических кровельных коврах появляются преимущественно над острыми неровностями основания (в местах перегиба через деревянные бруски, в местах прохода через острые грани бетонных или металлических элементов). Здесь не поможет переклейка. Покрытие надо снять, острые грани по возможности сгладить и закрыть полосками из битуминизированного материала или необработанного стеклохолста. После этого надо заново уложить кровельное покрытие.
Образование трещин в поливинилхлоридных кровельных коврах происходит прежде всего по следующим причинам:
недостаточная защита наружной поверхности покрытия;
приклейка покрытия битумом;
отсутствие разделительного слоя над утеплителем; недостаточная фиксация ковра на крайних участках.
Поливинилхлоридное покрытие, уложенное на битум, следует удалить или же прикрыть его разделительным слоем, прежде чем накладывать новое покрытие. В некоторых случаях достаточно бывает .сделать новое примыкание кровельного ковра по краю крыши и в местах сопряжения с вертикальными элементами, а также перекрыть возникшие трещины существующего покрытия.
Раскрывшиеся швы покрытия почти всегда свидетельствуют о том, что в кровельном ковре возникли напряжения. Необходимо
241
Выяснить причины появления напряжений, разрезать покрытие в направлении, перпендикулярном действию внутренних напряжений кровли, а затем устроить в этих местах деформационные швы.
Хрупкости битума вследствие недостаточной защиты его наружной поверхности можно относительно легко избежать, пока в покрытии еще не появились трещины. В этом случае требуется основательная чистка покрытия, покраска его за один-два раза жидким битумным раствором и нанесение защитного слоя (засыпка или запрессовка гравия).
Можно также произвести наклейку отражающего покрытия: при значительной ломкости битума следует предварительно загрунтовать старое покрытие.
Пузыри возникают на покрытии в том случае, если влага проникла в пространство между слоями кровельного ковра; их появление свидетельствует о недостаточной защите наружной поверхности кровли. Образование небольших пузырей на битумной кровле особой опасности не представляет.
Образование пузырей большого размера (рис. 179) требует принятия мер ремонтно-восстановительного порядка: прокола пузырей, раскрытия верхнего слоя ковра, укладки перфорированного стеклохолста, который должен сообщаться с наружным воздухом в местах устройства вентиляционных отверстий, на парапетных участках и в местах примыканий к вертикальным конструкциям. Затем укладывают новое покрытие с защитным слоем.
Верхний слой кровельного ковра плоской крыши не следует выполнять из рулонного материала на основе из необработанного войлока, так как материал гигроскопичен и имеет тенденцию к набуханию с последующим образованием вздутий и неровностей.
Неплотности на парапетных участках и в местах примыканий в большинстве случаев свидетельствуют о невозможности независимой взаимной деформатив-ности составляющих элементов кровли на этих участках, а также о недостаточной надежности узлов кровли. Во всех подобных случаях надо исследовать причины повреждений и найти технически правильное решение проблемы; эти причины могут заключаться:
в недостаточной подвижности сопряжений (необходимые меры — укладка подвижных прокладок — см. выше);
Рис. 179. Плоские крыши, на поверхности которых рулонный ковер покрылся вздутиями на больших участках, должны быть подвергнуты восстановительному ремонту
242
в недостаточной надежности узлов (необходимые меры — разборка старой конструкции и устройство узлов заново с принятием грамотного конструктивного решения).
Теплоизоляционный слой при любом повреждении кровельного ковра должен быть исследован на предмет обнаружения возможных промочек утеплителя.
Наиболее надежной мерой в таком случае является замена увлажненного утеплителя.
При незначительном объеме промочек теплоизоляционные плиты могут быть оставлены в конструкции без замены, если можно осуществить просушку утеплителя с помощью принудительной вытяжной вентиляции.
Процесс высыхания утеплителя контролируется на протяжении длительного периода времени. Если, наконец, пробы, полученные путем вырезания утеплителя на увлажненном участке, показывают, что утеплитель более не является влажным, то принудительная осушающая вентиляция демонтируется и кровельный ковер восстанавливается.
4.3. БАЛКОНЫ И КРЫШИ-ТЕРРАСЫ
4.3.1. КОНСТРУКЦИЯ и УСТРОЙСТВО изоляции
Конструкция изоляционного ковра балконов и крыш-террас должна быть в принципе такой же, как и в плоских крышах.
Важнейшей предпосылкой здесь является соблюдение уклона покрытий балконов и крыш-террас — от 2 до 3° Этот уклон может быть обеспечен растворной стяжкой. Уклон должен гарантировать быстрый отвод воды (по возможности наружу от контура здания) и соответственно исключение каких-либо повреждений эксплуатируемого покрытия от воздействия минусовых наружных температур.
Балконные плиты, консольно выступающие за пределы наружного контура здания, могут иметь покрытие с теплоизоляционным слоем и без него; теплоизоляция здесь выступает в роли защиты от прямой солнечной радиации, и этот фактор обусловливает определенные ограничения при размещении деформационных швов в рассматриваемых конструкциях (эти ограничения заключаются в том, что расстояние между швами не должно превышать 5 м).
Чтобы балконы не становились мостиками холода (в том случае, когда плита балкона представляет собой консольный участок монолитного перекрытия), необходимо устраивать теплоизоляцию пере-мычечных участков монолитного перекрытия по схеме, изображенной на рис. 105 (см. 3.6.1.5).
Балконы и террасы, располагаемые над эксплуатируемыми помещениями, всегда должны иметь теплоизоляционный слой поверх несущей бетонной плиты.
243
Помимо тех же задач, которые ставятся перед конструкцией изоляции в плоских крышах, изоляция балконов и террас должна удовлетворять следующим дополнительным требованиям:
1) теплоизоляционный слой должен обладать значительной прочностью на сжатие.
Степень этой прочности зависит от вида покрытия: покрытия, опирающиеся всей своей плоскостью на нижележащий слой, должны применяться в сочетании с теплоизоляционным слоем, выполненным из следующих материалов: экструзионного пенополистирола, полиуретановых плит и плит из фенольного пенопласта, пробковых плит, пеностекла, перлита, пенопласта на основе каменноугольного дегтя; покрытия, опирающиеся на нижележащий слой в отдельных участках, должны применяться в сочетании с теплоизоляционным слоем, выполненным из следующих материалов: полиуретановых плит, плит из фенольного пенопласта с объемным весом 45 кг/м3, пробковых плит, пеностекла, пенопласта на основе каменноугольного дегтя.
Наиболее часты ошибки, связанные с применением нежестких теплоизоляционных плит, в особенности пенополистирола. Даже экструзионный пенополистирол способен воспринимать лишь равномерно распределенную нагрузку;
2) гидроизоляционный слой должен обладать известной прочностью.
Битумные изоляционные ковры применяются (независимо от прочностных свойств утеплителя) только при наличии равномерно распределенных нагрузок; это же относится и к рулонным покрытиям из термопластов (этилен-сополимер-битум, полиизобутилен, эти-лен-винил-ацетат, поливинилхлорид).
Для покрытий, опирающихся всей своей плоскостью на нижележащий слой, по слою гидроизоляционного покрытия устраивают разделительный слой, эксплуатационный же слой (наружный, а точнее, верхний) укладывают по слою песка или раствора. Общая конструкция покрытия представляется в следующем виде:
разделительный слой — 0,2-мм пленка из насыщенного полиэфира или два слоя полиэтиленовой пленки толщиной 0,3 мм;
дренажный слой — мелкий гравий (мелкий щебень) или нетрам-бованный тощий бетон;
собственно покрытие (эксплуатационный слой) — плиты по слою песка (раствора) или жирный бетон, или литой асфальт.
Наружный слой покрытия членится швами на участки площадью не более 3 м2 Швы следует заполнять эластичной массой.
Применение прочных теплоизоляционных слоев и эластичной гидроизоляции обусловливается в случае применения покрытий, опирающихся на нижележаищй слой в отдельных участках1, в этих случаях следует применять рулонные ковры из таких материалов, как бутил, этилен/пропилен-терполимер-каучук, полихлоропрен-каучук, хлорсульфонированный полиэтилен.
244
4.3.2. ПРИМЫКАНИЯ В БАЛКОНАХ
Покрытие в местах примыканий должно подниматься по вертикальной поверхности до отметки, расположенной на расстоянии не менее 15 см выше уровня плитки; в верхней точке узел примыкания должен быть надежно защищен от воздействия дождевой влаги. Устройство этого узла выполняется так же, как и аналогичных узлов в плоских крышах.
Кроме того, необходимо соблюдение следующих условий:
1) поднимаемая вверх в точке примыкания полоса гидроизоляционного ковра должна быть защищена от механических повреждений (рис. 180);
Рис. 180. Примыкание гидроизоляции балкона (крыши-террасы) к стене
1 — эластичный шов; 2 — полоса рулонного материала покрытия, укладываемая на участке примыкания;
3 — разделительный слой (синтетический рулонный материал); 4 — защитный слой
2) слой плиточного покрытия должен быть отделен эластичным швом от фризовой плитки в местах примыканий для того, чтобы деформации и удлинения покрытий не передавались на участок (полосу) ковра, заводимый на вертикальную поверхность;
3) в наиболее сложных участках примыкания ковра к нижней обвязке балконной двери следует предусматривать устройство фартука, который должен служить как бы составляющим элементом дверного порога (рис. 181 и 182).
Рис. 181. Типичная проблема, связанная с примыканием рулонного ковра к обычной балконной двери: фартук заканчивается около дверной коробки, в пределах самой коробки защитный фартук отсутствует из-за слишком низкой установки балконной двери относительно покрытия балкона
245
Рис. 182. Надежное примыкание балконной гидроизоляции к порогу и вертикальным обвязочным элементам дверной коробки
1 — эластичная масса для заделки швов; 2 — металлический фартук; 3 — профиль, закрывающий древесину коробки на участке дверного порога: 4 — наклонный паз; 5 — эластичный шов на участке примыкания; 6 — плиточное покрытие по слою раствора;
7 — рулонный гидроизоляционный ковер с полосками в местах примыкания и накладками в углах; 8 — защитный слой
4.3.3. УСТРОЙСТВО СВЕСА ПОКРЫТИЯ БАЛКОНОВ
Дождевую воду следует отводить с поверхности балкона при помощи капельника, желоба или внутреннего водостока.
Внутренний водосток с поверхности большой лоджии или галереи устраивают обычно при наличии массивных ограждений.
Капельник (рис. 183). Следует обратить внимание на то, чтобы гидроизоляция была уложена на металлический слив-капельник насухо. Введение в конструкцию свеса перфорированного профиля, закладываемого в шов между гидроизоляцией и покрытием, позволяет зафиксировать положение крайних плиток пола и защищает капельник от повреждений.
Желоб. Гидроизоляционные слои выводят прямо в желоб и фиксируют с помощью клея или битума. Перфорированный защитный профиль не должен препятствовать стоку воды с покрытия балкона (рис. 184).
Внутренний водосток делают обычно по схеме, показанной на рис. 176 (см. 4.2.5).
246
Рис. 183. Примеры решения конструкций капельника в баллонной плите 1 — плиточное покрытие по слою раствора; 2 — фильтрующий слой; 3 — перфорированный профиль; 4 — гидроизоляция и разделительный слой; 5 — металлический слив с капельником; 6 — стойка ограждения балкона; 7 — растворный слой; 8 — фильтрующий слой (мелкий щебень); 9 — перфорированный профиль; 10 — металлический слив с капельником (листовая медь)
4.3.4. КРЕПЛЕНИЕ ОГРАЖДЕНИЙ
Крепление стоек ограждений, располагаемых перпендикулярно покрытию, только тогда безопасно для конструкции покрытия, когда эти стойки достаточно глубоко заанкерены в бетонную плиту несущей конструкции балкона и надежно защищены специальным металлическим обрамлением в виде труб, исполняющих роль гильз, от проникания влаги под слой изоляции. Гильзы снабжаются так называемыми приклеиваемыми фланцами, которые приваривают к трубам (рис. 184). Уплотнение в этих точках всегда затруднительно, так как свинцовые и пластмассовые манжеты редко удается пригнать достаточно надежно, а необходимый в таких случаях фартук почти всегда отсутствует. Кроме того, такие манжеты легко повреждаются в процессе эксплуатации. Широко распространенная заливка битумом или пластмассой является временной мерой, поскольку раньше или позже произойдет расстройство стыка в месте заливки. Возможное конструктивное решение показано на рис. 185.
247
1
Рис. 184. Гидроизоляция крыши-террасы, расположенной над жилым помещением. Поверхностная и фильтрационная вода отводится в желоб коробчатого сечения
/ _ стойка ограждения; 2 — защитный кожух; 3 — плиточное покрытие по слою раствора; 4 — перфорированный профиль; 5 — фильтрующий слой (бетон с монофракционным заполнителем); 6 — желоб коробчатого сечения (85X55 мм); 7 — бетонная стяжка, образующая уклон; 8 — профиль для заделки шва; 9 — арматурный пояс в монолитной обвязочной балке; 10 — разделительный шов в штукатурке у скользящей опоры
Рис. 185. Конструкция узла заделки стойки ограждения в слои покрытия
/ — привариваемый кожух; 2 — плиточное покрытие; 3 — песчаная подушка: 4 — разделительный слой; 5—гидроизоляция;; 6 — стойка ограждения; 7 — металлическая гильза с «приклеиваемым» фланцем; 8 —«герметизированный шов; 9 — заливка битумом
248
Учитывая все изложенное, часто заанкеривают стойки ограждения в лицевую кромку балконной плиты (см. рис. 183). В этом случае следует предусматривать специальную форму стоек, которые обеспечивали бы свободное стекание по ним дождевой влаги.
4.3.5. УСТРАНЕНИЕ ДЕФЕКТОВ
Во многих случаях повреждения рассматриваемых конструкций от воздействия влаги объясняются тем, что в процессе строительства
ограничиваются неполноценными конструктивными решениями, так сказать, полумерами, что незамедлительно приводит к негативным результатам. Например, балконную дверь располагают так низко, что ее порог приходится почти на том же уровне, что и покрытие балкона (рис. 186), хотя известно, что перепад высот здесь должен составлять 5—10 см (в зависимости от атмосферных условий в районе строительства).
В таких случаях помочь может только полная переделка участка стыка, причем прежде всего надо поднять дверной порог на нужную высоту. Представляется бесполезным разыскивать трещины в покрытии, а затем пытаться их заделать.
Часто причина проявляющихся позднее повреждений изоляции кроется в том, что последующие слои укладывают по гидроизоляционному слою с большим разрывом во времени после укладки самой гидроизоляции. Поэтому настилку покрытия следует производить как можно быстрее вслед за укладкой изоляции.
При возникновении повреждений в большинстве случаев следует снять всю конструкцию покрытия, что, однако, вряд ли позволит локализовать участок повреждения. При повреждении гидроизоля
ции всегда параллельно причиняется тот или иной ущерб теплоизоляционному слою; последний также должен быть заменен на соответствующем участке, размеры которого определяются замером влажности в теплоизоляционном слое.
Устройству участков свеса балконов часто уделяется слишком мало внимания. На рис. 187 можно видеть неправильно выполненные участки балконных плит, где дождевая вода, проникшая через швы между плитками покрытия, просачивается наружу и вымывает гидроокись кальция. Чтобы устранить подобный дефект, надо удалить весь многослойный ковер, уло-
Рис. 186. Дверной порог слишком занижен, устройство участка примыкания ненадежно
249
Рис. 187. Вверху — плохое решение участка свеса покрытия балкона. Загрязнение поверхности бетона поверхностными и фильтрационными водами (известковые осадки). Возможен ремонт с полной заменой покрытия балконной плиты. Внизу — неправильная конструкция краевого участка террасы: ввиду отсутствия уклона изоляционного слоя около обрамляющего стального уголка скапливается дождевая вода; следствием являются вымывание извести и повреждения от воздействия низких температур в зимнее время
женный на балконную плиту без необходимого уклона, сделать стяжку, которая обеспечит нужный уклон, а затем уложить новый гидроизоляционный слой и покрытие.
Подробно о дефектах плоских крыш (в том числе балконов и крыш-террас) и причинах, их вызывающих, см. в работе [56].
Всеобъемлющий анализ разнообразных случаев повреждений из практики возведения плоских крыш, крыш-террас и балконов с соответствующими рекомендациями по правильному конструктивному решению и технологии производства работ см. в работе [57].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Stiegler. J. W., Baugrundlehre fiir Ingenieure, 4. Aufl., Dusseldorf 1973
2 Rybicki, R., Schaden und Mangel an Baukonstruktionen, Dusseldorf 1972
3 Bobe, R., Gobel, C., Grundbaustatik in Lehrprogrammen und Beispielen, 3. Aufl., Koln 1973
4 Berber, J., Bauphysik, Hamburg 1973
5 Lufsky, K-, Bauwerksabdichtung, 3. Aufl., Stuttgart 1975
6 Merkblatt fiir Schutziiberziige auf Beton bei sehr starken Angriffen nach DIN 4030, aufgestellt vom Arbeitskreis Schutzbehandlung des Vereins Deutscher Zementwerke, Diisseldorf
7 Mall, G., Bauschaden, Abschnitt E, 2. Aufl., Wiesbaden und Berlin 1966
8 Stiegler, W., Grundbau-Lehrbuch, Teil 1: Griindungsvorbereitende Arbeiten, Baugrundverbesserung, Diisseldorf 1966
9 Hartmann, M., Taschenbuch Hochbauschaden und-fehler, Stuttgart 1967
10 Stiegler, W., Grundbau-Lehrbuch, Teil 2: Griindungen und besondere Bau-verfahren, Diisseldorf 1968
11 Luetkens, O., Bauen im Bergbaugebiet, Berlin 1957
12 Schmitt, H., Hochbaukonstruktion, 5. Aufl., Wiesbaden 1976
13 Kirgis, L., Tiefbau-Taschenbuch, 13. Aufl., Stuttgart 1967
14 Probst, R., Das Bauzentrum-Seminar, 2. Semester, Folge 4, Darmstadt 1970
15 Reichert, H., Sperrschicht und Dichtschicht im Hochbau, Koln 1974
16 Moritz, H., Richtig und falsch im Warmeschutz, Feutigkeitsschutz, Bautenschutz, Wiesbaden und Berlin 1971
17 Probst, R., Das Bauzentrum-Seminar, 1. Semester, Folge 1,... in: Das Bauzentrum, H. 3, Darmstadt 1968
18 Loewe, L., Bebilderte Bauordnung, BauONW, Diisseldorf 1972
19 Frommhold, H„ Hasenjager, S. Wohnungsbau-Normen, 14., verbesserte Aufl., Diisseldorf 1974
20 Frick, Knoll, Neumann, Baukonstruktionslehre, Teil 1, 26., iiberar-beitete Aufl., Stuttgart 1975
21 Brocher, E., Beispiele fiir Bauschaden, ihre Ursachen und ihre Beseitigung, in: Bundesbaublatt, H. 6, 1968
22 Haferland, F., Das warmetechnische Verhalten von Ziegel-AufJenwanden mit besonderer Beriicksichtigung der Temperaturtragheit, in: Ziegel 1971/1972, hrsg. Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V., Bonn
23 Pieper, K-, Hage, D., Risse aus Formanderungen des Mauerwerks, in «Ziegel 1971/1972, hrsg. s. Quelle 22
24 Medrow, H., Formanderungen der tragenden Wande des Bauvorhabens «Terrassenhauser Heidenheim», Rembrandtweg, Privatdruck, Essen 1973
25 Leitfaden der Verfugungstechnik: «Wo, wie, wann?», hrsg. Fa. Bostik GmbH, Oberursel/Taunus, o. J.
26 Grunau, E. B., Die Berechnung von Bauwerksfugen mit Kunststoffabdich-tungen, in: plastickonstruktion, H. 3, 1971. Vgl. auch vom selben Verfas-ser: Fugen im Hochbau, Koln 1973
27 Kalksandsteine 1973/1974, Planung, Konstruktion, Ausfiihrung, hrsg. Kalksandsteininformation, Hannover-Herrenhausen
28 Bodran, H. W., Handbuch der Bauphysik, 2. Aufl., Diisseldorf 1973
29 Hart, F., Bogenberger, E., Der Mauerziegel, Ein technisches Handbuch, hrsg. Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie, Miinchen 1964
30 Scherr, H., Schallschutz im Hochbau, in: Der deutsche Baumeister BDB, H. 4, 1972
31 Fassadenbekleidungen, in: Ziegel 1969/1970, hrsg. Bundesverband der Deutschen Ziegelindustrie e. V., Bonn
32 Mitteilungen iiber die Tra(Jverwendung, Blatt 3.03, hrsg. Rhein-Tra|3 GmbH, Andernach, o. J
251
33 Scholz, W., Baustoifkenntnis, der Schliissel zur Wirtschaftlichkeit und Schadensverhiitung, 8. Aufl., Dusseldorf 1972
34 Probst, R., Das Bauzentrum-Seminar, 2. Semester, Folge 3, H. 4, Darmstadt 1969
35 Richtlinien fiir die Ausgestaltung und Benutzung des Giitezeichens, hrsg. Giiteschutz-Vereinigung der Bimsindutrie, Neuwied, o. J.
36 Wesche, K-, Sasse, H. R. u. a., Bauen mit Leichtbeton, Schriftenreihe der Bauberatung Zement, Dusseldorf 1967
37 Lewenton, G. Werner, E. Einfiihrung in den Stahlhochbau, Teil 1, Diisseldorf 1972
38 Triebel, W., Brocher, E. u. a., Verhalten von vorgefertigten AuPenwanden und AuPenwandverkleidungen aus Holz und Holzwerkstoffen unter den Einflii-ssen der Witterung und der Nutzung, Schriftenreihe 04 «Bau und Wohnfors-chung» des Bundesministers fiir Raumordnung, Bauwesen udnd Stadtebau, H. 010
39 Eichler, F., Bauphysikalische Entwurfslehre, Bd. 2: Konstruktive Details des Warme-und Feuchtigkeitsschutzes, Koln 1973
40 Grunau, E., Die Au|3enwand, Koln 1975
41 Vollmer, H., Stahlbeton-Massivdecken, hrsg. Forschungsgemeinschaft Bauen und Wohnen (Stuttgart), Koln 1973
42 Arnds, W., Vogt, J., Leichte Trennwande auf weitgespannter Decke, in: Bauschaden-Sammlung, deutsches architektenblatt, H. 2.1.1975
43 Wommelsorf, O., Stahlbetonbau — Bemessung und Konstruktion, Teil 1: Biegebeanspructe Bauteile, 3. neubearbeitete Aufl., Diisseldorf 1974
44 Verhoeven, A. C., Warmebriicken bei Auskragungen, in: Bouwwereld H.
65, 1965, zitiert in: s. Quelle 39
45 Schneider, P., Praktische Erfahrungen mit SchallschutzmaPnahmen, in: Die Bautechnik, H. 3, 1957
46 Lutz, P., Ungenugender Trittschalschutz bei Wohnungstrenndecken mit Klinkerplatten als Gehbelag, in: Bauschaden-Sammlung Nr. 8.1.16, 1973
47 Gosele, K-, Schalldammende Holzbalkendecken, in: Informationsdienst Holz, hrsg. Entwicklungsgemeinschaft Holzbau in der DGfH, Munchen, o. J.
48 Fasold, W Sonntag, E. Bauphysikalische Entwurfslehre, Bd. 4: Ba-uakustik
49 Gosele, K-, Schiile, W Schall, Warme, Feuchtigkeit, Wiesbaden und Berlin 1965
50 Kilcher, F., Zumbiihl, R., Die Auflagerung von Decken im Hochbau, In: Schweizerische Bauzeitung, H. 29, 1971
51 Piltz, H., Harig, S., Schulz, W Technologic der Baustoffe, Eigenschaften und Anwendung, Heidelberg 1971
52 Holzapfel, W Werkstoffkunde fiir Dach-, Wand-und Abdichtungstechnik, Koln 1973
53 Hebgen, H., Heck, F Dacher-Decken-Fupboden mit optimalem Warme-schutz, Diisseldorf 1975
54 Cammerer, J. S., Die Bedeutung der Wasserdampfdiffusion im Hochbau, Heizung, Liiftung, Haustechnik, 1966
55 Zentralverband des Dachdeckerhandwerks: Richtlinien fur die Ausfiihrung von Flachdachern, Berlin 1973
56 Hoch, E., Flachdacher, Flachdachschaden, 2. iiberarbeitete Aufl., Koln 1975
57 Schild, E.„ Oswald, R., Rogier, D., Schweikert, H., Schwachstellen. Bau-schadensverhiitung im Wohnungsbau. Schaden, Ursachen, Konstruktions-und Ausfiihrungsempfehlungen, Bd. 1: Flachdacher, Dachterrassen, Balkone, Wiesbaden und Berlin 1976
58 Zanke, W., Harre, W., Schornsteinversottung, in: Ziegelbauberatung, H. 1.10 (Verblendete Schornsteinkopfe), hrsg. Bauberatung des Fachverban-des Ziegelindustrie NW, Essen-Kray, o. J.
59 Brennecke, W., Folkers, H., Haferland, F., Hart, F., Dachatlas, geneigte Dacher, hrsg. Institut fiir internationale Architektur-Dokumentation, Miinchen 1975
252
60 Der Dachschaden. Experimente oder bautechnische Losung? in: Das Dach-decker-Handwerk 2/75, S. 94 (1975)
r? Holzapfel, 1У’’ ^as P’*urnendach, Unterhaltung und Sanierung, in: Das Dachdeckerhandwerk 23/24/76
Konstruktiver Mauerwerksbau, Bildkommentar zur DIN 1053, Koln 1976
63 Schild, E., Oswald, R.,R ogier, D., Schweikert, H., Schnapauff, V., Schwach-stelien. Bauschadensverhutung im Wohnungsbau, Bd. 2: Aupenwande und Offnungsanschlusse, Wiesbaden und Berlin 1977
64 Schneider, K.-J. (Hrsg.), Bautabellen mit Berechnungshinweisen und Be’sp’elen. Werner-lngenieurtexte Nr. 40, Dusseldorf 1975
Wendehorst, R Muth, H., Bautechnische Zahlentafeln, 18. neubearbeitete Auflage, Stuttgart 1976
Стр.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Основания и фундаменты 7
1.1. Основные понятия механики грунтов . . 7
1.1.1. Различные виды грунтов и их важнейшие свойства 7
1.1.2. Поведение грунтов под нагрузкой 8
1 1.2.1. Осадка грунта основания 9
1.1.2. 2. Потери несущей способности грунта 14
1.1.3. Грунтовые воды, промерзание грунтов и связанные с этим повреждения зданий 15
1.2. Фундаменты . 21
1.2.1. Указания по проведению исследований грунтов 21
1.2.2. Определение свойств грунтов в лабораторных условиях и на стройплощадке . . 24
1.2.3. Защита зданий и сооружений от повреждений путем улучшения свойств строительного грунта. 27
1.2.4. Виды фундаментов 30
1.2.4.1. Фундаменты мелкого заложения 30
1.2.4.2. Фундаменты глубокого заложения 33
1.2.4.3. Особые случаи 35
1.3. Защитные мероприятия и специальные виды работ, связанных с устройством фундаментов. 37
1.3.1. Крепление котлованов. 38
1.3.2. Водоотлив 41
1.3.3. Гидроизоляция дна котлована 43
1.3.4. Работы по подведению фундаментов 43
1.3.5. Устройство швов в конструкциях фундаментов 47
2. Подвалы 48
2.1. Гидроизоляция полов................................... 49
2.2. Гидроизоляция стен (DIN 4117) 51
2.3. Расширенные мероприятия . . 58
2.4. Гидроизоляция подвальных помещений при устройстве над ними проездов и озеленяемых участков 59
2.4.1. Конструктивные решения деталей изоляции 62
2.5. Устранение дефектов 67
3. Стены и перекрытия 69
3.1. Устойчивость стен 69
3.1.1. Толщина и жесткость стен . 70
3.1.2. Виды кладочных материалов процесс ручной кладки стен . 74
3.1.3. Арматурные пояса, борозды и ниши, гибкость стен 79
3.1.4. Деформации кладки . 86
3.1.4.1. Температурные деформации 86
3.1.4.2. Деформации усадки и ползучести 87
3.1.5. Разделительные швы 90
3.2. Защита от шума 94
3.2.1. Общие положения 95
3.2.2. Однослойные стены 98
3.2.3. Двухслойные стены 100
3.2.4. Звукопоглощение . 104
3.3. Наружные стены с облицовкой 105
3.3.1. Основные понятия . . 105
3.3.1.1. Однослойная стена с облицовкой (лицевая кладка) 105
3.3.1.2. Двухслойная стена с воздушной прослойкой 106
3.3.1.3. Двухслойная стена без воздушной прослойки 106
3.3.2. Технология кладочных работ 107
254
Стр.
3.3.2.1. Кладка с облицовкой из искусственных камней 107
3.3.2.2. Кладка с облицовкой из натурального камня 112
3.3.2.3. Облицовочные стенки . . 114
3.3.3. Растворы для кладки стен с облицовкой 115
3.3.4. Дефекты наружных облицовочных и лицевых стен, обус-
ловленные ошибками, допущенными в процессе кладки 116
3.4. Прочие конструкции стен 118
3.4.1. Стены из легкого бетона . . .119
3.4.2. Стены с несущим бетонным ядром и утепляющей облицовкой 122
3.4.3. Фахверковые стены 123
3.5. Увлажнение стен . 129
3.5.1. Защита от атмосферных воздействий 129
3.5.2. Теплоизоляция и аккумулирование тепла 129
3.5.3. Выравнивание влажности 134
3.5.4. Стеновые конструкции 137
3.5.4.1. Однослойные стены 137
3.5.4.2. Многослойные стены . . 139
3.5.4.3. Многослойные стены без воздушной прослойки 139
3.5.4.2. 2 Многослойные стены с воздушной прослойкой 141
3.5.5. Устранение дефектов 143
3.6. Междуэтажные и чердачные перекрытия 145
3.6.1. Междуэтажные перекрытия 145
3.6.1.1. Виды перекрытий 146
3.6.1.2. Прогибы перекрытий 150
3.6.1.3. Опирание перекрытий 152
3.6.1.4. Консольные плиты 153
3.6.1.5. Мостики холода 154
3.6.2. Звукоизоляция 157
3.6.2.1. Железобетонные перекрытия 164
3.6.2.2. Перекрытия по деревянным балкам 169
3.6.3. Чердачные перекрытия 171
3.6.3.1. Чердачные перекрытия при скатных крышах 172
3.6.3.2. Чердачные перекрытия при плоских крышах 174
3.6.3.3. Подвижная опора 177
3.6.4. Устранение дефектов 179
3.6.4.1. Деформационные трещины 179
3.6.4.2. Усадочные трещины 180
3.7. Герметизация швов . 182
3.7.1. Материалы для устройства швов 182
3.7.1.1. Погонажные профили для швов 183
3.7.1.2. Герметизирующие мастики 184
3.7.2. Устройство швов 185
4. Крыши, балконы, крыши-террасы 187
4.1. Скатные крыши . 187
4.1.1. Стропильные конструкции 188
4.1.1.1. Крыши с наклонными стропилами 188
4.1.1.2. Крыши с висячими стропилами 190
4.1.1.3. Стропильные фермы 193
4.1.2. Материалы покрытия и уклон кровли 194
4.1.2.1. Керамическая кровельная черепица 195
4.1.2.2. Бетонная кровельная черепица . . 197
4.1.2.3. Кровельный шифер, асбестоцементные кровельные плиты . . . 198
4.1.2.4. Волнистый кровельный асбестоцемент 198
4.1.3. Вентиляция чердака 199
4.1.4. Устройство свеса кровли 201
4.1.5. Примыкания в скатных крышах 203
4.1.6. Битумные и пластмассовые кровельные ковры 206
255
Стр.
4.1.7. Устранение дефектов.............................. 206
4.2. Плоские крыши 207
4.2.1. Несущая конструкция 207
4.2.2. Конструкция покрытия . 210
4.2.2.1. Выравнивающий слой 210
4.2.2.2. Кровельный ковер 213
4.2.3. Теплоизоляция . 222
4.2.3.1. Невентилируемая бесчердачная плоская крыша традиционной конструкции (тип А) ... 223
4.2.3.2. Вентилируемая бесчердачная плоская крыша (тип В) 227
4.2.3.3. Невентилируемая бесчердачная плоская крыша с устройством теплоизоляционного слоя над гидроизоляцией (тип С) 230
4.2.4. Устройство парапетных участков 231
4.2.5. Примыкания в плоских крышах 236
4.2.6. Швы в плоских крышах 239
4.2.7. Устранение дефектов 240
4.3. Балконы и крыши-террасы. 243
4.3.1. Конструкция и устройство изоляции 243
4.3.2. Примыкания в балконах . 245
4.3.3. Устройство свеса покрытия балконов 246
4.3.4. Крепление ограждений 247
4.3.5. Устранение дефектов 249
А. Грассник, В. Хольцапфель
БЕЗДЕФЕКТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
Научный редактор Л. Б. Мирчевская
Редакция переводных изданий
Зав. редакцией М. В. Перевалюк
Редактор И. А. Городецкая
Мл. редактор Л. А. Дубченко
Внешнее оформление художника И. А. Шиляева
Технические редакторы В. Д. Павлова, Т. В. Кузнецова
Корректоры 3. Г Ляпорова, Е. А. Степанова
И Б 2953
Сдано в набор 30.01.80. Подписано в печать 28.03.80.
Формат 60X90716. Бумага тип. № 1. Гарнитура «Литературная». Печать высокая.
Печ. л. 16,0. Усл. печ. л. 16,0. Уч.-изд. л. 17,07.
Тираж 5900 экз. Изд. № АУШ-8248. Заказ № 1618. Цена 1 р. 50 к.
Стройиздат 101442, Москва, Каляевская ул., 23а
Московская типография № 4 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 129041, Москва, Б. Переяславская ул. 46