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.

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 помещении?. 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 перекрытии?, крыши, перегородок, прокладка коммуникации? и другие неоднородности);
3. Фактическое исполнение принятых конструктивных решении?.

Реализуемость проектных решении?

Формальных критериев надежности и реализуемости нет. Оценить устойчивость к браку на основе нормативов мы не можем. Поэтому определим реализуемость проектных решении? исходя из соображении? 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 функции? 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 решении? 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 заливочныи?, и засыпнои? утеплители, лишенные этих недостатков – здесь речь идет о наиболее ходовых вариантах заполнения).

Пароизоляция . Слои? 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 коммуникации?, запрятанных в толщу утеплителя электро- и других разводок и пр. В теории, пароизоляцию можно сделать добротно и тщательно. Но в случае, если вы – заказчик, получающии? 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 требовании? 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 отклонении? 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 слои? 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 тонкослойный? клеи? 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 простои? шпаклевкой швов, т.е. столь же легко, как перед отделкой гипсокартонной поверхности.

По защищенности от скрытых дефектов однослойной? 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.

Изучение старой жилой застройки Москвы, Санкт-Петербурга, Калининграда, Калуги и других городов России показало, что в пределах издавна сложившейся центральной части города основными объектами капитального ремонта и реконструкции являются двух-пятиэтажные жилые дома, построенные в начале прошлого века. Разнообразие конструктивных форм объектов старого фонда отличается сравнительно небольшим ассортиментом: материал – бутовый камень, кирпич, дерево; технология строительства — ручной труд.

Конструктивные решения домов старой постройки

Фундаменты при обычных грунтах, как правило, возводились ленточными из рваного бутового камня, реже — из пережженного кирпича-железняка на сложном растворе. На слабых, неравномерно сжимаемых грунтах, например, в Санкт-Петербурге, фундаменты часто устраивались на искусственном основании — на деревянных сваях или лежнях.

Несущие стены жилых зданий выкладывались на тяжелых цементных и известковых растворах из полнотелого красного кирпича наивысшего (по сегодняшним меркам) качества. Вследствие этого они сохранились гораздо лучше чем другие типы конструкций. Толщина стен составляет от 2,5 до 4 кирпичей. Жесткую связь продольных и поперечных каменных стен зданий обеспечивалась посредством установки скрытых связей из прочнейшего кованого железа. В целом, гражданские здания дореволюционных лет постройки характеризуются большим разнообразием конструктивных решений, наличием значительного количества поперечных стен, обеспечивающих высокую пространственную жесткость несущего остова. Вертикальную нагрузку в этих зданиях, как правило, воспринимают наружные и внутренние продольные стены. Изредка встречаются несущие деревянные фахверковые перегородки. Межкомнатные перегородки устраивались деревянными (оштукатуренными с двух сторон по дранке), либо кирпичными.

Основным типом перекрытий в старых каменных зданиях является перекрытие по деревянным балкам с накатом из пластин или досок. Шаг несущих балок по дореволюционному «урочному положению» назначался обычно равным 1-1,5 м. Полы в жилой зоне – деревянные, паркетные либо линолеум. В мокрых помещениях и в зоне лестнично-лифтовых узлов — из метлахской плитки, либо цементные с железнением.

Стропильная система скатных крыш устраивались из бревен наслонного и висячего типа. Конструкция лестниц в большинстве каменных зданий решена в виде каменных или бетонных наборных ступеней, уложенных по стальным косоурам. В лестницах с одним косоуром на марш ступени одним концом заделывались в кладку стен.

Типизация конструктивных решений старого фонда

Исследованиями и типизацией конструктивных решений в сфере капитального ремонта и реконструкции жилых домов старой постройки занимается ряд научно-исследовательских организаций. Результаты исследований сведены в единую систему и рассортированы на группы и категории по множеству классификационных признаков.

На рис.1. приведен схематический план и разрез жилого дома с обозначением конструктивных элементов и технико-экономических параметров, представляющих наибольший интерес для проектировщиков и строителей, работающих в сфере реконструкции домов старой застройки.

Рис.1. Схематический план и разрез жилого дома старой постройки с обозначением основных параметров типизации

Анализ данных, накопленных инженерами и строителями в процессе исследований, позволяет сделать следующие выводы:

1. Наиболее часто встречается двухпролетная схема жилых домов (с 1-й внутренней стеной), реже — трехпролетная (с 2-мя внутренними стенами). На долю этих схем приходится 53-54%, т.е. большая половина всех домов.

2. Расстояния «в свету» между несущими стенами составляет:

• в Москве от 4 до 7 м — 51 %; от 7 и более — 46‚9%;
• в Санкт-Петербурге от 4 до 7 м — 77‚1 %; от 7 и более — 16,7%.

3. Наиболее распространенные расстояния между осями наружных простенков:

• в Москве от 2 до 2,5 м — 80‚5%;
• в Санкт-Петербурге от 1,75 до 2,75 м — 87‚9%.

4. Наружные стены в своей верхней части, на уровне чердачного перекрытия, имеют толщину от 60 до 90 см, а внутренние стены — от 40 до 80 см.

5. Толщина перекрытий и полов составляет от 33 до 40 см (89,6%).

6. Высоты этажей также разнятся в больших пределах. Однако в Москве зданий с высотой этажей от 3 до 4 м — 93‚1%‚ а в Санкт-Петербурге — 84,3%.

Рассмотренные конструктивные характеристики жилых домов старой постройки должны быть положены в основу разработки индустриальных инженерных решений.

Пути дальнейшего повышения энергоэффективности зданий

Снижение энергопотребления в строительном секторе - проблема комплексная; тепловая защита отапливаемых зданий и ее контроль являются лишь частью, хотя и важнейшей, общей проблемы. Дальнейшее снижение нормируемых удельных расходов тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий за счет повышения уровня тепловой защиты на ближайшее десятилетие, по-видимому, нецелесообразно. Вероятно, это снижение будет происходить за счет ввода более энергоэффективных систем воздухообмена (режим регулирования воздухообмена по потребности, рекуперации теплоты вытяжного воздуха и пр.) и за счет учета управления режимами внутреннего микроклимата, например, в ночные часы. В связи с этим потребуется доработка алгоритма расчета расхода энергии в общественных зданиях.

Другая часть общей, пока не решенной проблемы - отыскание уровня эффективной тепловой защиты для зданий с системами охлаждения внутреннего воздуха в теплый период года. В этом случае уровень тепловой защиты по условиям энергосбережения может быть выше, чем при расчетах на отопление зданий.

Это означает, что для северных и центральных регионов страны уровень тепловой защиты может устанавливаться из условий энергосбережения при отоплении, а для южных регионов - из условия энергосбережения при охлаждении. По-видимому, целесообразно объединение нормирования расхода горячей воды, газа, электроэнергии на освещение и другие нужды, а также установление единой нормы по удельному расходу энергии здания.

В зависимости от типа нагрузок наружные стены делятся на:

- несущие стены - воспринимающие нагрузки от собственного веса стен по всей высоте здания и ветра, а также от других конструктивных элементов здания (перекрытий, кровли, оборудования, и т.д.);

- самонесущие стены - воспринимающие нагрузки от собственного веса стен по всей высоте здания и ветра;

- ненесущие (в том числе навесные) стены - воспринимающие нагрузки только от собственного веса и ветра в пределах одного этажа и передающие их на внутренние стены и перекрытия здания (типичный пример - стены-заполнители при каркасном домостроении).

Требования к различным типам стен существенно отличаются. В первых двух случаях очень важны прочностные характеристики, т.к. от них во многом зависит устойчивость всего здания. Поэтому материалы, используемые для их возведения, подлежат особому контролю.

Конструктивная система представляет собой взаимосвязанную совокупность вертикальных (стены) и горизонтальных (перекрытия) несущих конструкций здания, которые совместно обеспечивают его прочность, жесткость и устойчивость.

На сегодняшний день наиболее применяемыми конструктивными системами являются каркасная и стеновая (бескаркасная) системы. Следует отметить, что в современных условиях часто функциональные особенности здания и экономические предпосылки приводят к необходимости сочетания обеих конструктивных систем. Поэтому сегодня все большую актуальность приобретает устройство комбинированных систем.

Для бескаркасной конструктивной системы используют следующие стеновые материалы:

Деревянные брусья и бревна;

Керамические и силикатные кирпичи;

Различные блоки (бетонные, керамические, силикатные;

Железобетонные несущие панели 9панельное домостроение).

До недавнего времени бескаркасная система являлась основной в массовом жилищном строительстве домов различной этажности. Но в условиях сегодняшнего рынка, когда сокращение материалоемкости стеновых конструкций при одновременном обеспечении необходимых показателей теплозащиты является одним из самых актуальных вопросов строительства, все большее распространение получает каркасная система возведения зданий.

Каркасные конструкции обладают высокой несущей способностью, малым весом, что позволяет возводить здания разного назначения и различной этажности с применением в качестве ограждающих конструкций широкого спектра материалов: более легких, менее прочных, но в то же время обеспечивающих основные требования по теплозащите, звуко- и шумоизоляции, огнестойкости. Это могут быть штучные материалы или панели (металлические типа сэндвич либо железобетонные). Наружные стены в каркасных зданиях не являются несущими. Поэтому прочностные характеристики стенового заполнения не так важны, как в зданиях бескаркасного типа.

Наружные стены многоэтажных каркасных зданий посредством закладных деталей крепятся к несущим элементам каркаса или опираются на кромки дисков перекрытий. Крепление может осуществляться и посредством специальных кронштейнов, закрепляемых на каркасе.

С точки зрения архитектурной планировки и назначения здания, наиболее перспективным является вариант каркаса со свободной планировкой - перекрытия на несущих колоннах. Здания такого типа позволяют отказаться от типовой планировки квартир, в то время как в зданиях с поперечными или продольными несущими стенами это сделать практически невозможно.

Хорошо зарекомендовали себя каркасные дома и в сейсмически опасных районах.
Для возведения каркаса используются металл, дерево, железобетон, причем железобетонный каркас может быть как монолитный, так и сборный. На сегодняшний день наиболее часто используется жесткий монолитный каркас с заполнением эффективными стеновыми материалами.

Все большее применение находят легкие каркасные металлоконструкции. Возведение здания осуществляется из отдельных конструктивных элементов на строительной площадке; либо из модулей, монтаж которых производится на стройплощадке.

Данная технология имеет несколько основных достоинств. Во-первых, - это быстрое возведение сооружения (короткий срок строительства). Во-вторых, - возможность формирования больших пролетов. И наконец, - легкость конструкции, уменьшающая нагрузку на фундамент. Это позволяет, в частности, устраивать мансардные этажи без усиления фундамента.

Особое место среди металлических каркасных систем занимают системы из термоэлементов (стальных профилей с перфорированными стенками, прерывающими мостики холода).

Наряду с железобетонными и металлическими каркасами давно и хорошо известны деревянные каркасные дома, в которых несущим элементом является деревянный каркас из цельной или клееной древесины. По сравнению с рублеными деревянные каркасные конструкции отличаются большей экономичностью (меньше расход древесины) и минимальной подверженностью усадке.

Несколько особняком стоит еще один способ современного возведения стеновых конструкций - технология с применением несъемных опалубок. Специфика рассматриваемых систем заключается в том, что сами элементы несъемной опалубки не являются несущими. элементами конструкции. В процессе строительства сооружения, путем установки арматуры и заливки бетоном, создается жесткий железобетонный каркас, удовлетворяющий требованиям по прочности и устойчивости.

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 ? 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.