Архитектурные конструкции

Членение зданий на деформационные отсеки, решения деформационных швов

Деформацией называют изменение формы или размеров материального тела (или его части) под действием каких-либо физических факторов (внешних сил, нагревания и охлаждения, изменение влажности н от других воздействий). Некоторые виды деформаций названы в соответствии с наименованиями воздействующих на тело факторов: температурные, усадочные (усадка — сокращение размеров материального тела   при потере влаги его материалом); осадочные (осадка — оседание фундамента при уплотнении грунта под ним) и др. Если под материальным телом понимать отдельные конструкции или даже конструктивную систему в целом, то подобные деформации при определенных условиях могут служить причиной нарушений их несущей способности или потери ими эксплуатационных качеств.

Так, наружные стены зданий и бесчердачные покрытия можно рассматривать как единые жесткие плиты, которые, находясь в изменяющихся температурных условиях наружного воздуха, стремятся изменить свои раз* меры и притом не одинаково по сечению плит: их поверхности, обращенные в сторону помещений, находятся в стационарных температурных условиях и не претерпевают температурных деформаций. В таких же условиях находятся и конструкции несущего остова, примыкающие к плитам покрытий. Эти конструкции препятствуют стремлению наружных поверхностей плит изменить свои размеры, что приводит к возникновению сложного напряженного состояния: во всех конструктивных элементах возникают огромные внутренние усилия, следствием которых могут быть трещины и другие дефекты. Механизм таких температурных деформаций показан на схеме рис. 11.10, а на примере одноэтажного каркасного здания: основания колонн и фундаменты расположены в зоне постоянной температуры, в связи с чем в уровне пола размеры L = Σl не претерпевают изменений; изменяются размеры плиты покрытия на величину ±∆Σt = Σla∆t (∆t — амплитуда колебаний температуры наружного воздуха °С; at—-коэффициент линейной деформации материала).

Из схемы видно, что величина прогибов крайних колонн тем больше, чем больше длина здания L = Σl и ∆t (°С). Отсюда следует, что предотвратить нежелательные прогибы разрывы и другие возможные дефекты можно при проектировании, в процессе установления габаритных размеров зданий: приняв расчетные значения ∆t (°С), соответствующими району строительства, можно установить предельные значения L Обычно для этого используют рекомендации нормативных документов или производят специальный расчет. В тех случаях, когда длина (или ширина) зданий превышает эти предельно допустимые значения, здания расчленяются на отдельные объемы, длиной Lt которые называют температурными отсеками. Такое расчленение производится разрезкой всех конструкций здания от карниза до верха фундаментов с образованием температурного шва (тип А на рис, II. 10, б, в; рис. II.11, а).

Размеры температурных отсеков зависят от типов и материалов несущего остова. Длина отсека в каркасных зданиях из железобетона обычно не превышает 60...72 м; в каркасных одноэтажных зданиях из металла эта длина может быть больше в 2...2,5 раза.

В многоэтажных зданиях с каменным несущим остовом размеры отсеков принимаются   в  пределах   40... 100 м (СНиП П-22—81 Каменные и армокаменные конструкции); в таких же зданиях из крупных панелей этот размер равен 75... 150 м (ВСН 32—77 Гос-гражданстроя СССР Инструкция по проектированию конструкций панельных жилых зданий). В приведенных цифрах низшие значения относятся к наиболее суровым климатическим условиям (большим значением ∆t, °С) и к низшим классам строительных материалов, что иллюстрируется табл. II. 1 (поСНиП И-22—84).

При усадке материалов (в монолитных конструкциях, при каменной кладке стен) необходимо учитывать усадочные деформации, что также вызывает необходимость разбивать здание на отсеки. Размеры таких отсеков во многих случаях совпадают с размерами температурных, в связи с чем их чаще всего объединяют, называя в таких случаях и отсеки и швы температурно-усадочными.

Совершенно иной механизм деформаций при неравномерной осадке оснований здания: они направлены по вертикали   и  могут  вызвать   перекосы, сдвиг и т. п.

Такие деформации возможны при значительной разнице в нагрузках на вертикальные опоры (рис. II . 10, г); при несовпадении конструктивных систем и т. п. Первый из этих случаев может иметь место, например, при значительной разнице в высоте (порядка 10 м и более) сопрягаемых частей здания (рис. 11.10, б, тип Б справа); второй — при развороте одного из сопрягаемых объемов (там же, тип Б слева). Возможны и более сложные случаи (рис. 11.11, б).

Принципиальная разница в устройстве осадочного шва в отличие от температурного состоит в разрезке всех конструкций здания, включая фундаменты (тип Б в отличие от типа А на рис. 11.10,в). Необходимо развивать подошву каждого из сопрягаемых фундаментов. Это требует места, в связи с чем вертикальные несущие конструкции раздвигаются на большее расстояние, чем в месте температурного шва; это расстояние определяется расчетом, так как несущая способность основания и величины нагрузок могут существенно различаться.

Обычно при устройстве осадочных швов температурные швы с ними совмещаются. В этом случае шов, равно как и отсек, называют температурно-осадочным. Это не исключает случаев, когда в пределах отсека, разделенного такими швами, требуются еще и дополнительные температурные швы.

Часто к рассмотренным видам швов и отсеков применяют более обобщенные термины: деформационные швы и деформационные отсеки. Этот термин распространяют и на антисейсмические швы и другие, рассмотренные в разд. VI.

Деформационные швы в ограждающих конструкциях решаются сравнительно однотипно, чего нельзя сказать о конструкциях несущего остова. Наиболее просты конструктивные решения температурных швов. В одноэтажных зданиях это достигается устройством парных колонн (рис. 11.11, а); об этом подробнее см. разд. III.

В многоэтажных зданиях принимается во внимание конструктивная система несущего остова. В случае поперечных несущих стен шов устраивают на сопряженных    парных    стенах (рис. II. 12, а); при этом типоразмеры плит перекрытий и навесных панелей сохраняются. При продольных несущих стенах конструкции разрезаются вдоль одной из поверхностей поперечной стены (рис. 11,12, б).

В многоэтажных каркасных зданиях обычно применяют парные колонны расстояние между которыми с заполняется угловыми элементами навесных панелей (рис. 11.12, в) или специально изготовленной вставкой.

Также со вставкой решаются осадочные швы (рис. 11.11, б). На рис. 11.12, г, .ж показаны схемы решений швов в стенах и в совмещенных покрытиях. Величина шва устанавливается расчетом, но она не должна быть меньше 2 см. В шве покрытия устраивают компенсаторы из оцинкованной стали, между которыми располагаются термовкладыши. При возможности аналогично решают и температурный шов стены, однако установка компенсаторов сложна. Обычно на всю толщину стены укладывают термовкладыш в обертке из рубероида. В осадочных швах дополнительно прокладывают два слоя толя, облегчающих взаимное скольжение двух стен при неравномерной осадке.