Дата публикации: 12 Января 2007 года

Предлагаемая вашему вниманию статья посвящена конструкции наружных стен современных зданий по показателям их теплозащиты и внешнему виду.

Рассматривая современные здания, т.е. здания, которые существуют в настоящее время, следует их разделять на здания, спроектированные до и после 1994 г. Отправной вехой в изменении принципов конструктивного решения наружных стен в отечественных зданиях является приказ Госстроя Украины № 247 от 27.12.1993 г., которым устанавливались новые нормативы по теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий. В дальнейшем приказом Госстроя Украины № 117 от 27.06.1996 г. были введены поправки в СНиП II -3-79 «Строительная теплотехника», которые установили принципы проектирования теплоизоляции новых и реконструируемых жилых и общественных зданий.

После шести лет действия новых норм уже не возникают вопросы об их целесообразности. Годы практики показали, что был сделан правильный выбор, который, в то же время, требует тщательного многостороннего анализа и дальнейшего своего развития.

У зданий, спроектированных до 1994 г. (к сожалению, строительство зданий по старым теплоизоляционным нормативам встречается и до сих пор), наружные стены выполняют и несущие, и ограждающие функции. Причем несущие характеристики обеспечивались при достаточно незначительных толщинах конструкций, а выполнение ограждающих функций требовало существенных материальных затрат. Поэтому удешевление строительства шло по пути априори низкой энергоэффективности в силу известных причин для богатой энергоносителями страны. Эта закономерность относится в равной степени как к зданиям с кирпичными стенами, так и к зданиям из крупноразмерных бетонных панелей. В тепловом отношении различия между этими зданиями заключались только в степени термической неоднородности наружных стен. Стены из кирпичной кладки можно рассматривать как достаточно однородные в термическом отношении, что является преимуществом, так как равномерное температурное поле внутренней поверхности наружной стены - это один из показателей теплового комфорта. Однако для обеспечения теплового комфорта необходимо, чтобы абсолютное значение температуры поверхности было достаточно высоким. А для наружных стен зданий, созданных по нормативам до 1994 г., максимальной температурой внутренней поверхности наружной стены при расчетных температурах внутреннего и наружного воздуха могло быть только 12°С, что для условий теплового комфорта недостаточно.

Внешний вид стен из кирпичной кладки также оставлял желать лучшего. Это обусловлено тем, что отечественные технологии изготовления кирпича (и глиняного, и керамического) были далеки от совершенства, в результате и кирпич в кладке имел разные опенки. Несколько лучше выглядели здания из силикатного кирпича. В последние годы в нашей стране появился кирпич, изготовленный по всем требованиям современных мировых технологий. Это относится к Кор-чеватскому заводу, где выпускают кирпич с прекрасным внешним видом и относительно хорошими теплоизоляционными характеристиками. Из таких изделий можно строить здания, внешний вид которых не будет уступать зарубежным аналогам. Многоэтажные здания в нашей стране в основном строились из бетонных панелей. Для этого типа стен характерна существенная термическая неоднородность. В однослойных керамзито-бетонных панелях термическая неоднородность обусловлена наличием стыковых соединений (фото 1). Причем на ее степень, кроме конструктивного несовершенства, еще существенно влияет так называемый человеческий фактор - качество уплотнения и утепления стыковых соединений. А так как это качество в условиях советской стройки было низким, то и стыки протекали и промерзали, преподнося жителям все «прелести» сырых стен. Кроме того, повсеместное несоблюдение технологии изготовления керамзито-бетона приводило к повышенной плотности панелей и низкой их теплоизоляции.

Не намного лучше обстояли дела и в зданиях с трехслойными панелями. Так как ребра жесткости панелей обуславливали термическую неоднородность конструкции, проблема стыковых соединений оставалась актуальной. Внешний вид бетонных стен был крайне непритязателен (фото 2) - цветных бетонов у нас не было, а краски были не надежны. Понимая эти проблемы, архитекторы пытались придать разнообразие зданиям за счет нанесения плитки на наружную поверхность стен. С точки зрения законов тепломассообмена и циклических температурно-влажностных воздействий такое конструктивно-архитектурное решение является абсолютным нонсенсом, что и подтверждается внешним видом наших домов. При проектировании
после 1994 г. определяющей стала энергоэффективность сооружения и его элементов. Поэтому пересмотрены сложившиеся принципы проектирования зданий и их ограждающих конструкций. В основу обеспечения энергоэффективности положено строгое соблюдение функционального назначения каждого элемента конструкции. Это относится как к зданию в целом, так и к ограждающим конструкциям. В практику отечественного строительства уверенно вошли так называемые каркасно-монолитные здания, где прочностные функции выполняет монолитный каркас, а наружные стены несут только ограждающие (тепло- и звукоизоляционные) функции. В то же время сохранились и успешно развиваются конструктивные принципы зданий с несущими наружными стенами. Последние решения интересны еще и тем, что они полностью применимы для реконструкции тех зданий, которые были рассмотрены в начале статьи и которые повсеместно требуют реконструкции.

Конструктивным принципом наружных стен, которые в одинаковой мере могут применяться для строительства новых зданий и для реконструкции существующих, является сплошное утепление и утепление с воздушной прослойкой. Эффективность данных конструктивных решений определяется оптимальным подбором теплофизических характеристик многослойной конструкции - несущей или самонесущей стены, утеплителя, фактурных слоев, наружного отделочного слоя. Материал основной стены может быть любым и определяющие требования к нему -прочностные и несущие.

Теплоизоляционные характеристики в этом решении стены полностью описываются теплопроводностью утеплителя, в качестве которого используются пенополистирол ПСБ-С, минераловатные плиты, пенобетон, керамические материалы. Пенополистирол - теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, долговечный и технологичный при утеплении. Его производство налажено на отечественных заводах (комбинаты «Стироль» в Ирпене, заводы в Горловке, Житомире, Буче). Основной недостаток - материал горюч и по отечественным пожарным нормам имеет ограниченное применение (для малоэтажных зданий, или же при наличии значительной защиты из негорючей облицовки). При утеплении наружных стен многоэтажных зданий к ПСБ-С предъявляются еще и определенные требования по прочности: плотность материала должна быть не менее 40 кг/м3.

Минераловатные плиты - теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, долговечный, технологичный при утеплении, отвечает требованиям отечественных пожарных норм для наружных стен зданий. На рынке Украины, как и на рынках многих других стран Европы, применяются минераловатные плиты концернов ROCKWOOL, PAROC, ISOVER и др. Характерной особенностью этих фирм является широкая палитра производимых изделий - от мягких плит до жестких. При этом каждое наименование имеет строго адресное назначение - для утепления кровли, внутри стен, фасадное утепление и пр. Например, для фасадного утепления стен по рассматриваемым конструктивным принципам фирма ROCKWOOL выпускает плиты «FASROCK», а фирма PAROC -плиты L-4. Характерной особенностью этих материалов является их высокая формоустойчивость, что особенно важно при утеплении с вентилируемой воздушной прослойкой, низкая теплопроводность и гарантированное качество изделий. По теплопроводности эти минера-ловатные плиты за счет своей структуры не хуже пенополистирола (0,039-0,042 ВтДмК). Адресное изготовление плит обуславливает эксплуатационную надежность утепления наружных стен. Совершенно не приемлемо применение для рассматриваемых конструктивных вариантов матов или мягких минераловатных плит. К сожалению, в отечественной практике встречаются решения утепления стен с вентилируемой воздушной прослойкой, когда в качестве утеплителя используют минераловатные маты. Тепловая надежность подобных изделий вызывает серьезные опасения, и факт достаточно широкого их применения может объясняться только отсутствием в Украине системы ввода в эксплуатацию новых конструктивных решений. Важным элементом в конструкции стен с фасадным утеплением является наружный защитно-декоративный слой. Он не только определяет архитектурное восприятие здания, но и обуславливает влажностное состояние утеплителя, являясь одновременно защитой от атмосферных воздействий и для сплошного утепления элементом удаления парообразной влаги, попадающей в утеплитель под воздействием сил тепло- массообмена. Поэтому особое значение приобретает оптимальный подбор: утеплитель - защитно-отделочный слой.

Выбор защитно-отделочных слоев определяется прежде всего экономическими возможностями. Фасадное утепление с вентилируемой воздушной прослойкой в 2-3 раза дороже, чем сплошное утепление, что определяется уже не энергоэффективностью, так как слой утеплителя в обоих вариантах один и тот же, а стоимостью защитно-отделочного слоя. При этом в общей стоимости системы утепления цена непосредственно утеплителя может составлять (особенно для вышеуказанных некорректных вариантов применения дешевых неплитных материалов) всего 5-10%. Рассматривая фасадное утепление, нельзя не остановиться на утеплении помещений изнутри. Таково уж свойство нашего народа, что во всех практических начинаниях, не взирая на объективные законы, он ищет неординарных путей, будь-то социальные революции или строительство-реконструкция зданий. Внутреннее утепление привлекает всех своей дешевизной - затраты только на утеплитель, а его выбор достаточно широкий, так как нет необходимости в строгом соответствии критериям надежности, следовательно, стоимость утеплителя уже будет не высока при тех же теплоизоляционных показателях, отделка минимальна - любой листовой материал и обои, трудозатраты минимальны. Снижается полезный объем помещений - это мелочи по сравнению с постоянным тепловым дискомфортом. Эти доводы были бы хороши, если бы подобное решение не противоречило закономерностям формирования нормального тепловлажностного режима конструкций. А нормальным этот режим можно назвать только при условии ненакопления в нем влаги в холодный период года (длительность которого для Киева составляет 181 сутки -ровно половина года). При невыполнении этого условия, то есть при конденсации парообразной влаги, которая попадает в наружную конструкцию под действием сил тепло- массообмена, в толще конструкции происходит намокание материалов конструкции и, прежде всего, теплоизоляционного слоя, теплопроводность которого при этом увеличивается, что вызывает еще большую интенсивность дальнейшей конденсации парообразной влаги. Результат - потеря теплоизоляционных свойств, образование плесени, грибков и прочие неприятности.

На графиках 1, 2 представлены характеристики тепловлажностного режима стен при их внутреннем утеплении. В качестве основной стены рассмотрена керамзитобетонная стена, в качестве теплоизолирующих слоев - наиболее часто применяемые пенобетон и ПСБ-С. Для обоих вариантов наблюдается пересечение линий парциального давления водяного пара е и насыщенного водяного пара Е, что сигнализирует о возможности конденсации паров уже в зоне пересечения, которая находится на границе утеплитель - стена. К чему приводит такое решение на уже эксплуатируемых зданиях, где стены находились в неудовлетворительном тепловлажностном режиме (фото 3) и где попытались подобным решением этот режим улучшить, видно на фото 4. Совершенно иная картина наблюдается при перемене мест слагаемых, то есть размещении слоя утеплителя на фасадной стороне стены (график 3).

График №1

График №2

График №3

Необходимо отметить, что ПСБ-С является материалом с закрытопористой структурой и с низким коэффициентом паропроницаемости. Однако и для такого вида материалов, как и при использовании минераловатных плит (график 4), создаваемый при утеплении механизм термовла-гопереноса обеспечивает нормальное влажностное состояние утепляемой стены. Таким образом, если и приходится выбирать внутреннее утепление, а это может быть для зданий с архитектурной ценностью фасада, необходимо тщательно оптимизировать состав теплоизоляции, чтобы избежать или хотя бы минимизировать последствия режима.

График №4

Стены зданий колодцевой кирпичной кладки

Теплоизолирующие свойства стен определяются слоем утеплителя, требования к которому в основном обуславливаются его теплоизоляционными характеристиками. Прочностные свойства утеплителя, его устойчивость к атмосферным воздействиям для такого типа конструкций не играют определяющую роль. Поэтому в качестве утеплителя могут использоваться плиты ПСБ-С плотностью 15-30 кг/м3, минераловатные мягкие плиты и маты. При проектировании стен такой конструкции необходимо обязательно рассчитывать приведенное сопротивление теплопередаче, учитывающее влияние сплошных кирпичных перемычек на интегральный тепловой поток через стены.

Стены зданий каркасно-монолитной схемы .

Характерной особенностью этих стен является возможность обеспечения относительно равномерного температурного поля на достаточно большой площади внутренней поверхности наружных стен. В то же время несущие колонны каркаса являются массивными теплопроводными включениями, что обуславливает необходимость обязательной проверки соответствия температурных полей нормативным требованиям. Наиболее распространено в качестве наружного слоя стен данной схемы использование кирпичной кладки в четверть кирпича, 0,5 кирпича или в один кирпич. При этом используется качественный импортный или отечественный кирпич, что придает зданиям привлекательный архитектурный облик (фото 5).

С точки зрения формирования нормального влаж-ностного режима наиболее оптимальным является применение наружного слоя в четверть кирпича, однако это требует высокого качества как самого кирпича, так и работы по устройству кладки. К сожалению, в отечественной практике для многоэтажных зданий не всегда может обеспечиваться надежная кладка даже в 0,5 кирпича, и потому в основном используется наружный слой в один кирпич. Такое решение уже требует тщательного анализа тепловлажностного режима конструкций, только после которого можно принимать вывод о жизнеспособности конкретной стены. В качестве утеплителя в Украине широко используется пенобетон. Наличие вентилируемой воздушной прослойки позволяет удалять влагу из слоя утеплителя, что гарантирует нормальный тепловлажностный режим конструкции стены. К недостаткам этого решения следует отнести то, что в теплоизоляционном отношении совершенно не работает внешний слой в один кирпич, наружный холодный воздух напрямую обмывает утеплитель из пенобетона, что обуславливает необходимость предъявления высоких требований к его морозостойкости. Учитывая то, что для теплоизоляции следует использовать пенобетон плотностью 400 кг/м3, а в практике отечественного производства часто наблюдается нарушение технологии, и пенобетон, используемый в таких конструктивных решениях, имеет фактическую плотность выше указанной (до 600 кг/м3), данное конструктивное решение требует тщательного контроля при монтаже стен и при приемке здания. В настоящее время разработаны и находятся в

стадии предзавод-ской готовности (строится производственная линия) перспективные тепло- звукоизоляционные и, одновременно, отделочные материалы, которые могут применяться в конструкциях стен зданий каркасно-монолитной схемы.К таким материалам относятся плиты и блоки на основе керамического минерального материала «Сиолит». Очень интересным решением конструкций наружных стен является светопрозрачная изоляция. При этом формируется такой тепловлажностный режим, при котором отсутствует конденсация паров в толще утеплителя, а светопрозрачная изоляция является не только тепловой изоляцией, но и источником теплоты в холодный период года.

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; панельно-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 опиранием 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 степенью 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.

Облик фасадов зданий, в первую очередь, формируют стены. Поэтому каменные стены должны отвечать соответствующим эстетическим требованиям. Кроме того, стены подвергаются многочисленным силовым, влажностным и другим воздействиям: собственная масса, нагрузки от перекрытий и крыш, ветер, сейсмические толчки и неравномерная деформация оснований, солнечная радиация, переменная температура и атмосферные осадки, шум и др. Поэтому стены должны отвечать требованиям прочности, долговечности, огнестойкости, защищать помещения от неблагоприятных внешних воздействий, обеспечивать в них благоприятный температурно-влажностный режим для комфортного проживания и трудовой деятельности.

В комплекс конструкции стен часто входят заполнения проемов окон и дверей, другие конструктивные элементы, которые также должны отвечать указанным требованиям.

По степени пространственной жесткости здания с каменными стенами можно разделить на здания с жесткой конструктивной схемой, к которым относятся здания с частым расположением поперечных стен, т.е. преимущественно гражданские здания, и здания с упругой конструктивной схемой, к которым относятся одноэтажные производственные, складские и другие подобные здания (в них продольные стены имеют значительную высоту и большие расстояния между поперечными стенами).

В зависимости от назначения здания или сооружения, действующих нагрузок, этажности и других факторов каменные стены подразделяются:

• ? на несущие, воспринимающие все вертикальные и горизонтальные нагрузки;
• ? самонесущие, воспринимающие только собственную массу;
• ? ненесущие (фахверковые), в которых каменная кладка используется как заполнение панелей, образованных ригелями, раскосами и стойками каркаса.

Прочность каменных стен в большой степени зависит от прочности кладки:

где А - коэффициент, зависящий от прочности камня; R K - прочность камня; R p - прочность раствора.

В соответствии с этим, даже если прочность раствора будет равна О, кладка будет иметь прочность, равную 33% ее максимально возможной прочности.

Для обеспечения совместной работы и образования пространственной коробки стены обычно связывают друг с другом, с перекрытиями и каркасом при помощи анкеров. Поэтому устойчивость и жесткость каменных стен зависят не только от их собственной жесткости, но и от жесткости перекрытий, покрытий и других конструкций, которые обеспечивают опирание и закрепление стен по их высоте.

Стены бывают сплошными (без проемов) и с проемами. Сплошные стены без конструктивных элементов и архитектурных деталей называются гладкими. Различают следующие конструктивные элементы стен (рис. 7.1):

• ? пилястры - вертикальные выступы на поверхности стены прямоугольного сечения, служащие для членения плоскости стены;
• ? конфорсы - такие же выступы, увеличивающие устойчивость и несущую способность стены;
• ? пилоны - кирпичные или каменные столбы, служащие опорой перекрытия или оформляющие вход в здание;
• ? обрез кладки - место перехода по высоте от цоколя к стене;
• ? поясок - напуск ряда кладки в целях расчленения отдельных частей фасада здания по его высоте;
• ? сандрик - небольшой навес над проемами на фасаде здания;
• ? карниз - напуск нескольких рядов кладки (не больше 1 /3 кирпича в ряду);
• ? борозды - протяженные вертикальные или горизонтальные углубления в кладке для сокрытий коммуникаций;
• ? ниши - углубления в кладке, в которых располагают приборы отопления, электрические и другие шкафы;
• ? простенки - участки кладки, расположенные между соседними проемами;
• ? притолоки (четверти) - выступы кладки в наружной части стены и простенков для установки оконных и дверных заполнений;
• ? деревянные пробки (бобышки) - бруски, устанавливаемые в кладке для крепления оконных и дверных коробок.

Рис. 7.1. Конструктивные элементы стен: а - пилястры; б - контрфорсы; в - пилоны; г - обрез кладки; д - поясок; е - сандрик; ж - карниз; з - борозды; и - ниши; к - простенки; л - притолоки; м - деревянные пробки

Кладку стен ведут с обязательной перевязкой вертикальных швов. С наружной стороны стены ряды кладки могут чередоваться следующим образом:

• ? тычковые с тычковыми;
• ? ложковые с ложковыми;
• ? ложковые с тычковыми;
• ? тычковые со смешанными;
• ? одни смешанные.

На практике наибольшее распространение получили системы с чередующимися ложковыми и тычковыми рядами. Чем больше смежных ложковых рядов, тем кладка получается менее прочной (но и менее трудоемкой), так как увеличивается число продольных вертикальных рядов и уменьшается число кирпичей, которые подвергаются колке на части. Поэтому при выборе системы перевязки кладки ориентируются на эти показатели. Широкое распространение получили системы перевязки каменных стен, приведенные на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Системы перевязки кладки каменных стен: а, б, в, г - однорядная, соответственно цепная, крестовая, голландская, готическая; д - двухрядная английская; е - двухрядная с вставными тычками; ж - трехрядная; з - пятирядная; и - разрез стены при пятирядной перевязке; к - разрез стены при однорядной перевязке

Конструктивное решение включает строительную и конструктивную системы, а также конструктивную схему.

Строительная система здания определяется материалом, наиболее массовой конструкцией и технологией возведения несущих элементов (монолитный железобетон).

Конструктивная схема представляет собой схематичный вариант конструктивной системы относительно продольных и поперечных осей.

Несущая КС железобетонного здания состоит из фундамента, опирающихся на него вертикальных несущих элементов (колонн и стен) и объединяющих их в единую пространственную систему горизонтальных элементов (плит перекрытий и покрытия).

В зависимости от типа вертикальных несущих элементов (колонны и стены) конструктивные системы разделяют на:

Колонные (каркасные), где основным несущим вертикальным элементом являются колонны;

Стеновые (бескаркасные), где основным несущим элементом являются стены;

Колонно-стеновые, или смешанные, где вертикальными несущими элементами являются колонны и стены.

а - колонная КС; б - стеновая КС; в - смешанная КС;

1 - плита перекрытия; 2 - колонны; 3 - стены

Рисунок 5.1. Фрагменты планов зданий

Нижние этажи часто решают в одной конструктивной системе, а верхние - в другой. Конструктивная система таких зданий является комбинированной.

Конструктивные схемы в стеновых КС определяются взаимным расположением стен, а в колонных КС - взаимным расположением межколонных балок (рис. 5.5) относительно поперечных и продольных осей здания. Схемы бывают поперечные, продольные и перекрестные. В реальных монолитных зданиях конструктивные схемы обычно перекрестные (рис. 5.5, в, г; 6.2, а). Чисто поперечные и продольные схемы (рис. 6.1, б, в) рассматриваются при разделении пространственной КС на две независимые (рис. 6.1, б, в и 6.2, б, в) с целью упрощения расчетов.

Конструктивные решения гражданских зданий из сборных железобетонных конструкций

Гражданские здания (жилые и общественные) могут возводиться в монолитном, сборно-монолитном и сборном исполнении.

Монолитные – здания возводятся из монолитного бетона в опалубке различного вида.

Сборно-монолитные – сочетание сборных элементов и монолитного бетона, например колонны и стены здания сборные, а перекрытия монолитные.

Сборные здания возводятся или монтируются из крупных элементов заводской готовности.

По этажности гражданские здания подразделяются на малоэтажные (высотой до 3-х этажей), многоэтажные (от 4 до 8-ми этажей), здания повышенной этажности (от 9 до 25 этажей) и высотные (свыше 25 этажей).

По конструктивной системе гражданские здания бывают:

Колонные (каркасные);

Стеновые (безкаркасные);

Смешанные.

В зданиях с несущими стенами нагрузку от перекрытий и крыши воспринимают стены: продольные, поперечные или и те и другие одновременно.

Каркасные здания имеют несущий каркас из сборных железобетонных колонн и ригелей. В зданиях с полным каркасом колонны устанавливаются во всех точках пересечения осей планировочной схемы.

В зданиях с неполным каркасом колонны располагаются только внутри здания. Наружные стены выполняются несущими или самонесущими, как правило, из каменной кладки.

Крупнопанельное здание собирается из крупноразмерных плоскостных сборных железобетонных элементов: стеновых панелей, панелей междуэтажных перекрытий и покрытий.

Конструктивная схема здания крупнопанельного здания принимается в зависимости от архитектурной компоновки, членения фасада здания, геологических особенностей основания и других факторов. Существуют следующие конструктивные схемы крупнопанельных зданий:

1. Бескаркасная схема:

С продольными несущими стенами.

С поперечными несущими стенами.

С продольными и поперечными несущими стенами.

2. Каркасно-панельная схема:

Полным каркасом.

С неполным каркасом.

Бескаркасная схема наиболее широко применяется при проектировании гражданских зданий высотой не более 16 этажей. Пространственная жесткость таких зданий обеспечивается совместной работой стен и плит перекрытий, соединяемых между собой при помощи сварки закладных деталей. При большей высоте по условиям обеспечения жесткости целесообразно выполнять каркасные здания с центральным ядром жесткости.

Каркасно-панельная схема применяется при проектировании многоэтажных общественных и производственных зданий. Несущей конструкцией является железобетонный каркас, стеновые панели в этом случае выполняют только ограждающие функции и являются навесными.

Железобетонный каркас может быть с поперечными ригелями, с продольными ригелями и безригельным (с безбалочными перекрытиями) – в этом случае плиты перекрытий опираются непосредственно на колонны.

В сборно-монолитных крупно-панельных зданиях выше 20-22 этажей для воспринятия нагрузок внутри каркаса устраивается ядро жесткости из монолитного бетона, как правило, для этой цели используется лифтовый узел. После возведения шахты вокруг устанавливаются сборные конструкции каркасного или панельного здания, которые жестко соединяются с ядром жесткости.

Здания объемно-блочной конструкции подразделяются на три основные конструктивные схемы:

1. Панельно-блочная – сочетание несущих объемных блоков с плоскими панелями плит перекрытий и навесными или самонесущими панелями наружных стен.

2. Каркасно-блочная – сочетание несущих блок-комнат с несущим каркасом. В зданиях такой конструкции все нагрузки воспринимаются железобетонным каркасом, блок-комнаты опираются на поперечные или продольные ригели.

3. Объемно-блочная – сплошная расстановка объемных элементов без применения плоских конструкций.

В бескаркасных зданиях, в зависимости от конструктивного решения, объемные элементы могут опираться друг на друга в четырех точках по углам – точечная схема опирания или по граням двух внутренних стенок блоков – линейная схема.

Здания из объемных элементов возводятся из блок-элементов (блок-комнат, блок-квартир, санитарно-технических кабин, лифтовых шахт и др.). Объемные элементы это готовые строительные блоки с выполненной отделкой или полностью подготовленные под отделку с установленным инженерным оборудованием. Блоки изготавливаются монолитным способом или собираются в заводских условиях с максимально возможносй степенью готовности.

Конструктивные решения одноэтажных промышленных зданий из сборных железобетонных конструкций

В зависимости от назначения промышленные здания подразделяются на:

Производственные, в которых размещаются основные производства.

Вспомогательные, в которых размещаются культурно-бытовые, административно-конторские помещения, столовые, лаборатории и т.п.

Здания промышленных предприятий классифицируют по их специфическим признакам, которые предусматривают назначение и принадлежность этих зданий к той или иной отрасли промышленности, а также этажности, числу пролетов, степени огнестойкости и долговечности, способу расположения внутренних опор и вида внутрицехового транспорта.

Одноэтажные промышленные здания компонуются, как правило, из параллельных пролетов одинаковой ширины и высоты с одинаковым подъемно-транспортным обобрудованием. Могут быть однопролетные и многопролетные

Тип зданий зависит от массы монтажных элементов:

Легкого типа – с массой монтажных элементов 5-9 т.

Среднего типа – с массой монтажных элементов 8-16т.

Тяжелого типа – с массой монтажных элементов 15-35т.

По расположению внутренних опор одноэтажные промышленные здания подразделяются на:

Пролетные.

Ячейковые.

Зальные с центральной опорой или без нее.

В пролетных зданиях ширина пролетов 12-36м с шагом колонн 6 или 12м. Технологические линии направлены вдоль пролета и обслуживаются кранами.

В ячейковых зданиях – квадратная сетка опор – 12х12,18х18, …36х36м и технологические линии располагаются во взаимно-перпендикулярном направлении.

Зальные здания имеют пролеты 60-100м и более с установкой большеразмерного оборудования для выпуска крупногабаритной продукции (ангары, машинные залы ТЭЦ и т.п.). Такие здания перекрывают, как правило, пространственными конструкциями.

Одноэтажные промышленные здания проектируются с полным и неполным каркасом. Они могут быть оснащены подъемно-транспортным оборудованием в виде мостовых кранов – опорных или подвесных или напольных кранов.

Общая устойчивость и геометрическая неизменяемость одноэтажного каркасного здания достигается в продольном направлении защемлением колонн в фундаментах и системой связей по колоннам, в поперечном направлении – защемлением колонн в фундаментах, а также жестким в своей плоскости диском покрытия.

В общем случае одноэтажное промышленное здание состоит из стен, колонн, покрытия, подкрановых балок, связей и фундаментов.

Железобетонные колонны по виду поперечного сечения могут быть сплошными (прямоугольного или двутаврового сечения) и сквозными (двухветвевые). В зависимости от назначения зданий и действующих нагрузок применяются следующие разновидности колонн:

Прямоугольные (безконсольные).

С консолями для опирания несущих конструкций покрытий.

С односторонними и двусторонними подкрановыми консолями.

Одноэтажное промышленное каркасное здание может иметь плоское покрытие – из линейных элементов или пространственное – из тонкостенных пространственных элементов.

Несущие конструкции покрытий подразделяются на главные (стропильные балки, фермы или арки) и второстепенные (крупнопанельные плиты, прогоны). В состав конструкций покрытия одноэтажного каркасного здания входят также фонари и связи.

Балки покрытий (стропильные балки) опираются на колонны или подстропильные балки. Стропильными балками перекрываются пролеты 6-24м при шаге колонн 6 или 12м. Подстропильные балки применяют в том случае, когда шаг колонны больше расстояния между стропильными балками.

Стропильные балки могут быть двускатными, односкатными и с параллельными горизонтальными поясами. Подстропильные балки бывают с параллельными и непараллельными поясами.

В качестве несущих конструкций покрытия кроме балок применяют железобетонные фермы. Применение ферм целесообразно при пролетах 18-30м и шаге колонн 6 или 12м. Железобетонные фермы могут быть цельными и составными.

Очертание фермы зависит от вида кровли, общей компоновки покрытия, а также от наличия, формы и расположения фонарей. Различают сегментные и полигональные фермы. Сегментные фермы с криволинейным верхним поясом называют арочными.

Полигональные фермы применяют с параллельными поясами, восходящими опорными раскосами и уклоном верхнего пояса 1:12, а также с нисходящими опорными раскосами и ломаным нижним поясом.

Второстепенные несущие конструкции покрытий могут непосредственно опираться на стропильные балки, фермы или арки (беспрогонная система покрытий) или поддерживаться системой прогонов, опирающихся на основные несущие конструкции покрытий (прогонная система покрытий).

Конструктивные решения каркасных многоэтажных зданий из сборных железобетонных конструкций

Основой многоэтажного каркасного здания является многоэтажная многопролетная железобетонная рама, ригели которой воспринимают нагрузку от панелей перекрытия и покрытия. Наружные стены, как правило, навесные из крупных панелей.

Каркасы многоэтажных зданий по схеме статической работы подразделяются на рамные, связевые и рамно-связевые.

В рамной схеме каркаса все горизонтальные нагрузки воспринимаются жестким сопряжением колонн и ригелей.

В связевой схеме каркасов горизонтальные нагрузки воспринимаются вертикальными диафрагмами жесткости или ядрами жесткости. Связевая схема каркаса исключает необходимость устройства жестких узлов в сопряжении ригелей с колоннами. которые могут выполняться шарнирными или с частичным защемлением ригелей на опоре.

В рамно-связевой схеме горизонтальные нагрузки распределяются между элементами связей и жестким сопряжением ригелей с колоннами (в одном или в двух направлениях).

Основными конструктивными элементами многоэтажных зданий являются: фундаменты, колонны, стены, перекрытия и покрытия.

Многоэтажные здания возводятся с полносборным железобетонным каркасом и самонесущими навесными стенами (панелями), а также с неполным каркасом и несущими стенами. Сборные конструкции перекрытий могут быть балочные и безбалочные.

Основными элементами безбалочного каркаса являются фундаменты, колонн, надколонные плиты, межколонные плиты, пролетные плиты.

Железобетонный каркас с безбалочным перекрытием используется при строительстве предприятий пищевой промышленности, холодильников, где предъявляются повышенные требования к чистоте.

Конструктивные решения селькохозяйственных сооружений из сборных железобетонных конструкций.

Инженерные сооружения из сборных железобетонных конструкций

Инженерные сооружения могут возводиться в сборном, монолитном или сборно-монолитном исполнении.

Резервуары и силосы из сборных железобетонных элементов используются, как правило, для хранения сыпучих материалов и жидкостей.

В цилиндрическом резервуаре днище выполняется из монолитного бетона, колонны опираются на сборные железобетонные подколонники. Стеновое ограждение выполняется сборным из железобетонных панелей, плиты покрытия сборные железобетонные, предварительно напряженные, трапециевидной формы в плане.

Силосы сооружаются круглыми, квадратными, многогранными с коническими и пирамидальными днищами и используются для хранения сыпучих материалов: цемента, зерна, минеральных удобрений. Высота стенок значительно больше размеров поперечного сечения. Силосы являются основными элементами корпусов элеваторов.

Железобетонный силос опирается на колонны. Силосы квадратной формы собираются, как правило, из замкнутых объемных элементов 3х3м, высотой 1,2м, массой 4т. Силосы круглой формы собираются из колец полной заводской готовности диаметром 3м и более, толщина стенок 60-100мм. Стенки блоков могут ребристыми или плоскими. Кольцевые блоки соединяются между собой горизонтальными болтами, а вертикальные соединения между блоками армируются и замоноличиваются.

Дедюхова Екатерина

На решение вопроса теплозащиты зданий и были направлены постановления, принятые в последние годы. Постановлением N 18-81 от 11.08.95 Минстроя РФ введены изменения к СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника», где в значительной степени увеличивались требуемые сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий. Учитывая сложность поставленной задачи в экономическом и техническом плане, было намечено двухэтапное введение повышенных требований к теплопередаче при проектировании и строительстве объектов. Постановление Госстроя РФ N 18-11 от 02.02.98 «О теплозащите строящихся зданий и сооружений» устанавливает конкретные сроки выполнения решений по вопросам энергосбережения. Практически во всех объектах, начатых строительством, будут применяться меры по повышению теплозащиты. С 1 января 2000 г. строительство объектов должно осуществляться с выполнением требований по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций в полном объеме, при проектировании с начала 1998 г. следует применять показатели изменения N 3 и №4 к СНиП II-3-79, соответствующие второму этапу.

Первый опыт реализации решений по теплозащите зданий поставил ряд вопросов перед конструкторами, производителями и поставщиками строительных материалов и изделий. В настоящее время нет устоявшихся, проверенных временем конструктивных решений утепления стен. Понятно, что решение проблем теплозащиты простым увеличением толщины стен не целесообразно ни с экономической, ни с эстетической точек зрения. Так, толщина кирпичной стены при выполнении всех требований может достигать 180 см.

Поэтому следует искать решение в применении композиционных конструкций стен с использованием эффективных теплоизоляционных материалов. Для незавершенных строительством и реконструируемых зданий в конструктивном плане решение принципиально можно представить в двух вариантах — утеплитель располагают с внешней стороны несущей стены или с внутренней. При расположении утеплителя внутри помещения сокращается объем помещения, а пароизоляция утеплителя, особенно при использовании современных конструкций окон с низкой воздухопроницаемостью, приводит к увеличению влажности внутри помещения, возникают мостики холода в местах сопряжения внутренних и внешних стен.

На практике признаками непродуманности в решении этих вопросов являются запотевшие окна, отсыревшие стены с нередким появлением плесени, высокая влажность в помещениях. Помещение превращается в своего рода термос. Возникает необходимость в устройстве принудительной вентиляции. Так, мониторинг жилого дома по проспекту Пушкина, 54 в Минске после его тепловой санации, позволил установить, что относительная влажность в жилых помещениях повысилась до 80% и более, то есть в 1,5-1,7 раза превысила санитарные нормы. По этой причине жильцы вынуждены открывать окна и проветривать жилые комнаты. Таким образом, установка герметичных окон при наличии приточно-вытяжной системы вентиляции значительно ухудшила качество воздушной среды в помещениях. Кроме того, много проблем уже возникает при эксплуатации таких заданий.

Если при наружной теплоизоляции теплопотери через теплопроводные включения снижаются при утолщении слоя утеплителя и в ряде случаев ими можно пренебречь, то при внутренней теплоизоляции негативное влияние этих включений возрастает с увеличением слоя толщины утеплителя. По данным французского исследовательского центра CSTB в случае устройства теплоизоляции снаружи толщина слоя утеплителя может быть на 25-30% меньше, чем для случая внутренней теплоизоляции. Внешнее расположение утеплителя на сегодня более предпочтительно, но пока нет материалов и конструктивных решений, которые в полной мере обеспечивали бы пожарную безопасность здания.

Чтобы сделать теплый дом из традиционных материалов — кирпича, бетона или дерева, — надо увеличивать толщину стен более чем в два раза. Это сделает конструкцию не только дорогой, но и очень тяжелой. Реальный выход — применение эффективных теплоизоляционных материалов.

В качестве основного способа повышения теплоэффективности ограждающих конструкций для кирпичных стен сегодня предлагается утепление в виде устройства наружной теплоизоляции, не уменьшающей площадь внутренних помещений. В некоторых аспектах она является эффективней внутренней из-за существенного превышения суммарной длины теплопроводных включений в местах примыканий внутренних перегородок и перекрытий к наружным стенам по фасаду здания над длиной теплопроводных включений в его углах. Недостаток наружного способа теплоизоляции состоит в трудоемкости и дороговизне технологии, необходимости устройства лесов снаружи здания. Не исключается и последующего оседание утеплителя.

Внутренняя теплоизоляция более выгодна при необходимости уменьшении теплопотерь в углах здания, но предусматривает множество дополнительных дорогостоящих работ, например, устройство специальной пароизоляции на оконных откосах

Теплоаккумулирующая способность массивной части стены при наружной теплоизоляции с течением времени возрастает. По данным фирмы «Karl Epple Gmbh » при наружной теплоизоляции кирпичные стены остывают при отключении источника тепла в 6 раз медленнее стен с внутренней теплоизоляцией при одной и той же толщине утеплителя. Эту особенность наружной теплоизоляции можно использовать для экономии энергии в системах с регулируемой подачей тепла, в том числе за счет ее периодического отключения.. Теплоаккумулирующая способность утепленных снаружи массивных стен может дать экономию тепла до 18% при южной ориентации светопрозрачных ограждений.. Поэтому при реконструкции, особенно в случае ее проведения без выселения жильцов, наиболее приемлемым вариантом будет дополнительная наружная теплоизоляция здания, в функции которой входят:

защита ограждающих конструкций от атмосферных воздействий;


выравнивание температурных колебаний основного массива стены, т.е. от неравномерных температурных деформаций;


создание благоприятного режима работы стены по условиям ее паропроницаемости ;


формирование более благоприятный микроклимата помещения;

архитектурное оформление фасадов реконструируемых зданий.

При исключении негативного влияния атмосферных воздействий и конденсируемой влаги на конструкции ограждения увеличивается общая долговечность несущей части наружной стены.

До устройства наружного утепления зданий предварительно необходимо провести обследование состояния фасадных поверхностей с оценкой их прочности, наличия трещин и т.п., поскольку от этого зависит порядок и объем подготовительных работ, определение расчетных параметров, например, глубина заделки дюбелей в толще стены.

Тепловая санация фасада предусматривает утепление стен эффективными утеплителями с коэффициентом теплопроводности, равном 0,04; 0,05; 0,08 Вт/м ´° С. При этом фасадная отделка выполняется в нескольких вариантах:

— кирпичная кладка из лицевого кирпича;

— штукатурка по сетке;

— экран из тонких панелей, устанавливаемый с зазором по отношению к утеплителю (система вентилируемого фасада)

На затраты по утеплению стен влияют конструктивное решение стены, толщина и стоимость утеплителя. Наиболее экономичным является решение со штукатуркой по сетке. По сравнению с облицовкой кирпичом стоимость 1м 2 такой стены ниже на 30-35%. Значительное удорожание варианта с лицевым кирпичом обусловлено как более высокой стоимостью наружной отделки, так и необходимостью устройства дорогих металлических опор и креплений (15-20 кг стали на 1м 2 стены).

Наибольшую стоимость имеют конструкции, с вентилируемым фасадом. Удорожание по сравнению с вариантом облицовки кирпичом составляет порядка 60%. Это обусловлено, в основном, высокой стоимостью фасадных конструкций, с помощью которых осуществляется установка экрана, стоимостью самого экрана и аксессуаров крепления. Снижение стоимости таких конструкций возможно путем совершенствования системы и применения более дешевых отечественных материалов.

Тем не менее, эффективной считается изоляция, выполненная плитами URSA в полости наружной стены. При этом ограждающая конструкция состоит из двух кирпичных стен и укрепленных между ними теплоизоляционных плит URSA. Плиты URSA фиксируются с помощью анкеров, заложенных в швы кирпичной кладки. Между теплоизоляционными плитами и стеной устраивается паробарьер для предотвращения конденсации водяного пара.

Утепление ограждающих конструкций снаружи при реконструкции может производиться с помощью теплоизоляционной связующей системы «Фасолит-Т», состоящей из плит URSA, стеклянной сетки, строительного клея и фасадной штукатурки. При этом плиты URSA являются как теплоизоляционным, так и несущим элементом. С помощью строительного клея плиты приклеиваются к наружной поверхности стены и крепятся к ней механическими фиксаторами. Затем на плиты наносится армирующий слой строительного клея, по которому укладывается стеклянная сетка. На нее вновь накладывается слой строительного клея, по которому пойдет заключительный слой фасадной штукатурки.

Теплоизоляция стен снаружи может быть произведена с помощью особо жестких плит URSA, закрепляемых на деревянном или металлическом каркасе наружной стены механическими фиксаторами. Затем, с определенным расчетами зазором выполняется облицовка, например, кирпичная стена. Эта конструкция позволяет создавать вентилируемое пространство между облицовкой и теплоизоляционными плитами .

Теплоизоляция внутренних стен в полости с воздушным зазором может быть произведена путем устройства «трехслойной стены». При этом вначале возводится стена из обычного красного кирпича. Теплоизоляционные плиты URSA с гидрофобизированной обработкой насаживаются на проволочные анкеры, предварительно заложенные в кладку несущей стены, и прижимаются шайбами.

С определенным теплотехническим расчетом зазором далее сооружается стена, выходящая, к примеру, в подъезд, лоджию или террасу. Ее рекомендуется выполнять из облицовочного кирпича с расшивкой, чтобы не затрачивать дополнительные средства и усилия на обработку наружных поверхностей. При обработке желательно обращать внимание на хорошую стыковку плит, тогда можно избежать мостиков холода . При толщине изоляции URSA 80 мм рекомендуется двухслойная укладка в перевязку со смещением. Изоляционные плиты должны быть продавлены без повреждений через проволочные анкеры, выступающие горизонтально из несущей верхней стены.

Крепления к минераловатному утеплителю URSA немецкого концерна «PFLEIDERER»

Для примера рассмотрим наиболее приемлимый по стоимости вариант с оштукатуриванием фасадного слоя утеплителя. Этот способ прошел полную сертификацию на территории Российской федерации, в частности – система «Изотех» ТУ 5762-001-36736917-98. Это система с гибкими крепежными элементами и минераловатными плитами типа Rockwooll (Роквул), производимыми в Нижнем Новгороде.

Следует отметить, что минеральная вата Rockwool, являясь волокнистым материалом, способна уменьшить влияние одного из наиболее раздражающих факторов в нашем ежедневном окружении — шума.Как известно, намокший изоляционный материал в значительной степени теряет свои тепло- и звукоизоляционные свойства.

Импрегнированная минеральная вата Rockwool — водоотталкивающий материал, хотя и имеет пористую структуру. Только в сильный дождь могут намокнуть несколько миллиметров верхнего слоя материала, влага из воздуха практически не проникает во внутрь.

В отличие от изоляции Rockwool, плиты URSA ПЛ, ПС, ПТ (по рекламным проспектам также обладающие эффективными водоотталкивающими свойствами) не рекомендуется оставлять незащищенными на время длительных перерывов в работе, следует закрывать незаконченную кирпичную кладку от дождя, поскольку влага, попадающая между передней и задней оболочками кладки, высыхает очень медленно и наносит непоправимый ущерб структуре плит.

Констуктивная схема системы ИЗОТЕХ:

1.Грунтовочная эмульсия ИЗОТЕХ ГЭ.
2 Клеевой раствор ИЗОТЕХ КР.
3. Дюбель полимерный.
4 Теплоизоляционные панели.
5Армирующая сетка из стекло-волокна.
6.Грунтовочный слой под штукатурку ИЗОТЕХ ГР.
7. Декоративный штукатурный слой ИЗОТЕХ ДС .

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций

Исходные данные для теплотехнического расчета примем по приложению 1 СНиП 2.01.01-82 «Схематическая карта климатического районирования территории СССР для строительства». Строительно-климатическая зона Ижевска – Iв, зона влажности – 3 (сухая). Учитывая влажностный режим помещений и зону влажности территории, определяем условия эксплуатации ограждающих конструкций – группа А.

Необходимые для расчетов климатические характеристики для г.Ижевска из СНиП 2.01.01-82 представлены ниже в табличной форме.

Температура и упругость водяного пара наружного воздуха

Ижевск	Средняя по месяцам
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
	-14,2	-13,5	-7,3	2,8	11,1	16,8	18,7	16,5	10	2,3	-5,6	-12,3
Среднегодовая												2,1
Абсолютная минимальная												-46,0
Абсолютная максимальная												37,0
Средняя максимальная наиболее жаркого месяца												24,3
Наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92												-38,0
Наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92												-34,0
<8 ° С, суток. Средняя температура												223 -6,0
Продолжительность периода со средней суточной температурой <10 ° С, суток. Средняя температура												240 -5,0
Средняя темпрература наиболее холодного периода года												-19,0
Продолжительность периода со среднесуточной температурой £ 0 ° С суток.												164

Упругость водяного пара наружного воздуха по месяцам, гПа	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X			XI		XII
	2,2	2,2	3	5,8	8,1	11,7	14,4	13,2	9,5		6,2			3,9		2,6
Средняя месячная относительная влажность воздуха, %	Наиболее холодного месяца											85
	Наиболее жаркого месяца											53
Количество осадков, мм	За год											595
	Жидких и смешанных за год											—
	Суточный максимум											61

При технических расчетах утепления не рекомендуется определять общее приведенное сопротивление теплопередаче наружного ограждения как сумму приведенных сопротивлений теплопередаче существующей стены и дополнительно устраиваемого утепления. Это обусловлено тем, что влияние существующих теплопроводных включений существенно изменяется в сравнении с вычисленным первоначально.

Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R (0) следует принимать в соответствии с заданием на проектирование, но не менее требуемых значений, определяемых исходя из санитарно-гигиенических и комфортных условий, принятых на втором этапе энергосбережения. Определим показатель ГСОП (градусо-сутки отопительного периода):
ГСОП = (t в – t от.пер.) ´ z от.пер. ,

где t в
– расчетная температура внутреннего воздуха, ° С, принимаемая по СНиП 2.08.01-89;

t от.пер, z от.пер . – средняя температура, ° С и — продолжительность периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ° С суток.

Отсюда ГСОП = (20-(-6)) ´ 223 = 5798.

Фрагмент таблицы 1б*(К) СНиП II-3-79*

Здания и помещения	ГСОП*	Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций, не менее R (o)тр, м 2 ´° С/Вт
		стен	чердачных перекрытий	окон и балконных дверей
Жилые , лечебно- профилактические и детские учреждения, школы, интернаты	2000 4000 6000 8000	2,1 2,8 3,5 4,2	2,8 3,7 4,6 5,5	0,3 0,45 0,6 0,7
* Промежуточные значения определяются интерполяцией.

Методом интерполяции определяем минимальное значение R (o)тр ,: для стен- 3,44 м 2 ´° С /Вт; для чердачных перекрытий- 4,53 м 2 ´° С /Вт ; для окон и балконных дверей- 0,58 м 2 ´° С
/Вт.

Расчет утеплителя и теплотехнических характеристик кирпичной стены производится на основании предварительногорасчета и обоснования принятой толщины утеплителя.

Теплотехнические характеристики материалов стены

№ слоя (считая изнутри)		№ позиции по прил.3 СНиП II-3-79*	Материал	Толщина, d м	Плотность r , кг/м 3	Теплоемкость с, кДж/(кг°С)	Теплопроводность l , Вт /(м°С)	Теплоусвоение s, Вт/ (м^С)	Паропроницаемость m мг/(мчПа)
Ограждение – наружная кирпичная стена
1	71		Раствор цементно-песчаный	0.02	1800	0,84	0,76	9,60	0,09
2	87			0,64	1800	0,88	0,76	9,77	0,11
3	133		Марка П175	х /span	175	0,84	0,043	1,02	0,54
4	71			0,004	1500	0,84	0,76	9,60	0,09

Где х – неизвестная толщина слоя утеплителя.

Определим требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций: R o тр, установив:

n — коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной

Поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху;

t в — расчетная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая согласно ГОСТ 12.1.005-88 и нормам проектирования жилых зданий;

t н — расчетная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92;

D t н — нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха

И температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции;

a в

Отсюда R o тр = = 1,552

Так как условием выбора R o тр является максимальное значение из полученного по расчету или табличного значения, окончательно принимаем табличное значение R o тр = 3,44 .

Термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев. Для определения толщины утепляющего слоя воспользуемся формулой:

R o тр ≤ + S + ,

где a в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций;

d i — толщина слоя, м ;

l i — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м·°С);

a н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м 2 ´ °С).

Безусловно, значение х должно быть минимальным для экономии средств, поэтому необходимое
значение величины утепляющего слоя можно выразить из предыдущих условий, получая в результате х ³ 0,102 м.

Принимаем толщину минераловатной плиты равной 100мм , что кратно толщине выпускаемых изделий марки П175 (50, 100 мм ).

Определяем фактическое значение R o ф = 3,38 , это на 1,7% меньше R o тр = 3,44 , т.е. укладывается в допустимое отрицательное отклонение 5% .

Приведенный выше расчет является стандартным и подробно описан в СНиП II-3-79*. Подобную методику использовали и авторы ижевской программы по реконструкции зданий серии 1-335. При утеплении панельного здания, имеющего меньшее начальное R o , ими был принят утеплитель из пеностекла производства АО «Гомельстекло» по ТУ 21 БССР 290-87 с толщиной d = 200 мм и коэффициентом теплопроводности l = 0,085. Полученное при этом т дополнительное сопротивление теплопередаче выражается следующим образом:

R доп = = = 2,35 , что соответствует сопротивлению теплопередачи утепляющего слоя толщиной 100мм из минераловатного утеплителя R=2,33 с точностью до (-0,86%). С учетом более высоких начальных характеристик кирпичной кладки толщиной 640 мм в сравнении с стеновой панелью здания серии 1-335 можно сделать вывод, что полученное нами общее сопротивление теплопередачи выше и соответствует требованиям СниП.

В многочисленных рекомендациях ЦНИИП ЖИЛИЩЕ приводится более сложный вариант расчета с разбивкой стены на участки с разными термическими сопротивлениями, например, в местах опирания плит перекрытия, надоконных перемычек. Для здания серии 1-447 вводится до 17 участков на расчетной площади стены, ограниченной высотой этажа и расстоянием повторяемости элементов фасада, влияющих на условия теплопередачи (6м). В СНиП II-3-79* и других рекомендациях подобные данные не приводятся

В расчеты для каждого участка при этом вводится коэффициент тепловой неоднородности, который учитывает непараллельные вектору теплового потока потери стен в местах устройства оконных и дверных проемов, а также влияние на потери соседних участков с меньшим термическим сопротивлением. По этим расчетам для нашей зоны пришлось бы использовать аналогичный минераловатный утеплитель толщиной не менее 120мм. Это означает, что с учетом кратности выпускаемым размерам минераловатных плит с необходимой средней плотностью r > 145 кг/м 3 (100, 50мм), согласно ТУ 5762-001-36736917-98, потребуется введение утепляющего слоя, состоящего из 2-х плит толщиной 100 и 50 мм. Это не только удвоит стоимость тепловой санации, но и усложнит технологию.

Компенсировать возможное минимальное несоответствие толщины теплоизоляции при сложной схеме расчета можно незначительными внутренними мерами сокращения тепловых потерь. К ним относят: рациональный выбор элементов оконного заполнения, качественное уплотнение оконных и дверных проемов, устройство отражающих экранов с нанесенным теплоотражающим слоем за радиатором отопления и т.п. Возведение отапливаемых площадей в мансардном этаже также не влечет за собой увеличения общего (существовавшего до реконструкции) энергопотребления, поскольку, по сведениям производителей и организаций, выполняющих утепление фасадов, затраты на отопление даже снижаются от 1,8 до 2,5 раз.

Расчет тепловой инерции наружной стены начинают с определения тепловой инерции D ограждающей конструкции:

D = R 1 ´ S 1 + R 2 ´ S 2 + … +R n ´ S n ,

где R – сопротивление теплопередаче i-го слоя стены

S — теплоусвоение Вт / (м ´° С),

отсюда D
= 0,026 ´ 9,60 + 0,842 ´ 9,77 + 2,32 ´ 1,02 + 0,007 ´ 9,60 = 10,91.

Расчет теплоаккумулирующей способности стены Q проводят с целью исключения слишком быстрого и чрезмерного нагревания охлаждения внутренних помещений.

Различают внутреннюю теплоаккумулирующую способность Q в (при перепаде температур изнутри наружу — зимой) и наружную Q н (при перепаде температур снаружи внутрь — летом). Внутренняя теплоаккумулирующая способность характеризует поведение стены при колебаниях температуры на её внутренней стороне (отключение отопления), наружная — на наружной (солнечная радиация). Микроклимат помещений тем лучше, чем больше теплоаккумулирующая способность ограждений. Большая внутренняя теплоаккумулирующая способность означает следующее: при выключении отопления (например, ночью или при аварии) температура внутренней поверхности конструкции снижается медленно и долгое время она отдает теплоту охлажденному воздуху помещения. В этом состоит преимущество конструкции с большим Q в. Недостатком является то, что при включении отопления такая конструкция долго прогревается. Внутренняя теплоаккумулирующая способность возрастает с увеличением плотности материала ограждения. Легкие теплоизоляционные слои конструкции следует размещать ближе к наружной поверхности. Размещение теплоизоляции изнутри приводит к снижению Q в. Ограждения с малым Q в быстро прогреваются и быстро остывают, поэтому такие конструкции целесообразно применять в помещениях с кратковременным пребыванием людей. Общая теплоаккумулирующую способность Q = Q в + Q н. При оценке альтернативных вариантов ограждений предпочтение следует отдавать конструкциям с бо льшей Q в.

Вычисляет плотность теплового потока вычисляем

q = = 15,98 .

Температура внутренней поверхности:

t в = t в – , t в = 20 – = 18,16 ° С.

Температура наружной поверхности:

t н = t н + , t н = -34 + = -33,31 ° С.

Температура между слоем i и слоем i+1 (слои – изнутри наружу):

t i+1 = t i — q ´ R i ,

где R i – сопротивление теплопередаче i – го слоя, R i = .

Внутренняя теплоаккумулирующая способность выразится:

Q в = S с i ´r i ´d i ´ ( t iср — t н),

где с i – теплоемкость i-го слоя, кДж/(кг ´ °С)

r i – плотность слоя по таблице 1, кг/м 3

d i – толщина слоя, м

t i ср — средняя температура слоя, ° С

t н – расчетная температура наружного воздуха, ° С

Q в = 0,84 ´ 1800 ´ 0,02 ´ (17,95-(-34)) + 0,88 ´ 1800 ´ 0,64 ´ (11,01-(-34))

0,84 ´ 175 м

Коэффициент теплопроводности
l , Температура внутренней поверхности ° С Температура наружной поверхности ° С Температурный перепад
° С Средняя температура в слое
t i ср
° С 1. Раствор цементно-песчаный 0,020 0,76 18,16 17,74 0,42 17,95 2. Кирпичная кладка из сплошного силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе 0,640 0,76 17,74 4,28 13,46 11,01 3. Минераловатная плита «Роквул» на синтетическом связующем.
Марка П-175 0,100 0,043 4,28 -32,88 37,16 -14,30 4. Раствор цементно-известковый на основе гидрофобных акриловых составов различных оттенков 0,004 0,76 -32,88 -33,31 0,43 -32,67

По результатам расчета в координатах t- d строится температурное поле стены в интервале температур t н -t в.

Вертикальный масштаб 1мм = 1 ° С

Горизонтальный иасштаб, мм 1/10

Расчет тепловой устойчивости стены согласно СНиП II-3-79* выполняется для районов со среднемесячной температурой июля 21 ° С и выше. Для Ижевска этот расчет будет излишним, поскольку средняя температура июля составляет 18,7 ° С.

Проверку поверхности наружной стены на конденсацию влаги выполняют при условии t в < t р, т.е. в случае, когда температура поверхности ниже температуры точки росы, или когда упругость водяного пара, вычисленная по температуре поверхности стены, больше максимальной упругости водяного пара, определенной по температуре внутреннего воздуха
(е в >Е t ). В этих случаях на поверхности стены возможно выпадение влаги из воздуха.

Расчетная температура воздуха в помещении t в по СНиП 2.08.01-89	20 ° С
носительная влажность воздуха помещения	55%
Температура внутренней поверхности ограждающей конструкции t в	18,16 ° С
Температура точки росы t р, определенная по id диаграмме	9,5 ° С
Возможность конденсации влаги на поверхности стены	нет	Температура точки росы t р определяется по i-d диаграмме.

Проверка возможности выпадения конденсата в наружных углах комнат затрудняется тем, что для нее необходимо знать температуру внутренней поверхности в углах. При использовании многослойных конструкций ограждения точное решение этой задачи весьма сложное. Но при достаточно высокой температуре поверхности основной стены, маловероятно ее снижение в углах ниже точки росы, то есть с 18,16 до 9,5 ° С.

Вследствие разности парциальных давлений (упругости водяного пара) в воздушных средах, разделяемых ограждением, возникает диффузионный поток водяных паров интенсивностью — g из среды с большим парциальным давлением в среду с меньшим давлением (для зимних условий: изнутри — наружу ). В сечении, где теплый воздух внезапно охлаждается на контакте с холодной поверхностью до температуры ≤t р происходит конденсация влаги. Определение зоны возможной конденсации влаги в толще ограждения выполняется в случае, если не выполняются варианты, указанные в п. 6.4 СНиП II-3-79*:

а) Однородных (однослойных) наружных стен помещений с сухим или нормальным режимом;

б) Двухслойных наружных стен помещений с сухим и нормальным режимом, если внутренний слой стены имеет сопротивление паропроницанию более 1,6 Па ´ м 2 ´ ч /мг

Сопротивление паропроницанию определяется по формуле:

R п = R пв + S R пi

где R пв – сопротивление паропроницанию пограничного слоя;

R пi – сопротивление слоев, определяемое согласно п. 6.3 СНиП II-3-79*: R пi = ,

Где d i , m i — соответственно толщина и нормативное сопротивление паропроницанию i-го слоя.

Отсюда

R п = 0,0233 + + = 6,06 .

Полученное значение в 3,8 раза превышает необходимый минимум, что уже гарантирует от конденсации влаги в толще стены .

Для жилых домов массовых серий в бывшей ГДР разработаны типовые детали и узлы как для скатных кровель, так и для зданий с бесчерачным покрытием, с цокольной частью различной высоты. После замены оконных заполнений и штукатурке фасада, здания выглядят значительно лучше.