Швы между отдельными частями сооружений дают возможность свободной деформации строительных объемов. Швы разделяют здание на отсеки по вертикали.
Важнейшие причины относительного смещения:
изменения длины междуэтажных перекрытий и покрытия вследствие температурных изменений, а также при пожаре (температурные швы);
вертикальный сдвиг частей здания по отношению друг к другу из-за неравномерной осадки колонн (осадочные швы).
Деформации проявляются во время строительства или в период эксплуатации здания. Швы нарушают однородность сооружения и приводят к дополнительным эксплуатационным расходам. Их шаг должен быть по возможности большим. Шаг температурных швов выбирается так, чтобы изменения длины перекрытий и крыши не вызвали повреждений или перенапряжений в несущем каркасе.
Температурные изменения
Во время строительства
Наибольшие температурные колебания проявляются при сооружении многоэтажных зданий обычно в течение всего периода строительства, а не во время эксплуатации. Поэтому может потребоваться на период строительства устраивать дополнительные подвижные швы, которые будут заделаны после окончания отделочных работ.
Усадка бетона
Схожее с температурными изменениями действие оказывает изменение объема бетона вследствие его усадки.
Действие пожара
При пожаре несущая конструкция может испытывать воздействие очень высоких температур. Огнезащитные облицовки стальных конструкций рассчитываются так, чтобы температура металла не превышала 650° С за расчетный период огнестойкости конструкции. Однако в стальных балках такая температура только в том случае может вызвать изменение их длины, когда плиты перекрытий не соединены монолитно со стальными балками или перекрытие имеет такую же температуру, как и стальные балки.
Вследствие больших поперечных сечений перекрытий по сравнению с балками на горизонтальные смещения конструкций влияет, как правило, не температура самих стальных балок, а температура всего перекрытия. При железобетонных перекрытиях железобетонная плита нагревается до температуры около 200° С, в то время как температура стальных балок уже достигает предельного значения. Смещения перекрытий от воздействия этой температуры должны быть приняты во внимание для определения шага швов и устойчивости вертикальных элементов жесткости. Они вызывают: усилия в жестких узлах конструкций, например в случае примера 4, или горизонтальные сдвиги колонн.
Шаг и расположение швов
Расстояние между швами в многоэтажных зданиях со стальными каркасами зависит в значительной степени от вида конструкций, обеспечивающих жесткость.
В рамных конструкциях при смещениях перекрытий возникают изгибающие моменты в узлах рам, которые учитываются при расчете. Расстояние между швами можно принимать от 30 до 50 м.
Рисунок 1. Связевые стальные конструкции, которые имеют достаточную жесткость только в отдельных опорных узлах, рассчитываются в остальных узлах как шарнирные. Поперечное сечение колонн так незначительно, что появляющиеся деформации, несмотря на высокий модуль упругости стали, в большинстве случаев не ведут к появлению высоких напряжений от смещения колонн. Поэтому расстояния между температурными швами могут быть большими. Здание со стальным каркасом без швов длиной до 100 м не является исключением.
Расположение швов
Рисунок 2. Расположение швов определяется положением опор. В плане 1 расширение перекрытий благодаря симметричному расположению связей, обеспечивающих жесткость, проявляется равномерно в обоих направлениях, в плане 2 — вследствие вне-центренного расположения опоры точки перекрытие расширяется в сторону свободной части.
При нескольких ветровых связях в здании наблюдается следующее.
Рисунок 3. 3. Несколько расположенных рядом жестких дисков связей в качестве поперечного обеспечения жесткости Q воспринимают по законам теории упругости соответствующие доли ветровых усилий, причем жесткий диск перекрытия соответствующим образом их распределяет. От температурных расширений защемляющие моменты не возникают.
Рисунок 4. 4. Если продольные конструкции жесткости L расположены напротив друг друга, то обе они участвуют в восприятии ветровых усилий одинаково, причем появляются защемляющие моменты вследствие температурных воздействий. Таких случаев нужно избегать. Большие напряжения от защемления возможны особенно в период монтажа. Для уменьшения их в этом случае рекомендуется замоноличивать вначале только один из двух жестких дисков, расположенных по концам здания.
Рисунок 5. 5. Разделение плана двумя подвижными швами на три отсека требует по сравнению с примером 3 устройства двух дополнительных продольных связей L, которые должны иметь такие же размеры, как одна связь на рис. 3, хотя оба здания, стоящие позади первого, находятся как бы в «ветровой тени». Каждая часть сооружения должна быть устойчива сама по себе. При подобном делении каждая третья часть нуждается в двух конструкциях жесткости в поперечном направлении Q с устройством двух дополнительных поперечных дисков. Рисунок 6.
6. В этом случае возможно также связать части корпуса таким образом, что в шве будут передаваться только поперечные силы, а не продольные усилия. Например, присоединением средней части здания к дискам жесткости боковых корпусов экономятся две поперечные связи по сравнению с примером 5. Рисунок 7.
7. В зданиях с сильно расчлененным планом могут быть необходимы вертикальные скользящие швы, чтобы обеспечить свободные деформации примыкающих частей.
Швы в крыше
Рисунок 8.Рисунок 9. Если конструкция плоской кровли может допустить большее нагревание несущих элементов покрытия, чем несущих междуэтажных перекрытий, то возможны деформации, изображенные на рис. 8. В таких случаях рекомендуется устройство в верхних этажах нескольких дополнительных температурных швов (рис. 9).
Осадочные швы
Рисунок 10. 10. Строительные корпуса различной высоты вызывают неодинаковое нагружение фундаментов. Если эти нагрузки выравниваются общей плитой основания, то осадка корпусов с различным весом получается одинаковой. В этих случаях вполне возможно соединять более низкие корпуса с высотными зданиями в одно целое.
Рисунок 11. 11. Если строительные корпуса поставлены на отдельные фундаменты, то может возникнуть их неравномерная осадка; в этом случае необходимы осадочные швы между корпусами различной высоты.
Рисунок 12. 12. Одинаковые строительные корпуса хотя и оказывают одинаковое специфическое давление на грунт, но могут стоять на строительных грунтах с различной несущей способностью. В этом случае могут получиться различные осадки колонн, а потому в этом месте тоже необходимы осадочные швы.
Сооружения на подработанных территориях должны быть разделены многочисленными осадочными швами на мелкие отсеки со статически определимой несущей системой, т. е. без рамных конструкций или неразрезных балок.
