Разработка конструктивных решений наружных ограждающих конструкций. Панельные стены и их конструктивные решения
Фундамент - подземная часть здания, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая эти нагрузки на основание. Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности и экономичности. В данном проекте фундамент выбран в соответствии с требованиями индустриализации, достигаемой применением сборных блоков заводского или полигонного изготовления с максимальным укрупнением их, насколько это позволяют имеющиеся на строительстве подъёмно-транспортные механизмы.
В данном здании запроектирован сборный железобетонный ленточный фундамент под несущие и самонесущие стены. Ленточный фундамент представляет собой непрерывную стену, равномерно загруженную вышележащими несущими и самонесущими стенами и колоннами. Сборные ленточные фундаменты под стены сооружают из фундаментных блоков-подушек и из фундаментных стеновых блоков. Блоки-подушки укладываются на слой утрамбованного песка толщиной 100 мм.
Плиты-подушки под наружные стены имеют ширину 1400 мм. Плиты-подушки под внутренние стены имеют ширину 1000 мм. Плиты-подушки можно укладывать с разрывами. В местах сопряжения продольных и поперечных стен плиты подушки укладываются впритык и места сопряжения между ними заделываются бетонной смесью. Поверх уложенных плит-подушек устраивается горизонтальная гидроизоляция и по ней сверху цементно-песчаная стяжка толщиной 30 мм, в которую укладывают арматурную сетку, что ведет к более равномерному распределению нагрузки от вышележащих блоков и конструкций.
Затем укладываются бетонные фундаментные блоки с перевязкой швов в пять рядов, поверх которых устраивается горизонтальный гидроизоляционный слой из двух слоев рубероида на мастике. Назначение гидроизоляционного слоя -- исключение миграции капиллярной грунтовой и атмосферной влаги вверх по стене. Ширина фундаментных блоков под наружные стены равна 600 мм. Ширина фундаментных блоков под внутренние стены равна 400 мм.
Глубину заложения фундамента или расстояние от планировочной отметки земли до подошвы фундамента принимают в зависимости от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки, и от климатических условий района. Глубина заложения фундамента данного здания составляет 2,18 м, что превышает глубину промерзания грунтов, составляющую в данном районе 1,9 м.
Наружные стены
В строительстве малоэтажных зданий применяют несущие остовы, соответствующие видам и свойствам конструкционных материалов и технологии возведения таких зданий. В данном проекте употребляется несущий остов с поперечными и продольными несущими стенами. Устойчивость стен, как несущих, так и связевых, обеспечивается жёстким соединением продольных и поперечных стен в местах их пересечения и связью стен перекрытиями.
Стены здания предназначены для ограждения и защиты от воздействий окружающей среды и передают нагрузки от находящихся выше конструкций -- перекрытий и крыши к фундаменту.
В качестве материала для стен здания применяют глиняный обыкновенный полнотелый кирпич. Стены выкладывают из кирпича с заполнением зазора между ними раствором. Раствор используется цементный. Кладку стен ведут с обязательным соблюдением многорядной перевязкой швов. При многорядной системе кладки перевязку осуществляют через пять рядов. Многорядная кладка экономичнее двурядной, так как требует меньше ручного труда.
Проектом принята облегченная колодцевая кладка с заполнением пустот минераловатными плитами. Простенки между окнами армируются сетками из арматуры через 3 ряда кладки. Стены возводят путём закладки лёгких теплоизоляционных материалов внутрь каменной стены - между двумя рядами сплошных стенок. Толщина наружных стен определяется на основании теплотехнического расчета. Толщина наружных стен 720 мм, привязка - 120 мм. Такая толщина необходима для обеспечения устойчивости по отношению к ветровым и ударным нагрузкам, а также для увеличения тепло- и звукоизоляционной способности стен.
Проёмы для окон и дверей снабжают четвертями. Четверти устанавливают в боковых и верхних притолоках наружных стен для обеспечения плотного, непродуваемого примыкания элементов заполнения - оконных и дверных коробок. Дверные проёмы во внутренних стенах делают без четвертей. Четверть делают посредством выступа кирпича у наружной поверхности стены на 75 мм. Проёмы перекрываются перемычками, воспринимающими нагрузку вышележащей кладки. Перемычки представляют собой железобетонные бруски или балки.
Для защиты наружных стен от увлажнения и для повышения долговечности устраивают цоколь. Цоколь устраивают из прочных водостойких долговечных материалов. Высота цоколя в связи с наличием цокольного этажа, принята - 0,85 м.
Конструкции наружных стен гражданских и промышленных зданий
Конструкции наружных стен гражданских и промышленных зданий классифицируются по следующим признакам:
1) по статической функции:
а) несущие;
б) самонесущие;
в) ненесущие (навесные).
На рис. 3.19 показан общий вид данных видов наружных стен.
Несущие наружные стены воспринимают и передают на фундаменты собственный вес и нагрузки от смежных конструкций здания: перекрытий, перегородок, крыш и др. (одновременно выполняют несущую и ограждающую функции).
Самонесущие наружные стены воспринимают вертикальную нагрузку только от собственного веса (включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и др. элементов стены) и передают их на фундаменты через промежуточные несущие конструкции – фундаментные балки, ростверки или цокольные панели (одновременно выполняют несущую и ограждающую функции).
Ненесущие (навесные) наружные стены поэтажно (или через несколько этажей) опираются на смежные несущие конструкции здания – перекрытия, каркас или стены. Таким образом, навесные стены выполняют только ограждающую функцию.
Рис. 3.19. Виды наружных стен по статической функции:
а – несущие; б – самонесущие; в – ненесущие (навесные): 1 – перекрытие здания; 2 – колонна каркаса; 3 – фундамент
Несущие и ненесущие наружные стены применяются в зданиях любой этажности. Самонесущие стены опираются на собственный фундамент, поэтому их высота ограничивается из-за возможности взаимных деформаций наружных стен и внутренних конструкций здания. Чем выше здание, тем больше разница в вертикальных деформациях, поэтому, например, в панельных домах допускается применение самонесущих стен при высоте здания не более 5 этажей.
Устойчивость самонесущих наружных стен обеспечивается гибкими связями с внутренними конструкциями здания.
2) По материалу:
а) каменные стены возводятся из кирпича (глиняного или силикатного) или камней (бетонных или природных) и применяются в зданиях любой этажности. Каменные блоки выполняют из естественного камня (известняк, туф и др.) или искусственного (бетон, легкий бетон).
б) Бетонные стены выполняют из тяжелого бетона класса В15 и выше плотностью 1600 ÷ 2000 кг/м 3 (несущие части стен) или легкого бетона классов В5 ÷ В15 плотностью 1200 ÷ 1600 кг/м 3 (для теплоизоляционных частей стен).
Для изготовления легких бетонов используются искусственные пористые заполнители (керамзит, перлит, шунгизит, аглопорит и т. п.) или естественные легкие заполнители (щебень из пемзы, шлака, туфа).
При возведении ненесущих наружных стен также используется ячеистый бетон (пенобетон, газобетон и т. п.) классов В2 ÷ В5 плотностью 600 ÷ 1600 кг/м 3 . Бетонные стены применяются в зданиях любой этажности.
в) Деревянные стены применяются в малоэтажных зданиях. Для их возведения используются сосновые бревна диаметром 180 ÷ 240 мм или брусья сечением 150х150 мм или 180х180 мм, а также дощатые или клеефанерные щиты и панели толщиной 150 ÷ 200 мм.
г) стены из небетонных материалов в основном применяются при возведении промышленных зданий или малоэтажных гражданских зданий. Конструктивно они состоят из наружной и внутренней обшивки из листового материала (сталь, алюминиевые сплавы, пластик, асбестоцемент и др.) и утеплителя (сэндвич-панели). Стены данного типа проектируют несущими только для одноэтажных зданий, а при большей этажности – только как ненесущие.
3) по конструктивному решению:
а) однослойные;
б) двухслойные;
в) трехслойные.
Количество слоев наружных стен здания определяется по результатам теплотехнического расчета. Для соответствия современным нормам по сопротивлению теплопередаче в большинстве регионов России необходимо проектировать трехслойные конструкции наружных стен с эффективным утеплителем.
4) по технологии возведения:
а) по традиционной технологии возводятся каменные стены ручной кладки. При этом кирпичи или камни укладываются рядами по слою цементно-песчаного раствора. Прочность каменных стен обеспечивается прочностью камня и раствора, а также взаимной перевязкой вертикальных швов. Для дополнительного повышения несущей способности каменной кладки (например, для узких простенков) применяется горизонтальное армирование сварными сетками через 2 ÷ 5 рядов.
Требуемую толщину каменных стен определяют по теплотехническому расчету и увязывают со стандартными размерами кирпичей или камней. Применяются кирпичные стены толщиной в 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 кирпича (250, 380, 510, 640 и 770 мм соответственно). Стены из бетонных или природных камней при кладке в 1 и 1,5 камня имеют толщину 390 и 490 мм соответственно.
На рис. 3.20 показано несколько типов сплошных кладок из кирпича и каменных блоков. На рис. 3.21 показана конструкция трехслойной кирпичной стены толщиной 510 мм (для климатического района Нижегородской области).
Рис. 3.20. Типы сплошных каменных кладок: а – шестирядная кирпичная кладка; б – двух-рядная кирпичная кладка; в – кладка из керамических камней; г и д – кладки из бетонных или природных камней; е – кладка из камней ячеистого бетона с наружной облицовкой кирпичом
На внутренний слой трехслойной каменной стены опираются перекрытия и несущие конструкции крыши. Наружный и внутренний слои кирпичной кладки соединяются между собой арматурными сетками с шагом по вертикали не более 600 мм. Толщина внутреннего слоя принимается 250 мм для зданий высотой 1 ÷ 4 этажа, 380 мм – для зданий высотой 5 ÷ 14 этажей и 510 мм – для зданий высотой более 14 этажей.
Рис. 3.21. Каменная стена трехслойной конструкции:
1 – внутренний несущий слой;
2 – слой теплоизоляции;
3 – воз-душный зазор;
4 – наружный самонесущий (облицовочный) слой
б) полносборная технология используется при возведении крупнопанельных и объемно-блочных зданий. При этом монтаж отдельных элементов здания производится подъемными кранами.
Наружные стены крупнопанельных зданий выполняются из бетонных или кирпичных панелей. Толщина панелей – 300, 350, 400 мм. На рис. 3.22 показаны основные виды бетонных панелей, применяемых в гражданском строительстве.
Рис. 3.22. Бетонные панели наружных стен: а – однослойная; б – двухслойная; в – трехслойная:
1 – конструктивно-теплоизоляционный слой;
2 – защитно-отделочный слой;
3 – несущий слой;
4 – теплоизоляционный слой
Объемно-блочные здания – это здания повышенной заводской готовности, которые монтируются из отдельных блоков-комнат заводского изготовления. Наружные стены таких объемных блоков могут быть одно-, двух- и трехслойными.
в) монолитная и сборно-монолитная технологии возведения позволяют возводить одно-, двух- и трехслойные монолитные стены из бетона.
Рис. 3.23. Сборно-монолитные наружные стены (в плане):
а – двухслойная с наружным слоем теплоизоляции;
б – то же, с внутренним слоем теплоизоляции;
в – трехслойная с наружным слоем теплоизоляции
При использовании данной технологии сначала устанавливается опалубка (форма), в которую заливается бетонная смесь. Однослойные стены выполняются из легких бетонов толщиной 300 ÷ 500 мм.
Многослойные стены выполняются сборно-монолитными с использованием наружного или внутреннего слоя каменных блоков из ячеистого бетона. (см. рис. 3.23).
5) по расположению оконных проемов:
На рис. 3.24 показаны различные варианты расположения оконных проемов в наружных стенах зданий. Варианты а , б , в , г используются при проектировании жилых и общественных зданий, вариант д – при проектировании промышленных и общественных зданий, вариант е – для общественных зданий.
Из рассмотрения данных вариантов можно видеть, что функциональное назначение здания (жилое, общественное или промышленное) определяет конструктивное решение его наружных стен и внешний вид в целом.
Одно из основных требований, предъявляемое к наружным стенам – это необходимая огнестойкость. По требованиям противопожарных норм несущие наружные стены должны быть выполнены из несгораемых материалов с пределом огнестойкости не менее 2 часов (камень, бетон). Применение трудносгораемых несущих стен (например, деревянных оштукатуренных) с пределом огнестойкости не менее 0,5 часа допускается только в одно-, двухэтажных домах.
Рис. 3.24. Расположение оконных проемов в наружных стенах зданий:
а – стена без проемов;
б – стена с небольшим количеством проемов;
в – панельная стена с проемами;
г – несущая стена с усиленными простенками;
д – стена с навесными панелями;
е – полностью остекленная стена (витраж)
Высокие требования к огнестойкости несущих стен вызваны их основной ролью в сохранности здания, так как разрушение несущих стен при пожаре вызывает обрушение всех опирающихся на них конструкций и здания в целом.
Ненесущие наружные стены проектируют несгораемыми или трудносгораемыми с меньшими пределами огнестойкости (от 0,25 до 0,5 часа), так как разрушение данных конструкций при пожаре может вызвать только локальные повреждения здания.
Известно, что однослойные ограждающие конструкции из известных на сегодняшний день строительных материалов не могут обеспечить требуемую по современным энергосберегающим нормам тепловую защиту здания, в связи с этим, необходимо изначально предусматривать многослойное ограждение, имеющее в своем составе эффективный утеплитель, а в ряде случаев - воздушную вентилируемую прослойку.
При разработке конструктивного решения стен и покрытия исходили из требований к расчетным сопротивлениям ограждающих конструкций по III уровню теплозащиты [ КМК ].
В соответствие с этим нормативным документом предписано расчетные сопротивления теплопередаче принимать в зависимости от величины градусо-суток отопительного периода (ГСОП), определяемого по формуле (2.6).
Для города Ташкента необходимые для расчета параметры, определенные по КМК 2.01.01-94 , составили:
- - температура наиболее холодных суток с обеспеченностью 0,92 и пятидневки с обеспеченностью 0,98 равна tн= - 160С;
- - средняя температура отопительного периода tот.пер=+2,70С;
- - продолжительность отопительного периода Zот.пер=129 суток.
Температура воздуха внутри помещений для обеспечения достаточного уровня комфортности принималась равной tв= +200С.
Тогда ГСОП= (20 - 2,7)х129= 2232 град х сут.
При таком значении ГСОП по изменению 1 к КМК 2.01.04-07 принимаем:
- - для стен зданий расчетное сопротивление теплопередаче по зимним условиям эксплуатации Rтр0=2, 1 м2·0С/Вт;
- - для покрытий Rтр0=2,8 м2·0С/Вт.
Теплотехнические расчеты выполнялись с использованием программного комплекса «BASE» (версия 7.3).
Наружные стены для расчета были приняты следующего конструктивного решения (рис.3.12):
- - цементно-песчаный раствор М50, толщиной 20 мм;
- - кирпич глиняный обыкновенный М75 на цементно-песчаном растворе марки М-50 толщиной 380 мм;
- - утеплитель из пенополистирола;
- - цементно-песчаный раствор М50, толщиной 20 мм.
Рис. 3.12.
В результате расчета была принята толщина утеплителя 80 мм. Затем принятая конструкция была проверена на теплоустойчивость по летним условиям эксплуатации.
Результаты расчета
1. - Исходные данные:
Тип здания - Административные.
Тип конструкции - СТЕНА
Таблица 3.1
Характеристика ограждения:
Требуется произвести:
максимальное 744 Вт/м2
среднее 275 Вт/м2
Отделка наружней поверхности: Штукатурка цементная кремовая
Коэффициент поглощения солнечной радиации 0.4
2. - Выводы:
Требуемое сопротивление ограждения теплопередаче 2,1 м2*град/Вт
Фактическое (приведенное) сопротивление ограждения теплопередаче 2,21 м2*град/Вт
Таблица 3.2
Фактическое сопротивление воздухопроницанию 656,45 м2*ч*Па/кг
Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности 0,04 град.С
Заполнение оконных проемов и остекление оранжерей приняты без расчета, исходя из имеющейся в Узбекистане номенклатуры изделий такого назначения, - однокамерные стеклопакеты в пластмассовых переплетах из обычного стекла с приведенным сопротивлением теплопередаче равном 0,36 м2·0С/Вт.
Конструктивное решение покрытия мансардного этажа для расчета было принято следующее (рис.3.13):
- - гипсокартон толщиной 10 мм;
- - деревянный сплошной настил толщиной 20 мм;
- - утеплитель из экструдированного пенополистирола 40000С;
- - пароизоляционный слой из пергамина кровельного толщиной 0,4 мм;
- - воздушное пространство толщиной 40 мм;
- - металлочерепица.
Рис. 3.13.
Вставить распечатку расчета на теплопередачу
В результате расчета была принята толщина утеплителя 140 мм. Затем принятая конструкция была проверена на теплоустойчивость по летним условиям эксплуатации.
Результаты расчета
Теплотехнический расчет ограждающих конструкций
1. - Исходные данные:
Тип здания - Общественные, административные, бытовые
Тип конструкции - ПОКРЫТИЕ
Условия эксплуатации ограждения:
Температура наружнего воздуха -16 град.
Температура внутреннего воздуха 20 град.
Средняя температура отопительного периода -2,7 град.
Продолжительность отопительного периода 129 дней
Таблица 3.3
Характеристика ограждения:
|
Номер слоя |
Толщина, м |
Наименование |
Величина |
Ед. измерения |
Материал слоя |
|
Теплопроводность |
Вт/(м*град) |
Гипсокартон |
|||
|
Теплопроводность |
Вт/(м*град) |
Пергамин |
|||
|
Теплопроводность |
Вт/(м*град) |
Пенополистирол G=100кг/м3 |
|||
|
Теплопроводность |
Вт/(м*град) |
Пергамин |
|||
|
Теплопроводность |
Вт/(м*град) |
Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности 8,7 Вт/(м2*град)
Коэффициент теплоотдачи наружней поверхности 23 Вт/(м2*град)
Режим работы ограждающей конструкции:
Эксплуатация; режим помещений - Нормальный (55%); зона влажности - Нормальный
Требуется произвести:
Проверку ограждения на сопротивление теплопередаче
Расчет ограждающей конструкции на теплоустойчивость
Расчет ограждающей конструкции на воздухопроницаемость
Среднемесячная температура за июль 27,1 град.
Амплитуда суточных колебаний воздуха в июле месяце 23,7 град.
Минимальная скорость ветра за июль 1,4 м/с
Значение суммарной солнечной радиации, для стен - как для вертикальных поверхностей, для покрытий - как для горизонтальных:
максимальное 1022 Вт/м2
среднее 497 Вт/м2
Отделка наружней поверхности: Сталь кровельная оцинкованная
Коэффициент поглощения солнечной радиации 0.65
Высота здания до верха вытяжной шахты 11,7 м
Максимальная скорость ветра за январь месяц 2,1 м/с
2. - Выводы:
Сопротивление ограждения теплопередаче ДОСТАТОЧНО
Требуемое сопротивление ограждения теплопередаче 2,8 м2*град/Вт
Фактическое (приведенное) сопротивление ограждения теплопередаче 2,95 м2*град/Вт
Таблица 3.4
Температура на контакте слоев ограждения:
Фактическое сопротивление воздухопроницанию 13000160 м2*ч*Па/кг
Нормируемое сопротивление воздухопроницанию 24,87 м2*ч*Па/кг
Сопротивления паропроницаемости ДОСТАТОЧНО.
Амплитуда колебаний температуры внутренней поверхности 0,96 град.С
Нормируемая амплитуда колебаний температуры поверхности 1,89 град.С
Теплоустойчивости ограждающей конструкции ДОСТАТОЧНО.
Вставить распечатку расчета на теплоустойчивость
Не меньшее значение придается в практике проектирования и утеплению полов первого этажа здания, так как через полы, устроенные без теплоизоляции, проходят большие потери тепла. Помимо уменьшения потерь тепла, теплоизоляция пола позволяет более эффективно использовать их теплоемкость. Температура же поверхности пола является основным фактором, определяющим степень комфортности помещений. В нашем случае для утепления пола всех помещений первого этажа, за исключением холла, принято конструктивное решение, представленное на рис. 3.14.
Рис. 3.14.
Был произведен расчет по определению термического сопротивления утепленного пола и неутепленного пола холла.
Вставить расчеты
Таким образом, расчетное сопротивление утепленного пола составило Rо ут.п.= 0,57 м2·0С/Вт; а «холодного» пола холла Rо холл..п.= 0,39 м2·0С/Вт;
В завершении была выполнена проверка запроектированной оболочки здания на повышенную теплозащиту по формуле (2.8).
В запроектированном здании были определены площади ограждающих конструкций, которые составили:
- - площадь стен - 652 м2;
- - площадь кровли - 357 м2;
- - площадь утепленного пола - 139 м2;
- - площадь холодного пола - 104 м2;
- - площадь остекления - 166 м2;
Тогда расчетное сопротивление наружной оболочки здания составит: Rоб=(Rст Sст+RокSок+0,8 RкрSкр+ 0,5RоснSосн+ 0,5Rаб Sаб)/Sоб = 2,21*485+ +0,36*166+0,8*357*2,95+0,5(0,57*139+104*0,39)=1,62 м2. 0С /Вт.
Так как полученное значение на 45% превышает требуемую величину, то можно уменьшить толщину теплоизоляционного слоя на стеновых панелях и покрытии мансардного этажа, а также нет необходимости утеплять пола 1го этажа.
Уменьшаем толщину утеплителя на стенах с 80 мм до 60 мм, при этом Rст = 1,82 м2. 0С /Вт; уменьшаем толщину утеплителя в покрытии с 140 мм до 100 мм при этом Rкр = 2,15 м2. 0С /Вт. Расчетное сопротивление всей поверхности пола 1го этажа принимаем Rосн = 0,39 м2. 0С /Вт. Для этого решения теплозащиты:
Rоб=(Rст Sст+RокSок+0,8 RкрSкр+ 0,5RоснSосн+ 0,5Rаб Sаб)/Sоб = 1,82*485+ +0,36*166+0,8*357*2,15+0,5(243*0,39)=1,23 м2. 0С /Вт.
Rоб =1,23 > 1,21 м2. 0С /Вт полученные решения является наиболее экономичным, соответствует европейским требованием к повышенной теплозащите зданий.
Конструктивные решения наружных стен энергоэффективных зданий, применяемые при строительстве жилых и общественных сооружений, можно разделить на 3 группы (рис.1):
однослойные;
двухслойные;
трехслойные.
Однослойные наружные стены выполняются из ячеистобетонных блоков, которые, как правило, проектируют самонесущими с поэтажным опиранием на элементы перекрытия, с обязательной защитой от внешних атмосферных воздействий путем нанесения штукатурки, облицовки и т.д. Передача механических усилий в таких конструкциях осуществляется через железобетонные колонны.
Двухслойные наружные стены содержат несущий и теплоизоляционный слои. При этом утеплитель может быть расположен как снаружи, так и изнутри.
В начале реализации программы энергосбережения в Самарской области в основном применялось внутреннее утепление. В качестве теплоизоляционного материала использовались пенополистирол и плиты из штапельного стекловолокна «URSA». Со стороны помещения утеплители защищались гипсокартоном или штукатуркой. Для защиты утеплителей от увлажнения и накопления влаги устанавливалась пароизоляция в виде полиэтиленовой пленки.
Рис. 1. Виды наружных стен энергоэффективных зданий:
а – однослойная, б – двухслойные, в – трехслойные;
1 – штукатурка; 2 – ячеистый бетон;
3 – защитный слой; 4 – наружная стена;
5 – утеплитель; 6 – фасадная система;
7 – ветрозащитная мембрана;
8 – вентилируемый воздушный зазор;
11 – облицовочный кирпич; 12 – гибкие связи;
13 – керамзитобетонная панель; 14 – фактурный слой.
При дальнейшей эксплуатации зданий выявилось много дефектов, связанных с нарушением воздухообмена в помещениях, появлением темных пятен, плесени и грибков на внутренних поверхностях наружных стен. Поэтому в настоящее время внутреннее утепление используется лишь при установке приточно-вытяжной механической вентиляции. В качестве утеплителей применяются материалы с низким водопоглощением, например, пеноплекс и напыляемый пенополиуретан.
Системы с наружным утеплением имеют ряд существенных преимуществ. К ним относятся: высокая теплотехническая однородность, ремонтопригодность, возможность реализации архитектурных решений различной формы.
В практике строительства находят применение два варианта фасадных систем: с наружным штукатурным слоем; с вентилируемым воздушным зазором.
При первом варианте исполнения фасадных систем в качестве утеплителей в основном используются плиты пенополистирола. Утеплитель от внешних атмосферных воздействий защищен базовым клеевым слоем, армированной стеклосеткой и декоративным слоем.
В вентилируемых фасадах используется лишь негорючий утеплитель в виде плит из базальтового волокна. Утеплитель защищен от воздействия атмосферной влаги фасадными плитами, которые крепятся к стене с помощью кронштейнов. Между плитами и утеплителем предусматривается воздушный зазор.
При проектировании вентилируемых фасадных систем создается наиболее благоприятный тепловлажностный режим наружных стен, так как водяные пары, проходящие через наружную стену, смешиваются с наружным воздухом, поступающим через воздушную прослойку, и выбрасываются на улицу через вытяжные каналы.
Трехслойные стены, возводимые ранее, применялись, в основном, в виде колодцевой кладки. Они выполнялись из мелкоштучных изделий, расположенных между наружным и внутренним слоями утеплителя. Коэффициент теплотехнической однородности конструкций относительно невелик (r < 0,5) из-за наличия кирпичных перемычек. При реализации в России второго этапа энергосбережения достичь требуемых значений приведенного сопротивления теплопередаче с помощью колодцевой кладки не представляется возможным.
В практике строительства широкое применение нашли трехслойные стены с использованием гибких связей, для изготовления которых применяется стальная арматура, с соответствующими антикоррозионными свойствами стали или защитных покрытий. В качестве внутреннего слоя используется ячеистый бетон, а теплоизоляционных материалов – пенополистирол, минеральные плиты и пеноизол. Облицовочный слой выполняется из керамического кирпича.
Трехслойные бетонные стены при крупнопанельном домостроении применяются давно, но с более низким значением приведенного сопротивления теплопередаче. Для повышения теплотехнической однородности панельных конструкций необходимо использовать гибкие стальные связи в виде отдельных стержней или их комбинаций. В качестве промежуточного слоя в таких конструкциях чаще применяется пенополистирол.
В настоящее время широкое применение находят трехслойные сэндвич-панели для строительства торговых центров и промышленных объектов.
В качестве среднего слоя в таких конструкциях применяются эффективные теплоизоляционные материалы – минвата, пенополистирол, пенополиуретан и пеноизол. Трехслойные ограждающие конструкции отличаются неоднородностью материалов в сечении, сложной геометрией и стыками. По конструктивным причинам для образования связей между оболочками необходимо, чтобы более прочные материалы проходили через теплоизоляцию или заходили в нее, нарушая тем самым однородность теплоизоляции. В этом случае образуются так называемые мостики холода. Типичными примерами таких мостиков холода могут служить обрамляющие ребра в трехслойных панелях с эффективным утеплением жилых зданий, угловое крепление деревянным брусом трехслойных панелей с облицовками из древесностружечной плиты и утеплителями и т.д.
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.
