2.2.2.5. Панельные стены

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; панель-но-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 опира-нием 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 сте­

388

пенью 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.

Стык между панелями сборных наружных стен является од­ним из важнейших элементов, определяющим качество наружной стены в период эксплуатации, а также ее долговечность. Опыт крупнопанельного строительства показал, что недооценка комп­лексных физико-технических аспектов работы стыкового соеди­нения приводит к ощутимым потерям.

Для панелей наружных стен в настоящее время применяются два типа стыков: закрытый и открытый (рис. 2.15).

Наибольшее распространение в индустриальном домостроении получили закрытые стыки, принцип работы которых заключается в обеспечении водо- и воздухонепроницаемости их с внешней сто­роны.

Конфигурация устья закрытых вертикальных стыков обычно принимается одинаковой независимо от вида материала стены; в горизонтальных стыках она может быть разной. В однослойных и двухслойных легкобетонных стенах, а также в однослойных стенах с экраном на относе применяют плоский горизонтальный стык, в

394

^{Рис. 2.15. Горизонтальные (д), вертикальные закрытые (б) и открытые (в)}

^{стыки наружных крупнопанельных стен:}

/ — панель наружной стены; 2 — защитное покрытие (цементный раствор или полимерный состав); 3 — герметизирующая мастика; 4—панель верхнего этажа; 5—прокладка из гернита или пороизола; 6— слой раствора; 7 — междуэтажное перекрытие; 8— утепляющий пакет из минеральной ваты или пенополистирола; 9 — слой рубероида; 10 — монолитный бетон; // — панель внутренней стены; 12 — водоотбойная лента; 13 — декомпресслонная полость;

14— водоотбойная лента, зажатая фартуком; 15 — оцинкованный фартук

который вводится водозащитный гребень высотой не менее 80 мм. Водозащитный гребень в однослойных легкобетонных стенах часто не выполняет своих функций, так как в нем в процессе транспор­тировки и монтажа возникает большое число трещин и сколов, особенно в месте расположения монтажных петель.

Легкий бетон панелей наружных стен различных типов в устье стыка на всю глубину зоны герметизации должен иметь плотную структуру или быть защищен гидрофобизующим соста­вом. Кроме того, устья стыков покрывают гидроизолирующими мастиками или клеями типа КН-2, КН-3.

396

Для обеспечения правильной установки герметиков в устье стыков предусматривают бетонные выступы (компенсаторы), ко­торые исключают возможность полного смыкания наружных па­нелей.

Дальнейшим развитием конструкции закрытого стыка являет­ся дренированный стык, в котором устроены водоотводящие от­верстия, фартуки в местах пересечения вертикальных и горизон­тальных стыков, а также декомпрессионная полость в канале вертикального стыка. Дренированные стыки позволяют исклю­чить одну из причин протечек закрытых стыков — накопление воды в полости стыка из-за неплотности герметизации.

В вертикальных стыках открытого типа с наружной стороны устанавливают водоотбойную ленту из алюминиевых сплавов или полимерных материалов, а с внутренней — устраивают расширен­ную полость для утепления и замоноличивания. Изнутри стык оклеивается изоляцией.

В вертикальном стыке имеются: устье, паз с водоотбойной лентой, декомпрессионная полость (пространство между водоот­бойной лентой и утеплителем) и грунтовочное покрытие; в гори­зонтальном стыке — устье, водозащитный гребень, «зуб» панели и грунтовочное покрытие.

В пересечении вертикального и горизонтального стыков — «крестовине» водозащитные функции выполняет алюминиевый слив.

Устье обеспечивает отвод до 80% дождевой воды, остальную воду отводит алюминиевая гофрированная лента. Алюминиевый слив обеспечивает поэтажный отвод воды. Декомпрессионная по­лость выравнивает давление по обе стороны водоотбойной ленты.

Тип стыка и виды герметиков выбирают в зависимости от конструкции и материала наружных панелей, а также района строительства.

Двухслойные стеновые панели широко применялись в бескар­касных и каркасных зданиях.

В качестве примера можно привести самонесущие двухслой­ные стеновые панели, применявшиеся в каркасных зданиях, по­строенных в седьмом квартале Ново-Песчаных улиц в г. Москве.

Панель состоит из железобетонной плиты толщиной 30 мм с ребрами, обращенными внутрь, утеплящего слоя из газобетона толщиной 260 мм и внутреннего отделочного слоя из цементного раствора толщиной 10 мм. Снаружи панель облицована керамиче­скими плитками толщиной 20 мм. Общая толщина простеночной панели составляет 320 мм. Толщина межоконных панелей-вставок 220 мм при толщине газобетона 160 мм. Панели крепили к плитам перекрытий соединительными стальными крюками, которые при­

401

варивали к подъемным петлям панелей. Крепежные стальные де­тали замоноличивали легким бетоном.

Трехслойная стеновая несущая панель, изготавливаемая кас­сетным способом, состоит из железобетонной плиты толщиной 50 мм, располагаемой с внутренней стороны стены, утеплителя из двух слоев полужестких минеральных плит толщиной 120—150 мм (в зависимости от климатического района) и наружной желе­зобетонной плиты толщиной 40 мм. Плиты соединяли между со­бой вертикальными тонкими железобетонными или легкобетон­ными армированными ребрами.

Трехслойные наружные стеновые панели, изготовленные спо­собом вибропроката, скомплектованы из двух прокатных ребри­стых железобетонных скорлуп, между которыми размещен утеп­литель из двух слоев полужестких минераловатных плит толщиной 50 мм каждый. Внутренние стеновые панели отлича­ются от наружных тем, что в них отсутствует утепляющий слой.

Железобетонные ребристые скорлупы имеют ребра высотой 70 мм, расположенные в двух взаимно перпендикулярных на­правлениях с шагом 300 мм и плиту толщиной от 15 до 40 мм.

По технологическим условиям плита скорлуп выполнялась неармированной, арматура в виде перекрестных сварных карка­сов размещается только в ребрах. Связь между двумя скорлупами одной панели осуществлялась при помощи сварки стальных на­кладок и закладных деталей в ребрах скорлуп. Стальные связи панелей защищались от коррозии покрытием антикоррозионным составом.

Прокатные панели отличались высоким качеством лицевой поверхности и точностью геометрических размеров.

На рис. 2.16, а показана деталь вертикального стыка прокат­ных стеновых панелей, а на рис. 2.16, б — деталь крепления па­нелей торцовой стены к перекрытию.

В широких масштабах осуществлялось экспериментальное строительство крупнопанельных жилых домов с тонкостенными виброкирпичными панелями, изготовление которых рекомендо­валось производить в специальных цехах или на кирпичных за­водах.

Такие панели, имеющие легкое армирование, изготавливались на горизонтальном стенде с применением вибрирования, которое значительно улучшало заполнение швов. В результате панель приобретала новые качества: получался материал, имеющий большую прочность, чем обычная кладка. Виброкирпичные сте­новые панели, благодаря высокой прочности, были тонкими (толщиной в 1 и 0,5 кирпича), причем кладка выполнялась без перевязки швов и с использованием половняка.

406

^{Рис. 2.16. Трехслойная стеновая панель, изготавливаемая вибропрокатным}

^{методом:}

а — деталь вертикального стыка наружных панелей; б — деталь крепления панелей торцевой стены к перекрытию; / — раствор, 2— конопатка; 3— минераловатные плиты; 4 — монтажные связи; 5—нижняя скорлупа перекрытия (верхняя скорлупа условно не показана); 6— торце­вая наружная панель

Виброкирпичные стеновые панели использовали в качестве несущих элементов для наружных и внутренних стен жилых зда­ний высотой не более пяти этажей.

Наибольший экономический эффект достигался при исполь­зовании виброкирпичных панелей в зданиях с несущими попе­речными стенами.

Конструктивное решение виброкирпичных панелей наружных стен в значительной мере определяется типом применяемого утеплителя.

При наличии мягких утеплителей, например минераловатных плит, панели изготавливали трехслойными, состоящими из двух стенок толщиной 0,25 кирпича с утеплителем по середине. Эти панели применяли в зданиях высотой не более трех этажей.

Необходимо иметь в виду, что домам из виброкирпичных па­нелей свойственней и ряд недостатков: нетехнологичность изго­товления панелей, основанная, главным образом, на применении ручного труда, резкое снижение несущей способности при нали­

408

чии эксцентриситета в передаче нагрузок от несущих панелей верхних этажей на нижерасположенные панели.

В настоящее время в соответствии с (прилож. 1, п. 8) преду­смотрено значительное возрастание приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Для стен жилых зданий этот показатель увеличивается в 3,0—3,5 раза. По теплотехниче­ским и экономическим критериям наружные стены сплошной (од­нородной) конструкции, в том числе легкобетонные, кирпичные, деревянные и ячеистобетонные не в полной мере соответствуют этим нормам. Поэтому независимо от основного строительного материала стены ее конструкция должна быть, как правило, мно­гослойной с использованием эффективного утеплителя.

Практика показала, что эффективным может считаться утеп­литель, теплопроводность которого не превышает 0,09 Вт/(м*К). Для вновь строящихся зданий можно применять утеплители как на минеральной, так и на синтетической основе. Для панельных конструкций по новым теплотехническим требованиям в полной мере соответствуют только трехслойные панели с гибкими свя­зями или в отдельных случаях с железобетонными шпонками. Трехслойные панели с гибкими связями толщиной 450 мм име­ют приведенное сопротивление теплопередаче в случае исполь­зования тяжелого бетона до 4,0 (м²*К)/Вт.

Существенно меняется конструкция наружных стен из кирпи­ча. Так, колодцевая кладка кирпичных стен толщиной 770 мм при

использовании утеплителя с X = 0,04 Вт/(м-К) обеспечивает терми­ческое сопротивление теплопередаче не более 2,85 (м²*К)/Вт, что может быть недостаточно для разных регионов страны.

Проблему утепления стен существующих зданий технически решают путем их утепления с наружной или с внутренней сторо­ны. Более целесообразно и экономичнее утепление снаружи зда­ния, позволяющее увеличивать возрастание теплоаккумулирующей способности массивной части стены. Например, при наружной теплоизоляции кирпичных стен они при отключении источника тепла остывают в шесть раз медленнее, чем с внутренней тепло­изоляцией такой же толщины. Из этого следует, что в первую оче­редь нужно обеспечивать хорошую теплоизоляцию наружной час­ти конструкции.

Переход на новые теплотехнические нормативы позволяет при небольшом удорожании стоимости ограждающих конструк­ций экономить от 30 до 60% тепла. Наиболее экономичным яв­ляется вариант утепления с оштукатуриванием фасадной поверх­ности; при утеплении и облицовке фасада кирпичом стоимость возрастает до 30%, а устройство «вентилируемых» фасадов обхо­дится еще дороже.

414

За счет экономии тепла увеличение единовременных затрат во вновь строящихся зданиях окупается в течение 7—8 лет, а в существующих домах — 12—15 лет.

2.2.3. Встроенный каркас зданий с массивными

стенами

В зданиях с несущими внутренними стенами концы балок пе­рекрытий опираются на эти стены. При замене внутренних стен кирпичными столбами, либо металлическими колоннами для под­держания внутренних концов балок перекрытий по столбам, либо по колоннам укладывают прогоны.

Устойчивость столбов и колонн обеспечивается надежной связью в плоскости перекрытия со стенами через металлические балки перекрытий. При деревянных балках столбы или колонны в одном направлении связывали металлическими прогонами, а в перепендикулярном направлении ставили специальные балки.

Внутренний каркас может быть трех типов; 1) со столбами из каменной кладки (кирпича или бетонных камней); 2) монолит­ный железобетонный; 3) сборный индустриальный — с опорами из стали, чугуна, сборного железобетона или дерева.

Каркас с опорами из каменной кладки. Устройство кирпичных столбов выполнялось в зданиях с кирпичными и мелкоблочными стенами высотой до шести этажей ввиду их небольшой несущей способности.

Расстановка кирпичных столбов в плане в значительной мере определялась их несущей способностью; в зданиях шириной 10—11 м кирпичные столбы ставили в один ряд.

В зданиях шириной более 11 м кирпичные столбы обычно располагали в два ряда, что связано с уменьшением на них на­грузки.

В каркасе с кирпичными столбами применяли стальные про­гоны, преимущественно двутавровые; разрезной и неразрезной конструкции; железобетонные как с жесткой, так и с гибкой ар­матурой, деревянные.

В многоэтажных кирпичных столбах металлические прогоны опирались обычно либо на металлическую пластину, либо на же­лезобетонную подкладную плиту. Опорная часть металлического прогона на кирпичном столбе бетонировалась, сам прогон по требованиям пожарных норм оштукатуривался (рис. 2.17).

Деревянные прогоны применяли в основном в жилых домах строительства 20-х — начала 30-х гг. прошлого столетия.

Опирание на кирпичные столбы деревянных прогонов в основном осуществлялось с помощью консолей, либо в виде же-

419

Рис. 2.17. Конструкция оттирания прогона на кирпичную колонну:

а — металлического прогона; б — деревянного прогона, У —кирпичная колонна, 2 — металли­ческий прогон, 3 — подкладная железобетонная плита; 4 — металлическая сетка; 5—штука­турка; 6 — металлический каркас; 7— многопустотная железобетонная плита; 8 — наружная (внутренняя) кирпичная стена, 9 — деревянный прогон; 10— деревянная балка, 11 — железо­бетонная (металлическая) подкладная плита, 12 — клин

лезобетонных плит, либо в виде отрезков швеллеров плашмя при прогоне из простых брусьев, а также из двух неравнобоких угол­ков при более мощных прогонах. Для создания необходимой связи концы прогона сквозь столб соединялись между собой от­резками полосового железа, а в зазор между столбом и торцом прогона забивался клин, чтобы прогоны служили распоркой между столбами и стенами.

Монолитный железобетонный каркас. Железобетонные колон­ны представляют собой столбы круглого, квадратного или прямо­угольного сечения с гибкой или жесткой арматурой. Для железо­бетонных колонн с гибкой арматурой использовали стержни диаметром 16—25 мм, связанные между собой через 20—25 см

421

хомутами диаметром 6—8 мм. Расстояние между колоннами мо­нолитного железобетонного каркаса определялось, кроме плани­ровочных соображений, экономичным пролетом прогонов и на­значалось в пределах 450—550 см. При обычной ширине гражданских зданий чаще использовали вариант устройства ко­лонн в два ряда.

При монолитных колоннах выполнялись монолитные прого­ны с гибкой или жесткой арматурой.

Сборный железобетонный каркас. С переходом на индустриаль­ное сборное строительство при капитальном ремонте старых жи­лых домов и в новом строительстве использовали встроенный железобетоный каркас. В новом строительстве использовали как полный встроенный каркас, так и неполный. При капитальном ремонте в основном применялся неполный встроенный каркас.

Пространственная жесткость здания при неполном каркасе обеспечивалась совместной работой существующих капитальных стен с каркасом и настилами перекрытия, для чего предусматри­вались: анкеровка прогонов на колоннах и капитальных стенах; надежная связь стен с железобетонным настилом или плитами перекрытия с помощью заделки анкеров в стену через три насти­ла и соединения их между собой на промежуточных опорах; за-моноличивание швов между плитами и настилами перекрытий цементным раствором марки «100».

Сборный металлический каркас. Состоит из опор и прогонов. Опоры такого каркаса изготовлялись из стали или чугуна, а про­гоны — из прокатного металла (двутавр, швеллер).

Стальные прогоны, выполняемые из различных прокатных профилей, соединялись между собой заклепками или сваркой.

Для внутреннего каркаса шести- семиэтажных зданий колон­ны чаще всего устраивали из двух швеллеров, поставленных на расстоянии, достаточном для пропуска сквозь них прогонов.

Сечение колонн определялось по нормам проектирования в зависимости от нагрузки. Для распределения нагрузки от колон­ны на фундамент в нижней части колонны устраивался башмак. Чугунные колонны полностью отливались на заводе и достаточно просто собирались на месте постройки. Конструктивно они обычно состояли из подколонника, устанавливаемого на кирпич­ный либо бетонный фундамент (реже на бутовый), и ствола с оголовником, приспособленным для укладки прогонов и поэтаж­ных распорок (связей).

Конструкция оголовника применялась трех типов: для разрез­ных однопролетных, неразрезных одиночных и спаренных про­гонов.

₀₄

Во избежание возведения сложного и дорогостоящего каркаса шаг колонн назначался с таким расчетом, чтобы прогоны и мспомогательные балки могли быть выполнены из прокатного металла, т. е. в пределах от 5 до 7 м в обоих направлениях. При пролетах более 7 м прогоны выполнялись составными.

Расстояние между колоннами более 10 м и менее 5 м почти не встречается, за исключением тех случаев, когда средняя часть щания отводилась под коридор; в этом случае расстояние между колоннами было 3—4 м.

Реже прогоны встроенного каркаса выполнялись из составных балок со сплошной стенкой или решетчатые.

Составные прогоны могут быть клепаными либо сварными. ]{ля первого типа прогонов использовался уголковый профиль, для второго — листовое железо.

Металлические элементы сами по себе не являются огнестой­кими, так как при нагревании до 500°С они деформируются и геряют устойчивость, нередко вызывая при этом разрушение стен. Поэтому в зданиях, где внутренний каркас должен быть ог­нестойким, стальные прогоны и колонны защищены огнестойкой обделкой.

Наиболее часто возведенные металлоконструкции бетонирова-пи. Такая обделка вполне надежна при толщине более 3 см. Об­делка бетоном значительно удлиняла продолжительность работ, поэтому ее часто заменяли штукатуркой цементным раствором по сетке слоем 3 см, реже металлические стойки обкладывали кирпичом.

Менее надежна обделка из гипсовых плит; она также выпол­нялась толщиной не менее 3 см.