Конструктивные решения наружных и внутренних стен, междуэтажных перекрытий, фундаментов. Наружные стены для частного дома – выбор надежного проектного решениия К утепляющим конструктивным решениям каменных стен относятся
Облик фасадов зданий, в первую очередь, формируют стены. Поэтому каменные стены должны отвечать соответствующим эстетическим требованиям. Кроме того, стены подвергаются многочисленным силовым, влажностным и другим воздействиям: собственная масса, нагрузки от перекрытий и крыш, ветер, сейсмические толчки и неравномерная деформация оснований, солнечная радиация, переменная температура и атмосферные осадки, шум и др. Поэтому стены должны отвечать требованиям прочности, долговечности, огнестойкости, защищать помещения от неблагоприятных внешних воздействий, обеспечивать в них благоприятный температурно-влажностный режим для комфортного проживания и трудовой деятельности.
В комплекс конструкции стен часто входят заполнения проемов окон и дверей, другие конструктивные элементы, которые также должны отвечать указанным требованиям.
По степени пространственной жесткости здания с каменными стенами можно разделить на здания с жесткой конструктивной схемой, к которым относятся здания с частым расположением поперечных стен, т.е. преимущественно гражданские здания, и здания с упругой конструктивной схемой, к которым относятся одноэтажные производственные, складские и другие подобные здания (в них продольные стены имеют значительную высоту и большие расстояния между поперечными стенами).
В зависимости от назначения здания или сооружения, действующих нагрузок, этажности и других факторов каменные стены подразделяются:
- ? на несущие, воспринимающие все вертикальные и горизонтальные нагрузки;
- ? самонесущие, воспринимающие только собственную массу;
- ? ненесущие (фахверковые), в которых каменная кладка используется как заполнение панелей, образованных ригелями, раскосами и стойками каркаса.
Прочность каменных стен в большой степени зависит от прочности кладки:
где А - коэффициент, зависящий от прочности камня; R K - прочность камня; R p - прочность раствора.
В соответствии с этим, даже если прочность раствора будет равна О, кладка будет иметь прочность, равную 33% ее максимально возможной прочности.
Для обеспечения совместной работы и образования пространственной коробки стены обычно связывают друг с другом, с перекрытиями и каркасом при помощи анкеров. Поэтому устойчивость и жесткость каменных стен зависят не только от их собственной жесткости, но и от жесткости перекрытий, покрытий и других конструкций, которые обеспечивают опирание и закрепление стен по их высоте.
Стены бывают сплошными (без проемов) и с проемами. Сплошные стены без конструктивных элементов и архитектурных деталей называются гладкими. Различают следующие конструктивные элементы стен (рис. 7.1):
- ? пилястры - вертикальные выступы на поверхности стены прямоугольного сечения, служащие для членения плоскости стены;
- ? конфорсы - такие же выступы, увеличивающие устойчивость и несущую способность стены;
- ? пилоны - кирпичные или каменные столбы, служащие опорой перекрытия или оформляющие вход в здание;
- ? обрез кладки - место перехода по высоте от цоколя к стене;
- ? поясок - напуск ряда кладки в целях расчленения отдельных частей фасада здания по его высоте;
- ? сандрик - небольшой навес над проемами на фасаде здания;
- ? карниз - напуск нескольких рядов кладки (не больше 1 /3 кирпича в ряду);
- ? борозды - протяженные вертикальные или горизонтальные углубления в кладке для сокрытий коммуникаций;
- ? ниши - углубления в кладке, в которых располагают приборы отопления, электрические и другие шкафы;
- ? простенки - участки кладки, расположенные между соседними проемами;
- ? притолоки (четверти) - выступы кладки в наружной части стены и простенков для установки оконных и дверных заполнений;
- ? деревянные пробки (бобышки) - бруски, устанавливаемые в кладке для крепления оконных и дверных коробок.
Рис. 7.1. Конструктивные элементы стен: а - пилястры; б - контрфорсы; в - пилоны; г - обрез кладки; д - поясок; е - сандрик; ж - карниз; з - борозды; и - ниши; к - простенки; л - притолоки; м - деревянные пробки
Кладку стен ведут с обязательной перевязкой вертикальных швов. С наружной стороны стены ряды кладки могут чередоваться следующим образом:
- ? тычковые с тычковыми;
- ? ложковые с ложковыми;
- ? ложковые с тычковыми;
- ? тычковые со смешанными;
- ? одни смешанные.
На практике наибольшее распространение получили системы с чередующимися ложковыми и тычковыми рядами. Чем больше смежных ложковых рядов, тем кладка получается менее прочной (но и менее трудоемкой), так как увеличивается число продольных вертикальных рядов и уменьшается число кирпичей, которые подвергаются колке на части. Поэтому при выборе системы перевязки кладки ориентируются на эти показатели. Широкое распространение получили системы перевязки каменных стен, приведенные на рис. 7.2.
Рис. 7.2. Системы перевязки кладки каменных стен: а, б, в, г - однорядная, соответственно цепная, крестовая, голландская, готическая; д - двухрядная английская; е - двухрядная с вставными тычками; ж - трехрядная; з - пятирядная; и - разрез стены при пятирядной перевязке; к - разрез стены при однорядной перевязке
В таблице 3.2 приведена схема, показывающая зависимость и вариантность конструктивных решений и методов реконструкции старого жилого фонда. В практике реконструктивных работ, учитывающей физический износ несменяемых конструкций, используются несколько вариантов решений: без изменения конструктивной схемы и с ее изменением; без изменения строительного объема, с надстройкой этажей и пристройкой малых объемов.
Таблица 3.2
Первый вариант предусматривает восстановление здания без изменения строительного объема, но с заменой перекрытий, кровельной части и других конструктивных элементов. При этом создается новая планировка, отвечающая современным требованиям и запросам социальных групп жильцов. Реконструируемое здание должно сохранять архитектурный облик фасадов, а его эксплуатационные характеристики должны быть доведены до современных нормативных требований.
Варианты с изменением конструктивных схем предусматривают увеличение строительного объема зданий путем: пристройки объемов и расширения корпуса без изменения его высоты; надстройки без изменения габаритов в плане; надстройки несколькими этажами, пристройки дополнительных объемов с изменением габаритов здания в плане. Такая форма реконструкции сопровождается перепланировкой помещений.
В зависимости от расположения здания и его роли в застройке осуществляются следующие варианты переустройства: с сохранением жилых функций; с частичным перепрофилированием и полным перепрофилированием функций здания.
Реконструкция жилой застройки должна осуществляться комплексно, захватывая наряду с реконструкцией внутриквартальной среды ее озеленение, благоустройство и восстановление инженерных сетей и т.п. В процессе реконструкции производится пересмотр номенклатуры встроенных помещений в соответствии с нормативами обеспеченности населения учреждениями первичного обслуживания.
В центральных районах городов в реконструируемых зданиях могут располагаться встроенные общегородские и коммерческие учреждения периодического и постоянного обслуживания. Использование встроенных помещений превращает жилые дома в многофункциональные здания. Нежилые помещения размещаются в первых этажах домов, расположенных по красным линиям застройки.
На рис. 3.5 приведены конструктивно-технологические варианты реконструкции зданий с сохранением (а ) и с изменением (б ,в ) конструктивных схем, без изменения объемов и с их увеличением (надстройкой, пристройкой и расширением плановых габаритов зданий).
Рис. 3.5. Варианты реконструкции жилых зданий ранней постройки а - без изменения конструктивной схемы и строительного объема; б - с пристройкой малых объемов и превращением чердачного этажа в мансардный; в - с надстройкой этажей и пристройкой объемов; г - с пристройкой корпуса к торцевой части здания; д, е - с обстройкой зданий; ж - с пристройкой объемов криволинейных форм
Особое место при реконструкции центров городской застройки должно отводиться рациональному освоению подземного, примыкающего к зданиям пространства, которое может быть использовано в качестве торговых центров, автостоянок, малых предприятий и т.п.
Основным конструктивно-технологическим приемом реконструкции зданий без изменения расчетной схемы является сохранение несменяемых конструкций наружных и внутренних стен, лестничных клеток с устройством перекрытий повышенной капитальности. При значительной степени износа внутренних стен в результате частых перепланировок с устройством дополнительных проемов, переносом вентиляционных каналов и т.п. реконструкция осуществляется путем устройства встроенных систем с сохранением только наружных стен как несущих и ограждающих конструкций.
Реконструкция с изменением строительного объема предусматривает устройство встроенных несменяемых систем с самостоятельными фундаментами. Это обстоятельство позволяет осуществлять надстройку зданий несколькими этажами. При этом конструкции наружных и в ряде случаев внутренних стен освобождаются от нагрузок вышележащих этажей и превращаются в самонесущие ограждающие элементы.
При реконструкции с уширением здания возможны конструктивно-технологические варианты частичного использования существующих фундаментов и стен в качестве несущих с перераспределением нагрузок от надстраиваемых этажей на выносные элементы зданий.
Принципы реконструкции зданий поздней постройки (1930-40-е гг.) диктуются более простой конфигурацией домов секционного типа, наличием перекрытий из мелкоштучных железобетонных плит или деревянных по балкам, а также меньшей толщиной наружных стен. Основные приемы реконструкции состоят в пристройке лифтовых шахт и других малых объемов в виде эркеров и вставок, надстройке этажей и мансард, устройстве выносных малоэтажных пристроек административного, коммерческого или хозяйственного назначения.
Повышение комфортности квартир достигается за счет полной перепланировки с заменой перекрытий, а увеличение объема здания в результате надстройки обеспечивает повышение плотности застройки квартала.
Наиболее характерными приемами реконструкции зданий данного типа являются замена перекрытий на сборные или монолитные конструкции с полной перепланировкой, а также дополнительная надстройка 1-2 этажами. При этом надстройка зданий производится в случаях, когда состояние фундаментов и стенового ограждения обеспечивает восприятие изменившихся нагрузок. Как показал опыт, постройки данного периода позволяют осуществлять надстройку до двух этажей без усиления фундаментов и стен.
В случае увеличения высоты надстройки используются встроенные строительные системы из сборных, сборно-монолитных и монолитных конструкций.
Использование встроенных систем позволяет реализовать принцип создания больших перекрываемых площадей, способствующих реализации гибкой планировки помещений.
Стена состоит из внутреннего (несущего) и наружного (самонесущего) слоёв кирпича плотностью 1800кг/м 3 , между которыми укладываются эффективные теплоизоляционные плиты толщиной 100,150,200 и 250мм.
Наружный слой кладки толщиной 120мм, по этажно, соединяются гибкими связями с внутренним слоем, толщиной от 250 до 640мм, определяемой по расчёту.
Для восприятия нагрузки от наружного слоя стены и утеплителя предусматриваются следующие конструктивные решения:
Перекрытия продлеваются до наружного слоя фасадной стены с устройства шпонок для пропуска утеплителя;
Установка специальных керамзитных балочек с операнием их на поперечные несущие стены, если здание имеет поперечно-стеновую систему;
Устройством керамзитобетонной рамки, заделанной в несущий слой (при продольно-стеновой системе).
В слоистой конструкций при выборе типа утеплителя следует учитывать, что материал должен быть не горючим, водоотталкивающим и иметь плотность не более 150кг/м 3 .
Обычно используются минеральные, стекловатные плиты, негорючий пенапалестерол.
В современных конструктивных решениях зданий иногда применяют комбинированную строительную систему: - кирпичные наружные (сплошной и эффективной кладки), стены в сочетании с внутренними несущими стенами из сборных железобетонных панелей.
Все связи между стенами осуществляют при помощи стальных анкеров, стержней, закладных деталей
1/4=65мм – перегородка для ванной и туалетов
1/2=120мм – перегородка межкомнатная
1=250мм – самонесущая стена
1,5=380 мм – несущая стена либо стена с вентканалами
2,5=640мм наружная стена (старого образца)
Тема: Конструкций зданий со стенами ручной кладки.
Кирпичная кладка – называют способ размещения кирпичей в кладке стены с тем или иным чередованием ложковых или тычковых рядов для достижения перевязки швов.
Рисунок 1.Расположение кирпичей в кирпичной стене:
а - стандартный кирпич, б - ложковый ряд, в - тычковый ряд,1-тычок,2-постель кирпича,3-ложок
Каменные стены зданий возводят из глиняного и силикатного кирпича, керамических блоков, искусственных и естественных камней правильной формы. Каменные стены возводят укладкой строго горизонтальных рядов кирпича, или камней по слою известкового, известково-песчаного цементного или цементно-песчаного раствора с взаимной перевязкой вертикальных швов. Различают камни для, одноручной, кладки кирпича массой до 4,5кг и камни для, двуручной, кладки – керамические пустотелые камни плоскостью до 1400кг, м 3 . Легкобетонные сплошные и пустотелые плотностью до 1200кгмз, из бетона, пенобетона плотностью до 600кг/м 3 , камни для, двуручной, кладки имеют массу 16-18кг.
Рисунок 3 Стены
а - из утолщенного кирпича; б - из пустотелого кирпича; в- из керамического камня
Для обеспечения высокой производительности труда сплошную кладку ведут преимущественно шести рядной (пять ложковых и один перевязочный ряд). При необходимости повышения прочности применяют двух рядную (цепную) кладку, в которой перевязка швов осуществляется в каждом ряду.
Рисунок 3.Система перевязки кирпичной кладки
а – цепная (однорядная); б - многорядная; 1-кирпич тычкового ряда; 2-кирпич ложкового ряда
Кладку стен из искусственных и природных камней выполняют двух или трёх рядной (два лажковых и один тычковый ряд) кладкой.
Для того, что бы улучшить технико-экономические и теплотехнические показатели, кирпичные стены выполняют из эффективных облегчённых кладок, в которых часть кирпича внутренней стены заменена монолитным лёгким бетоном.
Рисунок 4.Конструкции облегчённых кирпичных стен:
а, б - кирпично-бетонные, с заполнителем из лёгкобетонной массы; в - с термовкладишами из готовых камней
из лёгкого или ячеистого бетона
Стены облегчённой кладки представляет собой трёхслойную конструкцию из двух продольных стенок толщиной 1,2 кирпича и утеплителя между ними.
В облегчённой кладке возводят малоэтажные здания или верхние три-пять этажей многоэтажных.
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.
Дата публикации: 12 Января 2007 года
Предлагаемая вашему вниманию статья посвящена конструкции наружных стен современных зданий по показателям их теплозащиты и внешнему виду.
Рассматривая современные здания, т.е. здания, которые существуют в настоящее время, следует их разделять на здания, спроектированные до и после 1994 г. Отправной вехой в изменении принципов конструктивного решения наружных стен в отечественных зданиях является приказ Госстроя Украины № 247 от 27.12.1993 г., которым устанавливались новые нормативы по теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. В дальнейшем приказом Госстроя Украины № 117 от 27.06.1996 г. были введены поправки в СНиП II -3-79 «Строительная теплотехника», которые установили принципы проектирования теплоизоляции новых и реконструируемых жилых и общественных зданий.
После шести лет действия новых норм уже не возникают вопросы об их целесообразности. Годы практики показали, что был сделан правильный выбор, который, в то же время, требует тщательного многостороннего анализа и дальнейшего своего развития.
У зданий, спроектированных до 1994 г. (к сожалению, строительство зданий по старым теплоизоляционным нормативам встречается и до сих пор), наружные стены выполняют и несущие, и ограждающие функции. Причем несущие характеристики обеспечивались при достаточно незначительных толщинах конструкций, а выполнение ограждающих функций требовало существенных материальных затрат. Поэтому удешевление строительства шло по пути априори низкой энергоэффективности в силу известных причин для богатой энергоносителями страны. Эта закономерность относится в равной степени как к зданиям с кирпичными стенами, так и к зданиям из крупноразмерных бетонных панелей. В тепловом отношении различия между этими зданиями заключались только в степени термической неоднородности наружных стен. Стены из кирпичной кладки можно рассматривать как достаточно однородные в термическом отношении, что является преимуществом, так как равномерное температурное поле внутренней поверхности наружной стены - это один из показателей теплового комфорта. Однако для обеспечения теплового комфорта необходимо, чтобы абсолютное значение температуры поверхности было достаточно высоким. А для наружных стен зданий, созданных по нормативам до 1994 г., максимальной температурой внутренней поверхности наружной стены при расчетных температурах внутреннего и наружного воздуха могло быть только 12°С, что для условий теплового комфорта недостаточно.
Внешний вид стен из кирпичной кладки также оставлял желать лучшего. Это обусловлено тем, что отечественные технологии изготовления кирпича (и глиняного, и керамического) были далеки от совершенства, в результате и кирпич в кладке имел разные опенки. Несколько лучше выглядели здания из силикатного кирпича. В последние годы в нашей стране появился кирпич, изготовленный по всем требованиям современных мировых технологий. Это относится к Кор-чеватскому заводу, где выпускают кирпич с прекрасным внешним видом и относительно хорошими теплоизоляционными характеристиками. Из таких изделий можно строить здания, внешний вид которых не будет уступать зарубежным аналогам. Многоэтажные здания в нашей стране в основном строились из бетонных панелей. Для этого типа стен характерна существенная термическая неоднородность. В однослойных керамзито-бетонных панелях термическая неоднородность обусловлена наличием стыковых соединений (фото 1). Причем на ее степень, кроме конструктивного несовершенства, еще существенно влияет так называемый человеческий фактор - качество уплотнения и утепления стыковых соединений. А так как это качество в условиях советской стройки было низким, то и стыки протекали и промерзали, преподнося жителям все «прелести» сырых стен. Кроме того, повсеместное несоблюдение технологии изготовления керамзито-бетона приводило к повышенной плотности панелей и низкой их теплоизоляции.
Не
намного лучше обстояли дела и в зданиях с трехслойными панелями. Так
как ребра жесткости панелей обуславливали термическую неоднородность
конструкции, проблема стыковых соединений оставалась актуальной.
Внешний вид бетонных стен был крайне непритязателен (фото 2) - цветных
бетонов у нас не было, а краски были не надежны. Понимая эти проблемы,
архитекторы пытались придать разнообразие зданиям за счет нанесения
плитки на наружную поверхность стен. С точки зрения законов
тепломассообмена и циклических температурно-влажностных воздействий
такое конструктивно-архитектурное решение является абсолютным
нонсенсом, что и подтверждается внешним видом наших домов. При
проектировании
после 1994 г. определяющей стала энергоэффективность
сооружения и его элементов. Поэтому пересмотрены сложившиеся принципы
проектирования зданий и их ограждающих конструкций. В основу
обеспечения энергоэффективности положено строгое соблюдение
функционального назначения каждого элемента конструкции. Это относится
как к зданию в целом, так и к ограждающим конструкциям. В практику
отечественного строительства уверенно вошли так называемые
каркасно-монолитные здания, где прочностные функции выполняет
монолитный каркас, а наружные стены несут только ограждающие (тепло- и
звукоизоляционные) функции. В то же время сохранились и успешно
развиваются конструктивные принципы зданий с несущими наружными
стенами. Последние решения интересны еще и тем, что они полностью
применимы для реконструкции тех зданий, которые были рассмотрены в
начале статьи и которые повсеместно требуют реконструкции.
Конструктивным принципом наружных стен, которые в одинаковой мере могут применяться для строительства новых зданий и для реконструкции существующих, является сплошное утепление и утепление с воздушной прослойкой. Эффективность данных конструктивных решений определяется оптимальным подбором теплофизических характеристик многослойной конструкции - несущей или самонесущей стены, утеплителя, фактурных слоев, наружного отделочного слоя. Материал основной стены может быть любым и определяющие требования к нему -прочностные и несущие.
Теплоизоляционные характеристики в этом решении стены полностью описываются теплопроводностью утеплителя, в качестве которого используются пенополистирол ПСБ-С, минераловатные плиты, пенобетон, керамические материалы. Пенополистирол - теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, долговечный и технологичный при утеплении. Его производство налажено на отечественных заводах (комбинаты «Стироль» в Ирпене, заводы в Горловке, Житомире, Буче). Основной недостаток - материал горюч и по отечественным пожарным нормам имеет ограниченное применение (для малоэтажных зданий, или же при наличии значительной защиты из негорючей облицовки). При утеплении наружных стен многоэтажных зданий к ПСБ-С предъявляются еще и определенные требования по прочности: плотность материала должна быть не менее 40 кг/м3.
Минераловатные плиты - теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, долговечный, технологичный при утеплении, отвечает требованиям отечественных пожарных норм для наружных стен зданий. На рынке Украины, как и на рынках многих других стран Европы, применяются минераловатные плиты концернов ROCKWOOL, PAROC, ISOVER и др. Характерной особенностью этих фирм является широкая палитра производимых изделий - от мягких плит до жестких. При этом каждое наименование имеет строго адресное назначение - для утепления кровли, внутри стен, фасадное утепление и пр. Например, для фасадного утепления стен по рассматриваемым конструктивным принципам фирма ROCKWOOL выпускает плиты «FASROCK», а фирма PAROC -плиты L-4. Характерной особенностью этих материалов является их высокая формоустойчивость, что особенно важно при утеплении с вентилируемой воздушной прослойкой, низкая теплопроводность и гарантированное качество изделий. По теплопроводности эти минера-ловатные плиты за счет своей структуры не хуже пенополистирола (0,039-0,042 ВтДмК). Адресное изготовление плит обуславливает эксплуатационную надежность утепления наружных стен. Совершенно не приемлемо применение для рассматриваемых конструктивных вариантов матов или мягких минераловатных плит. К сожалению, в отечественной практике встречаются решения утепления стен с вентилируемой воздушной прослойкой, когда в качестве утеплителя используют минераловатные маты. Тепловая надежность подобных изделий вызывает серьезные опасения, и факт достаточно широкого их применения может объясняться только отсутствием в Украине системы ввода в эксплуатацию новых конструктивных решений. Важным элементом в конструкции стен с фасадным утеплением является наружный защитно-декоративный слой. Он не только определяет архитектурное восприятие здания, но и обуславливает влажностное состояние утеплителя, являясь одновременно защитой от атмосферных воздействий и для сплошного утепления элементом удаления парообразной влаги, попадающей в утеплитель под воздействием сил тепло- массообмена. Поэтому особое значение приобретает оптимальный подбор: утеплитель - защитно-отделочный слой.
Выбор защитно-отделочных слоев определяется прежде всего экономическими возможностями. Фасадное утепление с вентилируемой воздушной прослойкой в 2-3 раза дороже, чем сплошное утепление, что определяется уже не энергоэффективностью, так как слой утеплителя в обоих вариантах один и тот же, а стоимостью защитно-отделочного слоя. При этом в общей стоимости системы утепления цена непосредственно утеплителя может составлять (особенно для вышеуказанных некорректных вариантов применения дешевых неплитных материалов) всего 5-10%. Рассматривая фасадное утепление, нельзя не остановиться на утеплении помещений изнутри. Таково уж свойство нашего народа, что во всех практических начинаниях, не взирая на объективные законы, он ищет неординарных путей, будь-то социальные революции или строительство-реконструкция зданий. Внутреннее утепление привлекает всех своей дешевизной - затраты только на утеплитель, а его выбор достаточно широкий, так как нет необходимости в строгом соответствии критериям надежности, следовательно, стоимость утеплителя уже будет не высока при тех же теплоизоляционных показателях, отделка минимальна - любой листовой материал и обои, трудозатраты минимальны. Снижается полезный объем помещений - это мелочи по сравнению с постоянным тепловым дискомфортом. Эти доводы были бы хороши, если бы подобное решение не противоречило закономерностям формирования нормального тепловлажностного режима конструкций. А нормальным этот режим можно назвать только при условии ненакопления в нем влаги в холодный период года (длительность которого для Киева составляет 181 сутки -ровно половина года). При невыполнении этого условия, то есть при конденсации парообразной влаги, которая попадает в наружную конструкцию под действием сил тепло- массообмена, в толще конструкции происходит намокание материалов конструкции и, прежде всего, теплоизоляционного слоя, теплопроводность которого при этом увеличивается, что вызывает еще большую интенсивность дальнейшей конденсации парообразной влаги. Результат - потеря теплоизоляционных свойств, образование плесени, грибков и прочие неприятности.
На графиках 1, 2 представлены характеристики тепловлажностного режима стен при их внутреннем утеплении. В качестве основной стены рассмотрена керамзитобетонная стена, в качестве теплоизолирующих слоев - наиболее часто применяемые пенобетон и ПСБ-С. Для обоих вариантов наблюдается пересечение линий парциального давления водяного пара е и насыщенного водяного пара Е, что сигнализирует о возможности конденсации паров уже в зоне пересечения, которая находится на границе утеплитель - стена. К чему приводит такое решение на уже эксплуатируемых зданиях, где стены находились в неудовлетворительном тепловлажностном режиме (фото 3) и где попытались подобным решением этот режим улучшить, видно на фото 4. Совершенно иная картина наблюдается при перемене мест слагаемых, то есть размещении слоя утеплителя на фасадной стороне стены (график 3).
График №1
График №2
График №3
Необходимо отметить, что ПСБ-С является материалом с закрытопористой структурой и с низким коэффициентом паропроницаемости. Однако и для такого вида материалов, как и при использовании минераловатных плит (график 4), создаваемый при утеплении механизм термовла-гопереноса обеспечивает нормальное влажностное состояние утепляемой стены. Таким образом, если и приходится выбирать внутреннее утепление, а это может быть для зданий с архитектурной ценностью фасада, необходимо тщательно оптимизировать состав теплоизоляции, чтобы избежать или хотя бы минимизировать последствия режима.
График №4
Стены зданий колодцевой кирпичной кладки
Теплоизолирующие свойства стен определяются слоем утеплителя, требования к которому в основном обуславливаются его теплоизоляционными характеристиками. Прочностные свойства утеплителя, его устойчивость к атмосферным воздействиям для такого типа конструкций не играют определяющую роль. Поэтому в качестве утеплителя могут использоваться плиты ПСБ-С плотностью 15-30 кг/м3, минераловатные мягкие плиты и маты. При проектировании стен такой конструкции необходимо обязательно рассчитывать приведенное сопротивление теплопередаче, учитывающее влияние сплошных кирпичных перемычек на интегральный тепловой поток через стены.
Стены зданий каркасно-монолитной схемы .
Характерной особенностью этих стен является возможность обеспечения относительно равномерного температурного поля на достаточно большой площади внутренней поверхности наружных стен. В то же время несущие колонны каркаса являются массивными теплопроводными включениями, что обуславливает необходимость обязательной проверки соответствия температурных полей нормативным требованиям. Наиболее распространено в качестве наружного слоя стен данной схемы использование кирпичной кладки в четверть кирпича, 0,5 кирпича или в один кирпич. При этом используется качественный импортный или отечественный кирпич, что придает зданиям привлекательный архитектурный облик (фото 5).
С точки зрения формирования нормального влаж-ностного режима наиболее оптимальным является применение наружного слоя в четверть кирпича, однако это требует высокого качества как самого кирпича, так и работы по устройству кладки. К сожалению, в отечественной практике для многоэтажных зданий не всегда может обеспечиваться надежная кладка даже в 0,5 кирпича, и потому в основном используется наружный слой в один кирпич. Такое решение уже требует тщательного анализа тепловлажностного режима конструкций, только после которого можно принимать вывод о жизнеспособности конкретной стены. В качестве утеплителя в Украине широко используется пенобетон. Наличие вентилируемой воздушной прослойки позволяет удалять влагу из слоя утеплителя, что гарантирует нормальный тепловлажностный режим конструкции стены. К недостаткам этого решения следует отнести то, что в теплоизоляционном отношении совершенно не работает внешний слой в один кирпич, наружный холодный воздух напрямую обмывает утеплитель из пенобетона, что обуславливает необходимость предъявления высоких требований к его морозостойкости. Учитывая то, что для теплоизоляции следует использовать пенобетон плотностью 400 кг/м3, а в практике отечественного производства часто наблюдается нарушение технологии, и пенобетон, используемый в таких конструктивных решениях, имеет фактическую плотность выше указанной (до 600 кг/м3), данное конструктивное решение требует тщательного контроля при монтаже стен и при приемке здания. В настоящее время разработаны и находятся в
стадии предзавод-ской готовности (строится производственная линия) перспективные тепло- звукоизоляционные и, одновременно, отделочные материалы, которые могут применяться в конструкциях стен зданий каркасно-монолитной схемы.К таким материалам относятся плиты и блоки на основе керамического минерального материала «Сиолит». Очень интересным решением конструкций наружных стен является светопрозрачная изоляция. При этом формируется такой тепловлажностный режим, при котором отсутствует конденсация паров в толще утеплителя, а светопрозрачная изоляция является не только тепловой изоляцией, но и источником теплоты в холодный период года.
