ТехЛиб СПБ УВТ

Дедюхова И.А., к.т.н., доцент

До индустриализации строительной отрасли в 60-х годах прошлого столетия кирпич  оставался основным конструктивным строительным материалом. Бурные темпы послевоенного строительства жилья, объектов социального назначения, заводов и фабрик, электростанций приводили к резкой нехватке кирпича.

Жилые здания по группе капитальности «Обыкновенные» имеют сравнительно небольшие строительные объемы, два этажа вообще находятся в пределах постоянных значений ветровой нагрузки. Поэтому основным конструктивным отличием зданий по группе капитальности «Обыкновенные»от «сталинок» группы капитальности «Обыкновенные» – является использование облегченной кладки в ограждающих конструкциях, а также каменных стен с воздушным прослойком.

 

Каменные стены с воздушным прослойком имели меньший вес и позволяли снизить количество затрачиваемого раствора и кирпича. Этот тип ограждения использовался с целью исключить мокрые процессы при массовом жилищном строительстве. Однако отделочный кирпич, использовавшийся в этой системе, дававший возможность «дышать» основной кладке ограждающих конструкций, как это позволял защитный слой штукатурки, в этот период производится в недостаточных объемах.

 Стена, состоящая из двух разделенных воздушным прослойком кирпичных стенок толщиной в 1 и 0,5 кирпича, имела толщину 420 мм. По расходу кирпича и по весу она была равноценна сплошной стене в 1,5 кирпича, но ее теплозащитные качества, по существовавшим это время требованиям к теплопроводности, были эквивалентны сплошной стене толщиной 2,5 кирпича. Таким образом, получалась экономия кирпича до 40% при исключении трудоемких процессов оштукатуривания фасада.

Основной несущей частью стены, на которую опиралась конструкция деревянных перекрытий, являлась внутренняя стенка толщиной в 1 кирпич. Внешняя стенка в 0,5 кирпича служила теплозащитным экраном. Воздушный прослоек, в целях предупреждения конденсации в нем водяных паров, устраивался вентилируемым.

Хотя по теплотехническим соображениям кладка обеих стенок отличалась большой тщательностью в отношении заполнения швов раствором, тем не менее, даже тщательно сложенная стенка толщиной в 0,5 кирпича имела достаточную воздухопроницаемость, поэтому при неоштукатуренной наружной поверхности внешней стенки в воздушном прослойке обеспечивался надлежащий воздухообмен. При оштукатуренной наружной поверхности в нижней части воздушного прослойка (на уровне обреза цоколя) и в верхней (под карнизом) оставлялись отверстия площадью 3–5 см², сообщающийся атмосферой воздушный прослоек. Несущая способность этих стен признавалась вполне достаточной для использования их при строительстве многоэтажных зданий до пяти этажей.

Облегченные кладки были широко распространены в России еще в  ХIХ веке. Наиболее часто из этого вида кладок применялись системы, разработанные инженером И. К. Герардом (личным инженером Екатерины II, построившим Таицкий водопровод) и упоминавшимся выше разработчиком легких бетонов и кладочных растворов – инженером Н. А. Поповым. Однако сама по себе система облегченных кладок ассоциируется, прежде всего, с так называемой колодцевой кладкой, предложенной архитектором С. А. Власовым.

Развитие облегченных кладок в сооружения небольшого строительного объема было вызвано необходимостью выполнять во внутренних стенах значительные участки дымовых и вентиляционных каналов. Предтечей всех облегченных кладок была русская кирпичная стена с термовкладышами, которая выполнялась из двух вертикальных кирпичных стенок – наружной и внутренней, толщиной до 120  мм. Между этими стенками закладывались заранее заготовленные сплошные блоки из валяной шерсти со смоляной пропиткой, торфяные блоки, деревянные горбыли и т. п.

Работу над конструкцией облегченной кладки Н. А. Попов начал с разработки изготовления термовкладышей из легких бетонов, поскольку войлок, употреблявшийся для утепления дверных проемов и в качестве основы теплоизоляционного блока, становился рассадником моли. Термовкладыши имели различную толщину в зависимости от требуемого термического сопротивления стены. Связь между двумя кирпичными стенками, необходимая для придания стене должной устойчивости, осуществлялась через введением тычковых рядов кирпичной каждые 3–4 рядa, а впоследствии – стальными анкерами.

Облегченная кладка велась на теплом растворе, независимо от температуры окружающего воздуха, что тоже способствовало популярности данного вида конструкций. Поскольку прочность термовкладышей была невысокой, эти стены не применялись в сооружениях выше трех этажей. Перемычки над проемами выполнялись рядовыми кирпичными, а притолоки снабжались четвертями и обделывались кирпичом.

Разновидностью этих стен были столь же традиционные стены с рыхлым или плотным заполнением. Несущей конструкцией этих видов стен, как и стен с термовкладышами, являлись две связанные между собой кирпичные стенки толщиной в 0,5 кирпича. Образующаяся между стенками полость заполнялась каким-либо сыпучим теплоизоляционным материалом, в основном стружкой и опилками, как это было принято при строительстве деревянных домов.

В стенах Герарда применялась засыпка шлаком. Рыхлая засыпка со временем давала значительную осадку, вследствие чего нарушались теплозащитные свойства стены и возникала реальная опасность продувания. При этом прочность подобной конструкции обеспечивалась лишь несущей способностью двух слабо связанных между собой тонких кирпичных стенок.

И. К. Герард значительно доработал свою систему: через 600–800  мм по высоте стены им устраивались растворные диафрагмы, состоявшие из слоя раствора толщиной 30–40  мм, что несколько снижало осадку утеплителя. Для повышения общей устойчивости стены в тычковых рядах устанавливали металлические анкера. Тычковые ряды образовывали «холодные мостики», что являлось еще одним серьезным недостатком такого решения.

В стенах  Попова пространство между стенками заполнялось набиваемым на месте тощим шлакобетоном. Таким образом, недостатки стен Герарда частично устранялись, поскольку сцеплением бетона с кладкой обеспечивалась более надежная связь между полукирпичными стенками, а бетон воспринимал часть нагрузки, передаваемой на стену. Однако при заполнении пространства между кирпичными стенками бетоном, находящимся в пластичном состоянии, в конструкцию вносилось значительное количество влаги. Тем не менее, стены Попова применяли достаточно широко, поскольку в этой конструкции устранялся существенный недостаток всех облегченных кладок – при пожарах такие стены превращались в аэродинамические трубы.

Колодцевая кладка выполнялась с вертикальными пустотами – колодцами, которые засыпались шлаком или другим рыхлым малотеплопроводным материалом с устройством растворных диафрагм. Такая кладка широко применялась при возведении 2–3-этажных жилых домов III группы капитальности.

Впоследствии вместо рыхлых оседающих засыпок стали применяться неоседающие заполнения. Для этих целей в засыпку вводилось вяжущее (как правило, гипс), который, поглощая влагу, схватывался и связывал рыхлый материал. Во избежание продувания наружная поверхность таких стен обязательно оштукатуривалась. Отделка поверхности стен с внутренней стороны (плотная штукатурка с окраской или оклейкой обоями) препятствовала диффузии водяных паров, оседавших внутри «колодцев» стены при конденсации.

 

В Ижевске наружные стены зданий выполнялись из облегченной кирпичной кладки колодцевого типа: с вертикальными пустотами – колодцами, засыпанными шлаком, с устройством растворных диафрагм из шлакобетона. Толщина наружной стены – 510 мм. Внутренние несущие стены возводились из сплошной кирпичной кладки толщиной 380 мм.

 Облегченные кладки требовали производства больших объемов теплоизоляционных материалов, использовавшихся для заполнения пазух и полостей. Еще до войны в 1928—1932 гг. в СССР появились предприятия, производящие стеклянное волокно, шлаковую вату, совелит, пенобетон, торфоплиты и др. К концу же второй пятилетки была создана самостоятельная отрасль – промышленность теплоизоляционных материалов.

Большинство теплоизоляционных материалов одновременно использовались и в качестве акустических, так как они обладают достаточно хорошими звукоизоляционными свойствами.

Объемная масса теплоизоляционных материалов — один из важных показателей их теплоизолирующих качеств: чем меньше объемная масса, тем выше качество материала. С повышением объемной массы, как правило, увеличивается теплопроводность (отрицательный показатель), но увеличивается также и прочность (положительный показатель). По объемной массе в сухом состоянии (кг/м³), теплоизоляционные материалы делились на марки 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400,450, 500, 600 и 700.

Основным показателем теплоизоляционных материалов, определяющим технические свойства, считалась пористость. По существовавшим в тот период требованиям, пористость должна обеспечивать материалу теплопроводность меньше 0,21 Вт/(м-°С) и объемную массу не более 700 кг/м.

У высокопористых материалов, в которых масса твердого вещества очень мала (например, мипора), теплопроводность приближается к теплопроводности воздуха. Ниже приведены значения пористости теплоизоляционных материалов и для сравнения некоторых конструктивных строительных материалов.

Пористость некоторых материалов

Материал	Пористость, %	Материал	Пористость, %
Ячеистые бетоны	50-90	Сталь	0
Трепельный кирпич	60-75	Гранит,   мрамор	0,2-0,8
Пеностекло	85-90	Тяжелый   бетон	9-17
Древесноволокнистые пористые плиты	82-87	Глиняный   кирпич	24-33
Пористые пластмассы	90-98	Древесина   сосны	67-73

Номенклатура теплоизоляционных материалов и изделий, применявшихся в строительстве жилья III группы капитальности, весьма обширна. Классифицировать их можно по разным признакам: по основному исходному сырью, форме и внешнему виду, назначению и области применения.

Все теплоизоляционные материалы по виду исходного сырья разделяют на две большие группы — органические и неорганические. К первой группе относятся торфяные и камышитовые плиты. Вторая, более обширная группа материалов включает трепельные керамические изделия, асбестосодержащие изделия (асбестоцементные, асбестодоломитовые, асбестомагнезиальные и т.д.), а также сыпучие теплоизоляционные материалы — керамзитовый гравий, вспученные вермикулит, перлит, различные шлаки.

Органические материалы менее прочны и надежны в эксплуатации, так как они гигроскопичны и легко загнивают при увлажнении, а также не выдерживают действия температур выше 100°С.

Неорганические материалы, не имеющие этих недостатков, могут работать при весьма высоких температурных перепадах. Это деление не является достаточно четким, поскольку в этот период использовались и комбинированные теплоизоляционные материалы, т. е. содержащие как органическое, так и неорганическое сырье. Примером может служить фибролит, изготовляемый из древесной шерсти и цемента, а также изделия из неорганического сырья, но с органическим (например, полимерным) материалом в качестве связующего.

По внешнему виду теплоизоляционные материалы делялтсь на штучные и сыпучие. Сыпучие материалы применялись для утепления путем засыпки чердачных перекрытий и пустот в стенах зданий облегченного типа.

Теплоизоляционные материалы по строению разделяют на несколько групп — ячеистые, зернистые, волокнистые, пластинчатые и смешанные. Строение материала влияет не только на теплоизоляционные свойства, но и на прочность, объемную массу и другие физико-механические показатели. На теплоизоляционные свойства материалов оказывает влияние и его структура, особенно на материалы волокнистого строения, так как теплопроводность поперек волокон значительно меньшая, чем вдоль волокон (древесины, например, в два раза).

Значительное влияние на качество теплоизоляционных материалов оказывает их влажность: высокопористое строение способствует увлажнению материалов, что в свою очередь ухудшает основные свойства — теплопроводность, прочность, биостойкость и морозостойкость.

Не менее важный показатель теплоизоляционных материалов — водопоглощение. Более высокое водопоглощение имеют изделия с сообщающимися порами, а более низкое — изделия с замкнутыми порами. Для многих теплоизоляционных изделий, если они не увлажняются в условиях эксплуатации, большое водопоглощение не имеет значения. Однако в наружных стенах, где шло постоянное оседание конденсата в процессе теплообмена, оно является отрицательным свойством, так как при этом значительно снижаются их теплозащитные и прочностные свойства.

Теплоизоляционные материалы, имеющие высокопористое строение и сообщающиеся поры, особенно склонны к значительному увлажнению, но это компенсируется и положительным их качеством — возможностью расширения воды при замерзании без разрушения материала.

Кроме того, у органических теплоизоляционных материалов учитывалась биологическая стойкость, тесно связанная с водостойкостью, а для всех теплоизоляционных материалов, используемых в наружных стенах зданий, определялась морозостойкость. Учитывалась и огнестойкость теплоизоляционных материалов, расположенных в конструктивных пазухах, которые могли в условиях пожара превратиться в аэродинамические трубы. Обычно предел огнестойкости теплоизоляционных материалов вследствие их высокой пористости и малой теплопроводности – был значительно выше предела огнестойкости родственных им изделий из плотных материалов.

Теплоизоляционные органические материалы после войны вырабатывались из различного растительного сырья и отходов: из горбыля, реек, древесной стружки, опилок, камыша, торфа, очесов льна, конопли, а также войлока. Опилки, торф, стружки не применялись в качестве теплоизоляционных засыпок, особенно в естественном виде, так как не антисептированные и несвязанные, они, подвергаясь увлажнению, быстро загнивали и могли явиться источником заражения деревянных конструкций. Кроме того, такая засыпка давала неизбежную осадку, вследствие чего верхняя часть стен оказывается лишенной теплоизоляционного слоя, что резко снижало эффективность теплоизоляции.

Сырье этих видов использовалось для производства плит с применением каких-либо вяжущих веществ. В процессе производства плит его антисептировали и вводили антипиреновые добавки для повышения огнестойкости, а для уменьшения гигроскопичности — парафиновую эмульсию. Малая объемная масса материалов давала возможность изготовлять большие и в то же время легкие плиты, долговечностью 30-40 лет.

Торфяные плиты изготавливались из торфа, имеющего волокнистую структуру. Для выработки плит, а также других видов торфяных изоляционных изделий (скорлуп, сегментов, блоков) применяли неперегнивший мох-сфагнум, залегающий на поверхности торфяных болот и не используемый в качестве топлива. В 1920-х годах для скрепления торфяных волокон в массу добавляли битум и каменноугольный пек, что увеличивало объемную массу и теплопроводность изделий. В дальнейшем от применения вяжущих материалов отказались. Волокна сфагнума, образующие изделия, склеиваются под влиянием термической обработки, во время которой из них выделяются собственные клеящие вещества в результате перехода содержащихся в волокнах сфагнума коллоидов в нерастворимую форму. Сырье, применяемое для изготовления плит, следует подбирать особенно тщательно, так как свойства изделий предопределяются свойствами торфа.

Торфяные теплоизоляционные плиты всех видов выпускались в виде блоков, склеенных по толщине из двух или нескольких плит. Поверхности плит выполняли гладкими; иногда со следами сетки и маркировки. В изломе плиты имели однородную структуру без пустот, трещин, расслоений и посторонних включений. В плитах не допускались трещины, надломы, отбитые на всю толщину углов, и заусенцы длиной более 2 мм.

Торфяные теплоизоляционные плиты применялись для изоляции стен, междуэтажных и чердачных перекрытий, часто для утепления тонких кирпичных стен снаружи, поскольку они хорошо крепились к изолируемой поверхности. В этом случае плиты оштукатуривали и защищали от действия влаги. Объем плит изменялся в зависимости от влажности и резких колебаний температуры, поэтому многие наружные плиты покоробились. Долговечность этого утеплителя не превышает полувека.

Фибролитом называют теплоизоляционный материал, получаемый в виде плит в результате затвердевания спрессованной массы, состоящей из древесной шерсти и цементного теста. Фибролитовые плиты помимо хороших теплоизоляционных качеств обладают достаточной прочностью. Основная составная часть фибролита — древесная шерсть, представляющая собой тонкую древесную стружку длиной 400—500 мм, шириной 4—7 мм и толщиной 0,25—0,5 мм. Вырабатывают древесную шерсть на древесношерстных станках из отходов древесины — ели, липы, сосны и осины.

Плиты выпускались двух размеров: 200х50 см (при толщине 2,5, 5, 7,5 и 20 см) и 240х55 (при толщине 5; 7,5 и 10 см). Технические условия допускали выработку плит и других размеров по согласованию с потребителем.

По объемной массе, которая зависит от степени прессования, плиты делились на четыре марки — 300, 350, 400 и 500. Плиты объемной массой 300 и 350 кг/м³ относились к теплоизоляционным, а при 400—500 кг/м³ — к конструктивным. Влажность цементного фибролита всех марок не превышала 20%, водопоглощение — 60—70%. При влажности выше 35% фибролит может поражаться домовым грибом, поэтому плиты надо защищать от увлажнения как при хранении, так и в конструкциях, поэтому фибролитовые плиты применялись для теплоизоляции внутри зданий в качестве основания под штукатурку. Фибролит хорошо поддавался пилению, сверлению, его шероховатая поверхность способствует прочному сцеплению их со штукатуркой. Цементный фибролит не горит открытым пламенем, а только тлеет.

Камышитовые плиты представляли собой прямоугольные изделия из прессованного и прошитого проволокой камыша. Плиты ихготавливались двух типов: с поперечным расположением стеблей камыша и с продольным расположением стеблей. Камышитовые плиты имеют следующие размеры, см: длина 240, 260 и 280, ширина 55, 95, 115 и 150 и толщина 3, 5, 7 и 10. Плиты должны иметь правильную прямоугольную форму и ровные торцовые срезы.

В зависимости от степени прессования объемная масса плит толщиной 3 и 5 см 200—250 кг/м³ , а 7—10 см— 175— 200 кг/м³. Камышитовые плиты под действием огня не горят открытым огнем, но тлеют; чем сильнее спрессована плита, тем выше ее огнестойкость. Для защиты от гниения и повреждения грызунами камышитовые плиты пропитывались обычно 5%-ным раствором железного купороса. Положительные свойства камышитовых плит — легкость механической обработки, хорошее сцепление со штукатуркой без применения дранки, что значительно облегчает отделочные работы. Существенный их недостаток — малая гнилостойкость и подверженность порче грызунами; кроме того, они плохо держат гвозди. Долговечность таких плит – не более 15-20 лет.

Камышитовые плиты применялись в строительстве малоэтажных жилых зданий III группы капитальности в качестве заполнителя наружных каркасных стен, каркасных перегородок, в перекрытиях, покрытиях и в качестве теплоизоляционного материала. Не допускается применять камышитовые плиты в капитальных зданиях с относительной влажностью воздуха свыше 70% и конструкциях зданий, которые при эксплуатации могут увлажняться.

Строительный войлок выпускался в виде прямоугольных полотнищ длиной 100—200 и шириной 50—200 см при толщине 1,2 см. Сырьем для производства войлока служила грубая шерсть (коровья, конская и др.) с добавкой не более 10% льняной пакли. Использовались также отходы шерстяного и мехового производства. При валке войлока для лучшего скрепления полотна добавлялись клеящие вещества.

Строительный войлок широко применялся плоть до конца 80-х годов прошлого столетия для теплоизоляции дверных проемов. В жилых зданий III группы капитальности строительный войлок использовался для теплоизоляции стен и потолков, под штукатурку, которую наносили по дранкам, для утепления оконных и дверных коробок, для изоляции концов деревянных блоков при закладке их в кирпичные стены и пр.

Простейший теплоизоляционный материал шевелин  изготовляли из льняной пакли, помещаемой между двумя листами толя, пергамина или плотной бумаги, пропитанной нефтяным битумом. Волокна льняной пакли по всей длине полотна толя разделяли двумя промежуточными листами бумаги и прошивают подлине крепкими кручеными нитками с расстоянием между швами 15-20 см. Полотнища шевелина изготовляли длиной до 25 м, шириной 10 см, толщиной 12,5 и 25 мм. Готовые полотнища скатывали в рулоны. Объемная масса шевелина 100—150 кг/м³, теплопроводность 0,047 Вт/(м-°С) при нормальной влажности 15%. Однако шевелин малогигроскопичен и обладал небольшой воздухопроницаемостью, он горит открытым пламенем и подвергался порче грызунами.

Пакля  представляла собой спутанное льняное волокно — отход при обработке льна. Пакля, используемая для строительных целей, должна быть мягкой, с небольшим содержанием костры, без посторонних включений, сухой, без прелого и гнилостного запаха. Паклю применялась для конопатки в целях утепления оконных и дверных коробок. Просмоленную паклю использовали для уплотнения пазов гидротехнических сооружений, заделки раструбных соединений труб и пр.

При производстве неорганических материалов и изделий   применяют горные породы, шлаки, стекло и асбест.

Вспученным вермикулитом получали путем измельчения и кратковременного обжига в течение 3-5 мин природного вермикулита. Вермикулит — сложный алюмосиликат магния (продукт изменения слюд, преимущественно биотита). В процессе обжига при 800—1000°С вермикулит вспучивается, увеличиваясь в объеме в 20 раз и более. Вспученный вермикулит обладает высокой пористостью, малой объемной массой и низкой теплопроводностью.

Насыпная объемная масса его зависит от условий обжига и размеров зерен. В зависимости от размеров зерен вермикулит делили на три фракции: крупную 5—10, среднюю 0,6—5 и мелкую до 0,6 мм. С учетом объемной_массы вермикулит вырабатывали трех марок — 100, 150 и 200. Вспученный вермикулит — эффективный теплоизоляционный материал. Используют вермикулит и для изготовления теплоизоляционных изделий — при добавке вяжущих веществ из него формуют плиты, скорлупы и сегменты. Температуростойкость изделий из вспученного вермикулита зависит от применяемого вяжущего вещества.

Изделия на основе портландцемента имели температурную стойкость до 1000°С, на основе глины с добавкой крахмала— до 900°С, на основе полимерных связующих — не выше 200°С. Вспученный вермикулит применялся в качестве заполнителя для легких бетонов и приготовления штукатурных теплоизоляционных растворов. Долговечность вермикулита превышает 60 лет.

Перлит  — кремнеземистая горная порода вулканического происхождения. При кратковременном обжиге измельченного перлита при 700—1200°С образуется пористый материал в виде песка или щебня — вспученный перлит.

Перлитовый щебень применялся в качестве заполнителя в теплоизоляционных и конструктивно-теплоизоляционных бетонах, перлитовый песок — в качестве заполнителя в бетонах и растворах и для изготовления теплоизоляционных изделий, а также для огнезащитных штукатурок. Используют песок и для теплоизоляционных засыпок при температуре изолируемых поверхностей от 200 до +800°С. Теплоизоляционные изделия из вспученного перлита получались добавлением к нему в качестве связующего портландцемента, жидкого стекла, диатомита и других минералов. В зависимости от вида вяжущего изделия имели различные показатели объемной массы, прочности, теплопроводности и теплостойкости.

Асбестовые материалы. Для производства теплоизоляционных материалов использовался главным образом хризотил-асбест, так как его волокна более прочны и эластичны, чем другие виды асбеста. При этом они слабее связаны между собой и легче распушиваются на отдельные волокна.

Асбестовый картон («сухая штукатурка») изготовлялся из асбестовой бумаги или асбестового волокна, смешанного с наполнителем — каолином и связующим веществом — крахмалом. Ячеистый асбестовый картон состоит из чередующихся слоев гладкой и гофрированной бумаги, склеенных между собой жидким стеклом или клеем. В зависимости от толщины бумаги и размеров воздушных прослоек его объемная масса составляет 250—600 кг/м³, теплопроводность 0,052—0,093 Вт/(м-°С) при 50°С. Асбестовый картон в виде плит применялся для теплоизоляции плоских поверхностей.

Кроме того, для заполнения пазух облегченной кладки повсеместно использовались различные шлаки. Все они обладали высокой гигроскопичночность и низкой долговечностью. В жилье, где в качестве утеплителя применялись шлаки, сохранялась повышенная влажность, намокание и коробление деревянных конструкций заполнений проемов.

 Многослойные стены, выполняемые в виде облегченных кладок различных типов, обычно состояли из двух кирпичных стенок (наружной и внутренней) толщиной в полкирпича, пространство между которыми заполнялось более легкими теплоизоляционными материалами. Рассмотрим основные принципы расчета этой ограждающей конструкции, применявшиеся в 50-х годах прошлого столетия.

Отдельные слои кладки многослойных стен работают неравномерно, так как они имеют различные упругие свойства. Считалось, что разрушение облегченных кладок начинается с более жесткого слоя, имеющего меньшую деформативность, поэтому прочность остальных слоев используется не полностью, что учитывается коэффициентами условий работы т₁ и т₂,.

Несущая способность многослойных кладок определяется прочностью и площадью поперечного сечения отдельных слоев, а также способом соединения их между собой.

Ось многослойной стены, по отношению к которой определяются эксцентрицитеты приложения усилий, принимается проходящей через центр тяжести сечения, приведенного к одному материалу.

При приведении толщина слоев сохраняется без изменения, а ширина слоев (вдоль стены) изменяется пропорционально отношению расчетных сопротивлений сжатию отдельных слоев многослойной стены по формуле

где b_пр—приведенная ширина слоя;

b—фактическая ширина слоя;

R₁—расчетное сопротивление рассматриваемого слоя;

R₂—расчетное сопротивление слоя, к материалу которого приводится сечение.

Коэффициенты использования прочности материалов отдельных слоев многослойной кладки т₁ и m₂

Кладка	Для слоя из кирпичной кладки т1	Для слоев из других материалов m2
Кирпичная с   применением:Легкого бетона марки 10 и выше	1	0,6
Камней марки:25 и выше	0,9	1
15	1	0,9
ниже 15	1	0,5

 

При расчете многослойных стен принимается приведенное расчетное сопротивление, которое для стены, состоящей, как правило, из двух материалов, определяется по формуле

R_пр=

где F₁ и f₂— фактические площади сечения отдельных слоев;

R₁ и R₂—расчетные сопротивления сжатию отдельных слоев кладки или бетона;

т₁ и m₂—коэффициенты условий работы, учитывающие использование прочности отдельных слоев многослойной кладки.

Расчет многослойных стен производится по формулам:

а) при центральном сжатии

N_п

б) при внецентренном сжатии с малыми эксцентрицитетами (при е_о0,45у)

N_п

с большими эксцентрицитетами (при е₀ >0,45у)

N_п,

где N_п —приведенная продольная сила;

F—фактическая площадь сечения несущих слоев многослойной кладки;

R
_пр—приведенное расчетное сопротивление;

F_пр—площадь сечения, приведенного к одному материалу;

F_с.пр—сжатая часть площади приведенного сечения при прямоугольной эпюре напряжений,

F_с.пр2b_пр(y—е_о), b_пр—ширина более сжатого края приведенного сечения;

h—высота сечения;

у—расстояние от центра тяжести приведенного сечения до края сечения в сторону эксцентрицитета;

т₀ — коэффициент, учитывающий влияние перевязки кладки при центральном сжатии.

При колодцевой кладке или перевязке кладки прокладными тычковыми рядами с расстоянием между ними не более 40
см (5 рядов кирпичной кладки или 2 ряда кладки из камней) т_о =1; при расстоянии между тычковыми рядами более 40 см, но не более 62 см (8 рядов кирпичной кладки или 3 ряда кладки из камней) т_о =0,9;

т_и — коэффициент, учитывающий влияние перевязки кладки при внецентренном сжатии,

т_и = т_о(1— );

—коэффициент продольного изгиба, определяемый для колодцевой кладки и кладки с тычковой перевязкой, а также для кладки с металлическими связями и заполнением из монолитного бетона марки 7 и выше по упругой характеристике кладки наружных стенок, как для сплошного сечения стены.

Если наружные стенки выполнены из различных материалов, то принимается более низкое значение упругой характеристики кладки.

В стенах с металлическими связями (при отсутствии тычковой перевязки) с засыпками или термовкладышами каждая ветвь кладки работает самостоятельно на приложенные к ней нагрузки. В этом случае коэффициент определяется по средней величине из двух значений , принимаемых для всей толщины стены и для одной (более тонкой) наружной стенки.

При расчете многослойных стен с большими эксцентрицитетами вначале определяется коэффициент продольного изгиба _и, при этом коэффициенты и _с принимаются для сечений F_пр и F_с.пр, коэффициент _с может приближенно определяться для гибкости

=,

где Н’ — высота части элемента с однозначной эпюрой изгибающего момента.

В многослойных стенах эксцентрицитет продольной силы не должен превышать значений е_пр. В стенах с облицовками эксцентрицитет продольной силы, направленный в сторону облицовки, не должен превышать 0,5 у. При толщине облицовочного слоя менее 15% от общей толщины стены коэффициент продольного изгиба принимается по упругой характеристике основного материала стены, а гибкость — по общей толщине стены, включая облицовку.

В качестве примера проверим несущую способность простенка из пустотелых легкобетонных камней марки 35, облицованного с наружной стороны кладкой из обыкновенного глиняного кирпича пластического прессования марки 100. Простенок выложен на растворе марки 25. Перевязка облицовки с кладкой выполнена прокладными кирпичными рядами через 62 см (8 рядов облицовки и 3 ряда кладки из камней). Сечение простенка 52х160 см. Высота этажа 3 м. Простенок нагружен расчетной продольной силой N_n =40 т, приложенной на расстоянии 20 см от внутренней грани стены.

Расчетное сопротивление кирпичной облицовки R₁ =13 кгс/см², расчетное сопротивление кладки из пустотелых легкобетонных камней (табл. 147) R₂=8 кгс/см². Площадь сечения облицовки F₁=l2х160=1920 см². Площадь сечения кладки из камней F₂=40х 160=6400 см². Общая площадь сечения простенка F= F₁ + F₂=8320 см².

Приводим сечение простенка к одному материалу — кладке из легкобетонных камней. Приведенная ширина кирпичной облицовки

b_пр=160 х =260
см.

Площадь приведенного сечения F_np= 12 x 260+40 x 160=9520 см².

Статический момент площади сечения относительно внутренней     грани простенка S=52x x160 x 26+12 x 100 x 46=271 200 см³.

Расстояние от центра тяжести приведенного сечения до внутренней грани стены

у=

Эксцентрицитет приложения расчетной продольной силы относительно центра тяжести приведенного сечения

е₀= 28,5-20=8,5 см, =0,3<0,45.

Простенок работает на внецентренное сжатие с малым эксцентрицитетом. Приведенное расчетное сопротивление

R_пр =8,9 кгс/см².

Упругая характеристика кладки из глиняного кирпича пластического прессования и из пустотелых легкобетонных камней при растворе марки 25 1000

Коэффициент продольного изгиба =0,96.

Коэффициент, учитывающий условия перевязки кладки

m_и= m₀=0,83

Определим несущую способность простенка:

=43500 кгс >N_n = 40000 кгc.

Несущая способность простенка достаточна.