Header Image
По заключению экспертов АРИН, на данный момент "южных" гетто в Петербурге пока нет, но уже появляются территории, где довольно непросто услышать русскую речь.
Подробнее ...
Обнаружение трещин в лицевом слое наружных стен Печать E-mail
14.05.2017 17:13
Необходимость в работе возникла в связи с обнаружением в лицевом слое наружных стен трещин. Обследованию подлежала часть здания, где трещины проявились в большей степени.
Целью обследования являлось установление причин образования трещин на этом участке и разработка рекомендаций по ремонту лицевого слоя.
Описание конструкций здания
Проект здания разработан в 2000 году. 
Несущие элементы наружных и внутренних стен, пилонов и перекрытий выполнены из монолитного железобетона. Железобетонные пилоны наружных стен имеют толщину 0,3 м. Снаружи пилоны облицованы кладкой из глиняного керамического кирпича высотой 65 мм. Толщина кладки 12 см. Между лицевым слоем из кирпича и железобетонным пилоном размещен слой утеплителя из минераловатных плит толщиной ~0,2 м.
Согласно проекту, связь между лицевым слоем и железобетонным пилоном осуществляется гибкими стальными связями. Одной стороной связи крепятся к железобетонному пилону с помощью стальных дюбелей, а другой заведены в горизонтальные растворные швы. Количество связей по проекту составляет 5 шт. на 1м2.
По проекту в уровне междуэтажных перекрытий лицевой слой кладки устанавливается на стальной уголок №10, крепящейся с помощью стальных дюбелей к перекрытию. Горизонтальный деформационный шов под опорным уголком проектом не предусмотрен.
На участке наружных стен, где монолитные железобетонные пилоны отсутствуют, конструкция наружной стены в соответствии с проектом следующая. Внутренний слой стены должен выполняться из кладки из ячеисто-бетонных камней. Объемная масса ячеистого бетона, марка камней по прочности на сжатие и по морозостойкости в чертежах указаны не были. Толщина кладки из ячеисто-бетонных камней по проекту составляет 0,4 м. Этот слой стены поэтажно опирается на плиты перекрытий. В месте примыкания слоя к низу перекрытия горизонтальный деформационный шов не предусмотрен.
Снаружи кладка из ячеисто-бетонных камней облицована слоем из глиняного кирпича толщиной 0,12 м. Связь слоев осуществляется заведенными в оба слоя тычковыми кирпичами. Перевязка слоев по проекту осуществляется через три ряда кладки. Таким образом, лицевой слой из кирпичной кладки на перекрытия или какие-либо другие элементы по всей высоте стены не опирается.
 
Результаты обследования стен
С целью уточнения конструкций наружных стен были выполнены выборочные вскрытия лицевого слоя из керамического кирпича.
Было установлено, что конструкция наружной стены до уровня перекрытия над 6 этажом является следующей:
Лицевой слой кладки выполнен из керамического кирпича с щелевыми вертикальными пустотами на цементно-песчаном растворе. Толщина слоя, как и по проекту, составляет 0,12 м, толщина слоя утеплителя из минераловатных плит составляет ~0,2 м.
Стальных опорных уголков, поддерживающих лицевой слой кладки в уровне перекрытий 3, 4, 5 этажей, обнаружено не было.
В уровне перекрытия между 6 и 7 этажами были обнаружены стальные опорные уголки, поддерживающие лицевой слой кладки. Можно предположить, что такая конструкция стены имеет место на всех этажах, лежащих выше седьмого.
В ряде мест в уровне перекрытия над 6 этажом уголок отстоит от края железобетонной плиты на 4-5 см. Зазор между уголком и плитой заполнен раствором, отбитыми кусками кирпича, камня. В этих местах опирающиеся на уголок кирпичи свешиваются с него примерно на 4 см.
В месте вскрытия в уровне перекрытия над седьмым этажом уголки расположены практически вплотную к плите перекрытия. В то же время лицевые кирпичи в этом месте свешиваются с уголка почти на 6 см.
Горизонтальные деформационные швы под стальными уголками, как и предусмотрено проектом, выполнены не были. В то же время горизонтальные растворные швы между низом уголка и верхом подведенной под него кладки имеют низкое качество. Толщина швов в ряде мест составляет всего 2-3 мм, шов там не полностью заполнен раствором. При этом в непосредственной близости от мест с плохо заполнененными растворными швами могут находиться участки кладки с достаточно качественным заполнением растворных швов под стальным уголком.
Вскрытия наружного слоя стены в уровне перекрытия над 6 этажом на углу здания в местах отсутствия железобетонных пилонов, показали следующее:
Наружный слой выполнен из керамического кирпича, имеет толщину 0,12 м. Соединение лицевого слоя со слоем из ячеисто-бетонных камней осуществлено, как это и предусмотрено проектом, с помощью тычковых кирпичей. В то же время, в ряде мест уровень тычкового ряда приходится на уровень плиты перекрытия, а не выше ее. В этой связи тычковые кирпичи там были срублены по длине.
В ряде мест, где кирпичи тычкового ряда попали выше уровня плиты перекрытия, ячеистобетонные камни были подрублены для заводки тычковых кирпичей.
Было установлено, что на углу здания в лицевом слое кладки из керамического кирпича образовалась вертикальная трещина в уровне 3-6 этажей. Ширина раскрытия трещины составляет до 5 см. В уровне шестого этажа трещина обнаружена не была, однако, в уровне седьмого и выше трещина опять появилась, хотя и не столь значительная, как ниже, с шириной раскрытия до 1,5-2 мм.
Помимо вертикальной трещины на том же углу здания, но уже в стене, в лицевом слое кладки имеется наклонная трещина с шириной раскрытия до 2 см.
 
Анализ данных обследования
Характер трещин в лицевом слое наружных стен говорит о следующем:
Лицевой слой кладки, расположенный снаружи железобетонного пилона, в уровне четвертого-шестого этажей выпучивается из своей плоскости. Максимальная величина выгиба слоя составила в уровне 4-го этажа около 5 мм. При такой величине отрыва лицевого слоя от расположенного за ним железобетонного пилона вполне вероятным становится выход из строя гибких связей, крепящих наружный слой, за счет их вырыва или разрыва.
Для анализа напряженно-деформированного состояния конструкций наружных стен, в том числе лицевого слоя кладки, был произведен расчет 22-этажного пространственного фрагмента здания по программе «Лира», реализующей метод конечного элемента.
Наружные кирпичные слои аппроксимировались конечными элементами оболочки. Внутренние слои наружных стен из железобетона и кладки из ячеисто-бетонных камней, а также плиты перекрытий апроксимировались также элементами оболочки. 
Связи между слоями наружной стены задавались элементами стержня.
Эксцентриситет приложения вертикального усилия на наружный слой кладки и опирания ее на стальной уголок задавался с помощью жесткой горизонтальной пластины, соединенной в уровне опирания кладки на уголки с плоскими элементами оболочки.
К перекрытиям и стенам были приложены постоянная, временная, в том числе и ветровая, нагрузки.
К каждому из слоев были приложены также температурные нагрузки. Набухание лицевого слоя кладки и усадка бетона и кладки из ячеисто-бетонных камней задавалась с помощью эквивалентных температур.
Было установлено, что кладка лицевого слоя в месте пересечения стен имеет значительные горизонтальные перемещения.
Наибольшие величины этих перемещений отмечаются ниже уровня шестого этажа, где расположен первый по высоте опорный уголок. Основная составляющая этих перемещений обусловлена увеличением температуры наружного воздуха в летнее время по сравнению с его температурой в зимнее время в момент замыкания конструкций.
Горизонтальные перемещения кладки из плоскости стены, расположенной со стороны железобетонного пилона, наибольшими являются в углу стен.
Вследствие этого горизонтальные растягивающие усилия в угловых гибких связях также оказываются наибольшими и составляют в одной связи не менее 1300 тс. На самом деле эти усилия оказываются еще более значительными вследствие неодинаковой жесткости двухзвеньевых связей, включающихся в работу только по мере их натяжения. При коэффициенте неоднородности включение связей в работу, равном 0,5, усилия в связях составляют 2600 тс. 
Усилие в угловых связях значительно превышают их несущую способность, что приводит к их вырыву.
В зимнее время горизонтальные напряжения в лицевом слое кладки меняют знак и становятся растягивающими, что способствует еще большему раскрытию трещины.
После того, как в уровне ниже шестого этажа связи выключились из работы, лицевой слой кладки там начал выпучиваться. В дальнейшем возможно обрушение лицевого слоя вследствие потери им устойчивости. Выпучиванию и отрыву лицевого слоя кладки также способствует разность вертикальных деформаций железобетонных пилонов и кирпичной кладки.
Таким образом, образование вертикальной трещины на углу здания в данном случае обусловлено в первую очередь горизонтальными температурными деформациями кладки лицевых слоев в их плоскости. При этом в летнее время это вызывает вырыв связей, а в зимнее – раскрытие трещин.
При отсутствии под опорными уголками горизонтальных деформационных швов вертикальные длительные деформации пилона, вызванные ползучестью бетона, его усадкой, передаются на лицевой слой из керамического кирпича, который практически не обладает усадкой и деформации ползучести которого значительно меньше, чем у бетона.
Кроме того, к лицевому слою приложена вертикальная нагрузка только от собственного веса, в то время как на пилон опираются еще и плиты перекрытий. Таким образом, вертикальные деформации, вызванные вертикальной нагрузкой и усадкой материалов, у лицевого слоя оказываются значительно меньше, чем у пилона.
Кроме того, в летние время температура кладки лицевого слоя за счет как более высокой температуры наружного воздуха, по сравнению с комнатной, так и за счет воздействия солнечной радиации в отдельные периоды времени оказывается также выше, чем у расположенного за слоем утеплителя железобетонного пилона. В случае увлажнения лицевого слоя дождевыми водами возможно достаточно длительное набухание кладки.
Таким образом, вертикальные деформации кладки оказываются меньше деформаций пилона, что и приводит, в конечном счете, к дальнейшему выпучиванию лицевого слоя. Кроме того, на разность вертикальных перемещений слоев оказывает влияние изгиб железобетонного каркаса.
На некотором расстоянии от угла растягивающие усилия в связях, соединяющих лицевой слой с железобетонным пилоном и вызванные горизонтальными перемещениями лицевого слоя кладки стены расположенной перпендикулярно, затухают.
Это вызвало излом лицевого слоя на расстоянии около 1,5-2 метра от угла с образованием наклонной трещины.
В стене соединение лицевого слоя из кирпичной кладки с железобетонным каркасом осуществляется через слой кладки из ячеисто-бетонных камней, опирающихся на перекрытие.
Обладая низким модулем деформаций и значительной усадкой, кладка из ячеисто-бетонных камней служит достаточно податливой связью между лицевым слоем из кирпича и железобетонным каркасом. Это позволило кладке лицевого слоя на этом участке стены до настоящего времени не получить значительного выгиба. Тому же способствовало и отсутствие относительно жестких связей между каркасом и лицевым слоем кладки в виде стальных опорных уголков.
Анализ повреждений лицевого слоя, имеющих место как на этом, так и на других аналогичных зданиях, показывает следующее:
Существует два основных вида разрушения лицевого слоя наружных стен вследствие неодинаковых деформаций слоев.
Наблюдаемый и описанный выше случай относится к первому типу, когда прочность на сжатие кладки лицевого слоя оказывается в целом обеспеченной и его разрушение начинается с разрыва, среза или вырыва горизонтальных гибких связей. Далее выгиб из своей плоскости с течением времени вследствие ползучести материалов, усадки, а так же температурных воздействий увеличивается, и это может привести к потери устойчивости и обрушению лицевого слоя.
В случае, когда прочность горизонтальных связей оказывается достаточно большой, возможно разрушение лицевого слоя вследствие превышения вертикальными напряжениями прочности кладки на сжатие. Из эпюр вертикальных напряжений, возникающих в лицевом слое стены может быть видно, что уровень вертикальных напряжений приближается к прочности кладки на сжатие. Разрушение, как правило, начинается в местах концентрации вертикальных напряжений в наиболее некачественно выполненных горизонтальных швах кладки, каковыми обычно являются швы между низом стальных опорных уголков или плит перекрытий и подведенной под них кладкой.
Положение усугубляется в случае попадания в образовавшиеся трещины влаги, которая при замерзании в зимнее время способна разрывать кладку, а также вызывать ее размораживание.
Из проведенного выше анализа следует, что при наличии горизонтальных и вертикальных деформационных швов возникновения перечисленных выше дефектов лицевого слоя удалось бы избежать.
В настоящее время устройство горизонтальных деформационных швов в уровне каждого этажа являлось бы довольно трудоемким мероприятием. Кроме того, помимо разрезки кладки потребовалось бы подведение под нее дополнительных опор в местах устройства деформационных швов.
Учитывая, что большая часть деформаций ползучести и усадки бетона прошли, в настоящий момент представляется возможным выполнить только противоаварийные мероприятия. Для этого рекомендуется устроить в стене горизонтальный деформационный шов в уровне перекрытия над 6 этажом.
Кроме того, на углу здания при перекладке кладки рекомендуется выполнить вертикальный температурный шов.
Эти мероприятия не исключают вероятности образования и развития в дальнейшем трещин в кладке, ее отслоения и раздробления на других этажах здания. В этой связи за зданием должно вестись наблюдение, по результатам которого при необходимости должно быть выполнено усиление и на других участках стен.
 
Рекомендации по устранению дефектов лицевого слоя кладки наружных стен (противоаварийные мероприятия)
Выполнить горизонтальный деформационный шов в уровне перекрытия над 6 этажом. После устройства под опорным уголком деформационного шва нагрузка на него от вышележащей кладки может значительно возрасти. В этой связи рекомендуется выполнить усиление существующего уголка путем подводки под него дополнительных опор.
Так как при выборочных вскрытиях встречались различные случаи опирания кладки лицевого слоя на уголок и крепление уголка к плите перекрытия, то предлагается конструкцию усиления уголка назначать по месту.
До устройства деформационного шва во избежание сползания вниз вышележащей кладки рекомендуется в уровне 7-го этажа выполнить дополнительные опоры под уголки, но без устройства под ними деформационных швов.
Часть отслоившейся кладки стены ниже уровня перекрытия с 3 по 6 этажи после устройства дополнительных опор и усиления рекомендуется переложить с устройством горизонтального деформационного шва между вновь возведенной кладкой и опорным уголком в уровне 6 этажа. 
Кроме того, между вновь возведенной и существующей кладкой на углу здания рекомендуется выполнить вертикальный температурный шов.
С целью уменьшения вероятности отрыва сохранившихся лицевых слоев рекомендуется вблизи угла на ширину 1,5 метра выполнить дополнительные гибкие связи.
Связи рекомендуется устраивать в пересечении вертикальных и горизонтальных швов.
Анкеровку связей во внутренние слои стены можно выполнить с помощью саморасклинивающихся дюбелей или на клее. Технология устройства таких анкеров должна быть регламентирована фирмой–изготовителем. 
 
Выводы
1. Лицевой слой кладки наружной стены находится в аварийном состоянии вследствие его отслоения от железобетонного пилона с образованием вертикальной трещины шириной раскрытия до 5 см.
2. Наиболее вероятной причиной отслоения лицевого слоя кладки является отсутствие в нем горизонтальных деформационных швов, компенсирующих разность вертикальных перемещений железобетонного каркаса (пилона) и кирпичной кладки, вызываемых кратковременными и длительными деформациями материалов (усадки, набухания, ползучести) а также температурными деформациями (вызванными изменением температуры воздуха и солнечной радиацией), а также вертикальных температурных швов. Наличие горизонтальных и вертикальных деформационных швов на обследованном фрагменте здания проектом предусмотрено не было.
3. Рекомендуется выполнить следующие противоаварийные мероприятия:
Выполнить горизонтальный деформационный шов в лицевом слое кладки стены в уровне 6 этажа, предварительно усилив опорные узлы в уровне 7 этажа.
Отслоившуюся кладку стены в уровне 6 этажа после выполнения опорных узлов рекомендуется разобрать и выполнить вновь с устройством вертикального температурного шва и устройством дополнительных гибких связей с железобетонным пилоном и кладкой из ячеисто-бетонных камней.
Во избежание попадания влаги трещины в кладке рекомендуется заполнить эластичным герметиком.
4. Работы по усилению должны проводиться по специально разработанному проекту. Подрядной организацией также должен быть разработан проект производства работ.
5. В силу того, что длительные деформации материалов могут еще некоторое время продолжаться, а также под влиянием температурно-влажностных воздействий, имеющих циклический характер, не исключено образование и раскрытие старых трещин как на обследованном фрагменте здания, так и на других. Также возможно раздробление кирпичей в уровне перекрытий.
В этой связи необходимо организовать длительное наблюдение за зданием и в случае необходимости привлечь специализированную организацию для разработки проекта усиления на вновь выявленных участках.
 
Free template "Frozen New Year" by [ Anch ] Gorsk.net Studio. Please, don't remove this hidden copyleft! You have got this template gratis, so don't become a freak.