Author: Альбрехт Р.
Tags: строительство строительные конструкции геодезия переводная литература стройиздат
Year: 1979
Text
I
P. Альбрехт
Дефекты
и повреждения
строительных
| конструкций
Москва
ISQ Стройиздат 1979
Bauschaden
Vermeider. * Vntersiichen * Sanieren
Professor Dr.-lng. Rudolf Albrecht
2., durchgesehene Auflage
Bauverlag GMBH * Wiesnaden und Berlin
Р. Альбрехт
Дефекты
и повреждения
строительных
конструкций
Перевод с немецкого
канд. техн, наук Е.Ш.Фельдмана
Москва Стройиздат 1979
УДК с9.059.22
Альбрехт Р. Дефекты и повреждения строительных конструк-
ций: Пер. с нем. — М.: Стройиздат, 1979. 208 с., ил. Перевод,
изд.: Bauschaden:Vermeiden, Untersuchen, Sanieren.— 2., durch—
gesehene Aufl./R. Albrecht.—Wiesbaden und Berlin, 1977.
На многочисленных примерах из практики строительства дан анализ
причин повреждений, вызванных ошибками в проектировании, недостаточ-
ным надзором за ходом производства строительных работ и ошибками в
оценке факторов строительной физики. Даны рекомендации по проведе-
нию испытаний строительных материалов, гидроизоляции, тепло- и
звукозащите, по защите зданий от динамических воздействий и коррозии.
Книга предназначена для научных, а также инженерно-технических
работников научно-исследовательских и проектных организаций.
Табл.25, рис.204, список лит.: 25 назв.
д ЗОИЛ--®.?*- 211-79.3204000000 © 1977 Bauverlag GMBH
047 (01) — 79 Wiesbaden und Berlin
©Перевод иа русский язык,
Стройиздат, 1979
Предисловие к русскому изданию
Развитие строительной техники характеризуется все более полным и
эффективным использованием действительных свойств материалов и
конструкций, что позволяет проектировать и изготавливать строительные
конструкции с наименьшими расходами материалов и средств.
Однако при этом возрастают требования к точности расчета
конструкций и определению расчетных нагрузок, в наибольшей степени
отражающих действительные условия работы конструкции, к качеству
строительных материалов и изготовления конструкций и, наконец, к
качеству их возведения, которое должно в максимальной степени
соответствовать принятым расчетным положениям, заложенным в
проектных решениях, и требованиям технических условий.
В связи с этим важнейшее значение приобретает исследование
действительной работы конструкций в зданиях и сооружениях и, в
частности, изучение имеющихся случаев повреждения и разрушения
конструкций, анализ которых позволяет сделать выводы о неизвестных
ранее особенностях работы конструкции, уточнить расчетные схемы и
нагрузки, определить более достоверный подход к проектированию,
технологии изготовления и монтажу.
Отсутствие ясного представления об особенностях действительной
работы конструкции, недостаточный учет условий ее работы неизбежно
приводит к неправильным проектным решениям и может стать причиной
аварии.
Изучение и обобщение причин повреждений и аварий конструкций
позволяет сделать конкретные выводы для проектирования и строитель-
ства, а также для разработки нормативных указаний.
В этом отношении представляет несомненный интерес предлагаемый
читателю перевод книги известного немецкого инженера и ученого из
ФРГ, проф. Рудольфа Альбрехта ’’Дефекты и повреждения строительных
конструкций”
Автор приводит примеры наиболее характерных аварий и поврежде-
ний строительных конструкций, часто встречающихся в практике
гражданского и промышленного строительства, анализирует причины их
возникновения — недостатки в проектировании, дефекты материалов,
конструкций, нарушение проектных решений и необходимой технологии
при производстве работ-и на основе анализа совокупности этих причин
дает рекомендации по предотвращению дефектов конструкций в
дальнейшем.
5
В книге рассмотрены случаи повреждения гидроизоляции зданий и
сооружений, которые вызывали нарушение нормального режима эксплуа-
тации, дан анализ причин этих повреждений и рекомендации по их
предотвращению. Аналогичному анализу подвергаются случаи нарушения
теплоизоляционных качеств ограждавших конструкций, вопросы водо-
отвода с покрытий. Отдельные главы книги посвящены причинам
появления трещин в конструкциях, а также процессам коррозии.
Рассматривая вопросы статики, автор анализирует случаи неправильного
учета расчетных нагрузок, в том числе ветровых и снеговых, что служило
причинами аварий.
Большинство случаев повреждения и обрушения конструкций,
происходящих в процессе строительства и эксплуатации, вызывается
стечением ряда неблагоприятных факторов, которые не были учтены в
полной мере при проектировании, строительстве или эксплуатации зданий
и сооружений.
Чрезвычайно важной в борьбе с авариями является организация
тщательного и всестороннего изучения этих причин, вызывающих случаи
дефектной работы строительных конструкций, позволяющая корректи-
ровать проектные решения и методы производства работ, вносить
необходимые изменения в нормы и технические условия, исключающие
возможность повторения ошибок в дальнейшем.
Практика сбора материалов о повреждениях и авариях строительных
конструкций показывает, что многие из них составляются недостаточно
полно и без определенной системы, в результате чего они сильно
обесцениваются. По таким материалам не всегда удается установить
истинную причину, вызвавшую дефектную работу строительных конст-
рукций
Особенностью подхода автора к рассмотрению подобных случаев
является попытка комплексной и всесторонней оценки всей совокуп-
ности факторов, которые привели к повреждению рассматриваемых
конструкций, анализ каждого из этих факторов.
Многие из рассматриваемых случаев повреждения конструкций
типичны для отечественной практики строительства и дают основания для
конкретных выводов при проектировании и строительстве.
Значительное место в книге отведено методике натурных наблюдений
за поведением конструкций, а также сопровождающим эти наблюдения
лабораторным исследованиям.
Издание книги проф. Р. Альбрехта будет способствовать совершенст-
вованию проектных решений, технологии изготовления конструкций и
методов производства работ.
Книга несомненно будет встречена с интересом широким кругом
специалистов — работниками научно-исследовательских институтов,
инженерами-проектировщиками, производственниками-строителями.
имавтора
3 Ш МНОГО'
1 рулений с
«ц ороектир
Ш неправил
ирон, И(
JW0BHH
! '"’ерш:
-.□ш, строи
>ЖбИИ(
а шло omr
рщ
w ЛИТОЮ
’«ужлшм
1 "# I ограни
зап
;Д1рОВй
□овдввр
-Мн автор
-Ши авт
ч
Канд.техн.наук, засл.строитель РСФСР
Ю.А. Дыховичный
1НИЙ
:сплу
mo щ
|1И№
BOR-
пшнач
розни
IlbHOTt
'ужи
ваетц
1ены i
щанш Предисловие автора
нация
слуга
реки-
1ОСИТ1
HW
пьных
точно
Ильно
ЮВИТ!
KOHCI-
Дунаев
(окуп-
аемых
род»
1Я для
[
рений
рения
цена-
рей и
том
рутов.
В книге на многочисленных практических примерах исследованы
причины разрушений строительных конструкций, возникающих из-за
ошибок при проектировании, недостаточного контроля за ходом
строительства, неправильной оценки физических характеристик строи-
тельных материалов, используемых при статических расчетах, а также
из-за недостаточного внимания к химическим процессам, протекающим в
строительных материалах. Такое исследование должно принести пользу
проектировщикам, строителям и архитекторам.
Опыт всегда был и остается лучшим учителем независимо от того,
собственный ли это опыт, или опыт и знания других людей. Поэтому
следует изучать реальные случаи разрушений, что служит хорошим
испытательным полигоном для выбора материалов и конструкций.
Представляется уместным несколько отклониться от обычного изложе-
ния этой темы и ограничить содержание книги важнейшими областями
строительства.
Кроме того, при описании некоторых примеров пришлось сохранить
нормы, действовавшие в рассматриваемое время.
Издательство и автор будут благодарны за сделанные замечания по
поводу высказанных автором соображений, а также по оформлению
книги.
Мюнхен, 1977 г.
Совершить ошибку можно,
но строить с ошибками - нельзя.
Гете
ИЙ B’S®
I ' И
1- cipjfflU
«и®
1. ВВЕДЕНИЕ
Современный уровень технических знаний позволяет с большей, чем
раньше, полнотой использовать свойства имеющихся строительных
материалов, однако одновременно в значительной степени повышается
ответственность предпринимателей и архитекторов и усложняются задачи
расчетчиков, конструкторов, а также руководителей строительства и
промышленности строительных материалов.
В связи с этим обращает на себя внимание повышение допускаемых
нагрузок (напряжений) на сталь, бетон и каменную кладку, что приводит
к возрастанию требований к надежности, определяемой областью
перегрузок, при которых еще не возникает разрушений или других
повреждений строительных конструкций. Вследствие этого возникает
необходимость в рациональном применении строительных материалов,
например кирпича соответствующих марок, раствора и бетона с градацией
в зависимости от прочности на сжатие и других характеристик, в
ограничении веса с учетом теплопроницаемости, в решении проблем
звукоизоляции.
Даже в тех случаях, когда на разработку и постоянное совершенство-
вание методов расчета и строительных норм, являющихся руководящими
документами в строительстве, в большей или меньшей степени влияют
экономические и конъюнктурные обстоятельства, а ответственность
'iipsrjtmo
’ЧИД |
::;я»
ISM
'ДИШ
:Г-'Ия
‘Ж ей
тя
- <Шр
/Мри
"у1 вау
“Дозда
'“имолро
11та*йвд
Ч|
Жш»
ДЦчю
‘‘^основе
J^PUpyu
Мчц
8
Рис. 1.1.
а — разрушения из-за дефектов проекта; б —
разрушения из-за недостаточного строитель-
ного надзора; 1 — изоляция; 2 - конструк-
ция; 3 — строительные материалы; 4 —
прочие элементы
партнеров трактуется по-разному, нет никакого сомнения, что ответствен-
ность архитекторов, расчетчиков, предпринимателей и строителей
остается достаточно высокой. Поэтому требуется дальнейшее накопление
опыта и обмен мнениями для правильного распределения ответственности
за целесообразность построек, а также предотвращение и распознавание
их разрушений.
В ФРГ до настоящего времени отсутствуют полные и, главное,
надежные данные об объеме и причина’7 разрушений строительных
конструкций.
Данные об объеме разрушений в процентах, приведенные в разное
время в различных печатных изданиях, например в архитектурном
сборнике Баден-Вюртемберга, вышедшем в 1973 г. (рис. 1.1), или земли
Северный Рейн—Вестфалия (1972 г.), позволяют дать лишь более или
менее грубую оценку вида и степени разрушений строительных
конструкций преимущественно в жилищном строительстве. Другую
оценку невозможно провести без учета возраста и срока эксплуатации
построек, а также длительности воздействия окружающей среды. Такие
дифференцированные исследования, проведенные фирмой ’’Торкрет”,
позволяют распознать лишь > опасные” тенденции”к
При рассмотрении разрушений, приведенных в тексте, можно прежде
всего сделать вывод о том, что они обычно бывают вызваны несколькими
причинам и. Вэ многих случаях нельзя однозначно установить причину
разрушения, часто несколько причин наслаиваются друг на друга и
приводят к разрушениям
Несмотря на то, что примеры разрушений выбраны более или менее
случайно, на их основе можно все же сделать достоверные заключения о
виде и причинах разрушений и объеме восстановительных мероприятий. 1
1 Тенденция - основное направление, найд ;нное статистическим методом.
9
2. ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСПЫТАНИЯ
2.1. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ
ПОВРЕЖДЕНИЙ
2.1.1. Испытания строительных материалов1
Одна из важнейших задач испытаний строительных материалов -
выявление причин, приводящих к разрушению строительных конструк-
ций и деталей. Испытания часто представляют собой единственное
средство для определения причин аварий и установления ответственности
за них. Выявление причин разрушений связано с большими трудностями,
так как не всегда можно получить необходимые пробы, а при взятии
образцов строительные материалы подвергаются изменениям, не поз-
воляющим оценить их свойства в естественном состоянии.
При проведении испытаний материалов обычно применяют следующие
основные методы.
1. Разрушающие методы испытаний:
а) механические;
б) металломикроскопические;
в) химические (включая коррозионные испытания).
2. Неразрушающие методы испытаний (гаммаграфия, рентгено-
графия)
3. Специальные испытания, которые проводят при изготовлении
бетонных изделий для подбора соответствующего состава бетона и
проверки его качешва. При этом проводят также испытания на
схватывание. Указанные испытания в значительной мере регламентиро-
ваны нормами ДИН 1048 и 1045 и проводятся при определении
жесткости, прочности на сжатие и водопроницаемости бетона. Не
нормированы испытания на морозостойкость и сопротивляемость
химическим и физическим воздействиям. Здесь также в зависимости от
способа проведения различают разрушающие и неразрушающие методы
испытаний бетона.
В'С*
- ЯрШ Mif
и! -к$я
ЭДЕСЙ1
' И
йа
-ЛЕСКИ
W-10.6),
’Э Вф
‘ Д овд
"ОЙКНИ
‘’ЭДоир
,;/i с ПОИ
.Лого к
«. н>
’®ИИ-
•'*1йущрф
Обычные испытания для установления прочности на сжатие конструк-
тивного бетона, которые проводят на пробных кубиках (рис. 2.1) с
длиной стороны 20 см, изготовленных из бетона в возрасте 28 дней, или,
как указано в ДИН, на пробных цилиндрах путем сжатия на прессе,
имеют, как известно, ряд недостатков (в частности, возникает проблема
изготовления многочисленных образцов). Испытания, проводимые для
Испытания строительных материалов или деталей (как по отдельности, так и
во взаимодействии) для определения их химического и физического состава и
поведения при всех видах нагрузок и воздействий.
W;
. * 0,0-
-
10
б)
J
в)
Рис. 2.1. Схема испытаний прочности на сжатие. Внешний вид разрушения
СТРГ сжатых образцов
ЕННВ 1 — шаровая поверхность; 2 - пробный кубик; 3 - поверхность
оси излома; 4 - конус сжатия
ЛЯМ
пяти
пю
W оценки ПРОЧНОСТИ 113 сжатие, показали, что разрушение всегда происходит
одинаковым образом — образуются две пирамиды, основаниями кото-
рых служат поверхности сжатия, а вершины пирамид находятся внутри
образца; прилегающий материал выдавливается наружу.
Прочность на сжатие конструктивного бетона также может быть
найдена по буровым кернам, взятым непосредственно из тела конструк-
ции (см. рис. 10.4—10.6).
Для проведения неразрушающих испытаний бетона применяются
ггено- Различные методы, основанные на определении твердости по способу
Шора и использовании ультразвука (акустика напряжений) 1.
Простым методом для проверки постоянства качества бетона в
пении конструкциях и оценки прочности на сжатие бетонов с мелкозернистой
>на и структурой является определение твердости по способу Шора^. Испыта-
я в ния проводятся с помощью вибромолотка, склероскопа Шмидта-^
tape- (рис.2.2), пружинного молотка Бауман-Штайнрюка и маятникового
теми молотка Айнбека. На рис.2.3 показана улучшенная конструкция
I. Не испытательного молотка — модель NR с регистрирующей лентой. При
иосп испытаниях каждый удар фиксируется на регистрирующей ленте,
moi
ТОДЫ
грук-
1) с
, ИЛИ.
тессе,
1лемг
к для
так»
,ва и
Акустика напряжений представляет собой способ определения механических
напряжений путем измерения ультразвуковых волн; по скорости звука можно
определить напряжения и нагрузки.
2
Способ нормирован в ДИН 4240.
Модель (энергия удара 0,225, см рис. 2.2) предназначена для проведения
испытаний на прочность в обычном надземном строительстве и в мостостроении.
Модель L (энергия удара 0,075) предназначена для испытаний строительных
материалов с невысокой твердостью и прочностью, таких, как легкие строительные
материалы всех типов, кирпич, штукатурка и покрытия всех видов.
11
Рис.2.2. Вибромолоток или склеро-
скоп Шмидта
w
fc'iM
Определение ожидаемой кубиковсй прочности на сжатие с помощью
вибромолотка (рис. 2.4 -2.5 и табл.2.1—2.4)
Для испытаний целесообразно выбирать распалубленные, высушенные
на воздухе, по возможности плоские поверхности без крупных пор, гнезд
или других дефектов; испытываемая поверхность должна быть очищена
от несвязанных частиц. С поверхностей, не находящихся в опалубке,
снимают с помощью механической мокрой шлифовки богатый жидким
известковым тестом верхний слой толщиной от 5 до 10 мм, после этого
поверхность высушивают. Размер испытываемой площадки должен быть
не менее 2 дм^, а расстояние от края площадки до края конструкции -
не менее 5 см. В тонкостенных бетонных элементах для испытаний
пригодны только те площадки, расположение которых исключает их
упругую податливость.
Известно, что в зависимости от места проведения испытаний могут
быть получены различные значения прочности. Поэтому для получения
правильных результатов необходимо проводить испытания в нескольких
точках и усреднять найденные значения RH. При этом принимают во
внимание положение испытываемой площадки. Прибор пригоден для
нанесения удара в горизонтальном направлении, т.е. для испытаний
вертикальных поверхностей.
При применении прибора на наклонных поверхностях необходимо
корректировать отсчеты R? в соответствии с инструкцией (см. рис.2.4 и
табл. 2.2).
'пквииии
I*')
!»r.u
IJ
.1
•)
« I
Рис.2.3. Испытательный молоток но-
вой конструкции (модель с регистри-
рующей лентой)
iH
12
СК11
Таблица!. 1.
Фактор времени
Возраст в днях Фактор времени 10 1,20 20 1,04 30 1,00 50 0,98 100 0,95 150 0,91
Возраст в днях 200 300 500 1000 1000
Фактор времени 0,86 0,78 0,70 0,63 0,60
Таблица!. !.
Поправки л й<р для учета направления удара
f А’д) - R у>)
Поправка uRy при
ЮНН! ,гнз Значения +90 +60 +30 от -30 до —90
1ИЩ дуби 20 30 —7 -6 -5 —4 -3 -2 +2 +2
ИДКИ
310 40 -5 -3 —2 +2
з бы 50 —4 -3 -2 +2
ЦИК - 60 -3 -2 -1 +1
пая
leu Т а б л и ц а !. 3.
Испытания склероскопом. Кубиковая прочность бетона
МОР в возрасте одного месяца при горизонтальном направлении удара
^ченг >ЛЬК1 Средняя Средняя Минимальная Средняя Среднят Минимальная
длина прочность прочность длина от- прочность прочность 1^907^
т к отскока И/М’ 7 И^90%’э скока R м. кгс/см-
н ди /?м-% кгс/см- кгс/см~ % кгс/см-
пакт
21 120 60 36 350 270
ОДП- 22 130 70 37 370 280
.2.4! 23 140 80 38 390 300
24 150 90 39 410 320
25 160 90 40 430 340
26 170 100 41 450 360
27 190 120 42 470 380
28 200 130 43 490 400
29 220 140 44 510 420
30 230 150 45 530 440
— _ — —- — —. — —
31 250 170 46 550 460
32 270 190 47 570 470
ОК 33 290 210 48 590 490
ист? 34 310 230 49 610 510
35 330 250 50 630 530
13
Таблица! 4. / Испытания шаровым склероскопом. Кубиковая прочность на сжатие , бетона в возрасте сдно1 о месяца при горизонтальног i направлении удара 1 Г / дав Л л поверх молоток тагельная М
Диаметр отпечатка rf, мм 4,0 4,1 4,1 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4.9 Полный удар Половинный удар V
средняя проч- ность ИС, „ м кгс/см2 840 760 690 620 560 510 470 430 390 360 минимальная прочность & 90% кгс/см^ 700 630 560 500 450 410 370 346 310 280 средняя проч- ность 14/ , КГС/СМ“ 210 190 170 150 130 120 100 90 80 70 минимальная проч-^ к НОСТЬИ/90%,КГС/СМ2 180 160 140 130 120 100 90 80
70
60 ж ж л
5.U 5.1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,8 6,0 6,2 6.4 6,6 6,8 7.0 Среднее з 6—7 отдельнь 330 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 105 95 80 начение RM м IX измерений 250 230 210 190 170 160 140 120 100 80 60 50 ожет считатьо эт среднего не 65 60 55 50 45 40 i достовернык превышает cj 55 50 40 35 " CZujt i, если отклонение ^<411 те дующих величин
разброса л ув делениях шкалы):
Среднее значение R .......................... 20 30 45
Разброс д . . +2,5 +3,0 +3,5 *»
- - - г-вн-
если это условие не выполняется, необходимо снова провести как
минимум 10 ударных испытаний. айк|
Рис.2.4. Учет направления удара (см. табл.2.2) .
1 — испытательная поверхность; 2 — молоток; 3 — наклонная испытательная
поверхность; 4 - молоток снизу; 5 - молоток расположен горизонтально; 6 —
вертикальная испытательная поверхность; 7 — молоток сверху
ние
чин
45 Рис. 2.5. Кубиковая прочность на сжатие в зависимости от твердости
поверхности. Кривые действительны для бетона на портландцементе с
+3J твердым гравийно-песчаным заполнителем, состоящим в основном из известня-
ка. Возраст пробных кубиков в момент испытаний от 7 до 90 дней;
к расположение до испытаний — на открытом воздухе; относительная влажность
воздуха 90%; опалубка бетонных кубиков - металл или строганая древесина
15
Наиболее вероятное значение кубиковой прочности бетона принимают
по эталонным кривым (см. рис.2,5).
Для учета возраста бетона необходимо кубиковую прочность,
принятую по табл.2.3 и 2.4, умножить на фактор времени <xt,
приведенный в табл.2.1, так как твердость поверхности бетона с течением
времени возрастает быстрее, чем прочность на сжатие. При этом мы
получаем прочность бетона на сжатие в момент испытаний; для
установления марки бетона $#2В необходимо провести дальнейшую
корректировку (например, учесть возраст, условия хранения, вид и
марку цемента).
При испытаниях склероскоп с выдвинутым ударным штоком
устанавливают перпендикулярно поверхности бетона, затем шток
освобождают путем постепенного увеличения дагления на заднюю
крышку. В этом положении снимают по шкале показание длины
отскока Rv или фиксируют положение стрелки путем нажатия на кнопку.
На каждой испытательной поверхности производят 20 испытательных
ударов в точках, отстоящих друг от друга на расстоянии не менее 3 см.
Средняя длина отскока Ry в зависимости от направления удара
корректируется с помощью поправок Ryu по табл. 2.2: Rm-R^m+aRv
В зависимости от RM в табл. 2.3 приведены средние значения кубиковой
прочности на сжатие U^,, ожидаемые в возрасте бетона, равном одному
месяцу, и значения минимальной кубиковой прочности на сжатие ^90%
ожидаемой с вероятностью 90%. При испытаниях в другом возрасте’
необходимо учитывать фактор времени (см. табл. 2.1).
Численные значения для случая, рассмотренного в примере 2.1,
принимаются из заполненного бланка (табл. 2.5).
Таблица! 5.
Бланк для записи данных по приготовлению бетона — испытания бетона с помощью
склероскопа. Мюнхен, 7 мая 1973 г. Застпойщик Сусанна Райх. Подрядчик -
фабрика Листиг , Мюнхен. Дом по ул. Хилькусбергер, 21. Часть здания (подвал)
сооружен 30.10.1972. Бетон марок В 225 н 160, цемент марки РЕ 275. Описание
бетона при внешнем осмотре: несколько пустот в бетоне, полости, частично видна
арматура (слишком тонкий защитный слой бетона).
Условия твердения: осенняя погода, самая низкая температура 6-7°С.
П.11. 1 Длина отскока Ry, %, в точках
2 3 4 5
1 46 44 34 32 32
2 44 46 38 38 35
3 46 50 33 35 36
4 47 47 35 33 49
5 52 42 33 32 34
6 45 48 32 36 35
7 47 49 32 38 31
16
Продолжение табл.2.5
ИМ-
to ща, № п п Длина откоса %, в точках
1 2 3 4 5
М № ОД
8 47 48 30 34 35
;йшу1 вщ. 9 44 48 30 34 32
10 50 46 36 35 33
rOKOS 11 44 49 36 34 33
12 40 46 38 33 35
№ 13 42 45 37 34 34
ШЖ
1опк\ 14 44 45 30 37 34
ЛЬ№ 15 44 50 34 30 32
:3см 16 нижняя сторона по- верх по- стены подвала (старые)
удар; крытая крытая
лйч 17
IKOH 18 Разброс
дном) 1 17% 19% 20%
^96 19
□pati: 20
ie 2.1 Сумма, % Среднее значение АЪ-м % 5 682 703 508 515 500
45,5 46,8 34 34,33 33,3
ца 2' Направление удара if Поправка дпо +90° +90° -90° 0° 0°
ОМО№ табл. 2.2,% -4,5 -4,5 +2 +0 +0
1ДЧИК
подвэ 1п« Rm — Ripn +tiR<p, % 41,0 42,3 36 34,33 33,3
10 В№ Прочность по
табл. 2.3 IVM/%0%,
кгс/см^ 450/360 470/380 350/270 310/230 290/210
— Возраст бетона.
ДНИ ~ 200 ~ 200 » 200 750 750
5 Фактор времени cxt
по табл. 2.1 ~ 0,86 ~ 0,86 0,86 0,67 0,67
Прочность в мо-
32 мент испытания
IV м/IV 90%,
35 36 кгс/см2 390/310 400/325 300/232 207/154 194/140
49
Примечание. В точках испытаний 4 и 5 с требуемой маркой бетона В 160
* полученная прочность не соответствует требуемым условиям.
35 Инженер-испытатель д-р Хуртиг Провел испытания Р.Фляйснг
I. (фамилия) (фамилия)
17
о
Более точные результаты могут быть получены при применении
статистических методов оценки качества бетона1, при которых для
большего совпадения с действительностью вместо постоянных величин
оперируют переменными, случайными и стохастическими (рассеянными)
величинами.
Проведение испытаний с помощью пружинного молотка. Шаровой
склероскоп (пружинный молоток) Баумана-Штайнрюка требует частой
проверки и юстировки; с этой целью в комплект входит металлическая
контрольная деталь. Как правило, испытания проводят с помощью шара
диаметром 10 мм при ’’полной" энергии удара; если шаровой отпечаток
превышает 7,0 мм, то используется "половина” энергии удара. При
испытаниях шаровой склероскоп с выдвинутым ударным штоком
устанавливают перпендикулярно поверхности бетона, затем шток
освобождают путем постепенного давления на заднюю крышку. На
каждой испытываемой площадке производят 20 испытательных ударов в
точках, отстоящих друг от дпуга на расстоянии не менее 2 см. Диаметр
шарового отпечатка измеряется мерной лупой в двух взаимно
перпендикулярных направлениях с точностью 0,1 мм. Не учитываются
нечеткие и явно малые отпечатки, а также отпечатки со значительной
разницей в длине диаметров. В табл.2.4 приведены ожидаемые средние
значения кубиковой прочности на сжатие WH и ожидаемые с вероятностью
90% минимальные значения кубиковой прочности на сжатие ^90%. при
среднем диаметре отпечатка от горизонтального удара по бетону в
возрасте одного месяца. При ударах сверху вниз значения И' увеличи-
ваются на 5%, а при ударах снизу вверх уменьшаются на 5%. При другом
возрасте бетона в момент испытаний необходимо учитывать коэффициент
времени (см. табл. 2.1)
Пример 2. 1. В процессе строительства было установлено, что в
бетонных стенах подвалов и в перекрытиях над подвалами наряду с
незначительными поверхностными дефектами образуются внутренние
пустоты, полости, а в ряде случаев слой бетона имеет недостаточную
толщину (местами видна арматура).
В связи с этим возникает необходимость в оценке качества бетона,
которая проводится с помощью молотка для испытаний бетона системы
Шмидта, модель №2. Испытания пробных кубиков по сравнению с
непосредственным испытанием бетона конструкции имеют недостаток,
связанный с большим или меньшим отличием условий схватывания и
набора прочности кубиков и бетона конструкции; кроме того, нередко
наблюдаются непреднамеренные и преднамеренные различия в составе
бетона. Число пробных кубиков обычно невелико, и результаты должны
рассматриваться только как выборочные.
В результате испытаний в соответствии с протоколом (см. табл.2.5)
получены следующие результаты:
в точках 1, 2 и 3, где требуется бетон марки В 225 (табл.2.6),
получена необходимая средняя кубиковая прочность на сжатие и
достаточная минимальная прочность
(сирые)
8,1 Я
Вл 100
Вл 150
Вл 250
Вл 550
Вл 450
Вл 550
ВД ( и 5.
и в резул:
‘«ер2.2.Реч
И, по-
«ищем®(
ииностар
-Шгояущ
Wbocti
Чфа
* tamo
йвдества
®Ш|енк
!*неразруц
поз£
Wimi.
4'®вока;
лалий J _
*
Блаут X. Статистические методы оценки качества бетона
2
Стохастические величины, статистика — вытекающая из теории вероятностей
(Закон больших чисел) обработка статистических данных
*®1Т0В;
-’Wi
18
Перевод марок бетона по старым нормам ДИН 1045
в новые нормы ДИН 1045
Группа Марка бетона Примечания
ДИН 1045 (старые) ДИН 1045 (новые)
В I Вп 50 В 50 и В 80 Для неармированного бетона
Вп 100 В 120 и В 160 Для неармированного, армирован- ного и предварительно напряженно- го бетона Для сборных бетонных элементов
Вп 150 В 225
Вп 250
В II Вп 350 В 300 и выше
Вп 450
Вп 550
в точках 4 и 5, где требуется бетон марки В 160, прочность,
полученная в результате испытаний, не соответствует требуемым
условиям.
П р и м е р 2. 2. Речь идет об использовании гравия, взятого из
котлованов, т.е., по-видимому, о смешанном с песком глинистом
гравии 1, имеющем неблагоприятные свойства, хотя линия просеивания
этой смеси инертных добавок может располагаться в ’’очень благоприят-
ной зоне” согласно старым нормам ДИН 1045.
Гравий самого лучшего зернового состава не находит применения при
сильной загрязненности глиной или грунтом, когда глина прочно
прилипает к зернам.
Кроме того, дефекты возникают, по-видимому, при недостаточном
перемешивании бетонной смеси, при занижении количества цемента и
завышении количества воды. В дальнейшем наблюдается плохое
сцепление между цементом и зернами заполнителя.
Применение неразрушающих способов испытаний бетона поперечных
стенок и промежуточных стоек рассматриваемого подвального этажа с
помощью молотков позволяют, как и в предыдущем случае, получить
достоверные результаты.
При первоначальном испытании поперечной стенки получены следую-
щие величины отскока:
точка испытаний 1 — 32;20; 30;20; 25; 26; 20;22; 2о;20, отсюда
получено среднее значение 24,1. Этому значению по калибровочным
кривым соответствует кубиковая прочность 138 кгс/см^. Средний
Доказательство: желтовато-серый цвет бетона однозначно указывает на
применение глинистого гравия. Выкрошиваниеотдельных крупных зерен заполните-
ля из структуры бетона при нажиме пальцами или с помощью скребка, особенно в
колоннах, позволяет сделать вывод об ослаблении сил сцепления между цементной
пленкой и отдельными зернами заполнителя.
разброс составляет около 28,6%, т.е. в этой же точке необходимо учи-
тывать минимальное значение, равное: 138—(138/100) 28,6=138—40=
98 кгс/см2;
точка испытаний 2 — среднее значение 23,1, кубиковая прочность
86 кгс/см^;
точка испытаний 3 — среднее значение 25,1, кубиковая прочность
111 кгс/см^ (как и раньше, меньше 120 кгс/см^).
При определении твердости поверхности опасной стойки получены
следующие значения: 18; 10; 12: 18; 12; 18; 16; 16; 16; 12. Среднее
значение 14,8. Это среднее значение непосредственно не нанесено на
калибровочных кривых, так как соответствующая прочность на сжатие
меньше 100 кгс/см^, и выводы о прочности бетона, полученные на основе
измерений твердости поверхности, в данном случае уже недостаточно
достоверны. Поэтому здесь необходимо отказаться от попытки получения
соответствующих значений путем экстраполяции, так как уже в области
значений прочности около 100 кгс/см^ приходится при расчетах
учитывать разброс ±32%. Для оценки минимальной прочности на основе
испытаний поверхности на твердость необходимо с учетом разброса
снижать полученные значения до 50 кгс/см^. В соответствии со
спецификацией подрядчик обязан выполнить наружные и внутренние
стены рассматриваемого подвала из утрамбованного бетона марки В 120
(это бетон с кубиковой прочностью 1/28 = 120кгс/см2). Эта же марка
бетона учитывается при статических расчетах.
Подводя итоги изложенному выше, можно сказать, что бетонные
конструкции подвала, которые удалось подвергнуть испытаниям, а также
поперечные стены и стены по периметру подвала имеют дефекты, что, с
одной стороны, указывает на применение смешанного с песком
глинистого гравия, а с другой - на недостаточное перемешивание смеси и
слишком малое количество цемента.
Прочность на сжатие составляет 86,98 и 111 кгс/см , что ниже
заданной по спецификации марки бетона В 120, имеющей кубиковую
прочность 120 кгс/см^.
Рассматриваемые бетонные стойки оконных проемов в наружных
стенах подвала (особенно средняя бетонная стойка), имеющие прочность
на сжатие всего лишь 50 кгс/см^, исходя из требований статики должны
быть удалены (с проведением необходимых мероприятий по обеспечению
безопасности) и заменены другими.
В соответствии с инструкцией по эксплуатации при использовании для
испытаний бетона молотков системы Шмидта, модель М, необходимо
дополнительно учитывать следующие моменты, связанные с пределами
пригодности калибровочных кривых:
в песчаном, сухом и недостаточно обработанном бетоне, к которому,
без сомнения, также относится бетон с недостаточным содержанием
цемента, характерный для рассматриваемого случая, могут возникать
внешне незаметные пустоты, которые снижают прочность, но не влияют на
твердость поверхности;
в старом, высушенном бетоне раствор у поверхности, как правило,
более твердый, чем в глубине конструкции. Поэтому прочность бетона
меньше, чем получается по калибровочным кривым;
20
д СОМИН
репного
к вил
i кубик, ।
«бетона, п
"'диви 1
лк НОВЬЙ
способное
да случае
агаты,
цеиме тит
дай
пропин
ШСЯ В (
и наруже
через 45 дн
. ,иер2.3. В
.вдеревдык
.«размер
,1)11 толщин
« н проле
я мсколип
(Г (рис.2.6)
живее с
'Ии,в то
-W
4
DiMO
=138-
ЦХГО
Upon*'
полу
,CP
iea.
вас»:
на os
ОСП
lOtyV
вобл
раи-
на oa
разбр
ствин
зутрес
жиВ
же Mi,
бетою
,1,атав
1Ы,Я
; пео
ю сме
что я
убИКС;
пару»’
прочв
идол;
если.
вании
обход
ареде:
<отор
[ера®
возни
влияк.
правн
ль ба
во всех сомнительных случаях, особенно при использовании заполни-
теля неизвестного качества и при старом, высушенном бетоне дополни-
тельно к испытаниям молотком необходимо раздавливать под прессом
пробный кубик, изготовленный из материала конструкции. Чем ниже
качество бетона, тем больше необходимость проведения дополнительных
испытаний.
4. Испытания нагрузкой. Эти испытания проводят для проверки
пригодности новых, еще не проверенных конструктивных решений или
несущей способности строительных конструкций, у которых, как и в
предыдущем случае, испытания качества бетона дали неудовлетворитель-
ные результаты.
Проведение испытаний нагрузкой, величина прикладываемых нагру-
зок, продолжительность их воздействия, временные и остаточные
прогибы строительных деталей во время и после приложения нагрузки
устанавливаются в соответствии со старыми нормами ДИН 1045, п.7.
Испытания нагрузкой надземных сооружений должны проводиться не
ранее чем через 45 дней после их возведения.
Пример 2. 3. В рассматриваемом случае речь идет о 12-этажном
здании с поперечными несущими стенами и тонкостенными элементами
перекрытий.
Эти большеразмерные элементы выполнены из сборных железобетон-
ных скорлуп толщиной 4 см, имеющих несущие ребра и дополнительное
армирование в пролете. После укладки скорлуп производится заливка
перекрытия монолитным бетоном. Собственный вес перекрытия
350 кгс/м^ (рис.2.6).
Собственный вес скорлупы составляет 100 кгс/м2 Общая толщина
покрытия 14 см, в том числе монолитный бетон 10 см; высота ребер
5
L/2 L/2
Цсгшабл.)
Рис. 2.6. Деталь междуэтажного перекрытия
1 — верх перекрытия; 2 - монолитный бетон; 3 — арматурные сетки над швами;
4 — железобетонная скорлупа; 5 — арматура периодического профиля над швами
L(cm)
<Р 8160 8225 8300
6 72 60 98
8 96 80 66
10 120 100 80
12 196 120 96
21
-щ ВЫВ
EJi ОПОР-
mi pa
iU7to6p3OBa!
coo®™
tax случа
щитиого
и t ЛИШ
яж
^;ыравнив;
:,sajia. чтоб
".образиваш
ДМ»
Ш ОДМулу I
«липе,
Рис. 2.7.
а - нижняя поверхность покрытия; б - пробное нагружение сборным стеновым
элементом
11 см, максимальное расстояние между ребрами 75 см. При расчете
принимают полезную нагрузку величиной 150 кге/м^.
При осмотре можно было установить, что на нижней поверхности
покрытия образовались большие трещины (до 9 мм) и волнистость (в
плоскости укладки). Эти трещины четко обозначились на нижней
поверхности покрытия благодаря просочившейся влаге (рис.2.7,а).
Трещины, по-видимому, образовались при усадке бетона в результате
неправильного изготовления, ухода, транспортирования, хранения строи-
тельных материалов и монтажа конструкции. Температурные и усадочные
трещины, обычно возникающие в начальной стадии (поверхностные
волосяные трещины!), как уже указывалось, распространяются вглубь
из-за неправильного ухода, возникновения дополнительных напряжений,
увеличивающих трещины и соединяющих их друг с другом. В зоне
надреза повышаются растягивающие напряжения, что приводит к
усилению трещинообразования.
После проведения с помощью склероскопа неразрушающих испытаний
качества бетона, которые, несмотря на небольшой возраст бетона (4
недели), дали положительные результаты (превышение необходимой
марки бетона), для обеспечения надежности предлагается выполнить
пробное нагружение.
В пролете перекрытия, где еще не выполнена заливка монолитным
бетоном, к железобетонной несущей скорлупе прикладывается сосредо-
точенная нагрузка 1,84 тс (сборный стеновой элемент размером
1,42x2,59x0,20 м с объемным весом ув = 2,5-т/м^, рис.2.7,б). После
образования небольших трещин (три волосяные трещины) прогиб нижней
поверхности покрытия равнялся 4 мм. Этот прогиб исчезает после
разгрузки. Такой результат сам по себе еще не позволяет сделать
„ ..ой к
я юж;
ш: другие
«де.. гаС
ие ci]
U с ель
з диаметра
* ре
оиредел
aw арм
л (структу
И». П
-«и армату
-«и и поил
1 ® модели)
Э’ТИЯ. I
и МОДЕ
-Ш в (
(мео
® помещ
Чады
ГСТЫМС1
к
"“ffllOB,
"W jpj
йа, но
"‘-Мрзва
ORbiffl
1 Обычно нс учитываются при статических расчетах.
11 ।
22
окончательных выводов, так как нет возможности учесть сжатие
монтажных опор. Поскольку упомянутая выше пробная нагрузка
соответствует равномерной нагрузке 500 кН/м1 2 (0,2x2,5), то можно
сказать, что образование трещин не снижает пригодности и соответственно
несущей способности покрытия.
В подобных случаях, учитывая наличие остаточных трещин и малую,
толщину защитного слоя (здесь он равен 1 мм), рекомендуется в
помещениях с повышенной опасностью коррозии (например, кухнях,
ванных, умывальных комнатах и т.п.) предусматривать в нижней части
перекрытия выравнивающий слой из искусственной смолы или аналогич-
ного материала, чтобы надежно предотвратить возможные отслоения
бетона из-за образования трещин.
5. Использование ультразвука. С помощью ультразвука можно,
используя формулу ~u2=- E/d (JJ-скорость распространения звука в
исследуемом элементе, Е — модуль упругости, d — толщина исследуе-
мого элемента), по найденным значениям Е определить прочность.
Ультразвуковые измерения применяют в основном при таких
разрушающих воздействиях, как многократные циклы замораживания и
оттаивания или другие химические и физические воздействия, чтобы
проверить процесс набора бетоном прочности и установить наличие
трещин, разрыхление структуры, скопление гравия или другие дефекты.
6. Методы с использованием рентгеновских лучей. Для проверки
положения и диаметра арматуры можно использовать рентгеновские
лучи. Просвечивание рентгеновскими или гамма-лучами 1 позволяет, с
одной стороны, определить положение и свойства (состояние, степень
коррозии) стальной арматуры, а с другой — дополнительно*установить
зерновой состав (структуру бетона) и составляющие бетонной смеси. По
достоверным данным, такие испытания не оказывают отрицательного
влияния на бетон и арматуру.
2.1.2. Испытания на моделях, статика моделей
Испытания на моделях должны выявить физические и технические
свойства конструкций. К таким испытаниям относятся измерение
давления воздуха на моделях в аэродинамической трубе, исследование
упругих напряжений в строительных элементах путем применения
прозрачных моделей (метод фотоупругости), предварительная оценка
акустики больших помещений путем испытания моделей в бассейне с
водой. Исходя из картины распространения возникающих при этом волн,
можно наиболее простым способом определить благоприятную конфигу-
рацию помещения.
Перенос результатов, полученных при испытаниях моделей, на
реальные конструкции требует не только геометрического подобия
модели и оригинала, но также пересчета измеренных значений по
принятым для моделирования правилам, в формулировке которых
играют значительную роль числа Маха и Рейнольдса при аэродинамических
1 В ФРГ для испытаний элементов большой толщины применяют гамма-лучи
(Федеральное главное дорожное управление)
23
Рис. 2.8. Расположение арма-
туры в бетоне
м С ПОМ
ЙрГНО
Ж 1№Г
[W3, уч
J ВД0&
инея
леями
дан лог
испытаниях, а также закон подобия Кауха при испытаниях методом —те гараш
фотоупругости. .•.целей.
Для экспериментального определения картины распределения усилий
и напряжений в основных элементах конструкций, т.е. для оценки их -дари
величины, направления и знака, существуют различные способы: метод иввдодной
измерения удлинений в соединении со способом определения напряжений ьдопускаем
по величине трещин на лаковой пленке1; рентгенографический метод пткоюр
(рис.2.8 и 2.9). использование эффекта Фарадея, оптический и хшмисре
акустический методы с использованием аналоговых 2 диаграмм и тмпоиол
диаграмм напряжений. Значительное развитие получил метод фотоупру- акЬеега
гости как эффективное и ценное вспомогательное средство при ' ют м
испытаниях, относящихся к облаете сопротивления материалов и «ни у
пластичности. При методе фото упругости в качестве моделей исполь- пописан
зуются образцы из высокоактивной, т.е. двоякопреломляющей искус- ‘«otae
ственной смолы (например, декорит или аральдит), которые имеют -Шета
такую же форму и нагрузку, как и реальные конструкции.
Поляризованный свет при определенных условиях наблюдения
позволяет получить две системы линий: изохромы (величины напряже-
ний) и изоклины (направления), по которым определяется поле
1 Хрупкий лак наносится на поверхность строительных конструкций; под
нагрузкой происходит разрыв лаковой пленки в направлении, перпендикулярном -ЗДфотО)
максимальным растягивающим напряжениям. - ;щ
~ Для оценки напряженного состояния использую! физические процессы, -ЛННадзор
основанные на тех же математических законах. с ще[
'-Лад
зй Орон
* * кещ
W
Рис.2.9. Рентгеновский снимок железобетон- ' У'-ЛВВДу
ной плиты толщиной 20 см (рис. 2.8 и 2.9
взяты из работ: С. и Е.Респондек. 1918, т.38. i,
с.875. Фишер и Б. и Е.Фаупель, 1938, т.5.
с. 87)
1 — чистая сталь без ржавчины; 2 - поверх- ’ Пред
ность со слабой ржавчиной; 3-стержни с -' Йэдй
большим слоем ржавчины; 4, 5 — сильно
корродированная арматура W
24
г
apt
!Т®
нки».
мен
ИИ
Mil
жий
амм
гоуяр
iO Ilf
алов
|ИСП0?
ИСК),
ИЫЙ
tae
апрв
;я по:
1ий;
УЛЯР*.
ipoue;
взобег
!.8и’
918, т.?
938,1
- повср
тер»®
С- сия*
напряжений. С помощью этого метода может быть исследовано как
плоское (двухосное), так и объемное (трехосное) напряженное
состояние.
Результаты, полученные при испытаниях моделей, с помощью
простого расчета, учитывающего изменение формы на основе статичес-
кого закона подобия, могут качественно переноситься на реальные
конструкции независимо от материала, из которого они изготовлены.
Многочисленные испытания и контрольные расчеты, проведенные для
оценки точности этого оптического метода, показали, что при плоской
фотоупругости гарантируется точность от 97 до 98%, достаточная для
практических целей. Точность метода объемной фотоупругости колеб-
лется от 90 до 95%.
При проектировании конструктор располагает свободой выбора,
ограниченной, с одной стороны, необходимой степенью надежности, т.е.
величиной допускаемых напряжений, а с другой — требованиями
экономичности, которые предполагают достижение поставленной цели
наиболее простыми средствами. В связи со все более расширяющимися
требованиями по использованию материалов возникает необходимость в
проведении все более точных статических расчетов.
Однако имеется множество случаев, когда из-за приближенно
заданных граничных условий приходится отказываться от точного
математического описания и ограничиваться приближенными формулами,
которые обычно обеспечивают надежность строительных конструкций с
запасом, вследствие чего возникает значительный перерасход материалов.
Здесь метод фотоупругости оказывает ценную помощь, позволяя
обеспечить наибольшую несущую способность путем выбора наиболее
целесообразной формы и материала.
Кроме того, этот метод может широко применяться для исследований
в области механики деформаций материалов и для определения
напряжений.
Наконец, метод фотоупругости более других пригоден при решении
сложных вопросов из области статики и при конструировании. Он
позволяет органам надзора в сомнительных случаях надежно контроли-
ровать расчет и дает возможность в спорных случаях, например при
рассмотрении судебных дел, принимать доказательные решения.
В заключение можно сказать, что необходимыми предпосылками для
выбора той или иной строительной конструкции или материала помимо
всего прочего являются достаточные знания о свойствах материалов и
результатах испытаний.
При этом не всегда самым пригодным является материал с
наилучшими механическими характеристиками. Наиболее экономичен тот
материал, который при минимальных затратах на заготовку и обработку
в практических условиях полностью выполняет свое назначение.
Успешное применение метода фотоупругости позволяет решить самые
сложные вопросы (рис. 2.10—2.11, в данном случае для стальных
конструкций).
На рис.2.12—2.14 представлена серия испытаний, показывающих
распределение напряжений (по величине, направлению и знаку) в
угловом сечении прямоугольного узла рамы с вырезом и без выреза в
выступающем углу.
25
10»*
1
21 2
Е 3
Рис.2.10 и 2.11. Аппаратура для исследований методом фотоупру-
гости с приспособлением для нагружения (на рис. 2.11 анализатор
снят)
1 блок ламп с молочным стеклом; 2 — поляризатор; 3 -
анализатор; 4 - нагрузочная рама
(ВМЫ Ci
Ж ИЗО'
Прежде всего можно заметить очевидное сжатие изохром в основании
выреза, значительную концентрацию напряжений, что вызывает необхо-
димость принятия специальных конструктивных мер. Как показывают
эти исследования, наблюдаемое воздействие надрезов в углах рамы с
вырезами служит причиной тяжелых аварий в строительстве.
Это связано с влиянием возрастания напряжений, возникающего
обычно в местах изменения поперечного сечения и в других местах.
Опасность такого явления может быть снижена при устройстве
закруглений с максимально возможным радиусом в местах перехода
между двумя поперечными сечениями и применении других конструктив-
ных мероприятий. Если нельзя избежать расточки канавок, поперечных
отверстий и т.д., то необходимо применять материал, который даже с
надрезами обладает достаточной способностью к пластическим деформа-
циям, что позволяет ему выдерживать местные перегрузки без
разрушения. Данные о поведении материала могут быть получены при
испытании образца с надрезом на ударную вязкость.
На рис. 2.15 и 2.16 (вырез выполнен с помощью газовой резки, а
клиновидный элемент балки вырезан автогеном) приведены результаты
экспериментов, показывающие, что не собственные напряжения (т.е.
напряжения, возникшие при остывании после проката металла), а
напряжения от обработки балки, например газовым резаком, приводят к
’ анищ
- чдеищ
г
Рис. 2.12. Сплошной угол рамы сварной
стальной конструкции
•ира3[
и надре3|
Лепщд
Wpoi
26
Рис. 2.13. Расположение изохром
к-
тор
i Нацарапаны
I на передней
Сечение по Граничная] стороне
диагонали ~| линия J модели
Рис. 2.14. Угол рамы с выре-
зом - распределение изохром
)СН0£
It inj
разьс.
х рам
ркам
х мест,
(строю
пера
'струп
taepte
ШДЙ1
Деф.
узки t
,гчены1
Рис. 2.15. Вырез, сделанный газовым
резаком
I резв
,езул№
ш ।
|таллг)
рИВОдл
Рис.2.16. Балка с вырезанным авто-
геном клиновидным элементом ,
образованию трещин и разрушению, так как избыточное количество
CBJf; подводимого тепла и надрезы в месте изменения сечения вызывают не
учитываемые при расчете пики напряжений. В этом случае для испытаний
также может применяться простой и наглядный метод фотоупругости.
27
3. ИЗОЛЯЦИЯ ОТ ВЛАГИ
Для борьбы с повреждениями конструкций от проникания влаги
требуется гидроизоляция от поверхностных, сточных, напорных и
грунтовых вод (особый случай), рис.3.1 и 3.2. Гидроизоляция
препятствует прониканию влаги в конструкции и обеспечивает надеж-
ность их работы и гигиеничность помещений.
При выполнении гидроизоляции необходимо стремиться к предотвра-
щению повреждений, так как ликвидация последствий всегда связана с
большими трудностями и затратами, чем их предупреждение. Для
ликвидации повреждений, возникающих под действием влаги, требуется
проведение специальных мероприятий. Выполнение таких работ' с
соблюдением необходимых мер предосторожности целесообразно пору-
чать фирмам, специализирующимся в области устройства гидроизоляции.
Имеются специальные указания, регламентирующие выполнение
гидроизоляционных работ. К ним относятся ’’Временные указания по
гидроизоляции инженерных сооружений” (ГИС) управления железных
дорог и ДИН 4031 для гидроизоляции от напорных вод. Оба документа
включают общие принципы, полученные в результате накопления опыта в
течение десятилетий; их необходимо принимать во внимание при
устройстве гидроизоляции как в отношении выбора строительных
материалов, так и в отношении способов производства работ. Эти
документы содержат требования к гидроизоляции.
Общие положения. В принципе все части зданий, находящиеся в
грунте, необходимо защищать от проникания влаги (влажность основания
и грунтовые воды), чтобы предотвратить разрушение строительных
материалов и предохранить жильцов от антисанитарных условий.
Неквалифицированное и в еще большей мере небрежное проведение
’’заградительных” мероприятий ведет к повреждениям, последующая
Рж. J.
"W
шурои
I - W
‘ рое
• об
ирабог
стр
’.... не во;
ЯШ (№
МЩЯ)
«ращ]
-ИЗОЛЯЦИИ
-Л ®ЙВК|
иий й
'ЭД Ж|
9 ®р
®иаю:
Wrc
4 я ее ।
-1Ийе к
1,1,1 кии
г* Пае,
'®ршия
'1 We
-Я® re
Рис. 3.1. Виды влаги, вызывающей повреждение строи-
тельных конструкций
1 — атмосферные осадки; 2 — конденсат; 3 — подпор-
ная вода: 4 - фильтрационная вода; 5 - изменение
пластов; 6 — пластовая вода; 7 — влага основания;
8 - грунтовые воды
г-ЧЛр1|;
' " зр.)
28
Рис. 3.2. Образование линз льда Вода,
поднимающаяся по капиллярам, замерзает
На уровне промерзания грунта
1 - выпучивание грунта; 2 - уровень про-
мерзания; 3 - грунтовые воды
Btt
№.
ЭЛЯЕ
И»
OB
ЗЛЯ1:
3Jlft
It®
глезв
куме,
ом
we I-
raw-
er. '
дней
HOBS
гели
(cm.
эведс
ликвидация которых обходится значительно дороже, чем тщательная
квалифицированная работа при новом строительстве.
Если на бетонных строительных элементах выступает влага, то, как
правило, виновата не водопроницаемость самого бетона, а отдельные
дефектные участки (неплотность прилегания, трещины, пустоты,
дефектная гидроизоляция), неправильно выполненные рабочие швы и
проникание влаги через гидроизоляцию.
Типы гидроизоляции (мероприятия по устройству преград для
воды) 1.
1. Уплотняющие добавки для раствора и бетона. Бетон и раствор в
большей или меньшей степени водопроницаемы благодаря своей
структуре, имеющей микротрещины. Химические добавки могут
изменить структуру пор и повысить плотность материала путем
образования водоотталкивающих соединений (например, сикки, церезита
и др.) При этом речь идет о порозаполняющих материалах (например
кремниевая кислота и ее соединения) или материалах, снижающих
водоцементное отношение (органические и неорганические вещества,
позволяющие снизить количество затворяющей воды). Непригодны
любые добавки, которые вызывают образование химических соединений,
разрушающих бетон, выцветы солей, усадку или снижение прочности.
2. Изоляция из битума и смол:
а) уплотняющие покрытия (уплотнительные пасты); уплотняющее
покрытие достаточной толщины (минимум трехслойное) служит для
поверхности строительной конструкции защитной рубашкой, предотвра-
щающей проникание влаги до тех пор, пока в конструкции не возникает
трещин.
1 Здесь подробно не рассматриваются средства для пропитки поверхности
(фторосиликаты, силикаты и др.); по этому вопросу см. ’’Указания по
гидроизоляции инженерных сооружений”.
29
При этом рубашка должна иметь прочное сцепление с поверхностью
сооружения и, креме того, обладать способностью деформироваться
вместе с конструкцией и перекрывать волосяные трещины без разрывов и
отслоений. Если, например, речь идет только о влажности основания, то,
как правило, достаточны битумные покрытия по ДИН 4117 (изоляция
строительных конструкций от влажности основания). При более высоких
требованиях к изоляции необходимо принимать во внимание требования
указаний ГИС. Известные черные покрытия по этим указаниям не
считаются водонепроницаемыми при продолжительной эксплуатации;
б) изолирующие ленты; в противоположность мастичным покрытиям
изолирующие ленты состоят из битумных изоляционных материалов со
специальным вкладышем (так называемым изоляционным каркасом)
или изготовляются из термопластичных синтетических материалов или
меди;
в) защитные слои; уложенную гидроизоляцию необходимо как можно
быстрее защитить от механических поврежде ний, химического разруше-
ния и влияния температуры путём нанесения верхнего защитного слоя и
забутовки конструкции.
В качестве гидроизоляционных слоев для стен вполне пригодны
асфальтовые стяжки, плиты из прессованного бетона или кирпичные
блоки, бетонные стяжки с арматурой и без нее. С помощью специальных
фасонных кирпичей может достигаться защита изоляционных слоев и
быстрый водоотвод.
3.1. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ОТ БЕЗНАПОРНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОД
Изоляция должна полностью отделять или покрывать защищаемую
конструкцию или ее часть в опасной зоне и предотвращать проникание
безнапорных вод. представляющих собой воду в капельно-жидком
состоянии 1 .(например, атмосферные осадки, фильтрационные воды,
хозяйственные воды), которые обычно не производят на гидроизоляцию
никакого давления или очень слабое временное гидростатическое
давление.
Выбор целесообразного типа гидроизоляции зависит от свойств
безнапорных вод и строительного основания, а также от ожидаемых
физических (особенно механических и термических) и химических
воздействий. При этом может идти речь как о внешних (климатических)
воздействиях на конструкции, так и о назначении здания и его частей.
Для предотвращения длительного подпора воды необходимо при-
нимать во внимание принципы дренирования зданий в соответствии с
ДИН 4095 и приложениями (1973 г.), рис.3.3-3.6. Другие особенности,
связанные с материалами для гидроизоляции, ее типами, конструкцией
защитных слоев, освещаются в соответствующих разделах ДИН 4122, где
приведен ряд примеров практического применения норм.
В пр<>1ивоположнос гь капиллярной влаге.
Рис.3.3. Пример дренажа (наиболее
простая конструкция при малом
уклоне подстилающего слоя, по ДИН
4095)
1 — водоотталкивающее покрытие;
2 — уклон; 3-водоотвод наружу;
4 — плоский фильтр (песчаный гра-
вий) ; 5 — бетонная подготовка (тол-
щина зависит от уровня дренажа);
6 — камни, крупная галька размером
от 30 до 70 мм; 7 - стеновой дренаж
(песчаный гравий с размером частиц
от 1 до 20 мм); 8 - прилегающий
грунт (илистый песок)
Отмечается известное совпадение ДИН 4122 с ДИН 4117 и 4031*. Эти
нормы предусматривают проведение ряда мероприятий, обеспечивающих
надежность изготовления и испытаний гидроизоляции.
При проектировании и расчете необходимо принимать во внимание
следующие рекомендации:
уже при проектировании здания с гидроизоляцией необходимо создать
предпосылки для высококачественного устройства гидроизоляции, а
также учесть изменение взаимодействия между гидроизоляцией и зданием
и при необходимости с помощью соответствующих конструктивных
мероприятий сохранить нагрузки на гидроизоляцию в допустимых
пределах;
* ДИН 4117. Гидроизоляция зданий при влажном основании
ДИН 4031. Гидроизоляция от напорных вод.
Рис. 3.4. Пример применения дренаж-
ной канавы в качестве внешнего
дренажа (по ДИН 4095)
1 - водоотталкивающее покрытие;
2 — уклон; 3 - водоотвод наружу;
4 - плоский фильтр (песчаный гра-
вий) ; 5 - фильтрующий песок: 6 -
бетонная подготовка (толщина за-
висит от уровня дренажа); 7 -
дренажная груба (см. рис.3.5); 8 -
крупная галька размером от 30 до
70 мм; 9 — стеновой дренаж, песча-
ный гравий с размером частиц от 0,6
до 20 мм; 10 - сниженный уровень
грунтовых вод; 11 — песок с разме-
ром частиц qt 0 02 до 2,0 мм. 12 -
первоначальный уровень грунтовых
вод
31
Рис.3.5. Деталь конструкции фильтра, при-
веденного на рис. 3.4. (способ фильтрации по
Тсрцаги. см. ДИН 4095, рис.З)
I — крупная гальча (гравий с размером
частиц от 30 до 70 мм); 2 — стеновой
древгж, песчаный гравий с разменом частиц
от 0,6 до 20 мм; 3 — песок с размером
частиц от 0,02 до 2,0 мм; 4 - прилегающий
грунт (ич)
возникновение в здании трещин, которые не могут быть перекрыты
гидроизоляцией, необходимо предотвратить с помощью конструктивных
мероприятий (швы, достаточная теплоизоляция, армирование, раздели-
тельные слои),
расположение швов в здании или его частях при проектировании
задается с учетом требований, предъявляемых к гидроизоляции;
гидроизоляция должна нагружаться только сжимающими силами,
перпендикулярными ее поверхности, и не должна подвергаться воздейст-
вию растягивающих или касательных усилий. С помощью контрфорсов,
анкеров или других конструктивных элементов должна быть исключена
возможность скольжения или выпучивания элементов здания, прилегаю-
щих к гидроизоляции;
как правило, гидроизоляция должна укладываться между жесткими
элементами зданий. Если это невыполнимо, то следует применять
обычные типы гидроизоляции по указанным нормам (п.7.3.2) и
гидроизоляцию с заливкой и закаткой по п.8.2.3;
в зданиях, гидроизоляция которых рассчитана на безнапорные воды,
необходимо предусмотреть длительно действующий водоотвод (см.
рис.3.3—3.6);
поверхности зданий, на которые укладывается гидроизоляция,
должны быть прочными, сухими, гладкими и не иметь гнезд, зияющих
трещин или выступов; их углы и грани должны быть прямолинейными и
иметь закругления радиусом не менее 4 см;
в тех случаях когда гидроизоляция должна свободно укладываться на
теплоизоляционные слои, необходимо принимать во внимание указания
для покрытий из сплошных конструкций 1 по предотвращению поврежде-
ний из-за влаги, имеющейся в теплоизоляции или попадающей в нее из
других конструкций здания;
слои теплоизоляции, на которые непосредственно укладывается
гидроизоляция, должны иметь такую термостойкость и прочность, чтобы
при хождении людей, укладке гидроизоляции и выполнении последующих
работ, а также при эксплуатации не снижалась изолирующая способность
и не возникало опасных изменений формы;
детали зданий, проходящие сквозь гидроизоляцию (например, трубы,
сточные желоба), должны иметь соединительные элементы, обеспечиваю-
щие водонепроницаемое крепление изоляции к соответствующей детали.
1 ДИН нахочигся в разработке.
I
f
и
и
г дем
л их со
Ж Труб
। ]ри нео1
WIH0I
Л И своб(
jMiuoe
•« с иовер
WHI алии
вием еяущ
'Иг неме.
•прнвепещ
”$боваш
ГВДр
wyi ок
Х’ИВЦПО®
предо
Лв ПОД п
гМрите.
-‘Лея t
•«Шло
aSOJlxn
'Ллящ
«кивав
й»виц
-'» форму
11 *ровв
"Мыват
‘^МВВЕу
ЛЙ в С1
32
3, Г
чае
И..
:п®
Mi
»в„
СИ"'
Ш
фор:
:лж
ШИ;
сткн*
Wi-
ll)
е вод
1 (а
MF
1ЯЮЕ
ШК
Ж:
ш
зрев;
НЙГ
шв.
мв
>бнс:
труб
Ж
цеп
Рис.3.6. Схема дренажа на склоне при сильном
притоке внутренних и поверхностных вод (по
ДИН 4095)
1 - лоток для отвода поверхностных вод;
2 - поверхностные воды; 3 - граница старой
выемки; 4 - вода, стекающая по уклону; 5 —
вновь заполненная выемка; 6 — бетонная
подготовка; 7 — бетон; 8 — гравий; 9 —
изоляция; 10 — стеновой дренаж
Сквозные детали располагают таким образом, чтобы гидроизоляция
окружала их со всех сторон и могла крепиться к соединительным
элементам. Трубопроводы должны иметь внешнюю трубу-рубашку,
которая при необходимости также позволяет осуществить крепление
теплоизоляции и облегчает монтажные работы. Водоотводные элементы с
жесткими и свободными фланцами необходимо устанавливать таким
образом, чтобы поверхность жесткого фланца располагалась в плоскости,
граничащей с поверхностью гидроизоляции. После укладки гидроизоля-
ции наносят защитный слой в соответствии с п.9 ДИН 4122, за
исключением случая гидроизоляции, указанного в п.7.3.2. Защитный
слой наносят немедленно (исключение составляют случаи устройства
изоляции, приведенные в пп.7.6.2 и 7.6.3 ДИН 4122).
Общие требования по устройству гидроизоляции:
устройство гидроизоляции при наличии атмосферных условий,
которые могут оказать на изоляцию неблагоприятное воздействие,
разрешается выполнять только в том случае, когда приняты специальные
меры, надежно предохраняющие от этих воздействий;
основание под гидроизоляцию, которая должна наклеиваться, как
правило, предварительно обрабатывается грунтующим составом. Под-
готовка наносится таким образом, чтобы закрыть поры основания и
полностью смочить поверхность;
подготовка должна быть полностью просушена, прежде чем начнется
укладка гидроизоляции;
нельзя наклеивать гидроизоляцию на влажное основание;
в сырых и влажных помещениях гидроизоляция должна иметь
лоткообразную форму. Обычно она заводится на стены не менее чем на
15 см над поверхностью пола. В душевых гидроизоляция должна заво-
диться на стены на 30 см выше уровня душа;
покрытия дворовых подвалов, балконов, террас и т.д. должны
полностью перекрываться гидроизоляцией. Гидроизоляция загибается не
менее чем на 15 см вверх от уровня укладки на стены, парапеты, колонны
и т.д., заводится в стену и защищается от повреждений. На краевых
33
1
участках при наличии засыпных стен гидроизоляция загибается вниз на
20 см над швами в местах укладки покрытия. В местах, где проходят
водоотводные элементы, например у водосточных желобов, необходимо
обеспечить водонепроницаемое крепление гидроизоляции (по этому
вопросу см. конструктивные указания в ДИН 4122, рис.5—10).
Обеспечение надежности и испытания гидроизоляции:
свободнолежащую гидроизоляцию, особенно на вертикальных или
наклонных поверхностях, следует предохранять от сползания при
длительной солнечной радиации или температурах, близких к точке
размягчения клеяшей массы;
перед укладкой защитного слоя необходимо тщательно проверять
наличие дефектов в гидроизоляции (пустот, дефектов окраски, поврежде-
ний и др.) ; их нужно фиксировать и ликвидировать по участкам. После
этого немедленно наносят защитный слой. Если происходит задержка с
укладкой защитного слоя, то перед началом работ еще раз проверяют
наличие повреждений на гидроизоляции.
Защита гидроизоляции при производстве строительных работ:
по незащищенной гидроизоляции можно ходить только в случаях
крайней необходимости в мягкой обуви;
на гидроизоляции, как правило, нельзя складировать материалы; это
разрешается делать только в тех случаях когда она затвердела и имеет
достаточную прочность на растяжение, а также если приняты меры против
ее скольжения;
укладку защитного слоя по гидроизоляции на наклонных поверх-
ностях можно производить только снизу вверх. Бетонирование или
кирпичная кладка по наклонным защитным слоям должны также
выполняться только снизу вверх.
Другие дополнительные требования видны из рассматриваемых далее
примеров разрушений.
П р и м е р 3. 1. Гидроизоляция террас. Строительство современных
жилых домов в форме террас и пирамид потребовало решения ряда
сложных планировочных и технических проблем, связанных с особен-
ностями этого типа зданий (балконы, террасы, цветочники, сады на
крышах).
При этом всегда остаются актуальными проблемы эффективной
гидроизоляции.
Гидроизоляция террасных жилых построек, показанных на рис.
3.7—3.9, выполнена по принципу перевернутого покрытия. Конструкция
гидроизоляции показана на рис.3.8 и 3.9.
В состав конструкции входят следующие слои (снизу вверх):
монолитное покрытие (железобетон марки В350), стеклянный прочес,
аспреновая пленка толщиной 1,2 мм (в качестве водоносного слоя;
уложена свободно, стыки заварены волнообразно поДИН 4122,п.8.3.3),
слой теплоизоляции (полистирол марки ’’Руфмат”), щебеночная засыпка
толщиной 60 мм, плиты из бетона с обнаженным заполнителем (около
40x60x3 см), уложенные с уклоном, швы заполнены каменной крошкой.
Водоотвод осуществляется через решетки с перепускными трубами и
дополнительно установленные водосливные выпуски (диаметр труб
1 Широкое распространение получило устройство сооружений в виде ступенча-
того повторения элементов (балконы, террасы, сады на крышах). "Висячие сады"
XX столетия дополняют недостаток зелени и цветов в море каменных построек.
34
ИЛТерраш
Ьктощ
ПИИВ1Ю1
ИГО, Д(
Mil
-W слог
зиадбо
'®Шным
Жш на,
М®
“И.
8® .тли
ЧЧЩЦИНИ
йнн®
й
Шовкш
Hanpj
«Ши,
‘ Wffl с
1 сколо 5
’ ’^ием
-''W
крз
JHob.
на
Пример
*®ЙГ£Л
JXHt
MB'
pibl n
1МЫХЕ
врем®
гения f
с ок?
сад
к н>
нстру
у ВГ
JO l
,n.8J
Я Я
м (e
tatf
fpySi
icif
3 см). Водосточные трубы для защиты от замерзания и обледенения
располагаются в поперечных стенах (перегородках).
Кроме того, дополнительно можно отметить, что при отсутствии
уклона пола укладывается полиэтиленовая пленка, служащая водоне-
проницаемым слоем (ковром). Это означает, что такая пленка
укладывается свободно без клеевого соединения с основанием.
Разделительным слоем между бетоном и пленкой служит необработан-
ный стеклянный начес. Теплоизоляция состоит из полистирольных плит
толщиной 70 мм марки ’’Руфмат”, расположенных над водонепроницае-
мым слоем.
В качестве плитного покрытия применяются плиты из бетона с
обнаженным заполнителем размером 40x60 см толщиной от 30 до 50 мм
и менее. Плиты лежат на подготовке из обломочной каменной крошки с
зернами размером от 3 до 7 мм; подготовка имеет небольшой уклон.
Толщина подготовки из каменной крошки меняется от 40 до 70 мм.
Все террасы направлены на юг. На южном краю террас установлены
бетонные цветочники, которые в продольном направлении проходят над
двумя несущими стенами. Расстояние между несущими стенами
составляет около 5,3 м. Под цветочниками нет плит из бетона с
обнаженным заполнителем.
Между покрытием из бетонных плит с обнаженным заполнителем и
прилегающим ограждением укладывается пленка шириной от 3 до 4 см,
заполненная каменной крошкой. Плиты из бетона с обнаженным
заполнителем могут перемещаться во все стороны при температурных
перепадах.
Одновременно краевые швы, заполненные каменной крошкой,
L пригодны для дренирования поверхностных вод.
Lei Дополнительно на каждой террасе устраивается сливная труба,
Ф расположенная примерно на уровне нижней грани бетонных плит с
обнаженным заполнителем.
Г
35
Рис. 3.8. План типового этажа террас
1 — оконные элементы; 2 — воронка; 3 — водослив; 4 —цветочники
При устройстве конструкции гидроизоляции выяснилось, что
поверхность покрытия расположена на 16—19 см выше
водонепроницаемой пленки (см. прим. 2 на стр. 38).
Каменная крошка, применяемая в качестве постели для бетонных
плит с обнаженным заполнителем, представляет собой хороший
фильтрационный слой (хороший дренаж), который быстро пропускает
воду. Кроме того, дополнительно для повышения надежности
устанавливаются сливные трубы, которые начинают действовать в тот
момент, когда вода поднимается до заданного уровня (примерно на 5 см
ниже поверхности покрытия террасы).
Террасные решетки не должны замерзать, так как сливные трубы
проходят в жилых помещениях. Тепло, попадающее на решетку из этих
помещений, достаточно велико и предотвращает образование льда (по
этому вопросу имеются опытные данные).
Предусмотренная первоначальным вариантом укладка стеклянного
прочеса между теплоизоляционным слоем и щебеночным покрытием
может быть исключена (влияние процесса спорно).
Рис.3.9, а, б
1 — цветочник; 2 — покрытие из алюминиевого сплава; 3 — высота боковой
перегородки для установки цветочника; 4 - пленка (прибита гвоздями); 5 -
защитный лист из алюминиевого сплава; 6 — минимальный уклон по поверхности
плит; 7 - плиты из бетона толщиной 50 мм; 8 - положение сливной
решетки, 030 мм; 9 - щебеночная постель толщиной 30—60 мм; 10 - деревянный
брусок размером 20x8 мм; 11 — теплоизоляция марки ’’Руфмат” толщиной 70 мм
(не поглощает влагу) ; 12 — водоносный слой высотой 1,2 мм, аспреновая пленка;
13 — крепежные рейки + облицовка стекловолокном; 14 — дощатая обшивка;
15 — крепежный уголок размером 60x60 над планкой, уголок не сплошной; 16 -
монолитное бетонное покрытие; 17 — болты для фиксации защитного листа из
алюминиевого сплава; 18 — пленка с лентой из алюминиевого сплава, крепится с
помощью гвоздей; 19 - соединительная деталь, см. рис.3.9,в; 20 — оконный
брусок; 21 — основание из стеклянной сечки VII
Рис.3.9,в. Соединительная деталь по проекту
I — дверной элемент; 2 — замазка; 3 — полка (обернута пленкой); 4 —
металлическая лента; 5 — защитный лист; 6 — испытание на водонепроницаемость;
7 - сварка; 8 - кремнистая галька; 9 - обкладка плит; 10 - щебень
36
Конструкция деталей, а также другие изменения показаны на
рис.3.9,6,в (см. также результаты внешнего осмотра). В целом работы по
укладке гидроизоляции проводились на площади около 1500 м<
Результаты внешнего осмотра. На основе осмотра террас, а также
сверки с планом сооружения удалось установить отдельные отклонения
от проекта, дефекты и повреждения:
а) места, отсыревшие вследствие поступления воды в прилегающие
помещения; проникание влаги через вышележащие террасы и появление
)СЬ,
Bl
ieioi
Хорог
onyci
new
ив в
iohbJ
,ie i[ji
у rar
льда
37
влаги в стыках оконных коробок и дверных элементов — соединения дадо
деревянных элементов разбухли и покоробились; )яШ
б) пятна и трещины, оставшиеся на внутренних стенах после
неудавшихся испытаний на водопроницаемость; -.и учи
в) отсутствие стеклянной сечки, как уже указывалось выше; ши ло
г) недостаточная пленочная обертка (на полках необходим двойной ужю,
слой пленки в соответствии с рис.3.9,в) ; у-юзнв
д) изменения в конструкции листовых покрытий. .мри
Выводы. Конструкция гидроизоляции террас не учитывает Шлри
значительных деформаций ее элементов, возникающих в процессе --дашц
эксплуатации. По данным визуального осмотра гидроизоляция в жж ш
основном соответствует контракту и действующим нормам на ее де^жгов
изготовление. Однако для точности необходимо отметить, что по щцобслу.
сравнению с требованиями ДИН 4122, п.8.1.5 гидроизоляция вшИ)
расположена слишком низко- (в данном случае это связано с уровнем „аяшеевре
дверного порога). -.пи
Кроме того, необходимо иметь в виду, что принятая конструкция так №11
называемого ’’перевернутого покрытия” является новинкой, еще не жршш
имеющей опыта длительной эксплуатации. ill-(в 1961
Отклонения от чертежей в соответствии с пунктами ”в”, ”г” и ”д” при i авд(лов
эффективном водоотводе не оказывают на гидроизоляцию решающего T(WE,
влияния. Долговременный надежный водоотвод обеспечивается моодх»
своевременной очисткой решеток и прочисткой сливных труб.
Указания по уходу и техническому обслуживанию см. в ’’Указаниях
по изготовлению плоских кровель”, п.5.2.
При беспрепятственном водосливе вряд ли может возникнуть опасный .('Золяцияо
гидростатический напор-3. Таким образом, решетки не подвержены
обледенению и замерзанию, так как их водостоки, как уже указывалось, 'Эопрунгс
располагаются в поперечных стенах. J»w6esi
Своевременно проведенные восстановительные работы на нескольких -«илярная
дефектных участках подключений и в местах неплотностей ’всеадиме
гидроизоляции, а также повторные удачные испытания на земоми/
водопроницаемость^* (см. прим. 1 на стр. 38) позволяют надеяться, что
получена нормальная гидроизоляция (зто относится только к отдельным ;
террасам). Jp®t и
Проникание новой влаги после сильного длительного дождя позволяет
с большой долей вероятности сделать вывод о повреждениях
гидроизоляции вследствие невыполнения специальных требований во WUll
________________ * Ш
Для их проведения пользуются нормами ДИН или соответствующими
указаниями; обычно заметным уровнем воды считается уровень, по возможности
закрывающий покрытие. Во время проведения испытания закрываются решетки и , I17™
сливные трубы и ’’гидроизоляционная ванна” заполняется водой. ’“ИрИЯЛь
Требуется не менее 15 см над уровнем поверхности покрытия.
J Среднее количество атмосферных осадков (многолетнее, т.е. в среднем за
много лет) составляет около 141 мм. '"цЧ1Вц(
•4( толб воды при этих испытаниях имеет в среднем высоту 14 см и держится
более трех недель. Последнее, правда отвечает требованиям к гидроизоляции при
безнапорных водах.
38
время производства строительных работ, см. ДИН 4122, пп. 10.1 — 10.3 и
пп.8.3.3 и 8.3.4 (дефектное исполнение при недостаточном строительном
надзоре).
На этих участках следует принимать во внимание возможность
образования лотков, так как бетонные плиты подвергаются
деформированию, вызванному, с одной стороны, перепадом температур, а
с другой — возникновением дополнительных нагрузок, в данном случае
от кладки парапета и тяжелых цветочников.
Ремонт. В принципе возможен ремонт гидроизоляции; в устройстве
новой гидроизоляции в таком случае нет необходимости.
По мнению специалистов, после успешного квалифицированного
удаления дефектов и повреждений, а также при правильном уходе и
техническом обслуживании террас не следует в дальнейшем ожидать
появления новых повреждений, связанных с гидроизоляцией.
В настоящее время действуют следующие нормы на изготовление и
проведение испытаний гидроизоляции:
ФОБ, ч. С, ДИН 18338 (1974). Кровельные и гидроизоляционные
работы на покрытиях;
ДИН 4122 (в 1968 г. подготовлены вновь). Гидроизоляция зданий от
безнапорных вод (поверхностные и фильтрационные воды);
ДИН 18337 (ФОБ, часть С) . Гидроизоляция при безнапорных водахк
Указания по устройству плоских покрытий (январь 1973 г.).
3.2. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ОТ ГРУНТОВЫХ вод
Изоляция от грунтовых вод в соответствии с ДИН 4117 представляет
собой изоляцию от безнапорной воды, имеющейся в грунте (всасываемая,
пленочная, капиллярная и безнапорная фильтрационная вода).
В грунте всегда имеется влага, поэтому во всех случаях необходимо
счи гаться с подъемом и ростом количества влаги в грунте.
В связных грунтах или на откосах общие мероприятия, проводимые в
соответствии с ДИН 4117 (п.З), достаточны только тогда, ’’когда
эффективный дренаж исключает появление напорных вод”, см.п.3.1,
рис. 3.6. •
Для защиты зданий от напорных вод (например, грунтовых вод)
действительны нормы ДИН 4031, см. п.3.3.
Изолирующие средства. Поскольку применяемые материалы не
нормируются, их пригодность определяется, на,.ример, общими требова-
ниями к строительным материалам.
Для изоляции от грунтовых вод используют следующие средства:
1) битумные материалы:
а) подготовки (только холодная обработка);
б) накрывочные слои (холодная или горячая обработка);
в) шпаклевки (холодная или горячая обработка);
г) клеящие составы (только горячая обработка);
2) картон;
1дИН 18336.”Гидроизоляция от напорных вод".
39
3) изолирующие ленты (заводское изготовление: органические,
неорганические или металлические материалы)1:
4) изолирующие растворы, изолирующий бетон^ й каменные конст-
рукции на растворе группы Ш из цемента KMZ 350, по ДИН 1053/105;
5) термопластические полиэтиленовые пленки (требуется проверка
пригодности).
Применение и изготовление таких материалов см. в ДИН 4117, п.З, а
также в примере 3.2.
При этом необходимо принимать во внимание следующее:
производство работ по устройству гидроизоляции допускается только
при температурах, превышающих +4°С, а при работах на открытом
воздухе - только в сухую погоду. При температуре ниже +4°С, а также
во время снегопада и дождя необходимо проводить специальные
мероприятия (высушивание горелками, устройство защитных покры-
тий) ;
при применении горючих и вредных для здоровья материалов
необходимо принимать во внимание соответствующие требования по
технике безопасности (в том числе УФФ, 34-39);
засыпка стен, поверхности которых защищены гидроизоляцией,
должна выполняться только после полного высушивания и затвердевания
гидроизоляции. Необходимо следить, чтобы не возникало повреждений
при засыпке строительного мусора, мелкого щебня или гальки. Следует
избегать всякой нагрузки на гидроизоляцию, вызывающей трение или
срез. Рекомендуется производить засыпку несвязным материалом. При
заполнении связным материалом необходимо устраивать дренаж,
подключения трубопроводов или аналогичных деталей, проходящих
через гидроизоляцию, должны выполняться водонепроницаемыми в
соответствии с применяемыми изоляционными материалами;
изоляция швов зданий должна выдерживать особые нагрузки,
возникающие в этих местах.
Указания по дренированию оснований приведены в ДИН 4095.
В особых случаях, выявленных специалистами на основе изысканий
грунтов и проведения гидрологических испытаний, могут быть приняты
другие решения.
Сопутствующие нормы:
ДИН 4095 (1973 г.) Дренаж оснований для защиты сооружений.
Указания по проектированию и устройству.
ДИН 4021 (1971, ч.2, 1974г.). Строительные основания и грунтовые
воды.
ДИН 4022 (1969) Исследование строительных оснований.
ДИН 4031 (1959). Битумная гидроизоляция зданий при наличии
напорных вод Указания по расчету и устройству
ДИН 4117 (I960) Изоляция зданий от грунтовых вод. Указания по
изготовлению.
1
Войлочный картон, джут, стекло!кань в качестве изоляционных материалов.
Медные или алюминиевые пленки.
У
Водонепроницаемый бетон предетавляс! собой бетон, у которого способность
удерживать воду достигается подбором соответствующего состава, хорошим
упло1неиием и добавкой допускаемых веществ для твердению Изготовление см. в
ДИН 1045 (1047), Минимальный расход цемента 300 кг на 1 го юного бетона.
Ц122(19<
-'>грацио1
шнИ
ег пода
мн®
ч с Дй
ДДОИ]
КВ1С1Щ
ПО)
«констр
И ши,
мйЖИ CJ
7 ” >
«над
к
•*х! Jq
40
ДИН 4122 (1968). Гидроизоляция зданий от безнапорных поверхност-
ных и фильтрационных вод.
3.3. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ГРУНТОВЫХ ВОД
3.3.1. Грунтовые воды, расположенные
ниже подошвы фундамента
Защита от подъема воды. На высоте от 10 до 15 см над подошвой
подвала и на высоте 50 см над уровнем поверхности грунта укладывается
горизонтальный предохранительный слой (в простейшем случае толь) в
соответствии с ДИН 52128 (1957). Толь укладывается на гладкую
плоскую подготовку (каменная кладка, выравнивающий цементный
слой). В местах стыков необходимо выдерживать достаточную нахлестку
(>15см). Чтобы пол подвала оставался абсолютно сухим, необходимо
выполнять его конструкцию в соответствии с рис.3.10.
Защита от влаги, проникающей сбоку. На наружную поверхность
каменной кладки стен подвалов с уложенным кельмой цементным
Рис.3.10. Защита от подъема влаги в случае, когда
грунтовые воды расположены ниже подошвы подвала.
Изоляция и кладка из фасонных кирпичей
1 — грунт из выемки укладывается послойно; 2 —
крупный гравий (фильтрующий слой); 3 — картон, 4 —
поверхность земли; 5 — покрытие (один слой подготовки
и три накрывочных холодных слоя или один слой
подготовки и два накрывочных горячих слоя с заполнением
пор, по ДИН 41171); 6 - возможна фильтрация!; 7 —
дренирующие камни (из бетона или кирпича); 8 - толъ
или битумный картон; 9 — максимальный уровень
грунтовых вод
41
Рис. 3.11. Уровень грунтовых вод вы-
ше подошвы подвала, вертикальный
защитный слой нанесен в горячем
состоянии на защитную стенку тол-
щиной около 15 см (заполнение по
рис. 3.10)
1 — картон (примерно на середине
высоты окон подвала); 2 — уровень
земли; 3 — максимальный уровень
грунтовых вод; 4 — штукатурка;
5 — защитная стенка; 6 — водостой-
кая гидроизоляция; 7 — мелкозер-
нистый бетой; 8 — бетонная подго-
товка
раствором наносится тонкий слой жидкого битума, дегтя или эмульсии.
После загустевания растворителя или воды дополнительно наносятся два,
а иногда три слоя горячего битума или дегтя (рис.3.11 и 3.12).
3.3.2. Грунтовые воды, расположенные
выше п эдошвы фундамента
В этом случае речь идет о так называемой изоляции, выдерживающей
гидростатическое давление воды. Она должна защищать здание от
проникания грунтовых, пластовых и напорных вод.
letit
т a j и
Рис. 3.12. Дополнительная гидроизо-
ляция существующих зданий в слу-
чае, когда уровень грунтовых вод
выше подошвы подвала
1 — консоль; 2 — максимальный
уровень грунтовых вод; 3 - гидро-
изоляция; 4 — защитный слой; 5 —
бетонная подготовка
in АЙ
IKi
. «
j’jS;«
№
j . :
j
-j
' :L
—
2;:sa
L MS
42
Водостойкая изоляция представляет собой пленочную конструкцию,
ограждающую здание от всякого проникания влаги. В соответствии с
указаниями АИБ, п.3.4 она обычно состоит из нескольких слоев
битумного картона, склеенного в горячем состоянии клеящей массой,
металлических пленок, термопластичных изоляционных материалов или
из комбинации названных материалов.
При очень неблагоприятных условиях требуется дополнительная
внутренняя гидроизоляция ванных комнат, например с помощью
водонепроницаемой штукатурки (сикки, церезита и др.) или предохра-
нительных лент. Очень хорошо себя зарекомендовал водонепроницаемый
бетон, поскольку он может быть беспрепятственно уложен по новым
нормам ДИН 1045, п.6.5.7.2особенно при наличии напорных вод.
Соответствующие указания даны в ДИН 4031 (’’Водостойкая би-
тумная гидроизоляция для зданий”).
Универсальный предохранительный слой должен быть нанесен со
стороны напора воды и выведен наружу примерно на 50 см над
максимальным уровнем грунтовых вод. Таким способом выполняется
изоляция в цветочниках и ванных. Над ванной изоляция выполняется в
соответствии с п.2.3.1а, ДИН 4031, см. рис.3.11—3.13. Изолирующие
ленты должны иметь в обоих направлениях нахлестку не менее 10 см.
Переход от горизонтального положения к вертикальному должен иметь
закругление (г~5—10 см), а защитный слой мелкозернистого бетона
марки В 250 должен иметь толщину не менее 5 см.
Вместо изолирующих лент, защищенных слоем бетона или толя, могут
также устраиваться предохранительные слои толщиной не менее 15 мм из
натуральной асфальтовой мастики с защитным слоем литого асфальта
толщиной не менее 20 мм.
Дополнительно к этому можно отметить, что в Великобритании
гидроизоляция из асфальтовой мастики вполне обычна, так как
1 В нормах нет специального обозначения. Например, водонепроницаемым
бетоном является бетон марки В 350 при надежном уплотнении и водоцементном
отношении (соотношение между водой и цементом в бетонной смеси), равном
максимум 0,60.
Рис. 3.13.
1 — предохранительный бетон Вп 250—300 с
повышенным расходом цемента [350 кг
цемента на 1 м^ бетона, по ДИН 1045 (1972) ,
раздел 6.5.7]; 2 — внешняя изоляция (для
надежности); 3 - трехслойное покрытие;
4 - водонепроницаемая штукатурка и пок-
рытие (с добавкой сикки, церезита и др,);
5 — при водонепроницаемом бетоне —
крупнозернистый песок; 6 — самый важный
узел, опасность усадки — швы
43
приходится отказываться от применения изоляционных лент из-за
опасности их гниения, слишком малого срока службы и недостатков в
конструкции граней (см. АИБ, пп. 1.111, 1.131, 2.121, 2.2 и 3.52).
Прочие меры предосторожности включают в себя отвод фильтрацион-
ных вод в забутовке кладки подвала. При сильном проникании воды
целесообразно устройство дренажа на уровне подошвы фундамента (см.
pi с 3.4 и 3.5).
При строительстве зданий на откосах часто приходится предотвращать
проникание поверхностных вод с высокой стороны с помощью
спетщалъного дренажа (см.рис.3.6).
П р и м е р 3. 2. Повреждения конструкций из-за недостаточного
предохранения от влажности грунта и проникания грунтовых вод.
В осматриваемом случае речь идет о жилом доме, состоящем из
подвального, цокольного, надземного и чердачного этажей. Размеры
застраиваемой площади около 11,5x14 м, высота в коньке около 9 м над
уровнем земли (с подсыпкой). Конструкция здания — обычный каркас
из смешанных конструкций.
Грунтовые условия: глинистый гравий при высоком уровне грунто-
вых вод. Здание примерно на 80 см погружено в грунтовые веды (слабо
подвижные).
Замечания:
а) не выполнена ванна в соответствии с требованиями проекта
’’Грунтовая ванна при высоком уровне грунтовых вод”;
б) из-за этого снизу в помещение подвала проникает вода (до 50 см);
в) следствие — возрастает влажность каменной кладки подвала.
Разрушения надземных конструкций из-за попадания в них влаги
вследствие неправильной гидроизоляции весьма значительны и, как
отмечалось, обычно связаны с тем, что уже при проектировании и
производстве строительных работ не уделялось достаточного внимания
грунтовым и фильтрационным водам и влажности основания. Там, где при
проектировании вода учитывалась в достаточной мере, неплотности
могут возникнуть при дефектном производстве изоляционных работ.
Все части зданий, а особенно помещения подвалов и жилые комнаты
или нижние этажи, предназначенные для складирования хозяйственных
принадлежностей, должны быть защищены от проникания влаги сбоку и
подъема воды. Это требование имеет тем большее значение, чем более
интенсивно используются подвальные помещения.
Руководящие указания по этому вопросу дакы в следующих нормах:
ДИН 4117. Гидроизоляция зданий против влажности оснований.
ДИН 4031. Водостойкая битумная гидроизоляция зданий.
АИБ. Временные указания по гидроизоляции инженерных сооружений
(Указания немецких федеральных железных дорог).
Мероприятия по предотвращению проникания влаги выбираются
таким образом, чтобы учитывались все виды возможных нагрузок, что
позволяет определить необходимый тип гидроизоляции.
Если нужно учитывать только влагу основания, которая проникает
сбоку или поднимается по капиллярам, то гидроизолирующие мероприя-
тия становятся не столь важными, как в том случае, когда имеются
грунтовые напорные воды.
В первом случае достаточна обычная горизонтальная и вертикальная
гидроизоляция. Здесь применяют укладку толя или пленки под
44
возводимые стены, т.е. осуществляют горизонтальную гидроизоляцию.
Для боковой гидроизоляции на внешнюю сторону ограждающих стен
наносится водонепроницаемая многослойная цементная штукатурка с
уплотняющими добавками.
Когда речь идет, например, только о влаге основания, то, как правило,
достаточны битумные окраски в соответствии с ДИН 4117.
При более высоких требованиях к гидроизоляции необходимо
принимать во внимание указания АИБ. По этим указаниям известные
черные покрытия не могут считаться водонепроницаемыми при продолжи-
тельной эксплуатации. Высокую надежность показал водонепроницаемый
бетон, который может быть беспрепятственно уложен, как указано в
новых нормах ДИН 1045, п.6.5.7г, и при наличии напорных вод.
Непосредственное воздействие напорных вод часто недооценивается.
Если не проводить соответствующих защитных мероприятий против
грунтовой, фильтрационной и напорных вод, то это наносит зданию
значительный вред, особенно его устойчивости. Следовательно, напорные
воды должны учитываться при статическом расчете.
Необходимо еще указать на то, что в уже построенных или
эксплуатируемых сооружениях выполнение гидроизоляции, защищающей
от проникания влаги и воды, связано с большими трудностями. Затраты
здесь значительно выше и все мероприятия заключаются в проведении
ремонтных работ, которые эффективны только в течение года или двух
лет и в зависимости от обстоятельств требуют регулярного повторения.
Здесь не рассматривается возможное вредное химическое воздействие
воды (разрушающая бетон агрессивная влага), так как в данном случае
вероятность этого мала.
При очень неблагоприятных условиях необходимо выполнять ванну с
внешней изоляцией из трещиностойкого водонепроницаемого бетона
марки В 250 с расходом цемента 350 кг на 1 м^ бетона1
Проверка работ по укладке и ремонту гидроизоляции. Был
установлен ряд дефектов, связанных с производством работ:
а) указания проекта о выполнении ’’Ванны в грунте” при высоком
уровне грунтовых вод и ’’Армированной ванны в грунте” учтены в
расчете не в полном объеме.
б) несмотря на установки и требования компетентных органов
строительного надзора, отмечающих, что ’’высокий уровень грунтовых
вод может привести к затоплению заглубленных частей зданий, так как по
действующим нормам они не являются водонепроницаемыми” и ’’стены
отопительных помещений и помещений для хранения нефти должны быть
водонепроницаемыми до высоты, равной максимальному уровню
грунтовых вод, и должна быть выполнена защита от подъема грунтовых
вод”, эти рекомендации не учтены в утвержденных проектах.
Дополнительно выяснилось, что инженер, выполняющий статический
расчет, получил от заказчика задание лишь на расчет железобетонных
перекрытий и колонн. Ему не были известны общие сведения о высоте и
уровне грунтовых вод в рассматриваемой местности, что привело к
игнорированию их влияния при статическом расчете, проектировании и
армировании ванны и плиты основания. Таким образом, наиболее важные
статические величины, такие, как давление воды и грунта, а также
1 Излишек цемента действует как заполнитель; пустоты заполняются цементом.
45
[йрометр
Рис. 3.14. Железобетонная ванна.
Давление воды 1' и 1 на уровне
подошвы (при одинаковом 1 или
различном 2 уровне грунтовых
вод)
давление воды по подошве (подъемная сила), остались неучтенными.
Давление воды на уровне подошвы учитывается как внешняя сила
отдельно от собственного веса здания и обычно приравнивается к
полному гидростатическому давлению (рис.3.13 и 3.14).
Ремонт. На рис.3.15 показана схема горизонтальной и вертикальной
изоляции, произведенной путем дополнительной укладки полиэтиленовой
пленки. В этих местах была частично выполнена каменная кладка.
Подводя итоги, можно сказать следующее:
а) подвал рассматриваемого жилого дома оказался не защищенным от
проникания грунтовых вод и подсоса влаги при дефектном исполнении
ванны;
б) как видно из рис. 3.15, работы по ремонту подвальных помещений,
т.е. пола подвала и ограждающих стен, оказались достаточными. Частично
оставшаяся влажность может быть удалена путем силикатизации
каменной кладки (что можно без труда выполнить снаружи) или
установки нагревателя на уровне цоколя.
Рис. 3.15. Схема изоляции от напорных
вод по методу глубокой защиты
1 - бетонное ограждение; 2 - изоляция
активным гидроланом; 3 — плоская
изоляция гидроланом DS , 4 — плоская
гидроизоляция гидроланом Ц51 и НЕ;
5 —, изолирующая штукатурка ”Рока-
ДУР I 6 — пробка в месте трещины;
7 — бетонное покрытие; 8 — бетонная
подготовка; 9 - изоляция рабочих
швов
“ИЙ С!
gro врем!
чтвивла
кврши.
...ргмеод
j. и весовв
«швгвд
»И1
41ВДНИ31
'Л гаер
лхотвиЕ
ДЖЯПрйВ
змследн
'Si, то
обладаю
«ИВ
ИТОН
'7®ДИОС1
которые©!
йщее
енющих
ИА
ИМИЗОЛЯЦ
**Ш|
J ипелвне
'' в ИНОГД;
'Шина
“'Шис;
46
Рис. 3.16. Гидрометр системы Ганна
По имеющимся сведениям, от момента проведения ремонтных работ
до настоящего времени в помещении подвала не появилось никаких
следов сырости и влаги, несмотря на сильные дожди, прошедшие в этот
промежуток времени.
Для измерения содержания влаги в каменной кладке, покрытиях всех
типов и т.д. в весовых процентах по отношению к сухому состоянию
может применяться гидрометр Ганна Е77 (рис.3.16).
4. ТЕПЛО- ЗВУКО- И ВИБРОИЗОЛЯЦИЯ
Указанные виды изоляции предусматривают проведение мероприятий,
препятствующих потерям тепла и распространению звуковых волн и
предохраняющих от вибрации.
Теплоизоляция применяется уже давно, а звукоизоляция и виброизо-
ляция только в последние годы стали объектом пристального внимания.
Обычно считают, что стена или покрытие с хорошей теплоизоляцией
одновременно обладают хорошей звукоизолирующей способностью.
Однако зто бывает довольно редко, так как для получения требуемой
теплоизоляции достаточно возводить однослойные стены из материалов с
низкой теплопроводностью или использовать специальные теплоизоли-
рующие слои, которые оказывают на звукоизоляцию только второстепен-
ное влияние. Решающее значение для звукоизоляции имеют размеры
элементов, прилегающих спереди и сзади к теплоизолирующему слою, и
конструкции деталей их соединения, проходящих через теплоизоляцию.
4.1. РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ
Расчет теплоизоляции выполняют для всех зданий, в которых имеются
помещения для длительного пребывания людей. Расчет производят для
стен, покрытий, а иногда и полов (в бесподвальных помещениях),
перемычек и балок наружных стен, ниш, отопительных приборов.
Расчет можно проводить двумя путями:
а) с помощью ссылки на табличные значения, по ДИН 4108 (1969 г.) с
’’Дополнительными предписаниями” (10.1974) , п.9;
47
б) с помощью расчета в соответствии с примером, приведенным в
ДИН 4108, п.8 (см. примечание в конце п.4.1) .
Как видно из приведенного ниже числового примера, требования к
теплоизоляции могут быть легко установлены расчетным путем.
П р и ие р 4. 1.
А. Требуется определить теплоизоляцию наружной стены, имеющей
нишу (рис. 4.1).
Материал Толщина S, м Коэффициент теплопроводности Л (при обычной для здания темпера- туре), ккал/(ч-м-град)
Внутренняя штукатурка <5"i = 0,015 A j = 0,65
Кирпичная кладка <Г2 = 0,38 А 2 = 0,75
Облицовка плитами (штучные камни) <53 = 0,05 Л3 = 1,50
Отсюда термическое сопротивление /•= /<0 ; Л *
J_= 0£15 + Л 0,55 038 + 0,05 = 0,75 1,50
а коэффициент теилопроницаемости Л = 1,78 ккал/ (ч-м^град).
Стена считается пригодной для использования в качестве Наружной
ограждающей конструкции, так как/-с 1,88 (минимальная теплозащита
ограждающих стен здания).
На участке ниши имеем:
стена: = (0,38 — 0,18) — 0,20 м; /,— 0,75 ккал/ (ч-м-град);
штучный камень: <52 = 0,050 м; Л— 1,50 ккал/ (ч-м-град).
Как и раньше,
Рис. 4.1. Кирпичная стена с облицов-
кой штучными камнями и выемкой
1 - облицовка плитами; 2 - кир-
пичная кладка; 3 - штукатурка с
внутренней стороны; 4 - ниша; <52 -
толщина изолирующего слоя
48
1<Ц|
рли-
йен-
и
п
1 -jUO +Р£^_ 0300>а /=3>33 ^1588.
Л 0,75 1,50
Таким образом, теплоизоляция на ослабленном участке недостаточна.
Разность составляет
1 1 1
------= --------------- ------------= 0,563—0,300 = 0,263.
"изол "норм.стены "ослабл. стены
Отсюда необходимая толщина изоляции 8Х при заданном значении
0,07* составляет
(51 - — J—. Г= 0,263 • 0,07 = 0,018 м.
Л изол*
Таким образом, необходим слой изоляции толщиной около 2 см.
Б. Для перекрытий
Лж_б = 1,30 получаем:
1 0,16
= 7^77 = 0,123;
Л 0.30
из железобетона прис<=16 и 18 см и
1
л
0,18
= —777 = о,138;
1,30
1 Э
Л = = 7,25 ккал/(ч-м<град)
Л 0,123 8,15 И
Таким образом, перекрытия соответствуют кирпичным стенам
следующих толщин:
кирп
Л
0,75 0,75
=------= 0,09 м и -------------— 0,10 м,
8,15 7,25
т.е. в обоих случаях не отвечают минимальному требованию о
равенстве перекрытия кирпичной стене толщиной 0,25 м. Поэтому
необходимо устройство дополнительной теплоизоляции.
В. Требуется рассчитать теплопотери на первом этаже конторского
здания, где расположены помещения 1 и 2 (рис.4.2). Технические
характеристики здания:
ограждающие и несущие внутренние стены .
из кирпичной кладки ............................ .к = 1,34 ккал/(ч-м -град)
перегородки из туфа........ .......... . . .. k = 1,30
перекрытия из железобетона, толщина
10 см, с полом на деревянных лагах с засыпкой золой . к - 0,70
одинарные окна, хорошо уплотненные............... к = 5,50
внутренние двери (сосна стандартной плотности) . . к = 3,00
Температура (по ДИН 4701),°C;
конторские помещения и т.п...................................... 20
холлы ............................... .... . . .15
* По соответствующим таблицам, где приведены коэффициенты теплопровод-
ности строительных и изоляционных материалов.
ап 1
49
Рис. 4.2. К расчету расхода
тепла
лестницы ........................................................ 10
наружный воздух....................................................—15
Поправки',%:
на северную ориентацию .............................................10
на западную ”........................................................5
на ветровое влияние:
окна .............................................................. 20
стены...............................................................15
на отопление (длительный подогрев) ....................................15
Для расчета воспользуемся табл.4.1.
Если необходимо рассчитать теплопотери для отдельных помещений
здания, то каждую строительную деталь (стены, перекрытия, полы, окна и
двери) рассматривают отдельно. Из поверхности стен исключают дверные
и оконные проемы. Температуры подбирают по ДИН 4071, ч. 1 и 2
(1970). Часовые теплопотери рассчитывают по уравнению i2),
к которому еще должны быть внесены дополнения, связанные с
расположением и отоплением здания (целесообразна табличная оценка).
Расчет показал, что для помещения 1 объемом 54 м’ (см. табл.4.1)
часовые потери тепла составляют 2824 ккал; для помещения 2, объем
которого меньше только примерно на 11%, за тот же период потери тепла
составляют 1927 ккал.
Расход тепла в помещении 1, превышающий на 30% расход тепла в
помещении 2, связан с наличием двух охлаждаемых поверхностей
(северная и западная стены) и более сильным влиянием ветра на
неблагоприятно расположенные угловые помещения.
В рассматриваемом случае потери тепла связаны с большой площадью
окон (в помещении 1 — 40%, в помещении 2 — 56% соответствующих
суммарных потерь). Вместо одинарных рекомендуется устанавливать
двойные окна, что улучшает микроклимат в обоих помещениях, т.е.
потери тепла снижаются.
Примечание. В дальнейшем ожидается повышение требований по
экономии энергии в зданиях, что повлечет за собой необходимость
улучшения теплозащиты. Требуемые значения коэффициента к могут
быть взяты из нового приложения к ДИН 4108 (11.1975 г.). С помощью
Рекнагель. Календарь здоровья и теплотехники. Изд-во Р. Ольденбург,
Мюнхен.
50
Расчет расхода тепла (к рис. 4.2)
Таблица 4.1.
Объем помещения Часть здания Ориента- ция Размеры поверхности Температура, °C Коэффициент теплопередачи к, ккал/(ч-м2« град)
- h, м th, 2 м£ внутри снаружи разность
© Два окна Север 1,30 1,65 4,30 +20 -15 35 5,50
Наружная 4,50 3,0 1,35-4,3= +20 -15 35 1,34
стена = 9,20
J = 4,0x4,5x3 = Стены наруж- Запад 1,34
= 54 м3 ные 4,0 3,0 12,0 +20 -15 35
Дверь 1,05 2,0 2,10 +20 +15 5 3,00
Внутренняя 13,5-2,1- 1,30
стена 4,50 3,0 = 11,4 +20 +15 5
Перекрытие 4,0 4,5 18,0 +20 +5 15 0,70
Два окна Север 1,30 1,65 4,30 +20 -15 35 5,50
Наружная 12,0-4,5 1,34
стена 1» 4,0 3,0 = 7,70 +20 -15 35
J - 4,0x4,0x3 = Дверь 1,05 2,0 2,10 +20 +15 5 3,00
= 48 м Внутренняя 12,0-2,Н 1,30
стена 4,0 3,0 = 9,90 +20 +15 5
Стена лест- ничной клетки 4,0 3,0 12,0 +20 +10 10 1,30
Перекрытие, 16,0 +20 15 0,70
пол 4,0 4,0 +5
Продолжение табл. 4.1
Объем помещения Теплопотери ккал/ч Поправки, % Добавки, ккал/ч Общие потери Добавки на отоп- ление _ Расход тепла ккал/ч
ориен- тация ве- тер угловые помеще- ния сумма
% ккал/ч
Ф 5,5-4,3-35 = 828 10 20 5 35 290 1118 - - 1118
1,34-9,2-35 = 430 10 15 5 30 129 559 15 84 643
/ = 4,0x4,5x3 = = 54 м3 1,3'4-12,0-35 = 564 5 5 5 15 85 649 15 98 747
3,0-2,10-5 = 32 - - - - - 32 - - 32
1,3-11,4-5 = 74 — — — — — 74 15 11 85
0,7-18-15 = 189 - - — — — 189 5 10 199
Расход тепла в помещении 1 2824
(2) 5,50-4,30-35 = 828 10 20 - 30 249 1077 - - 1077
1,34-7,70-35 = 269 10 15 25 68 337 15 51 388
J = 4,0x4,0x3 = = 48 м 3,0-2,10-5 =32 — — - - - 32 - - 32
1,3-9,9-5 = 65 - - - - 65 15 10 75
1,3-12-10 = 156 - - - - - 156 15 23 179
0,70-16-15 = 168 - - - - - 168 5 8 176
Расход тепла в помещении 2 1927
Рис.4.3. Измеритель теплоизоляции (инфор-
мационный центр ’’Стиропор”)
измерителя теплоизоляции, разработанного в информационном центре
’’Стиропор”, можно практически без труда установить, достаточна ли
теплоизоляция стен (рис.4.3).
4.2. ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ
В зависимости от среды, в которой распространяются звуковые
волны, их можно разделить на звуковые колебания в воздухе, в твердых
телах и в воде. В строительстве представляют интерес только две первые
среды (рис.4.4).
Воздушные звуковые волны представляют собой колебания воздуха,
распространяющиеся со скоростью 340 м/с и воспринимаемые челове-
ческим ухом в интервале высоких частот от 16 до 16000 Гц* (1 Герц -
сокращенно Гц — равен 1 колебанию в секунду) Измерителем звуковой
чувствительности служит громкость в фонах (рис. 4.5).
Горизонтальные прямые на рис.4.5 представляют собой линии
уровней равной силы звука в децибелах (дБ), а кривые — линии звуков
равной громкости в фонах. Обе шкалы совпадают при 1000 Гц; при
других частотах они отличаются друг от друга.
Наличие физической шкалы (в дБ/ и субъективной шкалы,
основанной на слуховой оценке (в фонах), усложняет технику расчета
* Звуковой интервал, представляющий интерес для строителей, составляет от
100 ро 3200 Гц.
Рис.4.4. Типы звуковых волн
1 — воздушные звуковые
волны; 2 — звуковые волны
в твердых телах; 3 — звуко-
вые волны от шагов
53
Рис.4.5. Интервалы слышимости с кривыми равной громкости, по Флетхеру и
Мунсону
1 — болевой порог; 2 — порог слышимости
Грт
। 'м
Нун
Они
WI
Нун
рИ(
Шум
Обыч
им
tai
ззкры
Шучи
Нун в
Шумя
1ИЯ)Ш
лш в га
а. пены
лмк
1С9ередь1
ta ври
.тавующи
®, при
ОШ, в
Е)®И
звукоизоляции по сравнению с теплоизоляцией, где приходится иметь
дело только с чисто физической шкалой температуры.
Когда речь идет об определенных свойствах конструкций, используют
физические характеристики. Если же рассматривают, как определенный
звук воспринимается ухом, то используют шкалу громкости.
Громкость, равная нулю, соответствует началу звукового восприятия,
громкость, равная 60 фонам, — нормальной речи, 120 фонам — болевому
пределу Ухом воспринимается изменение уровня громкости на 1 фон.
При высоких уровнях громкости изменение громкости на 10 фонов
соответствует удвоению громкости и снижению вдвое звуковой
чувствительности.
При проведении звукоизолирующих мероприятий необходимо в
каждом случае установить, о каких звуковых волнах идет речь -
воздушных или распространяющихся в телах конструкций.
Для воздушной звукоизоляции действителен следующий закон:
звукопроницаемые материалы служат изоляцией между звуконепроницае-
мыми элементами и наоборот — звуконепроницаемые тела служат
изоляцией между звукопроницаемыми.
При создании изоляции от звуковых волн, распространяющихся в
телах конструкций, необходимо следить за тем, чтобы изолирующие
строительные материалы не теряли своей эластичности и упругости.
Ниже приведены значения громкости в фонах для различных видов
шума:
130
120
ПО
Выстрел тяжелого орудия
Шум от винта самолета на расстоянии около 5 м
Шум в котельном цехе, шум клепального молота
МШ1 б
ж кий
ж
Ж пр<
—И
• й и
тииищеи
ЦШЯ 3BJ
Ж к
©щи
-зШз ।
йаод
Шыщ
Ж 3Bj 1
1 Шет
*<Нм,
ЧЙ1 Вьк
is ЙЦц
' « «И
54
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Громкий треск мотоцикла, автомобильный сигнал на расстоянии около
Шум крупной фабрики
Сильный дорожный шум, очень громкая музыка по радио в закрытом
помещении
Шум в крупной гостинице, фирме, машинописном бюро, железнодо-
рожном вагоне
Шум от водопровода, легковых автомобилей, ремонтных работ, пылесоса
Обычный дорожный шум и шум, в среднем равный шуму в небольших гос-
тиницах и учреждениях
Незначительный шум в жилых помещениях, слабая музыка по радио в
закрытых помещениях
Шум на спокойных местных проездах, шепот в читальных залах
Шум в тихих садах, слабый шум в жилых помещениях
Шум листьев в малоподвижном воздухе
Под звуковыми волнами в телах понимаются колебания, распростра-
няющиеся в твердых телах, таких, как грунт, горные породы, кладка,
балки, стены и покрытия. Низкочастотные колебания ниже 16 Гц,
улавливаемые слухом, называются вибрацией и воспринимаются в
первую очередь с помощью осязания.
Задача архитекторов заключается в том, чтобы путем выбора
соответствующих звукоизолирующих конструкций обеспечить такое
положение, при котором шум и вибрация, возникающие в жилых
помещениях, не оказывают неблагоприятного воздействия на прилегаю-
щие или удаленные помещения и жилые комнаты. Кроме того, жильцы
дома должны быть в достаточной степени защищены от воздушных
звуковых колебаний и звуковых колебаний в твердых телах, проникаю-
щих извне.
Звуковые процессы внутри помещений, связанные с их акустикой,
оказывают влияние на конструкцию облицовки поверхности стен.
Коэффициент звукопоглощения последней и продолжительность ревербе-
рации (она зависит от частоты) являются важнейшими факторами
акустики помещений.
Воздушная звукоизоляция. Если звуковые волны попадают на стену
или покрытие, то конструкция начинает вибрировать, что вызывает
образование звуковых волн на обратной стороне. Обычно стена может
рассматриваться как инертная масса, так что в принципе масса
однослойных стен (кирпичная кладка) и покрытий служит мерилом для
определения звукоизолирующего эффекта. Многослойные стены, состоя-
щие из нескольких различных слоев, при том же весе имеют значительно
большую звукоизолирующую способность.
Измеритель звукоизолирующей способности /? (в дБ) равен десяти-
кратному логарифму отношения звуковой мощности , приходящейся
на стену, к мощности Л4, возникающей на обратной стороне стены:
Таким образом, если стена пропускает 1% действующей на нее
звуковой мощности, то ее звукоизоляция равна 20 дБ.
При средней высоте звука каждому значению звукоизоляции в дБ
соответствует почти такое же снижение громкости в фонах. Шум.
который перед стеной со звукоизолирующей способностью R — 20 дБ
равнялся 70 фонам, после прохождения через эту стену будет иметь
55
громкость около 50 фонов. В однородных однослойных стенах значения
звукоизоляции могут быть получены в зависимости от размеров
поверхностей по кривым, найденным с помощью лабораторных измерений.
Для многослойных конструкций эти значения должны определяться в
лаборатории на опытных образцах для каждой конструкции в отдель-
ности или на готовых постройках. ____
В ДИН 4109 (9.62/63 г.) включены две оценочные кривые для
определения степени изоляции от воздушных звуковых волн, взятые из "ш
норм 52211, изданных в 1953 г. Эти кривые действительны для
междуэтажных перекрытий и стен жилых зданий. Заданные значения
звукоизоляции составляют 33 дБ при звуках низких частот (100 Гц) и
более 56 дБ — при звуках высоких частот (3200 Гц)
Степень изоляции от воздушных звуковых волн представляет собой
величину, на которую надо сдвинуть заданную кривую в сторону лучших
(+) или худших (—) значений, пока эти значения не будут отличаться от
измеренной кривой в среднем на 2 дБ. Таким образом, степень изоляции зи
от воздушных звуковых волн по заданной кривой составляет +2 дБ. По
ДИН 52210 (1970-1974) ’’Измерения для определения звукоизоляции от
воздушных колебаний и шагов” предусматривается использование “
результатов измерений, полученных во многих ранее применяемых
методах, как средних величин воздушной звукоизоляции (в диапазоне от
100 до 3200 Гц). Усредненная кривая заданных значений дает 49,5 дБ. ж о;
Так как допускается разница в 2 дБ, то, по требованиям ДИН 4119, лис
можно принять 47,5 дБ, что почти соответствует значению 48 дБ, ниш
установленному ранее по ДИН 4110 (табл.4.2). :?люв(
Ь’ШЙШО
'"ИВ'Ш
Таблица 4. 2. -н/НММКЛ
Минимальные толщины однослойных перегородок в жилых зданиях из различных материалов ВШИВ «шел 'киник
Материал Объемный вес, кг/м-* Вес стены (включая штукатурку), кг/м“ Минимальная тол Щина (без штука- турки) , см
Каменные стены, оштукатуренные с двух сторон, толщина штукатурки 1,5 см «ОЙС "'виш -юрн: и
Газо- и пснобетонные камни 800 340 36
Легкобстонные блоки 1000 380 30 'Ж
Пористый и дырчатый кирпич 1200 360 24
Пустотелые бетонные блоки 1200 300 24 •‘ИЙуКщ
Полнотелый кирпич 1700 480 24 л .Чаду, стен
Силикатный кирпич 1900 500 24 чйй в
Бесшовные бетонные и легкобетонные стены (в том числе r-IIOICS Hf
из панелей высотой на этаж, оштукатуренных с двух сторон, толщина штукатурки 1,5 см) ‘8|0рщ
Газо- и пенобетон Пемзобетон и бетон на кирпичном 800 300 31 <\СОС1
щебне 56 1000 360 31 Wioi
Продолжение табл. 4.2
Материал Объемный вес, кг/м’ Вес стены (включая штукатурку), кг/м 2 Минимальная толщина (без штукатурки), см
Пористый бетон на отбитых рудах 1200 Плотный гравийный бетон 1700 350 25 370 19
Примечание. Для облегченных стен толщиной 8—12 см звукотехническис
требования, установленные для перегородок жилых зданий или стен лестничных
клеток, выполняются только тогда, когда на них наносят внешний слой штукатурки
толщиной 2,5 см или устанавливают жесткие плиты (например, ригипс) на рейках,
выступающих за край стены на 3—5 см, причем зазор заполняют звукопоглощаю-
щими материалами.
Для достижения требуемой звукоизоляции сплошные покрытия и
стены должны иметь вес не менее 300 кге/м2. В ч.П ДИН 4109 приведен
ряд стеновых конструкций, для которых выполняются требования норм.
При легких однослойных стенах можно улучшить звукоизоляцию
путем нанесения слоя штукатурки или установки ригипсовых плит на
силлановые плиты толщиной 2—3 см. Такие стены с тонким гибким
облицовочным слоем считаются в последние годы наиболее эффектив-
ными и выполняются в виде двухслойных конструкций из двух
железобетонных или гипсовых плит или кирпичных стенок с заполнением
зазора между ними минеральной ватой.
Все одно- и двухслойные стены должны быть воздухонепроницае-
мыми, т.е. не иметь трещин, так как через трещины, щели и отверстия
передается значительная часть звуковой энергии, приходящейся на
поперечное сечение.
Жесткие соединительные элементы между слоями кирпичной кладки,
как правило, служат звуковыми мостиками, передающими значительно
больше звуковой энергии, чем гибкие и тонкие конструкции, входящие в
состав многослойной стены.
При изготовлении звукоизолирующих дверей следует учесть все
указанные факторы: многослойное полотно из гибких и жестких слоев,
надежное уплотнение швов между полотном и коробкой и между дверной
коробкой и стеной.
Изоляция от звуковых волн, распространяющихся в твердых телах.
Звукоизоляция между двумя помещениями зависит не только от свойств
разделяющих их стен и перекрытий, но и от звуковых колебаний,
распространяющихся в твердых телах преимущественно в виде упругих
волн. Они передаются через стены вверх, вниз и вбок, а при неразрезных
перекрытиях — в горизонтальном направлении и в некоторых случаях
достигают удаленных помещений. Таким образом, звуковые волны могут
обойти хорошо изолированную конструкцию. Этот эффект необходимо
учитывать в зданиях со стальными и железобетонными каркасами.
Вибрация. Вибрация представляет собой звуковые колебания в телах,
непосредственно передающиеся на части зданий; они имеют очень низкую
57
частоту и почти всегда сопровождаются слышимыми колебаниями или
возбуждают возникновение слышимых собственных колебаний в частях
здания или оборудования. Наиболее часто вибрацию вызывают работаю-
щие механизмы, двигатели, трансмиссии, а также движение транспорта
(грузовики и трамваи) на прилегающих улицах.
Прокладки из прессованной пробки, толщина и упругость которых
подобрана в соответствии с действующей нагрузкой, представляют собой
эффективное средство против распространения звуковых волн в телах.
Для очень небольших нагрузок (например, плавающих покрытий) в
качестве пружинящего слоя пригодны силлановые, минераловатные и
аналогичные им материалы. Кроме пробки применяют резиновые
прокладки и стальные пружины, размеры которых соответствуют
нагрузке.
Очень важно изолировать постоянные источники звуковых волн в
телах (например, двигатели и механизмы) с помощью, промежуточных
пружинящих слоев и тем самым по возможности уменьшить число
звуковых волн, проникающих в тело здания.
Во избежание опасных резонансов в особых случаях необходимо
проводить расчет собственных колебаний.
Изоляция от звуковых волн, вызванных шагами. Звук шагов
представляет собой звуковые волны, возникающие в перекрытии при
толчках и ударах во время ходьбы, передвижения стульев и т.д. Он не
должен быть слышен в помещениях, расположенных под перекрытием.
В соответствии с ДИН 52210 перекрытие при испытаниях молотком
подвергается нагрузке, равной 600 ударов в 1 мин. Каждый молоток
весит 500 г, ударная поверхность молотка выполнена из латуни или стали,
свободное падение осуществляется с высоты 4 см. В помещении,
расположенном под перекрытием, регистрируется уровень звука, вызван-
ный ударным шумом. При этом учитываются акустические свойства
помещения.
Для междуэтажных перекрытий жилых домов измеренная ’’норматив-
ная ударная громкость” не должна превышать 85 фонов. Сплошные
перекрытия и особенно перекрытия с пустотами, а также двухслойные
перекрытия и перекрытия по деревянным балкам всегда требуют
дополнительной защиты от ударного шума; такая изоляция действует
наиболее эффективно при укладке рядом с местом возникновения звука,
т.е. по возможности ближе к поверхности покрытия. Ковровые
покрытия, пробковые маты и плиты, подкладываемые под линолеум, в
большинстве случаев достаточны для дополнительной защиты от ударного
звука. Как правило, приходится выполнять конструкции с так
называемыми плавающими покрытиями. Для этой цели пригодны
преимущественно плиты из силлана, минеральной ваты или войлока При
применении минеральной ваты в качестве звукоизолирующего слоя
одновременно достигается значительное улучшение воздушной звуко-
изоляции. Особенно важно следить за тем, чтобы не было непосредствен-
ного контакта накрывочного слоя с перекрытием или стенами. Даже
отдельные точки соприкосновения значительно ухудшают эффективность
звукоизоляции.
Неизолированные перекрытия в зависимости от конструкции имеют
по опытным данным изолирующую способность от ударного звука от 4
(для сплошных перекрытий из тяжелых плит или двухслойных
дай
ДМ
В ДВУ»
врекры
трйсгао 1
зв, ш
31.
ЖКИЕ1
гл-ирукщ
Я1И, 1
ЯШЕ1]
«(li
Ш Кр(
"КИСИ
'ffltBOK
«ж. К
л пока bi
»^(врй
-впредед
мнрд
"ineiuo
г®яво:
покрыт
Л м
Kycipoi
‘We ой
'Жд; pj
Ч вдад
Щра в
Гриего
в
Ж
JWhc
Ч'шие ц
’’Шисл
58
перекрытий) до 17 дБ (для легких пустотелых перекрытий). Плавающие
покрытия на основе силлана повышают звукоизолирующую способность
от ударных звуковых волн от 15 до 25 дБ.
В двухслойных перекрытиях нижний слой может быть выполнен
самонесущим. С помощью тонкой гибкой оболочки, которая подвешена
к перекрытию на отдельных жестких креплениях, почти всегда
достигается хорошая изоляция от воздушных и ударных звуковых волн.
Устройство высококачественных плавающих слоев эффективно во всех
случаях, так как при этом значительно повышается звукоизоляция
здания.
т
5. ПЛОСКИЕ ПОКРЫТИЯ
Конструкция, предназначенная для защиты здания от атмосферных
воздействий, называется крышей. Ее составными частями являются
несущая конструкция крыши, или конструкция покрытия, и кровля. В
л последнем случае различают мягкие (доски, дранка, солома и накат),
полужесткие (толь с гравийной посыпкой или без нее, древесный цемент)
_ и жесткие кровли (кирпич, шифер, асбестоцементные плитки или
к волнистые листы, бетон, стальные листы и пленки).
Плоские покрытия имеют горизонтальное или почти горизонтальное
расположение. Кровле придается только такой уклон, который необхо-
дим для стока воды. Поэтому все покрытия, уклон которых равен или
меньше 22° (предел не установлен точно), называются плоскими. Уклон
покрытия различен в зависимости от конструкции кровли и не должен
превышать предельных значений.
По конструкции различаются однослойные плоские покрытия, так
-- называемые теплые покрытия без проветриваемой воздушной прослойки,
и двухслойные плоские покрытия, так называемые холодные покрытия с
проветриваемой воздушной прослойкой.
QE
К' 5.1. ТЕПЛОЕ ПОКРЫТИЕ
Конструкции теплого покрытия показаны на рис. 5.1 (см. также
’’Указания по устройству плоских покрытий”, 1973 г.). Эти покрытия
т); имеют следующие основные характеристики:
1) влажность; различают влажность при строительстве (собственная
влажность) и влажность в период эксплуатации (диффузионная
7.5 влажность);
2) температура в строительной конструкции, в помещении под
перекрытием верхнего этажа и в кровле;
зз; 3) напряжения в несущих конструкциях из-за схватывания и
•.-в высыхания.
i Кроме того, особое значение имеет правильное конструирование
; (порядок расположения слоев) и высококачественное техническое
исполнение отдельных слоев.
Плоское покрытие необходимо защитить от повреждений, обусловлен-
ных климатическими условиями; оно должно иметь такую конструкцию,
чтобы не мог появиться конденсат на теплой внутренней стороне и
59
в)
Рис. 5.1. Различные конструкции теплого покрытия
а — тяжелая конструкция; б — легкая конструкция; в — теплое покрытие с
верхним выравнивающим слоем и гравийной посыпкой; г — теплое покрытие с
верхним выравнивающим слоем и укатанным гравием; д — теплое покрытие без
выравнивающего слоя; е — теплое покрытие с распределительным слоем; 1 —
гравийная посыпка; 2 — выравнивающий слой; 3 — укатанный гравий; 4 -
отражающий слой; 5 — слой теплоизоляции; 6 — пароизоляция; 7 — слой,
обеспечивающий сцепление; 8 — бетон; 9 — верхний выравнивающий слой;
10 — нижний выравнивающий слой; 11 — выравнивающий или распределитель-
ный слой
• «
j.Sirt
"Ж
Щ1|
врн лр
(B03HJ
мнем
. Зю
.азш
m |
1 Попе
Si 1
ит и
JHBCI
. ЗП!СМ
ими
«ре
лили
ни ад
Лка
-да
имло
' крове.
1«ков
Мили
Луя
Янсщ
ЩНВВЦ|
не происходил подъем влаги внутри конструкций из-за диффузии. Прч
этом не должна достигаться точка росы (необходима соответствующая
теплоизоляция). jofya
. * т-
"'ЙО
5.2. ХОЛОДНОЕ ПОКРЫТИЕ . <•')
При
Конструктивным признаком такого покрытия (рис.5.2) является W
вентилируемая воздушная прослойка, которая расположена внутри 11 й«
покрытия и при естественной вентиляции через отверстие связана с
наружным воздухом, а при искусственной вентиляции заполняется сухим
60
Рис- 5-2. Двухслойное холодное покрытие
1 - нижний слой: сцепление, пароизоляция,
теплоизоляция; 2 - верхний слой: кровля,
несущее основание, деревянная опалубка,
проветриваемая воздушная прослойка; 3
воздушная прослойка
воздухом, проходящим через кондиционеры; вентиляторы поддерживают
необходимую циркуляцию воздуха. В противоположность теплому
покрытию при правильном расположении слоев не возникает проблем,
связанных с возникновением конденсата внутри конструкции. Решаю-
щим требованием является осуществление правильной и достаточной
вентиляции. Это означает, что при плоских покрытиях требуется
вентилирование в поперечном направлении, а при наклонных - в низких
и высших точках (гравитационная вентиляция эффективна только при
уклоне 20°). Поперечное сечение, обеспечивающее приток воздуха в
уровне карниза, а также поперечное сечение для вытяжки в коньке
должно составлять не менее 1/600 от вентилируемой площади покрытия,
а при поперечной вентиляции - 1/300 этой площади. При неблагоприят-
ных условиях эти соотношения соответственно выше. Кровля на втором
слое выполняется так же, как в теплых покрытиях (см. пример 5 1)
Архитектурное решение, функционально связанное с обеспечением
достаточной вентиляции, показано на рис.5-59-5.62.
Конструкция отдельных слоев и их функции (по данным соответст-
вующих разделов "Указаний”).
Несущие конструкции (опорные конструкции), обычно междуэтаж-
ные перекрытия, выполняются чаще всего из бетона, стали или дерева и
служат опорой кровельного ковра Несущую часть рассчитывают и
конструируют как конструкцию покрытия в зависимости от величины
нагрузки.
Слой сцепления или предварительная смазка (см. "Указания, п.5.1)
предназначены для улавливания пыли, обеспечения водоотталкивающего
эффекта и улучшения сцепления клеевых составов (битумное покрытие).
Разделительный и выравнивающий слой (см. "Указания" пп.3.1
и 5.2).
В качестве нижнего слоя, он служит сухим основанием для остальных
слоев, препятствует образованию усадочных трещин и отводит диффунди-
рующий водяной пар.
В качестве верхнего слоя, выравнивающего давление пара (см.
"Указания”, пп.3.5 и 5.5), он обеспечивает необходимую компенсацию
давления (например, при сильном солнечном облучении днем после
холодной ночи) и позволяет кровле иметь собственные перемещения.
Этот слой состоит из свободно уложенных дырчатых стекловатноби-
тумных кровельных полос, полотен покрытий, по ДИН 52143 (1971 г.),
или специальных полотен покрытий с крупнозернистой посыпкой с
внутренней стороны и находится в контакте с наружным воздухом.
61
Пароизоляция (’’дышащий слой")
Пароизоляция (см. ’’Указания” пп.3.2 и 5.3) предотвращает
проникание водяною пара из помещения в теплоизоляционный слой и
снижение его теплоизолирующей способности из-за образования конден-
сата, а также проникание конденсата и конденсатной воды в конструкцию
и снижает термические нагрузки, вызывающие, например, удлинение
покрытия.
Пароизоляция состоит из плотных полотнищ с включением металли-
ческих лент из меди или алюминия толщиной более 0,1 мм или
аналогичных пластмассовых полос. Пароизоляция — важнейший слой в
конструкции покрытия; дефектное изготовление ее является наиболее
распространенной причиной серьезных разрушений.
Выравнивающий слой иароизоляции (см. ’’Указания”, п.5.6)
Выравнивающий слой пароизоляции в качестве комбинированной
конструкции служит ’’аварийным покрытием” при перерывах в произ-
водстве работ до окончательного завершения всех работ по устройству
кровли и защищает конструкцию здания от проникания атмосферных
осадков. Отдельные функции объединены в комплексной плите.
Слой теплоизоляции (см. "Указания”, пп.3.3 и 5.4)
жшшшжи
Он предназначен для обеспечения в помещениях необходимого
микроклимата и полной защиты от потерь тепла, для снижения излишней
отдачи тепла в зимнее время и предохранения структуры конструкций
покрытия от разрушения в летнее время года.
Теплоизоляционный слой может выполняться из пробковых или
мягковолокнистых плит, пропитанных битумом.
Кровля (см. ’’Указания”, пп.3.6 и 5 7)
Г|1|11П1И11|!1ЮрЦ
Кровля должна быть устойчивой к действию атмосферных осадков и
надежно удерживать влагу В настоящее время разработаны различные
типы кровельных покрытий, в которых применяют гидроизоляционные и
водоотталкивающие материалы.
Плоские покрытия, которые используют только для устройства
кровель, имеют кровельный ковер из стандартного толя, пластиков и
металла.
Для теплых кровель пригодны уплотняющие материалы, а для
холодных — металлические покрытия.
Защитный, или отражающий слой (см. ’’Указания”, пп.3.7 и 5.8)
62
Он создает дополнительную механическую защиту, защищает от
ультрафиолетового облучения, охрупчивания и химического воздействия
и сглаживает температурные колебания.
Возможно исполнение с посыпкой просеянным материалом, гравием,
щебнем или из сборных битумных полос покрытий с утрамбованным
гравием. Для покрытий террас чаще всего применяют асфальтовые слои,
бетонные покрытия и покрытия из бетонных плит.
5.3. ДЕТАЛИ ПЛОСКИХ ПОКРЫТИЙ
5.3.1. Водоотвод с плоских покрытий.
Расчет поперечного сечения водостоков
Малый уклон, характерный для плоских покрытий (рис. 5.3), приводит
к очень медленному стоку воды, в связи с чем пути ее движения по
кровле должны быть как можно короче. Каждое плоское покрытие имеет
холодную краевую зону и теплую среднюю часть. Это означает, что пути
Рис. 5.3. Длина путей стекающей воды
а — внешние желоба с двумя сточными трубами; б - водосточная груба в середине
наружной стены, путь воды укорачивается (не удовлетворяет эстетическим
требованиям); в - две воронки на покрытии, самый короткий путь (аварийные
воронки); г — внутренний водоотвод расположен в зоне теплого покрытия, пути
стока воды слишком длинные (опасность засорения пылью и грязью отдельных
водостоков) , в результате чего вода льется по фасаду; 1 -желоб; 2 — водосточная
труба
63
воды в зоне края покрытия замерзают раньше и оттаивают позже, чем
такие же пути в зоне теплого покрытия. Вследствие этого образуются
ледяные валы и ледяные пробки, которые преграждают пути воде на уже
оттаявшем участке покрытия, а водоотвод прекращается (см. п.5.3.2).
Поэтому поверхность покрытия и водостоки должны всегда иметь
одинаковую температуру, чтобы додоотвод не прекращался в любое
время года.
Нормативным документом для расчета поперечных сечений водосто-
ков служит ДИН 18460 (1969 г.) ’’Водосточные желоба и водосточные
трубы”. Водоотвод с плоских покрытий является частью общего
водоотвода с земельных участков и поэтому также подчиняется
требованиям ДИН 1986 (1962/74 г.).
В табл.5.1 даны региональные количества осадков, в табл.5.2 -
рекомендации по установке водосточных труб, а в табл 5.3 — поперечные
сечения приемных воронок конструкции Эзерса.
Вод
Таблица 5. 1.
Региональное количество осадков, л/ (ста), выпадающих в ФРГ
за время Т (Рейнгольд. - Архив водного хозяйства, 1949, №56)
Т, мин | 5 L±°_J L«_J 20 L“_. L’lJ 150
Северо-западная часть 154 110 85 53 32 23 15
Северо-восток и центр 162 121 94,5 59 34 24 15,5
Западная часть 162 124 96, 57 32 23 15
Саксония-Силезия 174 132,5 106' 67 39,5 26,5 18,5
Юго-западная часть 212 150 119 74 43 27,5 —
Таблица 5.2.
Водосточные трубы (круглые), по ДИН 18460, табл.2
Номинальный размер Площадь покрытия, с которой осуществляет- ся водоотвод, м2
70 До 50
80 50-70
100 \ 70-100
125 100-150
ЛНОДО01
ИИИШ
м2
и
От701
" 100
” 150
ймшя
.адавс
1Ч}1рЯ1НИЙ1
fawan
пределе
уегановл
адно)
вод с и
.?зркый б
ельства.
чтиво
предела
7® (и2)
кЧ18460).
'«й
SfM(tn
tlMBBO
Йимо
ч пбл1
да щ
а Реком
Дождевой поток — это количество воды г , которое по данным
статистики выпадает в качестве осадков в 1 с на площади 1 га. Дождевой
поток является определяющей величиной для точного расчета поперечно-
го сечения водосточных желобов и труб.
Сток дождевой воды — это количество воды, которое подводится по
водосточным желобам к водосточным трубам в 1 с (5 , л/с). Сток, как и
дождевой поток, относится к основным параметрам, используемым для
точного расчета свободного поперечного сечения водосточных желобов и
водосточных труб.
64
lywi
на у*
i.3;
имен
ЛЙ
№ст
10ЧЩ
Ri
Mei,
.5.2
речи
Таблица 5. 3.
Водоотвод с плоского покрытия с помощью воронок Эзерса
(расчетная таблица по ДИН 1986,июнь 1962 г.,
ч.2 и ДИН 18460, ноябрь 1969 г.)
Площадь водоотвода (площадь поверхности плоского покрытия), м2 Воронки
условный проход NW , мм поперечное сечение, см2
До 70 70 38
От 70 до 100 100 80
” 100 ” 150 125 120
” 150 ” 250 150 175
И5,1
150
15
15.!
15
18,5
и 5.1
гвпя
Номинальные размеры. Номера, характеризующие размеры, действи-
тельны для всех типов желобов и водосточных труб и распространяются
на внутренний диаметр и свободную длину.
Последовательность расчета:
1) определение площади покрытия и террас (м2) ;
2) установление уклона и соответственно направления водостока (если
оно не задано). Водяной поток должен подводиться к центру покрытия.
Водоотвод с покрытия большой площади осуществляется по участкам.
Водосборный бассейн воронки определяется в зависимости от условий
строительства. Однако всегда плоские решетки располагаются в самой
низкой точке воронки (рис.5.4);
3) определение условного прохода NW в зависимости от площади
покрытия (м^) в соответствии с табл.5.3 (зто соответствует значениям
по ДИН 18460).
П р и м е р 5. 1. Полезная площадь террас А] в соответствии с рис. 5.4
равна 620 м2. Водоотвод осуществляется с помощью воронок конструк-
ции Эзерса (см. рис.5.26). Предусмотрено пять водостоков площадью по
150 м^ и пять воронок с условным проходом NW — 125 мм.
Необходимо еще раз отметить, что для надежности на каждом
покрытии должно находиться не менее двух воронок даже в том случае,
когда по таблице достаточно одного водостока. Вторая воронка
гарантирует надежный водоотвод даже тогда, когда одна воронка
засорится. Рекомендуется вторую воронку выполнять с подогревом.
f®
ерег
И1й
,16
Ofe1
Рис.5.4. Покрытие террас
65
Рис.5.5
5.3.2. Обледеневшие водосточные желоба
Обледенение водосточных желобов и труб относится к самым
неприятным последствиям зимнего периода. Быстрое изменение темпера-
туры, а также значительные температурные перепады между днем и ночью
приносят с собой много проблем и опасностей. Залитые покрытия и
водосточные желоба, разрушения от проникания тающей воды через
кровлю в конструкции здания, осыпающиеся фасады, разорванные
водосточные трубы и падающие вниз ледяные сосульки — это только
некоторые виды повреждений, вызванные таянием снега (рис.5.5 и 5.6).
Процесс таяния снега V В зависимости от поступления тепла из
нижележащего помещения или интенсивности солнечного обслучения слои
,1 в®ак
^щуасн
j зов св
fJC СШ
JM.HK
л: ЭД
ь и и{
jspeMCHHi
и кар
двлокрьл
.’МОИМ
см
j при в
□шковс
' яму (
тпвуегстс
побран
»вда
□е (го за
гараи.
hew
:рс.ад и
_лкяври1
ij массы
"я |«И
-кожи
ИЩ|
-лвдую
. "«Наши
Шеи
Шар
«КМ эд
м;
. крова
^орвощ
♦ -17 ®лс
-1 1ВД10|
’ Ш
"®ЛС(
-1)рш
66
снега начинают более или менее быстро таять, в первую очередь на
краевых участках (внутренний или наружный слой) V
В зоне свеса нет никакого поступления тепла снизу. Тающий снег,
который сползает к карнизу, может превратиться в лед во время
сползания, так как сток талой воды по желобам, заполненным снегом,
ограничен; это происходит прежде всего ночью при отсутствии солнечных
лучей или при такой ориентации покрытия, где имеется только
кратковременное солнечное облучение. Поэтому, как видно на рис.5.5 и
5.6, вдоль карниза образуются ледяные сосульки. Дальнейшее таяние
снега на покрытии и замерзание тающей воды в зоне карниза постепенно
ведет к полному обледенению водосточных желобов и свеса кровли. На
рис.5.7 схематически представлено образование ледяных сосулек и
наледей при неправильной конструкции кровли, на рис.5.8 показана
правильная конструкция кровли.
к и Поскольку обледенение свеса кровли ограничивает или полностью
г теш препятствует стоку тающих вод, то по направлению от карниза к коньку
МИ№ возникает обратный поток талой воды, который в покрытиях из штучных
k-pbm; элементов ведет к прониканию влаги в стыках между отдельными
» плитами (зто заметно возле колонн) и увлажнению покрытия и стены в
юрв зоне опирания.
ю 1( Теплотехнические характеристики снега для расчета теплового режима
5Н5 покрытия.
' ' А. Переход (изменение фаз) от снега и льда к воде или наоборот
наблюдается при 0°С. По данным Е. Шмидта (’’Техническая термодинами-
ка”) , 1 кг массы снега, изменяющийся по фазе, требует при этом расхода
тепла в количестве 79,9 ккал. Это количество тепла должно поступать к
месту изменения фаз или — при замерзании — отводиться от этого места.
Здесь решающую роль играет теплопроводность снега.
Б. Коэффициент теплопроводности снега изменяется в зависимости от
плотности (консистенции снега) следующим образом: порошкообразный
Температура ниже 0°С — снег не тает; температура достигает 0°С — снег
начинает плавиться прежде всего снизу; температура выше 0°С - снег тает снизу и
сверху. В местах таяния выступают ’’тепловые пятна”.
Рис. 5.7. Схема таяния льда - непра-
вильная конструкция (дефектная
деревянная обрешетка с толевым
покрытием). При дефектном испол-
нении возникают разрушения покры-
тия и конструкций здания из-за обра-
зования конденсата и наледей, а так-
же обледенение кровельного ковра и
обратный подпор воды
1 - снег; 2 - холодный воздух;
3 — обратный подпор воды; 4 —
наледь; 5 - просочившаяся талая
вода; 6 - поднимающийся теплый
P1C.S’ воздух; 7 — ледяная сосулька
67
Рис.5.8. Правильная конструкция
кровли. В горных и высокогорных
районах необходимо всегда пред-
усматривать подшивку. Она может
состоять из деревянной опалубки и
атмосфероустойчивых древесностру-
жечных пли- с водоне"р'эницае1У1п1л
покрытием. Дощатый слой должен
иметь толщину не менее 18 мм. На
доски наносится уплотнительный
слой в соответствии с нормами ДИН.
Псдшивка требует устройства обрат-
ной обрешетки, леи которой в пок-
рытиях с небольшим уклоном остает-
ся зазор для беспрепятственной- цир-
куляции воздуха, позволяющий от-
вести с подшивки влагу, проникшую
внутрь покрытия. Бруски обратной
обрешетки в горных и особенно в
заснеженных районах должны быть не
тоньше 60 мм. Обычная обрешетка, уложенная на эти бруски, рассчитывается на
действующие нагрузки, но должна быть не тоньше 30 50 мм
1 - обрешетка толщиной не менее 30—50 мм; 2 — обратная обрешетка толщиной
40—60 мм; 3 — уплотнительный слой; 4 - вентиляция; 5 — подшивка из досок
толщиной не менее 18 мм
снег (легкий, пушистый) имеет плотность 100 кг/м3 и коэффициент
теплопроводности 0,04 ккал/(м-ч-град); спрессованный снег (тяжелый)
имеет 900 кг/м3 и коэффициент теплопроводности 2,0 ккал/ (м-ч-град).
Практически на покрытиях наиболее часто находится снег с
плотностью 250 кг/м3, имеющий коэффициент теплопроводности
0,14 ккал/ (м-ч-град).
В. Величина абсорбции (средние значения) колеблется в зависимости
от толщины снежного покрова и его кристаллической структуры от 0,82
до 0,98 (для льда и мороза).
Г. Термическое сопротивление для кровли (кровельный ковер без
деревянной опалубки) составляет 0,03 м-^-ч-град/ккал, а для покрытия
(минимальное значение по ДИН 4108) 1 — 0 75 м^ч-град/ккал.
Д Коэффициент теплоотдачи составляет: снаружи
20 ккал/(м2-ч-град), на чердаке 5 ккал/ (м^-.ч-град), в нижележащем
жилом помещении 7 ккал/ (м^-ч-град).
Е. Температура воздуха: в жилых помещениях 22°С наружный воздух
может иметь произвольную температуру.
Ж. Вентиляция чердака: воздухообмен 2 раза в 1 ч, собственная
теплота воздуха 0,24 ккал/ (кг-град), плотность воздуха 1,3 кг/м3.
3. Специальный подвод тепла в чердачное помещение: через дымовые
трубы (на 1 м) 200 ккал/ч, через неплотности (например, люки и др.)
100 ккал/ч.
И. Солнечное облучение покрытия (коэффициент лучеиспускания
снега равен 0,85, см.п.”В”) вначале отсутствует, затем произвольное.
К. Теплопоглощение. Как уже было указано, в точках таяния
возникает поглощение тепла.
1 Для легких покрытий рекомендуются более высокие значения — до 1,85
(максимум), а для тяжелых покрытий - от 1,25 до 1,50 (минимум).
68
Рис. 5.9. Теплопроводность
снега в зависимости от его
плотности (по Каммереру)
Из рассмотрения теплопог лощения можно сделать вывод, что слои
снега тают только начиная с краев. Внутри снежного слоя невозможно
таяние, так как к этим участкам не поступает тепло из-за ’’изолирующе-
го” влияния поглощения. Попадающая на снег сверху талая вода^
пропитывает лежащий под ней снег и в соответствии с увеличением
плотности повышает его теплопроводность (рис.5.9). Влага, накаплива-
ющаяся в снегу, относительно велика; например, слой ’’сухого” снега
толщиной 20 см. может впитать от 150 до 180 кг/м^ воды. Теплопоглоще-
ние необходимо учитывать в тепловом балансе покрытия, что ведет к
сложным зависимостям
На геплопоглощение влияют следующие факторы: параметры наруж-
ного воздуха, толщина и консистенция снегового покрова, теплоизоляция
покрытия и кровли, вентиляция и аэрация покрытия (табл.5.4)
А. Толщина и плотность снега. Учет теплового баланса зимой (при
низкой температуре наружного воздуха) показал, что двухстороннее
тепл ©поглощение, возникающее в результате процесса таяния, аннулиру-
ет^ теплоизолирующие свойства снегового слоя.
Б. Теплоизоляция перекрытий и покрытий. Теплоизоляция перекры-
тия над верхним жилым этажом и покрытия оказывает влияние на
поступление тепла снизу и отдачу тепла наружу. В соответствии с ДИН
4108 не устанавливается конкретная толщина теплоизоляции (кроме
плоских покрытий).
В. Вентиляция чердака (воздухообмен). Коэффициент воздухообмена
показывает, с какой частотой в 1 ч объем воздуха чердака заменяется при
вентилировании атмосферным воздухом.
' Количество талой воды на нижней поверхности должно быть не более
0,25 кг/ (м“-ч).
Количество талой воды сверху составляет около 1кг/(м2-ч) Эти данные
приведены в статье ’’Тепловой режим помещений с заснеженными покрытиями”,
опубликованной в журнале ” Klima—Тechnik ” 1972, №2 и 1973, №1 и 2.
3 При наружной температуре —2С'°С на нижней поверхности необходим слой
снега толщиной нс менее 0,50 м, чтобы достичь температуры таяния, равной 0°С.
Увеличение толщины снегового слоя не дает дальнейшего снижения теплопотерь.
69
Таблица 5. 4.
Влияние отдельных параметров на величину теплопотерь
и образование талой воды
Влияющие параметры Теплопотери Образование талой воды
Теплоизоляция кровли Благоприятна высокая теплоизоляция
Теплоизоляция покрытия Мощная теплоизоляция не дает зимой заметных пре- имуществ Благоприятна значительная теплоизоляция
Вентиляция чердака Сильный воздухообмен неблагоприятен Усиление воздухообмена не дает заметных преиму- ществ
Теплопередача на чердаке Высокий коэффициент возду хообмена неблагоприятен
Уклон покрытия 2 Значительный уклон неблагоприятен Значительный уклон благо- приятен, так как скатывает- ся снег
1 Коэффициент термического сопротивления от 1,25 до 1,50 м^. ч-град/ккал.
у
Предельное значение при уклоне 30°, далее в зависимости от консистенции
трения снежного слоя по поверхности покрытия начинается сдвиг снега вниз.
и
Коэффициент воздухообмена ’’ноль” соответствует невентилируемо-
му состоянию (см. выше п.”Ж” и рис.5.10 и 5.12).
При устройстве небольших отверстий во фронтоне здания, как
правило, достигается коэффициент воздухообмена, равный 0,5 в 1 ч.
Значительный воздухообмен возникает при плитных элементах покрытия,
а также из-за неплотностей в стыках кровельного ковра.
При устройстве окон во фронтоне или отверстий в кровле может быть
получен коэффициент воздухообмена от 3 до 5 в 1 ч в зависимости от
Рис. 5.10. Теплообмен при вентилировании
чердака (при температуре наружного возду-
ха, превышающей 4°С, тепло поступает
внутрь, так как наружный воздух теплее
внутреннего)
70
степени открывания окон. Более высокие коэффициенты воздухообмена
практически могут быть получены только с помощью вентиляционного
оборудования (принудительная вентиляция чердака) *.
Усиление вентиляции чердака не уменьшает образования талых вод.
Как установлено Е. Шмидтом, путем интенсификации вентиляции
уменьшение образования талой воды и, следовательно, льда в зоне свеса
кровли может быть достигнуто только в ограниченном объеме в
переходный период. Весной и зимой это не дает практического эффекта.
Г. Солнечное облучение. При солнечном облучении поверхности
снежного слоя в соответствии с относительно высокой способностью
снега поглощать солнечные лучи (см выше п”1/Г ) может передаваться
значительное количество тепла, так что в этих условиях снег начинает
таять при низкой температуре наружного воздуха.
Выводы. Указанные повреждения от талой воды возникают тогда,
когда тающая вода стехает с покрытия и сток затрудняется или
блокируется из-за обледенения водосточных желобов и образования
наледей в зоне карниза. Это происходит, во-первых, зимой для талой
воды из нижнего слоя снега, которая при стекании вдоль свеса кровли
может снова замерзнуть, и частично для талой воды верхнего слоя, когда
тает столько снега, что водопоглощение снежного покрова становится
недостаточным для поглощения всей талой воды. Во-вторых, поврежде-
ния появляются в переходный период, когда в течение дня (при
температуре наружного воздуха выше 0°С и солнечном облучении)
начинаются процессы таяния, а ночью, по крайней мере в зоне свеса
кровли, температура ниже нуля.
При оценке возможности повреждений исходят из двух противопо-
ложных требований:
а) передача тепла через перекрытия верхнего жилого этажа должна в
основном отсутствовать (рис.5.11 и 5.12) ;
б) количество талой воды на 1 м^ поверхности покрытия, которое
при замерзании в зоне свеса кровли приводит к образованию наледи,
должно быть по возможности невелико.
К этому можно добавить, что появление талой воды в принципе не
представляет опасности; ее проникание может быть предотвращено путем
специальных мер предосторожности при устройстве кровли.
Вспомогательные мероприятия:
вентилирование чердака (возможность и эффективность такого
мероприятия ограничена). Необходимо избегать слишком сильной
вентиляции чердака. Так как благодаря ей уменьшается количество талой
воды, то вместе с тем наблюдается сильный прирост теплопотерь
(коэффициент воздухообмена, равный примерно 2 в 1 ч, является
достаточным);
применение дощатой подшивки с соединением досок в шпунт и на
шпонках и укладкой слоя толя под кровлей; используют доски
толщиной 2 см, уложенные по плоским мелкоштучным кровлям, для
предотвращения проникания дождевой воды и талого снега; доски
Теплопотери через покрытие сильно возрастают при интенсивной вентиляции
площади покрытия.
71
Рис.5.11. Схема теплового потока,
определяющего тепловой баланс чер-
дака
Т1 — передача теплопотерь через
чердачное перекрытие; Т2 — тепло-
потери через кровлю; L — отвод
тепла вентиляцией чердака; 5 —
поступление тепла от труб в чердач-
ное помещение; U — теплопотери
при вентилировании верхнего жилого
этажа из-за неплотностей дверей люка
и по другим причинам
сверху накрыты слоем толя (термическое влияние можно не учитывать,
особенно при определении влажности);
применение кровельных покрытий 1, которые остаются водонепрони-
цаемыми при возможном подпоре талой воды; например, покрытия из
стальных листов и плитных элементов с уплотнениями на стыках плит;
электрообогрев водосточных желобов и зоны карниза, предотвращаю-
щий образование наледей. Автоматический электрообогрев водосточных
желобов и водосточных труб на глубину до 1,0 м ниже уровня земли
(граница промерзания) обеспечивает сток талой воды и заранее
предотвращает необходимость в дорогостоящем ремонте. Желоба
наклонных покрытий, а также водосточные трубы обогреваются с
помощью электрокабелей.
На плоских покрытиях, обычно имеющих внутренний 'водоотвод,
также применяются обогреваемые воронки.
Мощность стандартного обогревательного кабеля должна бьгть в
каждом случае достаточной для предотвращения обледенения желобов и
водосточных труб^. Для полного таяния слоя льда и снега большой
толщины при неблагоприятных атмосферных условиях мощность кабеля
может оказаться недостаточной. Поэтому для обеспечения надежной
работы кабеля необходимо включать обогрев еще до того, как
I В областях, богатых снегом, прежде всего в Альпах.
2
Особенно хорошо для этой цели подходит кабель в свинцовой оболочке.
------4
------5
Рис. 5.12. Зависимость массы снега, тающего
на верхней и нижней поверхности снежного
слоя, от коэффициента воздухообмена при
вентилируемом чердаке
1 — верхняя поверхность; 2 — нижняя
поверхность; 3 - зимой; 4 — переходный
период; 5 — весной
72
температура наружного воздуха опустилась ниже нуля, а не тогда, когда
желоба и водосточные трубы уже обледенели.
Существует неправильное мнение, что достаточно обогревать только
северную сторону здания. В действительности южная сторона подвержена
опасности в еще большей степени, чем северная. На южной стороне под
действием солнечных лучей талая вода может появляться даже при
температуре наружного воздуха ниже нуля; при этом холодные
замерзшие слои снега и льда, лежащие ниже, препятствуют стеканию
воды.
Надежная защита от разрушений в зимнее время может быть
достигнута только путем обогрева всех желобов и водосточных труб
объекта.
Приме р 5. 2. Речь идет о разрушении нового одноэтажного произ-
водственного здания со стальными конструкциями, имеющего площадь
застройки 1000 м^ (20,0x50,0 м). Несущие конструкции здания —
стальные рамы; покрытие двухскатное, шаг рам 5,0 м; высота до
карниза 3,0 м; высота в коньке 4,70 м над уровнем земли; уклон
покрытия 10°.
Конструкция выполнена в виде холодного покрытия следующего
состава: волнистые асбестоцементные листы (профиль 5) по деревянным
прогонам; воздушная вентилируемая прослойка толщиной 10-15 см;
плиты 5PW/S для теплоизоляции^ толщиной 50 мм, подвешиваются
снизу под прогонами (рис.5.13 и 5.14).
Для вентиляции служат приточные отверстия на фронтоне; у конька
нужны три круглых вентиляционных короба диаметром около 35 см и
поперечным сечением около 1000 см^.
Климатические условия характеризуются богатыми снегом, холодны-
ми зимними месяцами, область теплоизоляции II—Ш (рис.5.15).
При визуальном осмотре прежде всего были установлены следующие
важные дефекты:
наличие полностью обледеневших водосточных желобов и водосточ-
ных труб (образование льдин и ледяных сосулек), см.рис.5.5 и 5.6;
проникание дождевой воды, а также воды от таяния льда и снега через
кровельное покрытие.
* Альбрехт О. Повреждения покрытия. — Немецкий инженер-строитель, 1974,
т. 1, с.47.
п
z Силлан SPW — самонесущие теплоизоляционные плиты для кровель из
волнистых асбестоцементных листов, которые могут укладываться одновременно с
ними.
Рис.5.13. Дефектная соединительная
деталь: утепляющая плита с оконным
проемом (схема)
1 — стальной профиль для продоль-
ных связей; 2 — поступающий теп-
лый воздух; 3 — изоляционные пли-
ты соединены в шпунт (не требуется
никакого дополнительного уплотне-
ния швов)
73
Рис. 5.14. Внутренний вид покрытия
(потолок — подвеска изоляционных И®
плит)
fl OCJ
ЙКЛМ
Ijffll
J0HK
лр®
jSrV
W
иби
0Ш
лай
.[JW
'.ллри
чни;
нои
-а м
;Ц.
tJM
га, в
S»
ищ
Следствием этого были повреждения от влаги в конструкциях -
покрытия и стен, разрушение окраски внутренних стен и наружной
штукатурки.
Далее были обнаружены следующие недостатки:
отсутствие деревянной обшивки с толевым слоем под покрытием
(см. рис.5.8) ;
неправильное крепление теплоизоляционных плит (силлан SPW ) к
наружным окнам — открытые швы (см. рис. 5.13), а также неплотности
внизу у навесных панелей в виде зияющих швов и щелей.
Все указанные дефекты появились в результате подпора талой воды,
образующейся при таянии льда и снега. При отсутствии второго
кровельного слоя, а также при неправильной подвеске теплоизоляцион-
ных плит, т.е. при наличии швов и щелей, с одной стороны, всегда
1 Вторая кровля - битумный картон или полиэтиленовая пленка.
I
Рис.5.15. Разбивка территории ФРГ
на теплоизоляционные зоны (ДИН
4108). При строительных расчетах
высокогорные районы Гармиш,
Тольц, Мисбах, Розенгейм, Траун-
штейн относят к зоне Ш (на карте они
находятся в зоне II). Районы со
значительными отличиями в климати-
ческих условиях, например в горах,
относятся к такой зоне по теплоизо-
ляции, в которую попадает большая
часть района. Оставшаяся часть долж-
на нормироваться компетентными
органами на основе местнлго опыта
rat
тент
ilffl
"жреч
«И(
ipni
^35
иння
'ад
Ч №
ВДП(
ИНЫ
№
Жп
ч
iHOHfl.
Ж
-Wm
'KlClHi
j №
"HUMv
74
происходит утечка теплого воздуха из оттаиваемых зимой помещений
через щели между теплоизоляцией и стеклом, а с другой — покрытие
прогревается снизу вверх (см. рис.5.7, 5.8 и 5.13).
При осмотре здания было обнаружено также, что в нем имеется
избыточная вентиляция.
В указаниях по применению панелей ’’Силлан SPW — самонесущие
изоляционные панели для тепло- и звукоизоляции волнистых покрытий и
стен” приведена необходимая величина воздухообмена в пространстве
между 5PW и волнистыми асбестоцементными листами.
Для предотвращения образования конденсата в двухскатных покры-
тиях необходимо предусматривать сплошную вентиляцию в коньке, что
обеспечивает достаточный воздухообмен в свободном пространстве под
покрытием. Известно, что при вентилировании холодных покрытий
всегда необходимо принимать во внимание особые условия, связанные с
конструкцией и параметрами воздуха. В ДИН 4108 ’’Теплоизоляция в
надземном строительстве” в примеч.7 к табл.З сказано, что поперечное
сечение приточных и вытяжных отверстий в вентилируемых помещениях
должно составлять не менее 20% площади помещения. Следовательно, при
длине водосточных желобов около 10 м, считая от конька, как для
притока, так и для вытяжки требуется поперечное сечение не менее
200 см^. При свободно уложенных элементах SPW, которые предотвра-
щают проникание воздуха из помещения в воздушную прослойку
покрытия, выяснилось, что для достаточной вентиляции необходим как
минимум зазор между опорной поверхностью и гребнями волн волнистых
кровельных листов. Это означает, что на 1 м длины водосточных желобов
приходится не менее 250 см^ приточных и вытяжных отверстий.
Для вентиляции в коньке суммарная площадь отверстий должна быть
равна 2-250 — 500 см^. В данном случае необходимо обеспечить требуе-
мое поперечное сечение только приточных отверстий с обеих сторон
водосточного желоба В противоположность этому у конька устраивают
только три круглых вентиляционных шахты, которые при внутреннем
диаметре 35 см имеют поперечное сечение около 1000 см< Поэтому при
длине здания около 50 м вместо требуемой площади поперечного сечения
вентиляции 25000 см^ (0,25 м^) имеется только 3000 см' Таким
образом, не обеспечивается достаточное проветривание воздушной
прослойки покрытия наружным воздухом.
Причины повреждений:
неправильная конструкция покрытия (отсутствие второго кровельно-
го слоя) для отапливаемых помещений с учетом местных атмосферных
условий;
неправильно выполненная изоляция, подвешенная под прогонами (со
швами).
Влияние вентиляции остается спорным (табл.5.4).
Ремонт^. Для устранения недостатков предусматриваются следующие
мероприятия: вскрытие кровли, дополнительная укладка деревянного
слоя толщиной 20 мм, а также второго кровельного ковра (битумного
картона или полиэтиленовой пленки).
Здесь можно еще раз отметить, что термическое влияние такой
деревянной^бшивки невелико.
I С учетом ’’Указаний по устройству плоских покрытий”, разработанных
Центральным союзом кровельщиков, январь 1973 г.
75
По мнению автора, интенсификация вентиляции не является абсолют-
но необходимой. Это мероприятие дает ограниченный эффект только в
переходный период, а весной и зимой практически не оказывает
положительного воздействия.
Для того чтобы покрытие выполняло свои функции, необходимо не
только правильно выбрать материалы, но и проектировать и изготовлять
покрытие с учетом конструктивных особенностей и данных строительной
физики применительно к тяжелым климатическим условиям.
В дополнение к специальным правилам немецких кровельщиков в
заснеженных районах принимают во внимание следующие конструктив-
ные особенности и условия работы покрытия.
статическую определимость конструкции покрытия, снеговые нагруз-
ки, имеющие место в каждом районе;
подшивку; устройство подшивки для покрытий с небольшим
уклоном;
полную теплоизоляцию; значения, приведенные в ДИН 4108, должны
быть приняты как минимальные;
достаточный приток и вытяжка воздуха; в конструктивном
отношении покрытие выполняется в виде холодной кровли;
правильная конструкция кровли; необходимо придерживаться указа-
ний, относящихся к соответствующему типу кровель;
специальные детали покрытия: ветровые фронтонные доски, водосточ-
ные желоба, конек должны быть выполнены в соответствии с
климатическими требованиями;
защита от обрушения с кровли глыб снега с помощью специальных
конструкций для остановки и улавливания снега.
Изложенные выше требования распространяются на высокогорные
районы и наиболее возвышенные регионы среднегористой местности,
которые почти полностью относятся к климатической зоне III и считаются
особи заснеженными. В этих областях высота снега нередко достигает
1—2 м. Так как средняя плотность мокрого и фирнового снега составляет
400 кг/м3, здесь предъявляются особые требования к конструкции
покрытия и материалу кровли.
5.3.3. Термические нагрузки (швы)
Главная задача изоляции покрытия — не только защита нижележащих
помещений от излишнего нагрева или охлаждения, но также защита самой
конструкции покрытия от недопустимых температурных нагрузок.
Кроме того, изоляция покрытия служит для предотвращения образования
конденсата.
Конструкция покрытия может быть защищена от температурных
нагрузок только в том случае, когда теплоизоляция уложена сверху.
Летом плоские покрытия под ^действием солнечных лучей могут
нагреваться до 80°С, а зимой остывать на несколько градусов ниже
температуры воздуха, так что температурная нагрузка поверхности
покрытия в течение года соответствует разности температур до 100°С.При
этом возникают заметные различия в продольных удлинениях плит
покрытий. Частые подвижки плит из-за температурных колебаний могут
вызвать значительную нагрузку на всей площади покрытия.
76
Например, при длине покрытия 100 м и температурном перепаде
100°С в течение года линейное удлинение составляет от 6,5 до 12 см.
Однако в стенах здания возникает только около половины указанных
удлинений, а их направление почти никогда не совпадает с направлением
удлинений в конструкциях покрытия.
Такие нежелательные перемещения и большие усилия, часто возникаю-
щие при этом, могут быть значительно снижены с помощью устройства
соответствующей изоляции.
Если несмотря на указания в специальной литературе, требующие
устройства швов в бетоне и железобетоне, массивные плоские покрытия
изготовляют без деформационных швов, то это служит основной
причиной несоответствия фактической работы конструкции предпосыл-
кам, принятым при расчете. Практика показала, что архитекторы и
строители, ответственные за проектирование и изготовление конструк-
ций, должны уделять этому вопросу особое внимание.
Общие положения. В принципе швы нужно устраивать в первую
очередь там, где, как известно из опытных данных, при отсутствии швов
могут возникнуть трещины в конструкциях зданий или их элементах. Эти
швы имеют различное назначение и в соответствии с указаниями ГИС
(Гидроизоляция инженерных сооружений) подразделяются на рабочие,
конструктивные, температурные и деформационные.
Рабочие швы (см. журнал ”Цемент”, вып.8, а также сб. ’’Цемент”,
1953, №12) возникают, как известно, при укладке бетона несколькими
слоями, особенно в крупных строительных конструкциях.
Конструктивные швы устраивают между имеющейся и новой деталью
здания, в крупных зданиях — при неоднородном основании, а также
между элементами зданий, которые вследствие их различного назначения
и статических нагрузок приводят к различным давлениям на грунт. Такие
швы обычно выполняют в виде сжатых конструкций.
Деформационные швы необходимы там, где возникают повторяю-
щиеся упругие перемещения строительных конструкций, например, под
действием временных нагрузок.
Если шов должен одновременно быть конструктивным и температур-
ным или температурным и деформационным, то его конструкция может
выполняться в виде температурного или деформационного шва.
Ряд требований к швам установлен соответствующими нормами —
ДИН 1045 (старые и новые нормы), ’’Указаниями немецких федеральных
железных дорог”, ГИС (новое издание). Эти указания относятся к
бетонным и железобетонным конструкциям всех типов.
Температурные швы устраивают в протяженных конструкциях для
создания возможности усадки, удлинения и укорочения тела здания
вследствие температурных деформаций.
Поэтому температурные швы, о которых идет речь ниже, предусматри-
вают тогда, когда размеры здания превышают определенный предел; при
этом необходимо принимать во внимание местные атмосферные
условия — солнце, погоду, ветер. Кроме того, следует учитывать
значительную дневную разность температур
Конструкции покрытий, которые обычно являются перекрытием
верхнего этажа, в большей степени, чем другие конструкции, подвержены
воздействию температуры, что приводит к продольным деформациям
покрытия. Неблагоприятное влияние этого фактора усугубляется в
77
сплошных покрытиях, плиты которых в соответствии с §22 ДИН 1045
могут иметь относительно небольшую толщину (до 5 см), так как часто
на покрытие действуют только ветровые и снеговые нагрузки; в
известных тонкостенных конструкциях усадочные трещины более
заметны из-за быстрого высыхания. Поэтому, чтобы предотвратить
произвольное образование трещин в покрытии и кладке из-за недопусти-
мо больших изгибающих и особенно сдвигающих нагрузок в несущих
элементах, на соответствующем расстоянии нужно устраивать так
называемые температурные швы определенного размера и конструкции.
Расстояние между швами в общем случае зависит прежде всего от
величины и направления температурных воздействий на рассматриваемую
поверхность, от толщины строительных конструкций и их теплоизоляции,
а также от ожидаемых продольных удлинений и от большей или меньшей
степени упругости материала наружных и внутренних стен.
Причины трещин в каменной кладке. Возникновение трещин в
каменных стенах, на которые опираются плоские железобетонные
покрытия, всегда вызвано удлинением незащищенных или недостаточно
изолированных железобетонных плит покрытий при возрастании темпера-
туры, тепловых воздействиях и особенно при сильном солнечном
облучении.
Во всех случаях повреждений, вызванных названными выше
причинами, появляются заметные трещины одинаковой формы и
направления, так называемые трещины сдвига; они возникают по всем
четырем углам продольных стен и частично также у внутренних и
наружных поперечных стен под покрытием.
При неправильной конструкции швов, например швов сжатия,
предназначенных для предотвращения возникновения неравномерного
давления, теряется их целевое назначение. Недостаточный слой теплоизо-
ляции дает только незначительный эффект и поэтому не оказывает
заметного влияния. Однако эти недостатки можно легко ликвидировать с
незначительными затратами труда и средств.
Величина возникающих усилий и их влияние. При расчете возникаю-
щих усилий принимают, что длина крыши или конструкции покрытия
равна t (м).
Летом в зависимости от климатических условий поверхность
покрытия нагревается до температуры to . При этом в жилых помещени-
ях, находящихся под покрытием, устанавливается температура tu .
Средняя найвысшая температура при таком максимальном нагреве
£ макс= 1/2 ( te + tu). Зимой необходимо считаться со средней
наружной температурой ta, что с учетом температуры ti в изолирован-
ном чердаке и в неотапливаемых помещениях дает среднюю наименьшую
температуру tMHH — 1/2 ( ta + tL ). Таким образом, абсолютный перепад
температур в конструкции £абс равен интервалу от £максД° tM1H.
Так как коэффициенты теплового расширения бетона (0,000014) и
стали (0,000011) отличаются примерно на 27%, в рассматриваемом
случае’ в качестве коэффициента теплового расширения и коэффициента
линейного расширения cct для бетона и стальной арматуры вместо
0,000010, по ДИН 1045, §16/2, принимается 0,000014, если в особых
' Когда два числа малы, то они еще долго не становятся равными: при этом
каждое отношение дифференциалов должно равняться единице.
случаях не предусмотрено другого значения; зто означает, что при
повышении температуры на 1°С единица длины бетона возрастет на
0,000014 своей величины.
Поэтому удлинение at — £ 06tfagc = 1-0,000014-Zagc. Это и есть
первое уравнение (правда, без учета каких-либо дополнительных
обстоятельств) для определения размера швов (их ширины), а также
расстояния между ними (число швов). В рассматриваемом случае
установка сквозного анкера из круглой стали для снижения общего
продольного удлинения вызывает усилие (без учета трения)
Р = sEF = <*ttlEF = flt£F
на единицу длины, где @= ~ 0,000014, Е — 210 000 кгс/см“.
Подставляя в это уравнение соответствующие числовые значения,
получаем величины, которые показывают, что практически свободная
анкеровка этих сил невозможна или достигается с большим трудом.
Следовательно, нельзя рекомендовать применение таких анкеров. Вместо
этого можно уменьшить вдвое расстояние между нижней гранью
конструкции покрытия и верхом внутренней стороны окна и устроить
там горизонтальный шов со скользящим слоем пленки для предотвраще-
ния сцепления, т.е. осуществить полный отрыв несущей конструкции
покрытия от стен верхнего этажа (так называемый отодвинутый или
вертикально поделенный кольцевой анкер).
Членение, а также возможность скольжения обеспечиваются толевыми
прокладками. Сами поверхности скольжения должны быть чистыми и
ровными (недостаток: чувствительность к трещинам и сдвигу!). Расчет
анкера производят на возникающие силы трения
/?= ^иЛ/.
Здесь N означает половину веса конструкции покрытия, a JJ. — коэффи-
циент трения бетона по асфальту, который может быть принят равным
около 0,5.
Нельзя установить единой ширины швов для всех случаев; в
зависимости от обстоятельств она равна от 0,5 до 2,0 см.
В обычных условиях расстояние между швами принимают равным
10 м. При значительном перепаде температур, а также в неармированных
или слабоармированных бетонных массивах часто требуется еще более
частое деление швами. (Для назначения шага швов в таких случаях
исходят из практического опыта.)
Кроме того, шов должен иметь достаточный зазор, чтобы сохранялась
возможность беспрепятственных перемещений без преждевременного
замыкания шва даже в экстремальных условиях, например при пожаре. В
инструкции, выпущенной немецким комитетом по железобетону,
указано, что зазоры в швах зданий, где технология работ или работающее
оборудование могут послужить причиной пожаров, должны составлять не
менее 1/1200 расстояния между швами; расстояние между швами не
должно превышать 30 м. Такие швы должны пересекать все здание
"Рис.5.16. Разрез по деформационному шву (зазор tM
шва заполняется металлической пленкой, стекло-
волокном, пеньковым канатом, смоченным в
смоле, или другими чистыми деформирующимися
материалами, предохраняющими зазор от любых
загрязнений)
1 — кровельный ковер (как в* точке А, см.
рис.5.22); 2 — оцинкованная жесть; 3 — дюбель; '
4 — выравнивающий цементный слой; 5 — по- w к
ристый бетон (легкий бетон); 6 - торфяные . рГО
изолирующие плиты; 7 - армокаменное перекры- •
тие; 8 — накрыв очный штукатурный слой
№1
насквозь,включая шгукатурку. Зазор шва должен оставаться свободным [ „
без заполнения легкими плитами или аналогичными материалами. jq
Другими словами, деформационные швы следует выполнять в виде ь да
швов с воздушной прослойкой (1-й принцип). а(8Ш
Влияние температурных перепадов на деформации бетона может быть
в значительной степени уменьшено при нанесении достаточно толстого )ве
слоя теплоизоляции. При этом деформации от нагрева и соответственно й(
удлинения могут быть снижены до 50%. 0
Сопротивление теплопотерям D — 1/Л (сопротивление, которое стена мв
или покрытие оказывают прохождению тепла) для армированной и
бетонной плиты толщиной d (м) равно D = d/X= d/\,3 (м^-ч-град/
ккал) ; для защитного слоя газобетона или пористого бетона толщиной 31 ™
d, (м) сопротивление теплопотерям Ui (м^-ч-град/ккал) равно:
ем
А = = rf//0,3. хай
wo и
Здесь Л и Я, представляют собой коэффициенты теплопроводности вни
применяемых строительных материалов и соответствуют такому коли- )шис
честву тепла, которое проходит в 1 ч через кубик со стороной, равной -Иш»
1,0 м, при разности температур с двух сторон стенки 1°С. ЗЙ ®с
По рис.5.17 и 5.18 можно без учета сопротивления теплопередаче Ий:
1 В
'г М),
Р 2 В*В,
Л- к 27
в,
D+B,
Рис.5.18. Конструкция деформацион-
ных швов (для Д = 0, т.е. при
отсутствии теплоизоляции,
~ ГОзобетон „б-
(легкий 03
бетон].
Железо- г, d
бетон, и f,3
'.’и,
,(to
н
«*
Рис. 5.17. Конструкция деформацион-
ных шьов
to~tu
и+ ’
как на рис.5.17).
'fatip
-Ши
-ТЙВ!
иука
t + to~
“ 2
В
D+fy
80
получить максимальную среднюю температуру в бетонной плите с
защитным слоем и без него
Отсюда следует вывод, что все железобетонные плиты покрытий
должны иметь теплоизоляцию (2-й принцип).
При этом тепловое воздействие на плиты почти не возрастает, а
продольные удлинения плит значительно снижаются и, как и раньше,
главной задачей остается расчет возможных трещин, наиболее легко
возникающих в стеновом материале, а также размещение необходимых
швов в соответствующих местах. Другими словами, нельзя решать
отдельно вопросы изоляции, устройства швов и выбора стенового
материала (3-й принцип).
Мероприятия, защищающие от возникновения трещин. Как видно из
изложенного выше, можно с помощью укладки теплоизоляционного слоя
соответствующей толщины (пористый бетон, пробка, торфяные плиты,
минераловатные или стекловолокнистые маты) снизить температурные
деформации и соответственно продольные удлинения до необходимых
пределов. Далее на основе расчета можно разместить конструктивные
швы в соответствующих местах. Такие швы должны конструироваться в
виде швов с воздушной прослойкой в соответствии с рис.5.16 и
проходить через все здание насквозь, т.е. через конструкцию покрытия
вместе с карнизом и стену, насколько это возможно осуществить с
учетом необходимого уплотнения.
По опытным данным, имеющимся к настоящему времени, рекомен-
дуется каждый шов пропускать через всю толщину штукатурного слоя
(внутреннего и наружного). Исходя из архитектурных соображений,
деформационные швы, открытые снаружи, при необходимости могут
быть скрыты с помощью установки водосточных труб, нахлесткой или
так называемыми накладками для деформационных швов (рис.5.19).
Последний способ позволяет решить эту проблему самым простым и
целесообразным для строителей образом. Накладки имеют вырезь
30мм
'(криль Профиль Ш
\~15\ Каменная кладка
6} ,30~60 „
у ~ -• Деформация
Штукатурка у---------------
77777777777
Профиль 61
^'''''Профиль 62
Каменная плавна
мм
8)
Штука- "
турка .ty Про/риль 62
Рис.5.19. Конструкция деформационных швов
а — возможна нахлестка 15 мм в каждую сторону,
б - для профиля 61 возможна нахлестка в каждук
сторону от 30 до 60 мм; в - профиль 62 может
применяться в качестве уголка, ограничивающего
отделочные плиты, и как ограничитель цоколя при
наружной штукатурке
15
Профиль
„ б/ мм
Каменная
кладка
Каменная
кладка
а. __ кол
81
Рис.5.20-Уплотнение деформационных швов
при покрытии пола без разрывов
1 — пол; 2 — пластмассовый профиль; 3 —
поверхность выравнивающего слоя; 4 —
выравнивающий слой; 5 — массивное пок-
рытие
(отверстия) для пропуска штукатурки и изготовляются из тонких
стальных листов, подвергнутых горячей оцинковке.
Уплотнения деформационных швов в массивных покрытиях с
профилями из пластмассы (упругие и надежные под нагрузкой) показаны
на рис.5 20 и 5.21. Кроме того, в швах покрытий важную роль играют
уплотнения, обеспечивающие водонепроницаемость. Дешевая и простая
конструкция показана на рис.5.16. Для снижения трещинообразования
при расчете арматуры в плитах покрытий не следует ограничивать
количество распределительной арматуры, позволяющей лучше и надежнее
воспринимать температурные и усадочные напряжения.
Общие практические правила устройства швов.
1. Массивные плоские покрытия (конструкции покрытий или
кровель). имеющие значительную протяженность (более 20 м), должны
расчленяться непрерывными деформационными швами, причем несущая
часть конструкции покрытия полностью отделяется от верхнего этажа.
2. Необходимо обеспечить подвижность этих швов и соответственно
поверхностей скольжения-. Кроме того, подвижность швов не должна
снижаться на отдельных этажах.
3. Расположение швов в покрытии не зависит от размещения
остальных швов. Осадочные швы фундаментов должны проходить через
все здание насквозь, т.е. через наружные и внутренние стены, включая
штукатурку (наружный и внутренний слой), а также покрытие.
4. Конструкцию покрытия необходимо защищать от слишком
сильного теплового действия с помощью слоя пористого бетона толщиной
12—14 см или друтой равноценной теплоизоляцией.
5. Для предотвращения образования трещин от температурных и
усадочных напряжений следует армировать швы.
6. Нельзя рассматривать изоляцию, швы и стеновой материал отдельно
друг от друга.
На рис.5.22 показана безупречная конструкция плоского покрытия.
Конструкция швов, относящаяся к этому случаю, приведена на рис.5.16.
Дефекты могут возникать в тех случаях, когда не учтены следующие
важнейшие факторы.
1. Примыкания и окончания (см. ’’Указания по устройству плоских
покрытий”, п.8, а также рис.5.23), жесткие и подвижные примыкания,
конструкция края покрытия (водосточный желоб) и деформационных
Рис.5.21. Уплотнение деформационных швов,
зависящее от толщины покрытия пола при
его разрыве
1 - пол: 2 - полотняные ленты; 3 -
положение в недеформиров энном состоянии;
4 — предварительное напряжение путем сжа-
тия; 5 — массивное покрытие; 6 — вырав-
нивающий слой
82
Рис. 5.22.
1 — кровельный ковер: один
слой безгравийного толя мар-
ки 500 и слой бессмольного
рубероида В 500, приклеен-
ного на битумной мастике;
2 — выравнивающий цемент-
ный слой толщиной 2 см;
3 — пористый бетон (легкий
бетон) толщиной 6 см; 4 -
пропитанные битумом тор-
фяные изолированные плиты
толщиной 3 см; 5 — армо-
каменное покрытие толщи-
ной 21 см; 6 - штукатурка
покрытия; 7 — жесть; 8 -
дюбель; 9 - железобетон с
облицовкой; 10 — уклон же-
лоба (7 см) ; 11 - свинцо-
вый лист у водосточной тру-
бы; 12 — выравнивающий
цементный слой толщиной
2,5 см; 13 — квадратная во-
досточная труба сечением 12x12 см с обязательной штукатуркой; 14 — пористый
бетон (легкий бетон) ; 15 — железобетон; 16 — внутренняя стена; 17 — наружная
стена
швов. Конструкция деформационных швов определяется технологичес-
кими и расчетными требованиями; она предусматривается проектом (см.
’’Указания”, п.8.4).
2. Конструкции, проходящие сквозь кровлю (см. ”Указания’’п.8.5)
К ним относятся камины, вытяжки, антенны, стойки или анкеры перил,
осветительные колпаки и водостоки (воронки с водосточными трубами,
отапливаемые, теплоизолированные).
Во всех случаях водонепроницаемая обшивка приклеивается к
кровельному ковру, она выполняется в соответствии с требованиями по
производству работ и отдельными пунктами ’’Указаний”. Качество
изоляции покрытия определяется качеством выполнения мест при-
мыканий.
При этом необходимо принимать во внимание, что при соединении
воронок с кровлей жесткое крепление ведет к образованию трещин
Рис.5.23.
а - примыкание к кирпичной
стене с ограничительным элемен-
том в слое раствора; б — примы-
кание к кирпичной стене с креп-
лением ограничительного элемен-
та к бетону гвоздями или винта-
ми с помощью пистолета; 1 —
стена; 2 — покрытие, используе-
мое для автостоянки
83
Рис. 5.24. Воронка со слаботочным
подогревом; применяется в тех слу-
чаях, когда водоотвод производится
по отдельной системе или воронка
находится в теневой зоне стены или
дерева
(тонкие трещины) в сильно нагруженных местах примыканий из-за
дилатационных перемещений конструкций покрытий и тела воронки. В
зоне отверстия необходимо в качестве компенсатора напряжений
применять соединительные пленки, обладающие длительной упругостью.
Для предотвращения проникания влаги в конструкцию при подпоре воды
в водосточной трубе необходимо устанавливать резиновые кольца
(уплотнение из валиковых и губчатых колец) в узле соединения воронки
с трубой.
Водоотвод с террасных покрытий с растительным грунтом и без него
осуществляется в общем случае в двух плоскостях: в плоскости изоляции
и в плоскости покрытия. С помощью незначительных дополнительных
М.Ввсрх
и. а
•воц
-’• Бада
Рис. 5.25. Конструкция воронки на йвд
террасе д
a
Рис.5.26. Вверху покрытие из профилированного стального листа; сточки зрения
строительной физики представляе,т собой плоское покрытие однослойной
конструкции, аналогичное обычным теплым кровлям; внизу — покрытие террасы,
необходимо отделить кровлю террасы от уплотнения
Рис. 5.27. Баланс влаги
1 общая влажносчь, равная собственной влажности 2 плюс диффузионная влага
3; 4 - влага, проникающая зимой; 5 - влага, испаряющаяся при высыхании летом
85
деталей воронка покрытия может быть превращена в воронку террасы
(рис. 5.24-5.26). Зона, подверженная действию талой воды, при
внутреннем водоотводе распространяется вниз от воронки на несколько
метров по длине водосточной трубы. Здесь в неутепленных или
недостаточно утепленных трубах выделяется конденсат, что с течением
времени приводит к промоканию стены.
При установке воронок важно, чтобы в теплоизоляцию не поступала
диффундирующая влага (для водосточных труб применяют штуцера
длиной около 1 м с двойными стенками и заполнением пеностиролом).
3. Прочие воздействия — наружная и внутренняя температура,
влажностный режим (относительная влажность), назначение помещения
под покрытием, свойства материалов и характеристики теплоизоляции.
Кроме того, на появление дефектов оказывают влияние следующие
факторы:
давление водяных паров;
географическое положение;
годовой баланс влаги (количество влаги, проникшее в конструкцию
вследствие диффузии паров к концу неблагоприятного времени года,
должно быть меньше или в крайнем случае равно тому количеству влаги,
которое выделяется летом, рис.5.27);
содержание влаги в теплоизоляционном материале (количество
допускаемой диффузионной влаги равно общей влажности за вычетом
собственной влажности);
образование конденсата; не допускается никакого выделения влаги.
При уклоне до 5% (3°) необходимо учитывать стоячую воду (во вторую
очередь — снег и лед) ;
диффузия пара (при дефектной пароизоляции); влияние водяного
пара сказывается в образовании пузырей и складок (рис.5.28), вскрытии
швов, возникновении трещин, перемещении поверхностной воды и
хрупкости кровельного ковра (от ультрафиолетового излучения) ;
достаточная теплоизоляция; проверяется наличие влаги и сырости на
внутренней поверхности покрытия, устанавливается возможность не-
посредственного доступа влаги снаружи и степень повреждения пароизо-
ляции;
химико-физические процессы; наряду с естественным износом при
проникании поверхностной влаги, талой воды, конденсата возникает
коррозия, приводящая к образованию отверстий;
температурные воздействия снаружи и изнутри; температурные
перепады очень велики: от —20°С до +80°С на поверхности покрытия в
течение года (на черных кровлях до +90°С и более, температурный
перепад в течение дня достигает 70°С). Если под кровлей находится
низкотеплопроводный теплоизоляционный слой, препятствующий отводу
тепла, то это может привести к возникновению теплового подпера и
дальнейшему повышению температуры.
Температурные напряжения необходимо учитывать, так как в
противном случае происходит удлинение или укорочение покрытия, что
при жестких покрытиях часто служит причиной серьезных повреждений:
выпучивания наружных стен, образования трещин в штукатурке (с
наружной и внутренней стороны), переноса напряжений в кровельный
ковер и возникновения из-за этого трещин в кровле (влажностные
разрывы), см. рис.5.51 и 5.52.
'!10бра
Лурцу;
• Jiypu)
ШЫЙ П)
Wtia
11ЦЩ
«lipot
kHOHJ
bftBH
'st® и
веспуи
.-Ырей1
Ж
EIHpyj
*®01В0
-icoci
86
Рис.5.28. Образование пузырей
а - контур пузырька в теле покрытия (воздушный пузырек); б — при увеличении
температуры из влаги, находящейся в замкнутом объеме, выделяется пар
(воздушный пузырек) ; в - при остывании ночью происходит конденсация внутри
пузырька; в сырую погоду пузырек поглощает новую влагу; г — при увеличении
температуры (солнечном облучении) пузырек увеличивается под действием
давления паров; д - превышение предела упругости слоя покрытия, кратеровидное
отверстие и опустошение пузырька; е - плоская форма после опустошения пузырька
Нагрев и охлаждение газообразных тел (воздух) ведет к изменению
их объема и соответственно давления (при снижении давления — отсос),
которое служит причиной неконтролируемого подъема кровли (образова-
ние пузырей) и может привести к значительным повреждениям.
С учетом абсорбции и рефлексии (см. пример 8.1) предлагаются
рефлектирующие покрытия или материалы (меньший нагрев кровли и
конструкции).
Водоотвод. Возможно прекращение водоотвода из-за образования
ледяных сосулек, пробок и т.д. (см. п.5.3.2).
87
Очень важна конструкция примыканий (проемы) воронок к
водосточным трубам, вытяжкам и т.д. В местах примыканий могут
возникать трещины; у тепловых мостиков выделяется тцпая вода
(конденсат). Эта влага может привести к промоканию конструкции
покрытия и образованию пятен на потолке. Наиболее важной деталью
покрытия является теплоизоляция со слоем пароизоляции. Самая лучшая
теплоизоляция эффективна тогда, когда диффундирующий водяной пар
лишь постепенно увлажняет изоляционный материал.
Выводы. Задачами покрытия являются:
предотвращение проникания водяных паров из нижележащего
помещения в слой теплоизоляции путем укладки так называемой
пароизоляции;
обеспечение благоприятной температуры в помещении, предотвраще-
ние проникания конденсата в конструкцию, снижение термических
нагрузок в бетонных плитах покрытия с помощью устройства достаточ-
ной теплоизоляции;
удержание влаги путем устройства водостойкого кровельного ковра;
выравнивание давления для обеспечения возможности собственных
перемещений кровли путем укладки слоя, компенсирующего давление
паров (выравнивающий компенсационный слой).
Для общей оценки покрытия всегда важна характеристика слоев,
входящих в его состав.
П р и ме р 5. 3. Речь идет о покрытии конторского и складского
здания, которое одновременно служит автостоянкой общей площадью
3600 м^ (рис. 5.29 и 5.30). Теплое покрытие состоит из следующих слоев
(рис.5.31):
битумная грунтовка (холодный битум), нанесенная на гладко
затертую наклонную поверхность покрытия (железобетонные плиты);
слой уплотняющей алюминиевой ленты толщиной 0,1 мм, покрытой
горячим битумом (пароизоляции);
слой пробки толщиной 4,5 см (вспученная пробка, пропитанная
горячим битумом, вместо предусмотренных проектом стекловолокнис-
тых плит ’’Foam ” толщиной 5 см, имеющих такую же теплоизоляционную
способность);
слой упругой коррозионно-стойкой уплотняющей пленки из вилко-
пласта (мягкая поливинилхлоридная пленка), наклеенной на пробку
(вместо медной рифленой ленты) с заваркой на стыках;
слой картона весом 500 г/м^, пропитанный в горячем битуме;
накрывочный слой из горячего битума;
бетонный выравнивающий слой (обычно толщиной 6 см) с ложными
швами 4,0x4,0 м и деформационными швами шириной от 10 до 20 мм;
специальная посыпка щебнем, смоченным в битуме (6 см), без
заполнения деформационных швов и слой мелкозернистого асфальтобе-
тона толщиной 3 см также без заполнения деформационных швов;
деформационные швы заполняются специальной массой для заливки
швов.
Ниже рассмотрены дефекты и повреждения, обнаруженные в
покрытии (рис.5.32).
Многочисленные трещины, распространяющиеся по всей ширине
автостоянки, в двухслойном битумно-щебеночном покрытии вдоль
южных (рабочих) и деформационных швов в защитном слое бетона
укладывают
покрытие
ря
№
ч
имеют ширину 2—3 мм. Битумно-щебеночное
поверх него без устройства швов. Во многих местах вдоль трещин виден
белый осадок известкового молока, выступивший из защитного слоя
бетона, частично или полностью пропитанного влагой.
При изготовлении швов были допущены следующие отклонения от
инструкции.
Конструкция швов выполнена неправильно. Ложные и деформацион-
ные швы отсутствуют в слоях, расположенных над бетонной выравниваю-
щей прослойкой (защитный слой бетона); использована недобро-
качественная заливочная масса. На этих участках покрытие имеет
двойные трещины.
Рис.5.30. Автостоянка. Циф-
рами указаны места отвер-
стий (для испытаний)
ff
89
Рис. 5.31 .-1
Изоляция в швах уложена неравномерно. Фактическая толщина
литого асфальта, а также битумно-щебеночного слоя отличается от
предусмотренной указаниями по изготовлению почти на 50%, т.е. на
3—6 см.
Покрытие автостоянки примыкает к конторскому зданию (восточная
сторона). Узел примыкания недостаточно уплотнен, через разделительный
шов вода проникает в нижележащие конторские помещения.
Для проведения дальнейших исследований кровля была вскрыта в
десяти точках (площадки размером 50x50 см), расположенных как
можно ближе к воронкам; вначале кровлю вскрыли дс уплотнительного
слоя (кровля, толь, вилкопласт), а затем на участках размером 8x8 см
удалили все оставшиеся слои покрытия до образования сквозного
отверстия.
При этом было установлено следующее.
В точке №1 (низкая точка возле дренажной шахты, рис.5.33) после
вскрытия измеренный уровень воды на пленке составлял 5—6 см;
пробковый слой находился под давлением воды.
В точке №2 наблюдалось то же, что и в точке №1; вода находилась
внизу (рис.5.34).
В точке №3 в день вскрытия верхушка была сухая; раньше, вероятно,
вода проникала сверху вниз (рис.5.35)
В точке №4 наблюдалось то же, что и в точке №3.
В точке №5 после вскрытия пробки толщиной 2,5 см установлено, что
влага проникла на глубину 2-3 см (рис.5.36).
В точке №6, так же как и в точке №3, имеется поверхностная вода;
после вскрытия пробки проникания влаги не наблюдается.
В точке №7 поверхность оказалась сухой.
В точке №8 вначале было сухо, после вскрытия пробки наблюдался
подъем воды до такого же уровня, как в точке №5 (рис.5.37).
Рис. 5.32
90
Рис.5.33
Рис. 5.35
.5.)!
91
Рис. 5.36
В точке №9 деформационные швы (разделительный шов на краю
перекрытия подвала) были не залиты и не доведены до поверхности
проезда.
В точке №10, как и в точке №9, было обнаружено дефектное
исполнение ложных швов в слоях над выравнивающим бетоном
(защ [тный слой бетона); в швы запрессована асфальтовая смесь. (После
осмотра все отверстия были снова заполнены уплотняющей битумно-
стекловолокнистой массой.)
В рассматриваемом случае имеющиеся трещины находились в зоне
двухслойного битумно-щебеночного покрытия толщиной 3+6 = 9 см.
Такие трещины, с одной стероны, вызваны дефектами при изготовлении,
а с другой — имеют физическую основу, связанную с возможностью
возникновения значительного перепада температур между наружной
поверхностью покрытия (например, — 20°С зимой) и ее внутренней
поверхностью (+20°С), а также с напряжениями в самом бетоне. В
данном примере трещины образовались из-за неправильного размещения
и исполнения рабочих швов и частично из-за снижения эффективности
деформационных швов. Трещины в битумно-щебеночном слое облегчают
проникание поверхностной влаги в конструкцию и поэтому зимой
92
возникает опасность промерзания нижележащего слоя бетона; при этом
отклеивается и поднимается кровля и кроме того, создаются благоприят-
ные условия для достижения точки таяния.
Как видно из рис.5.31, пробковый слой, препятствующий диффузии,
расположен между вилкопластом и алюминиевой пленкой (т.е. уплотнен
сверху и снизу). Вентилирование покрытия предусмотрено сбоку
(вытяжка в парапете). Пробковый слой является важнейшим элементом
покрытия. Применяемая для этой цели "экспандированная пробка"
импрегнирована и может нормально функционировать только при
влажности, не превышающей 6%, правда, с некоторым снижением
изолирующего эффекта. При влажности, равной 10%, теплоизолирующая
способность снижается до 60%. Кроме того, пробка имеет определенную
прочность на сжатие, что позволяет ей снижаться примерно на 5%. Однако
при разрушении ячеистой структуры, например из-за слишком большой
нагрузки при уплотнении бетона или укатке покрытия, пружинящая
способность пробки исчезает. Испытания .в десяти точках покрытия,
описанные выше, показали, что экспандированная пробка толщиной
4,5 см пропитана влагой и частично находится под слоем воды. Здесь
могут быть две причины, в отдельных точках порвана гидроизоляция,
например из-за плохого склеивания, и имеются другие повреждения,
возникшие при ее укладке, или повреждена теплоизоляция при установке
воронок, которая всегда вызывает трудности и связана с риском
повреждения прилегающих слоев. В этих точках поверхностные воды
проникают в слой пробки.
Так как проведенные исследования (при вскрытии слоев покрытия)
не выявили никаких трещин или повреждений в кровле и пленках, то в
рассматриваемом случае проникание значительного количества воды в
робковый слой, по-видимому, вызвано второй причиной. В соответствии
с описанным выше состоянием пробки изолирующая способность
пробкового слоя здесь равна нулю и поэтому очевидно, что покрытие
автостоянки не обладает требуемой теплоизоляцией.
В соответствии с ДИН 4108 во II температурном районе (в котором
расположено здание) термическое сопротивление принимается
равным 1,25 м~-ч-град/ккал.
Проводя расчет (см. рис.5.31) при коэффициенте теплопроводности,
равном для литого асфальта 0,6, битумного щебня 0,6, выравнивающего
слоя бетона 1,3, пробки 0,03 и железобетона 1,75 ккал/ (м- ч-град),
получаем:
1 v 0,03 0,06 0,06 0,045 0,20
Л 0,6 0,6 1,3 0,03 1,75
— 1,805 > 1,25 м^-ч-град/ккал.
Приведенные в ДИН величины представляют собой минимальные
значения, поэтому имеющаяся теплоизоляция может считаться достаточ-
ной при нормальных условиях.
Однако в ДИН не учитывается величина теплопередачи при
экстремальных условиях (сильный ветер или значительная влажность
воздуха). Поэтому практически должна применяться более эффективная
теплоизоляция. Конструкция, приведенная на рис.5.31, предполагает, что
93
пробковый слой под вилкопластовой пленкой может вентилироваться,
т.е. пленка должна свободно укладываться на пробку без наклейки.
Достижение точки росы зависит от относительной влажности воздуха
под покрытием. По рис.5.38 на диаграмме I —х Моллера при температу-
ре воздуха +20°С и относительной влажности 80% точка росы, т.е.
100%-ная влажность, будет достигнута при 16,5°С.
Таким образом, высокая влажность воздуха, близкая к точке росы,
часто приводит к значительным трудностям при устройстве теплоизо-
ляции; тогда остается другой путь — устройство холодной кровли
(рассматриваемая конструкция относится к типу теплых кровель) . Здесь
ожидать конденсации на нижней поверхности можно только при
максимальной разности температур (например, —30/+20°С) или при
высокой влажности воздуха (90% влаги). При неповрежденной алюми-
ниевой пленке пробка должна остаться сухой. Обнаруженная влага не
могла ' поступить снизу, так как условием проникания талой воды
является значительный подпор. Кроме того, в данном случае поврежден-
ное массивное покрытие должно было бы иметь влажные участки,
заметные снизу. Поскольку таких участков не наблюдалось, можно
сделать вывод, что алюминиевая пленка, препятствующая диффундиро-
ванию влаги, не повреждена
При прокалывании вилкопластовой пленки во время испытаний
наблюдался подъем воды, что свидетельствует о наличии давления(даже
очень незначительного), которое отсутствует при увлажнении конден-
сатом. Это позволяет сделать вывод, что после устройства изоляции
пробивались проемы (воронки) или недостаточно герметизировались
стыки при пересечении воронками вилкопластовой пленки. Под
вилкопластовую пленку ни в коем случае не должны попадать капли
воды.
Из сказанного можно сделать следующие выводы. Если экспандиро-
ванные плиты из прессованной пробки увлажнены на большой площади,
то не рекомендуется производить ремонт покрытия исключительно в зоне
воронок путем вырезания и замены гидроизоляционного слоя и участков
экспандированных плит. При этом следует удалить все слои покрытия по
частям, оголить поверхность бетона, имеющую уклон, и уложит^ новую
тепло- и гидроизоляцию, например из твердых пенополиуретановых плит
толщиной 40 мм со сваркой полос (покрытие конструкции Гартенмана,
официально разрешенное к применению). В этом случае полная толщина
покрытия составляет 13—14 см.
Если экспандированные плиты из прессованной пробки остались
сухими, то все швы до гидроизоляции должны быть надрезаны и
промазаны упругопластичным клеем на битумной основе. Зазоры в
местах установки воронок в каждом случае должны повторно
герметизироваться. После вскрытия битумно-щебеночного слоя в местах,
нуждающихся в ремонте, нельзя производить его сплошную заделку, а
необходимо устраивать швы там, где указано выше.
Пример5. 4. В рассматриваемом случае речь идет об одноэтажном
каркасном здании, смонтированном из сборных предварительно напря-
женных железобетонных элементов (балки и внутренние прогоны) и
конструкций из монолитного бетона (крайние прогоны и стойки).
Несущий каркас здания представляет собой предварительно напря-
женные железобетонные балки, опертые на четыре ряда стоек.
94
Содержание Влаги, г/ кг сухого Воздуха
Рис. 5.38
ср — относительная влажность воздуха; ф — плотность воздуха
95
Рис. 5.39. План зданий
1 — стеклянный фонарь
Покрытием служат газобетонные плиты толщиной 10 см ^1литы
изготовлялись с паропрогревом), на которые наклеено два слоя толя.
Размеры покрытия 37x104 м. Здание трехпролетное
(13,75-9,00-13,75 м). При необходимости поперечные балки могут
консольно выступать в направлении среднего пролета.
Расстояние между балками в продольном направлении составляет
6,25 м (рис.5.39).
При обследовании были установлены следующее дефекты:
недостаточная теплоизоляция покрытия; временами в помещении
наблюдалась недопустимо высокая температура, достигавшая 38°С
(летом) 1;
значительные продольные удлинения вследствие температурных
воздействий (термическая нагрузка), которые приводят к образованию
многочисленных трещин и заметных разрушений (особенно в местах
опирания прогонов);
образование пузырей в кровле (см. рис.5.40). Образование воздуш-
ных пузырей под слоем толя (около 10—20% площади поверхности)
1 Из-за поздней установки увлажнительного устройства температура возрастает
до 30° С чю всегда тяжело переносится людьми.
Рис.5.40. Образование пузырьков
воздуха в кровельном ковре
96
Рис.5.41. Опирание стеклянного фо-
наря
можно объяснить следующими физическими процессами: влажный
воздух (здесь температура воздуха равна 20°С, а влажность — 65%) легче
сухого воздуха; он поднимается вверх, диффундирует через незащи-
щенные газобетонные плиты толщиной 10 см, попадает на слой кровли
(толь) и образует пузыри, если вентиляция недостаточна. Дальнейшее
развитие процесса показано на рис.5.28.
Внешний осмотр и многодневные наблюдения полностью подтвердили
наличие указанных недостатков (рис.5.41—5.44).
В дни наблюдений температура в помещении достигала 30°С (при
максимальной измеренной наружной температуре воздуха 27—28°С).
Такая температура объясняется тем, что в дни наблюдений солнечное
облучение было ослаблено более или менее сильной облачностью. Нагрев
газобетонных плит, как известно, только в незначительной степени связан
с температурой окружающего воздуха и, напротив, полностью зависит от
интенсивности солнечного облучения. Поэтому температура поверхности
плоских покрытий может достигать 70°С.
Очевидно, что высокая температура ухудшает самочувствие и снижает
трудоспособность людей. Известно, что при температуре 28—30°С у людей
начинает выступать пот, так как теплоотдача тела через излучение и
проводимость недостаточна.
Рис.5.42. Торец балки
97
Рис.5.43. Опора прогонов
(изнутри)
1103
Во избежание неприятных последствий необходимо выполнять
теплоизоляцию соответствующей толщины. Минимальные значения
приведены в ДИН 4108, табл.4.
Испытания конструкций покрытия дали следующие результаты.
Теплоизоляция из газобетона В 35 толщиной 10 см с двумя слоями
толя недостаточна (рис.5.45); необходимая теплоизоляция достигается
при применении слоя вспученной прессованной пробки толщиной 2 см. На
рис.5.46 приведены расчетные данные.
Различаются покрытия весом до 300 кгс/м^ и более. В данном случае
речь идет о конструкции весом менее 300 кгс/м^, для которой
действительны значения ДНН 4108*.
Решающее значение имеет величина, термического сопротивления
теплоизоляции (II зона).
* И соответственно ’’Указания по устройству плоских покрытий”.
Рис. 5.44. Крайние прогоны
(снаружи)
98
Рис.5.45. Фактическая конструкция
покрытия (толь снят)
1,Г*Т0’с (возможно до1ии°с)
I ф 10 см Газобетон
|-------|\ 1-0,15(0,20)
I I
' ' 1(2 I 02 ' (\1и^№°С относитесь
_______J
летом значительно выше'
Вес:
7
газобетонные плиты В 35 ........ 71 кгс/м
два слоя толя на клею. . . около 9
(300 >) 80 кгс/м2
L-04Q0
Термическое сопротивление плит / ~ о 15
а для наклеенного толя (марки 500 и 333)
= 0,670 м^-ч-град/ккал,
_1
/ 0,16 0,16
0,003 0,002 0,002 9
+ 2-~——— = 0,057 м-^-ч-град/ккал.
Таким образом, суммарное термическое сопротивление
1 7 J--
д = 0,727 м* ч-град/ккал. .Требуемое термическое сопротивление д~
= 1,15 м^. ч-град/ккал (по ДИН 4108). Вывод: теплоизоляция конструк-
ции недостаточна.
Пример восстановления конструкции (рис.5.47):
Вес: 2
газобетон GB 35 толщиной 10 см, как и выше .....................71 *<гс/м
кровля (такая же, как и раньше) .................................. 9
пароизоляция ...................................................... 5
пробка, 3 см...................................................... 7,5
(объемный вес 200 кг/м^)
(300 > ) 92,5 кгс/м2 (« 90)
1 п_„ . 0,013 0,002 0,03 пробка
Имеется значение - = 0,727 + — + — ♦ =
- 1,509 м^-ч-град/ккал;
требуется значение J_ _ Q95 + _ j м2 ,ч.Град/ккал;
/ 50
достаточно значение 1,25 м^- ч-град/ккал.
Таким образом, достаточен слой теплоизоляции из пробки толщиной
3 см. Требование нсрм выполняются и при слое пробки толщиной 2 см с
1 О
термическим сопротивлением д — 1,259 м2-ч-град/ккал. На рис.5.48—
5.49 представлены кривые для определения теплоизолирующей способ-
ности пробковых матов.
99
tu
^Trt/w'cj
L^r
tp-tu В
2 ' B*B,
ТГГ'Х.ЛлВсм дкспандиробанная
пробна, i-o,Dii
6=10сч 1-0,16
Газобетон
1ц=*20*С Относительная влаж-
ность йздум657о
Рис. 5.46. Конструкция
покрытия, по ДИН 4108
Рассчитанная выше теплоизоляция не защищает конструкцию покры-
тия от линейных деформаций, вызванных температурными воздейст-
виями.
В каждом случае необходимо заранее обеспечить возможность
достаточных перемещений (способность скольжения) путем устройства
швов или снизить температурные перемещения путем усиления тепло-
изоляции.
Оценка возникающих продольных деформаций:* в период возведения
(см. рис.5.45) требуемое продольное удлинение лteri-
= 0,000014-45^3700 - 2,331см, а фактическое удлинение 4lvorh =
1,0 см.
Первое предложение по улучшению качества теплоизоляции (укладка
слоя пробки толщиной 2 см), см. рис.5.46:
27 _ 0 5q^L__ 0 427 ( ~ 2/5);
Ч 0,04 27*27, 1,17 4 '
27 = -’— = 0,67
0,15
P+D, = 1,17
27 0,67
27*27, "1,17
= 0,572 ( « 3/5);
+ Л ° Ъ. S1-- 20° +
и 2 ^Dt 2
= 35°С (38°С);
zi/erf = 0,000014.35-3700 = 1,81 см (1,97 см).
Рекомендуется теплоизоляция, превосходящая указанную (т.е. более
толстый слой пробки), с соответственно большей эффективностью защи-
ты от солнечного облучения и нагрева помещения, например слой пробки
1 В расчете принимается во внимание только лишь укорочение от текучести и
усадки.
ч0-ю"с (во*с)
[fa У1..,
Газобетон
4t-20‘C Относительная
Влажность Ваздуш 65е/-
Рис. 5.47. Способ улучшения
конструкции покрытия с ук-
ладкой слоя пробки толщи-
ной 3 см (величины в скоб-
ках даны для t = 80°С)
Рис.5.48 и 5.49 Графики для определения толщины теплоизоляции из пробковых
плит (Грюнцвейг и Гартман)
at — разность температур между внутренней и наружной поверхностью. Пример:
наружная температура -20°С, внутренняя температура +ЗО°С разность температур
50°С, относительная влажность воздуха 80%. Необходимая теплоизоляция -
пробковые плиты толщиной 6 см.
толщиной 3 см. Здесь необходимо еще учесть следующее: образование кон-
денсата в конструкциях можно надежно предотвратить только тогда,
когда относительная влажность воздуха в помещениях находится в интер-
вале от 50 до 60%. Более высокая влажность (здесь относительная влаж-
ность воздуха, по Фогру, равна 65%) требует более толстой теплоизоляции.
Второе предложение по улучшению качества теплоизоляции (укладка
слоя пробки толщиной 3 см) (см. рис.5.47) :
л _ 0 75* — Q53 / ~ in)-
24 0,04 ’ ’ 27*27, 1,42 ’ 1
D = 0,67 . 27*27,= 1,42 1 t." 2 - Q 47 / ~ 1/2); D+Dj 1,42 - ,27-- =20° + -ZSb?O . _L = 45°С (50°); 27 * 27, 2 2 v
Alert - 0,000014.32,5-3700= 1,68 см (1,82 см);
_ 1,0 см (как и раньше)
101
Более массивный (например, толщиной 6 см) слой пробки не нужен,
так как это превышает технологические требования. Микроклимат в
помещении, при котором температура воздуха равна 20°С, а относитель-
ная влажность составляет 65%, может быть обеспечен при постоянной и
надежной работе кондиционеров.
Деформационные швы в протяженных зданиях, таких, как в
рассматриваемом случае, устраивают прежде всего для обеспечения
возможности ползучести (предварительно напряженный бетон!), а также
удлинения и сжатия тела здания вследствие температурных перепадов. В
принципе все швы без исключения должны быть выполнены с
воздушными зазорами и пересекать все здание насквозь. Необходимо
обеспечить подвижность этих швов и плоскостей скольжения. Подвиж-
ность шва не должна снижаться отдельными конструктивными элемен-
тами. Пространство между швами должно оставаться открытым, т.е.
свободным от любых препятствий (облегченных плит, штукатурки,
раствора и т.п.). Поверхности скольжения должны быть чистыми и
выровненными (особая чувствительность к трещинам и сдвигу). Ширина
швов зависит от расстояния между швами и от конструкции покрытия
(т.е. от имеющейся в наличии изоляции).
Как показал внешний осмотр, при изготовлении швов были нарушены
все общие принципы. Ширина швов принята равной только 10 мм.
Однако для to— +70°С и tu— +20°С и расстояния между швами
примерно 37,0 м по расчету необходимая ширина шва составляет 2,33 см.
Кроме того, влияние швов во внутреннем пролете снижено фонарем.
Швы, выемки и пазы заполнены раствором при выравнивании поверхнос-
ти прогонов и заливке раствора сверху в швы между плитами покрытия;
все швы заштукатурены снизу, так что невозможны перемещения без
образования трещин. С такими же отступлениями выполнены шарнирные
швы в монолитных крайних прогонах, имеющие гераклитовые вкладыши
размером 2,5 см и являющиеся швами давления. При одностороннем
бетонировании цементное молоко беспрепятственно попадает в ’’голую”
гераклитовую плиту; плита затвердевает и при давлении около 3 кгс/см^
теряет упругость (этого можно избежать путем прокладки толя).
Стыки швов шарнирной конструкции могут скользить благодаря
использованию стальных плит; при бетонировании в швы между плитами
попадает бетон, так что подвижность этих швов очень ограничена и не
может считаться эффективной. Действие сил трения (нормальные силы —
растягивающие и поперечные) по остальным незащищенным поверхнос-
тям скольжения приводит к возникновению касательных трещин
непосредственно на опорах (консолях). При значительной ширине
покрытия (около 40 м) необходимо одновременно учитывать поперечные
деформации. Образование трещин на жестких концевых элементах (в
диагональном направлении) подтверждает существдвание таких попереч-
ных перемещений. Отрыв покрытия над монолитными крайними
прогонами приводит к срезу растворных швов из-за скольжения
вследствие общего продольного удлинения при нагреве. Это явление
наиболее наглядно проявляется на южной стороне.
Изложенное выше объясняет причины установленных повреждений и
дефектов.
Можно дополнительно отметить, что в зданиях такой конструкции
возникают значительные перемещения из-за ползучести предварительно
102
-1НЯ0Г0
и
ибхда
mi ШП1
дний
3J Щ ]
-шбраз!
тршелън
J1THM HI
ПК н
зА С
наружу
рИН1
жвие
рцствею
и быстро
ина р
а, №
1 чред н
плата, а
лрнрует
{и деле
'заияпу
,.®м об|
ежи:
щи :
BD8 не bi
строите
«на (от
аеракур
Mi из
«ЛИ|
Идя И'
точная
«тствет
з-задеф»
Ч|!хнич1
лориня
to, Kai
Ши
^ивка!
"W c
fen да
Шщ
«Зору за
1 чаек
ЙЯ ДС(
'%чр,
' А1974,
напряженного железобетона; влияние укорочений компенсируется про-
дольными и поперечными удлинениями от действия температуры. Кроме
того, необходимо отметить, что угловые детали в рассматриваемом случае
сделаны слишком жесткими и не могут воспринимать возникающих
перемещений без повреждений; это подтверждается возникновением
трещин над углами. Возникшие повреждения еще раз показали, что
нецелесообразно в конструкциях одного здания одновременно применять
предварительно напряженный и монолитный бетон.
Другим недостатком является образование в некоторых местах
кровли так называемых воздушных пузырей. Это явление имеет две
причины 1. С одной стороны, водяной пар может диффундировать из
здания наружу, проникая через покрытие; при этом он конденсируется
под кровельным ковром из-за охлаждения в ночное или зимнее время.
Под действием солнечного облучения из конденсата, находящегося
непосредственно под кровлей, снова выделяется водяной пар, который не
может быстро улетучиться и поэтому вызывает подъем кровли, как
показано на рис.5.28 и 5.40 (складки, пузыри, трещины). С другой
стороны, вода может проникать в плиты покрытия снар^оки в тех случаях,
когда перед наклейкой толя прошли дожди. После укладки толевого
ковра влага, скопившаяся в гсзобетонных плитах, не может испариться и
концентрируется под кровельным ковром.
Пары целесообразно удалять путем разрезки кровли в местах
образования пузырей.
Таким образом, проведенные исследования выявили следующие
недостатки:
толщина теплоизоляции недостаточна, минимальные требования
ДИН 4108 не выполнены, т.е. дефект был заранее заложен в проекте;
при строительстве швы выполнены неправильно, подвижность швов не
обеспечена (ответственность за продольные удлинения системы вследст-
вие температурных перепадов несет расчетчик);
дефекты изготовления при недостаточном строительном надзоре ведут
к образоьанию пузырей в кровле; за зто отвечают непосредственно
руководители строительства.
Подводя итоги, можно сказать, что причинами разрушений служат
недостаточная теплоизоляция покрытия, ограничение подвижности швов
и соответственно способности скольжения (по поверхностям скольже-
ния) из-за дефектов проектирования, неправильного возведения, а также
слабого технического руководства.
Для принятия решений по ремонту теплоизоляции здания важно
установить, как выполняется конструкция теплоизоляции на аналогичных
строительных объектах, какие технические возможности имеются в
наличии и в какой степени проведение намеченных мероприятий скажется
на стоимости строительства. Только после выяснения этих обстоятельств
может быть дан ответ на вопрос, имеют ли место дефекты проектирова-
ния и нужны ли дополнительные консультации. Повышенные требования
по надзору за ходом строительства предъявляются к архитекторам,
которые часто передают эти функции строителям. Во избежание
появления дефектов архитекторы не должны ослаблять контроль,
Альбрехт Р. Разрушение конструкций. Покрытия. - Немецкий инженер-
строитель, 1974, №1, с.ч9.
103
Рис.5.50. Определение мест, требующих ре-
монта
полагаясь на хорошую репутацию фирм, выполняющих изоляционные
работы.
Для устранения повреждений, точнее, для предотвращения возникно-
вения трещин предлагается следующее.
1. Все замкнутые деформационные швы в поврежденных строитель-
ных элементах рассекаются и реконструируются в виде пространственной
конструк ции.
Особое внимание необходимо уделять тому, чтобы после удаления
раствора и штукатурки воздушный зазор в шве оставался свободным при
возможных в дальнейшем загрязнениях. Зазор заполняется металличес-
кой пленкой, стекловатой или аналогичными материалами (они должны
быть чистыми и укладываются ь скомканном виде), чтобы предотвратить
попадание твердых частиц, гальки и т.д. Скомканная пленка не оказывает
никакого сопротивления уменьшению зазора вследствие повышения
температуры. Кроме того, при укладке тонких стальных листов по
поверхностям скольжения снижается сопротивление трению.
2. Консоли, имеющие трещины, укрепляются стальными накладками с
двух сторон, опоры прогонов усиливаются V -образными стальными
подпорками (рис.5.50, стойка).
3. Как показано выше, при фактической ширине деформационных
швов, равной 10 мм, и пролете покрытия, равном 37,0 м, исходя из
теоретических соображений требуется уложить по поверхности покрытия
слой теплоизоляции толщиной 6—8 см.
При разбивке пролета покрытия пополам дополнительными деформа-
ционными швами шириной 10 мм нормативные требования выполняются
при толщине теплоизоляции, равной 3 см. Такая теплоизоляция
совместно с кондиционерами обеспечивает необходимую температуру
воздуха в помещении, равную максимум 23°С.
Пр имер5. 5. В дальнейшем рассматриваются случаи разрушения
так называемых ’’распространенных построек”. Речь идет о построенных
. девяти
। стенав
дам (н
«иных
и на 3
ДПокот
лШ
3'
И1 древ
М беТОТ
лйедуки
"иные
® пли
ЦИН01
«едвух
«со
та темп
лЮМИНИ
лучей.
"*КЦНЯ
ислуча
JJI
SB.BbICiyi
ШИП Т'
ЫМИ бЛ'
РУСМО!
Ж т.е.
предела
лцавк
щносмот
л! в KOI
тв. Вкл
вд юли
лоне кар
1
иеправил
। шов пре
тыв виде
Маем
истое пс
аособенио
•^краям -
вдевая о
-четные ip
вкамеи
ленах
юго,
стено
'®- выл
'•56).
104
в 1952 г. девяти трехэтажных корпусах длиной 62,4 м с поперечными
несущими стенами и продольным опиранием массивного покрытия.
Несущие стены (наружные и важнейшие внутренние стены) выполнены из
неармированных (изготовленных с паропрогревом) газобетонных пане-
лей высотой на этаж; толщина панелей равна 15 см, а объемный вес —
780 кг/м-V По контуру панелей проходит шов.
Железобетонное плоское покрытие, одновременно служащее перекры-
тием верхнего этажа, представляет собой ребристую конструкцию с
заполнением древесноволокнистой массой толщиной 14 см и накрывоч-
ным слоем бетона толщиной Зсм (общая высота 14 + 3 — 17 см) и
состоит из следующих слоев (снизу вверх).
газобетонные плиты толщиной 3.75 см (объемный вес полностью
высушенных плит 517кг/м^) уложены по выравнивающему слою
раствора толщиной около 2 см;
частичное двухслойное покрытие толщиной 15,0 мм: верхний изнаши-
вающийся слой со стекловолокном, предотвращающим стекание мастики
при высокой температуре, а нижний слой на промасленной бумаге;
слой алюминиевой краски, обеспечивающий частичное отражение
солнечных лучей.
Конструкция покрытия иногда укладывается горизонтально, а в
большинстве случаев с уклоном, необходимым для устройства кровель-
ного ковра.
Карниз, выступающий на 50 см, выполнен из армированных железо-
бетонных плит толщиной 7 см и частично, как и выше, защищен
газобетонными блоками, а частично — термозитовым слоем. В каждом
корпусе предусмотрены швы, расположенные друг от друга на расстоянии
трети длины, т.е. на расстоянии 62,40:3 = 20,80 м. Их конструкция
покрытия представляет собой пространственные швы с Гераклитовыми
вкладышами, а в каменных стенах -швы с зазорами.
Местный осмотр позволяет установить следующее.
1. Швы в конструкции покрытия выполнены в виде сквозной
конструкции. Вкладыши в зоне покрытия представляют собой Геракли-
тов ые плиты толщиной 5 см при толщине покрытия, равной примерно
25 см; в зоне карниза швы на 1,0 см уже. Здесь вкладыш выполнен из
картона.
Из-за неправильной конструкции швов, показанной ниже, деформа-
ционный шов превратился в шов сжатия. Швы в каменной кладке
выполнены в виде швов с зазором шириной 2 см, начинающимся частично
с первого, а частично со второго этажа. В перекрытиях швов нет.
2. Мастичное покрытие имеет толщину только 10 мм и во многих
точках, в особенности вдоль швов (см. рис.5.51 и 5.52), видны трещины,
а ближе к краям — складки и пузыри.
Алюминиевая окраска совершенно закопчена и запылена.
3. Заметные трещины, существовавшие ранее и появившиеся вновь,
возникают в каменной кладке второго этажа, в виде касательных трещин
в наружных стенах вблизи фронтонов, а также в местах швов (рис.5.53 и
5.54).
Кроме того, заметен явный подъем покрытия над внутренней
продольной стеной (срез при скольжении), а также поперечные
перемещения, вызвавшие образование трещин в нескольких точках
(рис.5.55 и 5.56).
105
Рис.5.51 и 5.52. Трещины, складки и образование пузырьков в мастичном
покрытии кровли
О результатах применения такой конструкции можно сказать
следующее: при неправильном исполнении деформационных шипи,
например при установке Гераклитовых плит без защитных прокладок,
цементное молоко проникает в тело плиты, вызывая ее сильное
затвердевание. Поэтому плиты практически теряют упругость при
давлении 2—3 кгс/см^ *, и их поперечное сечение может воспринять усилие
не менее 50 тс (2-1000 25 — 50000 кгс) без включения швов в работу.
Вследствие образования связей, воспринимающих сжимающие силы
(исключая швы), фактическая длина массивных железобетонных
конструкций покрытий становится равной 62,4 м (вместо предполагае-
мой длины 20,8 м).
Если теперь включить в расчет to — +70°С (черные кровли) и
^=+30°С, то fMaKC = (70 + 30) 1/2 = 50°С, а при 2\> = -20оС
и tu_ ^мин = ~25/2 = ~13°С-
* По данным лабораторных испытаний материалов Технического университета
(Мюнхен) сжимаемость Гераклитовых плит в нормальном состоянии при нагрузке
3 кгс/см2 в наиболее благоприятном случае составляет около 10% их толщины.
Рис. 5.54
Рис. 5.53
106
107
Рис. 5.57
Поэтому абсолютный перепад температур для конструкции покрытия
и кровли составляет 63°С (от +50 до — 13°С). В рассматриваемом случае
без учета коэффициента теплопередачи, охлаждения ветром, потерь тепла
и т.д. получаем
Z = 6240-0,000014-63 = 5,4 см.
Так как конструкция покрытия удлиняется от середины в обе
стороны, то на краю получаем минимум 5,4/2 — 2,7 см = 27 мм.
При использовании газобетонных плит толщиной 3,75 см с А - 0,20
(благоприятный расчет) 1, как указывалось, снижается температура
деформации и, следовательно, уменьшаются продольные удлинения; как
показывает приведенный ниже расчет, это уменьшение не превышает 11%.
Если теплоизоляционная способность кровли (конструкции покрытия)
принимается при расчете равной D—Zd/A~Q,4 м^-ч-град/ккал, то в
соответствии с рис.5.57 средняя температура в конструкции покрытия
под теплоизоляционными газобетонными плитами будет равна в летнее
время:
°>4
30+ 1/2-(70-30)-
Поэтому максимально возможная разность между средними темпера-
турами в плите покрытия по ориентировочному расчету равна прибли-
зительно 43 + 13 = 56°С. Таким образом, снижение температуры
составляет только 1/9, или примерно 11%, и продольные удлинения равны
4,8 и 2,4 см, что приближенно совпадает с максимальной шириной трещин
(25 мм), измеренной в момент наибольшего нагрева. Эти швы постоянно
включаются в работу; в рассматриваемом случае ширина раскрытия
швов в течение летнего дня достигает 25 мм. После захода солнца швы
снова закрываются.
i С учетом влажности, имеющей место в большей или меньшей степени в каждом
случае, т.е. конденсата, поступившего из жилого помещения, нельзя принять при
расчете значение меньше 0,20, что полностью согласуется с практикой. Гаммерер,
например, принимает при расчете значения А - 0,22, а опыт специализированных
фирм приводит даже к значению А = 0,30.
яЙ
жooool
racial
JHHOM
j теплого
ЙйКЛЬШ
I
даспосс
11(0 № 80
КОПИ ИОВЕ
Т) характе
"рЯТЕЛЬН)
KJ К ОЧИС'
.рйему).
фнимат
вхноеокт
«залиизме;
ям слу
и Эти же
t изменение
аиопроиз
Ж 2,с
1^=0,0000
«оностью
..ласвобс
г'Янаниж
иве вре
"чую км
покрытия
чш край
.-ТЗШВОВ
ЛШ ширин
Время
9.00
15.30
8.45
14.00
9.00
15.30
16.00
108
При более эффективной конструкции (швы с зазором)
— 1/3*6240*0,000014*56 = 1,6 см, и соответственно раскрытие швов у
краев покрытия составляет примерно 8 мм.
В приведенном выше расчете для упрощения не учитывались
коэффициент теплопередачи и влияние мастичного покрытия (дает
только незначительный теплоизолирующий эффект) и алюминиевой
окраски.
Отражающая способность алюминиевой окраски может быть учтена в
расчете только на 80% при условии ее полной чистоты и абсолютной
горизонтальности поверхности. Любое отложение пыли, грязи и особенно
копоти, что характерно для рассматриваемого случая, значительно
снижает отражательную способность окраски, если не предусмотрена
возможность ее очистки (очистка алюминиевой окраски представляет
сложную проблему). Кроме того, при негоризонтальности слоя краски
необходимо принимать во внимание диффузию, эмиссию, концентрацию
тепла и возможное окисление алюминия.
Как показали измерения перемещений швов (табл.5.5 и рис.5.58), в
рассматриваемом случае отражательная способность покрытия стала
равной нулю. Эти же испытания позволили твердо установить, что уже
небольшое изменение температуры, например всего лишь на 7°С
(значение взято произвольно), служит причиной изменения ширины шва
на 2,1; 2,23; 2,06; 2,03 мм, что хорошо согласуется как с рассчитанным
значением &1 — 0,000014-7*2080 = 2,04 мм, так и с возможной деформа-
ционной способностью стенового материала (образование новых трещин
после устройства свободных швов), равной около 2,4 мм (см.ниже).
На рис.5.58 на нижних ломаных линиях показано изменение ширины
швов в течение времени, в то время как верхняя кривая дает
соответствующую температуру воздуха. Изменение расчетной средней
температуры покрытия изображено штриховой линией.
Перемещения краев покрытия могут быть точно рассчитаны, так как
после раскрытия швов и образования зазора температурные деформации
Таблица 5. 5
Изменения ширины швов в четырех точках измерений (к рис. 5.58)
ЁЛОК 1
Дата Время Показания, м/м, в точках Температура, °C
' 1 ’ 2 ’ Г 3 [ "Т
19.7.1954 9.00 5,04 4,64 4,93 5,24 17,5
20.7.1954 15.30 3,90 3.45 3,64 4,12 20
21.7.1954 8.45 5,12 4,76 4,85 5,15 18
21.7.1954 14.00 2,75 2,27 2,60 3,05 26
22.7.1954 9.00 4,15 3,78 4,20 4,50 21
22.7.1954 15.30 2,05 1,55 2,14 2,57 28
23.7.1954 16.00 2,50 2,02 2,62 3,02 23
109
Рис. 5.58. Изменения ширины швов .в четырех точках измерений
1 — уточненное распределение температуры воздуха; 2 — температура
покрытия; 3 — измеренная температура воздуха; 4 — расчетная средняя
температура покрытия
практически больше не встречают сопротивления, и пролеты покрытия
длиной 20,80 м могут свободно перемещаться.
Исходя из приблизительного равенства величины перемещений концов
покрытия в четырех точках измерений можно установить, что неподвиж-
ная точка должна располагаться в центре здания
Однако рассчитанные выше значения представляют собой перемеще-
ния, которые, как показывают опытные данные, не могут восприниматься
неармированными газобетонными плитами высотой на этаж и толщиной
15 см. Если прочность на сжатие газобетонных плит принять равной около
30 кгс/см^, то прочность на срез превышает (1/15}-30 = 1 кгс/см^ и
предельные удлинения, которые могут воспринять эти плиты при модуле
упругости Е = 17500 кгс/см^-, составляют:
at — 0»011 см/м = 0,11 мм/м,
2,0.2080
а на длине 20,8 м они равны: “р/Зоб- = 0»24 см — 2,4 мм, что составляет
только по 1,2 мм от середины к краям вместо требуемых 8 мм.
Если такое ’’предельное значение” в качестве определяющего размера
положить в основу дальнейшего расчета, то в рассматриваемом случае
потребуется дополнительный слой изоляции из прессованной пробки
толщиной 4 см (плиты из прессованной пробки с объемным весом
250 кг/м-5), а также устройство двух дополнительных разделительных
ПО
Рис. 5.59
1 — армированные газобетонные плиты покрытий толщиной 7,5 cmj 2 -
водосточный желоб; 3 — консольные плиты покрытий толщиной 7,5 СМ; 4 —
пробка толщиной 2 см, деформационные швы; 5 - предохранительная решетка
(fxt>) : (ftxbj ) = 10000:15; на 1 м^ поверхности покрытия приходится 9—17см^
отверстий
швов длиной 20,8 м; расстояние между швами в конструкции покрытия
должно равняться около 7,0 м.
В итоге получается, что вследствие недостаточной изоляции от
температурных деформаций конструкция покрытия подвергается
111
Рис. 5.60
Рис.5.61
ИС1
Ч0В1
КТСПГ
'а ка
.ч выг
‘ВЦП
Ивы, i
ЧИЛИ-
W
ш
Шов
ЙЙТ
:цре
112
Рис. 5.62
а
5
непосредственному воздействию солнечного облучения, что приводит к
возникновению значительных удлинений и укорочений, которые не
соответствуют свойствам имеющегося стенового материала.
Так как неправильно спроектированные или выполненные швы не
могут выполнять своего назначения и не обеспечивают выравнивания
деформаций, в каменной кладке возникают типичные касательные
трещины, прежде всего в непосредственной близости к углам (крайние
опоры плит покрытий)
Поэтому важнейшими причинами повреждений можно назвать
следующие: недостаточная теплоизоляция покрытия при наличии только
двух швов или недостаточное число швов при имеющейся теплоизоляции.
В рассматриваемом случае имеют место обе причины одновременно.
Здание преждевременно разрушается (рис.5.59—5 62).
113
6. НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ
6.1. БЕТОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
Различаются необработанные бетонные поверхности без заданных
свойств, поверхности с заданными свойствами, поверхности с последую-
щей обработкой и формованные бетонные поверхности.
В разделе ’’Бетонные поверхности” рассматриваются еще нерешенные
вопросы практики строительства. Об этом свидетельствует имеющийся
опыт специалистов и указания, опубликованные экспертами (список
литературы см.ниже), которые рекомендуется изучить всем заинтере-
сованным лидам.
Оценка внешних бетонных поверхностей, сделанная специалистами и
дилетантами, во многих случаях не совпадает (часто это зависит от вкуса)
или, наоборот, почти однозначна. Также различны и принимаемые
судебные решения.
’’Наружный бетон” в широком смысле слова представляет собой
бетон, поверхность которого имеет заданный внешний вид. Этот внешний
вид должен быть установлен перед началом строительства и точно
выдерживаться производителем работ. Кроме того, имеется другое,
спорное определение, приведенное в ФОБ (Общие правила производства
строительных работ), часть С,ДИН 18331,п.3.44. Указания,выпущенные
’’Немецким союзом строителей-бетонщиков”, рекомендуют учитывать
положения п.3.44, так как при современном уровне техники, как
правило, не удается изготовить бетонные элементы таким образом, чтобы
их наружная поверхность не имела заметного количества воздушных
пузырей и во всем здании сохранялась одинаковая окраска.
Внешним бетонным поверхностям уделяется большое внимание в
новых нормах ДИН 18331 (1972 г.); п.3.44 старых норм исключен.
Однако проблема внешних бетонных поверхностей остается нерешенной.
В новые нормы ДИН 18217 (Е 1975) включен раздел ’’Поверхность
бетона и опалубка”
Известны следующие наиболее распространенные дефекты бетонных
поверхностей, которые обычно ведут к спорам между участниками
строительства (заказчики, архитекторы, строители) :
наличие песчаной крошки и остатков краски на бетонных поверхнос-
тях, образование пятен и разводов;
выщербленные (не острые) углы и грани;
пористость;
нарушение структуры, разрушение цементного защитного слоя,
образование раковин;
волнистость поверхности;
слишком тонкий защитный слой над арматурой, отслоения бетона,
отверстия, оголяющие арматуру, и заметные пятна ржавчины;
неудовлетворительное выполнение рабочих швов, особенно в местах
примыкания междуэтажных перекрытий.
Обычно дефекты являются результатом суммирования недостатков, в
равной мере связанных с опалубкой (тип опалубки, вспомогательные
средства) и бетоном (технология и техника процесса). Необходимые
требования к опалубке могут быть соблюдены при ее квалифицирован-
ном выполнении и правильном обращении.
114
Проблема получения бетона необходимого качества, напротив,
остается нерешенной, особенно в отношении внешних поверхностей.
Можно отметить, что из-за многочисленности факторов, влияющих на
качество бетона, нет единого рецепта, позволяющего решить все вопросы,
однако во всех случаях бетонная смесь должна быть хорошо перемешана,
пластична и легко обрабатываема.
Ориентировочные параметры, принимаемые при изготовлении бетон-
ных поверхностей, и условия изготовления:
марка бетона не ниже Вп250;
расход цемента 300 кг/м^;
расход воды 150—190л/м^ (пластичный бетон). Пластичная консис-
тенция достигается повышением количества цемента и воды. Внесение
пластифицирующих добавок (разжижителей бетона) при одновременном
уменьшении количества воды позволяет улучшить обрабатываемость
бетонной смеси;
заполнитель должен быть чистым. Зерновой состав заполнителя — по
линии просеивания Е;
растекание конуса от 40 до 44 см;
коэффициент водоцементного отношения до 0,5;
бетон должен укладываться равномерно, без перерывов, слоями
небольшой толщины (£-35—40 см);
при уплотнении с помощью вибрации возникает опасность расслоения
бетона;
для равномерного высушивания без появления пятен рекомендуется
немедленное распалубливание бетона;
важен правильный уход за бетоном после распалубливания;
необходимо предотвратить слишком быструю потерю воды и
ограничить дальнейшее поступление воды, которое может привести к
появлению известковых Плтещ
Са (ОН) 2 + СО2 (из воздуха) — CaCOj + Н2О.
В каждом случае рекомендуется провести предварительные испыта-
ния, а также изготовить несколько пробных элементов в натуральную
величину с армированием, предусмотренным по проекту.
Здесь надо обратить особое внимание на достоверность защитного
слоя бетона (£3 см) над хомутами арматуры. Общая сводка важнейших
дефектов и мероприятий по их предотвращению имеется в публикациях
Е.Нойбарта [4] и Висле ’’Улучшение поверхностей бетона, рецепты и
способы производства работ” [1] .
Из опыта известно, что исправление бетонных поверхностей после
изготовления часто приводит лишь к ухудшению их внешнего вида. Это
относится и к последующей окраске, нанесению накрывочных слоев по
всей поверхности и т.д. Такие способы эффективны и могут применяться
только в особых случаях, при низких требованиях к качеству
изготовления.
Для улучшения внешнего вида бетонных поверхностей не рекомен-
дуется применение пескоструйных аппаратов. Недостаток заложен в
самом способе обработки, приводящем к появлению дефектов в
непосредственной близости от поверхности бетона: возникает опасность
появления свободных зерен, образуется рыхлая структура, снижается
толщина бетонного слоя.
115
Существуют следующие способы улучшения внешнего вида бетонных
поверхностей:
импрегнирование силиконами или пластмассами открытых бетонных
поверхностей;
покрытие глазурью или цветные окраски; в зависимость от нагрузок
применяют дисперсионные и минеральные краски и пластмассовые слои;
также используют глазурь (например, липозит) и красители для бетона
(они должны быть устойчивы к цементу и действию света) в смеси с
цементом, например дикс, дисбон, дупарол или капа рол. Покрытие
бетона глазурью может применяться только через несколько лет (не ранее
двух лет) ь зданиях, обработанных дисперсионными красками. Кристал-
лизующуюся глазурь 1 можно наносить непосредственно после изготов-
ления;
другая возможность: многократная обмазка цементным молоком (по
возможности тонкие и жидкие слои). Риск получения недоброкачествен-
ной поверхности может быть снижен в рассматриваемых случаях путем
производства бетонных изделий с формованными внешними поверхностя-
ми (профилированными, структурированными).
Нод воздействием света могут смягчаться или усиливаться неровности
окраски.
Ниже рассмотрен пример изготовления неоднородных внешних
бетонных говерхностей.
Пример6. 1. Речь идет об элементах фасада (сборные бетонные
плиты с облицовкой) и бетонных работах, выполненных на месте
(монолитный бетон) при возведешщ школьного здания со сборным
железобетонным каркасом и вспомогательных построек. Бетонные
поверхности в значительной степени не отвечают требованиям техничес-
ких условий о единстве окраски и структуре внешних бетонных
поверхностей. В соответствующих пунктах технических условий по
укладке монолитного бетона архитекторы предусмотрели следующую
формулировку: ’’Есзш плохое качество деталей (эстетическое воздейст-
вие, внешний вид) требует дальнейшей обработки всей поверхности, то
добавочные затраты должен брать на себя подрядчик”. В дальнейшем при
производстве сборных бетонных плит можно исходить из следующего
положения: ’’Внешние поверхности готовых элементов фасадов должны
выполняться в виде гладких плоскостей желто-серого цвета, на которых
остаются незаметными слабые различия в окраске и структуре”. Цля
получения внешних поверхностей хорошего качества бетонные изделия
изготовляют в опалубке из строганых досок толщиной 6—8 см без
дополнительных элементов. Отмечается, что подрядчик должен выпол-
нять принятый заказ на изготовление бетонных изделий без дополни-
тельных специальных указаний о качестве поверхностей; различия в
окраске рассматриваются как нарушение принятых обязательств. Это
положение служит архитекторам достаточно надежной опорой при
осуществлении строительного надзора.
Преимущества: образование общего кристаллического тела с подосновой,
полная водонепроницаемость при воздействии напорных вод, нечувствительность к
щелочам, а также дополнительная защита бетона благодаря высокой щелочности
самой глазури (рН= 12—14),усиленной точной дозировкой воды.
116
Ifr
Рис.6.1. Юго-восточная тор-
цовая стена (сторона 6)
J6r
OB11
Mi
I
br
eiii
dU
:ле>
ош
10ft
рм-
OBip-
Hi[
X I
к бег
х ил
:ой;
. Беа
(МГй
х fel
у»
с»
m
ip»
м
СЩ1
дал
м
ciypi".
ME
6-8r
да<
!ездо
ря
mi
QE0[-
При внешнем осмотре наружных поверхностей построенного школь-
ного здания были сделаны следующие выводы (рис.6.1—6.12 и план
здания на рис.6.13) :
в ряде точек произведен ремонт;
разрушение цементного слоя вызвано неправильным обращением с
опалубкой;
имеет место разрушение структуры бетона (появление извести)
вследствие неправильной конструкции швов при укладке бетона;
заметен различный тон красок, контраст темно-желтых цветов, видны
пятна и разводы, вызванные материалом опалубки, слишком длинными
пере 'ывами в бетонировании, переувлажнением (дефекты поверхности,
обусловленные водой) или связанные с превышением критических
величин консистенции бетона.
Подводя итоги, можно сказать, что неправильное изготовление
элементов (включая хранение и дальнейший уход) приводит к дефектам,
ответственность за которые полностью несет фирма-изготовитель, если
; П®№-
«С
Рис.6.2. Стороны 5 и 3
117
Рис. 6.3. Сторона 1 (левая Рис.(
опорная стена из монолитно- щй
го бетона и домашняя мастер- ком)
ская)
Рис.6.4. Сторона 2, см. также рис. 6..5
rtt.6.7
Рис.6.5. Стороны 4 и 8, см.
также рис.6.4
118
a
П) Рис.6.6. Стороны 8 и 9 (глав-
ный вход с ветровым козырь-
ком)
Lcui _
Рис.6.7. Сторона 10
города1
(.4 Рис. 6.8. Сторона 11
119
Рис. 6.9. Стороны 12 и 7
fc6.11-
состояние внешних поверхностей не соответствует требованиям техничес-
ких условий.
В работе Гайермана [3] с юридической точки зрения доказано, что
требования технических условий к внешним бетонным поверхностям
являются чрезмерными при современном уровне техники. Мнение о
внешнем виде бетонных поверхностей часто основывается исключительно
на субъективных оценках, причем значительную роль при этом играет
личный вкус. Другими словами, удачное изготовление бетонных
поверхностей яв"яется в большей или меньшей степени счастливым
случаем. Автор предоставляет читателю возможность сформулировать
собственное мнение по этому вопросу.
120
Рнс.6.11 - Ветровой козырек - вход
Рис.6.12. Блок туалетов
20
Рис.6.13. План здания с обозначением сторон (см. рис.6.1-6.12). Снаружи
сборные бетонные элементы. Изнутри — монолитный бетон
121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
\.Qis\e.A.usbesseranq von Betonoberftachen, Rezepte and Arbeltsver-
fahren.
2.SongeL Bub, Funk. Erlauterungen zu den Stahlbetonbestunmungen
D]N 1045 and zugeh. Nor men-, Ver tag With. Ernst £ Sohn (1372).
3. W. Heizrmqnn. Crewah^telstungsprobteme bei Sichtbeton,«Die Bairwlrtschaft-»
H 38/1970, Bauvertag.
NeubartkEinftiisse auf die Oberftachenbeschaffenheit von Slchtbeton, H.
4/1970. Beton-Verlag.
5. H.Sch.wura. Beton-Sichtflachen, <cDas Baugewerbe», H. 7/1973.
6. Zement-Merkbtatt. ^Scchtbeton» und& Die SiMbetonftache als
Spiegelhitd der Schatung», Nerausgeber Bundesverband derDeutschen
7.ement Industrie e.V.
7. VOB, Teit C. DIN 1B331. (Fassung 1972-Ausgabedatum 1974)
8- J. Schmidt-Morsbach . Schatung u- Betonoberftache, « Betorrwerk + Fer~
tigteli-Technik», H. 3/1975ff.
6.2. ДВУХСЛОЙНЫЕ СТЕНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
(НАВЕСНЫЕ ФАСАДЫ, АНКЕРОВКА)
6.2.1. Общие положения
Массивные стеновые конструкции успешно применялись в течение
столетий. Возможные повреждения этих конструкций, проблемы их
теплоизоляции и водонасьпцения давно известны и учитываются при
проектировании.
Как уже отмечалось выше, в последние десятилетия появились новые
конструкции и материалы, значительно изменившие привычные представ-
ления. Снижение толщины стен до минимальных размеров, допускаемых
теплотехническими и статическими требованиями, а также увеличение
водопоглощения, вызванное использованием пористого кирпича и других
изделий, требует применения особых мероприятий при возведении стен
(см. гл.4).
При рассмотрении применяемых материалов неоднократно отмечался
недостаточный опыт изучения их теплоизоляционных, гидроизоляцион-
ных и прочностных свойств. Это в полной мере относится к двухслойным
стеновым конструкциям в навесных фасадах.
Существуют следующие способы отделки фасадов:
окраска;
оштукатуривание;
деревянная обшивка;
каменная облицовка (ограждающая кладка с лицевым кирпичом,
клинкером и т.д.);
122
облицовка стен (керамической^ и стеклянной мозаикой, естествен-
ным камнем, бетонными блоками^, стеклом и т.д.). Кроме того, в более
широком смысле сюдс же относятся плиты из искусственной смолы,
например из поливинилхлорида и полиэфира, а также асбестоцементные
плиты. Необходимость вентилирования приводит к использованию
двухслойньсх конструкций и навесных фасадов.
При двухслойной конструкции сборные бетонные плиты подвешива-
ются и вентилируются, причем заранее предусматривается укладка
теплоизоляции на защищаемую поверхность непосредственно после
воздушной прослойки (экран от солнечных лучей и дождя).
Навесные и вентилируемые бетонные блоки обеспечивают высушива-
ние тела здания и снижают проникание влаги.
Здесь можно сослаться на ’’Указания по перемещению и переноске
изделий из естественных камней”.
В каждом случае должен проводиться статический расчет для
определения несущей способности (прочности) и жесткости (деформа-
ции) анкеров. При неправильной конструкции анкеров на фасад здания
могут передаваться недопустимые нагрузки.
6.2.2. Анкеровка
В принципе различаются несущие анкеры, предназначенные для
передачи нагрузок, и удерживающие анкеры, не имеющие несущей
функции, например анкеры, необходимые для выдерживания заданного
расстояния (см. ДИН 18332 и 18515).
При расчете необходимо учитывать возможность появления конденса-
та и полного промокания конструкций (в противном случае могут
произойти серьезные разрушения конструкций).
Кроме того, при устройстве фасадов3 следует уделить внимание
специальным конструктивным элементам, позволяющим по-новому
решить проблему крепления и анкеровки (рис.6.14—6 19).
Известны одиночные анкеры, которые требуют множества отдельных
точек крепления к основным конструкциям, причем должна быть
обеспечена возможность юстировки каждого анкера. Существуют также
полосовые анкеры, расположенные за фасадными элементами; здесь
соедине.ше между полосой и элементом фасада чаще всего представляет
собой другой анкер. Хотя в последнем случае юстировке подвергается
вся полоса, что является шагом вперед по сравнению с юстировкой
одиночных анкеров, число анкерных деталей все же не уменьшается.
Вертикальная система представляет собой полосовой анкер на всю
высоту здания, преимуществом которого является легкая регулировка.
1 К грубой керамике относятся обожженные искусственные строительные
материалы (кирпич, клинкер, каменная керамика и огнестойкие строительные
материалы).
2
Все изделия из бетона, которые изготовляются на заводе: неармированные, с
ненапряженной и предвсрительно-напряженной стальной арматурой.
3 Фасады системы ’’Аркон” представляют собой полноразборные конструкции из
навесных вентилируемых панелей, которые пригодны для повторного применения
при реконструкции или сносе здания .
123
Рис. 6.14. План элементов
системы ’’Аркон” (сборные
элементы для устройства фа-
садов)
с-в
1 2
Рис.6.15. Угловое примыкание
1 — алюминий анодированный чер-
ный; 2 - ветрозащитная полоса
3 Ч
Рис. 6.16. Деформационный
шов
1 — бетон с искусственной
смолой; 2 — ветрозащитная
полоса; 3 — профиль из
высококачественной стали;
4 - керамическая плита
Рис. 6.17. Несущий анкер
1 - анкер из высококачест-
венной стали 4301; 2 - керами-
ческая плита; 3 — бетон с искус-
ственной смолой; 4 - профиль
из высококачественной стали
124
Рис. 6.18. Разрез
1 - несущий анкер из высококачественной стали
4301; 2 - удерживающий анкер из высококачест-
венной стали 4301
(г-Н
Такие анкеры расположены в пределах фасадного элемента или в швах
между отдельными элементами, воспринимают все внешние нагрузки,
удерживают элементы фасада на заданном расстоянии друг от друга и
прочно крепят их к каркасу здания. В то же время в фасадах создаются
условия для свободных перемещений навесных панелей, так как
крепление не создает жесткого защемления. Тем самым исключаются
возможные опасные напряжения в навесных фасадах. Основные
требования к креплению панелей в современных постройках:
антикоррозионная устойчивость крепежных средств;
возможность регулировки для погашения неточностей возведения
каркаса;
надежность крепления элементов;
экономичность конструкции.
Одно из возможных конструктивных решений приведено в следую-
щем примере.
Примерб. 2. Речь идет о новом навесном фасаде административ-
ного здания из армированных сборных бетонных элементов. Неправиль-
125
Рис. 6.19. Детали полосовых анкеров
I - несущий анкер А, сталь 4301; II — удерживающий анкер В, сталь 4301; III -
кронштейн для анкеров А и В, сталь 4301; 1У - U -образная шайба для анкеров А и
В, сталь St 37 с гальванической оцинковкой'толщиной 8 мкм; у - плита для
анкеров А и В
.дСтати
'5 тс; р
сколь:
® (име
?ш на
эго зле
мы вое
лвость,
.груши
®ксл
лгся
зле
; КИОТО]
и) ИМ1
”) нею
ачастич
ная конструкция крепления панелей к каркасу и отклонения от
требований, предусмотренных расчетом, привели к деформации элемен-
тов фасада.
Элементы фасада подвешены на расстоянии 6,5 см перед каркасом
здания (рис. 6.20 и 6.21). Плиты опираются на консоли или носики. Они
Рис. 6.20. Верхний кронштейн (по статическому
расчету) предусмотрен в центре плиты и не
установлен
1 - фасадный элемент; 2 - каркас; 3 - хомут из
стали а92
-Ji
'*К:
126
Рис.6.21. Статическая система. Вес элемента фасада
около 1,5 тс; размер 0,08x5,23x1,42 м
1 — верхняя анкеровка (фактически отсутствует) ;
2 — консоль; 3 - ветер; 4 — плита; 5 — нижнее
крепление (имеется)
посажены на раствор и с трех сторон обложены стиропором. Размер
фасадного элемента составляет 0,08x5,23x1,42 м. Вес около 1,5 тс.
Чтобы воспринять осадки и перемещения здания и гарантировать его
устойчивость, проектом предусмотрена верхняя и нижняя анкеровки
(фиксирующий и удерживающий анкеры). Осмотр мест повреждений
приводит к следующим выводам:
имеются дефекты в вертикальных и горизонтальных анкерах
фасадных элементов, предусмотренных статическим расчетом (рис.6.22—
6.28);
в некоторых местах на плоскости фасадов у верхней кромки
(карниза) имеются выступы размером до 5 см; в местах стыков (швы на
рис.6.22) некоторые плиты выдавлены наружу на 2—3 см;
при частичном удалении тонколистного покрытия видны надломлен-
Рис.6.22. Разрушение панелей — перемещение наружу (см. рис.6.29)
1 — выпадение плиты наружу; 2 - плита; 3 — изоляция; 4 — разрушение
(зияющая щель); 5 - консоль; 6 — оставшаяся длина опирания около
2 см; 7 — жесткий элемент здания
127
a
Рис.6.23. Крепление фасад-
ных плит (западный фасад)
' 6.25.
: опо
ин
ШК(
.луш
армир
1'6.22
лкна
малое
ПО,
vfflblX
на
ннс
2.6.21
вл
|]ОДВ(
аялос
3HCTBJ
Рис. 6.24. Пятна ржавчины на nj
плитах, прогнутые вниз ко-
робки окон (стойки)
128
Рис.6.25. Разрушение консоли Рис.6.26. Разрушение консоли
ные опорные консоли (носики) с зазором шириной 4—5 см, а также
заметен наклон сборных элементов наружу. Длина стальных накладок на
краях консолей, измеренная в горизонтальном направлении, в большинст-
ве случаев равна 4 см вместо 2 см, предусмотренных проектом опалубки
и армирования. Оставшаяся длина опирания составляет 2—3 см (см.
рис. 6.22). При дефектной верхней анкеровке не гарантируется абсолютная
надежность опорной консоли и не обеспечивается устойчивость элементов
(начало обрушения);
под поврежденными участками выдавлены верхние элементы
оконных блоков (рис. 6.24);
на многих элементах имеется ржавчина с наружной стороны фасада,
особенно в местах установки так называемых фиксаторов положения
(рис.6.20 и 6.23) ;
в плитах фасада не заметно трещин.
Подводя итоги, можно сказать, что в рассматриваемом случае не
уделялось в достаточной степени внимания статическому расчету и
сопутствующим испытаниям при изготовлении элементов (это можно
Рис.6.27. Разрушение консоли
Рис. 6.28. Фасадные плиты, выгнутые
наружу в месте стыка
Q _ Я1?/
129
установить по имеющимся проектам). Кроме того, установлено, что
повреждения и дефекты появились в результате отклонения от проекта
иэ-эа недостаточного строительного надзора. Выяснилось также, что не
была обеспечена устройчивость элементов фасада.
Зафиксированные дефекты и повреждения могут быть исправлены.
Ремонт можно осуществить двумя способами: без демонтажа сборных
панелей фасадов путем выравнивания их положения и анкеровки
дюбелями, рассчитанными на тяжелые нагрузки "в соответствии с
приведенным ниже примером, и с демонтажом панелей.
В последнем случае снимают поврежденные сборные элементы,
ликвидируют повреждения и устанавливает опорные уголки для
усиления поврежденных консолей (носиков). Затем опорные уголки
крепят к конструкции с помощью болтов диаметром не менее 16 мм и
дюбелями системы ’’Либиг” в соответствии с чертежом (рис.6.29).
Вместо анкеров, требуемых по статическому расчету, устанавливают
вертикальные и горизонтальные (в уровне покрытия) анкеры, однако
при этом ослабляется верхнее крепление.
Анкеровку фасадных сборных плит осуществляют путем приварки
пальцев с резьбой к стальной полосе сечением 3x50 мм (длина полосы
около 450 мм); диаметр резьбы пальца соответствует диаметру
резьбовых втулок (16 мм), установленных для монтажа плиты у ее
верхней грани. Выделенные в проектах значения относятся к усилию
1000 кгс и считаются стандартными. Анкеровку панелей к телу здания
(кирпичный карниз) выполняют с помощью нагелей диаметром 20 мм
(см. рис. 6.29).
Поскольку при снятии плит разрушаются имеющиеся нижние и
оставшиеся удерживающие анкеры (фиксаторы), их приходится рестав-
рировать или устанавливать вновь.
При проведении ремонта необходимо принимать во внимание, что
фасадные плиты подвергаются значительным деформациям вследствие
изменения температуры и усадки. При этом особое внимание нужно
уделять обеспечению возможности перемещения облицовки, вентилиро-
ванию панелей, статическому расчету анкеров и их защите от коррозии.
Толщина фасадных плит 8 см оказалась недостаточной при имеющейся
длине плит, составляющей в среднем 5 м.
При этом становится невозможным правильное армирование консоли
с передачей момента на плиту. Недостаточная толщина и отсутствие
прочностных резервов приводит к тому, что плиты не могут воспри-
нимать без повреждений местные напряжения и напряжения от усадки и
перепада температур.
Кроме того, неизвестно балочное сечение нлит, включаемое в расчет
для определения консольного момента в месте опирания.
Чтобы сечение плиты отвечало расчетным требованиям, ее толщина
должна быть увеличена по всей площади с 8 до 10 см или в эоне консолей
должны быть выполнены вертикальные ребра толщиной 12 см.
Рекомендуется в узлах примыкания консолей к плите снизу
устраивать скосы (вуты) с дополнительным армированием наклонными
стержнями.
Другие восстановительные мероприятия, связанные с анкеровкой
деформированных сборных бетонных элементов навесных фасадов с
помощью дюбелей, рассчитанных на тяжелую нагрузку, показали, что в
ВО
ОтВерстие Ф 70 мм
Втулка Ф10 мм
во Рис. 6.29.
iaHKF I - плита; II — отверстие; Ш — втулка; IV консоль; V — дюбель ’’Либиг”
К1- диаметром 17 мм; VI — опорный уголок (предохранительный уголок); VII —
J стальные ребра жесткости толщиной 10 мм; VIII — анкеры (длина анкеровки
И рассчитана по старым нормам) ; IX - втулка (усилие « 1000 кгс; установить
ИМЯ и подогнать по месту) ; X — нагель
I новом фасаде административного здания, выполненном из навесных
7 сборных бетонных элементов, обрушение панелей происходит из-за
неправильного расположения арматуры, а также из-за неудачной
101)® конструкции анкеров (рис.6.30).
Замена панелей экономически невыгодна. Рекомендуется восстанав-
моев. ливать панели без разборки конструкций здания. Элементы фасада
отстоят от каркаса здания примерно на 10 см. Чтобы предотвратить
Л*в- прогибы обрамленных уголками навесных элементов, выполняют
[9KKS горизонтальное и вертикальное крепления (рис.6.31). В горизонтальном
м. направлении и под углом 45° забивают дюбеля^ (предохранительные
i* дюбеля системы ’’Либиг”).
I 1 Сверление косых отверстий представляет очень сложную проблему. При этом
и часто происходит соскальзывание сверла и поломка зубьев.
Перед установкой дюбелей специальным буровым инструментом
просверливают отверстия через навесные панели насквозь до каркаса
здания. С помощью сверла с шейкой сверлят отверстия с раззенковкой
для установки прокладочных шайб.
Рис.6.31. Анкеровка сборной бетонной плиты навесного
фасада с помощью дюбелей, рассчитанных на большую
нагрузку (ремонт)
1 — наклонный дюбель, угол 45°; 2 — распорная втулка и
строительный элемент (должны воспринимать нагрузку
одновременно); 3 - горизонтальный сжатый элемент
(горизонтальный дюбель)
дав.
ЗАМЕН)
При пер
ревдеш
Оредвар
«лык
.Ж
жльнс
меш
ШН1С
нкие.
110
:ШГ(
140
140
140
140
мроЕ
140:
140
ион.
м;
1411
141!
141
«рации
ИН 41
и.
лево
иуют
'<стщ
тиий:
J0 ос
Whc
ч зак
адя
.изабв
пени
“Мют
г
Wm
Цая
сваи и
V свав
* низа
' ЭД Ji
132
7. ОСНОВАНИЯ
7.1. ЗАМЕНА ГРУНТА
При передаче давления от здания на основание не должно возникать
повреждений. Осадка при этом должна происходить равномерно.
Предварительные исследования грунта должны установить состав
строительного основания. При исследованиях грунта одновременно
выясняют условия залегания грунтовых вод, так как они оказывают
значительное влияние на тип и конструкцию основания.
Важнейшие действующие нормы для строительных оснований:
ДИН 1054(69). Строительные основания. Допускаемые нагрузки на
основание. Приложение с разъяснениями. Е 1054(75).
ДИН 1055(63, 74), ч.2. Характеристики грунта, расчетный вес, угол
внутреннего трения, когезия.
ДИН 4017 (70, 74), ч. 1 и 2. Общие нормы строительных оснований.
ДИН 4018 (74). Плоские основания.
ДИН 4019(61,74), ч. 1 и 2. Расчет осадок.
ДИН 4021 (71, 75). Разведка с помощью шурфов и скважин, а также
взятие проб, вскрытие грунта.
ДИН 4022 (69), ч. 1. Строительные основания и грунтовые воды.
ДИН 4030 (69). Оценка разрушающего действия воды, грунта и газов
на бетон.
ДИН 4031 (59). Водостойкая напорная битумная изоляция зданий.
ДИН 4107 (69). Наблюдение за осадками.
ДИН 4117 (60). Изоляция зданий от грунтовой влаги.
ДИН 4122(68). Изоляция зданий от безнапорных поверхностных и
фильтрационных вод.
ДИН 4123(72). Предохранение зданий в зоне выработок, осыпей и
обвалов.
Если свойства грунта не соответствуют поставленным требованиям, то
используют возможности улучшения свойств грунта.
Известны следующие методы улучшения свойств строительных
оснований: замена грунта; забивка уплотняющих свай; устройство
свайного основания путем забивки свай, достигающих несущих слоев
грунта (основание из висячих свай).
При замене грунта весь ненесущий грунт заменяется несущим
несвязным грунтом, например песком или гравием на всю глубину до
достижения несущего слоя
При забивке свай лишний грунт вытесняется в стороны, что приводит
к уплотнению участка грунта, расположенного вокруг свай. Этот способ
применяют только в том случае, когда несущий слой грунта лежит
слишком глубоко, а промежуточные слои становятся прочнее с
увеличением глубины.
Несущая способность свай складывается из сопротивления острию в
конце сваи и трения по контуру сваи на ее длине.
При сваях с давлением на острие нагрузки от здания передаются на
острие низа сваи, которое опирается на несущий слой грунта. При этом
возникают только относительно небольшие осадки.
133
При применении свай, работающих только на трение, острие сваи не
доходит до несущего слоя грунта.
Нагрузки от здания воспринимаются только трением по рубашке сваи,
что может привести к значительным осадкам. По ДИН 1054, п.5.112,
осадки должны быть по возможности предотвращены.
Пустоты (поры) грунта заполнены воздухом и водой. Одной из форм
состояния грунта (предельное состояние) является полное заполнение
пор водой при нахождении слоя грунта ниже уровня грунтовых вод. Под
нагрузкой грунт сжимается и его пустоты деформируются; это означает,
что в порах возникает избыточное давление воды. Такая картина
деформаций играет важную роль при осадках зданий.
Кроме того, в таких грунтах при промерзании могут возникать слои
чистого льда (так называемые ледяные линзы), которые приводят к
значительному подъему и подвижкам грунта.
1’рунтовые воды участвуют в общем круговороте воды в природе;
они пополняются при выпадении атмосферных осадков путем фильтрации
и во многих случаях питаются водой близлежащих ручьев.
Уровень грунтовых вод служит определяющим (Ьактором при
назначении гидроизоляционных мероприятий. Принципы устройства
гидроизоляции даны в пп.3.1 и 3.2.
Пример?. 1. Рассматриваемое здание (двухквартирный дом обыч-
ной конструкции) расположено в прибрежной зоне р.Аммер, характе-
ризующейся исключительно неблагоприятными грунтовыми условиями и
наличием грунтовых вод (рис. 7.1).
Как видно из рисунка, мощность и консистенция глинисто-песчаных
илистых слоев, пронизанных органическими включениями (пойменная
глина), очень различны. При зондировании установлено наличие
кашеобразных мягких слоев с торфяными прослойками.
Подошва плиты фундамента толщиной 30 см находится на 2,30 м ниже
существующей поверхности грунта. Слой гравия, уложенный под
подошву фундамента (искусственный слой грунта), имеет толщину
около 0,5 м, так что под ним находятся названные выше илистые слои
различной мощности (0,5,0,1, 2,30 м и более, см. рис.7.1)
Фундаментная плита толщиной 30 см изготовлена из железобетона;
марка бетона В 225, марка стали St ГУ (арматурная сетка). Наружные
стены подвала выполнены из монолитного неармированного бетона
Рис. 7.1.
jpKH
тулпа
Век
дика
тите,
ли
жюц
Поз
вмо»
да,
‘утаи
.якна
доно
Из-:
го и
яко
IOHEI
Из-:
еобхоз
ТМбО1
Вт
1.П
^бов:
жое
зружн
/ЧОП
Поз
ЙОН »
.к О
Фак
1225 (
рн
рнмек
пне.
Там
зюста’
Поэ-
tocipj
‘COOT
агелей’
Ьружн
Щерж
Есл1
io бы.
’тения
Ямож
Шов
пучил
2.0
®5цщ-
ТУПов
'12.1,
134
марки В 120, а внутренние — из пустотелых блоков марки НЫ 50,
группа II.
Вскоре после изготовления стала заметна невооруженным глазом
осадка здания со значительным количеством трещин в фундаментной
плите, а также в наружных и внутренних стенах подвала; проникание
влаги и обычные повреждения (трещины, перекос окон и дверей)
наблюдаются в верхних этажах.
Поэтому в рассматриваемой зоне нужно уделять особое внимание
возможным осадкам. При различных типах грунтов возникают различные
осадки, и здание может оказаться в наклонном положении. В связи с этим
фундаменты следует опирать на однородный грунт. Часть фундаментов
должна опираться на гравийную подушку, поэтому слои песка и глины
удаляют и заменяют уплотненной смесью песка с гравием.
Из-за наличия грунтовых вод фундаментную плиту следует изготов-
лять из водонепроницаемого бетона. Это мероприятие эффективно
только в том случае, если стены подвала также выполнены из
водонепроницаемого бетона.
Из-за особых грунтовых условий промежуточную несущую стену
необходимо изготовлять из железобетона, в крайнем случае из
трамбованного бетона марки В 160.
Были проведены следующие испытания конструкции.
1. Подвальный этаж устроен в виде так называемой ’’ванны”.
Требование об изготовлении фундаментов в виде ванны, защищенной от
грунтовых вод, является правильным. При этом фундаментная плита и
наружные стены должны изготовляться из армированного водонепрони-
цаемого бетона.
Поэтому по новым нормам ДИН 1045, п.6.5.7.2 требуется применять
бетон марки не ниже В 300 и Вп 350 с водоцементным отношением не
более 0,60.
Фактически армированная фундаментная плита выполнена из бетона
В 225 (в соответствии со статическим расчетом и планом армирования);
наружные стены вообще не армированы и по проекту для них должен
применяться бетон марки В 120(1). Последнее относится и к внутренней
стене.
Таким образом, в конструктивном отношении жесткость плиты
недостаточна.
Поэтому в рассматриваемом случае не может идти речь о ванне.
Конструкция не отвечает современному уровню техники. Кроме того, она
не соответствует требованиям строительного надзора (инженеров испы-
тателей). В целом бетон не может считаться водонепроницаемым.
Наружные стены из бетона марки В 120 не могут долгое время
выдерживать напор воды и грунта без образования трещин.
Если, учесть возможное повышение уровня грунтовых вод до 1,2 м
(до бывшего уровня местности), возможность неравномерного распре-
деления давления по подошве в соответствии с ДИН 4018, п.6.4, а также
возможность появления очень различных осадок, находящихся в
соотношении 1:2:4, то можно сделать вывод, что фундаментная плита
получилась по расчету недостаточно прочной.
2. Основание и грунтовые воды. Компетентные органы могут
сообщить данные о сложных грунтовых условиях и высоком уровне
грунтовых вод. Нормы ДИН 1054 и сопутствующие им ДИН 4123
(пп.2.1, 5.0 и 6.1) содержат общие требования, предусматривающие
135
устройство подготовки, учет свойств основания (например, его жест-
кости) и технологию производства строительных работ.
В рассматриваемом случае для улучшения строительного основания
выбран метод замены существующего грунта искусственным. По
требованию инженеров-испытателей эти работы необходимо выполнять
особенно тщательно, чтобы удалить весь слабый грунт до несущего
гравийного слоя и хорошо уплотнить искусственный слой.
При строительстве здания в качестве искусственного заменяющего
слоя принят слой гравия толщиной 50 см (см. рис.7.1), уплотнить
который довольно трудно. Ниже искусственного заменяющего слоя
располагаются вышеназванные илистые слои различной мощности,
чувствительные к осадкам (по данным заключения строительно-геологи-
ческого земельного управления). Такое основание противоречит требова-
ниям, установленным практикой строительства, а также опыту инжене-
ров-испытателей. В дальнейшем оправдались опасения инженеров-испы-
тателей относительно различных осадок, в результате которых возникли
трещины, просочилась влага и т.д. Расчет осадок не производился.
3. Уплотнение (изоляция). Дополнительные проблемы гидроизоляции
(снаружи и изнутри) в данном случае не рассматриваются, так как
отсутствуют необходимые для этого предпосылки. Не заактированы
скрытые работы. С учетом п.3.3 можно сказать, что в данном случае в
соответствии с ДИН 4117 для гидроизоляции недостаточно уложить слой
битума. Гидроизоляция должна выполняться в соответствии с ГИС, п.2.1
(метод глубокой защиты от напорных вод).
Расчет осадок для случаев 1—3 (в соответствии с рис.7.1) при
ориентировочных заданных модулях упругости производится следующим
образом.
Модуль упругости для песчаного гравия Е1=3500тс/м^ =
350кгс/см ; для пойменной глины мягкого сложения с органическими
включениями (прослойка торфа) Е2 ~ 300 тс/м^ — 30 кгс/см^. Подъем
грунтовой зоды до максимального уровня составляет 1,20 м - 120 см.
Давление по подошве, найденное по статическому расчету, равно
0,510кгс/см2 минус собственный вес фундаментной плиты (железобе-
тон), равный 0,075 кгс/см^. Напряжения в грунте составляют
0,435 кгс/см2.
С учетом неравномерного распределения давления по подошве, по
ДИН 4018 (плоские фундаменты, п.6.4), приводящего к росту давления
до 20%,
6т = 1,2-0,435 = 0,522 кгс/см^.
Отсюда приближенно осадка 5 = ——— -
Для случая 1: 0,50 м — искусственный заменяющий слой, 0,50 м-
пойменная глина, /г?= 50 см, 50 см;
0,522-50
- 350
0,522-50
= 0,08 см;
г
0,95 см.
— 0,87 см; >
136
Для случая 2: 0,50 м —искусственный заменяющий слой, 1,0 —
пойменная глина, 50 см, hz~ 100 см;
Si — 0,08 см (как и раньше) ;)
0,522-100 Г 1,82 см.
Sa = —~ = 1,74 см; J
Для случая 3; 0,50 — искусственный заменяющий слой, 2,30 — пой-
менная глина; hi= 0,50 м; hz— 230 см
0,08 см (как и раньше) Л
_ 0,522 -230 л п ( 4,08 см.
$г= --------- 4,0 см; J
30
Результат: заметная разница в осадках, соотношение 1:2:4.
Из сказанного можно сделать следующие выводы.
1. При существующих грунтовых условиях, которые установлены
путем исследований грунтов (см. рис.7.1), требуется провести более
полный статический расчет.
Хорошие результаты можно получить при новом расчете фундамент-
ной плиты и стен подвала при учете их взаимодействия в конструкции
ванны. Проведение такого расчета обязательно. Далее необходимо
выполнить соответствующий расчет осадок здания, которые зависят от
ожидаемых осадок различных слоев грунта.
2. Подвальный этаж не соответствует современным требованиям к
конструкции ’’водонепроницаемая ванна”.
3. Рекомендуется устройство песчаного слоя между искусственным
заменяющим слоем грунта и илистым слоем, чтобы избежать вдавливания
кашеобразной мягкой глины в гравийный искусственный слой, а также
между подошвой фундаментной плиты и искусственным слоем, чтобы, с
одной стороны, обеспечить равномерное распределение давления, а с
другой — предотвратить вытекание цементного молока из бетона.
Мероприятия по укреплению основания, т.е. использование метода
замены грунта в основании (замены всего ненесущего грунта несущим
грунтом), а также устройство водонепроницаемой ванны в принципе
выбраны правильно, однако конструктивное решение ванны неудачно.
Кроме того, еще раз можно отметить, что не следует застраивать
земельные участки, находящиеся в пойме реки, так как конструкции,
применяемые в жилищном строительстве, в целом не столь прочны, чтобы
воспринимать неравномерные осадки всего здания без специальных
мероприятий, а ликвидация дефектов возможна только при больших
затратах и сомнительном успехе.
7.2. ОСАДКА И ТЕРМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
Общие положения. Выше на ряде практических примеров уже было
показано, что крупные и особенно разнообъемные здания в зависимости
от конструкции и внешних размеров расчленяются на отдельные части с
помощью швов (деформационные и осадочные швы). Если швы не
сделаны и не приняты во внимание специально, то почти наверняка
возникают неравномерные трещины, пронизывающие все сооружение.
137
Наряду с неблагоприятными терълческими нагрузками нельзя
забывать и о других воздействиях,которые часто могут быть домини-
рующими по сравнению с тепловыми перемещениями. К ним относятся,
например, неравномерные осадки, возникающие из-за различных -илов
грунта в основании, различной высоты корпусов, входящих в состав
здания, или дополнительных надстроек и возведения рядом со зданием
новых сооружений, а также из-за подземных выработок и вследствие
погружения в грунт и сползания фундаментов, вызванного повышением
содержания влаги в грунте при таянии линз льда. Поэтому для
правильной оценки причин возникновения трещин необходимо иметь в
виду, что наряду с трещинами, образовавшимися в результате осадок,
возникают также трещины от температурных деформаций, перегрузки
частей здания и т.п.
Процесс осадки здания и его причины. По ДИН 4019, под осадкой
понимается погружение здания в строительное основание. Различаются
два вида осадок: равномерная и неравномерная. В последнем случае в
зависимости от вида и степени неравномерности могут возникать
трещины и другие повреждения, а также нарушается устойчивость
зданияк
Осадка может быть вызвана следующими причинами: упрутопласти-
ческими деформациями грунта под нагрузкой, движением грунтовых вод
(препятствие подъему), усадкой связного грунта при высыхании (этот
фактор особенно важно принимать во внимание для зданий с мелким
заложением фундаментов), изменением несущей способности грунта,
связанным с повышением содержания влаги в связном грунте при таянии
линз льда, выдавливанием ила, опусканием перегруженных частей здания
вследствие разрушения основания. Особое значение имеют разрушения,
вызванные замораживанием и оттаиванием грунта основания.
Замораживание происходит при понижении температуры до точки
замерзания (0°С) и вызывает изменение физического состояния
грунтовой воды. Холодными считаются дни, в которые температура
опускается ниже 0°С. Граница или глубина промерзания представляет
собой глубину, до которой холод проникает в грунт, и в ФРГ в основном
составляет от 0,8 до 1,0 м (в расчетах лучше принимать от 1,0 до 1,5 м).
При замерзании и оттаивании мелкозернистых грунтов с высокой
капиллярностью возникают разрушения от подъема отдельных участков
(так называемое выпучивание грунта). Эти разрушения связаны с
образованием линз льда при замерзании грунта, оказывающих давление
на грунтовую воду (см. рис.3.1 и 3.2).
После прекращения холодов замерзший грунт оттаивает и теряет свою
несущую способность (разрушения при оттаивании).
Опасности замораживания подвержены неоднородные грунты, ко-
торые содержат более 3% (по весу) зерен диаметром менее 0,02 мм, и
однородные грунты, содержащие более 10% (по весу) зерен диаметром
менее 0,02 мм.
Коэффициент устойчивости, т.е. отношение удерживающего момента к
моменту от опрокидывания, скольжения и поворота, должен по указаниям
строительной инспекции равняться 1,5. Исходя из опытных данных, осадка
считается неопасной, если отношение s/t равно 1/500; при s/t - 1/300 возникают
разрушения в отделке зданий, а при i/t = 1/150 возможны конструктивные
разрушения.
138
Рис. 7.2. Распределение трещин - тенденция пере-
мещений
1 - направление трещин; 2 - тенденция перемеще-
ний; 3 — осадка уменьшается; 4 — осадка увели-
чивается
Опасность разрушений от замораживаниями оттаивания также велика и
в надземном строительстве.
К мероприятиям, предотвращающим замораживание грунтов, отно-
сится местное снижение уровня грунтовых вод (по возможности без
разрушения грунта), устройство фильтрационных слоев, предохраняющих
от подъема воды, выемка грунта, подвергающегося замерзанию.
Для оценки тенденции к перемещениям может использоваться
распределение трещин, показанное на рис.7,2.
Ремонт. В рассматриваемом и аналогичных случаях можно рекомен-
довать проведение следующих мероприятий:
1) снизить термические воздействия, например путем укладки
теплоизоляции с наружной стороны;
2) если необходимо предохранить от разрушений при неравномерных
осадках здание, состоящее из различных блоков, следует очистить и
разделать швы между отдельными частями здания, обеспечив наличие
зазора;
3) если необходимо учесть возникновение новых трещин, то в
существующие трещины тщательно запрессовывают цементный раствор и
в этой же зоне стены нарезают или пробивают штрабы, что при
дальнейшем нагружении вызывает появление грещин в этих ослабленных
или прилегающих к ним участках стены (запланированные трещины).
В рассматриваемом случае рекомендуется тщательно заделать трещи-
ны путем торкретирования или инъекций искусственной смолы и
забетонировать имеющиеся воздушные пустоты в северо-восточном углу.
Конструкции, отремонтированные описанным способом, функциони-
руют до настоящего времени.
Пример 7.2.В рассматриваемом случае речь идет об обычной
кирпичной постройке 1948 г., состоящей из вытянутого двухэтажного
бесподвального здания и корпуса в виде башни, так называемой
хмелесушилки, с подвальным и тремя надземными этажами (рис.7.3).
Вызывают опасение трещины шириной от 10 до 20 мм, возникшие в
1962—63 гг. в северной торцовой стене башни (рис. 7.4—7.12); выпучи-
вание грунта достигает от 30 до 40 мм.
Ставился вопрос о сносе или капитальном ремонте здания.
На основании внешнего осмотра можно сделать следующие выводы
образовавшиеся трещины сконцентрированы на восточной половине
северной торцовой стены башни, а именно2 ближе к северо-восточному
краю (см. рис.7.4—7.7); западная сторона не имеет трещин (см.
рис.7.10). Распределение трещин ясно видно из рисунков.
Вертикальные трещины между вытянутым зданием и башней (рис.7.4
и 7.6) связаны с дефектами разделительных швов, предназначенных для
139
6
11.4. В.
да 1
огоз
Рис. 7.3. Влияние близлежащих построек на осадку здания
1 - прогиб при осадке; 2 — наклон; 3 — трещина; 4 — тенденция перемещений;
5 — участок основания с предварительной нагрузкой; 6 — то же без предваритель-
ной нагрузки; 7 — чувствительное к осадкам строительное основание; 8 —
нечувствительное к осадкам строительное основание; 9 — старое здание; 10 -
новое здание
выравнивания деформаций и осадок между низким бесподвальным
вытянутым зданием и башней, которая выше на два этажа и имеет
подвал. Косая трещина, замеченная в нижней части восточной стены
башни, так же как и трещины в правом верхнем углу (см. рис.7.6 и 7.7),
являются касательными трещинами, вызванными осадкой или подъемом
грунта.
Типичные осадочные трещины, заметные на рис.7.5 и 7.7 на северной
торцовой стене (восточная половина), по виду и размерам могут быть
отнесены к трещинам, вызванным подъемом или осадками вследствие
сильного замораживания и последующего оттаивания грунта в марте —
начале апреля в зоне северо-восточного угла здания.
При обследовании трещин (см. рис.7.8—7.11) в стенах наружных
лестниц (подход к подвалу) выяснилось, что трещины на внутренней
стороне представляют собой продолжение трещин на внешней стороне
рассматриваемой торцовой стены и вызваны замораживанием.
Трещины в наружной стене (горизонтальные и вертикальные) в
основном вызваны пучением грунта под фундаментами лестниц (см.
рис.7.11 и 7.12)
Кроме того, можно отметить, что в восточной половине торцовой
стены находится подход к лестнице и на этом же участке стены имеются
ослабления фундамента из-за установки вентиляционных шахт (проект
производства работ и расчет фундаментов не приложены).
Повреждения от замораживания и оттаивания связаны с подъемом
грунта под фундаментной плитой на подходе к лестнице (см. рис.7.11 и
7.12), а также с выпучиванием грунта непосредственно у восточной
стороны башни. Они возникают при мелкозернистом грунте с высокой
капиллярностью из-за линзовидного замерзания грунтовой воды и
возникающего при этом дополнительного давления на грунтовую воду.
После ослабления мороза замерзший грунт оттаивает и теряет свою
несущую способность (разрушения от оттаивания).
Для этого имеются все предпосылки. По статистическим данным,
очень суровая зима 1962—1963 гг. была периодом появления первых
1.5. В
«уши
Восточ!
ШЛКИ
Ч
140
Рис. 7.4. Восточная сторона лабора-
торного корпуса; примыкание вы-
тянутого здания к хмелесушилке
inptj
яяс
Шг
Рис. 7.5. Восточная сторона
чмелесушилки
ШИ
мм
жс.7,6
алипо:
?Bt*
ими
ИИ ВСЕ
нави;
их и;,’
И ВН)Т‘
им:
м.
шкк
лес®
ж If
ш
шахт (г
IС ВИ
Мрв’
। у вк
пес в®
Ci к
в)й
и тер
to . Рис. 7.6. Восточная сторона
к“ чмелесушилки (нижняя по-
ЛВНВ1 ловина)
141
Ри с.7.7. Рассматриваемый
участок здания; восточная
половина торцовой стены
хмелесушилки
>1.10.1
Ш пс
Рис. 7.8. Лестница в подваль-
ный этаж; торцовая стена в
угловой зоне (восточная по-
ловина)
'.И По
чтя с
(имеет
Рис. 7.9. Лестница в подваль-
ный этаж; внутренняя сто-
рона лестницы (нижняя часть
торцовой стены-*
112. По,
’И ф)
' «лас
142
•
И: Рис. 7.10. Торцовая стена, за-
Я1. ладная половина не имеет
трещин
Рис.7.1L Подход к лестнице,
наружная стена (с заполне-
цщг нием) имеет трещину и просе-
ки ла
ф
Рис. 7.12. Подход к лестнице
в подвал; фундаментная пли-
та выпучилась и имеет трещи-
вВД ' ны’ вентиляционная шахта
цы И
вин)
143
трещин (в дальнейшем новых трещин не возникало). В течение этой зимы
атмосферные условия характеризовались следующими значениями:
продолжительность зимнего периода — около 6 месяцев (из них 69
дней — обледенение, 96 — мороз); наиболее низкая температура
составляла —30° (Гюль, округ Майнбург); осадки в декабре — марте
(талая вода) — 188 мм; толщина снега (111 дней) — 59 см; новые
снеговые отложения (27 см в течение 24 ч) — 151 см.
Граница промерзания в естественных грунтовых условиях снижается
до 75 см.
Такие данные в момент образования трещин вынуждают сделать
вывод, что названные трещины вызваны главным образом пластической
осадкой. Это означает, что прочность грунта на сдвиг * под северо-восточ-
ным углом фундамента превышена и возникло пластическое состояние.
Так как в течение 5 лет не наблюдалось дальнейшего образования
трещин и нет признаков дальнейшей осадки, то нет и опасности
разрушения грунта.
Подводя итоги можно сказать, что возникшие разрешения в виде
трещин связаны с неблагоприятным воздействием холода. Серьезной
опасности обрушения не возникает. Раскрытие трещин прекратилось.
Однако для обеспечения устойчивости необходимо обратить особое
внимание на образование новых трещин, увеличение ширины имеющихся
трещин и другие перемещения. В связи с этим для наблюдения поперек
трещин устанавливают гипсовые марки и гипсовые полосы.
Независимо от результатов на блюде; шя необходимо в дальнейшем
подготовиться к ремонту. Рекомендуется заделать трещины торкретиро-
ванием или инъектированием искусственной смолы и забетонировать
имеющиеся пустоты в зоне северо-восточного угла.
8. КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕЩИНЫ
Здесь прежде всего можно указать на опасность поспешных
заключений. Имеются многочисленные случаи, когда возникшие трещины
кажутся по внешнему виду конструктивными, однако на самом деле
вызваны совершенно иными причинами. К таким трещинам относятся:
усадочные трещины из-за недостаточного количества влаги в жаркую
погоду, трещины от перемещений из-за дефектов швов, осадочные
трещины из-за неравномерных осадок строительного основания или
напряженные трещины из-за стесненных деформаций, перегрузки и др.
Только в исключительных случаях можно точно определить тип
трещин.
Однако для успешного проведения ремонта необходимо знать
причины образования трещин.
Анализ конструктивных трещин показал, что в большинстве случаев
(если не учитывать возможные производственные неточности) недоста-
точно уделяют внимание следующим факторам:
1 Несущая способность фундамента тем больше чем больше прочность на срез
(трение и когезия) грунта. Когезия сильно зависит от погодных условий в
соответствующий момент времени.
144
изменению объема строительного материала в неблагоприятных
температурных и влажностных условиях из-за ползучести и усадки;
изменению длины, вызванному усилиями предварительного напряже-
ния, упругими свойствами строительного материала или температурными
воздействиями (термические деформации);
перемещениям вследствие расширения и возникновению давления на
строительное основание.
Особое значение имеют не принятые во внимание трещины,
образующиеся вследствие температурных колебаний; такие трещины
особенно часто встречаются в каменной кладке вдоль линии опирания
перекрытия.
Характерная особенность таких трещин заключается в том, что они
возникают не всегда, их трудно обнаружить и вызванные ими разрушения
проявляются не сразу, а только через некоторое время после
изготовления (приемки) элемента.
Это зафиксировано в старых нормах ДИН 1045/4, $16, где указано,
что в связи с влиянием температурных колебаний и усадкой в
строительных элементах большой протяженности необходимо устраивать
горизонтальные и вертикальные деформационные швы. Кроме того, в
несущих конструкциях нужно учитывать влияние температурных коле-
баний, вызывающих значительные напряжения. Усадку учитывают путем
включения в расчет дополнительного температурного перепада, который в
зависимости от конструкции и армирования составляет от 15 до 20°С‘
(ср. новые нормы ДИН 1045, п. 14.41).
Рассмотрим несколько числовых примеров из практики.
1. Бетонная стена длиной 60 м (неармирована, бетон марки ВпЮО)
возведена летом при температуре +20 . Зимой стена охлаждается до
-20°С. Нужно определить укорочение и напряжения в стене, когда она
представляет собой цельный элемент (без швов), а сжатие ограничено
грунтом под фундаментом (через трение).
Если исходить из предпосылки, что обеспечена беспрепятственная
подвижка, то укорочение
alt ~ 0,000010-40-6000 - 2,4 см.
В тех случаях когда укорочения стены ограничены, в бетоне
возникают следующие растягивающие напряжения:
б^гЕ = - (2,4/6000) 140000 - 56кгс/см2.
Эта растягивающая нагрузка намного превышает допускаемую
величину ($ 6>bzut) Чтобы предотвратить возникновение таких растя-
гивающих напряжений и связанную с ними опасность появления трещин,
необходимо дать бетону возможность сжиматься путем устройства
деформационных швов (разделительные швы). Швы целесообразно
располагать на расчетном расстоянии 1€Г} — 10—15 м или определять их
шаг по уравнению lerf—лЕЕ , где модуль упругости бетона в среднем
принимается равным Е = 140000 кгс/см2, а коэффициент линейного
расширения — 0,000010.
2. Усадка бетона вызывает продольные деформации £, , аналогичные
возникающим от температурных колебаний; поэтому в бетонных и
145
железобетонных конструкциях для учета усадки в расчет включают
дополнительный перепад температур от 15 до 20°С.
При длине здания, равной, например, 20 м, продольное укорочение
= -20000-15-0,000010 - 3,0 мм.
3. Плита покрытия должна укладываться на выровненную поверх-
ность стены без прилипания. Нагрузка (давление при укладке) £ ~
1500 кгс/м; N- qt; коэффициент трения бетона по кладке /х. = 0,76.
Поэтому сила трения, воздействующая на стену,
/? =JJ.N~ 0,76-1500- 1140 кгс/м.
Приведенные выше усилия и деформации нужно учитывать уже на
стадии проектирования и нейтрализовать соответствующими конструк-
тивными мероприятиями, иначе возникают тяжелые разрушения здания
или его частей.
Растягивающие и сжимающие усилия вызывают изменение объема
материала и сдвигают деформирующиеся элементы в сторону, разрывают
трещинами или вовсе разрушают препятствующие им части зданий. Такие
усилия наиболее значительны в плоских покрытиях, перекрытиях, плитах
балконов и стенах. При этом возникают проблемы предохранения зданий
от таких трещин и защиты имеющихся трещин от проникания влаги.
8.1. ТРЕЩИНЫ В КАРНИЗАХ (СКОЛЬЗЯЩИЕ СЛОИ)
Пример8. 1. Речь идет о простом складском здании с конторскими
и жилыми помещениями. Одноэтажное бесподвальное здание возведено в
1970 г. из сборных железобетонных элементов.
Площадь застройки составляет 700 м- (40,50x17,30 м), высота до
карниза 7,10 м, высота в коньке на 60 см больше.
Покрытие состоит из газобетонных плит толщиной 15 см с
наклеенными слоями толя (три слоя) марки 500. Кладка из крупного
дырчатого кирпича, оштукатурена снаружи и покрыта слоем раствора
изнутри. Трехэтажная жилая и конторская часть здания представляет
собой обычную кирпичную постройку с массивными железобетонными
перекрытиями (верхнее перекрытие одновременно служит плоским
покрытием). Размер трехэтажной части составляет 8,75 х 17,0м. Стены
выполнены из дырчатых кирпичных блоков толщиной 30 см.
Описанное сооружение кроме незначительных дефектов при воздей-
ствии имеет специфические трещины в карнизе и в передних углах
(рис.8.1). Дальнейшие обследования выявили дефекты при устройстве
кольцевых анкеров в конторской и жилой частях,а также при устройстве
горизонтальных и вертикальных швов в плитах перекрытий и карнизе.
Как можно видеть из приведенного выше примера, здесь не учтены
основные физические процессы, а также конструктивные требования
норм и стандартов.
В частности, в ДИН 1045, п. 14.41 указано: ’’Если железобетонное
покрытие опирается на каменные или неармированные бетонные стены, то
под ним необходимо устраивать скользящие слои, а в стенах
146
11.
личин
jy плите
•угол зда
Ш
кающ
СИМ0СТ1
ЛМ Г[
-авлива
'личек
Сами кс
ароваты
Ляювд
та по ди.
"ксивн
-®тся
додит
яство
ЛрИ 3101
Исвойс
। «у устанавливать железобетонные кольцевые анкеры швг восприятия
ДОЧ1-- возникающих усилий от трения”. Дополнительно отмечено, что в
ИЙ зависимости от состояния строительного основания (чувствительный к
1лу® осадкам грунт) также требуется установка кольцевых анкеров. Ях
|х№ устанавливают под каждой опорой перекрытий или на уровне ико»ны>.
см. перемычек этажа одновременно с его возведением.
нов л?| Сами кольцевые анкеры должны иметь высоту 15 см и снизу к сверху
пер-a армироваться одним стержнем диаглетром 12 мм, по возможноеги
при г соединяющим два угла поперечного сечения, расположенных друг против
Ее пр друга по диагонали.
^ий; Массивная плита нагревается солнечными лучами с эдной стороны и
удлиняется в трех плоскостях, причем максимальное удлинение
SHM£rS происходит в направлении наибольшего размера, т.е. по длине.
Количество тепла, образующегося в летнее время под действием
, даий солнечных лучей, может достигать 6000 ккал/м^ в день.
Тонин- При этом значительное влияние на термические нагрузки оказывают
L а । цвет и свойства поверхности покрытий (табл.8.1.).
147
Таблица 8. 1.
Температурные воздействия в зависимости от цвета
и свойств поверхности
Черные поверхности До 90°С
Гл<_дк1.й металл ” 70°С
Белые поверхности ” 60°С
Если температурные перемещения (деформации) встречают препят-
ствия, то, как было показано в числовом примере, возникают
растягивающие усилия и напряжения, которые не могут восприниматься
бетоном из-за его физических свойств. При жестком на сдвиг соединении
пли с покрытия с кирпичными стенами здания эти усилия и напряжения в
дальнейшем почти наверняка вызывают образование касательных —эещин
и разрушений, особенно в ’’жестких” зонах, например в углах.
Обычно кладка стен состоит из кирпича и легкобетонных камней.
Коэффициенты линейного расширения этих материалов сильно отличают-
ся друг от друга (табл.8.2), поэтому в приведенном выше указании
дИН 1045 требуется устройство слоев скольжения (рис.8.2 и 8.3).
Разделение покрытия и стены только лишь с помощью прокладки слоя
толя недостаточно (табл.8.3). Толь не предохраняет от возникновения
трещин при продольных удлинениях из-за недостаточного коэффициента
трения; например, коэффициент чистого толя по чистому толю и ~ 1,0.
1.2. Сх
ЛИТИЯ
rf)
огра»
т -
тепло!
И для
чое га
-шия;
.8-
-цпукал
•анкер;
-рофт
Просто!
”ельш
лратур
необ
Коэффициенты линейного расширения Таблица 8. 2. > 8 pact
Коэффициент линейного расширения при «су (сп
Материал нагреве на 100°С, мм/м | на 1°С, м/м (предел ’(вслед мете ление
Кирпичные блоки 0,50 0,000005
Неармированный бетон 1,00 0,000010 ’«м; 1 вслед
Железобетон 1,10 0,000011
Высококачественная штукатурка 0,70 0,000007 ом пер
Ксилолит Шлакобетон Сталь 1,70 0,60 1,20 0,000017 0,000006 0,000012 аде 1
Таблица 8. 3.
Разбухание минеральных строительных материалов
Материал Разбухание, мм/м
Песчаные блоки 0,45
Каменные плиты 0,06
Клинкер 0,10
Кирпич 0.12
Гравийный бетон 0,18
Известково-цементный раствор 0,28
ЧСкол
Юкрып
(
КРОВСЛЫ
"10ЛЯЦИ1
1'Лна;
’»рка;
-СКОП!
-W аи
вм
148
Рис. 8.2. Скользящее опирание плиты
покрытия (с кольцевым анкером или
балкой)
1 - ограничитель края покрытия
FD ; 2 — гидроизоляция покрытия;
3 - теплоизоляция; 4 - бетонный
слой для создания уклона; 5 -
бетонное покрытие; 6 — штукатурка
покрытия; 7 — угловой профиль
FD ; 8 — скользящая пленка г J ;
9 - штукатурка стены; 10 — кольце-
вой анкер; 11 - кирпичная кладка;
12 - профили' FD в шве
Простой расчет, приведенный ниже, убедительно показывает, что
значительные усилия, возникающие от усадки или ползучести, а также от
температурных деформаций, не могут быть предотвращены и подтверж-
дают необходимость устройства скользящих швов во избежание
появления неконтролируемых (произвольных) трещин.
В рассматриваемом случае железобетошгая плита размером
8,75x17,0 м и толщиной 14 см уложена непосредственно на каменную
кладку (с прокладкой слоя толя).
Определим величины возникающих удлинений:
а) вследствие усадки и ползучести (одноразовый процесс), которая
принимается равной 0,20 мм на 1 м. получаем в продольном направлении
удлинение 17,0-0,20 - 3,40 мм и в поперечном направлении 8,75-0,20 -
1,75 мм;
б) вследствие температурных деформаций при расчетном темпера-
турном перепаде, равном 85°С; получаем в продольном направлении
удлинение 17,0-0,000011-85 = 15,9 мм и в поперечном направлении
пл ос-
анке-
Рис. 8.3. Скользящее опирание
кого покрытия (с кольцевым
ром)
1 - кровельный ковер; 2 —
слой
теплоизоляции; 3 - бетон для созда-
ния уклона; 4 — покрытие; 5 —
штукатурка; 6 — облицовочная рей-
ка; 7 - скользящая пленка FD ; 8 -
кольцевой анкер; 9 - облицовка
кирпичом
149
8,75-0,000011-85 = 7,94 мм. Расчетный температурный перепад получен
исходя из максимальной температуры летом +75°С и минимальной
температуры зимой —15°С (см. табл.8.1, черные поверхности). При этом
перепад температур составляет 90°С и с учетом отражения в размере 6%
(табл.8.4) становится равным 84,6°С, т.е. округленно 85°С.
Т а б л и ц а 8. 4. го-
Абсорбционная и отражающая способность, % 1со сл
апо с
Цвет краски или материал МО Ml
| Поглощение Отражение дмернь
Черный швю
94 6 лдеба
Белый 18 82 нельзя
Красный 57 43 ненка
Бетон (раствор) 70 30
Оцинкованная жесть (загрязненная) 92 8
Алюминий (необработанный) 60 40 В расе
разру!
тин. I
разру!
тин. I
Точка крепления плиты (без скользящего слоя) выбирается на жич
продольной или поперечной стороне. При расположении точки крепления требу
примерно в центре плиты удлинения в сторону каждой стены получают xnpoei
половинные значения. арум
Таким образом, напряжения и усилия в продольном направлении При п
равны: илы
^(т
6d -РаРИЦОООО = 165 кгс/см2; W™]
(1/2)17,0 и тепл
Р= 165-14-100 = 231 тс/м. 10ЛЩ1
В поперечном направлении: ----
= 140000 _160 кгс/см2;
(1/2) 8,75 «идр:
Р = 160-14-100 = 224 тс/м. “я
При применении в соответствии с требованиями новых норм ДИН ийбет
1045, п. 14.41 скользящих слоев (например, скользящей пленки FD с
коэффициентом трения ju= 0,08, табл.8.5) в стене толщиной 30 см при
максимальном усилии в опоре ~4250 кгс/м возникает горизонтальная
сила Н - 0,08-4250 = 338 кгс/м, что соответствует напряжению _338____
= 0,11 кгс/см2. 30-100 ----
По сравнению с приведенными выше эти значения могут быть
опущены при практических расчетах. Возникновение ’’произвольных”
трещин в данном случае исключено (в покрытии, а также в стенах под ^ческ
покрытием), так как строительные материалы (железобетон и кирпичная Л
кладка) всегда могут воспринять касательные усилия такой величины. веские
Влияние возможных прогибов при этом не принимается во внимание. веские
150
Коэффициенты трення /1= H/V
Таблица 8. 5.
Материал Значение
Бетон по каменной кладке Чистый толь по чистому толю Толь со слоем битума по толю со слоем битума Сталь по стали Медь по меди Полимерные пленки. поливинилхлоридная слидебан - строительная скользящая пленка скользящая пленка рД пленка FD Для точечного опирания 0,76 До 1,08 2,80 и более 0,12 0,80 0,40 0,04-0,06 0,02-0,08 0,08
В рассматриваемом случае подтвердился известный из опытов факт,
что разрушение часто вызывается совместным действием нескольких
причин. Подводя итоги, можно сказать, что трещины и разрушения
(аналогичные показанным на рис.8.1 и 8.2), ремонт которых невозможен
или требует значительных затрат, в конечном счете вызваны неправиль-
ным проектированием и возведением, в котором виноваты архитекторы,
конструкторы и строители.
При проектировании необходимо учитывать физические свойства
строительных, материалов, в частности коэффициент теплопередачи
jc. (табл.8.6), удельную теплоемкость с (табл.8.7) и способность к
аккумулированию тепла сухих материалов Q=d'fc. Здес^ Л — коэффи-
циент теплопроводности, ккал/(м-чград); — объемный вес, кг/м^;
d — толщина стены, м.
Таблица 8. 6.
Коэффициент теплопередачи /> = 2ГС
Строительный материал
Ь ккал/(м^-ч1 -град)
Пробка и другая теплоизоляция
Дерево
Кирпич
Тяжелый бетон
Сталь
2-3
6-8
7-20
20-30
210
Таблица 8. 7.
Удельная теплоемкость с
Строительный материал с, ккал/(кг-град)
Неорганические материалы 0.18—0,22
Дерево 0,32
Органические материалы с неорганическими вяжущими 0,34-0,40
Органические теплоизоляционные материалы 0,45
151
Для уменьшения необходимости в ремонте, т.е. предотвращения
причин изменения объема материалов и температурных деформаций,
рекомендуется:
а) усилить имеющуюся внешнюю теплоизоляцию; для предотвраще-
ния нагрева от солнечных лучей нанести дополнительный слой светлой
краски с высокой способностью отражения и низкой способностью
поглощения лучей;
б) заделать трещины в карнизе битумной мастикой или мастикой с
устойчивыми пластическими свойствами, чтобы предотвратить проника-
ние и накопление влаги, которая под действием холода переходит в
кристаллический лед и оказывает дополнительное давление;
в) выполнить скользящую конструкцию опирания карниза, причем
скользящий слой в данном случае целесообразно от наружной стороны
довести до швов между нижним обрезом перекрытия и стеной.
Однако в рассматриваемом случае проведение указанных мероприя-
тий не дает гарантии, что опасность появления касательных трещин из-за
продольных удлинений полностью исключена; это может быть достигнуто
путем укладки скользящего слоя между плитой и кладкой.
8.2. УСТРОЙСТВО СКОЛЬЗЯЩИХ СЛОЕВ
В опубликованном в 1962 г. научным обществом по строительству
жилых зданий сборнике ’’Плоские покрытия в жилищном строительстве.
Указания по проектированию и строительству” говорится: ”В настоящее
время по экономическим и конструктивным соображениям в жилищном
строительстве не применялось скользящее опирание плит перекрытий на
стены. Укладка в швах обычных прокладок, например толя или
волокнистых плит, недостаточно эффективна, так как коэффициент
трения этих материалов слишком велик”.
Вместо этих материалов могут успешно использоваться пластмассы
(пластиковые полосы, полимерные пленки), имеющие по возможности
низкий коэффициент трения (см. табл.8.5) и устойчивые к старению,
агрессивным водам и механическим повреждениям. В результате
соответствующих испытаний, проводимых начиная с 26 июля 1965 г. в
лаборатории по строительству и испытаниям материалов Государствен-
ного инженерного строительного училища в Реклингхаузене, было
установлено превосходное скольжение исследованной пленки (изготовлена
фирмой ’’Изоглайтхеми”, Эссен, Мюнхен). Эта скользящая пленкаFD
состоит из двух слоев пластмассы, специально изготовленной для этой
цели и покрытой новым скользящим средством (толщина около 1 мм);
она особенно эффективна для устройства швов скольжения между
несущими стенами и плитами покрытий, позволяющих избежать
образования трещин при продольных деформациях.
Коэффициент трения ju в зависимости от типа опирания колеблется от
0,08 до 0,02. Для сравнения приводим коэффициенты трения других
типов опор.
роликоподшипник - 0,03 (3%), подшипник скольжения стальной -
0,20 (20%). подшипник скольжения пластмассовый - 0,07-0,005
(7-0,5%), скользящая пленка - 0,08 (8%). Температурный интервал
составляет от —70 до +110°С, допускаемая нагрузка — до 120 кгс/см .
152
Rp«
p
/ЙОД}»
®Ч
MP.
8Ti!JF
Wtjfe
Ж
ВДВ
4Hi
»рш
шк?
(ИГ
ир-
1КШ1
1®й
)ЩГ
ЙГ
и. Е
cite
ряаловГ-.
'{КИЕ
i плевд
ЯНЕ
ИИ'
1ЛЩ!ОЙ'1
(И
йЖ-
—б\
2910
298
4912
lllllliriltlllllllllllllll
Неправильная конструкция
(только разделительной
шов без термоизоляции)
20,5
„ 24
3f
7
ipffll рис, 8.4. Разрез здания
№М № 1 - плоскость аттика (белый алюминий) ; 2 — шов скольжения (пленка FJ ) ; 3 —
кольцевой анкер; 4 — железобетон; 5 - плита покрытий: б - кирпичная кладка;
7 ~ только разделительный шов; 8 - аттик; 9 - не реже чем через 4-5 м сделать
- шов до уровня поверхности покрытия; 10 — пол третьего этажа; 11 — шов аттика
ь на уровне поверхности покрытия (только при сквозных деформационных швах,
дохоляпгих до верха кольцевого анкера)
153
Рис.8.5. Кольцевой анкер, разделенный по
вертикали
1 - нижняя поверхность плит покрытия; 2 -
а[нкер; 3 — толь, скользящая пленка (по-
верхности скольжения должны быть гладки-
ми и чистыми); 4 — оконная перемычка +
анкер; 5 — внутренняя грань окна; усилие в
анкере равно cl EtF на каждую единицу
длины, а = 0.014/1000 = 0,000014 , Е =
210 000 кгс/см , например, при повыше-
нии t от 20 до 35 °C принимают разность
температур 15/2 (вследствие потерь тепла и
охлаждения)
Необходимо уделять особое внимание выполнению условий установ-
ки, предусмотренных фирмой-поставщиком, так как при расчете
учитывается полная величина коэффициента трения.
В противоположность рассмотренной выше конструкции может быть
предложена технически и функционально улучшенная конструкция
(рис.8.4—8.5). Под деформационными швами покрытия над несущими
стенами (см. деталь А на рис. 8.4) установлен завершающий кирпичную
кладку железобетонный кольцевой анкер, на который уложена сколь-
зящая пленка, обеспечивающая необходимую эффективность скользяще-
го опирания.
На рис.8.4 (см. деталь В) видно, что оконные перемычки выполнены
в виде балок, обеспечивающих включение в работу находящихся над
ними участков стен под карнизами и парапетов террас; поперечное
сечение бетонных элементов под покрытием берет на себя функции
кольцевого анкера и так же, как и раньше, отделяется от покрытия
скользящим швом.
Для предотвращения трещин в карнизе вследствие слишком больших
температурных напряжений рядом с поперечными стенами устраивают
швы с шагом от 2,75 до 4,0 м.
На рис.8.5 и 8.6. приведен другой пример конструкции опирания.
В некоторых исключительных случаях, когда при опирании монолит-
ного бетонного покрытия устраивается монолитный железобетонный
пояс, последний одновременно служит кольцевым анкером.
Возможное решение с отказом от кольцевой балки дано на рис.8.7.
Процесс ремонта показан на рис.8.8.
8.3. ОБРАЗОВАНИЕ ТРЕЩИН В БЕТОННЫХ ПОЛАХ
Трещины в сплошных полах производственных помещений часто
начинаются в грунте и затем распространяются через основание до
конструкции фундаментной плиты. Устранить такие трещины очень
сложно. Они возникают не только в новых постройках, но также и в
старых зданиях, через несколько лет после их возведения. Это указывает
на то, что причины их образования не связаны с дефектами
проектирования и строительства.
Нагрузка и напряжения. В складских зданиях в качестве внутреннего
транспортного средства и штабелирующего устройства используется
вилочный штабелеукладчик. Этот механизм (см. ДИН 1055, июнь
154
"16. Ско
Юкрьт
Ju FP
раскол
г.| ИА
W ।
Лкгс/сь
1 значите
шения.
1 ПОВОро
'завия j
ом из-
'рчтнй
-Погиче
полам 1
® соотв
ОМЯЮТС
ДОС!
м
ми
nt^
ж
1®
1 kit
пр»ц.
it»,
Ю)Г
щ -
Li
IBlItCj
jj
1Ж
Wffl .
ty ШВ
fipf1'
I Hl
№"
нес®:
спи
Рис. 8-6. Скользящее опирание покрытия на наружную стену (пример конструкции)
1 - покрытие верхушки стены с использованием ограничителя FD ; 2 - угловой
профиль FD двухслойный с ядром из пеноматериала; 3 — скользящая пленка FD и
НОПр полоса скольжения Z: 4 — анкер; 5 - заанкеренные элементы фасада, например
Й к* клинкер
кер,
тали
их nJ'
«рез с
даеп*
рОЙКИ,Е
едення.-1
юж
1971 г.) имеет очень узкий тропик и транспортирует грузы до 5,0 т (при
нагрузке на ось 1,2 тс и эквивалентной распределенной нагрузке
2500 кгс/см^). При восприятии этих воздействий на основание передают-
ся значительные сосредоточенные нагрузки, однако истирание пола
помещения, выполненного из бетона марок Вп 150 и Вп 250, не возрастает
при поворотах вилочного погрузчика по кривым малого радиуса.
Указания по устройству бетонных полов в помещениях (рис. 8.9).
Исходя из технических условий и правил по строительству дорожных
покрытий из бетона (ТУ ’’Бетой) издания 1972г., а также из
технологических карт производственного объединения по промышлен-
ным полам можно сделать следующие рекомендации.
В соответствии с ТУ ’’Бетон” полы в промышленных зданиях
выполняются по типу дорожных покрытий группы Ш. Поэтому должна
быть достигнута прочность на сжатие 350 кгс/см^ (минимум
155
Рис. 8.7. Решение с отказом от кольцевой балки
(пример конструкции/
I — скользящая пленка FD типа Ойл и GK; II —
полоса из стиропора (2x3 см) ; III— подшивка
крепится на фиксчруюц^их крс ашгейьах; IV —
слой раствора на 6 см уже, чем di ; толщина
2 см, выровнен; У — на краевом участке не
должно быть напряжений под ;тлом 60—45°
300 кгс/см“) и изгибная прочность на растяжение около 45 кгс/см^. При
двухслойной конструкции нижний слой бетона может иметь прочность на
сжатие, равную 300 кгс/см^.
При незначительных нагрузках от складируемых материалов (без
движения грузовых автомобилей) достаточно принять толщину плиты d
— 16 см, а при более высоких требованиях рекомендуется назначать
толщину плиты 18 см и более.
Для упрощения возведе.щя и последующего ухода, а также для
выравнивания деформаций рекомендуется в небольших помещениях
укладывать бетон полосами шириной от 4 до 5 м и отделять эти полосы
друг от друга простыми швами давления (см. рис.8.9). Поперечные швы
выполняются в виде ложных швов 1.
1 См. ’’Строительство бетонных дорог со стальными сетками”. Дюссельдорф,
1970.
Рис. 8.8. Пример ремонта
19
констру
«роваю
лены о1
щ; 4
.роващ
роваш-
1чы (тр<
8 болы
лшать
енение
Шея с
Ври да
Жя К
.ОД ди;
И- Рассп
'ч
fe ПОЛ!
-Жтнт
Петру о
е требо
'к осад
бритое
156
Рис. 8.9
а — конструкция, анкеровка, швы; б — разделение площади на участки, зоны
бетонирования, швы (швы давления заанкерены); 1 — деформационные швы
(отделены от конструкций здания); 2 - пленка или бумага; 3 - ложные швы
заделаны; 4 — распределительный слой; 5 — каменное основание; 6 — 1-я зона
бетонирования; 7 - 3-я зона бетонирования; 8 — ложные швы; 9 — 2-я зона
бетонирования; 10 - заанкеренные швы давления, 11 - проезд; 12 - ивы
заделаны (трение по плоскости) ; 13 - полоса из твердого волокна
В больших помещениях длина прямоугольных плит не должна
превышать I — 33 - 25 d, а длина квадратных плит — t — 44d-- 30d
Применение минимальных значений позволяет при необходимости
отказаться от армирования (стальных арматурных сеток)
При движении по полам грузовых автомобилей продольные швы
давления крепят дюбелями. В качестве дюбелей пригодны стальные
стержни диаметром 16 см, которые закладывают в бетон на глубину
40 см. Расстояние между дюбелями в продольном направлении составляет
1,5 м.
Все полы в помещениях промышленных зданий и особенно полы,
подверженные действию тяжелых нагрузок, должны отделяться по
периметру от основных конструкций здания деформационными швами.
Такое требование должно всегда соблюдаться при грунтах, чувствитель-
ных к осадкам (см. рис.8.9,б). В качестве материала дая заполнения
швов пригодны плиты из вспененных материалов толщиной 2 см.
15?
Поперечные швы выполняют в виде вибрированных ложных швов.
Ложные и пространственные швы не должны пересекаться имеющейся
арматурой.
В зависимости от чувствительности основания к замораживанию
предусматривается устройство защитного слоя из однородного гравийно-
го песка ( и. — 5) толщиной от 0,5 d (при морозоустойчивом основании)
до 1,5 d (при чувствительном к замораживанию основании). Защитный
слой должен быть влажным, чтобы влага из укладываемого бетона не
уходила вниз. Рекомендуется подкладывать пленку (стыковые швы
перекрывают минимум на 10 см).
По эксплуатационным требованиям поверхность пола должна быть
шероховатой, поэтому бетон обрабатывают щетками так же, как это
обычно выполняется в дорожном строительстве. Чтобы предотвратить
появление сетки трещин в верхнем слое цемента, необходимо исключить
возможность переноса продуктов истирания на трущихся поверхностях.
В связи с высокими требованиями к истиранию и износу бетонные полы
нуждаются в тщательном уходе: их укрывают пленками (не менее 5
дней), обрызгивают эмульсией (так называемое средство "Куринг”,
которое обычно применяется при строительстве бетонных дорог, но не
может служить основанием для дальнейшего покрытия пластмассами или
цементными лаками), покрывают соломенными матами (в жаркую
погоду).
При укладке слишком мягкого бетона возникает сильный износ.
Дополнительное распыление цементной пудры и затирка вызывают
появление сетки трещин. Перевибрированные участки мягкого бетона
изнашиваются в первую очередь. Недостаток влаги или дефектный уход
приводят к обсыпанию песка с поверхности бетона. В двухслойной
конструкции при сухом нижнем бетонном слое возникают различные
напряжения, и вследствие этого верхний слой отделяется от нижнего.
Применение сухих досок для устройства швов приводит к неровностям
или обрушению граней из-за преждевременного высыхания бетона вблизи
досок. Эти дефекты исчезают при использовании пластичного бетона,
близкого по консистенции к раствору.
Бетон, укладываемый в полы промышленных зданий, должен, так же
как и в дорожном строительстве, иметь воздушные поры. Количество
возданных пор в свежеуложенном бетоне должно быть равно Р— -
□ 100%
где М — содержание молотых компонентов, кг/м.
Рекомендуется применять высококачественный товарный бетон, так
как завод —поставщик товарного бетона точно выдерживает заданный
состав смеси, консистенцию (в интервале KI—К2), а также необходимый
процент поздушных пор.
Осадка строительного основания определяется собственным весом
пола (вес плит) и эксплуатационной нагрузкой (например, от вилочных
погрузчиков); кроме того, оказывают влияние близлежащие объекты и
изменение уровня грунтовых вод. Эти осадки имеют различное значение в
зависимости от типа несущей конструкции и свойств основания. Поэтому
проекту каждого здания должна предшествовать разведка грунтовых
условий и выявление влияния фундаментов других близлежащих
построек. Другие воздействия на основание связаны с атмосферными
условиями (мороз, изменение объема из-за высыхания — сморщивание
грунта).
1110. П)
вправе
.шй гр
ределит
Ярим
feccMai
ЭДм2
жровк
Ly стат
нный
8.10)
чиной
Р1ВНЫ1
'=1,4).
шивак
иго кв;
1-фанга
8 иалй
1НЯЮТ
ЗДенп
!4вант;
вйнено ।
Еще пер
® появ.
Мы, I
?№ния
158
УстаиоВка дюбелей. Поперечное сечение плиты
InOffi
Hifi
ВБЫП;.
1мг
HIP;
IHCCyf.
ЙИ
рею
Ш
ямг
ш
Lffia
заир
КН MF
И
№. В
ЗН№
1Ш
Впк
jawfi,
ПИТЙ
Ьйц.
£ пор'
юра
кварк
дер®
|Ш
собствк
пмер<
Lex®
[fflBi
[основ®
рЖ
)уШ >
ЩСШ
йй- '
Рис. 8.10. Плита основания с разделительными швами
1 - выравнивающий слой; 2 — насыпной грунт; 3 - трещины; 4 - швы; 5 —
несущий грунт (гравий) без распределительного слоя; 6 — насыпной грунт с
распределительным слоем
П р и м е р 8. 2. Трещины в фундаментных плитах.
Рассматривается сплошная бетонная плита площадью 85,40x43,20 =
2732,48 м2. Плита выполнена из двух слоев бетона марки В 300 (старая
маркировка) и по конструктивным соображениям армирована сверху и
снизу стальными сетками Q131. Около половины плиты оперто на
моренный материал, а ее восточная часть — на насыпной грунт
(рис.8.10). Уплотнение должно соответствовать заданным нагрузкам
величиной 2000 кгс/м2, определяется общим весом вилочного погрузчи-
ка, равным 2,5 тс, и числом ударов или коэффициентом вибрации
((^=1,4). Под плитой уложен выравнивающий слой толщиной 5 см.
Изнашивающимся слоем служит затирка из смеси цемента и мелкозер-
нистого кварца по свежеуложенному бетону (система ’’Роккадур' фирмы
X. Бифанга).
В дальнейшем нарезают швы шириной 2 см. глубиной 7 см и
заполняют специальным раствором. Поверхность консервируют одно-
компонентной пластмассой, содержащей 35% твердых частиц. Расход
консерванта составляет 350 г/м2. Бетонирование поверхности было
выполнено в августе 1970 г.
Еще перед сдачей в эксплуатацию (в ноябре 1970 г.) в фундаментной
плите появились трещины; наряду с поперечными возникли заметные
трещины, параллельные швам (рис.8.11 и 8.12) Это привело к
разрушениям на краях швов (рис.8.13 и 8.14). Кроме того, возникли
159
Рис. 8.11 и 8.12. Образование трещин в длите пола. Наряду с поперечными
трещинами возникают трещины, паралле'иьные швам
РИс.8.13 и 8.14. Разрушения на краях швов
,руш<
щшеп
В лет
При
фут
•чдань
'ж;
граю
плита
ли бе
рано
имею
осоус
разли
разом
ТИМ
лвие
Изуче
лОДЫ
а) на
фунд
шип
в Q3'
“ОКНО
б)в з;
лаю
®ЖН01
в) В П'
уется,
приче
ш бет
•ма”Р
8 резу
рован
•ующее
ирамет
•екон
Орецусл
' был
»ваю
степень
Запрос
казан
ДО не н
ЛИТЫ
Исходя .
чисьме
Minoi
I) недос
Лее от
' армат
160
. Па
разрушения некоторых участков верхнего консервирующего и изнаши-
вающегося слоя. Эти разрушения заметно возросли в течение последую-
щих лет.
При внешнем осмотре было установлено:
фундаментная плита в зоне насыпного грунта имеет многочисленные
трещины вдоль и поперек швов, ширина трещин чаще всего достигает
2 мм;
грани швов повреждены;
плита во многих точках имеет пустоты (установлено при простуки-
вании бетона испытательным молотком) и поэтому можно предположить,
что рано или поздно в этих точках возникнут повреждения;
имеются повреждения на значительных участках консервирующего и
износоустойчивого слоя, что может иметь неблагоприятные последствия,
различные пролеты плит имеют заметные смещения (т.е. различным
образом поднимаются и опускаются — ’’дышат”), что вызвано недоста-
точным уплотнением основания на насыпном участке или является
следствием давления вилочного погрузчика.
Изучение имеющихся проектов и актов позволило сделать следующие
выводы
а) на плане фундаментов имеется надпись, относящаяся к армирова-
нию фундаментной плиты: ”По указаниям заказчика в верхней и нижней
зоне плиты установлены сетки Q131,в то время как по расчету требуется
сетка Q377. Поэтому проектная контора не несет ответственности за
возможное возникновение трещин”;
б) в записке строительной фирмы также обращено внимание на эту
надпись на чертежах, что позволило фирме снять с себя ответственность за
возможное появление трещин;
в) в перечне актов фирмы, выполняющей износоустойчивые слои,
требуется, чтобы укладываемый бетон имел консистенцию К 3. Дано
категорическое указание, что в дальнейшем при бетонировании консис-
тенция бетона не должна превышать значение К 2, так как монолитная
система ’’Роккадур” базируется на консистенции в интервале KI—К2.
В результате запроса проектной конторы в отношении расчета,
армирования и устройства пола в складском здании выяснилось
следующее:
параметры фундаментных плит установлены по опытным данным и на
основе консультаций с инженерами-испытателями;
предусмотренное первоначально армирование сетками Q377 сверху и
снизу было по категорическому требованию заказчиков заменено
армированием сетками Q131;
степень уплотнения насыпного грунта не проверена.
Запрос строительной фирмы показал, что заказчик получил письмен-
ные указания с ссылкой на приведенные выше пп.”б” и ”в”, так что
фирма не несет ответственности за возможные повреждения фундамент-
ной плиты.
Исходя из результатов осмотра, имеющихся проектов и соответствую-
щих письменных указаний можно предварительно указать на следующие
причины повреждений
1) недостаточное армирование фундаментной плиты, особенно с
учетом ее опирания на насыпной грунт' (имеется в наличии только третья
часть арматуры от предусмотренной по расчету), а также с учетом
161
больших пролетов плит, отделенных швами (максимум около 400 м-) , и
нагрузок на них;
2) отклонения от требуемой консистенции бетона;
3) недостаточное уплотнение в зоне насыпного грунта.
Поэтому для окончательного прояснения вопроса строителям было
предложено:
вскрыть фундаментную плиту в местах расположения швов и трещин
на ширину 1 м для проверки крепления дюбелей, стыков сеток и
нахлестки арматуры;
взять пробы бетона из фундаментной плиты с помощью бурового
керна и передать в отдел по испытаниям материалов Технического
университета для определения марки бетона (его прочности) ;
привлечь Институт оснований и механики грунтов Технического
университета к проверке степени уплотнения в зоне насыпного грунта и к
определению допускаемого давления на грунт.
Внешний осмотр очищенных участков с трещинами показал, что
нахлестка стальной арматуры в стыках сеток совсем отсутствует
(воздушный зазор шириной 20 см между концами сеток) или не
соответствует установленным техническим стандартам (минимум три
ячейки).
Дополнительно к этому можно отметить, что размеры нахлестки,
предусмотренные первоначальным проектом, снижены строительным
отделом заказчика с 70 до 35 см и с 50 до 25 см. Верхняя арматура
находится на различной высоте от поверхности плит — от 3 до 9 см
вместо предусмотренных 5 см. Кроме того, при осмотре выявилось, что
часть плит совсем не имеет выравнивающего слоя, а на некоторых
участках толщина выравнивающего слоя равна 5 см. Толщина плит во
всех случаях составляет 20 см. В соответствии с результатами анализа,
выполненного отделом по испытаниям материалов (испытание бетона),
прочность бетона составляет от 333 до 520 кгс/см-, т.е. превышает
заданную прочность 300 кгс/см- (см.табл. 2.6)
Консистенция бетона оказалась близкой к К 2 и частично находится в
интервале между К 2 и К 3; структура бетона неоднородна; верхний слой
имеет слишком много песка, менее уплотнен и по внешнему виду более
мягок, чем нижний. У всех пяти испытанных образцов толщина верхнего
слоя составляет от 3 до 5 см.
Проверка несущей способности насыпного слоя выполнена с помощью
буровых кернов (пробурен весь насыпной слой для гравийного
подстилающего слоя, рис.8.15,а,б), зондированием легкими ударными
зондами и испытаниями плиты давлением (рис.8.15,в).
Состояние насыпного грунта под полом показывает, что по степени
уплотнения он соответствует матам.
Установлено, что причиной появления параллельных швам трещин
является недостаточное уплотнение нижележащего насыпного грунта.
К^ак и в прошлом случае, можно сделать вывод, что трещины
возникают из-за дефектов проектов и нарушения технологии при
производстве работ, например вследствие недоброкачественной укладки
бетона (критическими участками являются рабочие и деформационные
швы, а также установка дюбелей, рис.8.16) недостаточного армирования,
неправильной укладки стальных арматурных сеток (без нахлестки или с
нахлесткой недостаточной длины!.
162
6)
Число ударов на каждые Юсы
10 20 30 40 SO 60 70 80 SO 100
—----1--1-L—J----1--1__I__I__I
Бетон
45
яо
дни
дю;
ОЛИ
W Рис. 8.15. Проверка несущей способности насыпного грунта
егкИМ а — скважина; б — зондирование; в - результаты испытания пли гы давлением
(глубина от верха фундамента или уровня земли равна 0,40 м; 1 - уровень пола
2 - бетонный пол; 3 — насыпь (гравий, камень, песок с илистыми спекшимися
“i47' частицами); 4 - гравий, песок, камень с отдельными включениями кирпдчиогз
щебня, удобрения; 5 — гравий, песок илистый со спекшимися часгецами; б
щ В.1 гравий, песок; 7 — неповрежденная проба; 8 — поврежденная проба
пного
од, *
ко
CfflEl
i дефс
noroV
Кривая P" I 13 1 <л 1 1 3 1 1 ! 1 Ч 1 Z3Z? aS E„= 0,751?^
Плить
3C cm
1
2
2,80 1,20 0,072 0,029 1,60 0,043 EWf = 835 кгс/см* 2
2,60 1,40 0,093 0,082 1,20 0,011 E„z - 2450 кгс/см2 £ f
Ek, = кгс/см2
163
L=150hm
Рис. 8.16. Установка дюбелей в
п ите пола
а - фактическая конструкция;
б—ж — варианты конструкций
швов; в — поперечный прост-
ранственный шов (для плиты
толщиной 22 см); г - продоль-
ный ложный шов, надрезанный
шов; д — продольный шов
давления; е — поперечный лож-
ный шов с надрезом; ж - попе-
речный ложный шов с надрезом;
1 - гильзовая деталь; 2 — дю-
бель 0 20 мм, 350 кг; 3 - де-
ревянный щит; 4 — дюбель
ЙО мм; 5 — дюбель с битумной
обмазкой; 6 — анкер 0 16 мм;
7 — пластмассовый вкладыш;
8 — битумная окраска; 9 —
волнистый асбестоцементный
профиль 5
Дюбель <Р2Ч
132,5 j 132,5
500
500
Для у<
раздел
Лобод
ЛрОИЗ!
$ CTOJ
-1ЕС1КИ
И10ЛН
Д) и (
Кроме
•\одик
1Девд
"Ить
!%Т0В1
” фис J
164
a)
0)
Рис-8.17
a - стандартная конструкция; б — новая конст-
рукция; в - американская конструкция; 1 —
литой асфальт; 2 — вяжущее; 3 - асфальтовый
несущий слой; 4 — несвязный теплозащитный
слой; 5 - асфальт (вместо теплозащитного
слоя), 6 - несущий грунт и грунт с повышен-
ной несущей способностью; 7 — новая немецкая
конструкция (несущий битумный слой толщи-
ной 10 см) ; 8 - связный гравий (для улучшения
основания); 9 - несущий грунт (выветрив-
шаяся глина) ; традиционные конструкции обоз-
начены жирными кружками
Для устранения трещин необходимо:
разделать все имеющиеся трещины на участке шириной от 1,0 до 1,2 м
и освободить стальную арматуру со всех сторон;
произвести правильную укладку дополнительных арматурных сеток с
двух сторон, чтобы в соответствии с имеющимися указаниями длина
нахлестки была втрое больше ширины ячейки;
заполнить углубления ложных швов бетоном марки В 225 (старая
марка) и соответственно бетоном марки В 150 (новая марка)
Кроме того, нужно отметить, что такие восстановительные работы
необходимо выполнять с большой тщательностью и точностью при
соблюдении соответствующих требований норм ДИН 1045. Следует также
обратить внимание на успешное применение в некоторых случаях,
асфальтовых конструкций, известных из практики дорожною строитель-
®геа (рис. 8.17).
165
9. СТАТИКА t 0,
1- ве
1?®ля;
9.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВД»
с 6
г, - лмдка;
Разрушения здании и конструктивных элементов, связанные с )М0Ж1
неправильным статическим расчетом из-за неверной оценки физических «рхн
характеристик, весьма распространены и возникают совершенно незамет- ?)ЖИ
но. Наряду с испытаниями строительного основания, оценкой размеров,
состояния и несущей способности существующей каменной кладки при
надстройке и реконструкции зданий большое значение имеет определение
величин нагрузок 1.
При этом требуются более совершенные способы оценки влияния
атмосферных условий: температуры, солнечной радиации, ветра и снега по
сравнению с обычно принятым на практике. В связи с повышением
допускаемых нагрузок (напряжений) на- сталь, бетон и каменную кладку
значительна сужается область возможных перегрузок по сравнению с
требованиями, существовавшими ранее.
В то время как учет ветрового воздействия (скорости ветра и
ветрового напора), по ДИН 1055 (ч.4 и приложение) не представляет
никаких трудностей, правильное определение снеговых нагрузок,
вводимых в расчет, особенно при строительстве в горах2 и в заснеженных
районах, вызывает значительные трудности. В этих районах рекомендует-
ся использовать результаты многолетних наблюдений Немецкой службы
погоды. ,] Q
Классификация нагрузок: апы;
1) собственный вес; ч2. С(
2) полезные нагрузки: il.Bj
2.1) снеговые нагрузки (вес, высота снегового покрова); Време]
2.2) ветер (шторм l/= ?q,) — обычный случай, особый случай; икияк
3) давление грунта (активное, пассивное); Когда
4) давление воды (подпор): >16.32
4.1) грунтовые воды (гидроизоляция); а)для
4.2) паводковые воды; лмакг
5) давление на грунт (разрушение основания). имущ.
Размеры’фундаментов рассчитывают по результирующим нагрузкам б) для
от стен и собственного веса фундамента (ориентировочно), приходящим- массу г
ся на 1 м, с учетом допускаемого давления на основание (по испытаниям
грунта). Ь ме
В дальнейшем рассмотрены напряжения в каменной кладке (прорези, И1055
выемки), ребра жесткости, огне-, тепло- и звукоизоляция, защита от Допуск
вибрации. «щыцз
При расчете нагрузок (рис.9.1) пользуются следующими технически- t.poMe
ми строительными нормами. Ш1055
ДИН 1055, ч. 1—5 Передача нагрузок на здания: №411
---------------- Я1055,
1 8
Это относится к подготовительному этапу проектирования. '
ШГрузк
2 По ДИН 1055, ч.5, при строительстве здания в горах снеговая нагрузка а)пок
повышается в соответствии с местными условиями. щеЩ)я
«, на п
166
Рис»9.1. Стандартная нагрузка на жилой дом
1 - ветровая и снеговая нагрузки; 2 —
кровля; 3 - временная нагрузка; 4 —
нагрузка от покрытия; 5 - полезная нагруз-
ка; 6 — собственный вес; 7 — кирпичная
кладка; 8 - подпор; 9 - давление грунта и
возможное давление воды (грунтовые и
поверхностные воды): 10 - ветровые на-
грузки
ч. 1. Строительные материалы и детали, типы грунтов и насыпные
грунты;
ч.2. Собственный вес элементов конструкций;
ч.З. Временные нагрузки (полезные нагрузки).
Временные нагрузки, включаемые в расчет, определяются по
указаниям строительных норм.
Когда требуют местные условия, то по дополнению к ДИН 1055,
ч.З, £6.32 принимают во внимание следующие нагрузки:
а) для учета нагрузки от пожарной машины при расчете условно
принимают тележку весом 12 тс по табл. 1. Нагрузки считаются
’’преимущественно статическими” ;
б) для въезда мусоросборщика нагрузки определяют применительно
к классу мостов 16, по ДИН 1072 (табл.Г), с ударным коэффициентом
1,4.
Для мест стоянки грузовых автомобилей действительны нагрузки по
ДИН 1О55,ч.З, £6.32.
Допускаемые нагрузки доводят до сведения эксплуатационников с
помощыц заметных долговечных надписей.
Кроме того, важнейшие временные нагрузки приведены в нормах
ДИН 1055, ч.4 ’’Ветровые нагрузки”, ДИН 1055, ч.5 ’’Снеговые нагрузки”
и ДИН 4112 ’’Облегченные здания”. Постоянные нагрузки принимают по
ДИН 1055, ч. 1 и 2; временные нагрузки — в соответствии с разделом
2.60.
Нагрузки, не приведенные в нормах:
а) покрытия с озеленением. Для обеспечения жизнеспособности
озеленения при отсутствии специальных требований, выдвинутых экспер-
тами, на покрытии должна устраиваться засыпка, состоящая из слоев
167
следующей минимальной толщины: при посадке деревьев — от 15 до
20 см гравия + 130 см перегноя; при посадке кустарника (например,
сирень) — 15 см гравия + 50 см перегноя; при устройстве травяного
газона — 15 см гравия + 30 см перегноя. Без точного обоснования можно
включать в расчет следующие нагрузки: гравий с перегноем —
1800 кгс/м стяжки и защитный слой батона — НО кгс/м2; изоляция —
100 кгс/м2; временная нагрузка — 50С кгс/м2. Вес засыпки относится к
постоянным нагрузкам;
б) временные нагрузки на террасы. Если имеется возможность выхода
людей на террасы, выступающие на одном или нескольких этажах, то эти
террасы следует рассчитывать на временную нагрузку 350 кгс/м2 при
отсутствии дополнительных указаний о включении в расчет более
высокой нагрузки. Указания ДИН 1055, ч.З, £6.1.1 действительны
только для покрытий, не имеющих доступа людей;
в) временные нагрузки на крытые галереи. Если в жилых домах
предусмотрены крытые галереи для подхода к лестницам, то их нужно
рассчитывать, как и выше, на временную нагрузку 350 кгс/м2 в
соответствии с ДИН 1055, ч.З, £б. 16 (независимо от конструкции);
г) временные нагрузки в туалетах школьных зданий и т.п. Эти
помещения в соответствии с указаниями ДИН 1055, ч.З, £6.11
рассчитывают на нагрузку 350 кгс/м2. При необходимости к этой
нагрузке может быть добавлена нагрузка от перегородок;
д) временные нагрузки в гостиницах, пансионатах и т.п. Для
гостиных, которые могут использоваться в качестве жилых помещс кий,
достаточно принять временную нагрузку от 150 до 200 кгс/м2 в
соответствии с ДИН 1055, ч.З, J>6.12.
Для прихожих и лестничных клеток нужно включать в расчет
временную нагрузку не менее 350 кгс/м2, если фактическое использова-
ние отдельных помещений (например, в общежитиях) не требует учета
более высокой временной нагрузки, по ДИК 1055, ч.З.
При этом необходимо отметить, что для крупных спортивных
сооружений временную нагрузку принимают равной не менее 500 кгс/м~
В сомнительных случаях требуется получить разрешение властей на
строительство.
На рис.9.1 показаны нагрузки, возникающие обычно при строительст-
ве жилых домов.
Нагрузки на кладку наружных стен жилых домов o6i 1чно равномерны
и учитываются в требованиях строительного контррля при определении
минимальной толщины стен.
Эти указания действительны только при определенных предпосылках:
кирпичная кладка выполнена из кирпича 1 класса, по ДИН 105, или
силикатного кирпича, по ДИН 106, и аналогичных полнотелых камней
такой же прочности; кроме того, предполагается, что кладка выполнена
квалифицированными рабочими в соответствии с требованиями
ДИН 1033.
168
9.2. ВЕТРОВЫЕ НАГРУЗКИ
Ветровые нагрузки принимают по ДИН 1055, ч.4 и по приложениям к
ДИЦ1. Предполагается что ветровая нагрузка всегда направлена
перпендикулярно рассматриваемой конструкции. Направление ветра
считается горизонтальным.
Ветровая нагрузка зависит от формы здания и складывается из
давления и отсоса; она измеряется в единицах давления.
Итак, ии= cq 51п<х(в кгс на 1 м“ поверхности покрытия), где с —
коэффициент, зависящий от формы здания, q— давление ветра.
Давление возрастает пропорционально скорости ветра и и зависит от
высоты здания: ц=р~иг/2, где р- плотность воздуха; с достаточной
ТОЧНОСТЬЮ Р — 1/8 кг-с/м^, И поэтому 9= т/2/16 кгс/м^; скорость
ветра v (м/с) приведена в табл.9.1.
Если при испытаниях в аэродинамической трубе удается с достаточной
точностью установить картину распределения ветрового напора и отсоса,
то в соответствии с ДИН 1055, п.2.2 ветровая нагрузка должна быть
разделена на давление и разрежение (применение специальных методов
дает возможность экономии затрат на 15—20%; при обычных методах
принимается давление только с наветренной стороны).
9.3. СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ
Снеговая нагрузка действует вертикально. Ее величина принимается
по ДИН 1055, ч.5 и зависит от угла наклона кровли. Например, для
горизонтальных покрытий и при уклоне кровли^ до 20° минимальная
снеговая нагрузка принимается равной 75 кгс на 1 м2 площади
покрытияЗ.
При уклоне покрытия превышающем 60°, снеговая нагрузка может
не приниматься в расчет.
В горных районах принимают повышенную снеговую нагрузку в
соответствии с местными условиями на основе опытных данных.
Кроме полной снеговой нагрузки необходимо также учитывать
одностороннюю снеговую нагрузку (местные скопления скега).
Для предотвращения повреждений конструкций необходимо в
соответствии с указаниями Немецкой службы погоды (отдел климата)
время от времени проводить уточняющие расчеты снеговых нагрузок
При расчетах пользуются следующими значениями плотности снега:
свежевыпавший рыхлый снег — ^порошкообразный сухой скег имеет
плотность 60,050 т/м^ (50кг/м^); обычный снег — 0,100 г/
(100кг/мЗ);
1 При расчете некоторых строительных конструкций достаточно учесть только
давление ветра. Однако независимо ст этого следует принять меры» препятствующие
подъему конструкций при отсосе (ДИН 1055, табл. 33).
2
В расчет включается площадь горизонтальной проекции покрытия.
3 Это положение спорно: по Ведлеру, в ФРГ снеговые нагрузки достигают в
отдельных случаях 200 кге/м^ и более.
169
Ветровой напор на здания при различной скорости ветра
Сила ветра Обозначение ветра, по Буфорту Действие Скорость Давление, мм вод.ст. Примечание
КМ/Ч | м/с
0 Штиль Дым поднимается вертикально 2 0,55 0 Давление ветра
1 Тихий Дым поднимается наклонно 6 1,67 0,2
2 Легкий Слабое ощущение ветра 11 3,06 0,7 Р~ плотность воздуха, с доста-
3 Слабый Колебание листьев 19 5,3 1,8 точной точностью равна 1/8 кг-с/м
4 Умеренный Колебание ветвей 25 7 3,5
5 Свежий Колебание сучьев 35 9,7 5,8
6 Сильный Завывание ветра 45 12,5 8,9 V - скорость ветра, м/с
7 Резкий Качание деревьев 55 15,3 12,7 V2/16 кг/м2, например при
8 Почти шторм Изгиб стволов 65 18,1 17,5 высоте здания над уровнем земли
9 Шторм Падение кирпичей 77 21,9 30,0* от 8 до 20 м
10 Сильный шторм Ломаются деревья 90 25 39,1*
11 Тяжелый шторм Срываются крыши 105 29,2 53,2* V = 35,8 м/с
12 Ураган Разрушаются постройки 120х* 33,3 69,4* 35,82 оп , 2 д - - 80 кг/м2
, „ По расчету.
Летом 1963 г. в Мюнхене были зарегистрированы штормовые порывы от 120 до 130 км/ч и в течение 20 мин количество
осадков (дождь) составило 27 л/м . Одновременно за короткое время температура упала с 26 до 15°С.
плотность влажного и мокрого снега >0,100—0 500 т/м^ (от 100 до
5ООкг/мЗ).
В наиболее холодную зиму 1962—1963 гг. в Мюнхене и окрестностях
были получены следующие данные.
Продолжительность зимнего периода — около 6 месяцев (в течение 69
дней наблюдалось обледенение, в течение 96 дней — морозы); самая
низкая температура -38°С (Гюль, округ Майнбург). Количество осадков
в декабре—феврале составляло 188 мм (тающий снег). Толщина
снегового покрова — 59 см (111 дней); свежий снег — 151 см (27 см за
24 ч); уровень промерзания грунта в естественных условиях — до 75 см
от поверхности земли.
Эти или аналогичные данные должны учитываться при проектировании
и статическом расчете. При взгляде на карту Немецкой службы погоды
видно, что в районе Мюнхена возможные максимальные снеговые
нагрузки составляют 100—150 кгс/м-. При новом строительстве и
реконструкции рекомендуется:
а) при весе покрытия (кровля и стропила) 50 кгс/м^ и менее
снеговую нагрузку принимать равной 100 кгс/м^. При более высоком
собственном весе достаточно 75 кгс/м-;
б) в случаях когда особое значение имеют деформации строительных
конструкций под действием снеговых нагрузок (например, при водоотво-
де с плоских покрытии) вклкнатьв расчет снеговую нагрузку 125 кгс/м^,
в) в особых случаях, когда в виде исключения может быть оправдано
повышение напряжений в несущей конструкции, принимать снеговую
нагрузку равной 125 кгс/м- (например, при определении моментов по
ДИН 1050, £5.331);
г) при уклоне покрытия, превышающем 20°, снижать снеговую
нагрузку, указанную в пп ”а—в”, путем умножения на коэффициенты,
приведенные в ДИН 1055, табл. 5;
д) внимательно следить за состоянием покрытий с легкими кровлями
при очень больших толщинах снегового слоя При необходимости удалить
снег с покрытия. ,
Пример9. 1. Перегрузки от снега.
Речь идет о стальном перекрытии производственного здания,
собранного из легких стальных конструкций. Несущей конструкцией
покрытия служат сварные стропила, соединенные попарно в трехшарнир-
ные фермы.
Стропила заанкерены в кирпичной кладке и железобетонных
балках-перемычках боковых стен. В первом и последнем пролетах балок
в плоскости покрытия установлены ветровые связи. Для восприятия
сдвига покрытия применены растянутые стержни.
Строительный материал — сталь марки St 37. Связи сварные и на
болтах. Кровля выполнена из волнистых асбестоцементных листов по
деревянным прогонам. Фундаменты столбчатые и ленточные. Каменные
стены и стойки изготовлены из пустотелых блоков, швы армированы
стальными стержнями, уложенными заподлицо, и залиты бетоном.
Основные размеры: площадь застройки 324 м^ (17,70x18,30 м),
пролет 17,40 м, высота до карниза 3.50 м, уклон кровли 10°,
максимальное расстояние между стропилами 1,50 м, строительный
подъем 1,60 м, толщина стен 0,30 м.
171
б
Рис.9.2. Толщина снегового покрова после обрушения 27.1.1966 г. еще равна 60 см
.евер'
Полезные нагрузки: в расчет включена снеговая нагрузка 150 кгс/м^ q
(в результате консультаций с квалифицированными специалистами -ов
строительного контроля). Давление ветра 50 кгс/(соответствует 0ВС1
скорости ветра 28,3 м/с).
Монтаж выполнялся подрядчиком и собственными силами (рабочие-
строители) под наблюдением специалиста монтажной фирмы.
Сборная конструкция покрытия под давлением слоя снега толщиной
около 60 см прогнулась (см. рис.9.2—9.12) и обрушилась внутрь здания.
Обрушение началось на юго-западном участке опирания из-за перенапря-
жений и недопустимых деформаций.
При этом разрушились отдельные стержни и шарниры ферм, которые
увлекли за собой стойки ферм, как показано на рисунках.
На основе внешнего осмотра можно сделать следующие выводы:
а) имеются сжатые подкосы стропил и ветровых связей, потерявшие
устойчивость; ряд растянутых подкосов в стропильных фермах вырван
из гнезд (разрушены сварные швы в узловых соединениях); видны
оторванные незакрепленные шарниры;
б) имеются лопнувшие перемычки и стойки в разрушенной юго-запад-
ной стене. При этом установлено, что стойки полностью отделились от
фундаментов и перемычек и не связаны с ними арматурными стержнями
или закладными деталями (гладкие неповрежденные поверхности);
в) видны вырванные опорные анкеры (у каждой стропильной ноги
имеется два анкера из полосовой стали сечением 30x5 мм, участок
сцепления длиной 2x11,5 см) без всяких признаков сопротивления —
места соприкосновения с бетоном и сами полосовые анкеры совершенно
чистые и гладкие;
172
Рис. 9.3. Стропила после расчистки снега лопатами
г) заметны горизонтельные и вертикальные трещины в кладке
северо-восточной стены;- перекос вблизи проема для ворот (отклонение
от вертикали на 10 см).
Следует отметить, что значительные перенапряжения, ставшие причи-
ной разрушений, сами частично являются результатом дефектов
конструкции.
ic
io
||Кг"!Г
U)Wi
швя
Ml
[ИМ
чок
Шй
и Й
Рис. 9.4. Деформированный опорный узел
173
Рис. 9.5 и 9.6. Разрушение верхнего пояса (примерно в 1/4 длины)
174
Разрушения могли быть вызваны следующими причинами: неправиль-
ной конструкцией; ошибочным статическим расчетом; дефектным
монтажом (монтажные требования должны выполняться до заливки
опорных анкеров); несоответствием марок материалов (исследование
качества материалов — стали, железобетона, каменной кладки - в
рассматриваемом случае не проводилось).
Конструкция в виде решетчатых балок с затяжкой и шарниром в
коньке в принципе возможна, проверена и допущена к применению
органами строительного контроля. Однако необходимо помнить, что при
Рис. 9.7 и 9.8. Вид на юго-западную стену (разрушенные попереч-
ные опоры и перемычки)
175
Рис. 9.9. Вид на северо-восточную стену (внутри — трещины в
кирпичной кладке), см. также рис.9.11 и 9.12
Рис.9.10. Северо-восточная стена снаружи (наклонное положение
верхней половины стены)
176
уклоне покрытия 10° и ниже влияние арочного распора становится очень
незначительным.
Ознакомление с расчетом балочных стропильных ног (без дополни-
тельной проверки) позволяет сделать заключение, что включенная в
расчет снеговая нагрузка 150 кгс/м- не соответствует фактическим
условиям. Если в основу расчета положить собственный вес мокрого
снега 0,500 тс/м^, то при толщине снежного слоя 60 см возникает
нагрузка 0,300 тс/м2, т.е. 300 кгс/м- вместо 150 кгс/м-.
Рис.9.11 и 9.12. Северо-восточная стена изнутри (деформации
стропил рядом с опорой, сквозные трещины в каменной кладке)
177
в
Из
арини
Го
;ieo< i
даь 1
рО, т
с h-
г. /
мент
з, м4
виду, что рассматриваемый район
Кроме того, необходимо иметь
(Инцель) относится к наиболее богатым снегом районам, и городские
власти Мюнхена во многих случаях предлагают снеговую нагрузку
принимать равной 100—150 кгс/м л
Решетчатые балки со шпренгельным нижним поясом. Рекомендуется
при практических расчетах не учитывать влияние горизонтального сдвига
Н на балку и рассчитывать ее любым способом как статически
определимую систему (рис.9.13 и 9.14).
Однако, чтобы избежать повреждений в стойках или стенах, для них
необходимо учесть величину Н, не принимая во внимание поворот
фундамента (<* = 0). Здесь определяются два предельных случая и
принимается наиболее неблагоприятный.
Расчет горизонтального распора для вертикальной нагрузки (рис. 9.15
и 9.16) выполняется следующим образом.
Рис.9.15
ж
ООО С
1- 2.
фавий
ООО до
В р
..овны
1) св
Окгс/
Жел
2) не
за;
ч'ИВЩ
ИМЫХ
Рис. 9.16
*е с от
Наибо.
Шя
178
Из практических соображений для двухшарнирной рамы с затяжкой
принимают предельные значения c/f -0,10; 0,25; 0,50.
Горизонтальный распор
и- fiZSoSs Fh/F
hC S^TFfjF '
II
где а и fl — вспомогательные величины;
| „ 7,5 ; j5 = 3^A.
Jg Со J/, Сл
Здесь Н —горизонтальный сдвиг, тс; 5„— усилие в стержне в случае
Н~О, тс; 5 — усилие в стержне в случае Н = —1, тс; з— длина стержня,
м; А— высота стоек, м; Ьо— ширина фундамента, м; do— длина
фундамента, м; Ах — приведенное поперечное сечение стержней балок,
м , F— поперечное сечение отдельных стержней балок, м2; Js -
момент инерции стоек, м^; Jg— момент инерции основания фундамен-
тов, м^; например j _ 6о </<> ; модуль упругости деревянных
12
балок (1 000 000 тс/м2); Fs - модуль упругости: стальных стоек —
. 21 000 000 тс/м2; железобетона — 2 100 000 тс/м2 и кирпичной клад-
ки - 250 000 тс/м2; Ео — модуль упругости строительного основания
(гравийный песок — от 10 000 до 20 000 тс/м2; плотный песок — от
.; 5000 до 8000 тс/м2; полужесткая глина — от 1000 до 2000 тс/м2).
щ В результате проведенных исследований выяснились следующие
Г основные причины разрушений:
1) снеговая нагрузка 150 кгс/м2, включенная в расчет (вместо
300кгс/м2), оказалась на 100% ниже фактической, что привело к
значительным перенапряжениям в стальных конструкциях;
2) неполный и неточный статический расчет на всех этапах строитель-
ства;
' 3) неправильное конструктивное решение и исполнение опорных
1 массивных конструкций: дефектная заливка анкеров, отсутствие необ-
ходимых соединений стоек с фундаментами и перемычками.
_ В заключение можно указать, что все покрытия с легкими кровлями
должны находиться под постоянным наблюдением владельцев земельных
участков, особенно при больших толщинах снегового покрова. В опасных
случаях необходимо сбрасывать снег.
9.4. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
___< Значительная часть дефектов в строительстве связана с невыполне-
нием и недостаточным учетом действующих технических условий, а
также с ошибками статического расчета.
Наиболее известными техническими условиями в строительстве
являются нормы ДИН; в частности, в рассматриваемых ниже практичес-
179
ких примерах используются нормы ДИН 1052, ч. 1 и 2 (Деревянные
конструкции — расчет и возведение) и ДИН 1055, ч. 1—5 (Передача
нагрузок).
Эти нормы дают проектировщикам и строителям правил^, указания и
формулы для расчета и проверки конструкций. Однако эти правила часто
не выполняются или выполняются в недостаточной степени, а во многих
случаях требованиями норм совершенно пренебрегают.
В таких случаях ошибочно считают, что некоторые внешние
воздействия практически очень незначительны и могут восприниматься
конструкциями здания без всякого усиления.
В некоторых случаях это справедливо, однако множество разрушений
позволяет сделать обратный вывод: неучтенные влияния и вызванные ими
воздействия (силы) часто не могут восприниматься строительными
конструкциями или воспринимаются ими только частично.
Вызывают сомнения высказывания практиков, которые, ссылаясь на
свой опыт и наблюдения за поведением конструкций, беспечно надеются
на их ’’скрытую надежность”, не учитывая особенностей каждого случая и
свойств материалов..
Пример 9.2. Статические и конструктивные дефекты (отступления
от действующих норм).
Во время перерыва в работе при отсутствии внешних причин (нет
ветра!) обрушилась часть покрытия нового производственного здания
вместе с подвесной штукатуркой на длине около 16 м (рис.9.17—9 22).
Конструктивная часть проекта, состоящая из чертежей конструкций и
статического расчета, предусматривала устройство покрытия пролетом
10,6 м из треугольных гвоздевых дощатых ферм, расположенных с шагом
1,0 м, с кровлей из двойной плоской черепицы по одинарной обрешетке и
подшивкой по нижнему поясу штукатурным слоем, заменяющим
облицовку.
Кроме того, была предусмотрена установка ветровых связей и
анкеровка узлов опирания ферм в карнизе каменных стен. Намечалось
применение хвойного пиломатериала класса 11 и нагелей в соответствии с
ДИН 1151 (круглые проволочные гвозди с потайными головками).
После внешнего осмотра места аварии были сделаны следующие
важнейшие выводы, касающиеся конструкции, статического расчета и
производства работ.
Конструкция. Обнаружено отсутствие всяких статических связей,
например связей жесткости или ветровых связей, требующихся по
нормам (см. ДИН 1052, ч. 1, п.8.4.2): ’’При длине здания,превышающей
12 м (здесь 20 м), необходимо устанавливать не менее двух ветровых
связей или связей жесткости”.
Это означает, что некоторое число ферм всегда не имеет связей по
верхнему поясу (как и в рассматриваемом случае), если отсутствуют
дополнительные продольные связи, повышающие устойчивость, и имею-
щийся кровельный ковер не может выполнить роль связей (см.
ДИН 1052, ч. 1, п.8.5). При этом принимается, что обрешетка не может
служить боковой опорой.
Статический расчет. Отсутствовал необходимый расчет на устойчи-
вость сжатого верхнего пояса в направлении, перпендикулярном оси у
(минимальный момент инерции). (Отсутствие такого расчета ие было
180
I
Рис.9.17. Влияние перемещений и наклонной установки ферм (камин, слуховое
окно)
Л1Я к
Jtt <» ~
Sf
I
is
отмечено ни при проверке статического расчета конструкций, ни в
соответствующем отчете о результатах испытаний.)
Кроме того, нижний пояс был рассчитан на полное поперечное сечение,
в то время как по указаниям ДИН 1052, ч. 1 п. 11.3.10 необходимо
включать в расчет поперечное сечение, ослабленное нагелями.
Производство работ. Были обнаружены следующие отклонения от
проекта и расчета:
а) расстояние между фермами составляло 1,13—1,15 м вместо 1,0 м;
б) узлы опирания ферм не заанкерены в железобетонном поясе,
ограничивающем каменный карниз (фермы уложены свободно!);
в) ветровые связи частично отсутствовали;
a
r.
и
IE
S
T
u
V
ДИ
J
Cl Si
If
:
ts'
Рис.9.18. Деформация ферм
181
fte.9.22
Рис. 9-19. Разрушенный участок
г) для придания жесткости стержням верхнего пояса, состоящего из
двух элементов, установлена только одна накладка вместо предусмот-
ренных двух накладок в третях пролета;
д) применены нагели меньшей толщины (вместо нагелей 34/90
установлены нагели 28/65), что означает снижение на 30% допускаемой
нагрузки на нагель для одной плоскости среза.
Уменьшение поперечного сечения древесины из-за усадки незначи-
тельно. На обрешетке заметно образование гнили (плесени).
В соответствующих нормах (ДИН 1052,4.1) указано:
сжатые пояса решетчатых ферм должны предохраняться от бокового
выпучивания (п.8.2);
при опирании сжатых элементов строительных конструкций в
неподвижных промежуточных точках в качестве расчетной длины при
Рис. 9.20
Рис. 9.21
стете
раним
вып<
п.7.1)
Расч
[ОДОЛ1
меет
Трещим
степг
обрели
жгато'
тучае
Увет
тпуска
Оши
ирном
иное
□ине 1
коло 5
Резу
ений:
а) ш
ем оси
б) 31
opymei
Друг
юсобст
Объе
лгать
Эдона
йнейп
жрып
а) не
6) не
в) не
№стр
182
Рис.9.22. Место примыкания
расчете на продольный изгиб в направлении линии опор должно
приниматься расстояние между этими опорами. Если такая предпосылка
не выполняется, то в расчет включается соответственно большая длина
(п.7.1).
Расчетная длина 1,57 м (от узла до узла), включенная в расчет на
продольный изгиб, не обоснована, так как конструкция покрытия не
имеет требуемого числа связей или заменяющих их элементов.
Предположение, что обрешетка будет служить заменой связям и ’’снизит
расчетную длину”, ошибочно. Как указано в ДИН 1052, п.8.5,
’’обрешетка покрытий в соответствии с п.2.2.1 не может служить
достаточной поперечной опорой сжатых поясов (в рассматриваемом
случае — для поврежденного верхнего пояса)”.
Увеличение расчетной длины в 1,5—2,0 раза приводит к превышению
допускаемых напряжений в 3—6 раз.
Ошибочный расчет на продольный изгиб в направлении, перпендику-
лярном оси у (минимальный момент инерции сечения), приводит к
опасности потери устойчивости в этом направлении даже при расчетной
длине 1,57 м. Здесь превышение допускаемых напряжений составляет
около 50%.
Результаты исследований указывают на следующие причины разру-
шений:
а) потеря устойчивости верхнего пояса в направлении, перпендикуляр-
ном оси у, — разрушение от потери устойчивости;
б) значительные боковые деформации, наклонная установка ферм —
обрушение, вызванное возникновением момента от эксцентриситета.
Другие •отклонения от расчета и проекта, приведенные выше,
способствуют возникновению разрушений, но не служат их причинами.
Объективная оценка, сделанная после анализа разрушений, позволяет
считать рассматриваемый случай разрушения обычным и вполне
возможным из-за ряда неучтенных обстоятельств. Можно перечислить
важнейшие причины, в различной степени повлиявшие на обрушение
покрытия производственного здания:
а) неполный статичесю й расчет;
б) недостаточная детализация строительных чертежей;
в) неправильная, дефектная установка и недостаточный контроль в
ходе строительства.
183
10. КОРРОЗИЯ
10.1. СУЛЬФИДНАЯ КОРРОЗИЯ БЕТОНА
Глиноземистый цемент ' применялся в Германии с 1952 по
1958 г.2 для строительства школ, животноводческих помещеИийЗ,
и других зданий, преимущественно для устройства покрытий. В
то время приемной комиссии не были известны его отрицательные
свойства. Уже в 1930 г. во Франции, где зародился этот метод, имелись
сообщения, основанные на английских данных, опубликованных в
журнале „Revue de Mater la их de Construction", в которых отмечались
отрицательные свойства этого строительного материала. Во Франции
применение глиноземистого цемента было ограничено уже в 1943 г. и
требовало специального разрешения. В 1936 г. в названном журнале были
опубликованы результаты немецких исследований, в которых обра-
щалось особое внимание на коррозию глиноземистого цемента под
действием сульфидов.
После сообщений о случаях разрушения и обрушения покрытий в
1957—1958 гг. в ФРГ также было запрещено применение глиноземистого
цемента вначале для предварительно напряженного железобетона (сбор-
ные детали), а затем для всех конструкций вообще.
Названные выше разрушения могут быть вызваны следующими
причинами.
Глиноземистый цемент очень гигроскопичен, т.е. он жадно впитывает
влагу из воздуха, образуя кислоты (или сульфиды), которые разрушают
стальную арматуру. При отсутствии или незначительном содержании
извести в составе цемента не создается достаточной щелочной защиты
цементного камня. Недостаток Са(ОН) ? связан с пониженным значением
pH цементного камня в глиноземистом цементе, в результате чего
возникает опасность коррозии арматуры. При длительном воздействии
тепла и влаги цементный камень теряет свою прочность из-за химических
преобразований дикальцийалюминатгидрата. Преобразование гидрата
происходит при температуре более 20°С и высокой влажности воздуха
(идеальные условия для этого возникают в городских школьных
зданиях). При обычных климатических условиях такой процесс
замедляется.
Полный запрет применения глиноземистого цемента для несущих
строительных конструкций, особенно из обычного и предварительно
напряженного железобетона (коррозия из-за трещин, возникающих при
предварительном напряжении), как уже указывалось, был введен в
1962 г
Нестандартное вяжущее, состоящее в основном из алюминатов кальция
(глиноземистые соединения). Глинозем At ЭО3 - окисел алюминия.
Запрещен в 1962 г.
3
Максимальное выделение влаги.
184
10.2. ХЛОРИДНАЯ КОРРОЗИЯ СТАЛИ В БЕТОНЕ
Сталь в бетоне защищена от коррозии1 в следующих случаях:
когда бетон имеет достаточную плотность и не имеет трещин;
при достаточной толщине защитного слоя бетона-;
при применении безопасных вяжущих (отсутствии глиноземистого
цемента);
при отсутствии хлоридов или сульфидов.
Предпосылки для коррозии стали в бетоне почти всегда имеются в
наличии: различие в структуре бетона и стали способствует возникнове-
нию разности потенциалов, электролитом служит влага бетона, количест-
во которой увеличивается из-за капиллярного подсоса из воздуха при его
относительной влажности, превышающей 50—60%; кислоты могут
проникать в стальную арматуру или забетонированные стальные трубы,
если бетон не имеет достаточной плотности^.
Виды коррозии различны. Прежде всего известна ’’неглубокая
поверхностная агрессия” и ’’ограниченная местная агрессия” (коррозия в
форме рубцов, появление отверстий).
В рассмотренном ниже случае стальная труба с окраской свинцовым
суриком, уложенная в бетон для обогрева рампы, корродирует с
образованием сквозных отверстий, разрушающих стенки трубы (рис. 10.1
и 10.2). Проверка показала, что в зоне коррозии труба имела контакт с
бетоном, пропитанным мелкими солями (в том числе хлористым натрием
NaCt).
Поскольку защитный слой бетона над трубой незначителен, кислород
воздуха легко проникает во влагу бетона (кислородная водородная и
хлоридная коррозия).
Таким образом образуется раствор солей (электролит). Каждая
молекула электролита распадается на несколько (две или более)
электрически заряженных частиц — ионов, что связано с возникающими в
электролитах особыми осмотическими явлениями 4 (Аррениус). Кислота
диссоциирует^ на отрицательно заряженный кислотный остаток и
положительно заряженные ионы водорода, число которых соответствует
основности кислоты, например:
HCL — Н+ +С1“; H2SO4 — 2Н++ SO2-.
Соль диссоциирует на кислотный остаток и ион металла:
NaCt — Na+ + CL ~; CaCt 2 — Са2+ + 2Cf
Химическая или электрохимическая агрессия, вызванная воздействием воды,
воздуха и их загрязнений, газов, грунта и химических соединений.
э
Защита цементной пленкой оправдана для бетона на порнсгом заполнителе и
при достаточной толщине защитного слоя. Однако такая пленка ненадежна.
О
J См. Веше. Строительные материалы для несущих конструкций. 4.2 и 3, 1973 г.
4 „
Осмос - проникание.
5 п
Диссоциация — разложение.
185
с
OcboI
(CM6f
С
Ирою
№НЫ
Ci
юка 1
СТЗЛЬ J
nf
рть и
итомс
ЯОПИТ
шркут
Рис. 10.1 и 10.2. Коррозия в
виде рубцов, разъедание от-
верстий в нагревательных
трубах подъездной рампы
Положительно заряженные ионы (катионы) перемещаются к катоду,
отрицательно заряженные ионы (анионы) — к аноду.
Следствием этого является изменение материала, осаждение или
разложение металлов (электрохимическое разрушение).
Рассмотрим процесс хлоридной коррозии (по Шу*).
В приведенном ниже случае, как уже было указано, в мелкой соли
содержался хлористый натрий. При концентрации хлорида до 3,5% от
содержания цемента щелочная защита бетона от коррозии повышается.
Так как защитный слой окислов всегда имеет дефекты и размеры
поврежденных участков незначительны (точки повреждений), через
возникшие поры могут проникать только очень малые частицы; вступая в
непосредственное соприкосновение со сталью, эти частицы могут
оказывать агрессивное воздействие.
Процесс коррозии проходит через следующие ступени.
Исходная ступень. Недостаточно толстый и плотный защит-
ный слой бетона. Проникание поверхностных вод, воды, возникающей
при таянии льда и снега в зимнее время, и оттаивание солей (NaCi)
приводит к образованию электролита 1 с компонентами реакции Н2О,
ОН- , Na+, Ct~ и Fe°.
1 Кроме того, может происходить водородная и кислородная коррозия.
186
Ступень!. Анодный дефект кристаллической решетки (+) в стали.
Освобождение и перемещение ионов: Na+ — к катоду, Ct-, ОН- (из
цемента) - к аноду.
Ступень 2. Образование электролита 2 — дырчатый электролит .
Проникание иона хлора Ct“ под пассивный слой^. Продукты реакции:
иены железа Fe и ионы ОН-. Переход двух электронов е на сталь .
СтупеньЗ. Разрушение пассивного слоя. Повышение плотности
тока и скорости корродирования. В результате стенки разъедаются и
сталь разрушается (рис. 10.3).
Пример 10. 1. Как уже было указано, в рассматриваемом случае
речь идет о железобетонной обогреваемой подъездной рампе к стояние
автомобилей на покрытии складского здания (рис. 10.4). В состав
отопительной установки, выполненной в виде замкнутой системы с
циркуляционным насосом и термостатическим регулированием, входят
1 Электролит (1) обедненный,
э
Из окислов железа.
Ионы оставляют металл, замещаясь электронами.
Рис. 10.3. Заключительная фаза коррозии. Разрушение нейт-
рального слоя
1 — бетонное покрытие смешано с мелкой солью; 2 -
нейтральный слой (свободный от коррозии край); 3 -
стенка трубы (сталь); 4 — сталь; 5 — электролит 1
(катод +); 6 - мембрана ржавчины; 7 — нейтральный
слой; 8 — разбавленный электролит 2 (анод —) ; 9 — места
повреждений (первоначальные); 10 — проникание ионов
Ct” в стенку трубы; 11 — компоненты реакции; 12 —
продукты реакции
187
в см
Монолитный,
бетон
Низ
200 нм
Сборный бетон (опалубка)
буровые керны из бетона
6,10
9,10
Ю
Отремонтированный
ное поврежденное место
S
3,25м
'1,0
%
Решетка
Рис. 10.4. Подъездная рампа к стоянке автомобилей на покрытии здания (план)
188
подающая и отводящая линии, а также подогреваемый шланг (стальная
труба, внутренний диаметр 25 мм, толщина стенки 4 мм).
Отопительные трубы заполнены жидкостью как летом, так и зимой.
По табл. 10.1 можно определить температуру теплоносителя (раствор
PKL '), наружную температуру, а также относительную влажность
воздуха.
Таблица 10. 1
Температура теплоносителя, наружная температура и влажность воздуха
Линия Температура теплоносителя (отно- сительная влажность воздуха) Наружная температура воздуха*
летом зимой летом зимой
Подающая Обратная +2О°С(8О%) +20°С(90%) +40°С(5%) +20°С(50%) +зо°с -20°С
*Трубы не располагаются на открытом воздухе.
Трубы покрыты свинцовым суриком и обетонированы. Толщина
защитного слоя бетона составляет 3 и 6 см
Основной причиной выхода из строя системы обогрева рампы
считалось образование неплотностей в установке и выделение теплоно-
сителя. Однако такое заключение вызывает сомнение.
Для выявления истинной причины были проведены следующие
предварительные исследования:
1) испытание теплоносителя (раствора PKL) :
а) проверка возможного корродирующего влияния;
б) определение силы тока, возникающего при движении ионов
вследствие разложения металла;
2) исследование поведения окрашенных свинцовым суриком отопи-
тельных труб, уложенных в бетон;
3) испытание бетона рампы:
а) на водонепроницаемость;
б) на прочность на нескольких образцах, взятых из дорожного
покрытия в виде буровых кернов (рис. 10.4—10.6) ;
4) определение точки росы.
Под точкой росы понимается температура, при которой воздух
полностью насыщается содержащимся в нем водяным паром. При
охлаждении ниже точки росы возникает конденсат, т.е. образуются капли
и водяные струйки, которые в рассматриваемом случае осаждаются на
стальных трубах (рис. 10.7).
Получены следующие результаты испытаний.
PKL специальный продукт для производства жидких теплоносителей
желто-зеленого цвета, совершенно прозрачный; частицы PKL составляют около 32%
по объему, точка замерзания -20°С, pH = 8,0.
189
Рис. 10.5 и 10.6. Взятие буровых кернов из бетона
Проверка с помощью электронных приборов процесса коррозии,
вызванной действием просочившегося теплоносителя (раствора PKL),
показала, что раствор PKL в противоположность обычной воде
(параллельные испытания) совсем не вызывает коррозии.
Сила тока в растворе PKL после испытаний в течение 3 ч составляет
только 2 мкА, а через 24ч.падает до нуля. В воде за это же время сила
тока возрастает от 25 до 50 мкА. Поэтому теплоноситель, выходящий из
поврежденных труб системы отопления, не может служить причиной
коррозионных разрушений.
Состояние находящихся в бетоне стальных труб, покрытых свинцо-
вым суриком, оценить довольно трудно, так как в литературе нет почти
никаких данных по этому вопросу. Свинец может замедлить схватывание
свежей бетонной смеси. В затвердевшем бетоне свинец при наличии влаги
вступает в реакцию, что приводит к образованию желтых и красных
окислов свинца. Поэтому принимают, что окраска свинцовым суриком,
состоящая из окислов свинца и вяжущего (раньше чаще всего
использовалось вяжущее на масляной основе, в настоящее время
применяется также вяжущее на основе искусственных смол), в
рассматриваемом случае может привести к отрицательным последствиям,
но не являете^ основной причиной коррозии.
При внешнем осмотре видно, что структура бетона неоднородна, бетон
уплотнен не полностью, имеются отдельные крупные поры и лунки. При
испытаниях на водонепроницаемость, по ДИН 1048, обнаружено проника-
ние влаги на 4,5 см.
Прочность бетона на сжатие колеблется от 813 до 870 кгс/см^. Кроме
того, подтверждается отмеченное ранее разложение окраски свинцовым
суриком. В исследуемом буровом керне окраска нагревательной трубы
полностью разрушена и не может служить защитой от коррозии.
В соответствии с табличными значениями можно установить по
диаграмме Молле J (см. рис. 10.7), что при наружной температуре в зоне
См.: Немецкий мастер-строитель, 1974, №2, с. 117.
190
Рис. 10.7. Определение точки росы (для рампы) по диаграмме L X для
влажного воздуха
1 — подающая труба; 2 — обратная труба; У — относительная влажность
воздуха; тг — плотность воздуха
191
рампы, составляющей в летнее время +ЗО°С, возможно образование
конденсата при понижении температуры воздуха на 3,5°С, а в обратной
линии достигается точка росы при понижении температуры на 2°С. При
заданных температурных условиях в зимнее время образование
конденсата невозможно.
Подводя итоги, можно следующим образом объяснить возникновение
коррозии: из-за неоднородной и недостаточно плотной структуры бетона
наблюдается проникание влаги (поверхностные воды, талая вода,
образующаяся при таянии льда и снега с размораживающими солями
NaCl) в тело бетона на глубину до 4,5 см и образование агрессивных
химических соединений.
В рассматриваемом случае образовались хлориды (хлоридная кор-
розия), которые разрушают поверхность труб (отверстия, раковины) в
местах контакта.
Для восстановления системы подогрева рампы требуется укладка
новых нагревательных труб.
Можно применять пластмассовые рукава (до 60°С), однако необхо-
димо иметь в виду, что еще нет опыта их длительной эксплуатации.
Рекомендуется осуществить переход на электрический обогрев.
Можно не опасаться коррозии нагревательных труб в бетоне только в
том случае, когда обеспечены достаточная плотность (по ДИН 1045) и
толщина защитного слоя бетона (не менее 3 см) и не применяются
недопустимые количества агрессивных и вызывающих коррозию веществ,
например размораживающих солей.
Примечание. В настоящее время начато строительство Европей-
ского моста Бреннерской автострады с дорожным покрытием, защищен-
ным от образования льда.
На строительстве этого моста впервые применена конструкция по
новому патенту. В износоустойчивый слой дорожного покрытия в
соответствующей пропорции подмешивают мелкую соль, которая
остается связанной до тех пор, пока рассматриваемый слой не включается
в химико-динамический процесс под действием трения от проезжающего
транспорта. Под действием трения и давления отслаиваются очень тонкие
слои "консервов". При этом освобождаются шарики хлористого натрия,
окруженные слоем искусственной смолы. Хлористый кальций СаС12
воздействует на лед и размораживает покрытие.
11. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
При рассмотрении высокопрочных болтовых соединений 1 возникают
следующие проблемы:
разработка надежных методов расчета внецентренно загруженных
болтовых соединений;
расчет болтов с учетом разброса величины крутящего момента при их
затяжке механическим гайковертом;
учет при расчете процессов обжима;
1 Имеются в виду высокопрочные цилиндрические крепежные болты, о которых
идет речь в приведенных ниже примерах разрушений.
192
S'
u
обеспечение качества продукции при массовом изготовлении болтов.
Если болт нагружен слишком сильно, то он разрушается почти всегда
по резьбе, а не по стержню. Соответствующие оптико-механические
испытания (рис. 11.1), проведенные в Институте механики Технического
университета г.Мюнхена, показали, что первый виток резьбы, считая от
головки болта, воспринимает значительно большее усилие, чем витки,
находящиеся под ним; практически работают только первые витки.
При исследовании распределения усилий в отдельных витках резьбы
были установлены концентрации напряжений в основании резьбы у ножки
зуба, зависящие от радиуса закругления зуба; такие концентрации уже
при незначительной внешней нагрузке перегружают материал в точках их
возникновения.
В процессе развития технологии требуется дальнейшее повышение
несущей способности болтовых соединений.
Пример 11. 1. Рассмотрим последствия, вызванные разрушением
болтов, на примере стальной конструкции покрытия (рис. 11 2 и 11.3),
выполненной в виде двухпоясной пространственной трубчатой стержне-
вой системы.
Применение таких конструкций в соответствии с ДИН 1056, 4.9,ji.1.4
допускается при преимущественно статической нагрузке, вызывающей в
стержневой системе в основном нормальные усилия.
После полного завершения монтажных работ 1 в зоне нижнего пояса
наблюдался прогиб, значительно превышающий расчетное значение.
Прогиб, измеренный в момент разрушения при нагрузке, которая
составляла около 50% от полной, был равен 21 см; расчетный прогиб,
равный сумме прогибов от постоянной (собственный вес) и временной
(снег и лед) нагрузок, составлял 22,0 см:
1 Монтаж производился на земле; после подъема конструкции временные опоры
были убраны.
193
Ри
fg = 10,5 см (47%); f„ = 11,5 cm (53%);
fg + f, =22 cm (100%).
Фактический прогиб на 10,5 см (21—10,5) превысил допускаемую
величину /д, что составило 48% от общего прогиба.
Рис. 11.3. Схема конструкции
покрытия. Кружками отмечены
места разрушения болтов
1 — подвесные штанги; 2 — под-
весное покрытие с уклоном из
прокатных профилей (подвесная
конструкция не была поставлена
фирмой MERO); 3 — плоскость
нижнего пояса; 4 — плоскость
верхнего пояса; 5 - раскосы под
плоскостью нижнего пояса; 6 —
раскосы между верхним и ниж-
ним поясом
стер
боЛ'
разр
напр
(рис
НИИ
вопр
а
на f
элем
б
в
г(
мате}
ч П
"Исп
следу
Рс
(сод
Однат
ибои>
эначеэ
разру
®нно
У кг
5kt-iv
Ка
8ызьц
194
a
Рис. 11.4
При последующем осмотре были обнаружены три ненапряженных
стержня нижнего пояса, а также три разрушенных болта (высокопрочный
болт с гальванической оцинковкой М 56—0,9). Как и ожидалось, в местах
разрушений заметно изменение напряженного состояния из-за нового
направления усилий и наблюдаются деформации соседних стержней
(рис. 11.4). Для нахождения причин разрушения болтов и связанного с
ними недопустимо большого прогиба необходимо решить следующие
вопросы:
а) о прочностных свойствах болтовой стали, в том числе о прочности
на растяжение, величине удлинений, величине ударной вязкости для
элемента с надрезом;
б) о влиянии надреза и концентрации напряжений;
в) об обжиме болтов (осадка и проскальзывание болта);
г) о защите от коррозии и предотвращении возрастания хрупкости
материала болта под действием водорода.
После оценки результатов проведенных испытаний (см. п.2.2
’’Испытания материалов”), измерений и расчетов можно сделать
следующие выводы.
Результаты соответствующих отчетов об испытаниях противоречивы
(с одной стороны, водородная хрупкость, с другой — перенапряжения).
Однако они позволяют получить общую картину, поскольку по данным
обоих испытаний прочностные свойства стали и в том числе допускаемые
значения ударной вязкости не исчерпаны ни для нового, ни для
разрушенного болта. Достигнутые максимальные значения составляют в
данном случае 4,2—4,4 кг-м/см^, минимальные значения - от 3,0 до
3,5 кг-м/см^, в то время как допускаемые значения составляют от 6 до
5 кг-м/см^.
Как известно, надрезы в нагруженных строительных конструкциях
вызывают изменение эпюры распределения напряжений и возникновение
195
пиков, которые приводят к хрупкому разрушению, если они не могут
быть сглажены за счет пластических деформаций, причем отношение
пиков напряжений к номинальным * напряжениям, полученным при
элементарном расчете на прочность, составляет не менее 2, а чаще равно 3.
При этом принимается, что восприятие концентрации напряжений
осуществляется материалом за счет внутренних резервов.
Однако разрушения чаще всего возникают там, где имеют место
наиболее значительные концентрации напряжений. К таким участкам
относятся места естественных надрезов бэлта, т.е. его резьба, переход от
головки болта к стержню, участки, прилегающие к поврежденной
поверхности или имеющие трещины, возникшие при закалке (см.
рис. 11.1).
При рассмотрении осадки болтов, проскальзывания и обжатия
исходят из следующих предпосылок: понятие ’’осадка болтов” не
является общеупотребительным; оно может во всех случаях трактоваться
как осадка для установки болтов с потайными головками. То же
действительно и для понятия ’’проскальзывание болтов”.
Проскальзывание означает скольжение соединений, которые передают
поперечные силы через трение в разделительных швах; это понятие также
используется как технический термин для болтовых соединении, однако
для понятия ’’проскальзывание болтов” нет однозначного определения.
Понятие ’’обжатие болтов” должно вытекать из понятия ’’податли-
вость болтовых соединений”, под которым понимаются потери предвари-
тельного напряжения, возникающие из-за выравнивания неровностей
резьбы и деформаций в напряженных разделительных швах.
Величины осадки (обжима) и потерь усилий предварительного
напряжения зависят от прочности на сжатие напряженных деталей,
шероховатости поверхностей трения и направления нагружения (поперек
оси болта нагружение почти вдвое больше, чем вдоль оси).
Величина осадки складывается из следующих составляющих:
1) осадка в резьбе независимо от класса прочности 5 мкм ,
2) осадка в каждом разделительном шве при полной растягивающей
нагрузке в направлении оси болта: для гладких поверхностей 2 мкм, для
шероховатых поверхностей 4 мкм;
3) средняя осадка на один разделительный шов при нагрузке,
перпендикулярной оси болта, или комбинированных нагрузках: для
гладких поверхностей 4 мкм, для шероховатых поверхностей 8 мкм.
’’Осадка” болтовых соединений возможна в принципе и для
гальванически оцинкованных болтов. Она составляет около 1/30 от
общего прогиба и практически может не учитываться по сравнению с
допустимой в рассматриваемом случае величиной внешнего прогиба
конструкции. Часть прогиба, приходящегося на ’’осадку”, составляет
всего 7 мм, т.е. 3% (7%) общего прогиба, а часть прогиба, приходящаяся
непосредственно на разрушение болта, составляет 97% (93% для 10,5 см)
от измеренного дополнительного прогиба. Решающее значение для
возникновения прогиба, превышающего допускаемые размеры, наряду с
постоянными нагрузками (в большинстве случаев от собственного веса)
имеет разрушение болтов и связанное с этим внезапное перераспределение
нагрузок.
^1мкм=10 и соответственно 10“ 3 мм.
они
B03I
]
изгс
вне!
1
галь
приг
внед
проч
изло
Г
прев
объе
прог
мате
носи
рисп
так»
С до
ДИТ 1
надрс
ВОДО]
излог
Т<
места
натру
натру
зиачи'
непос
Не
дефек
Ф?
НМН(
ЮЛЖЕ
ВДеж
Эт
разгру
Штель
ио, и
поясе j
Из
были 3
Л)
облеп
Оболо'
разме]
зле Mei
пенок
196
Для защиты от коррозии, как указано в нормах, при травлении и
оцинковке болтов по возможности должно быть предотвращено
возникновение водородной хрупкости.
Кроме того в нормах предлагается проводить проверку правильности
изготовления (качества) конструкций и деталей путем собственного и
внешнего контроля.
В рассматриваемом случае результаты исследований показали, что
гальваническая оцинковка при неправильной обработке поверхности
приводит к неблагоприятным изменениям в материале болта из-за
внедрения водорода и повышения хрупкости, вызывающей снижение
прочности (пониженная вязкость и деформативность, а также хрупкий
излом при перегрузках)
Подводя итоги, можно отметить, что возникшие прогибы значительно
превышаю’ расчетные данные и являются результатом недостаточно
объективного прогноза, сделанного без учета особых обстоятельств: зти
прогибы являются следствием разрушения болтов из-за дефектов
материала (водородная хрупкость из-за неправильной обработки поверх-
ности и др.). Болты не обладают требуемыми механическими характе-
ристиками, такими, как прочность на растяжение, величина удлинений, а
также ударная вязкость (это подтверждено техническими испытаниями).
С достаточной надежностью установлено, что разрушение болта происхо-
дит на начальном участке резьбы в результате отрицательного влияния
надреза. Пластические деформации здесь больше невозможны из-за
водородной хрупкости материала (картина, характерная для хрупкого
излома).
Также надежно установлено, что в непосредственной близости от
места разрыва болта могут возникать дополнительные динамические
нагрузки, вызванные резким высвобождением кинетической энергии. Эти
нагрузки вызывают упругие, а иногда и пластические деформации и
значительные, местные перегрузки (подтверждается тремя трещинами в
непосредственной близости друг от друга).
Невозможно оценить вероятность появления дальнейших трещин в
дефектных болтах и связанных с ними последствий.
Фирма стоит, с одной стороны, перед необходимостью предотвраще-
ния новых разрушений и ликвидации возникших дефектов, а с другой —
должна обеспечить тщательность изготовления и соответствующую
надежность конструкции.
Эти обстоятельства требуют проведения немедленного ремонта путем
разгружения несущей конструкции подпорками с последующим ’’допол-
нительным натяжением” поврежденных стержней, а также, если необходи-
мо, и части остальных растянутых стержней, расположенных на нижнем
поясе несущей конструкции.
Из общего числа стержней-нижнего пояса (702 шт.) 116 стержней
были заменены, что соответствует числу болтов 2*116 — 232 шт.
Пример11.2. Речь идет о стальном арочном павильоне из
облегченных конструкций, сконструированном и рассчитанном в виде
оболочки (рис. 11.5 и 11.6). Площадь застройки 600 м^. Основные
размеры: ширина 21,69 м, высота 8,412 м, длина 27,822 м. Составные
элементы: стержни оболочки из холоднокатаных профилей с толщиной
стенок от 3 по 3,5 мм; узлы и торцовые фермы показаны на рис. 11.5.
197
Рис.11.5 и 11.6. Стальное арочное покрытие во время монтажа. Рисунки взяты из
книги автора "Уроки монтажа”, изд-во Вильгельм Эрнст и сын, 1973
Соединительные детали — стандартные -высококачественные оцинко-
ванные болты М 30.
Кровля выполнена из листов из волнистой стали St37 толщиной
0,63 мм.
Фундаменты: опирание на бетонные плиты, уложенные на расстоянии
2,764 м; давление на основание 2 кк/см^ (передача давления на грунт
без фундаментов).
Временные нагрузки: в расчет включались снеговые нагрузки
75 кгс/м^ и веторовые нагрузки 50 кгс/м (соответствует скорости ветра
28,3 м/с, т.е. шторму). Монтаж заказчик выполнял собственными силами
при надзоре монтажного мастера фирмы-изготовителя. Рассматриваемая
постройка из-за сильного снегопада получила значительные деформации
(прогибы, продольный изгиб и закручивание отдельных стержней,
разрушение болтов, а также перемещения в продольном и поперечном
направлениях) на юго-западной стороне (рис.11.7—11.10).
Повреждения могли быть вызваны следующими причинами: непра-
вильной конструкцией; ошибками статического расчета или влиянием
неучтенных нагрузок; дефектным монтажом; неудовлетворительным
качеством материала стержней или болтов.
Конструкция оболочки в виде стержневой сети в принципе возможна;
однако необходимо обратить внимание на то, что очень часто жесткость в
перпендикулярном к образующей направлении недостаточна, и поэтому
имеется опасность выпучивания. Кроме того, возникающие деформации
существенно изменяют статические условия.
Общая проверка основного расчета без детальных исследований
прежде всего приводит к заключению, что не был рассмотрен случай
одностороннего расположения снеговой нагрузки. В связи с этим не
учтено повышение напряжений от 6 до 35% в стержнях, находящихся у
конька. Однако эти стержни не имеют заметных деформаций или
надломов. При рассмотрении результатов температурных наблюдений
Немецкой службы погоды за последние 10 лет можно установить, что
максимальная толщина свежевыпавшего снега, возможная в районе
строительства, составляет около 1,5 м (в сумме), минимальная темпера-
тура равна —38°С, а глубина промерзания достигает 75 см. Вследствие
этого, как уже указывалось, нагрузки для снега при новом строительстве
и реконструкции увеличиваются примерно вдвое.
Ч’
не 6i
далее
М
Ирак
Уйти
Прим!
По ре:
А,
управ
показ
или В
= 5,5
расчеа
ветра
темпе
198
a
Рис. 11.7. Покрытие здания, сжатое снеговой нагрузкой
Что касается монтажа, то из-за недостаточной квалификации рабочих
не были точно выдержаны необходимые монтажные требования (см.
далее результаты внешнего осмотра).
Материал стержней (элементов оболочки) имеет прочностные свойства,
характерные для группы материалов St37 с относительно низким
удлинением, ^равным 18—23%, и может считаться пригодным для
применения в рассматриваемом случае; в то же время материал белтов
по результатам испытание явно не отвечает установленным требованиям.
Атмосферные условия. По данным службы погоды Мюнхенского
управления в день аварии погода характеризовалась следующг ми
показателями: очень слабый ветер (10—15 км/ч = 2,8—4,2 м/с) северного
или восточного направления с переходом в заметный ветер (20—25 км/ч
= 5,5—7 м/с). Принятое в расчете ветровое давление 50 кгс/м-*- (для
расчетной высоты 0,8 м, фактически — 8,412 м) соответствует скорости
ветра 28,3 м/с (фактическая скорость ветра максимум 7 м/с). Наружная
температура на 1—11 °C ниже температуры в помещении.
199
Рис. 11.8—11.10. Сжатое покры-
тие здания с опорными конструк-
циями
В рассматриваемый момент выпал слой свежего снега толщиной 35 см
(рыхлый снег): плотность порошкообразного снега 0,050 т/м^, нормаль-
ного 0,100 т/мЗ, сырого до 0,500 т/м^.
Таким образом, снеговая нагрузка 75 кгс/м^, включенная в расчет,
соответствует высоте снежного слоя, превышающей 50 см (фактическая
толщина снега 35 см).
Результаты внешнего осмотра. Внешний осмотр и оценка возникших
разрушений позволяют сделать следующие выводы.
200
Рис. 11.11- Макроснимок двух
разрушенных Золтсз, справа раз-
рыв по основанию резьбы, слева
— непосредственно по головке
Во всех торцовых фермах крайние диагональные стержни нижнего
пояса сдвинуты вниз к точке опирания примерно на 11 см и закреплены
болтами в новых отверстиях (вторая линия прогонов, считая от точки
опирания). В результате этого стандартный стержень толщиной 3 мм
вытягивается на 10 см вниз и закручивается.
Болты на краях ферм, а также во многих других точках затянуты не
полностью (не хватает 1,5 оборота) — пружинные шайбы имеют зазоры;
в точках крепления воздушный зазор достигает 3 мм. Вследствие этого
наблюдаются провес нижнего пояса и снижение жесткости. Крепежные
болты (стандартные болты М 30) стержней 1, 2, 3 и 4 (толщина 3 мм)
разрушены в узловых точках; сами стержни не имеют заметных
деформаций. У трех болтов заметен крупнокристаллический излом, в
двух случаях по резьбе (рис. 11.11) и в одном — по головке. На трех
других болтах не видно внешних дефектов, но имеются выколы в
основании резьбы. Четыре стержня повреждены — имеется прогиб в
центре; эти стержни изогнуты в продольном направлении, соединитель-
ные болты в узлах разрушены.
В местах установки балок над воротами расширены отверстия
(отступление от проекта). Глубина вмятин на юго-западной стороне
покрытии составляет чаще всего 1,0 м. В результате возникают снеговые
мешки, приводящие к перегрузке 100%.
Результаты испытаний материалов. Шесть болтов и два стержня
оболочки, отобранные для испытаний, были использованы для определе-
ния свойств материала. Прежде всего предполагалось определить
химический состав материала болтов и их ударную вязкость и провести
металлографическое исследование. Затем намечалось определить проч-
ность на растяжение профильного материала и провести его металлогра-
фическое исследование.
Химический состав определялся для разрушенного и неразрушенного
болта. Результаты анализа приведены в табл. 11.1.
Т а б л и ц а 11. 1.
Результаты химического анализа материала болтов, %
Образец С Si Мп Р S Ыг
Разрушенный болт 0,05 Следы 0,50 0,064 0,025 0,015
Неразрушенный болт 0,08 0,43 0,052 0,024 0,018
201
Рис. 11.12. Структура разрушен-
ного болта. Феррит с зернами
карбида железа и выродившимся
перлитом. Реактив — 1%-ный
спиртовой раствор HNOj
Как видно из результатов анализа материала болтов, речь идет о
томасовских кипящих сталях. Из двух разрушенных, одного разорван-
ного и одного дефектного болта были сделаны образцы с надрезами для
испытаний на ударную вязкость, по ДИН 50115 (образцы DVM). Эти
образцы были испытаны при температуре +20°С и 0°С (табл. 11.2). Из
выпучившегося закругленного профиля и из профиля, не потерявшего
устойчивость при продольном изгибе, было изготовлено по три стержня
для испытаний на растяжение согласно ДИН 50114. Результаты испытаний
приведены в табл. 11.3. Из разрушенного и неразрушенного болтов, а
также из выпучившегося профиля были сделаны продольные шлифы.
Структура разрушенного болта (рис. 11.12) представляет собой крупный
феррит. Углерод представлен исключительно в виде карбида железа,
вкрапленного между зернами, и выродившегося перлита. Такая
структура считается благоприятной для возникновения хрупкого разру-
шения при пространственных и особенно ударных нагрузках (Худремот.
Справочник специальных сталей. Изд-во ’’Шпрингер”, 1956, с. 127—128). В
зоне разрушения в феррите можно наблюдать образование кристалличес-
ТаблицаИ. 2
Результаты испытаний на ударную вязкость образцов
с надрезами, по ДИН 50115
Образец Температура при испы- таниях, °C Ударная вязкость, кгс/см^ Разрушение
Разрушенный болт +20 0,4
0 1,0 0,7 Разрушение
Болт с надломом +20 J 0,7 го,б срезом
Неразорванный болт 0 Д,0 >1,5
11 >4
202
Таблица 11. 3
Результаты испытаний на растяжение, по ДИН 50146
Образец Предел текучести, кге/мм^ Прочность на растя- жение, кге/мм^ Удлине- ние, % Снижение При взрыве, %
1/1 32,8 41,0 20 40
1/2 35,7 44,0 23 42
1/3 35,8 43 8 20 43
6/1 29,7* 41,1 19 47
6/2 29,4* 40,8 20 46
6/3 32,1* 42,2 18 46
* Предел текучести получен расчетным путем, так как не удалось определить его
фактическую величину.
ких пластинок-двойников (рис. 11.13), которые указывают на ударное
разрушение при температурах более низких, чем в помещении (Герене.
Введение в металлографию. Изд-во Д.Кнапа, 1948, с.395).
Структура неразрушенного болта (рис. 11.14) более благоприятна.
Наряду с крупным ферритом имеются только отдельные зерна карбида
железа. Углерод здесь в основном представлен пластинчатым перлитом.
Выпучившийся профиль (рис. 11.15) имеет в основном мелкозер-
нистую структуру. Углерод в этом профиле представлен карбидом
кальция, вкрапленным между зернами. На основании структуры стержня
можно сделать вывод, что здесь использовалась кипящая сталь с
содержанием углерода менее 0,1%. Исследования показали, что применя-
лись болты из томасовской кипящей стали. Высокое содержание азота
указывает на чувствительность материала к старению. Исключительно
низкие значения ударной вязкости образцов с надрезами являются
доказательством малой деформагавности, что также подтверждается
крупнокристаллическим изломом.
Структура разрушенного болта представляет собой феррит с
карбидом железа, вкрапленным между зернами, что благоприятствует
Рис. 11.13. Структура в зоне раз-
рушения, деформационные двой-
ные кристаллы в феррите. I еак-
тив — 1%-ный спиртовой раствор
нмо3
203
Рис. 11.14. Структура неразрушен-
ного болта, феррит и, пластинча-
тый перлит. Увеличение 250:1,
реактив — 19^ный спиртовой
раствор HNOj
возникновению хрупкого разрушения при ударных нагрузках Образова-
ние двойных кристашшческих пластинок в зоне разрушения указывает на
ударное разрушение при температуре, более низкой, чем температура в
помещении.
Изогнутые профили изготовлены из материала, который с трудом
может быть отнесен к группе материалов St 37. Он имеет относительно
низкое удлинение, составляющее от 18 до 23%.
Исходя из изложенного выше, можно назвать следующие причины
разрушений:
дефектный монтаж, который дополнительно уменьшил жесткость всей
конструкции, составленной из гибких элементов, и поэтому облегчил
’’сжимание”. Из-за несоблюдения монтажных допусков и отклонения
размеров отдельных конструктивных элементов нельзя предъявить
никаких претензий к фирме-изготовителю;
выход из строя крепежных средств и болтов вследствие недостаточно
высокого их качества. Применение стали, чувствительной к старению, с
исключительно низкой ударной вязкостью и малой деформативностью в
рассматриваемом случае при температуре от —1 до —3°С ведет к
хрупкому разрушению, в результате чего отдельные стержни оболочки
выключаются из работы, что вызывает выпучивание всей конструкции в
Рис. 11.15. Структура материала
выпучившегося профиля. Феррит
с карбидом железа между зерна-
ми и частично выродившимся
перлитом. Увеличение 250:1,
реактив — 1%-ный спиртовой
раствор HNOj
204
различных направлениях. Остальные факторы (конструкция и расчет) не
рассматриваются из-за незначительного их влияния на полученные
результаты.
Список литературы
Albrecht. Hontagetehre, Verlaq W. Ernst £. Sohn, Berlin, Munchen, Dus-
seldorf.
Bloat. Statistische Verfahren fur die Gutesicherung von Beton7 Bauvertag
Wiesbaden.
Eichler, Fasotd, Sonntag. Bauphysikatische Entivurfstehre Bd. 1~h, Ver-
iagsgesettschafi R Kuiier, Kotn.
Gosete, Schute. Schalt, Wdrme, Feuchtlgkeit, Bauvertag Wiesbaden,
Berlin.
Griinau. Fossa de und Wasserhaushalt der Wand. Vertagsgesett-
schaft R. Miltier, Kotn.
Lemberger, Kerndt. Grundpraktikumbau, Bauvertag Wiesbaden,Berlin.
Lufsky. Bauv/erksabdichtung, B.G. Teubner, Stuttgart.
Moritz. Flachdachhandbuch, Bauvertag Wiesbaden, Berlin
Reichert. Sperrschlcht und Dichtschlcht Im Hochbau, Verlagsgesettsdiaft
R. Mutter, Kotn.
Rohwer. Baustoffkunde fur Baustof (Kaufmann, Bauvertag Wiesbaden.,
Berlin.
Roitman. Grundtaqen der Brandschutznormierung im Bauivesen, Ver-
tagsgesetlschaft R. Mutter, Kotn.
Schild, Oswald, Rogier, Schweikert. Schivachstelten(Bauschadensven-
hutung im Wohnungsbau). Bauvertag Wiesbaden, Berlin-
Schmitt. Hochbaukonstruktion.
Wesche. Baustoffe fur tragende Bauteite, Bd. 1-9, Bauvertag Wies-
baden, Berlin-
Albrecht R. Schattschutz im Brlickenbau,« Der Stahtbau^ (1962),
Heft 2.
Albrecht R SpannLingsoptlk im Beton-and Stahtbetonbau I u.U,
ulementv (Mitteitung des Fachverbandes Zement, Koln), 1953,Nr 1,2und3.
Albrecht R. BBC der Baumechanik (19M), Baumelster-und Jngenieur-
Vertagsgeseltschaft, Bonn.
Bub H, Morschriften und Bestimmungen des bautichen Brandschut-
zes, Sonderdruck aus « Bauqewerbe» (1968), H- 9 and 5.
LafumaH. Recherch.es sur les aluminates decatclum; Librairie,
Pans 1932
LochgrF.W. and Sprung S. Etnulrkung von satzsauerehattigen
PVC-Brandgasen und Beton aus <<Beton>> (1970), H.2,563/65und H3,S.
99/1 Oh.
205
Reiter. Pas Schadensrisiko neuzeitticher Kunstoffe, Bayerisctie Vcr-
sicherungskammer, Sonderdruck Ausgabe April 1970.
Schuh R. Fotgeschaden von Branden mlt Beteltlgung des Werkstof-
fes PVS, BayerLsche Versicherungskammer Sonderdruck Ausgabe Ap-
ril 1970.
Schuh R. Wasserschaden durch Auftenkorroston von Rohrttitungen
aus Stat, « Per Sachverstendiqe >> (1979), H.2, Selte
Watz. K- Pie Bestandlgkeil von Beton unter Gebrauchsbeanspru-
chung, aus « Beton» (1963), R. 6, 8. 279/286 und H.7,S. 331/338.
Briafl der Obersten Bauaufslchtsbehdrden: Korrosionsschutz bet
Spannbeton - und Stahtbeton-Bautellen, Fdssung Februar 1967.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие к русскому изданию................................... 5
Предисловие автора............................................... 7
1. Введение ..................................................... 8
2. Исследования и испытания .................................... 10
2.1. Вспомогательные средства для обнаружения повреждений I о
2.1.1. Испытания строительных материалов........................ 10
2.1.2. Испытания на моделях, статика моделей . 23
3. Изоляция от влаги.......................................... -8
3.1. Гидроизоляция строительных конструкций от безнапорных поверх-
ностных и фильтрационных вод .................................. 30
3.2. Гидроизоляция от грунтовых вод..... 39
3.3. Особые случаи грунтовых вод................................ 41
3.3.1. Грунтовые воды, расположенные ниже подошвы фундамента 41
3.3.2. Грунтовые воды, расположенные выше подошвы фундамента 42
4. Тепло-, звуко- и внброизоляция - • - 47
4.1. Расчет теплоизоляции ... ... 47
4.2. Звукоизоляция...................
5. Плоские покрытия............................................. 59
5.1. Теплое покрытие .... ........
5.2. Холодное покрытие................................. 80
5.3. Детали плоских покрытий.................................... 83
5.3.1. Водоотвод с плоских покрытий. Расчет поперечного сечения
водостоков...................................................... 83
5.3.2. Обледеневшие водосточные желоба .. 66
5.3.3. Термические нагрузки (швы) ... 76
6. Наружные стены ............................................. 114
6.1. Бетонные поверхности........................... 114
6.2. Двухслойные стеновые конструкции (навесные фасады, анкеровка) 122
6.2.1. Общие положения .. 122
6.2.2. Анкеровка........... . . 123
7. Основания........................................... - 133
7.1. Замена грунта...............
7.2. Осадка и термические нагрузки 13
8. Конструктивные трещины ..................................... 144
8.1. Трещины в карнизах (скользящие слои) 146
8.2. Устройство скользящих слоев..... 152
8.3. Образование трещин в бетонных полах 154
9. Статика................... ...
9.1. Общие положения.........
9.2. Ветровые нагрузки ........................................ *69
9.3. Снеговые нагрузки ........................................ '69
9.4. Действующие технические условия . ... 179
10. Коррозия................................................... 184
10.1. Сульфидная коррозия бетона..... , ... 184
10.2. Хлоридная коррозия стали в бетоне 185
11. Высокопрочные болтовые соединения ......................... 192
Список литературы ..............................................205
207