Несущая способность кладки из газобетона

Существует широко распространенное заблуждение, что газобетон подходит исключительно для возведения зданий не выше трех этажей. В данной статье мы намерены развеять этот миф. Прежде всего, акцент будет сделан на прочности и несущей способности конструкции из газобетона.

Когда мы обсуждаем, на какую нагрузку способны стены, а также допустимые нагрузки на них, важно разграничивать три ключевых понятия: прочность материала, расчетное сопротивление кладки и несущая способность участка стены.

 

Прочность материала	Расчетное сопротивление кладки	Несущая способность участка стены
В2,5 = 2,5Н/мм2 = 25 кг/см2 = 50 тонн/блок (30*62,5 см) =75 тонн/м (30 см)	1,0 Мпа – 10 кг/см2     30 тонн/м (30 см)	Высота 3 м, длина 0,8 м, нагрузка с эксцентриситетом 5 см   15 тонн/м (30 см)

 

Прочность материала газобетон

 

Возьмем для примера самый распространенный в России стеновой материал – автоклавный газобетон с классом по прочности при сжатии B2,5. Он имеет прочность 2,5 Н/мм², что эквивалентно 2,5 МПа или 25 кг/см². Это означает, что блок размером 30х62 см может выдерживать около 50 тонн. Также известно, что такой материал способен выдержать 75 тонн на погонный метр при ширине бруска 30 см.

Следующий аспект — это расчетное сопротивление кладки для блоков класса B2,5, которое составляет 1 МПа или 10 кг/см², что соответствует 30 тоннам на погонный метр. Это значение в 2,5 раза меньше прочности самого материала. При этом несущая способность участка стены будет даже ниже расчетного сопротивления из-за различных факторов, таких как высота стены, гибкость кладки, толщина и характеристики материала, а также характер нагружения.

Для стен, которые требуют расчетов на несущую способность, это значение может быть в 1,5-2 раза меньше расчетного сопротивления. Таким образом, несущая способность стен может отличаться от прочности материала до пяти раз, что является важным моментом для понимания.

 

Что пишут в паспорте качества про прочность газобетона

 

Прочность газобетона, обозначаемая в паспорте качества, определяется на основе контрольных образцов. Обычно для испытаний используются кубики размером 100 на 100 мм, согласно стандарту ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам». Прочность (R, МПа), полученная при раздавливании кубика, корректируется с учетом различных коэффициентов, включая масштабный и поправочный на влажность:

 

 

где F — разрушающая нагрузка, Н;

А — площадь рабочего сечения образца, мм²;

α — масштабный коэффициент для приведения прочности бетона к прочности бетона в образцах базовых размера и формы;

K_W — поправочный коэффициент для ячеистого бетона, учитывающий влажность образцов в момент испытания.

 

В европейских странах испытания проводятся по стандарту EN 772-1 «Методы испытаний изделий для каменной кладки. Часть 1. Определение прочности при сжатии», где учитываются иные поправки. Например, если мы протестируем один и тот же газобетонный кубик, в России его паспортная прочность составит 2,51 МПа, а по европейским стандартам — от 28 до 30 кг/см², что превышает российские показатели на 13-17 %. При трансграничной торговле это также важно — например, при поставках из Санкт-Петербурга в Эстонию или из Калининграда в Польшу.

При этом в паспорте, помимо фактической прочности, испытанной на контрольных образцах и вписанной в отдельную графу паспорта, указывается класс по прочности при сжатии. Этот параметр является ключевым для характеристики прочности газобетона. Класс по прочности при сжатии – гарантированная с обеспеченностью 95 % прочность материала в Н/мм². В отличие от средней прочности (по которой принимают, например, марку кирпича), класс по прочности жестко задает ограничение прочности снизу. Средняя прочность кубиков, например, для класса B2,5 составит около 30 кг/см², а прочность блока, если испытывать его целиком, будет примерно 35 кг/см².

 

Временное и расчетное сопротивление

 

При проведении испытаний кладки образец помещается под пресс, и под нагрузкой он разрушается. При этом разрушающая нагрузка является величиной, задающей временное сопротивление кладки.

Лабораторные испытания позволяют нам определить временное сопротивление – средний предел прочности фрагмента кладки при испытаниях:

 

 

При этом в расчетах прочности используется расчетное сопротивление, которое вычисляется как временное, деленное на определенный коэффициент запаса:

 

 

Коэффициент запаса в европейских нормах колеблется от 1,7 до 2,3 в зависимости от ряда параметров, включая уровень квалификации технического надзора, а также его независимость от подрядчика.

В нашем своде правил по каменным и армокаменным конструкциям коэффициент запаса установлен на уровне 2 для всех типов камней и кирпича, в то время как для ячеистых бетонов он равен 2,2. Эта различная оценка возникла в результате исторических особенностей, когда коэффициент вариации плотности и прочности ячеистых бетонов составлял около 18%. В настоящее время, когда автоклавный ячеистый бетон стал наиболее однородным из минералов, такой подход выглядит устаревшим.

Например, при испытаниях фрагмента кладки размером 600х200х250 мм с прочностью 3,2 Н/мм², длина фрагмента 900 мм, а ширина 200 мм определили разрушающую нагрузку 51,5 тонны, что дает временное сопротивление 2,86 Н/мм². Таким образом, расчетное сопротивление следовало бы установить на уровне 1,3 МПа.

В российской нормативной базе расчетное сопротивление принимается на основании табличных значений. Для определенного класса бетона используется соответствующее ему расчётное сопротивление. В европейской системе этот показатель вычисляется через определенные формулы, позволяя использовать фактическую прочность для оценки несущей способности.

 

Несущая способность газобетона

 

Несущая способность – допустимая нагрузка на стену, приведённая к единице её длины. Нагрузка на кладку приходится, как правило, не по центру сечения, а со смещением – отклонением от центра, внецентренностью, эксцентриситетом.

На схеме А видно, что плита перекрытия опирается на кладку. При этом центр тяжести нагрузки от плиты смещён относительно центра сечения стены. Это приводит к внецентренному сжатию, когда усилие прикладывается с эксцентриситетом. Напряжения в кладке в этом случае распределяются неравномерно, что было описано в своде правил.

На схеме Б показана графическая цитата из СНиП II-В.2-62 Каменные и армокаменные конструкции, в котором различались два вида внецентренного сжатия: с малым и с большим эксцентриситетами. В СНиП II-22-81 Каменные и армокаменные конструкции (схема В) все было сведено к более узкому диапазону. В настоящее время можно считать, что все виды сжатия кладки – это частные случаи внецентренно и определяют только величину эксцентриситета.

  

Схема А – проект                        

Схема Б – СНиП II-В.2-62              

Схема В – СНиП II-22-81

 

Для оценки несущей способности необходимо учитывать гибкость стены, условия опирания (по центру или со смещением) и свойства материала.

Формула для вычисления допустимой нагрузки (N):

 

 

где N – нагрузка;

m_g – учет ползучести;

φ₁ – учет продольного изгиба [f(h/H)];

R – расчетное сопротивление сжатия кладки;

A_c – площадь сжатой зоны (меньше общей площади сечения);

ω – учет вида материала.

 

Буква N – обозначает нагрузку, в то время как R представляет собой расчетное сопротивление сжатия кладки. Остальные коэффициенты учитывают различные факторы, такие как ползучесть материала, то есть его готовность к деформациям под давлением с течением времени, а не к упругим изменениям. Также осуществляется учет продольного изгиба: чем тоньше и выше стенка, тем легче ей гнуться, превращаясь в гибкую пластину вместо массивной колонны, способной воспринимать вертикальные нагрузки. Площадь сжатой зоны обозначается как А_с. Если эксцентриситет большой, то сжимается лишь часть кладки, наиболее нагруженные волокна с той стороны, где приложена нагрузка. Также имеет значение учет вида материала (ω): для прочных полнотелых материалов рассматривается перераспределение нагрузки по большей площади кладки, тогда как для ячеистых бетонов и пустотных блоков коэффициент всегда равен 1.

 

Исходные данные для расчета несущей способности кладки с учетом эксцентриситета.

 

1. Высота этажа в свету – 3 м;
2. Толщина стены – 200, 300, 400 мм;
3. Расчет ведется при эксцентриситетах, равных 0, 30 и 80 мм (центральное сжатие, малый и большой эксцентриситеты);
4. Рассматривается простенок шириной 1 м при удалении от сопряженных стен более 3 м;
5. Опоры – неподвижные шарнирные.

 

Переменные величины:                     h – толщина стены;

                                        е₀ – сумма случайного и моментного

                                        (случайный эксцентриситет учитывается

                                        при толщине стены до 250 мм).

 

Толщина, м	е0 эксцентриситет, м	Несущая способность стены N, тс/пог.м.	Отношение N(e)/N(e=0)
0,2	0,0 (0,2)	5,71	1
	0,03	1,59	0,28
	0,08	0	0
0,3	0,0	19,28	1
	0,03	12,98	0,67
	0,08	5,25	0,27
0,4	0,0	27,85	1
	0,03	21,86	0,79
	0,08	14,6	0,52

 

Параметры модели стены показывают, что для стенки толщиной 200 мм при некотором эксцентриситете расчётная несущая способность равна нулю. Стенка толщиной 300 мм может иметь расчётную несущую способность, равную 1/4 от той же способности при центральном сжатии. При толщине стены 400 мм, даже при неблагоприятном приложении нагрузки, несущая способность составляет половину от максимально возможной.

 

Практическая значимость

В практическом исполнении перекрытие необходимо устанавливать так, чтобы минимизировать эксцентриситет. Для этого в проектах мы показываем, что внутренние волокна стен должны быть нагружены ближе к центру их сечения. Если нагрузка передаётся на железобетонный пояс в ассиметричных блоках или на другие элементы, целесообразно сместить опорные точки ближе к центру стен с учетом эксцентриситета.

Рисунок 1- Опирание перекрытий на кладку

 

Особенно важно это учитывать, если строение многоэтажное и нагрузка передаётся последовательно с различных перекрытий, так как эксцентриситет на каждом этаже слабо сказывается на изгибающем моменте у стен. В крупных павильонах и двухуровневых пространствах коттеджей, где большая часть нагрузки одновременно прикладывается к стене, эксцентриситет может привести к значительным изгибающим моментам и, как следствие, снижению несущей способности.

 

Заключение

 

Несущая способность стенной конструкции зависит от прочности блоков, геометрических характеристик и условий нагрузки. На практике, стена из газобетона B2,5 толщиной 40 см может выдерживать 20-30 тонн на погонный метр без детальных расчётов, в то время как стена из блоков В1,5 толщиной 30 см — около 8-12 тонн на погонный метр.

Посмотрите также видео ответ по несущей способности от технического эксперта завода BONOLIT: