Общие требования и классификация конструкций

Наружные стены - сложная конструкция здания. Они подвергаются многочисленным и разнообразным силовым и несиловым воздействиям. Стены воспринимают собственную массу, постоянные и временные нагрузки от перекрытий и крыши, воздействия ветра, 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.

Выполняя функции ограждающей конструкции, композиционного элемента фасадов; а часто и несущей конструкции, стены должны отвечать требованиям прочности, долговечности и огнестойкости, соответствующим классу капитальности здания, обладать необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойствами, декоративными качествами, быть индустриальными, экономичными (наружные стены составляют 20-25 % стоимости конструкций здания).

Стены могут быть подразделены по следующим признакам:

§ по местоположению – наружные и внутренние;

§ по статической работе – несущие, самонесущие и ненесущие (навесные);

§ по типу и размерам стеновых изделий: мелкоэлементные – кирпич, камень; крупноэлементные – из крупных блоков или панелей;

§ по материалу стеновых изделий;

§ по конструкции: термически и акустически однородные (однослойные) и неоднородные (слоистые);

§ показателю массы;

§ по способу возведения: традиционная кладка, монолитные; сборные (из крупных блоков и панелей).

Следует отметить, что многие из признаков взаимосвязаны; так материал и изделия, применяемые для стен, тесно связаны с методами возведения зданий.

В зависимости от принятой конструктивной системы здания, наружные и внутренние стены и их элементы могут быть несущими, самонесущими, ненесущими. Несущие стены помимо вертикальной на грузки от собственной массы, воспринимают и передают фундаментам нагрузки от смежных конструкций: перекрытий, перегородок и пр. Самонесущие стены воспринимают вертикальную нагрузку только от собственно массы (включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и других элементов стен) передают ее на фундаменты непосредственно либо через цокольные панели, рандбалки или другие конструкции. Ненесущие стены нагружены только собственным весом и ветровой нагрузкой в пределах участка высотой не более 6 м и поэтажно (или через несколько этажей) оперты на смежные внутренние конструкции здания (перекрытия, стены, каркас).

Несущие и самонесущие стены воспринимают наряду с вертикальными и горизонтальными нагрузки, являясь вертикальными элементами жесткости сооружений. В зданиях с ненесущими наружными стенами функции вертикальных элементов жесткости выполняют каркасы (внутренние стены, диафрагмы или ствол жесткости).

Несущие и ненесущие наружные стены мо гут быть применены в зданиях любой этажности. Высота самонесущих стен ограничена в целях предотвращения взаимных смещений самонесущих и внутренних несущих конструкций, сопровождающихся местным 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.

Предельная этажность несущей стены зависит от прочности и деформативности ее материала, 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, а стен стальной решетчатой оболочковой конструкции – в 70-100- этажных зданиях.

В зависимости от типа и размера применяемых изделий стены бывают из мелкоразмерных стеновых изделий при кладке из камня (кирпича и стеновых камней объемом 2-8 кирпичей; Вес кирпичей – до 4÷4,3 кг, бетонных камней –до 30 кг; крупноэлементными при стеновых элементах высотой, равной от 1/4 до полной высоты этажа и более.

Крупноэлементные стены подразделяют на крупноблочные и крупнопанельные.

Крупноблочные стены могут иметь разрезку от двух до четырех рядов по высоте этажа (рис. ХХ). Разрезка - геометрическая схема членения конструкции в ее основной плоскости (фасада для наружных стен). Масса блоков до 3 т.

Крупные стеновые панели, применяемые в массовом строительстве, как правило, имеют размеры «на комнату» или «на две комнаты», т. е. высота панели равна высоте этажа или двух этажей, а ширина - одному или двум планировочным шагам (рис. ХХ).

В зависимости от конструктивной и строительной систем здания, класса капитальности, местных условий для четырех основных типов стен используют следующие основные материалы и изделия:

§ для бетонных:- легкий бетон (стеновые камни, крупные блоки и панели);
- ячеистый бетон (стеновые камни, плиты и крупные панели);
- тяжелый бетон (крупные панели);

§ для каменных: - естественный камень (стеновые камни);
- обожженная глина (кирпич, пустотелая строительная керамика);
- силикатная масса (кирпич, стеновые камни, крупные блоки);

§ для небетонных: - листовые и профильные изделия (асбестоцементные,
алюминиевые и синтетические);
- эффективные утеплители (минеральные и синтетические);

§ для деревянных: - брусья, бревна, доски, листовые изделия, щиты, панели.

Бетонные и каменные стены применяют в зданиях различной этажности и для различных статических функций. Стены из небетонных материалов используют в зданиях различной этажности только в качестве ненесущей конструкции.

Теплозащитные свойства стен зависят от способности строительного материала передавать теплоту, что характеризуется коэффициентом теплопроводности. Чем меньше величина коэффициента теплопроводности, тем лучше теплозащитные свойства стен.

Теплоустойчивость – тепловая инерция – характеризует способность стены сохранять неизменным тепловое состояние своих внутренних слоев. В ограниченных пределах полезна и воздухопроницаемость стены, так как способствует просушке стен,уменьшает влажность помещений.

Следует отметить, что величина коэффициента теплопроводности меньше у легких пористых материалов, следовательно, они предпочтительнее с позиций теплозащиты. В то же время, плотные материалы предпочтительнее с позиций теплоустойчивости, воздухопроницаемости и прочности.

Наружные стены должны обладать таким сопротивлением паропроницанию, при котором недопустимо или ограничено накопление влаги за холодный период года, поскольку увлажнение стен (при выпадении конденсата в холодный период года) приводит к снижению морозо-, био- и влагостойкости стен, ухудшению теплозащитных свойств.

Меры по ограничению паропроницаемости сводятся к следующему. В тех случаях, когда материал стен или теплоизоляция имеет пористую структуру, на внутренней поверхности стен необходим защитный слой пароизоляции. В случае если материал стен имеет плотную структуру, наиболее плотные слои следует располагать ближе к внутренней поверхности.

К защитным от паров влаги мероприятиям следует отнести и меры по их удалению, если некоторая часть паров проникает в стены. В этих целях материалы большей пористости рациональнее размещать ближе к наружным слоям стены; но не на самой наружной поверхности, которая подвержена воздействиям осадков, ветра и т.п. Поэтому на наружной поверхности необходим защитный слой из плотных структур.

Есть два метода совместного учета ограждающих и несущих свойств стеновых конструкций: совмещение функций и их разделение. В первом случае конструкция получается однослойной, а во втором – многослойной или слоистой. Во втором случае каждый слой обычно имеет свое назначение: несущий, теплоизоляционный, звукоизоляционный, пароизоляционный, отделочный и т.п. Функции прочности обеспечивают бетон, камень, дерево; функции долговечности – бетон, камень, дерево или листовой материал (алюминиевые сплавы, эмалированная 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: замкнутая (толщиной 20 мм ≤ δ ≤100 мм) – для повышения ее сопротивления теплопередаче, вентилируемая (40 мм ≤ δ ≤150 мм) – для защиты помещения от радиационного перегрева либо для уменьшения деформаций наружного облицовочного слоя стены.

Принципиальная схема возможных решений наружных стен представлена на рис. ХХ. В многослойных конструкциях слои из материалов, имеющих более высокую теплопроводность, теплоемкость, сопротивление паропроницаемости следует располагать с внутренней стороны. Замкнутые воздушные прослойки следует располагать ближе к наружной стороне, вентилируемые – между защитно-отделочным слоем и теплоизоляцией.

Для того, чтобы стеновые ограждения были эффективны особое внимание необходимо уделить местам включения в них железобетонных плит балконов и перекрытий, колонн. В этих местах – «мостиках холода» – оставшихся участков стен недостаточно для тепловой защиты. Меры борьбы – введение эффективного утеплителя (рис. ХХ,II).

Внешние стены в зданиях без подвала следует утеплять на глубину 0,5 м ниже поверхности грунта, в зданиях с подвалом – на глубину 1,0 м.

Выбор материалов и конструкций стены осуществляют с учетом требований ДБНВ.1.7-2002 «Пожарная безопасность объектов строительства». Согласно этим нормам, несущие стены, как правило, должны быть несгораемыми. Предел огнестойкости несгораемых конструкций стен должен составлять не менее 2 ч, в связи с чем, их необходимо выполнять из каменных или бетонных материалов. Высокие требования к огнестойкости несущих стен, а также колонн и столбов обусловлены их ролью в сохранности здания или сооружения. Повреждение при пожаре вертикальных несущих конструкций может привести к обрушению всех опирающихся на них конструкций и здания в целом. Применение трудносгораемых несущих стен (например, деревянных оштукатуренных) с пределом огнестойкости не менее 0,5 ч допускается только в одно-двухэтажных домах.

Рис. ХХ. Схемы решений наружных стен и меры борьбы с «мостиками холода»:
а – схема однослойной стены; б – г – многослойных; д – е – мостики холода при заглублении балконных плит и колонн;1 – внутренняя штукатурка; 2 - несущая стена; 3 – наружный отделочный слой; 4 – несущий слой; 5 – утеплитель; 6 – наружная отделка; 7 – слой из раствора или клея; 8 – связь из антикоррозионной стали; 9 – воздуш ная прослойка; 10 и 11 – теплопроводные вклю чения; I – неправильное решение;II- правильное решение

Ненесущие наружные стены проектируют несгораемыми или трудносгораемыми с существенно меньшими пределами огнестойкости (0,25~0,5 ч), так как разрушение этих конструкций от воздействия огня приводит только к локальным повреждениям здания (табл. ПХ).

Долговечность стен обеспечивается применением стеновых материалов, обладающих требуемой морозостойкостью (табл. Х).

Таблица Х

Требуемая морозостойкость каменных материалов внешних частей наружных стен

В современном массовом строительстве зданий большое внимание уделяют звукоизоляции помещений. Внутренние стены должны иметь надежную звукоизоляцию от воздушного шума [Х]. Величины звукоизолирующей способности внутренних стен от воздушного шума характеризуются индексом изоляции I_В, нормативные показатели которого для помещений разного назначения составляют 45÷60 дБ.

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. Толщину внутренних стен выбирают по наибольшей из величин, полученных в результате статического и акустического расчетов, а также с учетом необходимых размеров площадок опирания перекрытий.