Поведение на сдвиг неармированных кирпичных стен с дверными и оконными проёмами, усиленных сварной стальной сеткой

Почему более безопасные кирпичные стены важны

Во многих домах, школах и небольших зданиях по всему миру используются простые кирпичные стены без внутреннего стального армирования. Такие стены дешёвы и просты в возведении, но при землетрясениях они могут быть опасно хрупкими, особенно в местах, где стену прерывают окна и двери. В этом исследовании рассматривается низкозатратный способ значительно повысить прочность таких стен — добавление тонкого слоя сварной стальной сетки под обычной штукатуркой. Такой подход может помочь защитить жизни в сейсмоопасных регионах, не требуя полного сноса и перестройки.

Как землетрясения разрушают повседневные стены

Когда земля дрожит, кирпичные стены могут разрушаться по-разному. Одним из самых распространённых видов повреждений является диагональный разрыв, проходящий от угла к углу, наподобие того, как рвётся лист бумаги. Проёмы для дверей и окон усугубляют проблему, концентрируя напряжения в углах и нарушая передачу сил через стену. В испытаниях и при реальных землетрясениях именно эти уязвимые места часто первыми дают трещины, расщепляя кирпич и раствор и иногда приводя к частичному или полному обрушению. Поскольку многие существующие здания проектировались с минимальным учётом сейсмических нагрузок, поиск практичных способов укрепления таких стен — актуальная задача в области безопасности.

Простая «куртка» из сетки для слабых стен

Исследователи испытали прямой метод усиления: прикрепление тонкой сварной стальной сетки к поверхности стены и покрытие её обычным слоем раствора, как при штукатурке. Они изготовили одиннадцать небольших панелей кирпичной стены — некоторые из них были сплошными, а некоторые имели центральный проём, имитирующий дверь или окно, — и нагружали их по диагонали, чтобы воспроизвести плоские силы, возникающие при землетрясении. Пробовали разные схемы расположения сетки: полосы, идущие вертикально и горизонтально, диагональные полосы, частичное покрытие вокруг проёма, полное покрытие всей стены и комбинированные варианты. В каждой версии использовались обычные материалы, знакомые каменщикам: пустотелый глиняный кирпич, стандартный цементный раствор и лёгкая стальная сетка с ромбическим узором.

Что показали испытания

Неусиленная стена с проёмом показала плохую работу: трещины быстро образовывались в углах проёма, а её способность воспринимать сдвиговые силы составляла примерно половину от аналогичной сплошной стены. Простое нанесение слоя раствора без сетки уже улучшало прочность и жёсткость за счёт связывающего эффекта поверхности. Однако размещение сварной стальной сетки под этим слоем обеспечивало явно лучшее поведение. Трещины по-прежнему появлялись, но они были тоньше, более равномерно распределены и возникали при большей нагрузке. Особенно эффективными оказались диагональные сетки: они взаимодействовали с естественным диагональным рисунком трещин, перекрывали их и помогали воспринимать растяжение, с которым голая кирпичная кладка и раствор справляются плохо.

Наиболее эффективные схемы расположения сетки

Из всех вариантов наилучших результатов добилась «куртка» из сетки, покрывающая всю стену вокруг проёма. Такая конфигурация увеличивала предельную нагрузку примерно на 28 процентов, примерно вдвое повышала начальную жёсткость и увеличивала энергию, которую стена могла поглотить до разрушения, более чем на половину по сравнению с той же стеной без сетки. Стены с диагональными полосами сетки, особенно широкими, также превосходили варианты со прямыми ортогональными полосами, поскольку ориентация диагонали лучше соответствовала направлению разрушающих диагональных напряжений. Более сложные смешанные схемы давали некоторые преимущества, но не превосходили простую диагональную полную оболочку. Важно, что связь между сеткой, штукатуркой и кирпичом в испытаниях сохранялась, поэтому система действовала как сплошная «кожа», удерживающая разрушенную кладку вместе.

Заглядывая внутрь с помощью компьютерных моделей

Чтобы распространить результаты за пределы ограниченного числа лабораторных образцов, авторы создали детализированные компьютерные модели, воспроизводящие стены, сетку и условия нагружения. Эти моделирования близко соответствовали результатам испытаний по тому, как образовывались трещины, какой нагрузке могли противостоять стены и как они теряли жёсткость после достижения максимальной прочности. Используя верифицированную модель, команда изучала проектные вопросы, которые было бы трудно исследовать экспериментально, например влияние увеличения количества сетки или изменения размеров проёмов на поведение. Они обнаружили, что умерённое отношение площади сетки к толщине стены порядка 0,08 процента обеспечивает эффективный баланс между приростом прочности и расходом материалов, и что большие проёмы резко снижают несущую способность — даже при полном обёртывании сеткой.

Что это означает для реальных зданий

Для неспециалистов главное сообщение таково: тонкая стальная сетка под обычной штукатуркой может заметно повысить сейсмостойкость существующих кирпичных стен с дверями и окнами. Это не превратит слабое здание в полностью современное сейсмоустойчивое сооружение, но может задержать появление трещин, увеличить силы, которые стена способна выдержать, и помочь стене дольше оставаться целой во время толчков. Работа также подчёркивает компромиссы между простотой, стоимостью и эффективностью: полное диагональное покрытие работает лучше, но требует больше материалов и труда. В целом исследование показывает, что сварная стальная сетка — практичный, масштабируемый инструмент в арсенале мер по укреплению, который может быть применён во многих уязвимых зданиях по всему миру для снижения ущерба и числа жертв при будущих землетрясениях.

Цитирование: Ghalla, M., Bazuhair, R.W., Mlybari, E.A. et al. Shear performance of unreinforced masonry walls with door and window openings strengthened using welded steel mesh. Sci Rep 16, 8704 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40618-z

Ключевые слова: неармированная кладка, сейсмическое усиление, сварная стальная сетка, кирпичные стены с проёмами, инженерия землетрясений