CC BY
26УДК 963.22
DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-40-44
М.К. ИЩУК, канд. техн. наук (kamkon@ya.ru), О.К. ГОГУА, канд. техн. наук, И.Г. ФРОЛОВА, инженер
Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций им. А.В. Кучеренко (ЦНИИСК им. А.В. Кучеренко) (109428, г. Москва, ул. 2-я Институтская, 6)
Особенности работы гибких связей в стенах с лицевым слоем из каменной кладки
Существует ряд особенностей работы гибких связей, располагаемых в горизонтальных растворных швах кладки лицевого слоя толщиной 120 мм в наружных ненесущих стенах с поэтажной разрезкой горизонтальными деформационными швами. По сравнению со связями, замоноличенными в бетон, это проявляется в первую очередь вследствие относительно низкой прочности раствора шва и его небольшой толщины. Работа связей в ненесущих стенах с поэтажной разрезкой отличается от работы в кладке несущих и самонесущих стен, поскольку в несущих стенах усилия обжатия значительно выше и расслоения кладки при выдергивании из нее связи не происходит. В многослойной кладке недопустимые для условий ее эксплуатации деформации могут наступить раньше исчерпания несущей способности связи на вырыв. Раньше исчерпания несущей способности связи на вырыв может произойти и разрушение тонкого лицевого слоя по горизонтальному растворному шву при изгибе из плоскости. Особенностью работы связей в виде сеток из полимерных композитных материалов является неравномерность включения в работу отдельных стержней сеток, что также предложено учитывать коэффициентом условий работы, меньшим единицы.
Ключевые слова: наружные стены из многослойной кладки, лицевой слой из каменной кладки, гибкие связи, полимерные композитные материалы, экспериментальные исследования, прочность и деформации связи и анкерного узла на вырыв, огнестойкость.
Для цитирования: Ищук М.К., Гогуа О.К., Фролова И.Г. Особенности работы гибких связей в стенах с лицевым слоем из каменной кладки // Строительные материалы. 2018. № 7. С. 40-44. DOI: 10.31659/0585-430Х-2018-761-7-40-44
M.K. ISHCHUK, Candidate of Sciences (Engineering) (kamkon@ya.ru), O.K. GOGUA, Candidate of Sciences (Engineering), I.G. FROLOVA, Engineer Central Research Institute of Building Constructions named after A.V. Koucherenko (TSNIISK named after A.V. Koucherenko) (6, 2-nd Institutskaya Street, Moscow, 109428, Russian Federation)
Features of Operation of Flexible Ties in the Walls with the Facing Layer of Stone Masonry
There are a number of operation features of flexible ties, located in the horizontal mortar joints of the masonry of the 120 mm thick facing layer 120 mm in the external non-bearing walls with floor-by-floor cutting with horizontal deformation seams. In comparison with ties in concrete, it is primarily due to the relatively low strength of the joint mortar and its small thickness. The work of ties in the non-bearing walls with the floor-by-floor cutting is different from the work in the masonry of the bearing and self-supporting walls, since the compression force in the bearing walls is much higher and disintegration of the masonry, when pulling out ties from it, does not occur. In multilayer masonry, unacceptable defor-mations for the conditions of its operation may occur before the exhaustion of the bearing capacity of the tie to the tear-out. Before the exhaustion of the bearing capacity of the tie to the tear-out, the destruction of the thin facing layer along the horizontal mortar joint when bending out from the plane may occur. The peculiarity of the work of ties in the form of grids made of polymer composite materials is the unevenness of the inclusion of individual rods of grids in the work, which is also expected to take into account with the coefficient of working conditions, less than one.
Keywords: exterior walls made of multilayer masonry, facing layer made of stone masonry, flexible connections, polymer composite materials, experimental studies, strength and deformation of tie and anchor node to pull-out, fire resistance.
For citation: Ishchuk M.K., Gogua O.K., Frolova I.G. Features of operation of flexible ties in the walls with the facing layer of stone masonry. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 7, pp. 40-44. DOI: 10.31659/0585-430X-2018-761-7-40-44 (In Russian).
'fT
n
50
Для разработки методов расчета многослойных стен и конструктивных мероприятий необходимо понимание особенностей работы связей на различные виды воздействий, особенностей их работы в стенах с поэтажной разрезкой при низком уровне обжатия вертикальной нагрузкой и в несущих стенах, в тонких и массивных стенах.
Зарубежный опыт применения гибких связей превосходит отечественный. Конструкция связей, шаг их установки, как и в России, определялись путем отбора более надежных решений в процессе длительной эксплуатации зданий [1—3] и др.
Первые гибкие связи представляли собой кованые скобы, скрутки и т. п. Поскольку кладка велась преимущественно на слабых известковых растворах, загнутые концы скоб вставлялись в выбитые в кирпиче отверстия, что обеспечивало их более надежную анкеровку. В работе В.И. Курдюмова [4] рекомендовалось «зазор между связью и стенками гнезда заполнять свинцом
50
или цементом». Шаг связей предлагался 1—1,5 м. Такой шаг являлся довольно большим и в какой-то степени мог быть оправдан лишь их хорошей анкеровкой.
В 1930-е гг. стали применяться связи в виде Z-образных стержней, стальной полосы [5] благодаря применению более прочных растворов.
По ряду причин номенклатура применяемых в настоящее время в России гибких связей фабричного изготовления меньше, чем в большинстве развитых стран,
б
гт
50
и
U
и
-
я *
V 1
Рис. 1. Гибкие связи: а, б - стальные диаметром 5-6 мм; в - стальная диаметром 3 мм; г - сте-кловолоконная с утолщением на концах; д - базальтопластиковая с песчаным наконечником; е - стекловолоконная с двунаправленным периодическим профилем
в
г
е
научно-технический и производственный журнал "40 июль 2018 ШАГ-^Ш&Г
2
# * ■ ИЯЙВД fJ5 /J К* S
1 s E
Г* gr / F m
Рис. 2. Расслоение кладки по растворному шву: 1 - грузы; 2 - связь из стеклопластика с утолщением на концах; 3 - индикатор часового типа
например в Европе [6]. На рис. 1, а—в приведены примеры рекомендуемых в России гибких связей из стальной проволоки, а на рис. 1, г—е — проверенные экспериментально типы связей из полимерных композитных материалов. Требования к материалам и связям из полимерных композитных материалов приведены в [7-10] и др.
На вырыв испытывались гибкие связи: из стеклопластиковых стержней с утолщениями на концах (рис. 1, г); базальтопластиковых стержней с песчаным наконечником (рис. 1, д) и стержней с двунаправленным периодическим профилем (рис. 1, е); из базальтопластиковых сеток, из стальных стержней с анкерными устройствами в виде петель и загнутых концов, из стальных сварных сеток.
Особенности работы связей в растворных швах по сравнению со связями, замоноличенными в бетон, проявляются в первую очередь вследствие относительно низкой прочности раствора шва и его небольшой толщины.
При низкой прочности сцепления по горизонтальным растворным швам и низком уровне обжатия может произойти расслоение кладки вследствие расклинивающего эффекта при выдергивании связи. Особенно это
9
£
f i о
« » « * * w* *
50 100 150
Перемещения е, 0,01 мм
200
Рис. 3. Перемещения связи из арматуры 05 мм в анкерном узле. Среднее по образцам с прочностью раствора М75, М125, М150
5 л
со
m с
3 6
2 r
10 20 30 40
Перемещения е, 0,01 мм
50
Рис. 4. Перемещения связи из арматуры 010 мм в анкерном узле при растворе М150 (1) и М75 (2)
11 1
£
8 -
-1
2
// \з
0
30
60
90
Перемещения е, 0,01 мм
Рис. 5. Перемещения связей из арматуры диаметром 010 (1); 7 (2); 5 (3) мм в анкерном узле при растворе М150
10
£
25 50 75 100 125 Перемещения е, 0,01 мм
150
175
Рис. 7. Перемещения связей с песчаным наконечником с обоймой, препятствующей раскрытию шва
£
\2
30 60 90
Перемещения е, 0,01 мм
120
Рис. 6. Перемещения слоев относительно друг друга и в одном анкерном узле для связей с утолщением на концах. 1 - суммарные пермеще-ния между слоями кладки; 2 - перемещения в одном анкерном узле
4
5
4 +
\,2_ Vi
V
±<
V
50 100 150 200 250 Перемещения е, 0,01 мм
300
350
Рис. 8. Перемещения связи из сетки. 1 - суммарные пермещения между слоями кладки; 2 - перемещения в одном анкерном узле
3
6
3
3
0
0
8
6
4
5
2
2
0
3
5
2
0
0
научно-технический и производственный журнал
июль 2018 41
Рис. 9. Характерный разрыв сетки
относится к связям с клиновидными утолщениями на концах (рис. 2). По этой причине работа гибких связей в ненесущих стенах с поэтажной разрезкой отличается от работы в кладке несущих и самонесущих стен. В несущих стенах усилия обжатия значительно выше и расслоения кладки при выдергивании из нее связи не происходит.
В многослойной кладке недопустимые для условий ее эксплуатации деформации могут наступить раньше исчерпания несущей способности связи на вырыв. Последствием таких деформаций может быть появление трещин, недопустимые перемещения из плоскости стен и т. д. Наряду с критерием прочности связи на вырыв из растворного шва должен вводиться критерий, ограничивающий деформации связи. При назначении предельной величины деформации естены следует исходить из суммарных перемещений в анкерных узлах Ееуз и собственно материала связи еев на длине между слоями кладки:
^стены — ^св ^"^уз — ^иЪ
где еиЫ — предельная величина перемещений слоев кладки относительно друг друга, назначаемая из условий эксплуатации.
Испытания на вырыв показали, что деформации материала связей из полимерных композитных материалов сопоставимы по величине с суммарными деформациями в анкерных узлах (рис. 3-8).
Некоторые конструкции связей неспособны обеспечить устойчивость лицевого слоя вследствие большой податливости, которая на одном и том же участке стены может существенно различаться. Это приводит к неодновременному включению связей в работу, что можно учитывать введением понижающего коэффициента условий работы.
Предельное усилие вырыва связи из стекло-
пластиковой арматуры периодического профиля может быть вычислено по формуле:
N = В ■ (4,82Аа + 5,88),
где Аа — безразмерный коэффициент, численно равный площади поперечного сечения арматурного стержня, выраженной в см2; В — коэффициент, равный 1 кН при марке раствора М150 и выше, и 0,7 кН при марке раствора менее М150.
Особенностью работы связей в виде сеток из полимерных композитных материалов является неравномерность включения в работу отдельных стержней сеток, что также предложено учитывать коэффициентом условий работы, меньшим единицы. Как правило, предельное состояние наступает вследствие разрыва сетки (рис. 9).
Сетки из полимерных композитных материалов следует рассматривать как гибкие связи в двухслойных стенах даже при заполнении зазора между слоями раствором [11]. Их работоспособность может сохраняться вплоть до потери несущей способности основного слоя стены (рис. 11).
Показано, что перемещения и усилия в испытанных видах связей из полимерных композитных материалов удовлетворяют условиям прочности и деформациям для большинства видов конструкций с многослойной кладкой, в том числе с учетом неравномерного включения связей в работу.
Вместе с тем к полимерным композитным связям предъявлены повышенные конструктивные требования, в частности количество их на 1 м2 должно быть не менее 8 шт. в отличие от стальных связей (4 шт. на 1 м2). Это объясняется, в частности, тем, что предел огнестойкости испытанных трехслойных стен с лицевым слоем из кирпичной кладки с гибкими связями из полимерных композитных материалов (рис. 11) составил Е1 45, что является достаточным для ненесущих стен, т. е. стен с поэтажной разрезкой. Однако прочность анкерного узла связей после термического воздействия может оказаться меньше [12, 13].
Рис. 10. Образец кладки из крупноформатных камней с лицевым слоем из кирпичной кладки со связями из базальтопластиковой сетки
а ¡Шж
П. '\\
Р*. 4 II ГА .
4 ¿V
9 Л
Рис. 11. Испытания базальтопластиковых связей с песчаным наконечником после термического воздействия: а - помещенный в печь образцец трехслойной стены с габаритами 3,3x3,3 м; б - извлеченные из внутреннего слоя после термического воздействия образцы для испытания связей на вырыв; в - графики перемещений связей: 1 - трехслойная стена; 2-печь; I - без термического воздействия; II -после термического воздействия б
8
£ 6 4 2 0
2
3
Перемещения, мм
5
Рис. 12. Испытания на вырыв: а - со связью без загиба за продольный стержень сетки; б - со связью с загибом связи за продольный стержень сетки: 1 - без загиба за продольный стержень сетки; 2 - с загибом за продольный стержень сетки
4
научно-технический и производственный журнал
42 июль 2018
Рис. 13. Испытание на вырыв одиночной связи из тонкой стенки
Рис. 14. Испытание на вырыв группы связей из тонкой стенки: 1 - раскрытие горизонтального шва от изгиба из плоскости
При более длительном термическом воздействии части связей, расположенные в пространстве между слоями кладки, разрушаются. По этой причине в несущих и самонесущих стенах, к которым предъявляются повышенные требования к огнестойкости по сравнению с ненесущими, связи должны располагаться по всей толщине стены в растворном шве в теле кладки. Таким требованиям могут отвечать двухслойные стены и трехслойные с вертикальными диафрагмами из каменной кладки.
Стальные Z-образные, [-образные, петлеобразные связи для обеспечения необходимой жесткости должны изготавливаться диаметром 5 мм и более. Связи в виде сварных сеток могут выполняться из арматуры диаметром 3 мм.
При заводке загнутого конца связи за продольный арматурный стержень, расположенный в растворном шве, до выбора люфта между ними работа связей с арматурой и без происходила аналогично (рис. 12).
Особенностью работы гибких связей, крепящих тонкий лицевой слой кладки (рис. 13, 14), является возможность не только разрыва или вырыва связи из кладки, но и разрушение кладки от изгиба из плоскости по непере-вязанному сечению (по горизонтальным растворным швам). Необходимо исходить из оптимального соотношения прочности связей, их узлов анкеровки и прочности кладки слоев стены на изгиб из плоскости.
Вопросы работы гибких связей, расположенных в растворных швах, при циклических воздействиях приведены в [14].
Список литературы
1. Ritchie T. Canadian Building Digest. CBD-21. Cavity Walls. Ottawa: National Research Council of Canada, Division of Building Research 1961. 4 p.
2. Brick Masonry Cavity Walls, Insulated, Detailing, Construction. Technical Note 21 series. Brick Industry Association, August 1998, p. 14.
3. Wall Ties for Brick Masonry. Technical Note 44B. Brick Industry Association, May 2003. p. 15. (http://www.gobrick. com/portals/25/docs/technical%20notes/tn44b.pdf).
4. Курдюмов В.И. Материалы для курса строительных работ. Вып. IV. Каменная кладка. СПб.: Типография Ю.Н. Энглиха, 1899. 228 с.
5. Кардо-Сысоев В.Н. Практика строительного дела. Госстройиздат, 1932. 398 с.
6. СТ РК EN 845-1-2011. Требования к вспомогательным строительным элементам каменной кладки. Ч. 1. Анкерные связи кладки, натяжные скобы, кронштейны и держатели. (EN 845-1:2008 Festlegungen für ergänzungsbauteile für mauerwerk — Teil 1: Maueranker, zugbänder, auflager und konsolen, IDT).
7. Степанова В.Ф., Степанов А.Ю., Жирков Е.П. Арматура композитная полимерная. М.: АСВ, 2013. 200 с.
8. СП 15.13330.2012 Каменные и армокаменные конструкции. М.: 2013, 86 с.
9. СП 327.13255800.2017 Стены наружные с лицевым кирпичным слоем. Правила проектирования, эксплуатации и ремонта. М.: 2013, 37 с.
10. ГОСТ Р 54923-2012 Композитные гибкие связи для многослойных ограждающих конструкций. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2014. 56 с.
В работе [15] авторы ссылаются на зарубежный опыт, указывая на то, что помимо испытаний на вырыв должны выполняться испытания на сжатие вдоль оси связи в соответствии с европейскими нормами [16, 17] и на сдвиг в соответствии с [18]. Здесь возможно некоторое уточнение. Вводя конструктивные ограничения на конструкцию связей и их шаг, можно рассчитывать, что предельное состояние представленных на рис. 1 связей наступит по растворным швам вследствие вырыва или раскалывания по шву. Потеря устойчивости таких связей при расчетных нагрузках представляется маловероятной. Применение связей, отличных от представленных на рис. 1 типов, может потребовать дополнительной проверки. Для свезей в виде сеток из полимерных композитных материалов в трехслойных стенах рекомендуется установка воспринимающих ветровую нагрузку распорок.
В европейских нормах усилие обжатия при испытании на вырыв или сжатие осуществляется с помощью прижимного болта. Для некоторых видов связей такой подход не вполне оправдан. Так, связи с утолщением на концах при их выдергивании создают расклинивающий эффект, и при низком уровне обжатия в ненесущих стенах возможно раскалывание по горизонтальным растворным швам. В этом случае более корректным является обжатие с помощью пружины либо грузами. Выводы
Работа гибких связей, расположенных в горизонтальных растворных швах тонких слоев ненесущих наружных стен, в первую очередь лицевого слоя толщиной 12 см и менее, имеет существенное отличие от работы связей, установленных в бетон или кладку большей толщины.
Это накладывает требования на проведение испытаний связей по разным схемам в зависимости от толщины кладки, уровня обжатия вертикальной нагрузкой. При этом результаты испытаний по разным схемам могут различаться в несколько раз, что должно учитываться ГОСТом на методы испытаний.
References
1. Ritchie T. Canadian Building Digest. CBD-21. Cavity Walls. Ottawa: National Research Council of Canada, Division of Building Research 1961. 4 p.
2. Brick Masonry Cavity Walls, Insulated, Detailing, Construction. Technical Note 21 series. Brick Industry Association, August 1998, p. 14.
3. Wall Ties for Brick Masonry. Technical Note 44B. Brick Industry Association, May 2003. p. 15. (http://www.go-brick.com/portals/25/docs/technical%20notes/tn44b.pdf).
4. Kurdyumov V.I. Materialy dlya kursa stroitel'nykh rabot. Vypusk IV. Kamennaya kladka [Materials for the course of construction works. Issue IV. Masonry. Saint Petersburg: Typography Yu.N. Englich. 1899. 228 p.
5. Kardo-Sysoev V.N. Praktika stroitel'nogo dela [The practice of construction]. Gosstroyizdat. 1932. 398 p.
6. ST RK EN 845-1-2011. Requirements for auxiliary building elements of masonry. Part 1. Anchor ties masonry, tension clamps, brackets and holders.
7. Stepanova V.F., Stepanov A.YU., ZHirkov E.P. Armatura kompozitnaya polimernaya [Composite polymeric armature.]. Moscow: ASV. 2013. 200 p.
8. Code of Regulations 15.13330.2012 Kamennye i armoka-mennye konstruktsii [Stone and reinforced stone constructions]. Moscow: 2013. 86 p. (In Russian).
9. Code of Regulations 327.13255800.2017 Steny naruzh-nye s litsevym kirpichnym sloem. Pravila proektirovani-ya, ekspluatatsii i remonta [External walls with a facial brick layer. The rules of design, operation and repair]. Moscow: 2013. 37 p. (In Russian).
10. GOST R 54923-2012 Kompozitnye gibkie svyazi dlya mnogosloynykh ograzhdayushhikh konstruktsiy. Tekhni-
lj научно-технический и производственный журнал
Ы- ® июль 2018 43"
11. Ищук М.К., Ширай М.В. Экспериментальные исследования прочности и деформаций кладки из крупноформатных керамических камней с заполнением пустот утеплителем // Строительные материалы. 2012. № 5. С. 93-95.
12. Ищук М.К., Гогуа О.К., Алехин Д.А., Файзов Д.Ш., Николаев В.В., Литвинов Е.А., Попов А.А. Огнестойкость ненесущих наружных стен с лицевым слоем из кирпичной кладки // Жилищное строительство. 2016. № 11. С. 35-37.
13. Ищук М.К., Гогуа О.К., Алехин Д.А., Файзов Д.Ш., Фролова И.Г., Николаев В.В., Литвинов Е.А. Экспериментальные исследования прочности и деформаций анкеровки базальто-пластиковых связей на вырыв из растворных швов кладки до и после огневого воздействия // Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 12. С. 49-52.
14. 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 (36). С. 3-11.
15. Орлович Р.Б., Найчук А.Я. Анкеровка лицевого слоя в слоистых каменных стенах // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 6. С. 73-76.
16. DIN EN 846-5-2010 Prüfverfahren für Erganzungsbauteile für Mauerwerk. Teil 5: Bestimmung der Zug- und Druck-tragfahigkeit sowie der Steifigkeit von Mauerankern (Stein-paar-Prufung); Deutsche Fassung prEN 846-5:2010. 12 s.
17. EN 846-6-2012 Methods of test for ancillary components for masonry. Part 6: Determination of tensile and compressive load capacity and load displacement characteristics of wall ties (single end test). 13 p.
18. DIN EN 846-7:2000 Prüfverfahren für Ergänzungsbauteile für Mauerwerk Teil 7: Bestimmung der Schubtragfähigkeit und der Steifigkeit von Mauerverbindern SteinpaarPrüfung in Mörtelfugen) Deutsche Fassung. 6 s.
cheskie usloviya [Composite flexible connections for multi-layered enclosing structures. Technical conditions]. Moscow: Standardinform. 2014. 56 p. (In Russian).
11. Ishchuk M.K., Shiray M.V. Strength and deformation of large-size ceramic stone masonry with filling of voids with heat insulation. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 5, pp. 93-95. (In Russian).
12. Ishchuk M.K., Gogua O.K., Alekhin D.A., Fayzov D.Sh., Nikolaev V.N., Litvinov E.A., Popov A.A. Fire resistance of non-bearing external walls with face layer of brick masonry with flexible basalt-plastic bracings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 11, pp. 35-37. (In Russian).
13. Ishchuk M.K., Gogua O.K., Alekhin D.A., Fayzov D.SH., Frolova I.G., Nikolaev V.V., Litvinov E.A. Experimental studies of pullout of basalt-plastic ties from mortar joints before and after fire exposure. Promyshlennoe i grazhdans-koe stroitel'stvo. 2016. No. 12, pp. 49-52. (In Russian).
14. 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'nyy zhurnal. 2013. No. 1 (36), pp. 3-11. (In Russian).
15. Orlovich R.B., Naychuk A.Ya. Anchoring of the surface layer in the layered stone walls. Promyshlennoe i grazh-danskoestroitel'stvo. 2010. No. 6, pp. 73-76. (In Russian).
16. DIN EN 846-5-2010 Prufverfahren fur Erganzungsbauteile fur Mauerwerk. Teil 5: Bestimmung der Zug- und Druck-tragfahigkeit sowie der Steifigkeit von Mauerankern (Stein-paar-Prufung); Deutsche Fassung pr EN 846-5:2010. 12 s. (In German).
17. EN 846-6-2012 Methods of test for ancillary components for masonry. Part 6: Determination of tensile and com-pressive load capacity and load displacement characteristics of wall ties (single end test). 13 p.
18. DIN EN 846-7:2000 Prüfverfahren für Ergänzungsbauteile für Mauerwerk Teil 7: Bestimmung der Schubtragfähigkeit und der Steifigkeit von Mauerverbindern Steinpaar-Prüfung in Mörtelfugen) Deutsche Fassung. 6 s. (In German).
научно-технический и производственный журнал 'Ü^CJM^^ibMiiH "44 июль 2018 ШАГ-^Ш&Г
