О работе кирпичной облицовки современных высотных зданий

О РАБОТЕ КИРПИЧНОЙ ОБЛИЦОВКИ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ

THE ARTICLE TELLS ABOUT WORK OF BRICK FACING OF MODERN HIGH-STRENGTH BUILDING

И.Н. Бондаренко, Ю.Н. Малашкин, H.A. Качков, В.И. Бондаренко I.N. Bondarenko, U.N. Malakshin, N.A. Kachkov V.I. Bondarenko

ГОУ ВПО МГСУ

Приведены результаты обследования фасадов. Установлено, что причиной трещинооб-разования и обрушения фрагментов кладки стали технологические нарушения допущенных строителями.

The article reflects to results of inspection of facades. There were established that the reason of formation of cracs and collapse of fragments of brickwork were technological breaks, which were made by builders.

Обследование фасадов в зданиях, постройки 2005-2008 годах, выполненных из семищелевого облицовочного кирпича показали, наличие многочисленных технологических нарушений допущенных строителями при возведении облицовки, что неизбежно привело к трещинообразованию и обрушению фрагментов кладки, местному разрушению кирпичной облицовки и кладки стен. Для устранения дальнейшего трещино-образования и разрушений в кирпичной кладке нами были разработаны рекомендации по устройству деформационных швов, способов закрепления фрагментов облицовки и установке дополнительных крепежных анкеров на наиболее проблемных сложнона-пряженных деформируемых участках облицовки стен здания.

Службой эксплуатации здания с привлечением специализированной организации (верхолазы) часть наших рекомендаций была реализована. Так на уровне 5-го и 8-го этажей по всему периметру здания устроены деформационные швы и в ряде мест установлены химические анкеры.

Это позволило в значительной степени стабилизировать процессы трещинообра-зования и разрушения, обеспечить безопасность движения жильцов.

Однако эксплуатация фасадов после усиления облицовки показала, что разработанные нами рекомендации были осуществлены заказчиком не в полном объеме. Так, например, горизонтальные деформационные швы не затрагивали угловые и выступающие элементы фасада, а использованные химические анкеры оказались недостаточно долговечными и эффективными. Поэтому деформации кирпичной облицовки с соответствующим трещинообразованием и местным разрушением продолжали развиваться на узких выступающих и угловых панелях облицовки.

Рис.1. Вертикальные трещины между Рис.2. Трещины и откалывание лицевой по-двумя панелями облицовки верхности кирпича в торце не выполненного

деформационного шва

Кроме того выявлены дополнительные дефекты в кирпичной облицовке, которые ранее не отмечались.

Вертикальные трещины между двумя панелями облицовки, из которых одна значительно короче по высоте другой и опирается на железобетонную перемычку или балку (Рис.1). Такие трещины возникают из-за того, что имеется возможность подвижки панелей относительно друг друга с возникновением срезающих усилий. Наличие таких трещин явно свидетельствует либо об недостаточном количестве анкерных связей, либо о не эффективности их работы.

Трещины и откалывание лицевой поверхности кирпича в торце не выполненного деформационного шва (рис.2). Дефект вызван из-за концентрации напряжений в этой зоне. Поэтому деформационный шов должен пересекать всю панель облицовки, включая угловые и выступающие элементы фасада.

Скалывание лицевой поверхности кирпича под распирающим воздействием раствора, заполняющего полости кирпича (рис.3), а также из-за прогиба консольной части металлического уголка или железобетонной перемычки (балки). Для недопущения подобных дефектов необходимо устраивать достаточной зазор (шов) между уголком (перемычкой) и ниже лежащим слоем кирпичной облицовки.

Вертикальные трещины в кирпичной облицовке в зоне ее опирания на металлический уголок (рис.4) возникают из-за жесткого контакта металла и кирпичной кладки при наличии разности в коэффициентах линейного растяжения, - для металла а1=1х10"5, а для кирпичной кладки ат=0,5х10"5. Для предотвращения подобного трещи-нообразования необходима смазка опорной поверхности уголка для уменьшения контактного трения.

Рис. 3 Скалывание лицевой поверхности кирпича под распирающим воздействием раствора, заполняющего полости кирпича

Рис.4. Вертикальные Рис.5. Вертикальные тре- Рис.6. Вертикальная трещи-трещины в кирпичной щины в облицовке пилонов, на кирпичной кладки облицовке в зоне ее опи- ограждающих лоджии рания на металлический уголок

Вертикальные трещины в облицовке пилонов, ограждающих лоджии (рис. 5). Дефект возникает вероятнее всего из-за разности температурно-влажностных деформаций боковой (широкой) и торцевой (узкой) панелей облицовки. Для предотвращения трещинообразования в этих зонах требуется усиленное анкерное крепление облицовки.

Помимо отмеченных выше основных (объемных) дефектов, на облицовочной поверхности часто наблюдаются дефекты (трещины, сколы) локального характера.

- Отсутствие или выпадение прослойки раствора под частью нижней поверхности кирпича заставляет его работать на изгиб, что ведёт к его разрушению и развитию трещин.

- Наличие в кирпичной кладке более жесткого (с повышенным модулем упругости) и, соответственно, менее податливого элемента (кирпича) вызывает концентрацию растягивающих напряжений и появление трещин, которые огибают этот элемент.

- Устройство различного рода технологических отверстий в кирпичной облицовке нарушает её целостность и также инициирует образование трещин, которые могут вызвать серьёзные разрушения под воздействием процессов намокания-высыхания и замораживания-оттаивания.

Условия работы и надежности крепления кирпичной облицовки существенно усложняются с увеличением толщины облицовки. При обследовании такой облицовки были выявлены некоторые её зоны, находившиеся в катастрофическом состоянии (рис. 6).

Поэтому применительно к этому объекту помимо проблем различного рода ремонтных работ (установка дополнительных опор, устройство деформационных швов, анкерного крепления в виде удлиненных базальто-пластиковых гибких связей и т.д.) потребовались конструктивные решения по поддержанию выше расположенной кирпичной облицовки при разборе и замене вышедших из строя участков. Основными причинами разрушения облицовки в этом случае, как нам представляется, являются прежде всего неудачные конструктивные решения по опиранию её на металлический уголок, консольный вылет которого для двухрядной облицовки может достигать 250300 мм. При этом длина анкерных гибких связей с учетом толщины утеплителя составляет 600-700 мм, а отмечаемые обычно в ходе строительства технологические нарушения (дефекты в креплении опорных уголков, их наклон или перекос, отсутствие или же недостаточное количество анкерных связей, некачественное выполнение деформационных швов и многое другое) ведут в последующем к трещинообразованию и часто к разрушению кирпичной кладки.

Эти же недостатки и проблемы отмечают и другие исследователи. Наличие проблем и неясностей в работе элементов кирпичной облицовки подтверждается данными поверочных расчетных оценок их напряженно-деформированного состояния. Так, например, напряжения в основании этажного блока однорядной облицовки составляет 0,5-0,6 кгс/см2. Однако в случае откалывания хвостовой части кирпича ФЛ-1 напряжения на его лицевую часть могут возрасти в 10-15 раз, что практически весьма близко к пределу прочности кирпичной кладки см. рис.7

Кроме того для двухрядной облицовки расчетные величины прогиба металлического уголка в плоскости и из плоскости стены при расстоянии между точками его крепления 50 см составляют соответственно порядка 0,8 и 1 мм. Для металлического уголка такие прогибы вполне допустимы, но для кирпичной кладки они ведут к местным значительным концентрациям напряжений и, соответственно, к разрушению. Следует отметить также, что увеличение толщины облицовки вызывает существенный рост изгибающего момента, действующего на грань металлического уголка, прилегающую к плоскости его крепления.

Следствием этого является увеличение отрывного усилия, воспринимаемого сварным соединением или анкером. Так, например, для однорядной облицовки расчетное усилие на анкер составляет 180-200 кгс, а для двухрядной 800-1000 кгс. Если же опорные уголки на вышерасположенных уровнях по ряду причин (плохое крепление, наклон и проч.) частично или полностью не выполняют своих функций, то приведенные расчетные оценки напряжений, деформаций и усилий могут увеличиваться многократно.

Рис.7 Смятие П-образиого кирпича ФЛ-1

Таким образом из сказанного следует, что наличие в облицовке металлического уголка является источником опасности. Поэтому эта зона облицовки должна выполняться особенно тщательно и, разумеется, с непременным устройством деформационного шва с эластичным наполнением и соответствующими смазками, которые будут способствовать снятию отмеченных концентраций напряжений и температурных деформаций.

Представляется, что в последующем необходимо отказаться от опорных металлических уголков. Облицовка должна опираться на выступ плиты перекрытия, который гарантирует надёжную схему распределения нагрузок.

Желательно также отказаться от использования щелевидного кирпича, так как зачастую цементно-песчаный раствор оказывает расклинивающее действие и он может разрушиться при небольших сжимающих усилиях.

Из данных обследований напрашивается также рекомендация о недопущении на фасаде зданий с кирпичной облицовкой резко-выступающих элементов, особенно под прямым углом, а угловые зоны фасада необходимо армировать или усиливать специальными хомутами.

Из анализа различного рода дефектов в облицовке видно, что в научной и нормативной литературе недостаточно данных для получения вполне надёжных решений по облицовке. В связи с этим необходимо исследовать величины возможных подвижек блока облицовки в плоскости и из плоскости стены при различных видах гибких связей.

Также представляют интерес исследования работы металлического уголка при различных способах его крепления и многие другие вопросы, связанные с напряженно-деформационным и температурно-влажностным состоянием стен энергосберегающей конструкции.

Литература

1. М.К. Ищук. Исследование напряженно-деформированного состояния лицевого слоя из кирпичной кладки при температурно-влажностных воздействиях. Промышленное и гражданское строительство, №3, 2007

2. www.stroinauka.ru: Проблемы и решения конструкций зданий с многослойными наружными стенами. 2009г. Д.В. Лифшиц, М.О. Павлова, А.В. Простаков

3. http://makonstroy.ru/forum: Современные исследования и разработки способов ремонта, реконструкции, реставрации и мониторинга каменных конструкций в России и Европе. 2009г. М.О. Моськина, О.Ю. Пыхяла

The literature

1. M.K. Ishuk. Issledovanie napriajenno-deformirovannogo sostoiania lizevogo sloia iz kirpich-noy kladki pri temperaturno-vlajnostnyh vozdeistviah. PGS, N3, 2007

2. www.stroinauka.ru: Problemy i rechenia konstrukziy zdaniys mnogosloinimy narujnimi stena-mi. 2009/D.V. Livchiz, M.O.Pavlova. A.V. Prostakov

3. http://makonstroy.ru/forum: sovremennie issledovania i razrabotki sposobov remonta, rekon-strukzii, restavrazii i monitoringa kamennyh konstrukzii v Rossii i Evrope. 2009. M.O. Moskina, O.J. Pyhiala

Ключевые слова: кладка, обрушение, трещинообразование, напряжения Keywords: brickwork, collapse, formation of cracs, tension

E-mail автора: Sega1357@mail.ru Рецензент: заместитель генерального директора ООО «Бизнес Консалтинг ЮНГ» Е.А.Рожков