Конструктивные решения стен. Наружные стены современных зданий и их конструктивные особенности Наружные стены зданий конструктивные решения

Конструктивное решение включает строительную и конструктивную системы, а также конструктивную схему.

Строительная система здания определяется материалом, наиболее массовой конструкцией и технологией возведения несущих элементов (монолитный железобетон).

Конструктивная схема представляет собой схематичный вариант конструктивной системы относительно продольных и поперечных осей.

Несущая КС железобетонного здания состоит из фундамента, опирающихся на него вертикальных несущих элементов (колонн и стен) и объединяющих их в единую пространственную систему горизонтальных элементов (плит перекрытий и покрытия).

В зависимости от типа вертикальных несущих элементов (колонны и стены) конструктивные системы разделяют на:

Колонные (каркасные), где основным несущим вертикальным элементом являются колонны;

Стеновые (бескаркасные), где основным несущим элементом являются стены;

Колонно-стеновые, или смешанные, где вертикальными несущими элементами являются колонны и стены.

а - колонная КС; б - стеновая КС; в - смешанная КС;

1 - плита перекрытия; 2 - колонны; 3 - стены

Рисунок 5.1. Фрагменты планов зданий

Нижние этажи часто решают в одной конструктивной системе, а верхние - в другой. Конструктивная система таких зданий является комбинированной.

Конструктивные схемы в стеновых КС определяются взаимным расположением стен, а в колонных КС - взаимным расположением межколонных балок (рис. 5.5) относительно поперечных и продольных осей здания. Схемы бывают поперечные, продольные и перекрестные. В реальных монолитных зданиях конструктивные схемы обычно перекрестные (рис. 5.5, в, г; 6.2, а). Чисто поперечные и продольные схемы (рис. 6.1, б, в) рассматриваются при разделении пространственной КС на две независимые (рис. 6.1, б, в и 6.2, б, в) с целью упрощения расчетов.

Конструктивные решения гражданских зданий из сборных железобетонных конструкций

Гражданские здания (жилые и общественные) могут возводиться в монолитном, сборно-монолитном и сборном исполнении.

Монолитные – здания возводятся из монолитного бетона в опалубке различного вида.

Сборно-монолитные – сочетание сборных элементов и монолитного бетона, например колонны и стены здания сборные, а перекрытия монолитные.

Сборные здания возводятся или монтируются из крупных элементов заводской готовности.

По этажности гражданские здания подразделяются на малоэтажные (высотой до 3-х этажей), многоэтажные (от 4 до 8-ми этажей), здания повышенной этажности (от 9 до 25 этажей) и высотные (свыше 25 этажей).

По конструктивной системе гражданские здания бывают:

Колонные (каркасные);

Стеновые (безкаркасные);

Смешанные.

В зданиях с несущими стенами нагрузку от перекрытий и крыши воспринимают стены: продольные, поперечные или и те и другие одновременно.

Каркасные здания имеют несущий каркас из сборных железобетонных колонн и ригелей. В зданиях с полным каркасом колонны устанавливаются во всех точках пересечения осей планировочной схемы.

В зданиях с неполным каркасом колонны располагаются только внутри здания. Наружные стены выполняются несущими или самонесущими, как правило, из каменной кладки.

Крупнопанельное здание собирается из крупноразмерных плоскостных сборных железобетонных элементов: стеновых панелей, панелей междуэтажных перекрытий и покрытий.

Конструктивная схема здания крупнопанельного здания принимается в зависимости от архитектурной компоновки, членения фасада здания, геологических особенностей основания и других факторов. Существуют следующие конструктивные схемы крупнопанельных зданий:

1. Бескаркасная схема:

С продольными несущими стенами.

С поперечными несущими стенами.

С продольными и поперечными несущими стенами.

2. Каркасно-панельная схема:

Полным каркасом.

С неполным каркасом.

Бескаркасная схема наиболее широко применяется при проектировании гражданских зданий высотой не более 16 этажей. Пространственная жесткость таких зданий обеспечивается совместной работой стен и плит перекрытий, соединяемых между собой при помощи сварки закладных деталей. При большей высоте по условиям обеспечения жесткости целесообразно выполнять каркасные здания с центральным ядром жесткости.

Каркасно-панельная схема применяется при проектировании многоэтажных общественных и производственных зданий. Несущей конструкцией является железобетонный каркас, стеновые панели в этом случае выполняют только ограждающие функции и являются навесными.

Железобетонный каркас может быть с поперечными ригелями, с продольными ригелями и безригельным (с безбалочными перекрытиями) – в этом случае плиты перекрытий опираются непосредственно на колонны.

В сборно-монолитных крупно-панельных зданиях выше 20-22 этажей для воспринятия нагрузок внутри каркаса устраивается ядро жесткости из монолитного бетона, как правило, для этой цели используется лифтовый узел. После возведения шахты вокруг устанавливаются сборные конструкции каркасного или панельного здания, которые жестко соединяются с ядром жесткости.

Здания объемно-блочной конструкции подразделяются на три основные конструктивные схемы:

1. Панельно-блочная – сочетание несущих объемных блоков с плоскими панелями плит перекрытий и навесными или самонесущими панелями наружных стен.

2. Каркасно-блочная – сочетание несущих блок-комнат с несущим каркасом. В зданиях такой конструкции все нагрузки воспринимаются железобетонным каркасом, блок-комнаты опираются на поперечные или продольные ригели.

3. Объемно-блочная – сплошная расстановка объемных элементов без применения плоских конструкций.

В бескаркасных зданиях, в зависимости от конструктивного решения, объемные элементы могут опираться друг на друга в четырех точках по углам – точечная схема опирания или по граням двух внутренних стенок блоков – линейная схема.

Здания из объемных элементов возводятся из блок-элементов (блок-комнат, блок-квартир, санитарно-технических кабин, лифтовых шахт и др.). Объемные элементы это готовые строительные блоки с выполненной отделкой или полностью подготовленные под отделку с установленным инженерным оборудованием. Блоки изготавливаются монолитным способом или собираются в заводских условиях с максимально возможносй степенью готовности.

Конструктивные решения одноэтажных промышленных зданий из сборных железобетонных конструкций

В зависимости от назначения промышленные здания подразделяются на:

Производственные, в которых размещаются основные производства.

Вспомогательные, в которых размещаются культурно-бытовые, административно-конторские помещения, столовые, лаборатории и т.п.

Здания промышленных предприятий классифицируют по их специфическим признакам, которые предусматривают назначение и принадлежность этих зданий к той или иной отрасли промышленности, а также этажности, числу пролетов, степени огнестойкости и долговечности, способу расположения внутренних опор и вида внутрицехового транспорта.

Одноэтажные промышленные здания компонуются, как правило, из параллельных пролетов одинаковой ширины и высоты с одинаковым подъемно-транспортным обобрудованием. Могут быть однопролетные и многопролетные

Тип зданий зависит от массы монтажных элементов:

Легкого типа – с массой монтажных элементов 5-9 т.

Среднего типа – с массой монтажных элементов 8-16т.

Тяжелого типа – с массой монтажных элементов 15-35т.

По расположению внутренних опор одноэтажные промышленные здания подразделяются на:

Пролетные.

Ячейковые.

Зальные с центральной опорой или без нее.

В пролетных зданиях ширина пролетов 12-36м с шагом колонн 6 или 12м. Технологические линии направлены вдоль пролета и обслуживаются кранами.

В ячейковых зданиях – квадратная сетка опор – 12х12,18х18, …36х36м и технологические линии располагаются во взаимно-перпендикулярном направлении.

Зальные здания имеют пролеты 60-100м и более с установкой большеразмерного оборудования для выпуска крупногабаритной продукции (ангары, машинные залы ТЭЦ и т.п.). Такие здания перекрывают, как правило, пространственными конструкциями.

Одноэтажные промышленные здания проектируются с полным и неполным каркасом. Они могут быть оснащены подъемно-транспортным оборудованием в виде мостовых кранов – опорных или подвесных или напольных кранов.

Общая устойчивость и геометрическая неизменяемость одноэтажного каркасного здания достигается в продольном направлении защемлением колонн в фундаментах и системой связей по колоннам, в поперечном направлении – защемлением колонн в фундаментах, а также жестким в своей плоскости диском покрытия.

В общем случае одноэтажное промышленное здание состоит из стен, колонн, покрытия, подкрановых балок, связей и фундаментов.

Железобетонные колонны по виду поперечного сечения могут быть сплошными (прямоугольного или двутаврового сечения) и сквозными (двухветвевые). В зависимости от назначения зданий и действующих нагрузок применяются следующие разновидности колонн:

Прямоугольные (безконсольные).

С консолями для опирания несущих конструкций покрытий.

С односторонними и двусторонними подкрановыми консолями.

Одноэтажное промышленное каркасное здание может иметь плоское покрытие – из линейных элементов или пространственное – из тонкостенных пространственных элементов.

Несущие конструкции покрытий подразделяются на главные (стропильные балки, фермы или арки) и второстепенные (крупнопанельные плиты, прогоны). В состав конструкций покрытия одноэтажного каркасного здания входят также фонари и связи.

Балки покрытий (стропильные балки) опираются на колонны или подстропильные балки. Стропильными балками перекрываются пролеты 6-24м при шаге колонн 6 или 12м. Подстропильные балки применяют в том случае, когда шаг колонны больше расстояния между стропильными балками.

Стропильные балки могут быть двускатными, односкатными и с параллельными горизонтальными поясами. Подстропильные балки бывают с параллельными и непараллельными поясами.

В качестве несущих конструкций покрытия кроме балок применяют железобетонные фермы. Применение ферм целесообразно при пролетах 18-30м и шаге колонн 6 или 12м. Железобетонные фермы могут быть цельными и составными.

Очертание фермы зависит от вида кровли, общей компоновки покрытия, а также от наличия, формы и расположения фонарей. Различают сегментные и полигональные фермы. Сегментные фермы с криволинейным верхним поясом называют арочными.

Полигональные фермы применяют с параллельными поясами, восходящими опорными раскосами и уклоном верхнего пояса 1:12, а также с нисходящими опорными раскосами и ломаным нижним поясом.

Второстепенные несущие конструкции покрытий могут непосредственно опираться на стропильные балки, фермы или арки (беспрогонная система покрытий) или поддерживаться системой прогонов, опирающихся на основные несущие конструкции покрытий (прогонная система покрытий).

Конструктивные решения каркасных многоэтажных зданий из сборных железобетонных конструкций

Основой многоэтажного каркасного здания является многоэтажная многопролетная железобетонная рама, ригели которой воспринимают нагрузку от панелей перекрытия и покрытия. Наружные стены, как правило, навесные из крупных панелей.

Каркасы многоэтажных зданий по схеме статической работы подразделяются на рамные, связевые и рамно-связевые.

В рамной схеме каркаса все горизонтальные нагрузки воспринимаются жестким сопряжением колонн и ригелей.

В связевой схеме каркасов горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальными диафрагмами жесткости или ядрами жесткости. Связевая схема каркаса исключает необходимость устройства жестких узлов в сопряжении ригелей с колоннами. которые могут выполняться шарнирными или с частичным защемлением ригелей на опоре.

В рамно-связевой схеме горизонтальные нагрузки распределяются между элементами связей и жестким сопряжением ригелей с колоннами (в одном или в двух направлениях).

Основными конструктивными элементами многоэтажных зданий являются: фундаменты, колонны, стены, перекрытия и покрытия.

Многоэтажные здания возводятся с полносборным железобетонным каркасом и самонесущими навесными стенами (панелями), а также с неполным каркасом и несущими стенами. Сборные конструкции перекрытий могут быть балочные и безбалочные.

Основными элементами безбалочного каркаса являются фундаменты, колонн, надколонные плиты, межколонные плиты, пролетные плиты.

Железобетонный каркас с безбалочным перекрытием используется при строительстве предприятий пищевой промышленности, холодильников, где предъявляются повышенные требования к чистоте.

Конструктивные решения селькохозяйственных сооружений из сборных железобетонных конструкций.

Инженерные сооружения из сборных железобетонных конструкций

Инженерные сооружения могут возводиться в сборном, монолитном или сборно-монолитном исполнении.

Резервуары и силосы из сборных железобетонных элементов используются, как правило, для хранения сыпучих материалов и жидкостей.

В цилиндрическом резервуаре днище выполняется из монолитного бетона, колонны опираются на сборные железобетонные подколонники. Стеновое ограждение выполняется сборным из железобетонных панелей, плиты покрытия сборные железобетонные, предварительно напряженные, трапециевидной формы в плане.

Силосы сооружаются круглыми, квадратными, многогранными с коническими и пирамидальными днищами и используются для хранения сыпучих материалов: цемента, зерна, минеральных удобрений. Высота стенок значительно больше размеров поперечного сечения. Силосы являются основными элементами корпусов элеваторов.

Железобетонный силос опирается на колонны. Силосы квадратной формы собираются, как правило, из замкнутых объемных элементов 3х3м, высотой 1,2м, массой 4т. Силосы круглой формы собираются из колец полной заводской готовности диаметром 3м и более, толщина стенок 60-100мм. Стенки блоков могут ребристыми или плоскими. Кольцевые блоки соединяются между собой горизонтальными болтами, а вертикальные соединения между блоками армируются и замоноличиваются.

Современные строительные нормативы требуют дополнительно утеплять каменные стены, поскольку в противном случае их толщина получалась бы слишком большой. Но, если при кладке толстой стены не возникает технических вопросов, то многослойная конструкция, в составе которой находится утеплитель, эти вопросы ставит, причем довольно остро. Ошибки, допущенные при утеплении, могут стоить очень дорого, и чтобы их избежать, необходимо досконально изучить теоретическую часть.

Прямо скажем, вопрос утепления относится к одним из самых сложных в строительстве. Главная проблема, которая давно не дает покоя теплотехникам, - это увлажнение утеплителя. Как известно, чем больше утеплитель увлажняется, тем хуже он справляется со своей функцией.

Технология утепления ограждающих конструкций дома зависит от материалов, из которых они построены. В этой статье мы рассмотрим основные варианты утепления каменных стен, т.е. сложенных из различных строительных камней, в частности, керамического и силикатного кирпича, ячеистобетонных блоков, поризованной керамики; а также из монолитного бетона.

Существуют три основных способа утепления каменных стен:

• снаружи ограждающей конструкции;
• в толще ограждающей конструкции;
• изнутри ограждающей конструкции.

Из них наихудшим вариантом считается внутреннее утепление, поскольку кладка в таком случае не защищается от внешних факторов воздействия. Кроме того, при внутреннем утеплении необходима высокопроизводительная вентиляция помещений, иначе на стенах будет образовываться конденсат. Экономия внутреннего утепления только кажущаяся, а на деле ее совсем нет, если учитывать эксплуатационные факторы.

В коттеджном строительстве чаще всего применяется наружное и слоистое (в толще стены) утепление. Но и они имеют ряд недостатков, которые необходимо, если не устранить, то минимизировать. Многослойные стены, в которых утеплитель располагается между несущей конструкцией и наружным кирпичным слоем, - весьма распространенное решение. Такие стены придают дому основательный вид и, как предполагается, не нуждаются в периодическом обновлении фасада.

В качестве утеплителя используют минеральную вату или обычный пенополистирол, реже - экструдированный, по причине его дороговизны. В слоеных стенах минеральная вата, при соблюдении ряда технологических требований ее закладки, работает лучше других утеплителей. Ее главное преимущество - паропроницаемость, которого лишен пенополистирол, в особенности экструдированный. Однако это преимущество может сработать против самой ваты и стеновой конструкции в целом, если не учесть факт переувлажнения утеплителя.

Очень важно понимать, что наилучшим вариантом утепления жилых зданий является тот, при котором каждый последующий слой является более паропроницаемый, чем предыдущий по направлению диффузии водяных паров - изнутри наружу. Если минеральную вату зажать двумя слоями кирпичной кладки, то она быстро увлажнится и потеряет свойства утеплителя. Водяные пары, направляющиеся изнутри помещений наружу, проходя через утеплитель, упрутся в холодную наружную кладку и станут поглощаться ватой. Бороться с этим явлением можно и нужно. Для этого между ватой и наружным слоем оставляется вентилируемый зазор 2 см, а в нижнем и в верхнем ряде кладки выполняются вентиляционные отверстия в виде незаполненных вертикальных швов. Такая схема не является полноценным вентилируемым фасадом, но значительно снижает степень увлажнения волокнистого утеплителя. Конденсат выпадает на внутренней поверхности наружного слоя, но при этом не соприкасается с ватой, а стекает вниз и частично выводится через вентиляционные отверстия.

Для правильного выполнения слоистой кладки с минераловатным утеплителем необходимо использовать закладные детали, которые свяжут оба слоя стены. Это могут быть специальные гибкие связи из стали с антикоррозийным покрытием, стеклопластика или базальтопластика. Они устанавливаются с шагом 60 см по горизонтали и 50 см по вертикали. Связи также выполняют функцию крепежа утеплителя.

Пенополистирол в четыре раза дешевле минеральной ваты и не уступает ей по сопротивлению теплопередаче. Именно дешевизна пенополистирола делает его наиболее распространенным утеплителем в слоеных стенах. Однако проблема, связанная с его низкой паропроницаемостью, не позволяет назвать этот материал идеальным для использования в слоистой кладке. Очевидно, что вопрос диффузии паров не самый простой для понимания неспециалистами, и поэтому многие заказчики выбирают пенополистирол, тем более что строители не сильно их отговаривают от этого. Последствия низкой паропроницаемости утеплителя проявляются не сразу, но когда проблемы станут очевидными, то предъявить претензии уже будет довольно сложно. А последствия такие: несущий слой стены может переувлажняться; в помещении, где нет усиленной вентиляции, может появиться характерный запах плесени, нарушиться внутренняя отделка и т.д.

Пенополистирол является горючим материалом, а потому его нельзя оставлять открытым и, разумеется, никаких вентилируемых зазоров применять нельзя. Кроме того, согласно требованиям СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», при использовании пенопластов для утепления оконные и прочие проемы нужно обрамлять по периметру полосками минеральной ваты.

Как мы видим, и пенополистирол, и минеральная вата в структуре слоеных стен имеют недостатки. Вата намокает, а пенополистирол не пропускает пар. Если пароизолировать минераловатный утеплитель изнутри, то пары не будут проникать в его толщу, однако для их удаления понадобится принудительная вентиляция. Проблема увлажнения ваты снимается, если оставить вентиляционный зазор между ней и фасадным слоем. В случае с пенополистиролом помочь может только интенсивная вентиляция помещений.

Нужно отметить, что эффективность работы теплоизоляторов в слоистой кладке и долговечность слоистой ограждающей конструкции в целом во многом зависит от качества монтажа. Если были допущены ошибки, то их уже невозможно в дальнейшем исправить.

Наружное утепление со штукатурным слоем

Этот способ утепления более известен, как «мокрый фасад» или «фасадное утепление». Наружное утепление менее затратно, чем слоистое; к тому же косвенное удешевление возникает и за счет менее мощного фундамента, который не нагружается каменным фасадным слоем. Несущая часть стены при этом полностью защищается от всех внешних факторов, которые могли бы сократить срок ее службы. Кроме того, наружное утепление не позволяет водяному пару конденсироваться в толще стены, благодаря чему не она не отсыревает. Правда, так происходит только при качественном исполнении всех технологических слоев; при правильном их расчете и расположении.

В наружных системах утепления используется как минеральная вата, так и фасадный пенополистирол (марка 25Ф). Штукатурные слои, которые образуют внешнюю отделку, могут быть тонкослойными (7-9 мм) и толстослойными (30-40 мм). Тонкая штукатурка на теплом фасаде наиболее распространена. Не зависимо от типа утеплителя, его плиты монтируются к стене при помощи клея и тарельчатых дюбелей (5 шт/м²), причем основная несущая функция ложиться на клей, а дюбели помогают справиться с ветровой нагрузкой.

Стандартная система фасадного утепления, начиная от стены, состоит из:

• проникающая грунтовка;
• клеевой слой;
• теплоизоляция (расчитывавется, исходя из недостающего сопротивления теплопередаче);
• щелочестойкая стеклосетка, заключенная в слой клеевого раствора;
• кварцевая грунтовка;
• штукатурный слой.

На уровне первого этажа штукатурный слой делается вдвое толще, чтобы противостоять возможным ударным нагрузкам.

Утепление коттеджа снаружи, как правило, выполняет наемная бригада, поскольку самостоятально справиться с большим объемом работы довольно тяжело, и главное долго. А когда в качестве утеплителя используется минераловатные плиты, то необходимо как можно быстрее их отделать, чтобы дождь их не намочил. Пенополистирол тоже не рекомендуется оставлять без отделки надолго, т.к. он быстро разрушается от солнечного ультрафиолета.

Лучше всего использовать фирменные системы фасадного утепления, т.к. это исключает ошибки подбора материалов. При самостоятельном подборе есть риск, что некоторые технологические слои начнут конфликтовать между собой, что повлечет за собой их отслоение вплоть до обрушения фасада.

Теплые фасады с применением горючих утеплителей, в частности, пенополистирола, нуждаются в противопожарных рассечках - разделении 15-сантиметровыми полосами каменной ваты по этажам и обрамление такими же полосами оконных проемов, а также расположении по всей площади балконов и лоджий.

Долговечность наружных фасадных систем утепления исчисляется десятилетиями, но только при условии тщательного соблюдения технологии. Так, применяя для утепления минеральную вату, важно использовать паропроницаемую штукатурку, иначе волокнистый утеплитель будет накапливать влагу, диффундирующую из помещений, и упирающуюся в панонепроницаемый слой акриловой штукатурки.

Панель – сборный элемент стены толщиной от 200 до 400 мм высотой не менее одного этажа, длиной, равной одному либо двум модулям, соответствующим шагу поперечных стен.

По конструктивным схемам крупнопанельные здания можно разделить на следующие три типа: бескаркасные, в которых нагрузка от перекрытий и крыши передается на несущие стены; каркасные, в которых она воспринимается каркасом; панельно-каркасные, в которых элементы каркаса объединены со стеновыми панелями в единую несущую конструкцию.

Бескаркасные панельные здания могут быть сконструированы: а) с тремя продольными несущими стенами – двумя наружными и одной внутренней; б) с несущими поперечными стенами с опиранием плит перекрытий на поперечные стены или по контуру.

Конструктивные схемы бескаркасных панельных зданий, у которых несущими являются только поперечные стены, применяют в тех случаях, когда наружные стены, изготовленные из легких материалов, имеют малую толщину, и поэтому их желательно освободить от нагрузки, передаваемой перекрытиями.

Каркасные здания включают полный или неполный каркас. В том и другом случае расположение прогонов (ригелей) бывает как поперечное, так и продольное.

Наружные стены в зависимости от характера их работы в здании могут быть: несущие, воспринимающие собственный вес и нагрузки от перекрытий и крыши, самонесущие, воспринимающие только собственный вес и навесные, вес которых передается поэтажно на каркас здания.

Панели наружных стен по своей конструкции подразделяются на одно-, двух- и трехслойные; однослойные изготовляют из легких или ячеистых бетонов (шлакобетона, керамзитобетона, пенобетона, газобетона и др.); двухслойные обычно состоят из железобетонной оболочки и утеплителя из минеральных теплоизоляционных материалов (пенобетона, газобетона, пеностекла и др.), трехслойные – из двух тонких железобетонных оболочек, между которыми расположен утеплитель.

Трехслойные панели, изготавливаемые в соответствии с современными теплотехническими нормами, обладают высокой степенью заводской готовности, в них можно применять такие эффективные утеплители, как пенополистирол и минераловатные плиты. По сравнению с трехслойными на изготовление двухслойных панелей бетона расходуется меньше, однако опасность накопления влаги в этих панелях больше, чем в трехслойных, в которых внутренняя железобетонная плита замедляет проникновение водяного пара из помещения в панель.

В бескаркасных зданиях широко применялись однослойные панели. Легкобетонные однослойные панели при толщине от 200 до 400 мм до 2000 г. удовлетворяли требованиям теплозащиты и прочности и могли быть несущими. Преимущества однослойных панелей по сравнению с многослойными заключаются в сокращении расхода металла, меньшей трудоемкости изготовления, снижении стоимости и более благоприятном влажностном режиме при эксплуатации здания. Однако однослойные панели не удовлетворяют действующим нормам по теплотехническим требованиям.

Важнейшим конструктивным элементом крупнопанельного здания является стеновая панель. Помимо общих требований, предъявляемых к наружным стенам (прочность, устойчивость, малая теплопроводность, морозостойкость, огнестойкость, небольшой вес, экономичность), конструкция наружной стеновой панели должна обеспечивать надежность конструкции стыка.

Стыковые соединения в крупнопанельных домах должны обеспечивать соединения панелей; воспринимать усилия, возникающие в элементах здания в процессе монтажа и процессе эксплуатации; постоянно воспринимать температурные воздействия и при этом обеспечивать водо- и воздухонепроницаемость, а также теплозащиту внутренних помещений.

Доля стеновых материалов в цене объекта загородной недвижимости составляет 3- 10%. При этом влияние материала стен на комфортность проживания остается по- прежнему высоким. Даже просторечное название дома определяется конструкцией его стен.

Комфорт в доме зависит не только от того, из чего сделаны стены. Факторов, влияющих на комфорт, очень много. Но выбор материала стен определяет базовые характеристики дома, которые навсегда останутся с ним и никуда не денутся ни при замене системы отопления, ни при ремонте крыши. Даже устное определение дома основано на выборе стенового материала: каменный, деревянный, каркасный. Конструкция стены представляется основополагающей характеристикой строения даже на бытовом уровне.

В этой статье не будет сказано ни слова о достоинствах и недостатках различных материалов с точки зрения экологичности, долговечности или влияния на микроклимат помещений. Эти вопросы заслуживают отдельного рассмотрения.
Наша статья посвящена другому аспекту выбора: вероятности появления скрытых дефектов. Речь пойдёт о том, насколько реально достичь тех характеристик, которые заявляются производителями и используются в расчетах конструкторами, теплотехниками и другими специалистами.

В общем случае стена – это:

1. Конструктивное решение стены (несущие, теплоизолирующие, паро- ветрозащитные, отделочные и т.д. слои);
2. Конструктивное решение отдельных ее узлов (схема установки окон и дверей, примыкание перекрытий, крыши, перегородок, прокладка коммуникаций и другие неоднородности);
3. Фактическое исполнение принятых конструктивных решений.

Реализуемость проектных решений

Формальных критериев надежности и реализуемости нет. Оценить устойчивость к браку на основе нормативов мы не можем. Поэтому определим реализуемость проектных решений исходя из соображений здравого смысла.

Устойчивость к браку складывается из двух составляющих:

1. Принципиальная возможность допустить случайный брак при добросовестном производстве работ;
2. Возможность проверить качество готовой стены без разборки, без применения сложного оборудования и в любое время года.

Обе эти составляющих одинаково важны при выборе конструктивного решения стены. А в зависимости от того, своими руками или с привлечением подрядчиков ведется строительство, акцент при выборе конструктива стены может смещаться от вероятности случайного брака к возможности визуальной оценки качества уже выполненных работ.

Краткая классификация наружных стен

1. Несущий каркас с заполнением. Пример: силовой каркас – доски или металлический профиль, обшивка и заполнение (по слоям изнутри наружу) – ГВЛ (ГКЛ, OSB), п/э пленка, утеплитель, ветрозащита, облицовка.

2. Несущая стена с наружным утеплением с разделением несущей и теплоизолирующей функций между слоями. Пример: стена из кирпича, камней или блоков с наружным утеплителем (пенополистирол или минераловатная плита) и облицовкой (лицевой кирпич, штукатурка, навесной фасад с воздушным зазором).

3. Однослойная стена из материала, выполняющего и несущую и теплоизолирующую функции. Пример: бревенчатая стена без отделки или оштукатуренная кирпичная стена.

4. Экзотические системы с несъёмной опалубкой уберем из рассмотрения из-за малой распространенности.


Попробуем понять, на каких этапах строительных работ возможно отклонение от проектных решений и возникновение брака.

Каркасные конструкции

При упоминании каркасных построек нет необходимости отдавать пальму первенства в их изобретении Канаде. Щитовые домики появились у нас задолго до падения «железного занавеса». А потому оценить их надежность нам вполне посильно. Конструктив: вертикальные и горизонтальные силовые элементы каркаса, раскосы или листовая обшивка, придающие конструкции жесткость.

Никаких вопросов к реализуемости собственно каркаса не возникает – собранный каркас позволяет простейшими средствами оценить свое качество. Визуальная ровность и проверяемая жесткость при приложении горизонтальных нагрузок являются достаточными для приемки каркаса в эксплуатацию. Другое дело – слои, призванные обеспечить тепловую защиту.

Утеплитель . Должен плотно заполнять все полости, образованные силовыми элементами. Задача, труднореализуемая при шаге между элементами каркаса, отличающемся от габаритов плитного утеплителя. И почти не реализуемая при наличии диагональных раскосов в структуре каркаса (конечно, существуют и заливочный, и засыпной утеплители, лишенные этих недостатков – здесь речь идет о наиболее ходовых вариантах заполнения).

Пароизоляция . Слой пленки с высоким сопротивлением паропроницанию. Должен быть установлен с герметизацией стыков, без ослабления перфорацией от механических элементов крепления, с особо тщательным исполнением вокруг оконных и дверных проемов, а также в местах выхода из стены коммуникаций, запрятанных в толщу утеплителя электро- и других разводок и пр. В теории, пароизоляцию можно сделать добротно и тщательно. Но в случае, если вы – заказчик, получающий готовую конструкцию, качество пароизоляции уже обшитой изнутри стены не проверяемо.

Стены с наружным утеплением

Конструктивное решение, распространившееся в последние двадцать лет, одновременно с ужесточением нормативных требований к теплозащите и ростом цен на энергию. Наиболее распространены два варианта:

• несущая каменная стена (200–300 мм) + утеплитель + облицовка в 1⁄2 кирпича (120 мм);
• несущая каменная стена (200–300 мм) + приклеенный и закрепленный дюбелями утеплитель + армированная штукатурка по утеплителю или воздушный зазор, ветровая защита и листовая облицовка.

Вопросов к несущему слою стены практически нет. Если стена сложена достаточно ровно (без явных отклонений от вертикали), ее несущей способности практически всегда будет достаточно для выполнения своей основной – несущей – функции. (В малоэтажном строительстве прочностные характеристики стеновых материалов редко когда используются полностью.)

Утеплитель . Приклеенный на несущую стену, закрепленный к ней механически, укрытый слоем армированной штукатурки, он не вызывает вопросов. Можно ошибиться в выборе клея, дюбелей, штукатурного состава – тогда спустя какое-то время слой теплоизоляции или отделки начнет отставать от стены. В целом же – качество проверяемо средствами визуального контроля, а всплывающий брак очевиден.

Качество работ при навесном фасаде с воздушным зазором уже не столь очевидно. Для проверки плотности установки утеплителя необходим демонтаж облицовки, монтаж ветровой защиты также требует промежуточной приемки.

При облицовке утеплителя кирпичом качество его установки невозможно проверить даже тепловизором. А устранить брак можно только после демонтажа облицовки (читай – сноса кирпичной стены).

Однослойные стены

Стена из бревна или бруса, сложенная с применением качественного межвенцового уплотнителя и ничем не обшитая, поверяется на соответствие проекту простым осмотром. Растрескивание древесины, уменьшающее приведенную толщину бревна на 40-60%, и усадку в 6-8% здесь мы рассматривать не будем.

Пустотелые камни . К ним относятся пустотные бетонные блоки и многопустотная крупноформатная керамика. Пустотелые блоки из тяжелого бетона не обеспечат требуемого термического сопротивления, а потому могут выступать лишь как часть стены из предыдущего раздела. Однослойная стена из крупноформатной керамики, оштукатуренная с двух сторон, гарантировано защищена от продувания. Ее тонкие места: углы, отличные от 90 ̊ и кладочные швы.

Обработка хрупких многощелевых блоков для создания не прямого угла, ведет к образованию ажурной стыкуемой поверхности и толстому вертикальному растворному шву. Но значительно большее влияние на отклонение стены от расчетных характеристик оказывают горизонтальные кладочные швы. Во-первых, сами по себе они уже являются мостиками холода. Во-вторых, по правилам, во избежание заполнения пустот раствором, поверх камня до укладки раствора положено раскатывать стекловолоконную сетку с ячейкой 5х5 мм. При этом следует тщательно контролировать подвижность раствора, чтобы не допустить его протекания сквозь ячейки сетки.

Таким образом, возникновение случайного брака возможно даже при добросовестном производстве работ. При производстве работ силами подрядчика, возможность оценить качество кладки без применения тепловизора отсутствует.

Полнотелые камни. К ним относятся стеновые блоки из ячеистого или лёгкого бетона и полнотелый кирпич. Качество стены из полнотелого кирпича можно оценить издалека невооруженным глазом, поэтому говорить о скрытом браке применительно к такой кладке не приходится. Недостаток полнотелого кирпича, как и камней из бетона с большой плотностью – относительно высокая теплопроводность. Такие стены требуют дополнительной теплоизоляции, что возвращает нас в предыдущий раздел, к стенам с наружным утеплением.

Остаются ячеистобетонные блоки. При плотности более 500 кг/м3, а также при использовании обычного цементно-песчаного раствора с толщиной шва более 10 мм, возникает целесообразность дополнительного утепления стены, что лишает ее конструкцию изящной простоты. И только ячеистый бетон с плотностью до 500 кг/м3, с высокой геометрической точностью блоков, позволяющей вести кладку на тонкослойном растворе, дает нам конструкцию столь простую, что возникновение в ней скрытого брака попросту невозможно.

Однослойная стена из ячеистого бетона низкой плотности с клеевыми швами толщиной 1-3мм.

Испортить ее не просто. Например, блоки можно сложить насухо, без какого бы то ни было скрепления друг с другом, просто как детские кубики. Если потом такую стену оштукатурить с двух сторон по сетке – она будет выполнять все возложенные на нее задачи на 100%. Тепловая защита сложенной насухо (и оштукатуренной с двух сторон) конструкции не снизится, а даже несколько вырастет за счет отсутствия теплопроводных растворных прослоек. При этом способность к восприятию вертикальных нагрузок, общая жесткость и устойчивость такой стены при наличии обвязочного пояса в уровне перекрытия не будут отличаться от расчетных.

Точность геометрических размеров, крупный формат блоков и тонкослойный̆ клей обеспечивают принципиальную невозможность сложить кладку с заметными отклонениями от вертикали или какими-либо неровностями. Кладка автоматически получается ровной даже у неопытного каменщика. Углы, отличные от 90 ̊, выполняются при помощи обычной ручной ножовки. Подготовка под чистовую отделку производится простой шпаклевкой швов, т.е. столь же легко, как перед отделкой гипсокартонной поверхности.

По защищенности от скрытых дефектов однослойной̆ стене нет равных. По защищенности от дефектов вообще, как скрытых, так и явных, равных нет однослойной стене из ячеистобетонных блоков плотностью до 500 кг/м3. Только такая стена, выполненная в материале, гарантированно будет соответствовать принятому проектному решению.

С теплотехнической точки зрения различают три вида наружных стен по числу основных слоев: однослойные, двухслойные и трехслойные.

Однослойные стены выполняют из конструкционно-теплоизоляционных материалов и изделий, совмещающих несущие и теплозащитные функции.

В трехслойных ограждениях с защитными слоями на точечных (гибких, шпоночных) связях рекомендуется применять утеплитель из минеральной ваты, стекловаты или пенополистирола с толщиной, устанавливаемой по расчету с учетом теплопроводных включений от связей. В этих ограждениях соотношение толщин наружных и внутренних слоев должно быть не менее 1:1,25 при минимальной толщине наружного слоя 50 мм.

В двухслойных стенах предпочтительно расположение утеплителя снаружи. Используются два варианта наружного утеплителя: системы с наружным покровным слоем без зазора и системы с воздушным зазором между наружным облицовочным слоем и утеплителем. Не рекомендуется применять теплоизоляцию с внутренней стороны из-за возможного накопления влаги в теплоизоляционном слое, однако в случае необходимости такого применения поверхность со стороны помещения должна иметь сплошной и долговечный пароизоляционный слой.

При проектировании стен из кирпича и других мелкоштучных материалов следует максимально применять облегченные конструкции в сочетании с плитами из эффективных теплоизоляционных материалов.

В курсовом проекте принимается несущая стена трехслойной конструкции с несущим слоем из полнотелого керамического кирпича толщиной 380 мм, бетонных блоков или железобетона (со слоем внутренней штукатурки 20 мм), слоем теплоизоляции и защитно-декоративным наружным слоем из кирпича толщиной 120 мм или известково-цементной штукатурки толщиной 25 – 30 мм (рис. 3.1). Коэффициент теплотехнической однородности без учета откосов проемов и других теплопроводных включений - 0,95.

Для защитной стенки может применяться кирпич или камни керамические лицевые (ГОСТ 7484-78) или отборные стандартные (ГОСТ 530-95) предпочтительно полусухого прессования, а также силикатный кирпич (ГОСТ 379-95). При облицовке силикатным кирпичом цоколь, пояса, парапеты и карниз выполняют из керамического кирпича.

При облицовке кирпичная кладка армируется с несущей частью стены сварными арматурными сетками, располагаемыми с шагом по высоте 600 мм.

При отделочном слое из традиционной толстослойной штукатурки толщиной 25 – 30 мм теплоизоляционные плиты крепят к несущему слою стены на клею и дополнительно распорными дюбелями.

Наружная штукатурка выполняется из известково-цементного раствора, приготавливаемого на месте из извести, песка, цемента, воды и добавок, или из готовых растворных смесей, и армируется стальной оцинкованной сеткой по ГОСТ 2715-75 с размером ячейки 20 мм и диаметром проволоки 1 – 1,6 мм.

Приведенное сопротивление теплопередаче, м ·°С/Вт, для наружных стен следует определять согласно СНиП 23-02 для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений с проверкой условия невыпадения конденсата на участках в зонах теплопроводных включений.

Необходимая толщина слоя теплоизоляции должна определяться с учетом коэффициента теплотехнической однородности.

Коэффициент теплотехнической однородности с учетом теплотехнических однородностей оконных откосов и примыкающих внутренних ограждений проектируемой конструкции для:

Панелей индустриального изготовления должен быть, как правило, не менее величин, установленных в табл. 6;

Для стен жилых зданий из кирпича должен быть, как правило, не менее 0,74 при толщине стены 510 мм,

0,69 - при толщине стены 640 мм и 0,64 - при толщине стены 780 мм.

Таблица 6

Минимально допустимые значения коэффициента теплотехнической однородности для конструкций индустриального изготовления

Рис. 3.1. Конструктивные решения наружных стен

1 – стена (несущая часть); 2 – защитно-декоративная кладка; 3 – рихтовочный зазор; 4 – теплоизоляция; 5 - внутренняя штукатурка; 6 – наружная штукатурка; 7 –сварная оцинкованная металлическая сетка 20х20 Ø 1,0 – 1,6; 8 – клеевой состав для приклейки плит теплоизоляции; 9 – выравнивающая штукатурка; 10 – закладная сетка; 11 - дюбель

Пример 1.

Выполнить теплотехнический расчет наружной стены административного здания в г. Санкт-Петербурге. Конструкция наружной стены представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Расчетная схема наружной стены

1 – цементно-известковая штукатурка; 2; 4 – кирпичная кладка; 3 – плита минераловатная «КАВИТИ БАТТС»

Решение.

1. Определяем необходимые исходные данные для теплотехнического расчета:

- расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания для теплотехнического расчета ограждающих конструкций - ˚С - минимальное значение оптимальной температуры для помещений категории 2;

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период - °С - табл. 1 СНиП 23-01-99 ;

Продолжительность отопительного периода - сут - табл. 1 СНиП 23-01-99 ;

Влажностный режим помещений здания – нормальный – табл. 1 СНиП 23-02-2003;

Зона влажности для Санкт-Петербурга - влажная – прилож. В СНиП 23-02-2003;

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б – табл. 2 СНиП 23-02-2003.

2. Нормируемое (требуемое) приведенное сопротивление теплопередаче конструкции ограждения принимается по табл. 7 в зависимости от числа градусо-суток отопительного периода или рассчитывается по зависимости

, м 2 · о С/Вт, (2)

где и - величины, определяемые по табл. 8;

– градусо-сутки отопительного периода, о С·сут, определяемые по формуле

, о С·сут, (3)

здесь - расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, ˚С;

Требуемое сопротивление теплопередаче стены является функцией числа градусо-суток отопительного периода (ГСОП ):

ГСОП=D=(t в - t от. пер.) · Z от. пер. ;

где: t в – расчетная температура внутреннего воздуха, о С;

t в = 20 о С – для помещения категории 3а по ГОСТ 30494-96;

t от.пер, Z от.пер – средняя температура, о С и продолжительность, сут. периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 о С по СНиП 23-01-99* «Строительная климатология».

Для г. Санкт-Петербурга:

D = ·220=4796;

R тр =a·D+b =0,0003·4796+1,2=2,639 (м 2 · о С)/Вт.

Толщина слоя теплоизоляции при l Б = 0,044 Вт/(м· о С) и коэффициенте теплотехнической однородности r = 0,92 составит:

Принимаем слой изоляции равным 80 мм, тогда фактическое сопротивление теплопередаче составит:

1. Объект строительства - 16-этажный односекционный крупнопанельный жилой дом, построенный в г.Кашире Московской области. Условие эксплуатации ограждений Б согласно СНиП 23-02.

2. Наружные стены - из трехслойных железобетонных панелей на гибких связях с утеплителем из пенополистирола толщиной 165 мм. Панели имеют толщину 335 мм. По периметру панелей и их проемов утеплитель имеет защитный слой из цементно-песчаного раствора толщиной 10 мм. Для соединения железобетонных слоев применены два вида гибких связей из коррозионностойкой стали диаметром 8 мм: треугольные и точечные (шпильки). Расчет приведенного сопротивления теплопередаче выполнен согласно формуле (14) и соответствующего примера расчета в приложении Н.

3. Для заполнения проемов применены деревянные оконные блоки с тройным остеклением в раздельно-спаренных переплетах.

4. В стыках применен минераловатный утеплитель, снаружи закрытый уплотнителем Вилатерм.

5. Для Московской области (г.Кашира) согласно СНиП 23-01 средняя температура и продолжительность отопительного периода составляют: . Температура внутреннего воздуха =20 °С. Тогда градусо-сутки отопительного периода согласно формуле (1) составляют

=(20+3,4)·212=4961 °С·сут.

Порядок расчета

1. По таблице 4 СНиП 23-02 =4961 °С·сут соответствует нормируемое сопротивление теплопередаче для стен жилых зданий.

2. Сопротивление теплопередаче панелей по глади, рассчитанное по формуле (8), равно

3. К числу теплопроводных включений и теплотехнических неоднородностей в стенах 16-этажного панельного дома относятся гибкие связи, оконные откосы, горизонтальные и вертикальные стыки панелей, угловые стыки, примыкание панелей к карнизу и цокольному перекрытию.

Для расчета по формуле (14) коэффициентов теплотехнической однородности различных типов панелей коэффициенты влияния теплопроводных включений и площади зон их влияния рассчитаны на основе решения задач стационарной теплопроводности на компьютере соответствующих узлов и приведены в

таблице К.1.

Таблица K.1

Для первого этажа

0,78·0,962=0,75;

Для последнего этажа

0,78·0,97=0,757.

Приведенный коэффициент теплотехнической однородности фасада здания

16/(14/0,78+1/0,75+1/0,757)=0,777.

Приведенное сопротивление теплопередаче фасада 16-этажного жилого дома по формуле (23) равно

Следовательно, наружные стены 16-этажного жилого дома удовлетворяют требованиям СНиП 23-02.