Кирпичные стены
Традиционным стеновым материалом является кирпич — искусственный строительный камень, применяемый для ручной укладки.
Наибольшее распространение в отечественном строительстве получил глиняный обыкновенный (красный) кирпич. Такой кирпич хорошо сопротивляется действию высоких температур, невлагоемок, и потому без ограничения применялся в стенах и столбах гражданских, общественных и промышленных зданий.
Силикатный кирпич отличается более правильными формами и точными размерами и тем самым имеет ряд преимуществ при производстве кладки. Однако он более теплопроводен, хуже сопротивляется действию высоких температур и влагоемок.
Растворы для кирпичных кладок составляются из инертных, вяжущего и различных добавок. В качестве инертных применяют: обычный (кварцевый) песок, песок из тяжелых котельных шлаков, песок из легких и гранулированных шлаков, пемзовый песок и т. д. Чем меньше плотность, тем выше теплоизоляционные свойства раствора и меньше теплопроводность выложенной на нем кладки.
По своей структуре кирпичные стены подразделяются на сплошные (однородные), сложенные из кирпича, и облегченные (неоднородные), сложенные из кирпича с заполнениями из других менее теплопроводных материалов или с воздушными прослойками.
Дореволюционное жилищное строительство (до 1917 г.) отличалось возведением стен с массивными кирпичными стенами толщиной 660—1480 мм. Излишнее утолщение стен вызывалось отсутствием в то время теории расчета каменных конструкций. Толщина стен по этажам принималась применительно выработанным практическим правилам, согласно которым толщина стен каждых двух этажей сверху вниз, начиная с третьего этажа, увеличивалась на 1/2 кирпича. Обрезы стен выполнялись внутрь здания. Несущая способность при этом использовалась на 50—70 %
Наибольшее распространение в то время имели следующие разновидности сплошной кладки (рис. 2.8):
• цепная (ложковые и тычковые ряды чередуются, вертикальные швы всех ложковых рядов совпадают);
• крестовая (вертикальные швы в ложковых рядах выкладываются в перевязку);
• голландская (тычковые ряды чередуются со смешанными, в смешанном ряду ложковые и тычковые кирпичи идутчерез один);
• готическая (состоит из смешанных рядов, тычковые и ложковые кирпичи чередуются в каждом ряду);
• английская (на каждые два ложковых ряда приходится один тычковый, все ряды перевязаны в 1/4 кирпича).
Довоенное жилищное строительство отличалось возведением зданий как с массивными кирпичными стенами, так и с облегченными.
Сплошная кладка выполнялась двух типов перевязки швов: цепная, дающая в поперечном сечении перевязку всех швов вышележащими кирпичами, и американская, обеспечивающая перевязку швов только в одном ряду из шести; поэтому ее нередко называют шестирядной.
Облегченные стены. Существует зависимость между теплопроводностью, собственным весом и механической прочностью. Чем больше собственный вес, а следовательно, и плотность материала, тем ниже его термическое сопротивление, но зато обычно тем выше его прочность. Это приводит к тому, что в стенах верхних этажей имеются излишние запасы прочности, а в стенах нижних этажей — недостаток термического сопротивления, что вызывает излишнее утяжеление конструкций стен и фундаментов и потерю полезной площади помещений.
Там, где имелся резерв прочности, применялись так называемые облегченные стены из более легких и потому менее теплопроводных материалов. Это позволяло уменьшить толщину стен настолько, чтобы прочность материала была максимально использована. Таким материалом являются виды кирпича, обладающие существенно меньшей массой и меньшей теплопроводностью, чем обыкновенный глиняный или силикатный, например: 1) глиняно-трепельный, получаемый путем обжига глины с примесью трепела; 2) пористый, при изготовлении которого к глине добавляется угольная пыль или древесные опилки, выгорающие при обжиге; 3) безобжиговые — шлаковый и зольный, производимые из гранулированных шлаков и из сланцевой золы.
Перечисленные разновидности кирпича имеют те же размеры и форму, что и обыкновенный глиняный кирпич, и изготовляются следующих марок: соответственно 35, 50, 75, 100; таким образом, в среднем они менее прочные, чем обыкновенный глиняный кирпич.
Конструктивно кладка из облегченного кирпича ничем не отличается от кладки из обыкновенного кирпича, но минимальная толщина стен была уменьшена на 1/2 кирпича, так как термическое сопротивление их выше на 30—50 % (в зависимости от вида кирпича). Кладка из этих сортов кирпича велась исключительно на легких растворах марок 8 и 15 и применялась только для малоэтажных (2—3 этажа) зданий или верхних этажей многоэтажных зданий. Применение таких кирпичей не допускалось для стен помещений с повышенной влажностью (бани, прачечные), а также для кладки дымоходов, боровов, печей и т. д.
Значительное уменьшение массы стены достигалось заменой части кирпичной кладки другими легкими и потому малотеплопроводными материалами.
Кладка с засыпками. Одна из наиболее старых конструкций стен такого типа была предложена в 90-х годах XIX в. архитектором Герар- дом. Кладка системы Герарда состоит из двух стенок, толщиной в полкирпича каждая, выкладываемых на растворе марки не ниже 15, с промежутком между ними 18—33 см, заполняемым малотеплопроводным материалом: засыпкой из котельного шлака, золы, толченого угля и др. или шлакоопилочным бетоном состава 1: 10 : 6 (известковое тесто : шлак : опилки). Для районов с t = — 30 °С толщина стен принималась 51 см, для районов с t = — 40 °С — 56—64 см. Для устранения опасности отсыревания засыпки вследствие конденсата паров, проникающих изнутри помещений, внутренняя поверхность стен покрывалась плотной (цементной) штукатуркой, масляной краской и т. д. Для связи стенок их соединяли друг с другом выпуском тычков — через один ряд из каждой стенки. При оставлении между тычком и стеной зазора шириной 3—5 см опасность промерзания по линии тычков может, как показала практика, считаться исключенной. Соединение стенок металлическими скобами требует затрат значительного количества металла, затрудняет работы, и потому применялось редко.
Засыпки дают со временем некоторую осадку, в результате чего образуются пустоты, уменьшающие термическое сопротивление стены. Для борьбы с этим в верхней части стен, в пределах чердака оставлялась щель, через которую периодически производилось пополнение засыпки.
По сравнению со сплошной кирпичной стеной система Герарда более экономична по расходу материала. Однако она требовала применения лишь хорошего и целого кирпича, кроме того, кладка такой стены более трудоемка, чем кладка сплошной стены.
Указанные недостатки частично были устранены в кладке Попова — Орлянкина, в которой две невысокие стенки в четыре горизонтальных ложковых ряда перекрывались горизонтальными диафрагмами из сплошной кладки кирпича толщиной в два ряда. Засыпка небольшой высоты практически не давала осадки, а кладка стены с горизонтальными диафрагмами отличалась простотой.
Стены с засыпкой применялись для наружных стен зданий высотой не более пяти этажей. Расстояние между поперечными стенами или колоннами каркаса не превышало 7,5 м. Такие стены не устраивались в зданиях с повышенной влажностью воздуха: прачечных, банях, кухнях, моечных.
Цоколь возводился из сплошной кладки с соответствующим утолщением. Простенки имели ширину не менее 51 см. Перемычки пролетом до 1,5 м устраивались рядовыми, раздельными под каждой стенкой. Засыпка поддерживалась антисептированной (креозотированной) доской, уложенной над оконной коробкой. Рядовые перемычки имели высоту не менее шести рядов и выкладывались на цементном растворе 1 : 4. Под нижний ряд кирпичей укладывалось пачечное железо. Ненесущие перемычки пролетом более 1,5 м, а также все перемычки, несущие нагрузку от балок перекрытий (независимо от величины пролета), были железобетонными или из стальных прокатных балок.
Балки перекрытий опирались на обе стенки через деревянные или железобетонные подкладки. Для увеличения устойчивости несущих наружных стен иногда под балками междуэтажного перекрытия предусматривали железобетонный пояс толщиной 6,5 см. Для того чтобы не опирать балки на стены, устраивали внутренние пилястры, по которым вдоль стены укладывали пристенные прогоны, поддерживающие концы балок.
Кирпично-бетонная кладка и кладка с заполнением готовыми вкладышами — кладка Н.С. Попова. Кладка этой системы состоит, как и вышеописанные, из двух параллельных стенок толщиной в 1/2 кирпича. Промежуток между ними заполняли легким бетоном (примерный состав 1 : 2 : 24 — цемент : известковое тесто : шлак).
При плотности легкого бетона 12,5 кН общая толщина стенки на теплом растворе принималась в районах с / = — 20 °С в 42 см, в районах с/=- 30 °С в 52 см, а в районах сt- — 40 °С в 60 см.
При кладке толщиной менее 51 см для связи стенок с легким бетоном каждый четвертый — шестой ряд по высоте в шахматном порядке перекрывался тычками.
При толщине кладки свыше 51 см связь осуществлялась сквозным горизонтальным рядом кирпичной кладки, укладываемым по высоте через каждые три ложковых ряда боковых стенок.
Кладка Н.С. Попова применялась для наружных стен высотой до 15 м, т. е. для четырехэтажных зданий. Благодаря замене внутренней части кладки легким бетоном достигалась экономия от 20 до 40 % кирпича без ухудшения теплотехнических свойств.
Устройство цоколя и карнизов принципиально не отличалось от устройства таковых при сплошных кирпичных стенах. Перемычки над проемами устраивались обычно рядовыми, кирпичными.
Достоинство кирпично-бетонных стен заключается в их высокой прочности. Это объясняется тем, что бетон воспринимает часть нагрузки, передаваемой на стену, и, кроме того, в ней хорошо обеспечена связь между лицевыми стенками. Поэтому кирпично-бетонные стены в зависимости от применяемых марок кирпича и класса бетона разрешалось возводить до шести этажей.
Недостатками таких стен являются: внесение в кирпичную стену во время кладки большого количества влаги и повышенная трудоемкость работ и затруднения при производстве работ в зимнее время. Эти недостатки устранены в конструкции кирпичной стены с термовкладышами, разработанной В.П. Некрасовым (рис. 2.9). Эта стена отличается от кирпично-бетонной тем, что внутреннее ее пространство вместо бетонной смеси заполнялось заранее изготовленными малотеплопроводными камнями (термовкладышами). Для изготовления термовкладышей применялись легкий бетон, пенобетон, пеносиликат и др.
Колодцевая кладка стен системы J1.A. Серка и С.А. Власова (рис. 2.10, а, б, в) состоит из двухлицевых стенок толщиной по 0,5 кирпича, между которыми расположены поперечные в полкирпича стенки (диафрагмы), которые обеспечивают связь между лицевыми стенками и делят внутреннюю полость стены на ряд колодцев. Расстояние между диафрагмами назначалось от 530 до 1050 мм, т. е. от двух до четырех кирпичей. Колодцы заполняли легким бетоном или легкобетонными вкладышами. Стены выполняли толщиной от 1,5 до 2,5 кирпичей в зависимости от марки кирпича и класса бетона. Колодцевая кладка стен применялась при строительстве зданий высотой до пяти этажей. В зданиях до двух этажей включительно (а также в двух верхних этажах многоэтажных зданий) колодцы засыпались шлаком. Во избежание осадки засыпки через каждые пять рядов кирпича по высоте стены устраивали армированные растворные диафрагмы толщиной 15 мм из раствора того же состава, что и для кладки (см. рис. 2.10, г)
|
Рис. 2.10. Колодцевая кладка стены системы Л.А. Серка и С.А. Власова: а — ряды кладки; б — сечение по колодцу; в — сечение по поперечной стенке; г — сечение по колодцу при устройстве засыпки; 1 — кирпичи ложкового ряда; 2— кирпичи тычкового ряда; 3— шлак; 4 — термовкладыш; 5—растворная диафрагма |
Под балками перекрытий растворные диафрагмы утолщались по всей ширине стены до 40 мм и усиливались дополнительной арматурой.
В углах и местах примыкания внутренних стен к наружны л их усиливали стальными связями. Связи диаметром 5—6 мм с крю;:ами на концах укладывали в диафрагмы из раствора на уровнях перекрытий, подоконников и перемычек.
Все описанные конструкции облегченных стен в зависимости от результатов теплотехнического расчета выполняли толщиной 380— 420 мм (в 1,5 кирпича), 510—580 мм (в два кирпича) или 640—700 мм (в 2,5 кирпича). Промежуточная толщина получалась за счет ушире- ния вертикальных швов между тычковыми кирпичами поперечных стенок.
Стены с воздушной прослойкой (предложение Г.Ф. Кузнецова) состоят из двух стенок с зазором между ними (рис. 2.11, а). Основная внутренняя стенка имеет толщину в 1 или 1,5 кирпича в зависимости от необходимой прочности и теплотехнических требований. Наружная стенка выкладывалась толщиной в 0,5 кирпича. Замкнутая воз-
Во избежание продувания наружной стенки поверхность ее оштукатуривалась. Если воздушная прослойка была заполнена неорганической засыпкой (шлак, минеральная вата и т. п.), то штукатурка не применялась, а швы тщательно расшивались.
Рис. 2.11. Стены с воздушной прослойкой:
а — из полнотелого кирпича; б — из многодырчатого кирпича; в — с заполнением минеральным войлоком; 1 — воздушная прослойка; 2— наружная штукатурка; 3 — внутренняя штукатурка; 4 — минеральный войлок на битумной связке; 5 — расшивка швов
душная прослойка толщиной 50 мм обладает термическим сопротивлением, равноценным сопротивлению кирпичной кладки толщиной в 0,5 кирпича. Поэтому наличие в кладке такой прослойки значительно экономило кирпич и раствор и позволяло уменьшить толщину, а также вес стены без ухудшения ее теплотехнических качеств.
Связь между внутренней и наружной стенками осуществлялась тычковыми рядами кирпичей, располагаемых через каждые пять ложковых рядов, вследствие чего такие стены допускалось применять в многоэтажном строительстве. Стены с воздушной прослойкой допускалось выкладывать как из полнотелого кирпича, так и пустотелого и пористого. При применении кирпича высотой более 65 мм поперечная перевязка выполнялась через каждые четыре ряда (см. рис. 2.11, а).
Пример такого заполнения минеральным войлоком на битумной связке показан на рис. 2.11, в. Недостатком этой конструкции является ее повышенная трудоемкость.
Стены с плитным утеплителем состоят из несущей кладки толщиной в 1—2 кирпича и внутренней теплоизолирующей плиты (гипсовой, гипсошлаковой, гипсоопилочной, пенобетонной, фибролитовой) (рис. 2.12).
Плитный утеплитель может плотно прилегать к стене с креплением на растворе, однако рекомендовалось ставить его на относе, т. е. создавать между стеной и плитами воздушную прослойку толщиной 20—40 мм, обеспечивающую дополнительное утепление (см. рис. 2.12, б).
Плиты в пределах каждого этажа опираются на железобетонные перекрытия или на кирпичные выпуски стен с тем, чтобы осадка их не отличалась от осадки кирпичной кладки.
Установку плит производили на известково-гипсовом растворе по нанесенным на стену гипсовым маякам (рейкам). Маяки наносили правильными рядами, и поверхность их делали строго вертикальной. Расстояние между маяками определяли таким образом, чтобы стыки плит приходились на маяках. Плиты устанавливали рядами, выполняя перевязку швов и соединяя с кладкой специальными креплениями.
Рис. 2.12. Стены с плитным утеплителем и облицовкой панелями:
а — установка утеплителя на растворе; б — установка утеплителя на относе; 1 — цементный раствор; 2 — утеплитель; 3 — затирка; 4 — расшивка швов; 5 — воздушная прослойка 20—40 мм
Преимущество стен с плитными утеплителями заключается в том, что при этом не выполняли внутреннюю штукатурку, ограничившись затиркой их поверхностей и швов.
Рациональной для жилых домов средней этажности является конструкция стен, утепленная облицовочными крупноразмерными панелями. Указанные панели применялись только на межоконных участках. Установку панелей производили сразу после окончания кладки стен соответствующего этажа до устройства потолочного перекрытия и перегородок.
Панель крепили к стенам гвоздями, которые забивали в просмоленные пробки.
Особого внимания заслуживают стены на теплых растворах со шлаковыми добавками, полученными от сжигания угля с повышенной зольностью (около 20 %). Легкие (теплые) растворы, в которых вместо обычного песка применялся мелкий шлак, малоподвижны, сильно деформируются при сжатии. Вследствие этого при одинаковой марке растворов прочность кладки на теплом растворе почти на 30 % меньше прочности кладки на обычном растворе. Она также менее долговечна и стойка к влаге, особенно к сильному замачиванию атмосферными осадками поверхности стены с поврежденным штукатурным слоем, что приводит к значительному снижению прочностных качеств кладки.