Поводом для разговора о данной теме стал существующий миф о том, что минимальная толщина несущих стен ограничена. Этот миф постепенно утратил свою значимость: изначально он звучал так: минимальная толщина несущей стены должна составлять не менее 380 миллиметров, то есть полтора кирпича. Однако со временем этот миф ослабел, и стали появляться новые версии, утверждающие, что минимальная толщина должна быть не меньше 250 миллиметров, в то время как стены из блоков не могут быть тоньше этого значения. С расширением практики использования блоков из керамзитобетона и газобетона стало популярным утверждение о том, что толщина несущей стены не должна быть меньше 200 миллиметров. Это заблуждение распространено и сейчас.
Несущая способность кладки
Несущая способность — функция расчетного сопротивления (прочности кладки) и устойчивости (форма стены, её жесткость — упругая характеристика для кладки; способ нагружения может быть центральным, внецентренным, и, соответственно, к нему может добавляться случайный эксцентриситет).
Несущая способность зависит от гибкости стены, условий опирания и свойств материала. Допустимая нагрузка рассчитывается по формуле:
где N – нагрузка;
mg – учет ползучести;
φ1 – учет продольного изгиба [f(h/H)];
R – расчетное сопротивление сжатия кладки;
Ac – площадь сжатой зоны (меньше общей площади сечения);
ω – учет вида материала.
Сегодня мы обсудим важный аспект — множитель φ, который учитывает продольный изгиб и зависит от соотношения толщины стены к её высоте. Это означает, что с уменьшением толщины стенки увеличивается её гибкость, что, в свою очередь, снижает её несущую способность. Продольный изгиб — табличная величина, зависящая от упругой характеристики кладки и гибкости элемента (стены). Для плоской стены мы используем гибкость, а для стен с фигурными элементами (кладка с пилястрами, кладка коробчатого сечения) используем радиус инерции.
Гибкость плоской стены (h – толщина стены):
Гибкость «фигурной» стены (i – радиус инерции):
Радиус инерции связывает геометрический момент инерции с площадью конструкции:
Гибкость стены учитывается в расчете её несущей способности. Кроме того, согласно своду, правил «Каменные и армокаменные конструкции», необходимо проверить конструктивные ограничения, соответствующие допустимому соотношению высоты к толщине стены, принятому на этапе расчета.
В первую очередь мы анализируем несущую способность с учетом реальной гибкости, которая определяется коэффициентом продольного изгиба и характером нагрузки. Устанавливаем, достаточно ли несущей способности. Если она удовлетворительная, проверяем стену на соответствие допустимому соотношению высоты к толщине.
Для плоской стены из газобетонных блоков β = H/h = 22 (при свободной длине l до 2,5H). На практике это означает, что несущая стена толщиной 150 миллиметров в обычных условиях не может превышать 3,3 метра в высоту. Если же толщина стены составляет 100 миллиметров, то её высота не должна превышать 2,2 метра.
Если же расстояния между связанными с плоской стеной поперечными устойчивыми конструкциями I ≤ βH, высота стен не ограничивается и определяется расчетом на прочность.
Если мы имеем тонкую плоскую стену, то для неё существуют строгие ограничения по соотношению высоты и толщины. В случае, когда мы добавляем пилястры или выступы для увеличения жесткости, в расчет уже принимается не просто толщина стены, а её такая характеристика, как условная толщина. Эта условная толщина оказывается больше, чем фактическая толщина камней, использованных в фигурной стене, что позволяет увеличить её максимальную высоту. Если же мы преобразуем тонкую пластину в коробчатую конструкцию, высота этой коробки может значительно превысить высоту исходной пластины.
Для стен с пилястрами и столбов сложного сечения вместо h принимается условная толщина hred = 3,5i, где . Для столбов круглого и многоугольного сечения, вписанного в окружность, hred = 0,85d.
Например, если построить четырёх- или пятиэтажную башню из блоков размером 100 миллиметров с размерами 2х2 метра, это будет вполне допустимо. Таким образом, если толщина стены составляет 150 миллиметров, то для башни размером 3х3 метра можно построить значительное количество этажей, при условии соблюдения прочностных требований, что будет соответствовать российскому законодательству.
Ширина несущих простенков, сечения несущих элементов
В СП 15.13330.2012 «Каменные и армокаменные конструкции» конструктивных ограничений на минимальную толщину несущих стен нет. Однако существует требование к соотношению высоты и толщины. В этом документе также отмечается, что простенок, ширина которого меньше толщины стены, рассматривается как столб на высоту проема.
В Еврокоде 6 прописаны конструктивные ограничения: минимальная толщина стены определяется расчетным путем, без дополнительных конструктивных требований. Тем не менее фиксируется минимальная площадь несущей стены, которая должна составлять не менее 0,04 м², принимая во внимание выемки и штрабы. Например, размеры 10x40 см и 20x20 см допускаются. В целом это все конструктивные ограничения, которые можно найти в наших и схожих с ними нормативных документах.
Краткий обзор использования накопленного опыта в соседних и более отдаленных территориях.
Польский опыт очень интересен: там активно используют несущие стены толщиной 175 мм, изготовленные из газобетонных блоков. Такие стены позволяют строить здания высотой три-четыре этажа. Ясно, что при этом не применяются 9-метровые пролёты между стенами. Чаще всего это небольшие социальные объекты, где пролёты не слишком большие. Проектирование проводится с учетом прочности и устойчивости, и в большинстве случаев стены толщиной 175 мм вполне соответствуют требованиям.
Рисунок 1 – Несущие стены из газобетона толщиной 175 мм, Польша
За последние 15 лет опыт Великобритании в строительстве жилых сблокированных домов, известных как таунхаусы, вызывает большой интерес. Основная методология заключается в возведении трёхслойных стен. Внутренний несущий слой представляет собой каменную кладку из автоклавного газобетона толщиной 100 миллиметров. На эту кладку опираются перекрытия, которые, как правило, располагаются на балках через специальные карманы. Данная схема является стандартом для современного жилищного строительства в Великобритании.
Рисунок 2 – Несущие стены из автоклавного газобетона толщиной 100 мм, Великобритания
Снаружи стены отделаны облицовкой в полкирпича, тогда как изнутри размещён теплоизоляционный слой. Долгое время единственным вариантом для теплоизоляции использовались минераловатные плиты. Однако в последние годы их место всё чаще занимает пенополиуретан, который также хорошо зарекомендовал себя. Стены толщиной 100 мм активно применяются в строительстве несущих стен в двух- и двух с половиной этажных сблокированных односемейных домах.
Российский опыт
У нас имеются небольшие вспомогательные строения с толщиной несущих стен в 150 мм, что соответствует традиционным стандартам. Они довольно распространены, и, вероятно, в большинстве случаев их возводят без предварительных расчетов, делая это на свой страх и риск. Тем не менее, во многих случаях они действительно могут удовлетворять современным нормативам расчета. И это вполне нормально. Не стоит опасаться тонких стен — главное — правильно их проектировать, проверяя несущую способность и сопоставляя с конструктивными требованиями, касающимися соотношения высоты к толщине.
Выводы
Толщина несущих стен может варьироваться, если их несущая способность обоснована расчетами. Несущие стены с толщиной от 100 до 150 мм можно рекомендовать для эксплуатации в лёгких сооружениях (например, гаражах, беседках, складах инвентаря, банях и сторожках).
Важно отметить, что в статье не поднимался вопрос о необходимости использования тонких блоков для возведения несущих стен. Рассматривалась лишь принципиальная возможность этого подхода.
Наш опыт возведения тонких несущих стен для двухэтажного дома: