CC BY
70УДК 693.22
Г.И. ГРИНФЕЛЬД1, инженер ([email protected]), А.А. ВИШНЕВСКИЙ2, канд. техн. наук, П.П. ПАСТУШКОВ3, канд. техн. наук, А.Н. КОЗЛОВ1, инженер
1 ООО «ЛСР. Стеновые» (193091, г. Санкт-Петербург, Октябрьская наб., 40 а)
2 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19)
3 Научно-исследовательский институт строительной физики РААСН (127238, г. Москва, Локомотивный пр., 21)
Кирпичные фасады. Правильные технические решения и примеры успешной реализации
Описаны причины статистически низкого качества кирпичных фасадов, спроектированных в 2000-е гг. Приводится перечень воздействий на кирпичную облицовку многослойных стен с поэтажным опиранием, учет которых не был предписан нормативами, но которые оказывали прямое воздействие на целостность кирпичной фасадной облицовки. Даны рекомендации по снижению влияния этих воздействий на облицовочные слои. Описана необходимость и способ учета выхода начальной влаги из внутренних слоев стен в первые сезоны эксплуатации. Дан обзор технических решений, реализация которых обеспечивает безаварийную эксплуатацию кирпичных фасадов зданий с несущим каркасом. Приведена классификация навесных фасадных систем с облицовкой каменной кладкой, показаны примеры успешной реализации кирпичных фасадов, в которых учтены все требования, ставшие обязательными с 2012 г.
Ключевые слова: кирпич керамический, стеновые материалы, кирпичная кладка, кирпичная облицовка, многослойные ограждающие конструкции, дефекты кладки, опирание облицовочной кладки, температурные деформации, гибкие связи, нормативные требования.
Для цитирования: Гринфельд Г.И., Вишневский А.А., Пастушков П.П., Козлов А.Н. Кирпичные фасады. Правильные технические решения и примеры успешной реализации // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 47-50.
G.I. GRINFEL'D1, Engineer, A.A. VISHNEVSKIJ2, Candidate of Sciences (Engineering), P.P. PASTUSHKOV3, Candidate of Sciences (Engineering), A.N. KOZLOV, Engineer
1 LSR. Stenovye, ООО (40 a, Oktjabr'skaja Embankment, Sankt-Peterburg, 193091, Russian Federation)
2 Ural Federal University named after the first President of Russia B.N.Yeltsi (19, Mira Street, Ekaterinburg, 620002, Russian Federation)
3 Scientific-Research Institute of Building Physics of the Russian Academy architecture and construction sciences (21, Lokomotivniy Driveway, Moscow, 127238, Russian Federation)
Brick Facades. Correct Technical Solutions and Examples of Successful Realization
Reasons for the statistically low quality of brick facades designed in the 2000s are described. The list of impacts on the brick facing of multilayered walls with floor-by-floor support, accounting of which is not prescribed by regulations, but which have had a direct effect on the integrity of the brick facade facing is presented. Recommendations to reduce the influence of these impacts on facing layers are made. The need and method for accounting of the output of initial moisture from the inner layers of walls in the first seasons of operation are described. An overview of the technical solutions, the implementation of which provides the trouble-free operation of brick facades of buildings with a bearing frame is done. The classification of suspended facade systems which are finished with stone masonry is presented; examples of the successful realization of brick facades with due regard for all the requirements which became mandatory from 2012 are also presented.
Keywords: ceramic brick, wall materials, brick masonry, brick facing, multi-layer enclosing structures, masonry defects, leaning of facing masonry, temperature deformations, flexible connections, normative requirements.
For citation: : Grinfel'd G.I., Vishnevskij A.A., Pastushkov P.P., Kozlov A.N. Brick facades. Correct technical solutions and examples of successful realization. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 4, pp. 47-50. (In Russian).
Введение.
С конца 1990-х гг., после отказа от традиционных конструктивных решений наружных ограждающих конструкций, вызванного сменой парадигмы нормирования тепловой защиты [1], широкое распространение получила облицовочная кладка из кирпича толщиной 120—250 мм, отделенная от основного слоя стены воздушным зазором. Такая кладка устраивается с опиранием на несущие перекрытия и выполняет функцию наружного декоративно-защитного слоя ненесущих или ограждающих стен.
Переход от массивной кладки несущих и самонесущих стен к широкому внедрению многослойной кладки, заполняющей ячейки несущего каркаса, произошел быстро и был осуществлен децентрализованно силами множества изолированных неспециализированных проектных организаций. Следствием такого способа перехода стал ряд типовых ошибок на стадии проектирования и строительства, которые обусловили соответствующие типовые дефекты, а те в свою очередь стали поводом для периодически возникающих кампаний по
дискредитации кирпичных фасадов вообще либо каких-то отдельных значимых их компонентов.
Вместе с тем анализ типичных дефектов, разбор проектных и строительных ошибок [2, 3], моделирование работы облицовочной кладки с учетом реальных характеристик материалов, используемых при устройстве облицовочной кладки [4], позволил разработать технические решения, обеспечивающие надежность и долговечность защитных функций кирпичной облицовки [5] и длительную сохранность декоративных свойств облицовочной кладки толщиной в полкирпича.
Поиск правильных решений.
Наиболее подробный анализ причин дефектов каменных облицовок слоистых стен сделан в работе [2] на примере московских строительных объектов. Основными выявленными причинами разрушения лицевого слоя стали: нарушение условий опирания кладки лицевого слоя на элементы несущего каркаса зданий; отсутствие или некачественное исполнение горизонтальных деформационных швов, ведущее к защемлению обли-
и. ®
апрель 2017
47
цовочной кладки; отсутствие вертикальных деформационных швов, ведущее к чрезмерным напряжениям вследствие температурных деформаций; применение не соответствующих задачам гибких связей между слоями стен. Также одной из причин названа высокая пустот-ность современных изделий для лицевой кладки со сквозными вертикальными пустотами, обусловливающая статистически пониженный ресурс морозостойкости и меньшую прочность изделий при изгибе и растяжении.
Глубокий анализ, проведенный в работе [2], позволил при актуализации СНиП 11-22—81* «Каменные и армокаменные конструкции» [6] изложить требования к армированию каменных облицовок многослойных стен в Приложении Д СП 15.13330.2012 [5], к конструктивным решениям и материалам, в пп. 9.32—9.33, к гибким связям — в п. 9.34, к назначению деформационных швов — в пп. 9.83—9.84 [5]. Таким образом, анализ причин повреждения каменных облицовок был воплощен в нормативных требованиях к проектированию каменного лицевого слоя слоистых стен. При внесении изменений в СП 15.13330 [7] развитие правил проектирования облицовочной кладки было продолжено.
В настоящее время отсутствуют свидетельства того, что каменные облицовочные слои, запроектированные в соответствии с [5] и возведенные в соответствии с указаниями проекта, имеют тенденцию к разрушению.
Обеспечение механической целостности
облицовочной кладки.
Причины дефектов облицовочной кладки, не связанные с морозным или химическим разрушением составляющих ее материалов, можно разделить на две группы. Первая — это ошибочное сопряжение кладки с элементами несущего каркаса, вторая — недостаточный учет температурных деформаций.
Опирание облицовочной кладки непосредственно на элементы несущего каркаса —перекрытия — должно обеспечивать выполнение двух условий: исключение передачи вертикальных нагрузок от расположенного выше перекрытия на кладку путем устройства горизонтальных деформационных швов под перекрытием (толщиной не менее 30 мм по п.9.34 [7]) и ограничением прогибов опорной зоны перекрытия, а также минимизацией растягивающих усилий в нижней зоне поэтажно опертой кладки путем ограничения прогиба опорной зоны перекрытия и устройства слоев скольжения между перекрытием и опирающейся на него кладкой. Устройство слоев скольжения не включено в число конструктивных нормативных требований, однако позволяет перекрытию и кладке деформироваться независимо. Необходимым условием обеспечения целостности облицовочной кладки, опирающейся на перекрытие, является ее армирование, более частое именно в нижней трети поэтажно опертых фрагментов облицовки.
Учет температурных воздействий в требованиях [5] детализирован. Поскольку тонкие слои облицовочной кладки испытывают более значительные температурные деформации, чем массивная кладка, армирование облицовок должно назначаться равномерно распределенным по площади кладки и учитывать расположение областей концентрации напряжений — в нижней зоне кладки, в углах проемов, по краям перемычек, в углах кладки. Помимо армирования, целостность облицовки требует частого устройства вертикальных деформационных швов, членящих облицовку на фрагменты длиной до 6—7 м. В местах излома плоскости фасада облицовочная кладка расчленяется деформационными швами на Г- и Z-образные фрагменты еще меньшей длины. Дополнительное уменьшение напряжений в облицо-
вочной кладке позволяет обеспечить слои скольжения, обеспечивающие независимость деформаций массивного диска перекрытия, обладающего значительной тепловой инерцией, и легкой облицовочной кладки, динамичность температурного режима которой является весьма высокой.
Для обеспечения целостности при температурных деформациях существенным является правильный подбор гибких связей. Поскольку наружный облицовочный слой подвергается температурным деформациям большей амплитуды, чем внутренний слой стены, как правило, отделенный от облицовки слоем теплоизоляционного материала, гибкие связи должны обладать подвижностью как в вертикальной плоскости — разница в деформациях, которая может достигать значений 0,6 мм/м, в верхней зоне фрагмента высотой 5—6 м составит до 4 мм, — так и в горизонтальной: если в зоне опирания на перекрытие при стесненности деформаций адгезией опорного раствора относительное смещение слоев будет малым, то к верхней части фрагмента облицовки разница в горизонтальной деформации на краях фрагментов длиной 6—7 м может составить те же 3—4 мм. Постановка этой проблемы описана в [8]. Поэтому для устройства гибких связей малопригодны элементы из полосовой стали или проволочные, замкнутые в устойчивые треугольники. Следовательно, облицовочный и основной слои стены не следует связывать сетками с треугольной ячейкой и пластинами всех видов, включая получившие значительное распространение перфорированные полосы.
Развитием идеи устройства деформационных швов и обеспечения независимости температурных деформаций несущего каркаса здания, внутренних слоев стены и облицовочной кладки стали навесные фасадные системы с воздушным зазором и облицовочным каменным слоем.
Такие системы закрепляются к торцам межэтажных перекрытий и относятся от них на кронштейнах. Фасадные системы с облицовочной кладкой позволяют существенно повысить декоративность кирпичной облицовки за счет визуального закрытия торцов перекрытий, уменьшения ширины деформационного шва с минимальных 30 до 10—15 мм, а также за счет того, что при использовании таких систем, как правило, применяют системные хомуты и плоские арматурные каркасы для устройства рядовых армированных перемычек с подвешиванием надпроемного ряда за утопленные в слое нанесенного на тычок раствора элементы.
Системы навесных кирпичных фасадов можно разделить на два основных типа:
— с опорными профилями и вертикальными направляющими, служащими для обеспечения устойчивости кладки обливки;
— с опорными профилями и закреплением кладки к основному слою стены гибкими связями.
Первый из двух типов НФС позволяет использовать в облицовке многоэтажных зданий все виды лицевого кирпича, включая кирпич форматов 0,7НФ (85 мм), 0,5НФ (60 мм) и даже практически не производящийся пока в России из-за неразвитости спроса кирпич формата 0,33НФ (40 мм). Возможность использовать лицевой кирпич малой толщины возникает благодаря тому, что механическая сопротивляемость облицовочной кладки действию горизонтальных нагрузок обеспечивается жесткостью вертикальных направляющих профилей подсистемы. Однако уменьшение толщины облицовочной кладки увеличивает интенсивность и амплитуду температурных деформаций, поскольку тепловая инерция однослойной кладки линейно зависит от ее поверхностной плотности (здесь — толщины). Этот факт требует более частого армирования тонких облицовочных кладок и более частого расположения вертикальных деформационных швов.
Обеспечение благоприятного влажностного
состояния лицевого слоя.
Существуют два основных пути проникновения влаги в толщу облицовочной кладки:
— снаружи — при пропадании влаги, приносимой осадками;
— изнутри — при конденсации паров, мигрирующих из помещения или при выходе начальной (строительной, технологической) влаги из конструкций в первые годы после ввода в эксплуатацию.
Проникновение влаги извне ограничено физическими характеристиками материалов кладки (капиллярное всасывание и динамическая влагопроводность кирпича и кладочного раствора), обустройством мест примыкания к обрамляющим и примыкающим конструкциям (козырьки над верхним обрезом фрагментов кладки, устройство растворных или оцинкованных отливов по верху кладки и в подоконной зоне проемов, уплотнение вертикальных зазоров между заполнением проемов и сформированной лицевой кладкой декоративной четвертью. Необходимым условием предотвращения затекания воды в пустоты пустотного кирпича или во внутренние трещины полнотелого является правильная расшивка кладочных швов. Расшивка не должна формировать внешний валик (который будет задерживать стекающую по фасаду воду или идущий снег) и не должна обнажать верхнюю плоскость кирпича (т. е. не должны применяться кладка с западающей подрезкой швов, с косой с отрицательным углом наклона подрезкой или «впустошовку»). Расшивку следует осуществлять подрезкой заподлицо с плоскостью кладки либо с вогнутым валиком диаметром больше 1,5 толщин кладочного шва. Так называемая «кладка под пруток», при которой толщина шва задается не переставной рамкой, а укладываемыми по краям очередного ряда кирпича стержнями квадратного сечения размером 10x10 или 12x12 мм, не может быть рекомендована для облицовочной кирпичной кладки.
Второй механизм увлажнения облицовочной кладки — выход влаги из толщи и через толщу внутренних слоев стены. Основная ошибка, ведущая к замачиванию облицовочной кладки влагой, поступающей изнутри, — отсутствие воздушного зазора между облицовкой и расположенным перед ней теплоизоляционным или конструкционно-теплоизоляционным материалом. В такой конструкции, даже если она удовлетворяет требованиям СП 50.13330 [9] к защите конструкции от переувлажнения, в слое теплоизоляции в подавляющем большинстве случаев вблизи границы теплоизоляционного и облицовочного слоев выпадает конденсат. Даже если расчет показывает отсутствие недопустимого приращения влаги в среднем по толщине слоя материала, примыкающего к лицевой кладке, увлажнение материала на границе слоев будет значительным. Если воздушного зазора нет, эта влага посредством влагопроводности проникает в толщу лицевого кирпича, установленного вплотную.
Наличие воздушного зазора тоже не гарантирует сухости облицовочной кладки. Если зазор не вентилируется наружным воздухом, конденсат выпадает на внутренней поверхности облицовочного слоя. Для большинства конструктивных решений интенсивность этой конденсации по расчету мала, однако есть два исключения, при которых увлажнение может создавать риски нормальной эксплуатации облицовки.
Первое — это ошибочно запроектированное или выполненное с низким качеством заполнение деформационного шва между внутренними слоями стены и расположенным выше перекрытием. При неплотностях в этом узле возникает сквозное движение воздуха из по-
мещения наружу. Теплый влажный воздух, проходя деформационный шов напрямую, остывает в зазоре, отдавая всю лишнюю влагу стенкам воздушного зазора, в первую очередь внутренней поверхности облицовочной кладки как имеющей статистически более низкую температуру.
Второе — выход начальной влаги из материалов кладки. Интенсивная сушка характерна для силикатного кирпича, бетонных, в том числе керамзитобетонных блоков, кладки из кирпича малых форматов с большим количеством раствора, но особенно характерна интенсивная сушка в начальный период для ячеистого бетона, широкого используемого для внутреннего слоя двуслойных стен.
Поэтому при проектировании и устройстве облицовочной кладки следует учитывать как возможность неплотного заполнения деформационного шва, так и начальную влажность строительных конструкций. Для учета этого механизма увлажнения существует апробированное конструктивное решение — обеспечить вентилирование воздушной прослойки между внутренними слоями стены и облицовочной кладкой. Достигается это устройством вентиляционных продухов в верхней и нижней зонах фрагментов кладки, ограниченных горизонтальными деформационными швами, в нижней зоне — совмещением функции вентиляционных продухов и дренажных отверстий в одних и тех же конструктивных элементах. Как правило, продухами и дренажными отверстиями выступают не заполненные раствором вертикальные швы в нижних рядах облицовочной кладки. В навесных системах с лицевым кирпичным слоем вентилирование воздушного зазора обеспечивается конструктивно во всех случаях.
Материалы для облицовочной кладки.
Правильный подбор материалов является дополнительной возможностью снизить риск замачивания толщи облицовочной кладки осадками или поступающей изнутри влагой.
В первую очередь внимание следует уделять назначению кладочного раствора. Кладочный раствор для облицовочной кладки должен обладать низкой прочностью (в пределах М50—М75). Невысокая прочность ограничит напряжения на границе раствор-кирпич, возникающие при влажностной деформации твердеющего, а затем увлажняемого и высушиваемого раствора, ограничит передачу от раствора на кладку деформаций сдвига, возникающих вблизи зоны опирания на стесняющее температурно-влажностные деформации перекрытие. Благодаря невысокому модулю упругости низкомарочный раствор будет вызывать ограниченные растягивающие напряжения в камнях, принимая значительную часть деформаций на себя.
Дополнительным плюсом является объемная гидро-фобизация раствора. Гидрофобность препятствует движению атмосферной влаги по капиллярам и микротрещинам в толщу наружного слоя стены.
Для облицовочной кладки следует использовать кирпич с ограниченной пустотностью: утолщенная внешняя стенка снижает риск прямого попадания воды в пустоты, сетка мелких пустот предпочтительнее нескольких крупных, так как ограничивает продавлива-ние раствора в пустоты. Некоторые характеристики, влияющие на долговечность и декоративные свойства облицовочной кладки на фасадах зданий, остаются за пределами нормирования. Например, модуль упругости, стойкость к ударным воздействиям, стойкость к действию солей и кислот, верхняя граница водопогло-щения.
МГДОГГШЬгШ и. ®
апрель 2017
49
Важной характеристикой кирпича, используемого для устройства облицовочных слоев, является его морозостойкость, определяемая по сохранности внешнего вида. Наибольшую стойкость к атмосферным воздействиям показывает клинкерный кирпич — материал с низким водопоглощением, высокой кислото-, соле-, морозостойкостью и прочностью при сжатии и изгибе. Клинкерный кирпич — вид кирпича, наименее требовательный к характеристикам раствора. Единственная важная для кладки клинкерного кирпича характеристика кладочного раствора — адгезия к клинкерному кирпичу.
В лаборатории кирпичного холдинга, входящего в Группу ЛСР, кирпич проходит проверку не только в части требуемых для вывода на рынок характеристик, но и дополнительные испытания [11]. Комплекс испытаний включает проверку на соответствие требованиям ГОСТа, дополнительно — на соответствие некоторым параметрам, нормируемым в Евросоюзе (стойкость к действию солей и кислот). В лаборатории ведутся исследовательские работы, направленные на выявление новых факторов, влияющих на стойкость кирпичных фасадов к эксплуатационным воздействиям.
Примеры успешной реализации кирпичных фасадов.
За пять лет, прошедших с введения в действие СП 15.13330.2012, в разных городах было запроектиро-
Список литературы
1. Гринфельд Г.И. Диалектика нормативных требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2012. № 1. С. 22-24.
2. Ищук М.К. Требования к многослойным стенам с гибкими связями // Жилищное строительство. 2008. №3. С. 28-31.
3. Ищук М.К. Отечественный опыт возведения зданий с наружными стенами из облегченной кладки. М.: РИФ «Стройматериалы», 2009. 360 с.
4. Орлович Р.Б., Найчук А.Я., Деркач В.Н. Анизотропия прочности каменной кладки из кладочных элементов с щелевыми вертикальными пустотами // Строительная механика и расчет сооружений. 2010. № 3. С. 35-38.
5. СП 15.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП II-22—81* Каменные и армокаменные конструкции».
6. СНиП II-22—81* «Каменные и армокаменные конструкции».
7. Приказ Минстроя РФ № 821/пр от 18.11.2016 г. Об утверждении Изменения №1 к СП 15.13330.2016 «СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции»
8. Орлович Р.Б., Рубцов Н.М., Зимин С.С. О работе анкеров в многослойных ограждающих конструкциях с наружным кирпичным слоем // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 1. С. 3—11.
9. СП 50.13330.2012 «Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
10. Гринфельд Г.И., Вишневский А.А., Кирпич и камни с высокой пустотностью в облицовочной кладке наружных стен // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2016. № 11. С.22—36.
11. Саенко Э.Г., Корепанова В.Ф., Гринфельд Г.И. Возможности фасадного клинкерного кирпича марки «ЛСР» в замещении импорта // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 60—63.
вано, начато строительство и введено в эксплуатацию значительное число многоэтажных жилых комплексов и общественных зданий.
В числе наиболее ярких можно назвать: жилой комплекс «ЗИЛАРТ», Визовый центр у Курского вокзала (Москва), «Дом на излучине Невы» (Санкт-Петербург).
Заключение
Выполнение требований СП 15.13330 к проектированию облицовочной кладки и последующая точная реализация указаний проекта на строительном объекте позволяют возводить здания с надежными и долговечными кирпичными фасадами.
Устройство дополнительных мероприятий сверх необходимого минимума: устройство слоев скольжения между опорной поверхностью железобетонных несущих конструкций и облицовочной кладкой, устройство вентиляционных и дренажных отверстий, обеспечивающих осушение воздушного зазора между облицовочной кладкой и внутренними слоями стены, позволят создавать кирпичные фасады, внешним видом и долговечностью не уступающие таковым у массивных кирпичных стен, послуживших визуальным прототипом современной облицовочной кладки, выполняемой одним ложковым рядом все более узкого кирпича.
References
1. Grinfeld G.I. Dialectics of specified requirements for resistance of enclosing structures to heat transfer. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012. No. 1, pp. 22—24. (In Russian).
2. Ishchuk M.K. Requirements for multi-layer walls with flexible connections. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2008. No. 3, pp. 28—31. (In Russian).
3. Ishchuk M.K. Otechestvennyi opyt vozvedeniya zdanii s naruzhnymi stenami iz oblegchennoi kladki [Domestic experience in the erection of buildings with external walls of lightweight masonry]. Moscow: RIF «Stroimaterialy». 2009. 360 p.
4. Orlovich R.B., Naichuk A.Ya., Derkach V.N. Anisotropy of the strength of masonry from masonry elements with slotted vertical voids. Stroitel'naya mekhanika i raschet sooruzheniy. 2010. No. 3, pp. 35—38. (In Russian).
5. Code of Regulations 15.13330.2012 "Updated version of SNiP II-22—81* Stone and reinforced-stone constructions". (In Russian).
6. SNiP II-22—81* "Stone and reinforced-stone constructions". (In Russian).
7. Order ofthe Ministry of Construction ofthe Russian Federation No. 821/pr dated November 18, 2016. On approval of Amendment No. 1 to JV 15.13330.2016 "SNiP II-22-81* Stone and reinforced-stone constructions". (In Russian).
8. Orlovich R.B., Rubtsov N.M., Zimin S.S. On the work of anchors in multi-layered enclosing structures with an outer brick layer. Inzhenerno-stroitel'niy zhurnal. 2013. No. 1, pp. 3-11. (In Russian).
9. Code of Regulations 50.13330.2012 "Updated version of SNiP 23-02-2003" Thermal protection of buildings". (In Russian).
10. Grinfeld G.I., Vishnevskiy A.A. Brick and stones with high emptiness in the cladding of external walls. Stroitel'stvo unikal'nykh zdaniy i sooruzheniy. 2016. No. 11, pp. 22-36. (In Russian).
11. Saenko E.G., Korepanova V.F., Grinfeld G.I. Capabilities of facade clinker brick of «LSR» brand to substitute import. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 4, pp. 60-63. (In Russian).
