Конструктивные решения наружных стен в кирпичных зданиях. Утепление каменных стен. Наиболее холодного месяца
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 помещений. 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:
- Конструктивное решение стены (несущие, теплоизолирующие, паро- ветрозащитные, отделочные и т.д. слои);
- Конструктивное решение отдельных ее узлов (схема установки окон и дверей, примыкание перекрытий, крыши, перегородок, прокладка коммуникаций и другие неоднородности);
- Фактическое исполнение принятых конструктивных решений.
Реализуемость проектных решений
Формальных критериев надежности и реализуемости нет. Оценить устойчивость к браку на основе нормативов мы не можем. Поэтому определим реализуемость проектных решений исходя из соображений здравого смысла.
Устойчивость к браку складывается из двух составляющих:
- Принципиальная возможность допустить случайный брак при добросовестном производстве работ;
- 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 функций 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 решений 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 заливочный, и засыпной утеплители, лишенные этих недостатков – здесь речь идет о наиболее ходовых вариантах заполнения).
Пароизоляция . Слой 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 коммуникаций, запрятанных в толщу утеплителя электро- и других разводок и пр. В теории, пароизоляцию можно сделать добротно и тщательно. Но в случае, если вы – заказчик, получающий 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 требований 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 отклонений 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 слой 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 тонкослойный̆ клей 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 простой шпаклевкой швов, т.е. столь же легко, как перед отделкой гипсокартонной поверхности.
По защищенности от скрытых дефектов однослойной̆ 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.
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.
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.
Стена здания - основная ограждающая конструкция здания. Наряду с ограждающими функциями стены одновременно в той или иной степени выполняют и несущие функции (служат опорами для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок).
Основные требования, предъявляемые к стенам: прочность, теплоустойчивость, звукоизоляционная способность, огнестойкость, долговечность, архитектурная выразительность и экономичность.
Различают наружные и внутренние стены. По характеру статической работы наружные стены подразделяют на несущие, которые, кроме собственного веса, воспринимают и передают на фундамент нагрузки от перекрытий, покрытий, давление ветра и др.; самонесущие, опирающиеся на фундамент, несущие нагрузку только от собственного веса (в пределах всех этажей здания) и для обеспечения устойчивости сопряжённые с каркасом здания: ненесущие (в т. ч. навесные), воспринимающие собственный вес только в пределах одного этажа и передающие его на каркас или др. опорные конструкции здания. Внутренние стены могут быть несущими (капитальными) или ненесущими (перегородки, предназначены только для разделения помещений, их устанавливают непосредственно на перекрытии). Во внутренних стенах часто устраивают каналы и ниши для вентиляции, газоходов, водопроводных и канализационных труб и т.д. Несущие стены совместно с перекрытиями образуют устойчивую пространственную систему несущего остова здания. В каркасных зданиях самонесущие стены нередко выполняют функции т. н. диафрагм жёсткости.
По способу возведения стены подразделяют на сборные, монтируемые из готовых элементов заводского изготовления; монолитные - обычно бетонные, возводимые в передвижной или скользящей опалубке, ручной кладки - из мелкоштучных материалов на растворах. В зависимости от крупности сборных элементов, степени их заводской готовности и принятой системы разрезки различают сборные стены крупноблочные и крупнопанельные. По конструктивному решению стены бывают однослойные и многослойные.
Материалы для возведения стены выбираются в зависимости от климатических условий, назначения и капитальности здания, его этажности, от технической и экономической целесообразности. При многоэтажном строительстве зданий с несущими стенами используют кирпич, керамические камни, крупные блоки из лёгких и ячеистых бетонов, железобетонные панели и др. крупноразмерные изделия. Ненесущие стены, вес которых должен быть минимален, изготовляют из многослойных железобетонных панелей с эффективным утеплителем, панелей из особо лёгких бетонов, асбестоцементных панелей. В малоэтажном строительстве применяют дерево, силикатный и сырцовый кирпич, шлакобетонные, керамические и природные камни.
Стены во многом определяют конструктивное решение и общий архитектурный облик здания. Название материала стены часто характеризует архитектурно-конструктивный тип дома: крупнопанельный, крупноблочный, кирпичный, деревянный рубленый, каркасно-щитовой и т.п.
Стена несущие или самонесущие представляют собой трехслойную конструкцию с несущем слоем из полнотелого керамического кирпича толщиной (250,380,510,640мм) а также из бетонных блоков или монолитного железобетона со слоем теплоизоляции из литого пенополистирола.
Защитно декоративный слой может быть выполнен тонкослойной штукатуркой толщиной 5-8мм по щелочестойкой стеклосетке или стенкой из керамического полнотелого кирпича толщиной 120мм.
В деревянном домостроение стена с эффективной теплоизоляцией выполняется каркасно-обшивной.
При устройстве стен с защитным слоем из штукатурки необходимо чтобы:
Защитная штукатурка имела нулевой предел распространения огня и была армирована щелочестойкой стеклосеткой,
Вертикальные конструктивные элементы здания, отделяющие помещения от внешней среды и разделяющие здание на отдельные помещения называют стенами. Они выполняют ограждающие и несущие (либо только первые) функции. Их классифицируют по различным признакам.
По местоположению - наружные и внутренние.
Наружные стены - наиболее сложная конструкция здания. Они подвергаются многочисленным и разнообразным силовым и не силовым воздействиям. Стены воспринимают собственную массу, постоянные и временные нагрузки от перекрытий и крыш, воздействия ветра, неравномерных деформаций основания, сейсмических сил и др. С внешней стороны наружные стены подвержены воздействию солнечной радиации, атмосферных осадков, переменных температур и влажности наружного воздуха, внешнего шума, а с внутренней - воздействию теплового потока, потока водяного пара, шума.
Выполняя функции наружной ограждающей конструкции и композиционного элемента фасадов, а часто и несущей конструкции, наружная стена должна отвечать требованиям прочности, долговечности и огнестойкости, соответствующим классу капитальности здания, защищать помещения от неблагоприятных внешних воздействий, обеспечивать необходимый температурно-влажностный режим ограждаемых помещений, обладать декоративными качествами.
Конструкция наружной стены должна удовлетворять экономическим требованиям минимальной материалоемкости и стоимости, так как наружные стены являются наиболее дорогой конструкцией (20-25 % стоимости конструкций здания).
В наружных стенах обычно располагают оконные проемы для освещения помещений и дверные проемы - входные и для выхода на балконы и лоджии. В комплекс конструкций стены включают заполнение проемов окон, входных и балконных дверей, конструкции открытых помещений.
Эти элементы и их сопряжения со стеной должны отвечать перечисленным выше требованиям. Поскольку статические функции стен и их изоляционные свойства достигаются при взаимодействии с внутренними несущими конструкциями, разработка конструкций наружных стен включает решение сопряжений и стыков с перекрытиями, внутренними стенами или каркасом.
Наружные стены, а вместе с ними и остальные конструкции здания при необходимости и в зависимости от природно-климатических и инженерно-геологических условий строительства, а также с учетом особенностей объемно-планировочных решений рассекаются вертикальными деформационными швами различных типов: температурными, осадочными, антисейсмическими и др.
Внутренние стены делятся на:
Межквартирные;
Внутриквартирные (стены и перегородки);
Стены с вентиляционными каналами (около кухни, санузлов и др.).
В зависимости от принятой конструктивной системы и схемы здания наружные и внутренние стены здания подразделяются на несущие, самонесущие и ненесущие (рис.84).
Рис.84. Конструкции стен:
а -несущие; б – самонесущие; в – навесные
Перегородки - это вертикальные, как правило, ненесущие ограждения, разделяющие внутренний объем здания на смежные помещений.
Их классифицируют по следующим признакам:
По месторасположению - межкомнатные, межквартирные, для кухонь и сантехнических узлов;
По функции - глухие, с проемами, неполные, то есть не доходящие до
По конструкции - сплошные, каркасные, обшитые снаружи листовым материалом;
По способу установки - стационарные и трансформируемые.
Перегородки должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, огнестойкости, звукоизоляции и др.
Несущие стены помимо вертикальной нагрузки от собственной массы воспринимают и передают фундаментам нагрузки от смежных конструкций: перекрытий, перегородок, крыш и пр.
Самонесущие стены воспринимают вертикальную нагрузку только от собственной массы (включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и других элементов стены) и передают ее на фундаменты непосредственно либо через цокольные панели, рандбалки, ростверк или другие конструкции.
Ненесущие стены поэтажно (или через несколько этажей) оперты на смежные внутренние конструкции здания (перекрытия, стены, каркас).
Несущие и самонесущие стены воспринимают наряду с вертикальными и горизонтальные нагрузки, являясь вертикальными элементами жесткости сооружений.
В зданиях с ненесущими наружными стенами функции вертикальных элементов жесткости выполняют каркас, внутренние стены, диафрагмы или стволы жесткости.
Несущие и ненесущие наружные стены могут быть применены в зданиях любой этажности. Высота самонесущих стен ограничена в целях предотвращения неблагоприятных в эксплуатационном отношении взаимных смещений самонесущих и внутренних несущих конструкций, сопровождающихся местными повреждениями отделки помещений и появлением трещин. В панельных домах, например, допустимо применение самонесущих стен при высоте здания не более 4 этажей. Устойчивость самонесущих стен обеспечивают гибкие связи с внутренними конструкциями.
Несущие наружные стены применяют в зданиях различной высоты.
Предельная этажность несущей стены зависит от несущей способности и деформативности ее материала, конструкции, характера взаимосвязей с внутренними конструкциями, а также от экономических соображений. Так, например, применение панельных легкобетонных стен целесообразно в домах высотой до 9-12 этажей, несущих кирпичных наружных стен – в зданиях средней этажности (4-5 этажей), а стен стальной решетчатой оболочковой конструкции – в 70-100 этажных зданиях.
По конструкции - мелкоэлементные (кирпич и др.) и крупноэлементные (из крупных панелей, блоков и др.)
По показателям массы и степени тепловой инерции наружные стены зданий делят на четыре группы – массивные (более 750 кг/м 2), средней массивности (401-750 кг/м 2), легкие (150-400 кг/м 2) , особо легкие (150-400 кг/м 2).
По материалу различают основные типы конструкций стен: бетонные, каменные из не бетонных материалов и деревянные . В соответствии со строительной системой каждый тип стены содержит несколько видов конструкций: бетонные стены - из монолитного бетона,
крупных блоков или панелей; каменные стены - ручной кладки, стены из каменных блоков и панелей; стены из небетонных материалов - фахверковые и панельные каркасные и
бескаркасные; деревянные стены - рубленные из бревен или брусьев каркасно-обшивные, каркасно-щитовые, щитовые и панельные. Бетонные и каменные стены применяют зданиях различной этажности и для различных статических функций в соответствии с их ролью в конструктивной системе здания. Стены из небетонных материалов используют в зданиях различной этажности только в качестве ненесущей конструкции.
Наружные стены могут быть однослойной или слоистой конструкции .
Однослойны е стены возводят из панелей, бетонных или каменных блоков, монолитного бетона, камня, кирпича, деревянных бревен или брусьев. В слоистых стенах выполнение разных функций возложено на различные материалы. Функции прочности обеспечивают бетон, камень, дерево: функции долговечности - бетон, камень, дерево или листовой материал (алюминиевые сплавы, плакированная сталь, асбестоцемент или др.); функции теплоизоляции - эффективные утеплители (минераловатные плиты, фибролит, пенополистирол и др.); функции пароизоляции - рулонные материалы (прокладочный рубероид, фольга и др.), плотный бетон или мастики; декоративные функции - различные облицовочные материалы. В число слоев такой ограждающей конструкции может быть включена воздушная прослойка. Замкнутый - для повышения ее сопротивления теплопередаче, вентилируемый - для защиты помещения от радиационного перегрева либо для уменьшения деформаций наружного облицовочного слоя стены.
Конструкции одно- и многослойных стен могут быть выполнены полносборными или в традиционной технике.
Конструкции стен должны отвечать требованиям капитальности, прочности и устойчивости. Теплозащитная и звукоизоляционная способность стен устанавливается на основе теплотехнических и звукоизоляционных расчетов.
Толщину наружных стен выбирают по наибольшей из величин, полученных в результате статического и теплотехнического расчетов, и назначают в соответствии с конструктивными и теплотехническими особенностями ограждающей конструкции.
Рис. 85. Однородная кладка из кирпича:
а – шестирядная система перевязки; б – цепная (двухрядная система перевязки).
Рис.86. Колодцевая кладка кирпичных стен:
а – с горизонтальными диафрагмами из цементно-песчаного раствора; б – то же, из тычковых кирпичей, расположенных в шахматном порядке; в – то же, расположен-ных в одной плоскости; г – аксонометрия кладки.
Рис. 87. Панели наружных стен:
а – однослойная; б – двухслойная; в – трехслойная; 1 – конструктивно-теплоизоляционный бетон; 2 – защитно-отделочный слой; 3 – конструктивный бетон; 4 – эффективный утеплитель.
