Совершенствование конструкций стен подземной части зданий

Стены подземной части выполнялись до последнего времени из массивных бетонных блоков с развитыми цокольными частями. Толщина бетонных блоков стены подвалов принималась согласно установившимся многолетним традициям большей, чем толщина цокольной части стены первого этажа. Такой прием проектирования не вызывался требованиями расчета, но был узаконен с точки зрения «конструктивных соображений». В связи с этим находили массовое применение в московском строительстве (применяются и сейчас в ряде городов страны) бетонные блоки следующей толщины: 58 см — при толщине стены первого этажа 51 см, 78 см — под стену 64 см и 98 см — под стену 78 см. Прочностные качества бетонных блоков использовались здесь на 10—15%.

Рис. 2.10. Конструкция стен подземной части здания >

В последние годы стены подземной части зданий с несущими продольными стенами, выполняемыми из кирпича, бетонных блоков или керамзитобетонных панелей, конструируют из тонких бетонных блоков толщиной 38 см (рис. 2.10). В этом случае достигается более полное использование их прочностных качеств; сама конструкция стала логичной — из более прочного материала выполняется стена меньшего сечения, чем опирающаяся на нее стена из менее прочного материала — кирпича или легкого бетона.

Другое прогрессивное направление — укрупнение размеров блоков. В домах с несущими продольными стенами, например серии I-515, начали применять крупные керамзитобетонные блоки весом до 3,5—4 т. В крупнопанельных домах с поперечными несущими стенами серий II-49, II-57 и 1605 подземная часть здания монтируется из крупноразмерных элементов — сборных большеразмерных фундаментов, панелей наружных и внутренних стен размером на конструктивный шаг, панелей перекрытия, перекрывающих целиком конструктивную ячейку.

Рис. 2.11. Конструкция поперечных стен подземной части здания >

В пятиэтажных домах с поперечными стенами нашли применение две конструктивные разновидности несущих стен подземной части здания — в виде плоских панелей толщиной 14 см, являющихся по существу продолжением поперечных стен коробки здания (рис. 2.11, а), и в виде железобетонных рам (рис. 2.11, б). Последнее решение оказалось более экономичным по расходу бетона (почти в 2,5 раза). Однако для зданий высотой 9 этажей оно нерационально, так как рост нагрузок превращает такую конструкцию в рамный каркас и приводит к значительному увеличению расхода стали. Поэтому в типовых проектах девятиэтажных панельных домов поперечные несущие конструкции подземной части приняты в виде плоских железобетонных панелей, аналогичных панелям типовых этажей, толщиной 14 см, с необходимыми отверстиями для прохода и пропуска инженерных коммуникаций. Такую конструкцию для панельных домов повышенной этажности следует признать наиболее рациональной.

Наружные стены подземной части зданий выполняются в двух конструктивных вариантах: 1) в виде керамзитобетонных панелей толщиной 34 см, марки 200 (объемным весом 1200 кг/м³), с наружным фактурным слоем толщиной 4 см из бетона, с облицовкой керамической плиткой (дома серии II-57); 2) в виде трехслойных железобетонных панелей толщиной 28 см, с внутренним слоем толщиной 8,5 см, наружным 4,5 см, из бетона марки 200, с утеплителем в виде цементного фибролита (дома серии II-49д).

Вертикальные стыки наружных стеновых панелей подземной части здания выполняются с замоноличиванием конструктивным бетоном марки 200 и устройством металлических связей, которые располагаются в трех уровнях: две связи выполняются в виде петлевых стыков арматуры (рис. 2.11, в), одна — в виде металлических планок, устанавливаемых на болтах, для обеспечения устойчивости и крепления панелей во время монтажа.

Опыт применения наружных стен подземной части зданий приводит к выводу, что с точки зрения требований капитальности и долговечности наружные стены подземной части зданий целесообразно выполнять трехслойными железобетонными. Применение керамзитобетонных панелей может быть оправдано только конъюнктурными соображениями — наличием производственной базы. При этом необходимо создавать наружный бетонный слой толщиной 5—6 см для надежной защиты керамзитобетона от увлажнения и разрушения, т. е. по существу переходить к многослойной конструкции.

Конструирование панелей — решение стыковых соединений и армирование — должно быть подчинено повышению общей продольной жесткости панельного дома.

Повышенная жесткость подземной части здания достигается увеличением толщины внутреннего и наружного слоя железобетонной панели соответственно до 10 и 5 см из бетона марки не ниже 200 и жесткими соединениями панелей между собой и с примыкающими поперечными стенами с помощью рабочих выпусков арматуры (которые должны быть продолжением продольных арматурных стержней панелей), а также замоноличиванием соединений бетоном марки не ниже 200.

В горизонтальных швах между надземной и подземной частями крупнопанельного здания для обеспечения совместной их работы при возможных неравномерных осадках основания следует предусматривать гидроизоляцию цементным раствором состава 1:3, толщиной 30 мм, с водостойкими добавками. Применение рулонной гидроизоляции в этом случае не допускается.

Значительная продольная жесткость стен подземной части, состоящих из монолитно связанных между собой железобетонных панелей, исключает необходимость устройства железобетонных поясов.

Учитывая, что наружные продольные стены в конструкции дома с поперечными стенами в статическом отношении являются самонесущими, не обязательно предусматривать под ними самостоятельный фундамент; возможно опирание их на выпуски поперечных стен.

3. Некоторые вопросы общей пространственной жесткости панельного дома и неравномерных осадок оснований

Проблема общей пространственной жесткости панельного здания непосредственно связана с решением его подземной части. Конструкция подземной части в совокупности с конструкциями надземной части здания или самостоятельно (в зависимости от конструктивной системы проектируемого здания) должна обеспечивать разность осадок смежных опор в пределах, которые регламентируются условиями их прочности и трещиностойкости.

На первом этапе становления полносборного домостроения рядом специалистов высказывались серьезные опасения о возможных деформациях панельных домов, связанных с неравномерными-осадками грунтов оснований.

Однако практика крупнопанельного строительства в значительной степени опровергла эти опасения. Представляют интерес некоторые результаты наблюдений за осадками панельных домов различных систем, построенных на площадках с разными грунтовыми условиями, в том числе характеризующимися относительно низкой несущей способностью грунтов. Показательно, что речь идет о пятиэтажных домах, построенных в 1959—1962 гг., конструкции которых обладали пониженными характеристиками: прочности и жесткости, в особенности со единения поперечных и продольных стен, что характерно для конструктивных решений панельных домов тех лет.

С целью широкого исследования влияния неравномерной осадки на конструкции зданий различных систем начиная с 1960 г. НИИ оснований и подземных сооружений ведутся наблюдения за панельными домами серии К-7 (несущие конструкции — поперечные тонкостенные балки-стенки, наружные стены — навесные трехслойные железобетонные панели, стыки — без замоноличивания), домами' с несущими поперечными стенами из ви-брокирпичных панелей серии II-32, крупнопанельными домами с несущими продольными стенами из керамзитобетонных, панелей серии I-515.

Цель этих наблюдений — определить-осадки оснований домов и выявить трещины осадочного происхождения, возникающие в конструкциях зданий, наряду с исследованием влияния жесткости самих зданий на деформацию оснований. Наблюдения велись за значительным количеством зданий, например по серии К-7 — шесть домов, построенных в районе Бутырского хутора, по серии II-32 — три дома, построенных в районе Хорошево — Мневники, и серии I-515 — два дома, построенных в том же районе.

Объекты наблюдений специально были выбраны на площадках с неблагоприятными грунтовыми условиями: грунты основания были представлены разнородными напластованиями — мелкозернистыми водонасыщенными песками с включениями супесей и суглинков, обладающими относительно низкой несущей способностью — до 1,5 кГ/см².

Результаты наблюдений показали, что наибольшая разность осадок смежных опор в домах серии К-7 составила за период строительства 3—4 мм при величине перекоса 1·10^—3. В домах с поперечными несущими стенами серии II-32 максимальная осадка была равна 12 мм, минимальная — 5 мм, средняя — 8 мм. Прогиб продольных стен составил от 0,15·10^—3 до 0,03·10^—3. Максимальное значение перегиба 0,25·10^—3. Такую же примерно величину перегиба имел и дом с продольными несущими стенами серии I-515.

Разность осадок была значительной только в период строительства, когда .жесткость здания не достигала требуемой величины, в связи с тем что стыки здания обладали повышенной податливостью. В конструкциях домов в процессе эксплуатации не было обнаружено сколько-нибудь заметного раскрытия трещин.

Проведенные исследования показали лишний раз способность конструкций панельных домов к перераспределению усилий в случаях появления осадок одной из опор. Следовательно, конструкции панельных домов обладают повышенной жесткостью, не учитываемой существующими методами расчета. Другой вывод состоит в том, что осадки фундаментов крупнопанельных домов за строительный период достигают примерно 70—80% соответствующей полной осадки (даже при глинистых грунтах, где стабилизация осадок продолжается в течение нескольких лет). Иными словами, если технология монтажа здания предусматривает последующее бетонирование стыков между панелями поперечных и продольных стен, то основные осадки зданий произойдут до замоноличивания соединений и, таким образом, в процессе эксплуатации конструкция панельных домов почти не будет испытывать воздействий от последующих неравномерных осадок основания.

С увеличением этажности зданий возрастает и пространственная жесткость конструкций крупнопанельных, блочных и кирпичных домов. Так, расчеты показывают, что жесткость девятиэтажных крупнопанельных домов (серий II-57, II-49) по сравнению с пятиэтажными домами аналогичных типов выше примерно в 3—3,5 раза. Поэтому конструкции домов повышенной этажности более активно сопротивляются неравномерным осадкам.

Для гарантии надежности работы здания при возможных неравномерных осадках основания несущие конструкции должны рассчитываться и разрабатываться с учетом влияния этих осадок (см. главу 8).

При проектировании панельных зданий с легкими навесными наружными стенами, которые не могут воспринимать усилий от неравномерных осадок основания, подземные конструкции необходимо рассчитывать на неравномерные осадки основания без учета статической работы конструкций подземной части.

Таким образом, развитие конструкций фундаментов, как нам представляется, должно идти по следующим направлениям. Основным типом фундаментов должны стать короткосвайные, обладающие серьезными преимуществами перед обычными ленточными фундаментами — более высокой индустриальностью (особенно при производстве работ в зимнее время), меньшим расходом материалов, более низкой стоимостью. Применение короткосвайных фундаментов для панельных домов позволяет наиболее кардинально решить одну из важнейших проблем полносборного строительства — уменьшить вероятность неравномерных осадок. В качестве наиболее рационального типа свайных фундаментов можно рекомендовать конструкцию без ростверков, которая значительно повышает эффективность применения свайных фундаментов.

Наружные стены подземной части зданий целесообразно выполнять в виде трехслойных железобетонных панелей размером на конструктивный модуль, внутренние стены — в виде плоских железобетонных панелей. Соединения между панелями должны выполняться с конструктивным замоноличиванием.

Для ленточных фундаментов основным конструктивным решением останутся сборные железобетонные блоки. Должно получить развитие новое направление проектирования — применение узких фундаментов, основанное на наиболее полном использовании несущих качеств грунтов. Благодаря уменьшению ширины подошвы можно расширить область применения сборных железобетонных фундаментов для зданий повышенной этажности, а также укрупнить размеры блоков, тем самым повысив индустриальность этой конструкции.