Эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций многоквартирных домов.
Назначение наружных стен в функции ограждения помещений - поддерживать внутри здания заданный температурно-влажностный режим. При проектировании ограждающих конструкций следует подробно и детально учитывать все возможные колебания и сочетания температурных и влажностных факторов наружной среды и механизмы их влияния на комфортные условия внутри помещений. Эксплуатационные характеристики здания определяются водо-, тепло-, воздухо- и звукозащитой конструкцией.
С позиций теории надежности ограждающие конструкции - многофункциональные и многоэлементные системы, для которых целесообразно получить показатели отдельно по каждой выполняемой функции. Эти функции обеспечиваются определенными свойствами материалов и конструкций:
- теплозащита - теплопроводностью и теплоемкостью;
- водозащита - паро- и водопроницаемостью, влагоемкостью;
- воздухозащита - воздухопроницаемостью, герметичностью узлов и стыков конструкций;
- звукозащита - звукопоглощением и звукопроницаемостью.
Кроме того, ограждающие конструкции выполняют архитектурно-декоративную функцию, которая связана с прочностью и твердостью поверхностного слоя конструкции.
Теплозащитные свойства конструкций. С точки зрения температурного режима сплошных наружных стен жилых зданий наилучшей считается такая конструкция, в которой наружная часть обладает хорошей теплоизоляционной способностью и небольшим сопротивлением паропроницанию, а внутренняя, наоборот, незначительной теплоизоляционной способностью и высоким сопротивлением паропроницанию. Она состоит из несущего слоя (бетона) с внутренней стороны, теплоизоляционного слоя (автоклавного или газобетона, пенопласта и т.д.) и тонкого слоя наружной штукатурки.
Многочисленные
эксперименты показали, что недостаточная
теплоизоляция стен приводит к повреждению
их конструкций (увеличивается влажность,
конденсируется влага, образуется
плесень). Кроме того, в помещениях
создается микроклимат, неблагоприятный
дня здоровья людей. Комфортные условия
обеспечиваются определенной разностью
температуры помещения и температуры
внутренней поверхности стены. Для
обеспечения комфортных условий
(температура помещения 20°С) температура
поверхности стены помещения должна
быть около 16 — 17°С. При более низкой
температуре поверхности стены в помещении
чувствуется излучение холода от стен,
а при температуре поверхности 12°С
образуется плесень. Для обеспечения
комфортных условий при таких конструкциях
стен необходимо поддерживать в помещении
более высокую температуру воздуха,
усилить отопление, т.е. увеличить затраты
на отопление.
Влагозащитные свойства конструкций. Наружные стены должны обеспечивать также защиту от проникновения атмосферной влаги и свободную диффузию водяных паров из внутренних помещений в наружную среду. Таким образом, в аспекте влажностного режима стен рассматриваются встречные потоки. Важнейшее условие нормального режима состоит в том, чтобы вся влага (атмосферная, конденсат и диффузия паров) имела возможность испаряться во внешнюю среду. Невыполнение этого требования приводит не только к отсыреванию стен, выпадению конденсата на внутренней поверхности, но и к ухудшению теплоизоляционных свойств, так как при увлажнении материала увеличивается коэффициент теплопроводности.
Важнейшим вопросом для ограждающих конструкций является эффективность защиты от переувлажнения дождем, для этого необходимо знать величины влагопоглощения (при намокании) и влагоотдачи (при высыхании) наружных слоев стены. Длительные опыты с газобетонными стенами с различными видами наружной отделки показывают, что влага, поглощаемая стеной без отделочного слоя, довольно быстро отдается наружу. Оштукатуренные известково-цементным раствором стены постоянно накапливают влагу, поскольку при этом затрудняется высыхание.
Влияние стыков в наружных стенах на эксплуатационные показатели зданий. Отказы ограждающих конструкций по воздухозащите здания связаны с инфильтрацией воздуха под действием градиента давления между наружной и внутренней средой. Основным полем воздухопроницаемости в помещениях являются стыки панелей и примыкания оконных (балконных) заполнений к панелям. Стыки наружных стен находятся под действием ветрового напора, давления дожди, агрессивных составных частей атмосферы и энергии солнечного света, При конструировании стыков учитывают изменение и ширину в зависимости от разницы температур при монтаже и эксплуатации: теплового расширения и влажностных деформаций материала стен; расстояния между стыками; деформаций грунта основания. В конструкциях, выполненных из железобетонных трехслойных панелей, кроме того, учитывают жесткость элементов, соединяющих наружные слои, а также сцепление наружных слоев с внутренними теплоизоляционными слоями.
По способу герметизации стыки могут быть разделены на два вида:
1) стыки, в которых применяются соответствующие мастики, герметики «закрытый стык» (рис. 3.12);
2) стыки с использованием противодождевых и противоветровых барьеров, в которых соблюден принцип выравнивания давления, так называемые «открытые» стыки.
Закрытый стык - это традиционный метод герметизации. При наклейке или заполнении швов герметиком важнейшими условиями являются деформативность герметика (способность его эластично сжиматься и расширяться при деформациях панелей) и фактические размеры швов.
На основании многочисленных обследований эксплуатируемых зданий в различных странах к середине 60-х годов пришли к выводу, что эти стыки нецелесообразны по следующим причинам: низкая и неизвестная долговечность герметиков, укладка герметиков затруднена и зависит от погодных условий, затруднен контроль качества стыков.
В открытых стыках предусмотрена двухступенчатая защита от водопроницания и усилена защита от воздухопроницаемости. При этом защитные и герметизирующие материалы, находящиеся внутри конструкции стены, удалены от активного влияния внешних факторов - солнечной радиации и ветрового напора. При устройстве вертикальных стыков, в которых соблюден принцип выравнивания давления, на гранях стыкуемых панелей предусмотрены пазы различной конфигурации, что осложняет форму опалубки; кроме того, при распалубке, транспортировании и монтаже возможны значительные повреждения кромок панелей. Стыки, в которых соблюден принцип выравнивания давления, имеют следующие преимущества: надежны к атмосферным воздействиям: долговечны; допускают изменения ширины шва от различных воздействий без нарушения герметичности; могут устраиваться при любых погодных условиях. Эксплуатационными недостатками стыков наружных стен являются протечки и промерзание. Количество протечек увеличивается с этажностью здания (на 8 - 9 этажи приходится до 50% протечек по дому). Воздухопроницаемость стыков обычно выше нормы в несколько раз.
Причина дефектов заключается: в неудачной конструкции некоторых типов стыков и несоблюдении проектных допусков (лишь 40 - 60% вертикальных швов имеют ширину 10 - 20 мм, остальные в пределах 0 - 40 мм при допуске 6 ± 5 мм); нарушении технологии герметизации стыков, изготовления, хранения, транспортировки и монтажа панелей. Так, в решении конструкций стыков не учитывались в полной мере периодические температурные деформации стеновых панелей, которые могут достигать 1 мм в стыках панелей на одну комнату и до 2 мм - в панелях на две комнаты, при этом на верхних этажах деформации увеличиваются. Исследования показали, что деформация стыка, равная 2 мм, может появиться 1 раз в год; деформация, равная 0,8 - 1,0 мм, - 10 раз в год; 0,6 - 0,8 мм - 60 раз, а деформация, равная 0,4 - 0,6 мм, - 200 раз в год, главным образом, зимой. Летом стены выгибаются наружу, зимой внутрь. Деформации минимальны весной и осенью.
Таким образом, герметизация стыков должна быть эффективной в условиях постоянного расширения - сужения зазора стыка до 10 - 20%. Применение для герметизации жестких составов (цементный раствор) или усыхающих мастик с плохой адгезией к поверхности стыка (полиизобутилен) оказалось неэффективным.
Важное значение для воздухозащиты помещений имеют оконные и балконные заполнения. Фактическая воздухопроницаемость окон с неуплотненными притворами иногда в 3 - 4 раза превышает норму. В связи с этим теплопотери через окна доходят до 50% общих теплопотерь по дому. Воздухопроницаемость зависит от конструкций окон. Практика показывает, что количество воздуха, фильтруемого через окна со спаренными переплетами, в 1,5 — 2 раза больше, чем через окна с; раздельными переплетами, на подогрев этого воздуха расходуется до 70 ккал/ч {294 Дж/ч) на 1 м периметра окна. В связи с этим герметичность оконных заполнений зданий повышенной этажности должна быть в 2 - 3 раза больше, чем в 5-этажных домах.
Эксплуатационные свойства покрытия. Особое место в теплозащите помещений занимают чердачные перекрытия и покрытия. Так же как в стенах, каждый слой покрытия имеет определенное функциональное назначение. При проектировании покрытий необходимо оптимальное соотношение физических характеристик и расположение каждого из слоев. Отдельные слои, удовлетворяя одним техническим требованиям, могут ухудшать условия выполнения других. Например, для защиты здания от перегрева летом эффективно покрытие с вентилируемой воздушной прослойкой между кровлей и ниже расположенными слоями. Однако в суровом климате такая конструкция неэкономична, так как зимой требуется дополнительные затраты для борьбы с теплопотерями.
Выбор конструкции покрытия зависит от назначения, режима эксплуатации и района строительства здания. Приведем несколько общих принципов, выполняемых независимо от перечисленных условий: 1) для снижения теплопередачи через покрытие теплоизоляционный слой располагают ближе к наружной поверхности конструкции; 2) для сохранения теплозащитных свойств этого слоя предусматривают его защиту от увлажнения сверху и снизу; 3) для снижения амплитуды кратковременных резких колебаний температуры воздуха в помещении наиболее теплоемкий слой (материал с наибольшей плотностью) располагают ближе к внутренней поверхности конструкций;
В практике жилищного строительства наиболее широкое применение нашла конструкция покрытия, в которой гидроизоляционный слой не имеет непосредственного контакта с нижележащим слоем. Благодаря вентилированию воздушного пространства под кровлей, которая одновременно служит экраном для защиты от солнечной радиации, отпадает необходимость в устройстве пароизоляционного слоя. Материалы, применяемые для гидроизоляции покрытий, как правило, воздухонепроницаемы. Неблагоприятное ветровое воздействие сказывается обычно через швы, поэтому необходимы специальные меры по уплотнению швов.
Декоративные функции наружных ограждающих конструкций. Декоративные функции ограждающих конструкций выполняют отдельные слои, которые определяют визуальную оценку здания. Изменения в этом слое меняют архитектурный облик и могут характеризоваться как отказ по декоративной функции ограждающей конструкции (сохранность изменение цвета, неровность цвета). Разрушение отделочного слоя начинается с появления сетки микротрещин, уменьшения адгезии его к основной конструкции, с износа фактуры. Разрушение этого слоя идет под активным влиянием двух процессов: химико-физического (коррозии, эрозии, эрозийной коррозии) и биологического. При этом химико-физические процессы могут быть как естественные, так и провоцированные деятельностью человека.
Звукоизоляционные свойства конструкции. Звукоизоляция смежных помещений определяется звукоизолирующей способностью разделяющего их ограждения и интенсивностью передачи звука косвенными путями, которая зависит от конструктивной схемы, архитектурно-планировочного решения здания, конструкции узлов и примыкающих элементов. Поэтому одно и то же ограждение создает различную звукоизоляцию в зависимости от условий ее применения. Звукоизолирующие качества конструкции изменяются во времени в процессе эксплуатации вследствие образования и раскрытия щелей и трещин, изменения характеристик материалов в результате деформаций и процессов старения.
В определенной части современных жилых зданий нормативные требования по звукоизоляции не выполняются. Следует отметить, что неудовлетворительное состояние звукоизоляции связано не только с невыполнением норм, но и с низкими нормативными требованиями. По предварительной оценке на основании статистических материалов существующие нормы звукоизоляции внутренних ограждающих конструкций жилых зданий на низких частотах удовлетворяют около 70% населения, на средних и высоких частотах - 75 - 85%.