Являясь несущими конструкциями, стены должны иметь вполне достаточную прочность, необходимую но расчету, и устойчивость при действии на них вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Как ограждающие конструкции, наружные стены отапливаемых зданий должны оказывать необходимое сопротивление теплопередаче — обеспечивать в помещениях постоянный температурно-влажностный режим, необходимый для здания данного назначения.
Долговечность и огнестойкость стен должны отвечать проектируемому классу здания.
Здания значительных размеров разделяют на отсеки специальными противопожарными преградами, для того чтобы в случае возникновения пожара в каком-либо отсеке здания огонь не проник в соседние отсеки.
Внутренние огнестойкие стены на несгораемых материалов, являющиеся противопожарными преградами, называют противопожарными стенами (брандмауэрами); их нужно устраивать выше несгораемой кровли на 300 мм.
Стены должны обладать также необходимыми звукоизоляционными качествами и иметь возможно меньший вес. Для повышения индустриальности строительства следует по возможности возводить стены из укрупненных сборных элементов и деталей.
С точки зрения архитектурных требований, предъявляемых к зданию, стены но существу являются основной структурной частью здания. формирующей его архитектурный облик. Поэтому пластическая и цветовая обработка является одним из важнейших средств создания специфического облика здания, которым раскрывается его утилитарное и социальное назначение.
По роду основного материала различают стены каменные, деревянные и грунтовые. Современные каменные стены по своей конструкции подразделяются на два вида: стены из каменной кладки и из сборных крупнозернистых элементов.
Стены из каменной кладки выполняют из искусственных или природных камней, укладываемых горизонтальными рядами на растворе с перевязкой швов. Швами называют промежутки, между отдельными камнями, заполняемые раствором в процессе кладки, перевязкой швов — несовпадение вертикальных швов в смежных рядах.
Степы из сборных крупноразмерных элементов, крупноблочные и крупнопанельные, являются наиболее индустриальными.
Архитектурно-конструктивные элементы и детали стен. На наружной поверхности степ различают горизонтальные и вертикальные членения.
Горизонтальные членения образуются наличием цоколя, карнизов и поясков, вертикальные — устройством раскреповок в плане, ризалитов, а иногда утолщением стен по вертикали (пилястры).
Цоколем называется нижняя часть стены, расположенная непосредственно над фундаментом и выступающая за внешнюю ее плоскость. Цоколь больше других частей стены подвергается влиянию сырости и случайным механическим воздействиям. Поэтому его поверхность облицовывают или покрывают прочными долговечными материалами, стойкими против атмосферных воздействий. Верх цоколя находится обычно на уровне пола первого этажа. Цоколь имеет также и архитектурное значение: он придает зданию более устойчивый вид. Схемы различных профилей цоколя показаны на рис. 82, а. Карнизами называют горизонтальные профилированные выступы стены. Карниз, расположенный по верху стены, называется венчающим, или главным (рис. 82, б). Величина выступа карниза 8а поверхность стены называется выносом карниза, или карнизным свесом. Кроме венчающего карниза могут устраиваться промежуточные карнизы (рис. 82, в), имеющие меньший вынос и располагаемые обычно на уровнях некоторых междуэтажных перекрытий, а иногда я под оконными и роем а ми. В последнем случае они имеют еще меньший вынос и называются поясками (рис. 82, а). Иногда устраивают отдельные карнизы над проемами (окон или дверей). Такие карнизы называются сандриками (рис. 82, д). Карнизы и сандрики в последние годы, как правило, выполняют из сборных блоков заводского изготовления.
Карнизы отводит от стен дождевую и талую воду и таким образом предохраняют их от увлажнения. Венчающий карниз служит также одним из средств архитектурной композиции здания — он придает стене законченный вид.
Иногда стену здания выводят несколько выше венчающего карниза, образуя так называемый парапет (рис. 82, е). Парапет заменяет ограждения (перила), устраиваемые обычно у края крыши для предупреждения несчастных случаев. Кроне того, парапет позволяет скрыть дымовые трубы, слуховые окна, вентиляционные шахты на крыше и, таким образом, сделать здание более привлекательным. Но поскольку парапеты затрудняют отвод воды и удорожают строительство, устройства их следует избегать, а для безопасности делать легкие металлические ограждения.
Уступы стены при переходе от большей ее толщины к меньшей называют обрезами, которые устраивают обычно с внутренней стороны на уровне междуэтажных перекрытий.
Устойчивость кирпичных стен большей протяженности и высоты обеспечивается устройством узких вертикальных утолщений, называемых пилястрами. Пилястры целесообразны, в частности, в местах опирания на стены элементов перекрытия или покрытия. Кроме того, как сказано выше, пилястры применяют для членении стены, способствующего лучшей архитектурной выразительности здания.
Контрфорсами навивают пилястры, толщина которых книзу возрастает, вследствие чего наружная грань их получается наклонной. Иногда часть стены выходит вперед относительно остальной плоскости, образуя выступ наружу. Такое утолщение называется раскреповкой. Большой же выступ стены, увеличивающий размеры помещении, называют ризалитом.
Отверстия в стенах для окон и дверей называют оконными и дверными проемами, а само заполнение, включая коробки, — соответственно оконными и дверными блоками.
Конструкция, перекрывающая проем сверху и поддерживающая вышележащую часть стены, называется перемычкой. Участки стены, расположенные между проемами, называют простенками.
Нишей называется углубление, оставляемое в стене при кладке. Малые отверстия, оставляемые при возведении стен (например, для заделки концов балок), называют гнездами.
В стенах большой протяженности во избежание появления трещин вследствие деформации материала при колебаниях температуры устраивают вертикальные температурные швы, которые как бы перерезают стену от верха до фундамента, членя ее по длине на отдельные отсеки. Расстояние между температурными швами в зависимости от материала стены и климатических условий колеблется от 50 до 200 м.
Сопряжение смешных отсеков стены в температурном шве делают обычно в виде паза и гребня (рис. 82, ж) с прокладкой между ними двух слоев толя и утеплением шва просмоленной паклей. Иногда шов закрывают двумя гибкими металлическими пластинками — компенсаторами (рис. 82, з), между которыми помещают утеплитель.
В фундаментах температурных швов не устраивают, так как, располагаясь в грунте, фундаменты не испытывают резких колебаний температуры. Швы в фундаментах могут быть только осадочные.
Кирпичные стены
По структуре кирпичные стены можно подразделить на две группы: однородные, сложенные из обыкновенного, пустотелого или легкого строительного кирпича, и неоднородные, облегченные, в которых часть кирпичной кладки заменена по толщине стены засыпкой, легким бетоном, термоизоляционными плитами или воздушной прослойкой.
В кирпиче большие боковые поверхности называют ложками, меньшие торцовые — тычками. Ряд кирпичей, уложенный вдоль стены ложками, называется ложковым, а уложенный тычками — тычковым.
Толщина однородных кирпичных стен всегда кратна 1/2 кирпича, причем стены возводят толщиной в 1/2, 1, 1½, 2, 2⅓, 3 кирпича а более. С учетом толщины вертикальных швов, равной 10 мм, кирпичные стены имеют толщину соответственно 120: 250. 380, 510, 640, 770 мм и более. Толщина горизонтальных швов принята 12 мм, при этом высота 13 рядов кладки должна составлять 1 м.
Способ размещения кирпичей в кладке стены с тем или иным чередованием ложковых или тычковых рядов для достижения перевязки швов называется системой кирпичной кладки.
В Советском Союзе при возведении кирпичных стен применяют две системы кладки: двухрядную (или цепную) и шестирядную (или ложковую).
В двухрядной системе кладки тычковые ряды чередуются с ложковыми. Поперечные швы в этой системе перекрываются на 1/4 кирпича, а продольные на 1/2 кирпича (рис. 83, а, б).
В шестирядной системе кладки (рис. 83, в, г) пять ложковых рядов чередуются с одним тычковым. В каждом ложковом ряду поперечные вертикальные швы перевязывают в пол-кирпича, продольные же вертикальные швы, образуемые ложками, перевязываются тычковыми рядами через пять ложковых рядов.
Способ каменной кладки по шестирядной системе несколько проще, чем по двухрядной, поэтому производительность труда каменщиков при этой системе может быть выше. Лицевые швы кладки для уменьшения воздухопроницаемости стен уплотняют специальным инструментом, придавая швам (в сечении) форму валика, выкружки или треугольника. Такой прием носит название расшивки швов (рис. 83, д, е, ж).
Недостатком обыкновенного (полнотелого) кирпича (глиняного или силикатного) является его большой объемный вес и, следовательно, большая теплопроводность, приводящая к необходимости в условиях среднего климатического района возводить наружные стены толщиной 2½ кирпича. Применение пустотелого кирпича, обладающего меньшей теплопроводностью, позволяет уменьшить толщину стены на 1/2 кирпича.
Стены толщиной в 2 кирпича, выложенные из пустотелого кирпича с 32 или 78 отверстиями при объемом весе черепка 1800 кг/м3, имеют общее сопротивление теплопередаче, полностью удовлетворяющее требованиям среднего климатического района.
Снизить объемный вес черепка можно введением в шихту выгорающих добавок (обычно опилок), на месте которых после обжига кирпича образуются поры. Такой пустотелый кирпич с пористым черепком получил название легкого.
Боковые и верхние плоскости проемов, называемые притолоками, имеют четверти (рис. 84, а), т. е. выступы, которые закрывают снаружи зазор между кладкой и окопной коробкой.
Более распространены в настоящее время сборные железобетонные перемычки (брусковые или плитные). По несущей способности эти перемычки подразделяют на две группы. К первой группе относятся ненесущие перемычки, воспринимающие нагрузку только от собственного веса и кладки над ними, ко второй группе — перемычки, несущие нагрузку от собственного веса, кладки над ними, междуэтажных перекрытий и от других элементов здания.
Сборные железобетонные перемычки имеют маркировку, состоящую из буквенной и цифровой частей. Перемычки первой группы (ненесущие) маркируются так: брусковые — буквой Б, плитные — буквами БП. Цифровая часть маркировки обозначает длину перемычки в дециметрах.
Брусковые перемычки типа Б имеют ширину 120 и высоту 65 мм при длине 1,2; 1,6 и 2,0 м и высоту 140 мм при длине 2,4; 2,6; 2,8 и 3 м (рис. 84, г).
Перемычки второй группы (несущие) типа БУ имеют высоту 220 и 300 мм и ширину 120 и 250 мм при длине от 1,4 до 3,2 м.
Ненесущие перемычки закладывают в тело стены на опорах не менее чем на 125 мм, а несущие — на 250 мм. При укладке брусковых перемычек один брусок у наружной поверхности стены укладывают на 75 мм ниже остальных для образования четверти. К последней примыкает коробка оконного блока.
Цоколь кирпичных стен нужно выкладывать из хорошо обожженного глиняного обыкновенного кирпича. Силикатный и легкий кирпич можно использовать для кладки цоколя только выше гидроизоляционного слоя при условии облицовки его снаружи обыкновенным глиняным кирпичом или другим атмосферостойким материалом, например железобетонными плитами.
На рис. 85 изображены конструкции цоколей кирпичных стен (облицованный хорошо обожженным кирпичом, из фундаментных блоков и облицованный плитками из природного камня прочных пород или из железобетона).
Дымовые и вентиляционные каналы (рис. 86), как правило, устраивают во внутренних стенах, так как в каналах, размещенных в наружных стенах, зимой нарушается тяга из-за охлаждения их стенок. Если же без устройства каналов в наружных стенах не обойтись, то стену утолщают настолько, чтобы расстояние от внутренней поверхности канала до наружной поверхности стены было не менее минимальной толщины стены, необходимой по климатическим условиям.
Сечение дымовых каналов отопительных печей и кухонных очагов делают размером в 1/2X1 кирпич. Дымовые каналы малых печей (например, ванных колонок) и вентиляционные каналы могут иметь сечение в 1/2X1/2 кирпича.
Венчающий карниз (рис. 87, а) кирпичной кладки стены при небольшом его выносе (до 300 мм и не более 1/2 толщины стены) можно выкладывать из кирпича путем постепенного выпуска рядов кладки (на 60—80 мм в каждом ряду). При выносах более 300 мм карнизы устраивают из сборных железобетонных плит (рис. 87, б), консольно заделанных в стены.
Для обеспечения устойчивости карниза внутренние концы железобетонных плит перекрывают продольными сборными железобетонными балочками, которые крепят к кладке при помощи заделанных в нее стальных анкеров.
Несущую способность массивных стен из обыкновенного кирпича можно полностью использовать лишь в нижних этажах 6—7-атажных зданий. В домах меньшей высоты, а также в верхних этажах многоэтажных зданий прочность кладки остается недоиспользованной, так как по теплотехническим требованиям стена имеет толщину, большую, чем это вызывается условиями прочности. В связи с этим с целью экономии кирпича целесообразно применять так называемые облегченные кирпичные стены, в которых кирпич частично освобожден от не свойственных ему теплоизолирующих функций путем замены части кладки менее теплопроводными материалами.
Облегченные кирпичные стены подразделяют на две группы. К первой группе относят конструкции, состоящие из двух продольных кирпичных тонких стен, между которыми укладывают термоизоляционный материал, ко второй — конструкции, состоящие из одной утоненной кирпичной стены, утепленной термоизоляционными плитами.
Ниже рассмотрены некоторые типы облегченных кирпичных стен. Стены системы Н. С. Попова и Н. М. Орлянкина со шлаковой засыпкой (рис. 88, а) состоят из двух стенок толщиной по 1/2 кирпича, пространство между которыми перекрывается через каждые 4 ряда двумя горизонтальными рядами сплошной кладки. Эти два ряда разделяют кладку по высоте на неглубокие полости, заполняемые шлаком по мере возведения стены. Засыпка при этом почти не дает осадки.
Сплошные горизонтальные ряды придают стене прочность, но ухудшают ее теплотехнические качества, создавая участки с большей теплопроводностью. Стены с засыпками можно применять при высоте их не более двух этажей.
Стены системы Н. С. Попова с заполнением легким бетоном (рис. 88, б) отличаются от описанных тем, что пространство между ограждающими стенками в 1/2 кирпича заполняется не шлаком, а легким бетоном. Для стенок с заполнением через каждые 3—5 ложковых рядов выкладывают один тычковый ряд кирпичей, входящих в бетон. При этом тычковые ряды располагают в одном ряду (в стенах толщиной 510 мм и толще) или в шахматном порядке (в стенах толщиной 380 мм). Минимальная толщина таких стен составляет 380 мм, максимальная — 650 мм.
Во внутренних стенах диафрагма образуется перекрывающими друг друга тычковыми рядами на растворе. Заполняют пустоты внутренних стен легким или обычным бетоном, а также засыпают кирпичным боем с заливкой раствором (забутовка).
Преимущество кирпично-бетонных стен по сравнению со стенами с засыпкой заключается в том, что сцепление бетона с кладкой обеспечивает более надежную связь между кирпичными стенками и, кроме того, бетон воспринимает часть нагрузки, передаваемой на стену.
Вместе с тем внесение в стену с бетонной смесью большого количества влаги замедляет высыхание кладки, трудоемкость работ повышается при производстве работ в зимнее время. Кирпично-бетонные стены могут иметь высоту до 6 этажей.
Стены с термовкладышами, предложенные В. П. Некрасовым (рис. 88, в), состоят из двух кирпичных стенок: по 1/2 кирпича каждая, между которыми закладываются готовые малотеплопроводные блоки, называемые термовкладышами. Связь между ограждающими стенками осуществляется через каждые 3—5 рядов посредством стальных плоских проволочных скоб или тычковых рядов кладки. Термовкладыши изготовляют из эффективных теплоизоляционных материалов (пенобетона, пеносиликата, ксилосиликата и т. п.).
Преимуществами таких стен по сравнению с кирпично-бетонными являются меньшее количество влаги, вносимой в стену при заполнении пустот, а также возможность их возведения в зимнее время.
Стены колодцевой кладки возводят из двух стенок толщиной по 1/2 кирпича, связанных между собой вертикальными кирпичными стенками (диафрагмами жесткости). Образующиеся в кладке колодцы заполняют утеплителем. Существует несколько систем колодцевой кладки.
В стенах системы Л. А. Серка и С. А. Власова (рис. 89) поперечные кирпичные стенки толщиной в 1/2 кирпича устраивают на расстоянии от 53 до 105 см (т. е. равная 2—4 кирпичам). Колодцы заполняют засыпкой, легким бетоном или легкобетонными вкладышами. Для предупреждения осадки засыпки, которая снижает теплозащитные качества стены, через 400—500 мм по высоте стены устраивают горизонтальные диафрагмы толщиной 15 мм из раствора того же состава, что в раствор кладки. Стены этого типа возводят толщиной от 380 до 560 мм.
Кирпичные стены с утеплителем из теплоизоляционных панелей (рис. 90) состоят из несущей части (каменной кладки, толщина которой определяется только из условий прочности и устойчивости стены) и теплоизолирующей части в виде гипсовых, гипсошлаковых, пенобетонных и других тонких панелей.
Утеплитель рекомендуется располагать «на относе», т. е. оставляя между стеной и утеплителем воздушную прослойку толщиной 20— 40 мм, дающую дополнительное утепление.
В плоскости междуэтажных перекрытий панели 4 опирают на конструкции перекрытия Панели крепят к кирпичной кладке гвоздями 7; их забивают в заделанные в стену 5 деревянные антисептированные пробки 6. Одно из больших преимуществ стен с утеплением из панелей заключается в том, что отпадает необходимость делать внутреннюю штукатурку.
Конструктивные детали облегченных кирпичных стен
Цоколь облегченных кирпичных степ представляет собой сплошную кирпичную кладку высотой не менее 400—500 мм над уровнем земли. Гидроизоляционный слой устраивают по общим правилам.
Карнизы также выполняют из обыкновенной кладки или делают сборными. Перемычки над оконными и дверными проемами — сборные железобетонные. Под концы балок перекрытий, опирающихся на стены толщиной в 1/2 кирпича, подкладывают железобетонные плиты, распределяющие нагрузку на две стенки.
Дымовые и вентиляционные каналы следует устраивать во внутренних стенах, которые в этих местах делают из сплошной кирпичной кладки. Для устройства каналов применяют также специальные керамические или бетонные блоки.
Стены из керамических камней
Для возведения таких стен с целью уменьшения их веса в экономии кирпича помимо пустотелого и легкого кирпича применяют также пустотелые керамические камни, которые по сравнению с кирпичом имеют больший объем. Минимальные размеры керамических камней — 190Х190Х188 мм.
Наиболее распространены керамические камни размерами 250x120x138 мм с 7 или 18 вертикальными щелевыми пустотами (рис. 91). В условиях среднего климатического района толщина наружных стен из таких камней достаточна 510 мм вместо 640 мм.
Стены из легкобетонных камней
Легкобетонные камни по сравнению с обыкновенным кирпичом имеют меньший объемный вес и меньшую теплопроводность, поэтому применение таких камней для возведения наружных стен позволяет уменьшить их толщину. Однако камни меньшего объемного веса обычно имеют меньшую прочность и стойкость против атмосферных влияний.
Трехпустотные камни с крупными пустотами (рис. 92, а, б) имеют размеры 390Х190Х188 мм. В тычковых рядах применяют тычковый камень с гладкой торцовой поверхностью. На рис. 92, е, г показана кладка стен толщиной 390 и 590 мм из трехпустотных камней.
В климатических условиях средних и северных районов пустоты в камнях после укладки их в стену необходимо засыпать малотеплопроводным материалом (например, шлаком), так как при больших размерах пустот в них возникает конвекция воздуха, увеличивающая теплопроводность стены. Дополнительная операция по засыпке пустот повышает трудоемкость кладки и, кроме того, расходуется много шлака или другого материала. Для уменьшения циркуляции воздуха в пустотах применяют такие же трехпустотные камни, но с несквозными пустотами (так называемые пятистенные камни).
Камни со щелевидными несквозными пустотами, впервые предложенные С. Л. Прохоровым (рис. 93, а, б), имеют лучшие экономические показатели. Размеры этих камней те же, что и трехпустотных. Теплоизоляционные свойства кладки из таких камней выше, чем из трехпустотных, так как в узких щелевидных пустотах, не сообщающихся между собой, циркуляции воздуха не возникает.
Поскольку щелевидные пустоты сверху закрыты, укладка раствора в горизонтальных швах ведется обычным способом, как при сплошных камнях, но при этом исключены затруднения, возникающие при кладке из трехпустотных камней со сквозными пустотами.
Кладку из камней со щелевидными пустотами ведут по ложковой системе, для того чтобы направление щелей было перпендикулярно тепловому потоку (рис. 93, в, г).
Стены ив естественных камней и грунтовых материалов. Пористые горные породы, обладающие малым объемным весом и легко поддающиеся механической обработке, целесообразно применять в качестве местных стеновых материалов. Из таких пород наиболее распространены ракушечник и вулканические туфы( в частности, в Армении артикский туф).
Из пористых пород подготавливают камни такого же размера, как и легкобетонные. Толщина стен из этих камней благодаря их пористой структуре может быть тоньше кирпичных. Например, стены из артикского туфа в климатических условиях средней полосы европейской части СССР могут иметь толщину всего 380 мм.
Стены из плотных естественных камней (известняка, песчаника и др.), имеющие весьма низкие теплозащитные качества, возводят в основном для неотапливаемых строений в районах, где эти камни являются местными строительными материалами.
Среди местных стеновых материалов наряду с естественными камнями особое место занимают так называемые стеновые грунтовые материалы, вырабатываемые без обжига из грунтов, обладающих в той или иной мере связностью. Дома со стенами из грунтовых материалов были распространены в сельской местности Средней Азии, на Украине, Северном Кавказе, в Крыму и в ряде других безлесных районов с сухим климатом и продолжительным летом.
Степы из грунтовых материалов обычно возводят из оформованных блоков, называемых грунтоблоками. К ним относят сырец, или сырцовый кирпич, изготовляемый из глины без добавок, и саман — сырцовый камень, приготовленный из жирной глины с добавкой органического волокнистого материала (чаще всего соломенной сечки) и высушенный на солнце. Если в глину вместо волокнистых материалов добавить навоз, то такой материал, называемый лемпачом, применяют для возведения нежилых зданий.
Для повышения водостойкости грунтоблоков в их состав вводят стабилизаторы — вещества, способствующие стабилизации (сохранению) прочности блоков при действии на них воды. В качестве стабилизирующих добавок применяют известь и смолу или битум. Такие грунтоблоки называют терролитовыми.
При возведении степ из грунтоблоков необходимо учитывать их осадку, которая при кладке из хорошо просушенных блоков составляет от 1 до 2% высоты стены, а в случае применения недостаточно высушенных блоков может достигать 4—5%.
Кладку стен из грунтоблоков ведут обычно толщиной в 1⅓ камня. Грунтоблоки, изготовленные с органическими добавками, обычно имеют размеры 380X185X120, 390x190x140, 330x160x120 мм. Разнообразие размеров объясняется различной теплопроводностью применяемых материалов и различием местных климатических условий.
Для обеспечения надлежащей устойчивости в жесткости толщина наружных стен из грунтоблоков независимо от назначения здания и климатических условий должна быть не менее 50 см, а свободный пролет стены (расстояние между поперечными стенами) — не более двадцатикратной толщины стен.
Из грунтовых материалов можно возводить в деревянной опалубке монолитные стены (глинолитные). По сравнению со стенами и» грунтоблоков продуваемость монолитных стен меньше, однако срок сушки их больший. Кроме того, осадка глинолитных стен достигает 15—18% и может продолжаться до двух лет.
Технико-экономическую оценку различных типов стен из каменной кладки можно проводить на основании показателей, разработанных Госстроем СССР и приведенных в табл. 25.
Из сопоставления табличных данных видно, что экономически целесообразно возводить облегченные кирпичные стены, а также стены из пустотелых керамических и шлакобетонных камней.
