Нормирование и поиск эффективных решений при рассмотрении вариантов распределения нагрузок на стеновую конструкцию из ячеистого бетона

Применение в современном малоэтажном строительстве блоков из ячеистого бетона автоклавного твердения связано с повышением требований к сопротивлению теплопередаче по требованиямСП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий, снижением материалоемкости, уменьшением трудоемкости и улучшением качественных характеристик жилья, возведенного с применением этого материала. Совокупность вышеперечисленных факторов определяет значительный объем использования блоков из газобетона в практике жилищного строительства. Одним из недостатков ячеистых бетонов является низкая сопротивляемость воздействию местной нагрузке (местное смятие, сжатие), характеризующееся разрушением межпоровых перегородок в структуре газобетона. Недостаток проявляется при нагружении межэтажными перекрытиями из железобетонных плит и перекрытиями по балкам, а также при опирании стропильных кровель на стены из газобетона. Недостаточную прочность кладки в таких случаях устраняют путем устройства монолитных железобетонных распределительных поясов. Такое техническое решение влечет за собой ряд обстоятельств, снижающих эффективность применения газобетона, наиболее существенные из которых — трудоемкость возведения несущих стен и создание мостиков холода, что приводит к снижению качественных характеристик здания. Цель настоящей работы — изучение действующей нормативной документации и поиск альтернативных решений применению железобетонных распределительных поясов без снижения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.

Ключевые слова: ячеистый бетон, местная нагрузка, распределительный пояс, нормативная документация.

Об отличительных свойствах ячеистого бетона автоклавного твердения и методах его производства известно с 30-х годов двадцатого века. С тех пор в технологии производства блоков из ячеистого бетона изменилось немногое, основные изменения произошли в улучшении свойств и расширении области применения этого материала. С увеличением спроса вырос объем производства. Во многом этот спрос связан с повышением требований к сопротивлению теплопередачи для материалов внешних стен зданий. Ячеистый бетон является одним из самых эффективных теплоизоляционно-конструкционных материалов для решения подобных задач из-за своей низкой плотности и высокой пористости (см. Таблица 1), однако его преимущества на этом не исчерпываются.

Таблица 1

Зависимость теплопроводности бетона от средней плотности или пористости

*Примечание: В числителе теплопроводность кладки, в знаменателе — при влажности 2 %.

**Примечание: В числителе теплопроводность сухого бетона, в знаменателе — при влажности 8 %.

Ячеистый бетон — экологичный материал, подобен дереву. Не выделяет вредных веществ при эксплуатации здания, не имеет запаха. Блоки из газобетона имеют точную геометрию, что позволяет экономить на дальнейших этапах строительства, например отделке. Заполнителем ячеистых бетонов является воздух, следовательно, легкие блоки уменьшают общую нагрузку на фундамент и основание здания. Материал имеет высокий класс огнестойкости и способен поглощать звук. Стены из газобетона могут регулировать микроклимат в помещении путем поглощения и отдачи влаги. Блоки легко обрабатываются, возможно предание любой формы. В сравнении с керамическим кирпичом блоки из ячеистого бетона недороги (см. Рис. 1). Все эти преимущества делают материал популярным для малоэтажного и индивидуального строительства.

Одним из недостатков ячеистого бетона является его относительно низкая механическая прочность, которая имеет прямую зависимость от показателей его плотности (см. Таблица 2). Но и здесь современная промышленность предложила компромисс в виде оптимальных решений между шириной блоков внешних стен, их средней плотностью и прочностью. Согласно данным крупнейших производителей [4,5] класс прочности производимых ими стеновых блоков марки D500 составляет B2,5 — B3,5, как правило, такой прочности достаточно для возведения несущих стен 4–5-этажного дома. Это полностью соответствует задачам современного малоэтажного строительства, предъявляемым требованиям нормативной документации, принятой производителями блоков из ячеистого бетона автоклавного твердения [3].

Рис. 1. Средняя розничная цена на кирпич [1] и блоки из АГБ [2] по годам, ₽/м3

Таблица 2

Классификация ячеистых бетонов в зависимости от средней плотности

К недостаткам материала относится низкая сопротивляемость местному сжатию (смятию), характеризующаяся раздавливанием межпоровых перегородок. Это проявляется при опирании железобетонных плит, балок перекрытия или опор стропильной системы крыш на кладку из блоков ячеистого бетона. Конструктивным решением этой проблемы производителями предлагается возведение распределительного железобетонного пояса (см. Рис. 2), задачей которого является повышение прочности опорного участка кладки на который приходятся местные сосредоточенные нагрузки [3,4,5].

Рис. 2. Монолитный железобетонный пояс. Пример опирания многопустотной плиты перекрытия на стены из газобетонных блоков

При устройстве распределительного пояса производителями предлагаются специальные U-блоки, которые, по сути, являются несъемной опалубкой для его конструкции, выполненной из тяжелого армированного бетона, класса не ниже В20 [3]. Опора плит перекрытия или балок производится на этот пояс, задачей которого является перераспределение этих местных нагрузок. Однако по сложившейся практике строители устраивают распределительный пояс без применения U-блоков.

Данное техническое решение приводит к снижению общей теплопроводности ограждающей конструкции (Таблица 3) что влияет на качественные характеристики здания.

Таблица 3

Рассмотрим существующие методические рекомендации и нормативные документы с целью возможных альтернативных решений проблемы прочности ячеистого бетона при местном смятии.

В методических рекомендациях производителей [4,5], под сборные железобетонные плиты, под деревянные и стальные балки необходимо предусматривать распределительный железобетонный пояс. Альтернативным вариантом является устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия. В этом случае монолитная железобетонная плита за счет цельнолитой конструкции выполняет распределение усилий на несущие стены и фундамент. Проанализируем преимущества и недостатки такой альтернативы (Таблица 4):

Таблица 4

Преимущества и недостатки устройства монолитных железобетонных плит перекрытия в малоэтажном строительстве

Из сравнительного анализа видно, что устройство монолитной железобетонной плиты удовлетворяет поставленным в работе целям частично. Однако это техническое решение является затратным и не снимает (а местами усугубляет) многие недостатки процесса строительства с применением блоков из ячеистого бетона.

При рассмотрении существующей нормативной документации производителей на примере СТО НААГ 3.1–2013 [3] принятый Национальной Ассоциацией производителей автоклавного газобетона (НААГ) — некоммерческой организацией, объединяющей заводы по производству автоклавного газобетона (выпуск 60 % российских изделий), не обнаруживаются какие либо альтернативные варианты и решения распределения местных нагрузок. Тоже самое можно сказать и о других нормативных документах [6].

В СП 15.13330.2020 [7] в Приложении «Расчет на смятие (местное сжатие)» среди мероприятий для повышения несущей способности опорного участка кладки есть рекомендация по выполнению 4–5 рядов кладки из полнотелого кирпича. В случае покрытия больших пролетов такое решение становится менее эффективным, по сравнению с железобетонным распределительным поясом, уступая в параметрах материалоемкости, трудоемкости работ и стоимости возведения. В этом СП также указано, что при устройстве перекрытий по балкам пояс необходимо совмещать с опорными распределительными подушками. В практике малоэтажного строительства при организации межэтажных перекрытий из железобетонных пустотных плит, как и перекрытий по балкам, подобные решения не применяются. Также необходимо заметить, что участки стены, выполненные по настоящим рекомендациям, будут иметь высокую плотность и, соответственно, увеличенный коэффициент теплопроводности, что, безусловно, снижает эффект от использования ячеистого газобетона и, в конечном счете, эксплуатационных характеристиках здания.

По нашему исследованию нормативная документация производителей, стандарты их профессиональных объединений и существующие своды правил показывают нам практически безальтернативное техническое решение, — устройство железобетонного распределительного пояса. Исключение составляет устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия. Эта конструкция является альтернативой перекрытиям с применением железобетонных пустотных или ребристых плит и межэтажным перекрытиям по балкам. Возведение конструкции обходится дороже, увеличивает время строительства, материалоемкость и трудоемкость. Возведение железобетонного распределительного пояса рекомендуется всеми производителями безальтернативно, однако это техническое решение влечет за собой снижение теплотехнических и качественных эксплуатационных характеристик здания.

Литература:

1. Цены в России. 2020: Стат. сб./ Росстат — M., 2020. — 147 c
2. Рынок автоклавного газобетона России в 2020 году. — Текст: электронный // Национальная Ассоциация Производителей Автоклавного Газобетона: [сайт]. — URL: https://www.gazo-beton.org/_files/ugd/64b57a_cdf7c5db1254411f9a0993c6aabe9e8c.pdf (дата обращения: 02.05.2022).
3. СТО НААГ 3.1–2013 «Конструкции с применением автоклавногогазобетона в строительстве зданий и сооружений. Правила проектирования и строительства»
4. Энциклопедия строительства «Das Baubuch 2017–2018. — Текст: электронный // Официальный сайт YTONG: [сайт]. — URL: https://www.ytong.ru/ru/docs/baubuch-ytong.pdf (дата обращения: 02.05.2022).
5. «Руководство пользователя Издание четвертое, переработанное и дополненное». — Текст: электронный // ЛСР. Стеновые: [сайт]. — URL: http://lsrstena.ru/upload/files/polygraphy/rukovodstvo-polzovatelya-2022.pdf (дата обращения: 02.05.2022).
6. СТО НОСТРОЙ 2.9.136–2013 «Строительные конструкции зданий и сооружений. Устройство конструкций с применением изделий и армированных элементов из ячеистых бетонов автоклавного твердения. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ, рекомендации по применению»
7. СП 15.13330.2020 «СНиП II­22­81* Каменные и армокаменные конструкции»
8. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23–02–2003
9. Монолитное перекрытие. — Текст: электронный // СтройПартнер: [сайт]. — URL: https://st-par.ru/info/perekrytiya/monolitnoe-perekrytie/ (дата обращения: 05.05.2022).