Конструкции и материалы самонесущих стен

ВВЕДЕНИЕ
Все конструктивные элементы здания можно разделить на несущие и ограждающие. Такое деление связанно с назначением этих элементов, с условиями их работы в структуре здания при восприятии нагрузок и воздействий, которым они подвергаются в ходе строительства и в процессе эксплуатации.Назначение несущих конструкций здания - воспринимать все виды нагрузок и воздействий силового характера, возникающих в здании, и передавать их через фундаменты на грунт. Такими конструкциями являются, например, фундаменты, стены.Назначение ограждающих конструкций здания - изолировать пространство здания от внешней среды, разделять пространства на отдельные помещения и защищать их от всех видов воздействий несилового характера. Примерами таких конструкций могут служить перегородки, кровля, окна.Ряд конструктивных элементов выполняют одновременно несущие и ограждающие функции, например наружные и внутренние несущие стены одновременно могут являться вертикальными опорами для плит перекрытия и ограждающими конструкциями.Стены - вертикальные ограждения, защищающие помещения от воздействия окружающей среды и отделяющие одно помещение от другого. По своему назначению и месту расположения в здании делятся на наружные и внутренние. Стены нередко выполняют несущие функции. Самонесущие стены — несут собственный вес в пределах полной высоты здания и передают его на фундаментные балки. Высота самонесущих стен ограничивается и зависит от прочности материала и толщины стены, шага колонн, величины ветровой нагрузки. 1 Конструкции и материалы самонесущих стен Стенами называют конструктивные элементы зданий, служащие для отделения помещения от внешнего пространства (наружные стены) или одного помещения от другого (внутренние стены). По характеру работы стены делят на несущие, самонесущие и навесные. Несущие стены воспринимают нагрузку от собственного веса и других конструкций и передают ее на фундаменты. Самонесущие стены несут нагрузку только от собственного веса по всей своей высоте и передают ее на фундаменты. Самонесущая стена – наружная ограждающая вертикальная конструкция, защищающая внутренние помещения здания от воздействия внешней среды, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от собственного веса. Устройство самонесущей стены покажем на рис. 1.Рисунок 1 - Самонесущая стенаВ зданиях с самонесущими и ненесущими наружными стенами нагрузки от покрытий, перекрытий и т.п. передаются на каркас или поперечные конструкции зданий.Для самонесущих стен зданий высотой до 3-х этажей класс блоков должен быть не ниже В2.Допустимая ширина простенков и столбов, выполненных из газобетонных блоков, определяется расчетным путем, но не менее 600 мм. в несущих стенах и не менее 300 мм. в самонесущих (за вычетом углублений для опирания перемычек над проемами).Самонесущие стены отличаются небольшой толщиной по сравнению с аналогами. Благодаря этому возведение конструкции требует меньшего количества материала. Стандартный диапазон – от 50 до 380 мм, в зависимости от исходного материала для строительства. Панельный дом не исключение.Если стена самонесущая – это ограждение, расположенное снаружи. Обеспечивает дополнительную защиту, примыкая к зданию с основного каркаса. Крепление идёт сбоку, по всему периметру на этаже. Самонесущие ограждающие конструкции могут состоять из одного слоя, либо сразу из нескольких. При размещении внутри зданий основным назначением становится функция перегородок. Для самонесущих стен это то же самое, лишь с некоторыми корректировками. Самонесущие стены отличаются небольшой толщиной по сравнению с аналогами.Покажем виды наружных стен на рис.2.Рисунок 2 – Виды наружных стен: а – несущие, б – самонесущие, в – навесные;1- плита перекрытия, 2 – ленточный фундамент, 3 – колонна, 4 – ригель, 5 – фундаментная балка, 6 – столбчатый фундамент При строительстве высотных домов самонесущие наружные стены могут возводиться из:- керамического кирпича пустотного, пористого, полнотелого;- силикатного кирпича.При возведении зданий не слишком большой этажности иногда применяются также блоки:- арболитовые;- керамические;- из пено- или газобетона;- керамзитобетонные и любые другие крупноформатные.Особенностью таких материалов в сравнении, к примеру, с тем же кирпичом, является относительно невысокая степень прочности. Поэтому использовать их нормативы допускают в зависимости от разновидности при возведении домов высотой не более 3-5 этажей.Нагрузка самонесущих стен, которую они принимают, отличается от других разновидностей конструкций. Ничего нельзя удержать, если это обычная перегородка между комнатами. Нагрузку обеспечивает только собственный вес, от чего и пошло название самонесущих. При укладке самонесущих стен по нормативам не обойтись без армирования. Но, по сравнению с нагруженными элементами, укрепление здесь будет не таким серьёзным на практике. Пруты из металла вставляют через кладочные ряды, с большим перерывов в количестве. Допустимый диаметр арматуры – 1-2 мм.Ровность характерна для оснований из кирпича, камня. В этом случае нагрузка равномерно распределяется сверху вниз. Чем ниже уровень – тем больше становится нагрузка. В конструкции появляются дополнительные напряжения, если использовать какой-то лишний элемент. Результат – появление боковых сдвигов, изменение показателя плотности. Классификация есть и у повреждений. Для избавления от лишнего напряжения пользуются следующими решениями: современные здания предпочитают обустраивать с помощью арматуры, которая тоже распределяет нагрузку лучшим образом.Таким образом, самонесущие стены – экономный вариант для обустройства пространства. Но надо помнить о том, что они существенно отличаются от других ограждений по техническим характеристикам. Зато они допускают различные дизайнерские решения для помещений вне зависимости от назначения и места расположения.2 Проверка прочности самонесущих стен и их усилениеПеред началом возведения любого дома, конечно же, составляется в том числе и его подробный проект. При этом выполняется и такая операция, как расчет стен самонесущих, не несущих и нагруженных на предмет устойчивости. В любом случае при расчете устойчивости самонесущей стены определяется соответствие отношения ее толщины к высоте при заданной геометрии нормативным величинам.Строить такие ограждающие конструкции допускается практически из любых материалов. Самонесущие стены - это элементы здания, возводиться которые могут из дерева, кирпича, блоков. В любом случае собираются такие конструкции исключительно на прочных опорах. Заливают их основания одновременно с фундаментом самого здания.Сопрягают самонесущие стены кирпичные, блочные и т. д. с другими видами ограждающих конструкций исключительно с использованием гибких связей. При применении жестких связей из-за неодинаковой степени нагруженности элементы здания в последующем могут потрескаться и деформироваться. Соответственно, и проживать в доме станет небезопасно.Самонесущие стены - это конструкции, которые при кладке из кирпича или блоков по нормативам полагается армировать. Однако укрепляют такие ограждающие части зданий обычно не настолько тщательно, как нагруженные. Пруты при возведении стен этого типа вставляются через большее количество рядов кладки. Арматуру же для таких конструкций по нормативам допускается использовать диаметром 1-2 мм.Прочность самонесущих стен при сжатии по горизонтальным сечениям рекомендуется обеспечивать прочностью бетона без учета их армирования.Допускается предусматривать усиление стен по горизонтальным сечениям расчетной арматурой на участках, ослабленных примыкающими проемами, или же при необходимости сохранения в нижних этажах принятой для здания толщины стен, если это технологически и экономически не обеспечивается выбором необходимой марки бетона.Сечения стен, прочность которых обеспечивается только сопротивлением бетона, называются бетонными; сечения стен, прочность которых обеспечивается совместно сопротивлением бетона и арматуры — железобетонными. Минимальный процент вертикальной арматуры железобетонных сечений должен удовлетворять требованиям СНиП 2.03.01—84.Усилия от внешних нагрузок и воздействий следует определять с учетом совместной работы всех столбов, объединенных в единую несущую систему перекрытиями, перемычками и вертикальными стыковыми соединениями.После того, как определены усилия в каждом из столбов, расчет их прочности разрешается выполнять с использованием допущения, что в уровне перекрытий столбы имеют жесткие или упругие горизонтальные опоры.Горизонтальные опоры разрешается считать жесткими для стен зданий перекрестно-стеновой системы, а также для зданий других систем, если расстояние между поперечными жесткими конструкциями не превышают значений, приведенных в СНиП II-22-81 для первой группы кладки.В остальных случаях, в том числе для самонесущих стен, соединенных с перекрытиями связями, горизонтальные опоры считаются упругими. Стены, на которые не опираются перекрытия, при отсутствии связей следует рассчитывать как свободно стоящие. При жестких горизонтальных опорах принимается, что в уровне перекрытий простенки, образующие столб, закреплены от перемещений из плоскости стены в уровне опор. Неплоские столбы считаются, кроме того, закрепленными от перемещений из плоскости в местах пересечения стен. При упругих горизонтальных опорах расчет прочности столба следует выполнять методами строительной механики с учетом податливости связей между столбом и поддерживающими его поперечными конструкциями. Толщины самонесущих стен по условиям обеспечения прочности при внецентренном сжатии следует принимать такими, чтобы их гибкость не превышала значения, указанные в табл. 1.Таблица 1 – Предельные значения показателей для обеспечения прочности стен при внецентренном сжатииПри назначении толщин стен следует учитывать требования к тепло- и звукоизоляции и огнестойкости. Толщины наружных стен следует назначать кратными 25 мм, толщины внутренних стен и перегородок — кратными 20 мм.Прочность стен следует проверять для горизонтальных, вертикальных и наклонных сечений.Расчетные горизонтальные сечения стен считаются расположенными в уровне перекрытий (опорные сечения) и середине высоты этажа (середине сечения). При расчете прочности стены с оконными проемами на усилия, действующие в плоскости стены, следует также рассматривать сечения, расположенные по верху и низу проема.Расчетные вертикальные сечения стен считаются расположенными вдоль линий пересечения стен, а для сборных стен также вдоль вертикальных стыков.Восстановление и усиление каменных конструкций следует производить на основе результатов обследования их технического состояния. Поверочные расчеты подлежащих восстановлению и усилению конструкций следует производить при изменении действующих на них нагрузок, условий эксплуатации, а также при изменении конструктивной схемы здания или сооружения, влекущей к перераспределению усилий и изменению граничных условий. Кроме того, поверочные расчеты производятся при наличии значительных дефектов в конструкциях. Поверочные расчеты необходимо производить с учетом результатов обследования технического состояния конструкций, их фактических геометрических размеров и примененных материалов.На основе анализа результатов обследования и при необходимости поверочных расчетов проверяются несущая способность конструкций (предельное состояние первой группы) и пригодность к нормальной эксплуатации (предельное состояние второй группы).Выполнение требования по предельным состояниям первой группы должно защищать конструкции: - от потери устойчивости формы конструкции или ее положения; - разрушения под совместным воздействием силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (размораживания, выветривания кладки, воздействия агрессивной среды на кладку, арматуру и связи). Выполнение требования по предельным состояниям второй группы должно защищать конструкции: - от образования или чрезмерного раскрытия трещин; - чрезмерных перемещений, прогибов, кренов. На основании проведенного расчета производят определение: - усилий в конструкциях от эксплуатационных нагрузок и воздействий; - несущей способности этих конструкций. Сопоставление значений этих величин показывает степень реальной загруженности конструкций по сравнению с ее несущей способностью. На основании анализа результатов обследования конструкций и поверочных расчетов определяют категорию технического состояния конструкций и принимают решение об их дальнейшей эксплуатации.Для конструкций, не удовлетворяющих требованиям поверочных расчетов по предельным состояниям второй группы, допускается не предусматривать их усиление, если это не препятствует нормальной эксплуатации. При проектировании методов усиления каменных и армокаменных конструкций следует применять конструктивные решения, изделия и материалы, обеспечивающие требуемую несущую способность, долговечность, пожаробезопасность, теплотехнические характеристики конструкций и температурно-влажностный режим (ГОСТ 4.206, ГОСТ 4.210, ГОСТ 4.219). При проектировании методов усиления каменных и армокаменных конструкций зданий и сооружений следует предусматривать мероприятия, обеспечивающие возможность их применения в зимних условиях с мокрым режимом, а также для наружных стен подвалов, цоколей и фундаментов не допускается. Конструктивное исполнение строительных элементов не должно быть причиной скрытого распространения горения по зданию, сооружению, строению. Способов усиления и восстановления конструкций стен существует множество, как традиционных, так и современных. Наиболее популярными на сегодняшний день являются следующие методы:- усиление стен обоймами. Металлическая обойма состоит из вертикально распложенных уголков, связанных горизонтальными хомутами из стальной полосы. Вертикальные элементы, как правило, крепятся к углам стен на раствор,- металлические тяжи. На противоположных стенах здания, по углам, устанавливаются вертикальные стальные элементы, к которым фиксируются тяжи, представляющие собой металлические стержни, соединенные через стяжные муфты. Стяжка стен дома может осуществляться открыто, поверх фасада, либо скрыто, в штробах;- инъецирование стен выполняется путем нагнетания в трещины специального цементно-полимерного состава под давлением. В результате этого поврежденная конструкция становится монолитной;- усиление простенков осуществляют путем обрамления их металлическим или железобетонным каркасом;- усиление проемов в стенах выполняется при помощи установки в них жесткой сварной рамы из швеллера, двутавра или уголка;- двухсторонняя обойма из железобетона или металла монтируется на стены при наличии значительных повреждений.Помимо «классических» способов усиления стен в настоящее время используется метод внешнего армирования с применением современных композитных материалов на основе углеволокна. Данное техническое решение отличается низкой трудоемкостью и позволяет сохранить первоначальный вид здания после усиления.ЗАКЛЮЧЕНИЕТаким образом, стена несущая – это стена, которая держит конструкцию крыши (или балконы, или любую другую нагрузку) – эта стена, которая является конструктивным элементом. Частью работающей конструкции. Как стойка или балка в стоечно-балочной системе.Стена самонесущая – это стена, которая нечего дополнительного не несет – но имеет свой вес. То есть несет собственный вес, как минимум. Чем она становится выше – тем больше вес, тем больше она по свойствам похожа на несущую. Самонесущие стены - это конструкции небольшой толщины, которые проектируются как наружные ограждающие конструкции здания (сооружения) способные защитить объект от ветровых и снеговых нагрузок.Самонесущие стены делаются в каркасных зданиях, часто самонесущие стены называют ограждающими конструкциями. В каркасных зданиях каркас рассчитывается на нагрузку от перекрытий, вышележащих стен и кровли, таким образом на самонесущие стены действует нагрузка только от собственного веса материала, из которого самонесущие стены изготовлены. Это позволяет использовать для возведения самонесущих стен практически любые материалы, способные выдержать ветровую нагрузку и воздействие атмосферных осадков. Самонесущие стены могут быть и кирпичными и каменными и из тяжелого бетона, но для возведения самонесущих стен как правило используются материалы, обладающие необходимым сопротивлением теплопередаче. Кроме того, материалы для стен должны иметь хорошую морозостойкость и низкое водопоглощение. Чем больше воды поглощается стеновым материалом, тем хуже в итоге будет теплоизоляция и тем быстрее может произойти разрушение материала при замерзании в зимнее время впитавшейся воды. Но, как правило, менее плотные материалы из-за своей структуры имеют достаточно высокое водопоглощение и потому часто нуждаются в дополнительной защите.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Архитектура и строительные конструкции / Под ред. Еременок П.Л. — М.: Издательство литературы по строительству, 2016.2. Архитектурные конструкции / Под ред. Казбек-Казиева З.А. — М.: Архитектура-С, 2016.3. Бадьин Г.М. Справочник строителя-технолога. — М.: Ассоциации строительных вузов, 2018 .4. Бартонь Н.Э., Чернов И.Е. Архитектурные конструкции.— М.: Высшая школа, 2017.5. Благовещенский Ф.А., Букина Е.Ф. Архитектурные конструкции. — М.: Архитектура-С, 2017.6. Дыховичиый Ю.А., Казбек-Казиев З.А., Марцинчик А.Б. и др. Архитектурные конструкции. Книга I. Архитектурные конструкции малоэтажных зданий. — М.: Архитектура-С, 2016.7. Луков А.В., Ковалёв А.В. Сборник конструктивных решений для малоэтажных зданий. - М.: РЭА, 2017.8. Маклакова Т.Г. Архитектурно-конструктивное проектирование зданий. Т. I / Жилые здания.— М.: Архитектура-С, 2016.9. Мейер-Бое В. Строительные конструкции зданий и сооружений / Под ред. Казбек-Казиева З.А. — М.: Стройиздат, 2017.10. Свод правил 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»