Архив СА: Последние достижения в строительстве из бетонитовых камней. 1928

      

     

 

 

 

 

 

 

* Доклад, сделанный 17 февраля 1928 года в Конструкторской секции ОСА

 

 

I. Теория изолирующих прослойков

 

Прежде чем перейти к теме настоящей статьи, мы считаем необходимым отметить основную черту различия, существующую в области исканий удешевления строительства между отысканием наиболее дешевых материалов для постройки и наиболее рационального использования обычно применяемых в строительстве материалов.

 

Так как пустотелое строительство, имеющее дело с элементами постройки (камнями и каркасом), изготовленными из обычного бетона или шлакобетона и какого-либо изоляционного материала, в том числе и воздуха, относится ко второму из вышеуказанных способов решения задачи удешевления постройки, то нам необходимо подчеркнуть преимущество именно этого решения перед каким-либо иным, а также выделить область применения этого вида строительства.

 

Ввиду того, что дешевые материалы одновременно обычно обладают пониженными конструктивными свойствами (дерево, необожженный кирпич), то применением дешевых материалов возможно удешевить только мелкие, одноэтажные постройки.

 

Что касается крупного жилищного и фабрично-заводского строительства, в котором более или менее полно используются конструктивные свойства материалов, то здесь удешевления возможно достигнуть исключительно путем уменьшения расхода строительных материалов для стен и для несущих конструкций вследствие рационального использования конструктивных и изоляционных свойств материалов.

 

Для того чтобы решить эту задачу, необходимо рассмотреть функции, выполняемые стенами здания.

 

Стены обычно выполняют роль изолятора внутренних помещений от наружных атмосферных влияний, главным образом от холода, и кроме того являются конструкцией, поддерживающей перекрытия и крышу и сопротивляющейся боковым усилиям от давления ветра и т. д.

 

До тех пор, пока строительство имело в виду здания небольшой высоты (3—4 этажа) и притом обычного типа — с поперечными капитальными стенами, и частыми междуэтажными перекрытиями через 4—5 м, кирпич более или менее удовлетворительно выполнял роль конструктивного материала и изолятора, хотя выполнял ее весьма дорого. Но с увеличением числа этажей, или с увеличением числа свободных пролетов стен по длине и по высоте, кирпич уже становится совершенно малопригодным материалом и вытесняется каркасными конструкциями, в которых кирпич является уже простым заполнением и изолятором. В этом случае он, однако, слишком удорожает каркасную конструкцию, так как вследствие большого веса требует преувеличенных размеров поддерживающих стен колонн, обвязок и фундаментов.

 

Дороговизна кирпича объясняется его основными свойствами — одновременным соединением свойств конструкции и изоляции.

 

Так как наилучшим изолятором является воздух в неподвижном состоянии, и различные вещества в твердом, измельченном или волокнистом виде обладают изоляционными свойствами в зависимости от степени содержания в них воздуха, что определяется их объемным весом, то, очевидно, наилучшими изоляторами являются рыхлые пористые вещества. При этом совмещение в одном и том же материале и конструктивных и изоляционных свойств весьма затруднительно, так как они взаимно парализуют друг друга: в то время как с увеличением плотности материала увеличивается его прочность, изоляционные свойства его в такой же степени понижаются. Из помещенной ниже таблицы, в которой сопоставлены объемные веса и коэффициенты теплопроводности некоторых материалов, видно, что „удельный“ коэффициент теплопроводности, т. е. коэффициент, отнесенный к объемному весу в тоннах на 1 куб. м, мало изменяется для отдельных групп материалов.

 

Таблица I. Коэффициенты теплопроводности в зависимости от плотности материалов

 

Из этой таблицы видно, что „удельный“ коэффициент теплопроводности для большинства материалов колеблется в довольно узких пределах 0,2—0,25 и только в исключительных случаях — для бетона и естественных камней — увеличивается до 0,32—0,46, а для некоторых изоляторов он менее 0,2.

 

Пользуясь этой таблицей, мы можем заранее предугадать, в какой мере изменится коэффициент теплопроводности при уплотнении или разрыхлении того или иного из материалов, причем, конечно, всякое уплотнение изоляции не только связано с излишним ее расходом при данной ее толщине, но вместе с тем в такой же степени повышает коэффициент ее теплопроводности, так что в результате будем иметь удорожание изолирующей поверхности, пропорциональное γ² — квадрату объемного веса.

 

Переходим теперь к рассмотрению изолирующих свойств воздушных прослойков более значительных размеров, чем мы их имеем внутри засыпок изолятора.

 

В отличие от случая заполнения какого либо объема изоляционной засыпкой, когда коэффициент теплопроводности увеличивается по мере уплотнения засыпки, т. е. по мере введения в данный объем добавочного количества материала, здесь мы будем иметь обратное явление: коэффициент теплопроводности известного объема воздуха будет возрастать по мере освобождения этого объема от расположенных в нем разделяющих воздух на части материальных перегородок. Кроме того этот коэффициент зависит также от лучеиспускательной способности самих поверхностей, подразделяющих данный объем воздуха. Для возможности производить цифровые подсчеты теплопроводности стен, содержащих в себе воздушные прослойки, в основу кладутся опыты Нуссельта, который нашел, что воздух обладает переменным коэффициентом теплопроводности, зависящим от ширины прослойка, — изменяющимся в пределах от 0,02 при бесконечно тонких прослойках, до 0,07 при прослойках до 0,14 м толщины. Этот коэффициент, зависящий от так называемой конвекции (переноса тепла движущимися частицами воздуха), усиливающейся с уширением прослойка, назван был Нуссельтом „кажущимся“ коэффициентом теплопроводности.

 

Путем интерполяции мы можем найти этот коэффициент конвекции λ_k в виде разности между „кажущимся“ коэффициентом λ и коэффициентом λ₀, бесконечно малого прослойка = 0,02 (величина постоянная).

 

Таблица ІІ. Коэффициенты конвекции λ_k

 

Но кроме теплопроводности и конвекции теплота расходуется через воздушный прослоек вследствие его теплопрозрачности в виде лучистой энергии, расход которой зависит от коэффициентов лучеиспускания прилегающих к прослойку поверхностей и от коэффициента лучеиспускания самого воздуха как „абсолютно черного“ тела.

 

Этот расход тепла от лучеиспускания выражается формулой:

где c — так называемый „температурный коэффициент“. Для средней температуры

C' по Нуссельту находится из формулы:

где C₁ и C₂ — коэффициенты лучеиспускания прилегающих к прослойку поверхностей — берутся из таблицы III, С — коэффициент лучеиспускания „абсолютно черного“ тела = 4,7.

 

Таким образом полная потеря тепла через воздушный прослоек происходит тремя путями:

 

1. Через теплопроводность 

 

2. Через конвекцию 

 

3. Через лучеиспускание  Q_s = cC' • F • (θ₁—θ₂)

 

Полная потеря тепла в сумме составит:

где λ' представляет собой так называемый „эквивалентный коэффициент“ теплопроводности воздушного прослойка, зависящий от его толщины, свойства ограждающих его поверхностей, а также и от средней температуры их. Значение λ' находится из уравнения:

 

Эта тройная зависимость выражается следующим образом:

 

1. Зависимость толщины прослойка выражается величиною коэффициента конвекции λ_k, значения которого даны в таблице II.

 

2. Зависимость от свойства прилегающих к прослойку поверхностей выражается постоянной C¹, определяемой уравнением (2), в которое необходимо всякий раз вставить числовые значения C₁, C₂ и C из таблицы ІІІ.

 

Таблица III. Константы лучеиспускания различных тел

 

По рассмотрении этой таблицы видно, что коэффициент лучеиспускания колеблется в пределах от 4,7 до 0,79, причем для строительных материалов от 4,5 (бетон) до 1,45 (гипсовая стена). При этом он зависит не столько от материала, сколько от характера его поверхности (например для железа меняется от 4,32 до 1,31).

 

Значения C¹, определенные для различных C₁ и C₂ по формуле (2), помещены в таблицу IV.

 

Таблица IV. Константы лучеобмена C¹

 

Для большей ясности зависимость C¹ от C₁ и C₂ представляется также графически в виде диаграммы № 1.

 

 

Как из таблицы, так и из диаграммы видно, что C¹ в сильной степени меняется в зависимости от C₁ и C₂.

 

При С₁ = C₂ = 4,5 (бетон)   C¹ = 4,33

при C₁ = C₂ = 1,5 (гипс)     C¹ = 0,89

 

3. Наконец рассмотрим зависимость c — температурного коэффициента от средней температуры прослойка.

 

Коэффициент c вводится в формулу (3) или (1) потому, что потеря тепла лучеиспусканием зависит от разности 4-й степени абсолютных температур, ограждающих воздух стенок

 

ДИАГРАММА № 1 — ДЛЯ ГРАФИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТАНТЫ ЛУЧЕОБМЕНА С¹

 

Вследствие неудобства иметь дело с четвертыми степенями абсолютной температуры мы выражение (5) преобразуем подстановкой в него

тогда получим:

 

Для различных значений θ₁ и θ₂ мы можем вычислить заранее значение c и составить таблицу V

 

Таблица V. Температурный коэффициент

 

Из этой таблицы видно, что для одной и той же средней температуры ½ (θ₁+θ₂) мы имеем почти одно и то же значение температурного коэффициента c, например, для ½ (θ₁+θ₂) мы имеем для разностей

 

 

т. е. почти одни и те же значения. На этом основании мы можем сильно упростить вычисления, беря значения c для средней температуры прослойка.

 

После этих предварительных вспомогательных вычислений и таблиц мы можем перейти к определению „эквивалентных“ коэффициентов воздушных прослойков разной толщины при средней температуре 0° помощью формулы (4).

 

Например: для 0,01 м

 

То же для C₁ = С₂ = 1,15 (гипс); C¹ = 0,89.

 

Те же значения для d = 0,10 м

для C₁ =4,5

для C₁ = 1,5

 

Таким образом вычисляем значения λ' и помещаем их в таблицу VI и на диаграмму № 2.

 

Таблица VI. Эквивалентные коэффициенты теплопроводности для вертикальных прослойков

 

В этой таблице нами выделена графа значений для cC¹ = 3,5, как относящаяся к прослойку внутри бетонного камня. В этом случае cC¹ = 0,814•4,33 = 3,5. Из таблицы VI видно, что воздух как изолятор имеет коренное отличие от всех иных изоляционных материалов, так как его коэффициент теплопроводности совершенно различен при разной толщине, тогда как у остальных изоляторов он остается постоянным. На этом основании, если мы расположим изоляционные материалы в порядке возрастания коэффициентов теплопроводности, то можем параллельно написать соответствующую толщину воздушного прослойка, эквивалентного по коэффициенту теплопроводности любому изолятору.

 

Таблица VII. Толщина воздушных прослойков, эквивалентных различным изоляторам

 

Из таблицы VII мы легко можем видеть, при какой толщине следует предпочесть засыпку изолятором воздушному прослойку, а именно засыпка любым материалом, вышележащим в таблице, чем рассматриваемый воздушный прослоек, всегда бывает выгодна в смысле повышения изоляционных свойств.

 

То же самое заключение о засыпках будет еще яснее, если построить диаграмму изменения изолирующих свойств воздушных прослойков, вычисленных на основании таблицы VI. По этой таблице мы можем подсчитать теплопроводность воздушного прослойка любой толщины по формуле , где d — соответствующая толщина.

 

По найденной теплопроводности мы можем найти обратную величину , которую назовем „изолирующей способностью“ данного воздушного прослойка. Понятие „изолирующая способность“ во многих отношениях удобнее понятия теплопроводности, так как обладает большей наглядностью, в особенности если мы сумеем представить себе совершенно ясно 1 единицу изолирующей способности. А это сделать легко, если мы возьмем наиболее употребительный в строительстве изолирующий материал, обычную кирпичную стену в 2½ кирпича 0,69 м толщиною. Коэффициент теплопроводности кирпичной кладки, как известно, равен 0,69. Теплоизолирующая способность такой стены

т. е. случайно оказывается, что за 1 единицу теплоизоляции („изоединицу“) можно принять кладку в 2½ кирпича толщиною. Ее же можно принять и за 1 единицу теплопроводности, так как в этом случае . Кому как нравится. Мы в дальнейшем будем оперировать с этим нами предложенным еще в 1912 г. термином „изолирующая способность“, который благодаря своей наглядности в значительной степени помогает ясно разбираться в вопросах наиболее целесообразного применения конструкций и материалов в построении рациональной системы стен. Ниже нами дана таблица VIII — изолирующей способности воздушных прослойков.

 

Таблица VIII. Теплопроводность и изолирующая способность воздушных прослойков в бетоне

 

Из этой таблицы мы можем видеть, как теряет воздух свои изоляционные свойства с толщиною: при 1 см толщины, будучи почти в 10 раз лучшим изолятором, чем кирпичная кладка той же толщины, при 15 см он становится почти равноценным ей.

 

Кроме того из таблицы видим совершенную бесполезность устройства широких воздушных прослойков между двойными оконными рамами. Обычно делают их в 16 см, имея эквивалент изоляции в 17,3 см кирпичной кладки, тогда как при 10 см мы имеем почти столько же — 16,4 см и даже при 5 см немногим меньше — 14,7 см, между тем как при сужении просвета между рамами мы имеем возможность удешевить оконные коробки и повысить тщательность заделки переплетов.

 

Таблицу VIII удобно представить в виде диаграммы № 2.

 

На диаграмме № 2 проведен пучок лучей, соответствующих различным засыпкам изоляторов. Построены эти лучи путем соединения начала координат с ординатами = 1, восстановленными в точках деления, соответствующих толщине изоляции, выражаемой в метрах тем же числом, каков коэффициент теплопроводности, так как в этом случае изолирующая способность равна всегда 1. Например 0,04 м пробки изолируют так же, как 0,05 м трепела, 0,06 м опилок, 0,13 м шлака, 0,26 м песку, 0,69 кирп. кладки = 1 изоединице. Точки пересечения лучей с кривою воздуха дают на горизонтальной o и d толщину прослойка, который можно заменить засыпкой без потери изолирующей способности.

 

ДИАГРАММА № 2. ИЗОЛИРУЮЩИЕ СПОСОБНОСТИ ВОЗДУХА И РАЗЛИЧНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ

 

Диаграмма № 3, построенная с помощью диаграммы № 2, дает ясную картину эффекта, достигаемого дроблением воздушного прослойка на части. Ряд сплошных кривых представляет собой изолирующую способность 1,2 и т. д. прослойков различной толщины, причем при построении учтено, что воздушные прослойки по конструктивным соображениям занимают длину лишь 80% стены, а 20% занимают бетонные поперечные перемычки. Толстые пунктирные линии с надписью 10 и 20 см соответствуют определенной ширине прослойка воздуха, разбиваемого на более мелкие слои. Вся диаграмма представлена наложенной на кирпичную стену в 2½ кирпича, ширина которой принята за 1 единицу при построении ординат кривых. На диаграмме проведены лучи, указывающие род засыпки, которою выгодно заменить воздушные прослойки.

 

Этой диаграммой мы заканчиваем исследование свойств воздушных прослойков, необходимое для совершенно ясного отношения к сравнительной оценке различных систем пустотелых стен. Но при этом необходимо еще добавить, что изоляция засыпками имеет еще одно отличие от воздушной изоляции: в то время как всякая изоляция теряет в значительной степени свои свойства при увеличении влажности, воздух, наоборот, повышает свои изолирующие свойства с повышением его влажности. Отсюда вытекает правило: необходимо принимать все меры для защиты изоляционных материалов в стене от сырости атмосферной и конденсационной изнутри помещений.

 

ДИАГРАММА № 3. ИЗОЛИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПУСТОТЕЛЫХ БЕТОННЫХ СТЕН

 

ЧЕРТ. 4. СИСТЕМЫ КАМНЕЙ

 

Переходим теперь к рассмотрению конкретных решений задач пустотелого строительства. Необходимо проследить эволюцию конструкций пустотелых камней и кладки из них. На чертеже 4 представлены 3 системы камней: камень „Торонто“ 1917 г. с одним рядом пустот, привезенный к нам из Америки инж. Цубербиллером, имеющий все размеры в английских мерах, камень „Рациональной“ системы, инж. Прохорова и Смирнова 1912 г., с двумя рядами пустот с размерами в русских мерах, и камень „Крестьянин“ 1926 г. — тех же авторов, с 3 рядами пустот в метрических размерах.

 

Основные размеры камней, пустот и характеристика их теплотехнических и конструктивных свойств даны в таблице IX, заимствованной из нашей книги „Современное строительство из пустотелых бетонных камней с железо-бетонным каркасом“ (издание 1926 г.).

 

Таблица IX. Основные данные 3 различных систем пустотелых стен

 

Из этой таблицы можно видеть постепенно прогрессирующую рационализацию конструкции пустотелых стен за последние 20 лет. Система „Крестьянин“ дает на 25% лучшее использование строительного материала — бетона — для стен здания, причем расход материала на 1 кв. м площади стены является наименьшим, а изолирующий эффект І = 1,1757 — более чем у кирпичной стены в 2½ кирпича, где І = 1,0.

 

Сравнение изолирующих свойств стен различных систем представлено диаграммой № 5.

 

На этой диаграмме представлены 3 системы кладки:

 

Та же система с уширением промежутка между камнем и полукамнем до 7 см вместо 2 см и засыпкой этого промежутка трепелом. В этом случае изолирующая способность сильно возрастает и равна І = 1,90. Для наглядности на той же диаграмме представлена кладка в 2½ кирпича и рядом с пустотелой кладкой эквивалентная кирпичная кладка.

 

ДИАГРАММА № 5 СРАВНЕНИЕ ИЗОЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ СТЕН

 

 

II. Конструкции

 

Прежде чем перейти к описанию дальнейших усовершенствований в области пустотелого строительства, необходимо ознакомиться с основными приемами проектирования и выполнения пустотелых конструкций.

 

В отличие от строительства из кирпича или из какого-либо другого однородного материала постройки из пустотелых камней выполняются из отдельных элементов довольно крупного размера, так как отдельных камней на 1 кв. м стены идет около 10 штук. Кроме того, так как эти камни искусственного изготовления и форма и размеры их в наших руках, то в целях экономических выгоднее заранее приготовить по возможности все необходимые размеры и виды камней согласно данному проекту. Так как при этом процесс твердения камней, изготовленных на гидравлическом растворе, продолжается всего 3—4 недели, то есть полная возможность по имеющемуся общему проекту произвести довольно полный подсчет необходимых сортов камней, с тем чтобы изготовить камни только в потребном для данной постройки количестве. При этом резко различаем два вида сооружений: с вертикальным каркасом и без него. И кроме того кладку стен холодных построек в 1 камень и жилых в 1½ камня — с засыпкой и без нее. Вопрос конструкции здания решается назначением его при эксплоатации. Во всех случаях для достижения полного экономического эффекта пустотелых конструкций необходима возможно тщательная разработка конструктивных чертежей.

 

ЧЕРТЕЖ 6. РАБОЧИЙ ЧЕРТЕЖ КЛАДКИ СТЕН ИЗ БЕТОНИТОВЫХ КАМНЕЙ

 

Далее мы даем примеры разработанных пустотелых конструкций системы „Крестьянин“ 1926 г. с параллельным описанием отдельных конструктивных деталей. На чертеже 6 представлен подробно разработанный чертеж кладки торцевой большой стены здания (пыльных камер химического завода) толщиною в 1 камень. Из чертежей видно, что здесь мы имеем довольно трудно разрешимую в кирпичной кладке задачу: стены высотою 14 м до карниза и 16 м до конька, с арочным перекрытием, дающим распор на стены, причем здание неотапливаемое. При бетонитовой кладке мы имеем толщину стен лишь 20 см во всю высоту. Вследствие легкости стен здания (1 кв. м = 300 кг, а в 2½ кирпича = 1 100 кг) фундамент представляет собой железо-бетонную обвязку на отдельных опорах через 2,10 м. Вертикальный каркас торцевой стены представлен одной железо-бетонной колонной 25/25 по середине стены для избежания продольного вертикального изгиба стены, причем порядок производства работ в этом случае таков, что колонна бетонируется после окончания кладки стены на высоту до 1-й обвязки. Этим достигается помимо уменьшения расхода опалубки, также ускорение работы и большая монолитность кладки стен и колонн. Кроме того для большей монолитности в горизонтальных рядах кладки пропускается проволока ¼" которая проходит сквозь колонны. Эта прокладка арматуры имеет еще большое значение для предотвращения трещин в кладке, происходящих от усадки бетона. Кроме вертикальных элементов каркаса в кладке имеются еще горизонтальные в виде обвязок, расположенных через 3—4 м, которые дают жесткость зданию в плане, соединяя стойки каркаса с углами, и кроме того перекрывают оконные и дверные проемы в стенах. Так как здание неотапливаемое, то железо-бетонные элементы каркаса не имеют изоляции.

 

Фундамент жилых домов 1—3 этажа представляет обычно также железобетонную обвязку на отдельных опорах, расположенных через 3—5 м. Так как фундаментная балка рассчитывается на треугольную нагрузку от кладки стены, то сечение ее обыкновенно не зависит от высоты здания. Высота здания отражается на сечении фундаментных подушек, которые только при очень большой высоте постройки могут слиться между собой в сплошной фундамент. На черт. 7 видны детали кладки углов, причем необходимо обратить внимание на изоляцию всех железобетонных частей слоем камышита или соломита толщиной 6 см, укладываемого в опалубку до бетонирования. На основании подробно разработанных конструктивных чертежей всех 4 фасадов здания составляется ведомость камней, подобная помещенной на чертеже 8. При разработке конструктивных чертежей необходимо стремиться к минимуму фасонных камней, который может быть ограничен, кроме целых и половинок нормальной длины, следующими видами камней: 4 вида камней для обделки окон (2 камня с четвертями и два камня, укороченных на величину оконной четверти) ¼ камня для примыкания к углу, и 2 камня образующие внешний угол: угловой с гладким торцом, укороченный по длине на 5 см. Применение в углу укороченного камня вызывается необходимостью получить правильное расположение вертикальных швов под серединою камня предыдущего ряда, так как в углу мы имеем длину тычка камня лишь 20 см, тогда как половина длины камня составляет 25 см. Разница в 5 см должна быть или отнята от углового камня или добавлена к камню, примыкающему к тычковому камню в следующем ряду. Вышеуказанными видами фасонных камней в наружных стенах обыкновенно можно ограничиться, если размеры здания, проемов и простенков взяты кратными камню, т. е. ½ м. Если же они будут кратны ½ камню, или ¼ м, то появится еще один вид камней — поперечные половинки в 25 см длины. Из ведомости камней на чертеже 8 мы видим все виды и количества потребных для здания камней.

 

ЧЕРТ. 7. ДЕТАЛИ КЛАДКИ УГЛОВ

 

ЧЕРТ. 8. ВЕДОМОСТЬ ФАСОННЫХ КАМНЕЙ

 

 

III. „Теплый камень“ 1928 года

 

Возможность дальнейшего усовершенствования пустотелой кладки определяется вполне теми теоретическими предпосылками, которые изложены в начале статьи.

 

Уже давно ощущалась потребность упростить форму и расположение пустот для повышения изолирующего эффекта в случае применения засыпки, обеспечив кладку от засорения пустот раствором, и иметь возможность получать на тех же самых станках, которые производят камни для стен отапливаемых зданий, также и камни для легких одноэтажных построек второстепенного значения и для внутренних разделяющих стенок, не несущих больших нагрузок. Также желательно иметь камень, пригодный для выполнения комбинированных конструкций — пустотелых с железо-бетоном — междуэтажных перекрытий, висячих стен — без особых фундаментных балок и стен, сопротивляющихся боковому распору.

 

Для осуществления вышеуказанных целей нами разработана новая конструкция пустотелого камня, представленная на чертеже 9, который нами назван „теплым“ камнем вследствие высоко изолирующей его способности. Как видно из чертежа, камень имеет 3 ряда пустот, симметрично расположенных по ширине камня. Крайние прослойки имеют ширину в 3,3 см, а средний шире — 5 см. Полная ширина камня — 25 см, при длине 50 см и высоте в 25 см. Все пустоты перекрыты диафрагмами. Толщина наружных бетонных стенок — 3,5 см, достаточная для обеспечения сопротивления камня внешним ударам. Увеличение ширины до 25 см имеет то преимущество, что при перевязке в углах нет необходимости применять фасонные удлиненные или укороченные камни. Размер средних пустот в длину подобран таким образом, чтобы было удобно получить фасонные камни для окон путем простой закладки в формовочный станок деревянных брусков, не производя изменения в форме средних пустот. Камень при формовке может легко делиться на части путем вставки разделяющих перегородок. При этом на таблице 9 показаны способы получения всех производных камней, необходимых как для кладки в 1 камень, так и для кладки в 1½ камня. Высота рядов камней — 25 см, что имеет преимущество в смысле уменьшения расхода раствора.

 

Отличительной особенностью „теплого“ камня является то, что средний ряд его пустот обязательно должен быть заполнен сильным изолятором (например трепелом с коэффициентом теплопроводности не более 0,06) и заделан при изготовлении камня до употребления его в дело. Кроме того и остальные его пустоты, имеющие с одной стороны бетонную диафрагму, с другой стороны заделываются наглухо до употребления камня в кладку, после предварительного покрытия стенок пустот изнутри веществом, обладающим меньшим коэффициентом лучеиспускания сравнительно с бетоном, например мелом, гипсом (коэффициент C₁ = 1,5).

 

ЧЕРТ. 9. КЛАДКА ИЗ ТЕПЛОГО КАМНЯ

 

Выложенная из теплых камней стена обладает значительно более высокой изолирующей способностью, чем стены из камней иных систем, что вполне очевидно из теоретических соображений, изложенных в начале статьи.

 

Количественный подсчет изолирующей способности стены мы производим в двух предположениях:

 

1. Камни сделаны из бетона с коэффициентом теплопроводности λ = 0,69 без окраски и с окраской внешних пустот веществом с малым коэффициентом лучеиспускания (C₁ = 1,5).

 

2. То же — из шлако-бетона с коэффициентом λ = 0,52.

 

При подсчете изолирующей способности пользуемся методом, изложенным в нашей книге „Современное строительство из пустотелых камней“, стр. 26, рассматривая отдельно изолирующую способность бетона, воздуха и засыпок.

 

Как было там нами доказано, изолирующая способность бетона, образующего данную пустотелую конструкцию, зависит исключительно от объема бетона, приходящегося на 1 кв. м поверхности стены, как будто бы бетон был расположен равномерным слоем по поверхности.

 

Объем пустот на 1 кв. м стены в 1 камень

что составляет от объема кладки, равного 0,25 куб. м

 

Объем бетона 65,8% × 0,25 = 0,164 куб. м.

 

1. Изолирующая способность бетона 

 

 

2. Изолирующая способность 2 воздушных прослойков толщиною 3,3 см длиною 0,70 м, высотою 1,0 м.

 

а) При поверхности пустот бетонной (C₁ = 4,5).

 

Из таблицы VI в графе cC¹ = 3,5 (для C₁ = 4,5)

 

 

Для d = 3,3 см, λ = 0,01525 + 0,3 × 0,0420 = 0,4651

 

Два прослойка площадью по 0,7 кв. м дадут

 

б) При поверхности пустот, покрытой материалом с малой лучеиспускательной способностью, принимаем cC¹ = 1.

 

Тогда по таблице VI, графа cC¹ = 1 найдем

 

Два прослойка дадут I = 2 × 0,7 × 0,4 = 0,56, т. е. в 2 раза больше чем в случае а).

 

Прослоек в 0,05 м с засыпкой изолятором, имеющим λ = 0,06.

 

Объем засыпки на 1 кв. м стены

 

Суммируя полученные значения, найдем для кладки в 1 камень с учетом наличия диафрагм и толщины швов, которые в совокупности занимают 2,5 см в каждом ряду, или 10% по высоте.

 

Таблица X. Изолирующая способность кладки из „теплых“ камней в 1 камень

 

Из этой таблицы видно:

 

1. Что кладка в 1 „теплый“ камень даже из бетонных камней с избытком дает необходимую изоляцию помещения, эквивалентную кладке почти в 3¾ кирпича.

 

2. Применение в этом случае шлако-бетона взамен нормального бетона увеличивает эффект весьма в слабой степени — едва на 4%, так что при выборе материала для производства камней мы должны руководствоваться лишь его экономичностью.

 

3. Сравнивая расход конструктивного материала — бетона на 1 изоединицу, — равный 0,118 куб. м с расходом при обычной системе „Крестьянин“ (таблица IX), равным 0,1923 куб. м, мы видим, что новая система почти на 40% экономичнее расходует строительный материал в собственном смысла слова (не считая изолятора).

 

Таким же точно способом производим подсчет изолирующих свойств кладки в 1½ камня.

 

Объем пустот: 0,033 × 0,70 × 3 + 0,05 × 0,84 + 0,05 × 1,0 = 0,1617

 

Объем бетона 0,596 × 0,40 = 0,2384 куб. м.

 

1. Бетон:

 

   Шлако-бетон:

 

2. Засыпка: v = 0,042 + 0,05 = 0,092

 

3. Воздушные прослойки при C₁ = 4,5

 

при cC = 1

 

Таблица XI. Изолирующая способность кладки из „теплых“ камней в 1½ камня

 

Из сравнения таблиц XI и X мы видим, что хотя материал при кладке в 1½ камня расходуется еще рациональнее в смысле получения удельного изолирующего эффекта, но абсолютно его расходуется больше. При этом стены дают слишком большой кирпичный эквивалент, что едва ли целесообразно для наших климатических условий, хотя при этом и получается большая экономия при эксплоатации постройки на топливе, а при сооружении ее — на устройстве самого отопления.

 

Диаграмма № 10 дает наглядное представление об изолирующих свойствах кладки стен из „теплых“ камней в 1½ камня без засыпка, с засыпкой трепелом 2 рядов пустот и с покрытием слоем алебастра остальных пустот, по сравнению с кирпичной кладкой в 2½ кирпича.

 

Вышеописанные камни легко могут быть преобразованы в камни облегченного вида с большим содержанием пустот способом, показанным в чертеже 9.

 

Пустоты имеют сечение 0,18 × 0,175 = 0,0315 куб. м, а на 1 кв. м, стены 0,126 куб. м, что составляет

 

Расход бетона на 1 кв. м стены 49,6 × 0,25 = 0,124 кб. м.

 

Камни не имеют диафрагм. На наружной поверхности продольных стенок они имеют желобки сечением 1 × 3 см, на торцах канавки глубиною 0,5 см. Наличие этих канавок позволяет производить кладку „жестких“ стен, снабжая их арматурой не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлении. Применение эти „жесткие“ стены могут иметь прежде всего в виде висячих стенок, опирающихся концами на стены или иные опоры. В этом случае вместо железо-бетонных высоких балок достаточно расположить под стенкой обвязку высотою около 10—8 см с небольшим количеством арматуры, так как благодаря вертикальной арматуре изгибающий момент от вертикальных сил воспринимает вся стена во всю ее высоту. Кроме вертикальных сил эти стены могут воспринимать горизонтальное давление от ветра и распора земли (в подвальных помещениях или в виде подпорных стенок). Сделанный нами поверочный расчет показывает, что при арматуре 3/8" стена может сопротивляться давлению ветра при свободной длине и высоте 8 × 8 м, а в качестве подпорной стенки выдерживать давление слоя земли глубиною до 2,5 м.

 

Наконец те же камни особенно ценны в случае их применения при устройстве пустотелых междуэтажных перекрытий, в которых при жилищном строительстве ощущается большая потребность.

 

Вследствие полного совпадения размеров камней для перекрытий с камнями для пустотелых стен получается большое удобство при взаимной комбинации этих конструкций. Статический расчет показывает, что новые камни благодаря их значительной конструктивной высоте в 0,25 м дают очень жесткое перекрытие, пригодное для пролетов до 8—9 м.

 

Большие размеры отверстий (4 × 4 в.) в камнях позволяют использовать их для устройства всякого рода каналов в стенах — вентиляционных, для проводов и т. п.

 

 

IV. Экономика пустотелого строительства

 

Экономика пустотелого строительства основывается на принципе возможно более полного разделения функций конструктивных частей здания от его изоляции. В целях более ясного учета сравнительной выгодности применения различных материалов для той или другой роли мы произведем нижеследующие подсчеты.

 

1. Работа конструкций на сжатие.

 

При пролете между стенами в 8 м и разном числе этажей, при полезной нагрузке перекрытий в 250 кг/м².

 

ДИАГРАММА № 10 — СРАВНЕНИЯ ИЗОЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ СТЕН ИЗ „ТЕПЛЫХ“ КАМНЕЙ

 

Таблица XII. Напряжение в кирпичной кладке многоэтажных зданий

 

Из таблицы XII видно, что уже при 3 этажах кирпичная кладка в 2½ кирпича конструктивно оказывается вполне использованной, а при 4 она служит только для поддержания давления от собственного веса, и здесь следует переходить к ее уширению или к усилению другими конструкциями — железобетонными или металлическими.

 

При пустотелой конструкции такого же здания мы найдем, принимая во внимание вес 1 кв. м, пустотелой кладки в 450 кг/м², следующие значения (табл. XIII).

 

Таблица XIII. Напряжение в пустотелой кладке многоэтажных зданий

 

Таблица XII показывает, что пустотелая конструкция без каркаса дает полное использование конструктивных свойств материала стен уже при 2 этажах. Свыше 2 этажей необходимо введение железо-бетонного каркаса.

 

Из сопоставления таблиц XI и XII видно, что в 2-этажных зданиях, не нуждающихся в каркасе, когда стены несут те и другие функции — и конструкции и изоляции, экономические преимущества зависят от сравнительной стоимости 1 кв. м тех и других стен. По московским ценам (кирпич 65 р., шлак 4 р. 50 к., песок 7 р. за 1 куб. м, цемент 5 к. за кг) можно считать 1 кв. м стены жилого дома (см. „Современное строительство“, стр. 43):

 

Таблица XIV Сравнительная стоимость стен

 

Т.-е. бетонитовые стены дешевле в среднем почти вдвое, чем кирпичные. Так как стоимость самого кирпича на 1 кв. м стены (235 шт.) составляет 15 р. и кроме того кирпичные стены требуют значительно большего объема фундамента, то экономия при переходе на пустотелые конструкции выражается примерно в стоимости самого кирпича, заготавливаемого для постройки, иными словами — бетонитовые конструкции не только избавляют нас от забот о заблаговременной заготовке кирпича, но позволяют нам за это оставить себе всю стоимость кирпича в виде премии.

 

Как же обстоит дело с цементом и известью? Быть может, переход на бетонитовые конструкции вызовет в стране кризис цемента? Мы приводим из того же источника цифры.

 

Таблица XV. Расход цемента на стены

 

Если принять при этом во внимание увеличенный расход цемента на фундаменты кирпичных стен, то получим еще более благоприятные соотношения в пользу пустотелых конструкций: цемента, заготавливаемого для кирпичной стены, всегда хватит при переходе на бетонитовые стены.

 

Теперь остается еще вопрос об изоляторах.

 

Стоимость органических изоляторов: пробковых плит, камышита и соломита при I = 1 примерно колеблется от 2 р. 50 к. (пробка) до 1 р. 60 к. (камышит) за 1 кв. м, и количество их на рынке всецело зависит от спроса.

 

Неорганический изолятор — трепел — стоит 30 р. за 1 тонну, или 15 р. за куб. м (имеется в стране в неограниченном количестве). На 1 кв. м стены из „теплых“ камней требуется трепела:

 

Для экономического сопоставления различных изоляторов между собою мы их помещаем в таблицу.

 

Таблица XVI. Сравнительная стоимость изоляции

 

Цифры этой таблицы ярко рисуют экономические достоинства пресловутой кирпичной кладки в 2½ кирпича в качестве изолятора. Защита от холода при помощи ее обходится в 2 раза дороже, чем при изоляции обычных пустотелых стен (типа 1912 г.), в 4 раза дороже новейших пустотелых конструкций из „теплого“ камня и в 10—25 раз дороже настоящих „квалифицированных“ изоляторов, неспособных на роли конструкций (трепел, соломит).

 

Попутно интересно осветить вопрос о комбинированных материалах в виде разного рода „теплых бетонов“, приготовляемых из смеси изоляторов (пемза, шлаки) с цементирующими веществами.

 

В главе 1 было выяснено подробно, что изолирующая способность строительных материалов пропадает по мере вытеснения заключенного в них воздуха иными материалами — водой, цементирующим веществом или каким-либо твердым материалом, что сказывается прежде всего на увеличении объемного их веса. Выигрываем ли мы что-либо при этом в конструктивных свойствах таких смешанных материалов? Как известно, прочность всяких бетонов определяется прочностью самого слабого из материалов, входящих в его состав. Пористые изоляторы, как правило, обладают весьма слабыми механическими свойствами, поэтому мы от вышеуказанного совмещения обязанностей ничего выиграть не можем.

 

 

Переходим теперь к рассмотрению каркасных конструкций в кирпичных и в бетонитовых стенах.

 

Предварительно мы приведем в виде таблицы XVII сравнительную стоимость 1 пог. м длины (по высоте) различных вертикальных конструкций, дающих одно и то же сопротивление (100 тонн) на сжатие, исходя из московских цен железо-бетона (в колоннах) 125 р. за 1 куб. м и железа — 40 к. за 1 кг.

 

Таблица XVII. Сравнительная стоимость 1 пог. м вертикальных конструкций, работающих на сжатие при P = 100 тоннам

 

Из таблицы усматриваем:

 

1. Основной принцип специализации функций остается здесь в полной силе: наиболее экономичными являются наиболее прочные материалы.

 

2. Наиболее дорогими оказываются конструкции с повышенными изолирующими свойствами, т. е. чем лучше изолятор, тем он слабее как конструкция, а следовательно и дороже. Но тут необходимо оговориться: если принять во внимание, на основании таблиц XI и XII, что вследствие большого собственного веса кирпичных стен сравнительно с бетонитовыми полезная нагрузка в первых менее 25%, а в последних более 50% полного веса, то поддержание 100 тонн полезной нагрузки (от междуэтажных перекрытий обойдется:

т. е. пустотелые стены в этом отношении тоже дешевле кирпичных.

 

Каркасные конструкции выступают на сцену только при многоэтажных постройках: 3-этажных бетонитовых и 4-этажных кирпичных. Несмотря на некоторое экономическое преимущество чисто металлических конструкций, от них надо отказаться при заделке их в кирпичные стены, так как вследствие большой разницы их температурного коэффициента удлинения нарушается целость конструкции.

 

Остается железо-бетон. Тут при сравнении стоимости применения железо-бетонного каркаса необходимо иметь в виду, так сказать, коэффициент „полезного действия“ вертикальных элементов в том и другом случае на основании таблиц XI и XII. При капитальных стенах железо-бетонные колоны обременены сверх нагрузки от междуэтажных перекрытий на 365% еще нагрузкой от кирпичного заполнения наружных стен. При бетонитовых конструкциях мы будем иметь от веса заполнения лишь около 100% дополнительной нагрузки. Иными словами, железо-бетонный каркас в кирпичных стенах будет стоить дороже в раза.

 

При обычно встречающейся расстановке колонн через 6 м при 5 этажах будем иметь сечение и стоимость колонн на 1 кв. м площади стен нижнего этажа:

 

Таблица XVIII. Стоимость колонн каркаса

 

Таблица XVIII дает убийственные цифры для железо-бетонных конструкций в кирпичных стенах. Эти результаты вполне объясняют установившееся мнение о дороговизне каркасных конструкций. Но это не вполне справедливо. Каркасные конструкции являются наиболее экономичными, если ими рационально пользоваться и не заставлять их выполнять бесполезные функции — служить поддержкой громоздкой тяжеловесной изоляции в виде кладки из обожженного кирпича. Сочетание железо-бетонного каркаса с кирпичной кладкой недалеко ушло по рациональности от устройства железо-бетонных колонн в качестве фундамента под пирамиду Хеопса.

 

В заключение остается теперь ответить на вполне естественный вопрос: если все вышеприведенные рассуждения справедливы, чем объяснить широкое повсеместное распространение красного кирпича? Единственно вредной привычкой, традицией и рутиной, связанными с низким уровнем культуры.

 

Кирпич принадлежит к архаическим строительным материалам, которые человечество употребляло еще в те времена, когда не существовало еще никаких вопросов рационализации, не было никаких инженерных расчетов сооружений. Почему клали во времена Николая I стены казенных зданий в 1½ раза толще, чем теперь? Такова была традиция. Почему кладут теперь в 2½ кирпича? Тоже по традиции, внушаемой на школьной скамье.

 

Сравним разницу в отношении контролирующих и утверждающих органов к проектам, выполняемым из материалов, поддающихся статическому расчету (металл, железо-бетон), и материалов, такому расчету не подвергаемых (кирпичные и деревянные стены). В первом случае применение слишком низких допускаемых напряжений заставляет переделывать все конструкции проекта, а во втором — никто не интересуется вопросом о том, что в верхних этажах конструктивные свойства материала использованы на 25 или 50%. На это всегда есть готовые объяснения: так принято делать.

 

Что мы имеем в трех-и четырехэтажном доме с конструктивной точки зрения? В верхних этажах материал использован на 25%, 50%, а в нижних на 100% — до допускаемого предела. Чем определяется прочность всего сооружения? Прочностью его нижних частей. Какие части наименее прочны? Те, которые сильнее напряжены. Таким образом во всяком кирпичном здании самое слабое место у основания сооружения, что противоречит основным принципам конструкции. Всякое кирпичное здание есть действительно „колосс на глиняных ногах“. При каркасной системе с легким заполнением мы имеем всюду равную прочность конструкции, поскольку мы подбираем сечение каркаса путем статического расчета. Конструкция же и толщина стен остается постоянной при любой высоте здания.

 

Ввиду вышеизложенного можно признать целесообразным постановление Моск. губ. инженера, утвержденное Президиумом Моссовета („Известия АОМС“ от 1 февраля 1928 г. № 14), о запрещении строительства целого ряда сооружений из красного кирпича, с переходом на каркасные конструкции с бетонитовым заполнением, так как применение этих конструкций неизбежно связано с оправданием их техническими расчетами, вследствие чего будет изъята из области традиций и рутины и переведена в область рационализации новая большая область строительства.

 

Инж. С. Л. Прохоров

---

 

 

 

 

Г. Б. КРАСИН. ВИАДУК НА СТ. ПОГОННЫЙ ОСТРОВ СЕВ. ЖЕЛ. ДОРОГ. G. KRASSIN. VIADUKT DER NORDEISENBAHNLINIE

 

Г. Б. КРАСИН. ВИАДУК НА СТАНЦИИ ПОГОННЫЙ ОСТРОВ СЕВЕРНЫХ ЖЕЛ. ДОРОГ. G. KRASSIN. VIADUKT DER NORDEISENBAHNLINIE

 

Г. Б. КРАСИН. ВИАДУК НА СТАНЦИИ ПОГОННЫЙ ОСТРОВ СЕВЕРНЫХ ЖЕЛ. ДОРОГ. G. KRASSIN. VIADUKT DER NORDEISENBAHNLINIE

 

---

 

 

 

 

Агитпункт для рабочих поселков промышленного района. Материал — плиты теплого бетона и стекло. В первом этаже раздевалка и комната для занятий (кабинет), квартира зав. пунктом; во II этаже читальня, зал и библиотека. Кабинет и читальный зал имеют балконы-террасы, крыша под читальным залом также используется как терраса. В основу архитектурной композиции, как планов, так и фасадов, положены характерные особенности конструкции материала (бетонные плиты).

 

  

 

ПЕРСПЕКТИВА, ФАСАДЫ, ПЛАНЫ. PERSPEKTIVE, ANSICHTEN, GRUNDRISSE

 

---

 

 

→ Перейти в содержание всех выпусков журнала «Современная архитектура»