к.т.н. А.В. Грановский
инж. Б.К. Джамуев
(ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко)
Исследования стеновых конструкций из ячеистобетонных
блоков на сейсмические воздействия
В действующих в настоящее время нормах по
строительству зданий в сейсмических районах [1] указывается, что «несущие каменные стены должны возводиться, как
правило, из кирпичной или каменной кладки на растворах со специальными добавками,
повышающими сцепление раствора с кирпичом или камнем». При этом вопрос о
возможности применения в качестве кладочного материала ячеистобетонных блоков
не рассматривается. Причины этого в следующем:
– кладка из ячеистобетонных блоков, так
же, как и кирпичная кладка, рассматривается в качестве не пластического
материала, а упругого (до определенного уровня нагружения) или хрупкого (выше
этого уровня). Конструкции из пластического материала легко переносят отдельные
значительные перегрузки, и при их расчете в качестве основной может служить
средняя интенсивность сейсмического воздействия. Конструкции из хрупких
материалов, в том числе блоки из ячеистого бетона, весьма чувствительны к пикам
случайных перегрузок, которые для этих конструкций могут оказаться критическими.
Это обусловлено тем, что как отмечается в [2], пики перегрузки наиболее опасны для хрупких материалов, у которых
предел упругости близок к пределу прочности. Если внешняя нагрузка даже в
течение короткого промежутка времени вызывает в хрупком материале напряжения,
превышающие предел упругости, то несущая способность его исчерпывается
вследствие разрушения.
– требования СНиП [1] к кладке стен с точки зрения сопротивляемости сейсмическим
воздействиям устанавливают следующие параметры в зависимости от категории
кладки:
·
величина нормального
сцепления должна быть Rвр ≥
0,18МПа (для кладки I-ой категории) и 0,18 МПа ≥
Rвр ≥ 0,12МПа (для кладки II-ой категории);
·
для кладки несущих и
самонесущих стен минимальная марка кирпича принимается равной М75, бетонных
камней М50, камней из известняка (или ракушечника) М35.
– по действующим СНиП [3] для кладки всех видов расчетное значение нормального сцепления по
неперевязанному сечению при цементных растворах марки М50 и выше не превышает
0,08 МПа. Согласно п.3.40 СНиП [1] отсюда вытекают и весьма невысокие значения
расчетных сопротивлений кладки (Rр, Rср, Rгл) по перевязанным и неперевязанным швам. При этом все
значения расчетных характеристик кладки относятся к стенам из ячеистобетонных
блоков на цементном растворе.
За рубежом стены из ячеистобетонных блоков
находят широкое примененеие в качестве несущих и ограждающих конструкций в
сейсмоопасных регионах, где происходят землетрясения с магнитудой до 7 баллов:
Мексика, Япония. Указанное обусловлено такими факторами как высокое качество
изделий и использование специальных клеевых растворов, обеспечивающих высокие
показатели нормального и касательного сцепления блоков.
В Центре исследований сейсмостойкости
сооружений ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко
(далее ЦИСС) выполнены комплексные исследования прочности и
деформативности стен из ячеистобетонных блоков, изготовленных фирмой ЗАО
«Кселла-Аэроблок-Центр» по технологии YTONG для
наружных и внутренних несущих и самонесущих стен зданий, возводимых как в
обычных , так и в сейсмоопасных регионах РФ.
Программа экспериментальных исследований
включала в себя следующие этапы.
1 – Экспериментальные исследования
прочности кладки при осевом растяжении по неперевязанному сечению (нормальное
сцепление) при использовании цементных растворов и специальных клеевых
составов.
2 – Экспериментальные исследования
прочности кладки при действии сдвигающих усилий (касательное сцепление) при
использовании цементных растворов и специальных клеевых составов.
3 – Экспериментальные исследования
прочности кладки при растяжении при изгибе по неперевязанному сечению (главные
растягивающие напряжения при изгибе).
4 – Экспериментальные исследования
прочности и деформативности фрагментов стен из ячеистобетонных блоков при
действии сдвигающих усилий - перекос (моделирование горизонтальных сейсмических
воздействий в плоскости стен). Исследовалась кладка на цементных растворах и
специальных клеевых составах.
5 – Экспериментальные исследования
прочности и деформативности фрагментов стен с проемами, выполненных в натуральную
величину, на действие динамической (сейсмической) нагрузки.
Прочность кладки при осевом растяжении и срезе по
неперевязанному сечению
Экспериментальные исследования проводились
на образцах, приведенных на рис. 1а – при осевом растяжении и на рис. 1б – при
срезе. Образцы были вырезаны непосредственно из ячеистобетонных блоков,
изготовленных на заводе фирмы ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр». По прочности на
сжатие бетон блоков соответствовал классу В3.5, по плотности – D500. Учитывая, что в нашей стране кладка стен из
ячеистобетонных блоков осуществляется, в основном, на цементном растворе, а за
рубежом – на клеевых составах, кладка опытных образцов для сравнения
проводилась как на цементном растворе М25-М100 (исследования к.т.н. Б.А.
Керцера [4] показали, что прочность сцепления раствора с кирпичом
увеличивается только до марки раствора М50¸М75. Дальнейшее повышение марки раствора не влияет на
величину сцепления образцов), так и на клеевом составе марки «YTONG-эконом», имеющем следующие характеристики:
– насыпная плотность – 1540 кг/м3;
– прочность на сжатие – 12 кг/см2;
– адгезия к бетону – 0,55 МПа;
– морозостойкость – 50 циклов.
Анализ результатов испытаний опытных
образцов кладки из ячеистобетонных блоков на цементном растворе М25¸М100 и клеевом составе марки «YTONG-эконом» на осевое растяжение и срез по
неперевязанному сечению позволяет отметить следующее.
1. Величина временного сопротивления
осевому растяжению по неперевязанному шву (нормальное сцепление) кладки на
клеевом растворе марки YTONG в 2,85
раза выше, чем на цементном растворе и составляет 0,2 МПа. При этом для кладки
стен I-ой категории в зданиях, возводимых в сейсмических
районах, согласно СНиП [3] должно быть не менее
0,18 МПа, для кладки стен по СНиП [1] - не менее 0,16 МПа (марка раствора ≥ М50).
2. Величина временного сопротивления срезу
по неперевязанному шву (касательное сцепление) кладки на клеевом растворе марки
YTONG в 4,1 раза выше, чем на цементном растворе, и
составляет 1,07 МПа. При этом для кладки стен I-ой категории в зданиях, возводимых в сейсмических
районах согласно СНиП [3] должно быть не менее
0,7х Rрвр=0,7*0,18=0,13 МПа, для кладки стен по СНиП [1] – 0,16 МПа (при растворе ≥М50)
Прочность кладки при растяжении при изгибе (главные
растягивающие напряжения при изгибе) по неперевязанному шву
Для испытаний на изгиб были изготовлены
балка размером 125*30*31,3(H) см из
ячеистобетонных блоков, связанных между собой клеевым составом марки YTONG. На рис. 2 показан общий вид образца и схема
испытаний на изгиб. В табл. 1 приведены результаты испытаний балок из
ячеистобетонных блоков на изгиб.
Анализ результатов испытаний образцов
балок из ячеистобетонных блоков, изготовленных по технологии YTONG фирмой ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр», позволяет
отметить следующее.
1. Разрушение изгибаемых балок из
ячеистобетонных блоков, склеенных между собой клеевым составом марки «YTONG-эконом» произошло по клеевому шву при растягивающих
напряжениях в шве - 0,91 МПа.
Результаты испытаний опытных образцов на изгиб
Таблица 1
|
№ п.п |
Тип раствора в шве |
Nразр, (Н) |
Напряжение растяжения при изгибе Rtb,u (МПа) |
Rtb, экспер. СНиП . (МПа) |
Относит. прочн., % |
|
|
Ri, (МПа) |
Rср, (МПа) |
|||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1 |
клеевой состав |
37150 |
0,95 |
0,91 |
0,40 0,12 |
340 100 |
|
2 |
34800 |
0,89 |
||||
|
3 |
34300 |
0,88 |
||||
|
4 |
17200* |
0,44* |
||||
* - данный результат не учитывался при определении среднего значения
2. Согласно п.3 табл.10 СНиП [3] при напряженном
состоянии в сечении балки, характеризующимся растяжением при изгибе, расчетное
сопротивление кладки по неперевязанному сечению принимается равным 0,12 МПа. По
результатам испытаний расчетное сопротивление растяжения при изгибе с учетом
коэффициента K=2,25 (п.2, табл. 14) равно Rtb = 0,91/2,25 = 0,4 МПа.
Таким образом, применение клеевого состава
марки «YTONG-эконом» для кладки стен из ячеистобетонных блоков,
изготовленных по технологии YTONG фирмой ЗАО
«Кселла-Аэроблок-Центр», позволяет увеличить расчетное сопротивление кладки на
растяжение при изгибе по сравнению с кладкой, смонтированной на цементных
растворах более чем в 3 раза.
Rtbэкспер./ Rtbврем. = 0,4/0,12 = 3,4
3. По результатам испытаний кладка стен из
ячеистобетонных блоков (бетон класса В3.5) производства ЗАО
«Кселла-Аэроблок-Центр» на клеевом составе «YTONG-эконом» соответствует требованиям СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах»,
предъявляемым к кладке стен зданий, и может быть рекомендовано для применения в
сейсмоопасных регионах РФ.
Прочность кладки при действии сдвигающих усилий
(перекос)
В соответствии с программой
экспериментальных исследований были выполнены испытания по оценке прочности и
деформативности стен из ячеистобетонных блоков YTONG (класс бетона В3.5,
плотность D500) производства фирмы ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр», смонтированных
на клеевом растворе марки «YTONG-эконом», на действие сдвигающих усилий –
перекос (моделирование горизонтальных, в том числе сейсмических воздействий в
плоскости стен).
На рис. 3 показаны общий вид опытного образца
фрагмента и схема его испытания на перекос. В табл. 2 приведены результаты
испытаний кладки из ячеистобетонных блоков, изготовленных по технологии YTONG фирмой ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр» позволяет отметить
следующее:
1. Как видно из табл. 2 прочность кладки
при действии сдвигающих усилий (перекос) в случае использования клеевого
состава примерно в 2 раза выше, чем в случае применения для кладки цементных
растворов.
Результаты испытаний
опытных образцов на перекос
Таблица 2.
|
№ п.п. |
Тип раствора в шве |
Размеры образца b*d*h, (мм) |
Nразр, (Н) |
Rсрез,* (МПа) |
Rсрез.ср, (МПа) |
Относительная прочность, % |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1 |
цементный раствор М25 |
1250*1250*300 |
98200 |
0,37 |
0,35 |
100% |
|
2 |
85700 |
0,33 |
||||
|
3 |
91600 |
0,35 |
||||
|
1 |
клеевой состав |
1250*1250*300 |
161000 |
0,61 |
0,67 |
191% |
|
2 |
182500 |
0,70 |
||||
|
3 |
180200 |
0,69 |
* - величина предела прочности кладки при срезе по перевязанному сечению (столбец 5) Rсрез определялась по формуле:
где 
- предел прочности кладки при срезе по перевязанному шву, Па;
- расчетная величина горизонтальной силы, Н;
- половина длины образца, м;
- толщина образца, м
2. Эффективность применения клеевого
состава марки «YTONG-эконом» для кладки стен из
ячеистобетонных блоков подтверждается на основе сравнения принятого в СНиП II-22-81 значения Rсрез по
перевязанному сечению для кладки из сплошных камней на цементных растворах:
Rср.СНиП = 0,16 МПа
<< Rср.расч.YTONG = 0,67/Кз = 0,67/2,25 = 0,30
МПа
где Rср – расчетное сопротивление кладки по перевязанному
сечению;
Кс – коэф. перехода от
временного сопротивления к расчетному, принимаемый по табл.14 СНиП II-22-81.
3. Высокие показатели прочности кладки при
перекосе из ячеистобетонных блоков изготовленных по технологии YTONG фирмой ЗАО «Кселла-Аэроблок-Центр» позволяют
рекомендовать их для применения в качестве наружных и внутренних несущих и
самонесущих стен, возводимых как в обычных, так и в сейсмических районах РФ с
балльностью 7 баллов – в качестве несущих стен, в районах с сейсмичностью 9
баллов – в качестве стенового материала заполнения железобетонного каркаса, с
соблюдением необходимых конструктивных мероприятий обеспечивающих устойчивость
и прочность кладки.
Литература
1. СНиП II-7-81* «Строительство в сейсмических районах».
2. И.Л. Корчинский. «Сейсмостойкое
строительство». Москва: Издательство «Высшая школа», 1971 – 318с.
3. СНиП II-22-81 «Каменные и армокаменные конструкции».
4. Керцер Б.А. и др. Некоторые вопросы
исследования сцепления раствора с кирпичом // Строительство и архитектура
Узбекистана. – 1968. – №11. – С.8-11.
Материал хранится в Центре исследований
сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. 109428, Москва, 2-ая
Институтская ул., д.6. тел. 8(499)174-70-22, e-mail: arcgran@list.ru
