Ведётся много споров на тему того, какой материал лучше подходит для кладки стен. Сегодня мы на сайте RMNT объясним, от чего зависят прочностные свойства каменной кладки, на что обратить внимание при выборе материалов и как избежать распространённых ошибок при возведении несущих конструкций.
Прочность материала на сжатие
Современные застройщики при возведении несущих стен часто отдают предпочтение керамическому кирпичу, произведенному по ГОСТ 530–2012. Главный аргумент — марка прочности, по которой этот материал уступает разве что монолитному бетону. Однако нужно понимать, что прочность на сжатие кладочного камня и всей кладки в целом — вещи не тождественные.
Подтверждение тому — пособие по проектированию к СНиП II-22–81. В общих положениях утверждается, что каменная кладка является неоднородным телом и её разрушение начинается задолго до приложения нагрузок, которые для каменных элементов кладки являются предельными. Причина тому — переход от сдавливающего воздействия к изгибающему и растягивающему, которым кирпич сопротивляется очень плохо. Такие явления являются следствием неправильности формы кирпича, неравномерности толщины швов, наличия пустот и неоднородностей, укладки камня в наклонном положении.
Стандарт определяет качество камня и прочность раствора как решающие показатели для определения несущих свойств кладки. При этом из-за слабого раствора общая прочность на сжатие может сокращаться до 10–15%, а при неправильной форме камней — до 5–8% от прочности элемента кладки с самой низкой маркой.
Некоторые кладочные материалы, такие как газосиликатные блоки, полностью исключают влияние свойств связующего раствора на прочность всей кладки в целом. За счёт малой толщины швов или полного их отсутствия достигается передача усилия на сжатие от камня к камню. Благодаря этому стена из газосиликата воспринимает нагрузку как монолитное образование, минуя сопутствующие деформации и снижая влияние внецентровых нагрузок. Однако предел прочности автоклавного газосиликата на сжатие составляет всего 3,5–5 МПа, но при этом марка прочности кладки практически полностью соответствует фактической марке блоков.
Подобного эффекта можно добиться путём увеличения толщины стен или сокращения количества прослоек связующего. Это можно наблюдать на примере построек из шлакоблока: за счёт увеличенной высоты элемента кладки число горизонтальных швов уменьшается, при этом сами камни имеют увеличенную площадь опоры, что способствует более равномерному распределению нагрузок.
Расчёт прочностных свойств кладки
Можно сделать достаточно простой первоначальный вывод: любая каменная кладка это своего рода бутерброд. И чем меньше в нём будет слоев, тем более стабильной станет несущая конструкция.
С одной стороны, примерно определить сопротивление кирпичной кладки сжатию можно по таблицам из раздела 3 СНиП II-22–81. Основными исходными данными служат марки прочности бетона и камней на сжатие. При этом к табличным данных следует применять понижающие коэффициенты, которые определяются типом материала, его пустотностью и качеством кладки. Есть также и повышающие коэффициенты, которые действуют, например, для виброусаженных или выдержанных в течение года каменных кладок.
Полученные данные помогут определить способность кладки выдерживать собственный вес и массу надстроенных конструкций. Однако на этом расчёты не заканчиваются. В местах, где действуют нетипичные нагрузки на изгиб, осевое и изгибающее растяжение, нужно определить расчётное сопротивление кладки по отдельным таблицам для марок кирпича и раствора. Примерами зон действия нетипичных нагрузок являются вертикальные швы сборных фундаментов, проёмы без армирующих перемычек, арки, точки опоры балок перекрытия при отсутствии армопояса.
Но и это не всё. Поскольку фундамент не является абсолютно стабильной основой, следует установить допустимый порог деформаций, определяемый модулем упругости кладки. Для этого расчётное сопротивление сжатию умножается на упругую характеристику из таблицы, а также на коэффициент 2 для кирпича и 2,25 для бетонных блоков.
Для армированной кладки процедура расчёта другая: временное сопротивление рассчитывается по формулам для продольного и сетчатого армирования с учётом процентного содержания арматуры в швах. Упругая характеристика для кладки с армированием и без берётся из одной таблицы.
Определение несущей способности
Несущую способность стен считают достаточной, если по методу определения предельных состояний первой группы совокупные нагрузки не превышают предела прочности кладки с учётом ряда коэффициентов. Произвести расчёты поможет 4 радел СНиП II-22–81, в котором описана методика вычислений для центрально и внецентренно сжатых элементов кладки.
К центрально сжатым кладкам относятся те, у которых вектор приложения силы от действующих нагрузок расположен на продольной оси. Пример такого случая — когда монолитное перекрытие опирается на всю плоскость верхнего ряда каменной кладки. Внецентренное сжатие подразумевает, что нагрузка приложена с эксцентриситетом, например когда перекрытие замуровано в стену не на всю толщину.
Если сборное перекрытие опирается на стену точечно в местах замуровки балок, следует проводить расчёт на местное сжатие. При опирании стропильной системы на стены без мауэрлата, необходим расчёт косых изгибающих нагрузок. По всем видам нетипичных воздействий в нормативе представлены методы расчётов и схемы конструкционных моделей.
Практические рекомендации
В строительной практике сформировалась общепринятая схема возведения ограждающих конструкций из кирпича. Несущий слой представлен неармированной бутовой кладкой, допуск на кривизну которой определяется возможностями внутреннего штукатурного слоя. С внешней стороны проводится чистовая облицовка, не выполняющая несущей функции.
Такой подход вполне оправдан: образцовая кладка по учебнику по всему сечению стены требует времени и траты средств на услуги каменщика. И если выбор материала для таких стен с технологией их постройки соответствуют строительному нормативу, если проводилась хотя бы поверхностная проектная разработка, выбор в пользу такой кладки можно считать удачным.
Однако эта технология не приемлема, если строительство ведётся из крупноформатных блоков, особенно из автоклавного газобетона. Во-первых, это достаточно дорогой по сравнению с бутовым кирпичом материал, его расход должен быть тщательно рассчитан во избежание переплаты. Во-вторых, несоблюдение технологии, например использование связующего сомнительного происхождения или материала низкого качества приводит к тому, что сооружение не будет соответствовать расчётным параметрам.
В связи с этим можно дать несколько практических рекомендаций:
- При выборе кладочного материала определяющее значение имеет не его прочность на сжатие, а правильность и постоянство формы. Для частного строительства даже марка камней М100 избыточна, гораздо правильнее выбрать менее марочный материал, но более высокого сорта.
- Для кирпичной кладки не следует готовить раствор с избыточным содержанием цемента. Нужно обязательно искать компромисс между прочностью и деформативностью, ведь на кладку передаются колебания основы, а значит модуль упругости должен быть достаточно высоким.
- Избыток цемента в растворе приводит к увеличению усадки. Сжатие шва при отверждении приводит к его отслаиванию от камня. Из-за появления микрозазоров ослабляется прочность кладки, стена становится продуваемой.
- Оптимальный вариант связующего для каменной кладки — известковый раствор с небольшим добавлением цемента. Такие швы не только теплее, они имеют минимальную усадку и обеспечивают дополнительную деформативность. Вариант еще более качественного раствора — на основе пушонки и размоченной тугопластичной глины.
- Кладку из крупноформатных материалов с высоким постоянством формы и размеров следует делать тонкошовной или совсем без швов. Например, для кладки шлакоблока, имеющего отклонения до 3 мм на сторону, допускается толщина шва 6–8 мм, при этом содержание цемента в растворе может быть достаточно высоким ввиду пористости материала. Газобетон нормального качества вообще нет смысла класть на цементный раствор, только клеевая смесь, а для калиброванных блоков — клей-пена.
- Для качественной кладки обязательна сопроводительная геодезия, о чем мы уже говорили на сайте rmnt.ru в данной статье. Она не только поможет избежать эксцентриситета, но и поспособствует более качественному выравниванию, а значит уйдет меньше сил и средств на финишную отделку.
- Очень полезно использовать приспособления для нормирования толщины горизонтальных швов. Всевозможные укладчики раствора позволяют исключить из расчёта понижающие коэффициенты, диктуемые неоднородной толщиной связующего.
- Швы нужно заполнять на всю ширину и без пустот. Это также относится и к вертикальным швам: вопреки расхожему мнению, их незаполненность снижает прочность кладки и весьма ощутимо.
- Продольное армирование не влияет на прочность шва, но позволяет повысить деформативность. Сетчатое армирование вообще ни на что не влияет, его используют для связки многослойной кладки.
Видео по теме
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
