Антисейсмические швы и роль Вилатерма в сейсмостойком строительстве

Назначение антисейсмических швов

Антисейсмические швы — это конструктивные разрывы, разделяющие здание на самостоятельные отсеки, способные независимо колебаться при сейсмическом воздействии. Согласно СП 14.13330.2018 «Строительство в сейсмических районах» (п. 6.2.1–6.2.7), антисейсмические швы обязательны в следующих случаях:

• Здание имеет сложную форму в плане (Г-образную, П-образную, Т-образную, крестообразную);
• Смежные отсеки здания имеют разницу по высоте более 5 м (разноэтажные секции);
• Перепад отметок полов смежных помещений превышает 1,5 м;
• Здание примыкает к существующему зданию, не рассчитанному на сейсмические нагрузки;
• Длина здания превышает предельные значения, установленные для данной сейсмичности.

Принципиальное отличие антисейсмического шва от температурного и осадочного: он должен обеспечивать свободное взаимное перемещение отсеков во всех трёх направлениях (горизонтальном продольном, горизонтальном поперечном и вертикальном) с амплитудой, определяемой расчётным сейсмическим воздействием.

Расчёт ширины антисейсмического шва

Минимальная ширина антисейсмического шва a_seismic определяется по формуле, приведённой в СП 14.13330.2018 (п. 6.2.4):

a_seismic ≥ a_max × H × K_ψ

где:

• a_max — максимальное расчётное ускорение основания, соответствующее сейсмичности площадки (в долях g): для 7 баллов — 0,1g, для 8 баллов — 0,2g, для 9 баллов — 0,4g;
• H — высота здания (отсека) от уровня планировки до верха несущих конструкций, м;
• K_ψ — коэффициент, учитывающий форму колебаний и конструктивную схему здания: для зданий с несущими стенами K_ψ = 0,0005–0,0010, для каркасных зданий K_ψ = 0,0010–0,0020, для зданий с гибким нижним этажом K_ψ = 0,0020–0,0030.

Более точный расчёт выполняется по формуле, учитывающей спектральные характеристики воздействия:

a_seismic = Σ(Δ_i) + Δ_запас

где Σ(Δ_i) — сумма максимальных горизонтальных перемещений смежных отсеков, определённых по результатам динамического расчёта; Δ_запас = 20 мм — конструктивный запас, исключающий соударение отсеков.

Для практических расчётов горизонтальное перемещение верха здания при сейсмическом воздействии может быть оценено по формуле:

Δ_i = (S_a × T_i² × g) / (4π²)

где S_a — спектральное ускорение (в долях g), T_i — период собственных колебаний i-го отсека, с; g = 9,81 м/с².

Период собственных колебаний для зданий с несущими стенами может быть приближённо определён по эмпирической формуле:

T = 0,02 × H^0,75

где H — высота здания в метрах.

Минимальная ширина антисейсмических швов

Высота здания H, м	Сейсмичность 7 баллов (amax = 0,1g)	Сейсмичность 8 баллов (amax = 0,2g)	Сейсмичность 9 баллов (amax = 0,4g)
Здания с несущими стенами (Kψ = 0,0008)
5 (1–2 этажа)	30 мм	40 мм	60 мм
10 (3–4 этажа)	40 мм	60 мм	80 мм
15 (5 этажей)	50 мм	70 мм	100 мм
20 (6–7 этажей)	60 мм	80 мм	120 мм
25 (8–9 этажей)	70 мм	100 мм	140 мм
30 (10 этажей)	80 мм	110 мм	160 мм
Каркасные здания (Kψ = 0,0015)
5	40 мм	60 мм	80 мм
10	60 мм	80 мм	120 мм
15	70 мм	100 мм	150 мм
20	80 мм	120 мм	180 мм
25	100 мм	140 мм	210 мм
30	110 мм	160 мм	240 мм
Здания с гибким нижним этажом (Kψ = 0,0025)
10	70 мм	100 мм	160 мм
15	90 мм	140 мм	210 мм
20	110 мм	170 мм	260 мм
25	130 мм	200 мм	300 мм

Примечание: к табличным значениям добавляется конструктивный запас 20 мм. Для зданий высотой более 30 м ширина шва определяется только по результатам динамического расчёта.

Конструкция антисейсмического шва с Вилатермом

Антисейсмический шов с заполнением из Вилатерма имеет многослойную конструкцию, обеспечивающую одновременное выполнение функций герметизации, теплоизоляции и демпфирования:

1. Наружный слой — атмосферозащитный. Металлический или полимерный компенсатор (нащельник), закреплённый на одном из отсеков с возможностью скольжения относительно другого. Материал — оцинкованная сталь толщиной 0,7–1,0 мм, алюминий или ПВХ. Компенсатор должен допускать взаимное смещение отсеков на расчётную амплитуду без повреждения.
2. Герметизирующий слой. Полиуретановый или тиоколовый герметик с относительным удлинением не менее 400% (для зон сейсмичностью 7 баллов) и не менее 600% (для 8–9 баллов). Толщина слоя — не менее половины ширины шва. Герметик наносится по праймеру на подготовленные боковые поверхности шва.
3. Заполнитель — Вилатерм. Шнур из вспененного полиэтилена укладывается в шов с обжатием 15–25% (меньшее обжатие, чем в температурных швах, для обеспечения большей свободы перемещений). При ширине шва более 60 мм укладывается несколько рядов шнура. Вилатерм выполняет функцию упругого демпфера, предотвращающего жёсткий удар отсеков друг о друга.
4. Внутренний слой — пароизоляционный. Со стороны помещения шов закрывается пароизоляционной лентой или герметиком для предотвращения диффузии водяного пара в толщу шва и образования конденсата.

Подбор Вилатерма для антисейсмических швов

Ширина шва, мм	Диаметр Вилатерма, мм (обжатие 20%)	Количество рядов	Тип герметика	Требуемое удлинение герметика, %
30	38 → 40	1	Полиуретановый однокомпонентный	≥ 400
40	50	1	Полиуретановый однокомпонентный	≥ 400
50	63 → 65	1	Полиуретановый двухкомпонентный	≥ 500
60	40 + 40 (2 ряда)	2	Полиуретановый двухкомпонентный	≥ 500
80	50 + 50 (2 ряда)	2	Тиоколовый двухкомпонентный	≥ 600
100	65 + 65 (2 ряда)	2	Тиоколовый двухкомпонентный	≥ 600
120	50 + 50 + 50 (3 ряда)	3	Тиоколовый двухкомпонентный	≥ 600
150	65 + 65 + 65 (3 ряда)	3	Специальный сейсмостойкий герметик	≥ 800
200	80 + 80 + 80 (3 ряда)	3	Специальный сейсмостойкий герметик	≥ 800

Сравнение Вилатерма с альтернативными заполнителями антисейсмических швов

Характеристика	Вилатерм (пенополиэтилен)	Пенорезина (неопрен)	Минеральная вата в оболочке	Пенополиуретан (эластичный)
Плотность, кг/м³	25–40	120–180	80–120	35–60
Динамический модуль упругости, МПа	0,3–0,8	2,0–5,0	0,5–1,5	0,2–0,6
Коэффициент демпфирования (тангенс угла потерь)	0,15–0,25	0,20–0,35	0,10–0,20	0,25–0,40
Способность к восстановлению после циклического сжатия, %	≥ 80 (после 1000 циклов)	≥ 85	≤ 50 (необратимая деформация)	≥ 75
Водопоглощение, %	≤ 1,0	≤ 3,0	10–30	≤ 5,0
Теплопроводность, Вт/(м·К)	0,038–0,042	0,045–0,055	0,040–0,048	0,030–0,038
Огнестойкость	Г2 (умеренногорючий)	Г2–Г3	НГ (негорючий)	Г3–Г4
Химическая стойкость	Высокая	Средняя (деструкция при УФ)	Высокая	Низкая (гидролиз)
Срок службы, лет	≥ 25	20–25	15–20	10–15
Стоимость (относительная)	1,0 (базовая)	3,0–4,0	0,8–1,2	1,5–2,0

Вилатерм занимает оптимальное положение по соотношению «цена–качество» для антисейсмических швов. Пенорезина (неопрен) превосходит Вилатерм по демпфирующим характеристикам, но существенно дороже. Минеральная вата необратимо деформируется при циклических нагрузках и теряет свойства при увлажнении. Эластичный пенополиуретан имеет лучшие демпфирующие свойства, но подвержен гидролитической деструкции и имеет меньший срок службы.

Особенности проектирования антисейсмических швов для различных конструктивных систем

Крупнопанельные здания

В крупнопанельных зданиях антисейсмические швы устраиваются путём установки доборных панелей или изменения конструкции узлов опирания. Ширина шва назначается по расчёту, но не менее 30 мм для зданий высотой до 5 этажей в зонах 7-балльной сейсмичности. Вилатерм укладывается в два слоя: первый слой (со стороны помещения) — с обжатием 15%, второй (наружный) — с обжатием 20%. Герметизация выполняется нетвердеющими мастиками с армирующей прокладкой.

Монолитные железобетонные здания

В монолитных зданиях антисейсмический шов формируется путём установки в опалубку несъёмной прокладки из пенополистирола или путём устройства двухрядной опалубки с последующим заполнением шва. Вилатерм укладывается после распалубки. Для зданий выше 25 этажей в зонах 9-балльной сейсмичности рекомендуется установка в шов дополнительных демпфирующих элементов (вязкоупругих демпферов) в сочетании с Вилатермом.

Кирпичные и каменные здания

В зданиях из кирпича и каменной кладки антисейсмические швы выполняются в виде вертикальных зазоров, заполняемых двумя слоями Вилатерма с прокладкой между ними гидроизоляционного материала. Согласно СП 15.13330.2012, в сейсмических районах расстояние между антисейсмическими швами в кирпичных стенах не должно превышать 18 м для 7 баллов, 15 м для 8 баллов и 12 м для 9 баллов.

Требования к материалам для антисейсмических швов по ГОСТ Р 57546-2017

ГОСТ Р 57546-2017 «Здания и сооружения. Устройства и системы антисейсмические. Классификация, термины и определения» устанавливает классификацию антисейсмических устройств, включая заполнители швов. Вилатерм как заполнитель антисейсмического шва относится к категории «упругодемпфирующих элементов пассивной сейсмозащиты». Ключевые требования к таким элементам:

• Способность выдерживать не менее 1000 циклов знакопеременного нагружения с амплитудой, соответствующей расчётному землетрясению (РЗ), без потери функциональных свойств;
• Сохранение упругих свойств в диапазоне температур от –50 °C до +70 °C;
• Водопоглощение не более 2% по объёму после 28 суток выдерживания в воде;
• Биостойкость (не подверженность гниению, плесневению, повреждению грызунами);
• Срок службы не менее 25 лет без замены.

Вилатерм удовлетворяет всем перечисленным требованиям, что подтверждается протоколами испытаний и сертификатами соответствия.

Контроль качества и приёмка антисейсмических швов

При приёмке антисейсмических швов контролируются:

• Соответствие фактической ширины шва проектной (допустимое отклонение +5 мм, –0 мм);
• Отсутствие жёстких связей между отсеками (раствор, бетон, мусор в шве не допускаются);
• Степень обжатия Вилатерма (15–25%);
• Сплошность и адгезия герметизирующего слоя;
• Работоспособность компенсаторов и нащельников (свободное перемещение без заеданий);
• Соответствие применённых материалов сертификатам и паспортам качества.