Лекция №7 Тема: «Наружные стены зданий высотой до 75 м»

План лекции:

1. Теплозащитные характеристики наружных стен

2. Фасадные системы.

С выходом в 1995 г. новой редакции СНиП II-3-79* (98) нор­мативные требования к тепловой изоляции зданий возросли в 3,3- 3,4 раза. По существу, произошел переход от санитарно- гигиенических критериев тепловой защиты зданий к экономиче­ским, направленным на снижение расходов энергоресурсов на ото­пление зданий.

Это потребовало радикальной переоценки материалов, приме­няемых в наружных ограждениях, и существенного изменения кон­структивных решений наружных стен. В зависимости от того, стро­ится ли новое или проводится реконструкция существующего зда­ния, конструктивные решения наружных стен требуют разных под­ходов. Не удовлетворяют теплотехническим и экономическим кри­териям наружные стены сплошной однородной конструкции из та­ких традиционных материалов, как легкие бетоны, кирпич и дерево. Стены с применением этих материалов должны быть, как правило, слоистыми с использованием эффективного утеплителя для обеспе­чения требуемой теплозащиты.

Расчеты и практика проектирования показали, что эффектив­ным в этом случае может считаться утеплитель, расчетный коэффи­циент теплопроводности которого не превышает 0,08 Вт/(м ·°С).

Однослойными могут быть наружные стены из таких материа­лов, как ячеистый бетон, полистиролбетон и, в некоторых случаях, керамзитобетон. Критериальной в этом случае является плотность (и зависящая от нее теплопроводность) этих материалов, которая не должна быть более примерно 600 кг/м³. Этому показателю со значи­тельным запасом удовлетворяет полистиролбетон, плотность кото­рого в конструкциях наружных стен составляет 250-350 кг/м³ при соответствующих значениях коэффициентов теплопроводности. Вместе с тем полистиролбетон такой плотности имеет низкую проч­ность (0,7-1,2 МПа) (7-12 кг/см²) и недостаточную морозостой­кость. При такой прочности наружные стены могут быть только не­несущими, кроме того, проблемным является закрепление на стенах карнизов, полок и т.п. Недостаточная морозостойкость требует обя­зательной фасадной защиты, в качестве которой обычно используют внешнюю облицовку в полкирпича. Стоимость полистиролбетона выше на 25-40% пенополистирола. Эти обстоятельства ограничива­ют применение полистиролбетона в конструкциях наружных стен.

Наиболее перспективно в однослойных наружных стенах при­менение ячеистых бетонов.

Важнейшими физико-механическими показателями ячеистых бетонов являются прочность, плотность, морозостойкость, тепло­проводность, усадка и водопоглощение. По этим показателям ячеи­стые бетоны в зависимости от исходных материалов, составов и способов производства отличаются друг от друга в очень широком диапазоне. В табл. 2.2 представлены характеристики автоклавных газобетонов, стабильно выпускаемых в массовом порядке передо­выми заводами ячеистых бетонов. Характеристики приведены при­менительно к наиболее распространенной продукции - блокам стен и перегородок.

Таблица 2.2

Физико-механические показатели выпускаемых автоклавных газобетонов

Название завода или предприятия	Показатели
	Размеры, l, b, h, мм	Плотность, кг/м3	Проч­ность, МПа	Коэффи­циент тепло­провод­ности в сухом состоя­нии, Вт/Гм·К	Морозо­стой­кость, цикл	Предель­ное от­клонение от номи­нальных размеров, мм
Липецкий завод изделий домо­строения	599 (50-500) 249	400-500 600-700	2,0-3,5 5,0	0,10-0,12 0,14-0,18	25 35	±1,0-1,5
Ступинский завод ячеистого бетона	600 (140-300) (144-480)	600-700	3,5	0,18	25	±(2,5-3,0)
211-й комбинат ЖБИ (нос. Сер- толово Ленин­градской облас­ти)	200 200 400	400-500	2,5-3,0	0,10-0,12	25-30	±1,0-1,5
Унитарное промышленное предприятие ЗСК ОАО «Забудово»	599 (50-500) 249	400-500 600-700	1,5-2,5 3,5-5,0	0.09-0,12 0,14-0,18	15-25 35-50	±1,0-1,5

Данные табл. 2.2 показывают, что в настоящее время в массо­вом производстве изделий из ячеистого бетона на передовых пред­приятиях страны достигнуты показатели, соответствующие мирово­му уровню. Следует сказать, что для стеновых блоков плотность ячеистого бетона 400 кг/м³ является критической, поскольку при меньшей плотности хоть и достигается меньшая теплопроводность материала, но в то же время существенно снижается прочность и, что особенно важно, морозостойкость. Как показала практика проектиро­вания, оптимальное соотношение между плотностью ячеистого бето­на, с одной стороны, и его прочностью и морозостойкостью - с дру­гой, находится в диапазоне 400-600 кг/м³. В этом случае ячеистобетонные блоки можно применять в несущих наружных стенах домов малой и средней (до 4-5) этажности, а также в ненесущих наружных стенах многоэтажных зданий при соблюдении приемлемой по конст­руктивным и экономическим соображениям толщины стен. В ряде случаев ячеистый бетон в конструкции наружных стен может удачно сочетаться с кирпичной облицовкой и эффективным утеплителем (рис. 2.1). Следует сказать, что однослойные ячеисто-бетонные стены являются наиболее экономически целесообразными по приведенным затратам по сравнению с другими конструкциями наружных стен.

Необходимо также отметить тот факт, что увеличение плотно­сти ячеистого бетона в случае нарушения заводской технологии не гарантирует соответствующего роста морозостойкости, особенно в диапазоне плотностей 400-550 кг/м³.

В последние годы в связи с созданием эффективных пенообра­зователей все большее распространение получают неавтоклавные пенобетоны, что обусловлено стремлением упростить изготовление изделий из этого материала, сократить энергозатраты на производ­ство и иметь возможность изготовлять его в условиях строительной площадки.

Пенобетоны автоклавной обработки практически обладают теми же физико-механическими показателями, что и газобетоны, кроме усадки, обусловленной недостаточной стабильностью пены. Пенобетоны же неавтоклавной обработки в массовом производстве пока еще не достигли качества автоклавных газобетонов, хотя на уровне опытного или ограниченного производства они, по данным некоторых разработчиков, уже соответствуют газобетонам. В табл. 2.3 приведены некоторые физико-механические характери­стики неавтоклавных пенобетонов.

На большинстве заводов и предприятий по выпуску изделий из неавтоклавного пенобетона пока еще не достигнут указанный в табл. 2.3 уровень показателей, в частности средняя плотность про­изводимого пенобетона составляет 650-800 кг/м³.

Рис. 2.1. Констукция ячеистобетонных наружных стен:

a – с тонкослойной штукатуркой; б – с облицовкой кирпичом; 1 – железо бетонная плита перекрытия; 2 - утеплитель; 3 - тонкослойная штукатурка по сетке из стеклопластика, 8-10 мм; 4 - деформационный шов с упругой прокладкой; 5 - гнутый стальной профиль; 6 - железобетонная перемычка; 7 - ячеисто- бетонные блоки; 8 - штукатурка, 25-30 мм; 9 - уголок 100 8; 10 - доска антисептированная; 11 - сетки 04Вр1, 50 50 мм; 12 - облицовочный кир­пич; 13 - мастика отверждающая

Для устройства однослойных наружных стен, особенно в ре­гионах с относительно невысоким требуемым приведенным сопро­тивлением теплопередаче, могут применяться керамзитобетонные щелевые блоки. По разработкам ЗАО «НИИКерамзит» такие стено­вые блоки имеют приведенную плотность в пределах 600 кг/м³. Это особенно важно для тех регионов страны, где отсутствуют природ­ные, тяжелые заполнители и не развито производство ячеистых бе­тонов. К таким регионам относится, например, ряд территорий По­волжья.

Таблица 2.3

Физико-механические показатели неавтоклавных пенобетонов (по данным разработчиков)

Наименование раз­работчика или предприятия	Показатели
	Плотность, кг/м'3	Проч­ность, МПа	Коэффици­ент тепло­проводно­сти в сухом состоянии, Вт/(м·К)	Морозо­стойкость цикл	Усадка при высыха­нии, мм
АОЗТ «Стромин- ноцентр» Корпорации стройматериалов	400-600 700-1000	0,9-2,2 2,9-1,1	0,11-0,15 0,18-0.29	25 35	3,0-5,5
АО НПИА «Строй- прогресс», ВНИИ- СТРОМ им. П.П. Будникова	600-800	2,5-5,0	0,15-0,20	25	3,0-5,5
Ростовский государ­ственный строи­тельный универси­тет. «ФИПЕБ» пенобетон, армиро­ванный синтетиче­ским волокном	400-600 700-1000	1,0-3,0 2.5-10,0	0,11-0,14 0,18-0,29	25 80-150	1,5-2,0
НИИЖБ - поробетон	400-600	2,4-3,7	0,12-0,16	25-35	1,7-1,8

При использовании кирпича современным нормативным тре­бованиям (поэлементный подход) соответствуют стены с колодцевой кладкой и слоистые с гибкими связями (табл. 2.4).

Несущие слоистые кирпичные наружные стены могут приме­няться только в домах высотой не более 4-5 этажей (рис. 2.2). По­этому в многоэтажных домах необходимо применять трехслойные кирпичные стены с поэтажно навесным фасадным слоем либо цели­ком ненесущие наружные стены.

Новым теплотехническим требованиям в полной мере соот­ветствуют трехслойные панели с гибкими связями или с железобе­тонными шпонками (табл. 2.5). Трехслойные панели наружных стен с железобетонными шпонками по теплоэффективности на 9-11% уступают панелям с гибкими связями. Последние получили широкое распространение за рубежом. Трехслойные панели с железобетон­ными шпонками применяют в Москве.

Рис. 2.2. Конструкции кирпичных наружных стен: а - навесные слои­стые кирпичные стены; б - несущая слоистая кирпичная стена; 1 - метал­лические связи; 2 - плита перекрытия; 3 - противопожарная рассечка из минераловатных плит; 4 - декоративная плитка; 5 - герметизирующая не- твердеющая мастика; 6 - упругая прокладка из поролона; 7 - железобетон­ная перемычка; 8 - доска антисептированная; 9 - откос (цементный рас­твор); 10 - несущая рамка из керамзитобетона

Таблица 2.4

Теплозащитные характеристики кирпичных наружных стен разной

Толщина стены		Состав стены											Градусо-сутки отопительного периода ГСОП
		Внутрен- ний слой			Утепли- тель				Наружный слой				<3000				3000 -4500	4500- 6000			6000-7500
		Тол­щина слоя			Тол­щина слоя				Тол­щина слоя				Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче, 0С/Вт
													<2,45			2.45- 2,98		2,98- 3,50			3,50-4.03
													Расчетное приведенное сопротивление теплопередаче, ·К/Вт
640			1200		-		-						1.08*			-
			1600		-								0.90*			-					-
770			1200		-				-				1.16*			-
			1600				-		-				0,97*			-					-
490	380			1800		100		0,05		-		-		-	-				-	-
540	380			1800		150		0,05		-		-		-	-				-	-
590	380			1800		200		0.05		-		-							3.29	-
720				1800		200		0,05		-		-							3.34	-
750	640			1800		100		0.05		-		-		2,12	-				-	-
800				1800		150		0,05		-		-		-	2,78				-	-
850				1800		200		0,05		-		-							3,40	-
800	640			1800		150		0,04		-		-							3.10	-
850	640			1800		200		0.04		-		-								3.82
390	120 120			1400 1600		150		0,05		12 120		1600 1600
390						150		0,05							2,18					-
440						200		0,05							2.74					-
490						250		0,05											3.23	-
1010	640			1600		250		0.05		120		1600							3,49	-
780	510			1600		150		0.04		120		1600			2.65				-	-
830						200		0,04						-	-				-	-
960	640 640			1600 1600		150		0,04		120 120		1600 1600			2.72				-	-
1010						200		0.04											3,45	-
800	640			1800		150		0,03						-	-				-	3,8

Максимальное.

Таблица 2.5

Приведенное сопротивление теплопередаче ( )/Вт трехслойных панелей на гибких связях

а) с противодождевым гребнем
Толщина панели		№	Толщина слоев				Тяжелый бетон						Керамзитобетон
			бетон		утеплитель	бетон		Утеплитель						Утеплитель
								0.04	0.05			0,08			0.04		0,05		0,08
300		1.1	80		70	150		1.47	1,37			1.02			1,73		1,64		1.18
		1.2	80		100	120		1.93	1.79			1,3			2.19		2.06		1.54
		1,3	70		130	100		2,31	2,15			1.56			2,56		2.42		1,83
350		2.1	80		120	150		2.17	2.01			1.45			2.46		2.3		1,78
		2.2	80		150	120		2,5	2.3			1,7			2,8		2,6		2.0
								4	4						3		4		2
		2,3	70		180	100		2,86	2.63			1.9			3,16		2.92		2.2
400		3,1	80		170	150		2,83	2.64			1.9			3,14		2,97		2.19
		3,2	80		200	120		3,16	2,86			2.08			3.49		3,18		2,38
		3,3	70		230	J 00		3,48	3.10			2.2			3,81		3,43		2.56
450		4,1	80		220	150		3.49	3,08			2,24			3.86		3.44		2.58
		4.2	80		250	120		3,68	3,28			2,38			4,05		3.62		2.71
		4,3	70		280	100		3,98	3,51			2,55			4,28		3.85		2,9
б) с плоским горизонтальным стыком 1 -го типа
300	1.1			80	70	150		1.62		1.51	1.12			1.90		1,80		1.29
	1,2			80	100	120		2.12		1.97	1.43			2.41		2.27		1,69
	1,3			70	130	100		2.54		2,37	1.71			2,82		2,66		2.01
350	2.1			80	120	150		2.39		2.21	1.59			2.71		2,53		1,95
	2.2			80	150	120		2,79		2,57	1.87			3,11		2.90		2.22
	2.3			70	180	100		3.15		2.89	2.09			3.48		3.21		2.42
400	3,1			80	170	150		3,11		2,90	2,09			3,45		3.27		2.41
	3,2			80	200	120		3.48		3.15	2.28			3,84		3.50		2.61
	3,3			70	230	100		3.83		3.41	2.42			4.19		3.77		2.81
450	4.1			80	220	150		3.84		3.39	2.46			4.25		3.78		2.83
	4,2			80	250	120		4,05		3,61	2,61			4,45		3,98		2,98
	4,3			70	280	100		4.38		3.86	2,80			4.71		4.36		3,19
в) с плоским горизонтальным стыком 2-го типа
300	1.1			80	70	150		1.58		1.47	1.09			1,85		1.75		1.26
	1,2			80	100	120		2,07		1,92	1,39			2,34		2,20		1,64
	1.3			70	130	100		2,47		2.30	1.67			2.73		2.59		1,95
350	2,1			80	120	150		2,32		2,15	1,55			2,63		2,46		1,90
	2.2			80	150	120		2,72		2,50	1.82			3.02		2.82		2,16
	2,3			70	180	100		3,06		2,81	2,03			3,38		3,12		2,35
400	3.1			80	170	150		3.03		2.82	2.03			3.36		3.17		2,34
	3,2			80	200	120		3.38		3.06	2.22			3.73		3,40		2.54
	3.3			70	230	100		3.72		3.32	2.35			4.07		3.67		2,73
450	4,1			80	220	150		3,73		3,29	2,39			4,13		3,68		2,76
	4.2			80	250	120		3.94		3.51	2.54			4.33		3.87		2,89
	4.3			70	280	100		4.26		3,76	2.72			4.57		4,12		3,10

Гибкие связи обеспечивают независимость тепловлажностных деформаций наружного железобетонного слоя, исключая передачу деформаций на внутренний, как правило, несущий железобетонный слой. При наличии жестких связей между железобетонными слоями тепловлажностные деформации наружного слоя вызывают в желе­зобетонных ребрах и шпонках концентрацию напряжений, приво­дящую к возникновению в них трещин, поскольку внутренний желе­зобетонный слой находится в стабильном состоянии. Это снижает долговечность таких панелей.

В панельных наружных стенах важное значение в обеспечении теплозащиты имеют стыковые соединения. От правильного испол­нения стыковых соединений в значительной степени зависят экс­плуатационные качества стен. Теплопотери через стыки панельных зданий достигают 20% теплопотерь через глухую часть стены. В зимних условиях эксплуатации теплозащита стыков характеризу­ется температурой его внутренней поверхности и количеством наружного воздуха, проникающего через него в помещение. Неудовле­творительные воздухо и водозашита могут снизить теплозащитные качества стен в зимних условиях. Для борьбы с излишней воздухо­проницаемостью применяются герметизирующие ленты.

На теплозащитные качества стыков оказывает влияние их воз­духопроницаемость, поэтому целесообразны специальные меры, пре­дотвращающие ее, для всех типов стыков. Допустимый сквозной (по­перечный) расход воздуха ограничивается величиной 0,5 кг/(м·ч).

Типовые решения стыков представлены на рис. 2.3. Для оцен­ки пригодности принимаемой конструкции стыка следует произво­дить расчет его температурных полей. Следует отметить, что анали­тические расчеты теплопередачи через стыки, как правило, не учи­тывают фильтрацию наружного воздуха, а если и учитывают, то только величину общей воздухопроницаемости стыков, которая ус­ловно принимается одномерной. Однако входящие в общую возду­хопроницаемость величины сквозной продольной воздухопрони­цаемости в различной степени влияют на теплопередачу. Сквозная или поперечная воздухопроницаемость характеризует фильтрацию воздуха поперек конструкции, а продольная - вдоль нее. Поэтому помимо аналитических расчетов при применении новых решений конструкций стыковых соединений необходимо проводить их экс­периментальную проверку.

Подводя итог сказанному, следует отметить, что применение теплоэффективных наружных ограждений за счет экономии тепло­вых ресурсов окупает единовременные затраты во вновь строящихся жилых и гражданских зданиях в течение 7-8 лет, а существующих домах - в течение 12-14 лет.

Рис. 2.3. Конструкции трехслойных панелей наружных стен и стыков:

а - стены с гибкими связями; б - горизонтальный и вертикальный стыки; 1 - пенополистирол; 2 - минвата; 3 - уплотнительная мастика; 4 - упругая прокладка; 5 - цементный раствор; 6 - вкладыш из обернутого в полиэти­леновую пленку утеплителя; 7 - бетон

Рис. 2.4. Составные панели наружных стен с разъемными связями:

а - разъемная связь-подвеска; б - разъемная связь-распорка; 1 - железобе­тонная рама; 2 — фибробетонный облицовочный лист; 3 — теплоизоляция; 4 - внутренняя железобетонная скорлупа; 5 - двойная металлическая за­кладная деталь; 6 - арматурный стержень; 7 - одинарная металлическая закладная деталь; 8 - анкерующий стержень; 9 - арматурный стержень с резьбовым концом связи-распорки; 10 - гайка; 11 – шайба

Фасадную скорлупу помимо железобетона можно выполнять из фибробетона и даже небетонных материалов с отделкой различ­ными декоративными листовыми материалами. Внешнего разнооб­разия составных наружных стен можно достигнуть также за счет применения архитектурных накладных деталей, которые надежно присоединяют к фасадной скорлупе с помощью металлических вы­пусков, пропускаемых через соответствующие отверстия и закреп­ляемых с внутренней стороны этой скорлупы. Архитектурные на­кладные детали могут изготовляться как из бетонных, так и небе­тонных материалов (пенополистирола, полиуретана и др.). На рис. 2.5 представлены составные панели наружных стен с архитек­турными накладными деталями.

Рис. 2.5. составные панели наружных стен с архитектурными деталями

Разработаны варианты несущих и навесных составных панелей.

Еще одним значительным преимуществом этих панелей является то, что их теплозащитные характеристики можно варьировать в широ­ких пределах без изменения форм и бортоснастки за счет изменения длины разъемных связей и толщины утепляющего слоя.

Проведенные исследования на натурных образцах панелей по­зволили отработать надежную конструкцию разъемных связей и де­талей их заанкеривания в железобетонных скорлупах.

Расчеты показали, что составные панели могут эффективно применяться во всех регионах страны. При этом можно обеспечить переход на требуемые теплотехнические нормативы без замены су­ществующего парка форм и бортовой оснастки.

Изготовление составных панелей наружных стен может быть организовано на действующих технологических линиях.