О природе трещин в подоконной части стен первых этажей многоэтажных кирпичных зданий

(С.А. Осяев, М.А. Исаков)

В многоэтажных кирпичных зданиях часто появляются трещины в подоконной части наружных стен первого этажа. Эти трещины, как правило, проходят вертикально посередине между простенками, широко раскрываются в верхней своей части (около оконного проема) и затухают у цоколя. Они не снижают надежности здания в целом, так как не затрагивают несущих простенков. Видимо, поэтому контролирующие органы (авторский и технический надзоры) не придают им особого значения, зачастую списывая их появление на температурные деформации здания (если оно имеет большую протяженность) или на неравномерную осадку основания.

Вместе с тем любые трещины в ограждающих конструкциях нарушают температурно-влажностный режим помещений и портят внешний вид стен. Причем, если фасад облицован кирпичом или плиткой, то восстановить отделку после появления трещин уже практически невозможно.

Специалисты АО «ТЭЗИС» столкнулись с проблемой появления трещин в подоконной части кирпичных стен первых этажей многоэтажных зданий при проведении технической экспертизы нескольких строящихся жилых домов.

Одно из них расположено на ул. Обогатительная в Кировском районе Новосибирска (рис. 1). Это шестиэтажное здание с несущими поперечными стенами состоит из тринадцати секций, разделенных через каждые две секции осадочными швами. Начиная с третьего этажа, стена дворового фасада выступает относительно плоскости нижележащих этажей на 117 см. Вынос продольной стены поэтажно осуществлен за счет консольных железобетонных балок, установленных на поперечные стены. Плиты лоджий главного фасада опираются на консольные железобетонные балки, которые также установлены на поперечные стены. Трещины, о которых идет речь в данной статье, были выявлены во всех тринадцати секциях. Ширина раскрытия трещин достигала 1 мм.

Другое здание расположено на ул. Владимировская в Железнодорожном районе Новосибирска. Это здание — девятиэтажное с несущими продольными и поперечными кирпичными стенами многослойной конструкции: внутренняя несущая часть толщиной 51 см, эффективный утеплитель толщиной 14 см, внешний облицовочный слой толщиной 25 см. В плане наружные стены здания имеют выступающие части. Трещины появились в облицовочном слое кирпичной кладки подоконной части стены первого этажа. Ширина раскрытия трещин — около 5 мм.

Оба здания характеризуются высоким уровнем загружения несущих межоконных простенков первого этажа и широкими оконными проемами, достигающими 210 см. Учитывая сложные конструктивные особенности зданий (выступающие участки стен, как в плане, так и по высоте), напряженно-деформированное состояние стен нижних этажей было определено компьютерным расчетом на основе метода конечных элементов.

Расчетная схема здания по ул. Обогатительная представляла собой пространственную модель одной рядовой секции, которая включала в себя бетонные стены подвала, кирпичные стены шести надземных этажей, плиты перекрытий и лоджий. Крыша и кирпичное ограждение лоджий задавались в качестве внешней нагрузки. Со стороны деформационного шва конечно-элементная модель секции не имела каких-либо ограничений в перемещении, а с противоположной стороны были заданы связи, препятствующие горизонтальным перемещениям вдоль продольных осей здания, что соответствует воздействию на нее соседней секции. Воздействие основания было заменено наложением абсолютно жестких связей.

Стены, плиты перекрытий и лоджий были смоделированы плитными элементами с жесткостными характеристиками, соответствующими материалам этих конструкций. Консольные железобетонные балки моделировались стержневыми элементами.

В здании по ул. Владимировская был выполнен расчет облицовочного слоя выступающей части наружной стены. Расчетная схема представляла собой пространственную модель, включающую в себя кирпичную стену толщиной 25 см и высотой 27 м (высота девяти этажей) с оконными проемами. Влияние отсеченной части здания было заменено наложением соответствующих связей. Кирпичная кладка стен моделировалась элементами типа балка-стенка, а надоконные перемычки – стержневыми элементами.

В результате расчетов было получено распределение напряжений в кирпичной стене здания. В обоих зданиях значения главных растягивающих напряжений в подоконной части стены первого этажа превысили расчетное сопротивление кладки растяжению.

На рисунке 2 показаны изолинии напряжений s₁ под оконными проемами первого этажа шестиэтажного здания. Значения напряжений достигают 2,4 кг/см², что в 1,5 раза превышает расчетное сопротивление кладки растяжению.

Наличие столь больших напряжений объясняет возникновение трещин в, казалось бы, незагруженной части стены. Появлению трещин способствует также плохое заполнение раствором вертикальных швов кладки, а также заполнение внутренней части стены под оконными проемами половняком и кирпичным боем.
Судя по деформированной схеме стены первого этажа (рис. 3), можно предположить, что участок стены ниже оконного проема (по всей длине здания) работает, как балка на упругом основании. Высокая степень загружения межоконных простенков первого этажа многоэтажных кирпичных зданий приводит к возникновению растягивающих напряжений, которые (при достаточно большой ширине проема) могут вызвать образование вертикальных трещин. Чем больше уровень загружения несущих простенков и чем больше ширина оконных проемов первого этажа, тем больше вероятность появления трещин под оконными проемами и тем больше ширина их раскрытия. То есть, образование трещин закладывается уже при проектировании здания.

Избежать появления трещин, на наш взгляд, можно несколькими способами:

• уменьшением ширины оконных проемов первого этажа;
• установкой в середине широких оконных проемов вертикальных импостов;
• армированием кладки под оконными проемами с анкеровкой стержней в сжатой части кладки.