Вилатерм в деформационных швах: расчёт и применение

1. Типы деформационных швов и их особенности

Деформационные швы — это конструктивные разрывы в здании, предназначенные для компенсации перемещений, вызванных различными факторами. Согласно СП 20.13330.2016 и СП 63.13330.2018, различают следующие типы деформационных швов:

1.1. Температурные швы

Предназначены для компенсации температурных деформаций материалов конструкций. Разрезают здание на отсеки от фундамента до кровли. Расстояние между температурными швами нормируется:

• Для железобетонных каркасных зданий: 60–72 м (СП 63.13330.2018, табл. 8.1);
• Для крупнопанельных зданий: 60–80 м;
• Для стальных каркасов: 120–150 м (СП 16.13330.2017);
• Для каменных конструкций: 40–100 м в зависимости от климатического района (СП 15.13330.2012).

1.2. Осадочные швы

Устраиваются в местах резкого изменения этажности, примыкания разнотипных фундаментов, на границах грунтов с разной несущей способностью. В отличие от температурных, осадочные швы разрезают здание на всю высоту, включая фундаменты. Ширина осадочного шва назначается по расчёту осадок согласно СП 22.13330.2016.

1.3. Сейсмические (антисейсмические) швы

Устраиваются в сейсмических районах (7–9 баллов по СП 14.13330.2018). Разрезают здание на самостоятельные объёмы, способные независимо колебаться при землетрясении. Ширина шва определяется расчётом на сейсмические воздействия и должна быть не менее 30 мм плюс взаимное смещение отсеков.

2. Расчёт температурных деформаций

2.1. Основная формула температурного удлинения

Изменение линейного размера элемента конструкции при изменении температуры определяется по фундаментальной формуле:

ΔL = α × L₀ × ΔT

где:
ΔL — изменение длины элемента, мм;
α — коэффициент линейного температурного расширения материала, °C⁻¹;
L₀ — начальная длина элемента (расстояние между деформационными швами), мм;
ΔT — расчётный перепад температур, °C.

2.2. Расчётный перепад температур

Согласно СП 20.13330.2016, расчётный перепад температур ΔT определяется как разность между максимальной летней и минимальной зимней температурами наружного воздуха для данного климатического района с учётом нагрева солнечной радиацией:

ΔT = (T_max + ΔT_rad) − T_min

где:
T_max — максимальная температура воздуха (по СП 131.13330.2020);
ΔT_rad — добавка на солнечную радиацию: +10°C для светлых поверхностей, +20°C для тёмных;
T_min — минимальная температура воздуха (по СП 131.13330.2020).

Пример для Москвы:
T_max = +37°C, T_min = −42°C, ΔT_rad = +15°C (средний тон фасада)
ΔT = (37 + 15) − (−42) = 94°C

2.3. Коэффициенты линейного расширения материалов

Материал конструкции	α, °C⁻¹	ΔL на 100 м при ΔT = 80°C, мм	Нормативный документ
Тяжёлый бетон	1,0×10⁻⁵	80	СП 63.13330.2018
Лёгкий бетон (керамзитобетон)	0,7×10⁻⁵	56	СП 63.13330.2018
Ячеистый бетон (газобетон)	0,8×10⁻⁵	64	ГОСТ 25485-89
Сталь (С245–С390)	1,2×10⁻⁵	96	СП 16.13330.2017
Алюминиевые сплавы	2,4×10⁻⁵	192	СП 128.13330.2016
Кирпич глиняный	0,5×10⁻⁵	40	СП 15.13330.2012
Кирпич силикатный	0,8×10⁻⁵	64	СП 15.13330.2012
Древесина (вдоль волокон)	0,3–0,5×10⁻⁵	24–40	СП 64.13330.2017
Пенополистирол	6,0–7,0×10⁻⁵	480–560	ГОСТ 15588-2014
Полиэтилен вспененный (Вилатерм)	15,0–20,0×10⁻⁵	1200–1600	ТУ 2291-009-…

3. Расчёт требуемой деформации жгута Вилатерм

3.1. Относительная деформация шва

Относительная деформация шва ε_шва определяется как отношение изменения ширины шва к его начальной ширине:

ε_шва = ΔL / L₀ = α × ΔT

Для железобетонного здания длиной 60 м в климатических условиях Москвы (ΔT = 94°C):

ΔL = 1,0×10⁻⁵ × 60000 × 94 = 56,4 мм

Таким образом, деформационный шов должен компенсировать изменение ширины до 56,4 мм.

3.2. Расчёт требуемого обжатия Вилатерма

Для обеспечения герметичности деформационного шва во всём диапазоне перемещений жгут Вилатерм должен сохранять контакт с кромками шва как при максимальном раскрытии, так и при максимальном сжатии. Это условие выражается неравенством:

b_min ≤ D_жгута × (1 − ε_max) ≤ b_max

где:
b_min — минимальная ширина шва (при максимальном сжатии), мм;
b_max — максимальная ширина шва (при максимальном раскрытии), мм;
D_жгута — диаметр жгута, мм;
ε_max — максимально допустимая деформация сжатия жгута (0,50 для Вилатерма).

Пример расчёта:

Исходные данные: проектная ширина шва b₀ = 40 мм, ΔL = 56 мм (на всё здание). На один шов при двух швах на здание: ΔL₁ = 28 мм.

b_min = 40 − 28 = 12 мм
b_max = 40 + 28 = 68 мм

Требуемый диаметр жгута из условия сохранения контакта при минимальной ширине:

D ≥ b_min / (1 − 0,50) = 12 / 0,50 = 24 мм

Требуемый диаметр из условия заполнения при максимальной ширине (обжатие не менее 15%):

D ≥ b_max / (1 − 0,15) = 68 / 0,85 = 80 мм

Принимаем жгут диаметром 80 мм. При максимальном раскрытии шва (68 мм) обжатие составит: (80 − 68) / 80 = 15% — минимально допустимое. При минимальной ширине (12 мм) обжатие: (80 − 12) / 80 = 85% — превышает допустимые 50%, что недопустимо.

Вывод: для швов с большим диапазоном перемещений одного жгута недостаточно. Требуется либо устройство шва большей проектной ширины, либо применение многорядной установки жгутов, либо использование компенсаторов специальной конструкции.

3.3. Оптимизация: двухрядная установка жгутов

При двухрядной установке два жгута меньшего диаметра работают параллельно, что позволяет перекрыть больший диапазон перемещений:

D_опт = b_max / (2 × (1 − ε_min))

Для b_max = 68 мм, ε_min = 0,15:

D_опт = 68 / (2 × 0,85) = 40 мм

Два жгута по 40 мм обеспечат заполнение шва во всём диапазоне перемещений.

4. Конструктивные решения деформационных швов с Вилатермом

4.1. Температурный шов в стеновых панелях

Параметр	Значение
Проектная ширина шва	30–50 мм
Диаметр Вилатерма	40–70 мм (однорядно) или 2×30–40 мм (двухрядно)
Глубина установки жгута	15–20 мм от наружной грани
Тип мастики	Полиуретановая, тиоколовая (эластичность ≥ 200%)
Толщина мастичного слоя	3–4 мм
Дополнительные элементы	Гидроизоляционная лента (гидрошпонка) с внутренней стороны

4.2. Осадочный шов

Осадочные швы характеризуются вертикальными смещениями кромок. Для компенсации вертикальных сдвигов применяется установка жгута с запасом по диаметру (коэффициент обжатия 20–30%) и использование высокоэластичных мастик с относительным удлинением не менее 300%.

4.3. Сейсмический шов

В сейсмических швах Вилатерм работает в условиях знакопеременных динамических нагрузок. Требования:

• Коэффициент обжатия не более 25% для сохранения упругого резерва;
• Применение мастик с эластичностью ≥ 400%;
• Установка жгута в два ряда для повышения надёжности;
• Обязательное устройство противопожарных рассечек из минеральной ваты через каждые 3 этажа (СП 2.13130.2020).

5. Расчёт долговечности узла герметизации

Долговечность герметизации деформационного шва определяется усталостной прочностью мастики при циклических деформациях. Количество циклов «раскрытие–закрытие» за срок службы:

N = T_сл × 365 × n_сут

где:
T_сл — проектный срок службы, лет (15–25 лет);
n_сут — количество суточных циклов (1–2 в зависимости от климата).

Для Москвы при T_сл = 20 лет, n_сут = 1,5:
N = 20 × 365 × 1,5 = 10 950 циклов.

Мастика должна выдерживать не менее 11 000 циклов при амплитуде деформации ε_шва без потери адгезии и разрыва. Полиуретановые мастики обеспечивают до 50 000 циклов, тиоколовые — до 100 000 циклов.