Глава 17. Наружные стены и их элементы

17.1. Общие требования к конструкциям наружных стен и их

Классификация

Наружные стены — наиболее сложная конструкция здания. Они подвергаются многочисленным и разнообразным силовым и несиловым воздействиям (рис. 17.1). Не­сущие наружные стены воспринимают нагрузку от собственной массы и временные на­грузки от опертых на стены перекрытий и крыш, воздействия от ветра, неравномерных деформаций основания, сейсмики и др. С внешней стороны наружные стены подверже­ны действию солнечной радиации, атмосферных осадков, переменных температур и влажности наружного воздуха, уличного шума, а с внутренней — воздействию теплово­го потока и потока водяного пара (рис. 17.1).

Выполняя функции наружного ограждения, ос­новного конструктивного и композиционного элемента фасадов, а часто и несущей конструкции, наружная стена должна отвечать требованиям прочности, долго­вечности и огнестойкости, соответствующим классу капитальности здания, обеспечивать благоприятный температурно-влажностный режим ограждаемых по­мещений, обладать декоративными качествами, защи­щать помещения от неблагоприятных внешних воздей­ствий. Одновременно конструкция наружной стены должна удовлетворять общетехническим требованиям индустриальности и минимальной материалоемкости, а также экономическим требованиям. При этом необхо­димы как экономия единовременных затрат при строи­тельстве, так как наружные стены являются самой до­рогой конструкцией (до 25% от стоимости конструк­ций здания), так и сокращение эксплуатационных за­трат на отопление здания, поскольку основные тепло — потери идут через наружные стены и их элементы.

,_____ к

#

^ я

Ж

М

_0_ Е

Рис. 17.1. Нагрузки и воздейст­вия на конструкцию наружной стены. Р| — собственная масса стены; Р2 — вертикальная нагруз­ка от перекрытия; Р3 и М — вер­тикальная нагрузка и изгибаю­щий момент от балконной пли­ты; XV — давление от ветра; К — солнечная радиация; А — атмо­сферные осадки: ДТ и Дсо — пе­ременные температура и влаж­ность воздуха; Ь^Ьт — внешний и внутренний шум; 32 — сейс­мические воздействия, <Э — теп­ловой поток; Е — поток пара

В наружных стенах обычно располагаются про­емы бокового освещения помещений и проемы в от­крытые летние помещения балконов и лоджий, поэто­му в комплекс конструкции стены включают створное светопрозрачное заполнение проемов и конструкции открытых помещений. Все эти элементы и их сопряже­ния со стенами также должны отвечать перечисленным выше требованиям. В стенах из сборных элементов в этот комплекс включают также стыки элементов на­ружных стен между собой и с внутренними конструк­циями. Статические функции стен и их изоляционные свойства обеспечивает взаимодействие с внутренними конструкциями, поэтому конструирование наружных стен включает разработку их связей с внутренними стенами, перекрытиями, каркасом.

Наружные стены (также как и все остальные конструкции зданий) в зависимости от природно-климатических, инженерно-геологических условий строительства и специ­фики решения здания рассекают вертикальными деформационными швами различных типов — температурно-усадочными, осадочными, антисейсмическими и др. (рис. 17.2)

Устройства температурио — усадочных швов в кирпичных и панельных зданиях: а — с продольны­ми несущими стенами (в зоне поперечной диафрагмы жесткости); б — с поперечными стенами при парных стенах; 1 — наружная стена; 2 — внутренняя стена; 3 — утепляющий вкладыш; 4 — коно­патка; 5 — раствор; 6 — нащельник; 7 — плита перекрытия; 8 — панель наружной стены; 9 — то же. внутренней

Температурно-усадочные швы устраивают во избежание образования в стенах трещин и перекосов, вызываемых концентрацией усилий от воздействия переменных температур воздуха и усадки материалов (каменной кладки, бетонов). Такие швы рассе­кают только наземную часть здания.

Расстояния между швами (длину температурного отсека здания) назначают по рас­чету в соответствии с климатическими условиями строительства и физико-техническими параметрами материалов наружных стен. Длины отсеков колеблются от 40 до 100 м для кирпичных и от 75-150 м — для панельных стен. При этом наименьшее размеры темпе­ратурных отсеков относятся к наиболее суровым климатическим условиям.

Осадочные швы предусматривают в местах резких перепадов этажности здания (осадочные швы I типа), а также при значительной неравномерности деформаций осно — 288 вания по протяженности здания, вызванные спецификой геологического строения осно­вания (осадочные швы II типа). Осадочные швы I типа устраивают для компенсации разницы вертикальных деформаций высокой и низкой частей здания. С этой целью опи — рание перекрытий низкой части на несущей конструкции высокой части здания проек­тируемой шарнирным и конструкцию осадочного шва выполняют аналогично темпера — турно-усадочному.

При жестких сопряжениях высокой и низкой частей здания, а также в случаях большой неравномерности деформаций основания здания разрезают на жесткие отсеки вертикальными швами по всей высоте — вплоть до подошвы фундамента.

В особых инженерно-геологических условиях, например, сейсмических, разрез­ка деформационными швами расчленяет здание на элементарные прямоугольные в пла­не отсеки и осуществляется на всю высоту здания от крыши до подошвы фундамента. Протяженность отсеков назначается по расчету в соответствии с расчетной сейсмично­стью территории строительства и физико-техническими свойствами материалов несу­щих конструкций.

Конструкции наружных стен классифицируют по признакам:

— статической функции стены, определяемой ее ролью в конструктивной системе здания;

— материалу и технологии возведения стены, определяемым строительной систе­мой здания;

— конструктивному решению — в виде однослойной или слоистой ограждающей конструкции.

По статической функции различают несущие, самонесущие и ненесущие наруж­ные стены (см. рис. 3.3).

Несущие стены помимо вертикальной нагрузки от собственной массы восприни­мают нагрузки от всех опирающихся на стены конструкций (крыш, перекрытий, балко­нов, эркеров, парапетов и пр.) и передают ее через фундаменты на основание.

Самонесугцие стены воспринимают нагрузку только от собственной массы, включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и других элементов самой стены, и передают ее на фундаменты непосредственно или через цокольные панели, рандбалки, ростверк или др. конструкции.

Ненесущие конструкции стен поэтажно (или через несколько этажей) опирают на смежные внутренние конструкции здания (перекрытия, внутренние стены, каркас).

В зданиях с ненесущими наружными стенами из листовых материалов иногда применяют навесные конструкции имеющие специальные элементы навески на внут­ренние конструкции зданий.

Несущие стены воспринимают наряду с вертикальными нагрузками и горизон­тальные воздействия, 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. Высоту самонесущих стен ограничивают 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 5 этажей. Устойчивость самонесу­щих стен обеспечивают гибкие связи с внутренними конструкциями.

II — 10507

TOC \o "1-3" \h \z Предельная этажность несущей стены зависит от несущей способности и дефор — мативности ее материала, конструкции, характера взаимосвязи с внутренними конст — ЧИ]

Рукциями, а также от экономических соображений. Так, например применение слоис — ст[

Тых несущих панельных стен целесообразно в домах высотой до 17 этажей, несущих кирпичных стен в зданиях средней этажности, а несущей стальной оболочковой конст — СТ{

Рукции в 70-100 этажных зданиях. здг

Основной характеристикой конструктивного решения наружной стены является на]

Ее слоистость. ли-

Традиционной для стен любой строительной системы является однослойная[***] ст{

Конструкция: из кирпича (или блоков естественного камня) — сплошная кладка, из дере — ны

Ва — рубленная стена из бревен или брусьев, в бетонном домостроении — однослойная стена из легких или ячеистых бетонов автоклавного твердения. да]

До середины 1990-х годов однослойная конструкция в России являлась основной он

Для всех строительных систем зданий, составляя свыше 80% в общем объеме строи­тельства. 1′

Слоистые конструкции, например в виде облегченной кладки кирпичных стен применялись в основном для экономии единовременных затрат. В связи с пониженной несущей способностью их применяли в качестве несущих преимущественно в зданиях ру

До 5 этажей или для верхних этажей многоэтажных. ев

Политика экономии затрат энергоресурсов на отопление зданий на государствен — СТ]

Ном уровне отразилась на радикальном повышении требований к сопротивлению теп — ен

Лопередаче всех ограждающих наружных конструкций, отраженных в СниП 11-3-79*, ки

Введенных в действие Министерством строительства РФ с марта 1998г. тв,

Новые нормы (даже для районов РФ с умеренным климатом) потребовали увели — не

чения в 2,8-3,5 раза сопротивлениг теплопередач! наружных стен по сравнению с дей­ствовавшими на протяжении 70 лет предшествовавшими нормами проектирования и СТ| всем историческим опытом строительства. _, Практически это означало увеличение толщины однослойной кирпичной стены мс сплошной кладки с 51 см до 155 см легкобетонной панельной с 30-38 см до 90-105 см, стены из ячеистых автоклавных бетонов с 25 до 75 см, а стен деревянного сруба до 60 сл см. В связи с явной неэкономичностью таких конструкций происходит радикальный пе­реход от однослойных конструкций к слоистым с эффективными утеплителями. Тр Соответственно это сопровождается перестройкой промышленности строитель — не ных материалов и индустриальных изделий для наружных стен. г0

В связи с тем, что для большинства конструкций переход от однослойных стен к слоистым конструкциям приводит к снижению их несущей способности, подвергается пересмотру и выбор конструктивных систем зданий. Для несущих слоистых конструк-

Ть

Ций наружных стен основной областью применения остаются здания малой и средней этажности, как с продольными, так и с поперечными внутренними стенами. В много­этажных зданиях основными конструктивными системами становятся поперечно — и пе-

М(

И*

Рекрестно-стеновая либо каркасная с ненесущими наружными стенами.

Область рационального применения однослойных наружных стен резко ограни­чивается территориями с жарким климатом, а также индивидуальным малоэтажным строительством.

Одновременно с радикальными пересмотром конструкций наружных стен и кон­структивных систем зданий происходит резкое расширение видов строительных систем зданий. Наряду с традиционной бескаркасной системой домов с кирпичными стенами и наиболее индустриальной панельной, широко внедряются сборно-монолитные и моно­литные системы различных модификаций, влияющие на конструирование ненесущих стен нового поколения, срочно внедряемых в строительство многоэтажных капиталь­ных зданий с индустриальной технологией возведения.

Соответственно далее рассмотрение вопросов конструирования наружных стен дано дифференцированно — для индустриальных технологий возведения и для традици­онного строительства.

17,2. Наружные стены многоэтажных зданий индустриальных технологий

Возведения

Соответственно современной политике энергосбережения основным типом на­ружных стен стала слоистая, преимущественно трехслойная (без учета отделочных сло­ев). Существенно реже применяется двухслойная в силу ее меньшей теплоэффективно — сти. Крайне редко применяют однослойные — только при наличии промышленно осво­енного производства керамических или легкобетонных камней с многочисленными мел­кими пустотами, Малая теплопроводность кладки из таких камней позволяет удовле­творить нормативные требования к сопротивлению теплопередачи стены при ее толщи­не 60-65см (рис. ?7.3).

Наряду с этой конструкцией проходят проверку в экспериментальном строитель­стве однослойные стены из полистиролбетона плотной 250-350 кг/м3 в двух вариантах — мелкоблочном из камней ЮНИКОН (разработка МНИИТЭП и ВНИИЖелезобетона) и монолитном (разработка НИИЖБ).

Однако основной объем капитального строительства реализуется с применением слоистых стен многослойных модификаций.

Основным и наиболее массовым типом слоистой конструкции стены является трехслойная с внешними слоями из тяжелого или конструктивного легкого бетона (па­нельная, монолитная или комбинированная), кирпича, блоков из автоклавного ячеисто­го или легкого бетона и средним слоем из эффективного утеплителя с коэффициентом теплопроводности в пределах 0,1 — 0,04 Вт/м °С.

В качестве таких утеплителей применяют минераловатные и стекловатные пли­ты, плиты пенополистирола, пеностекла, фибролита и др.

И*

29!

В соответствии со строительно-технологической системой возведения здания по­лучили распространение трехслойные и двухслойные наружные стены полносборной, монолитной и комбинированной конструкции (табл. 17.1).

Рис. 17.3. Однослойная конструкция несущей наружной стены из многопустотных легкобетон­ных блоков: 1 — стеновой камень; 2 — теплоизоляция; 3 — слиз из оцинкованной стали; 4 — уплот­няющая прокладка; 5 — деревянная доска; 6 — керамзитобетонная перемычка; 7 — жесткий утеп­литель; 8 — плита перекрытия; 9 — оконный блок; 10 — цементный раствор

Таблица 17.1. Основные типы слоистых конструкций наружных стен для зданий индустриальных технологий возведения

Внутренний

Средни»

Наружный

Материалы и толщины (6], Д. 5;) слоев стены, в мм.

Техно-логическое решение

Эскиз сечения степы

Тип

Констгрукций

Область применения в зданиях

Статич. функция

Эффект, утеплитель \=0,1+0,04, Д-по расчету

Тяжелый или

Конструкт, легкий бетон 5 ,>60

Тяжелый или

Конструкт, легкий бетон 5,2100

Несущая самонесушая ненесущая

Панельная полносборная

Трехслойная

Панельных, каркасно-панелых, монолитных, возводимых в туннельной опалубке

5 2>160

То же В , >70

Монолитная

То же

То же

Монолитных возводимых в щитовой опалубке

"V

Ч>1 у

Л

И

ХД//

У /

У ‘

У:

ОН//

ЛСКУ

6, И, I ) Г I

То же

То же

То же

То же 6 2> 160

Комбиииров. пансльно-монолит. с навесной наружной панельной «скорлупой»

Профили­рованная железобе­тонная панель «скор-лупа» 5,>П0

То же

Ненесушая

Монолит, бетой 5,>160

Монолитных, возводимых в щитовой опалубке

Комби пиров, (монолитно — кирпичная)

Кладка из лицевого кирпича 5,=120

То же

То же

То же

То же

Слоистая ручной кладки

Блоки из газобетона 52>200

То же

Слоистая кирпичная

То же

Лицевой кирпич

61=120

Монолитных, возводимых в туннельной опалубке

Кирпич, кладка

62= 120

52=250 5,=380

«Альтерпатив — наяиненесущая самонесущая и

Несущая в малоэт. здапнях

Пеиости-рол 6]>60

Слоистая в оставляемой опалубке из пепополистирольных блоков

Пснопо — листнрол 8>>60

Тяжелый или конструк-тшшый легкий бетон Л—180

С монолитными или сборными бетонными внутренними стенами либо с каркасом

11

=

• е>

*

" *

Газобетон-ые блоки

У=°450 кг/м3 5,-300

Монолитных, возводимых в туннельной опалубке

Лицевой кирпич

6,=120

Двухслойная ручной кладки

Ненесущая

Отсутствует

I 5, , 5,

Двухслойная

То же

То же

Комбинированная

То же

Газобстонные блоки 6,>300

Эффект. Утеплитель А — по расчету

Я ^

О тз я о)

5 ^

-I т; и к

^ ы ы х ¦ ю — а ш

А о о а а и

О н ш тз о — тз э в "о _ ю го о

Любая из этих конструкций должна удовлетворять требованиям прочности, дол­говечности, минимальной деформативности, теплоизоляции, взаимодействия с внут­ренними несущими конструкциями здания и обладать архитектурно-декоративными свойствами.

Требования прочности удовлетворяют применением для внешних слоев конст­рукций материалов с высокой прочностью на сжатие (тяжелых бетонов класса не менее В15, легких конструктивных бетонов — BIO, кирпича марок 75 и выше и т. п.), предусмо­тренных проектом способами взаимосвязи между конструктивными слоями стены и связей стены с внутренними конструкциями здания.

Связи между внешними слоями стен проектируют жесткими или гибкими. При наличии жестких связей внешние слои конструкции работают совместно, что с точки зрения требований прочности наиболее целесообразно. Конструкция жестких связей в зависимости от материала решается различно: в кирпичной — перевязкой кладки через 4-6 рядов по горизонтали или по вертикали (колодцевая кладка), в бетонной панельной — устройством тонких армированных ребер, расположенных по контуру панели и про­емов в ней (рис. 17.4).

В несущих стенах с гибкими связями между слоями все вертикальные нагрузки от крыш и перекрытий передают только на внутренний несущий слой, на него же через систему гибких связей передают нагрузку от утепляющего и внешнего слоев. При этом последний становится только ограждающим.

В качестве гибких связей, как правило, используют нержавеющую и другие стой­кие к атмосферной коррозии марки низколегированной стали, либо стержни горячека — танной стали классов А-1, А-2 Вр1 с противокоррозионным покрытием.

Совместную работу наружных и внутренних стен обеспечивают в кирпичных стенах перевязкой кладки стен в бетонных панельных — бетонными дискретными шпо­ночными связями (либо петлевыми связями) и сваркой по закладным деталям и арма­турным выпускам, в бетонных монолитных — единым монолитным сечением пересека­ющихся внутренних стен и внутреннего монолитного слоя наружной стены с постанов­кой в местах их пересечений гнутых вертикальных арматурных каркасов (рис. 17.5).

Как видно из рис.7,4 и 7.5 в конструировании несущих слоистых стен возникает противоречие между требованиями прочности и строительной теплотехники.

Устройство жестких связей обеспечивает большую прочность и равномерность распределения нагрузок в конструкции стены, но сопровождается возникновением сквозных теплопроводных включений, вызывающих избыточные теплопотери и нерав­номерное распределение температур на внутренней поверхности стены.

При гибких связях обеспечивается практическая непрерывность теплоизоляци­онного слоя при перегрузке внутреннего несущего и возможном неравенстве долговеч­ности внешних слоев конструкции и металла связей.

Выход из отмеченных противоречий в конструктивном "смягчении" недостатков принимаемых связей. В трехслойных железобетонных стенах с жесткими связями вли­яние теплопроводных включений существенно снижает замена тяжелого бетона слоев и ребер конструктивным легким бетоном, а распределение температур на внутренней по­верхности стены выравнивается путем утолщения (и соответственного с повышением прочности и тепловой инерции) внутреннего слоя.

В стенах с гибкими связями путем к выравниванию долговечности связей и ма­териала стен служит увеличение количества связей (или их сечений), а к повышению прочности внутреннего бетонного слоя замена в нижних этажах конструктивного арми­рования расчетным и повышение класса бетона по прочности на сжатие.

Деталь В

Деталь А

Деталь Б

По 1-1

З| |3 :

По 3-3

I I’ 1

X По2-г

¦

Рис, 17.4, Связи между слоями трехслойных стен: А — в панельных стенах: а — гибкие связи; б — жесткие связи; Б — в кирпичных стенах: в — жесткие; г — гибкие; 1 — подвеска; 2 — распорка; 3 — подкос; 4 — жесткая связь; 5 — арматура перемычки; 6 — арматурный каркас; 7 — петлевой анкер



Гидроизоляционный бентонитовый шнур www.big-kiev.com.ua..