Стены малоэтажных зданий с применением древесины

Раздел III

КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

Гл а ва 11

НЕСУЩИЕ СТЕНЫ ЗДАНИЙ

Общие положения

Стеновая конструктивная система представляет собой совокупность вертикальных (стены) и горизонталь­ных (перекрытия) несущих конструктивных элементов, обеспечивающих выделение внутренних пространств, прочность, пространственную жесткость и устойчивость. При этом стены выполняют в системе главные несущие функции, воспринимая все приложенные к ним силовые нагрузки и передавая их на фундамент.

Наружные стены - это не только конструктивные эле­менты, их внешняя сторона является элементом фасада здания. Поэтому стены (их конфигурация, вертикальные и горизонтальные членения, пропорции отдельных эле­ментов, цоколи, карнизы, отделка и т.д.) определяют ха­рактер архитектуры и тектоники здания. В то же время фасад не существует независимо от назначения здания, его планировочной структуры, материалов и конструкций наружных стен, а является их отражением.

Воздействия на стены. Как наружные, так и внут­ренние стены зданий подвергаются воздействию ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящи­ми внутри и вне здания.

К силовым воздействиям относятся:

• нагрузка от перекрытий и покрытий (крыш);

• нагрузка от собственного веса стен;

• ветровая нагрузка (напор и отсос);

• нагрузка от неравномерной деформации грунта
(осадки, пучение);

• сейсмические воздействия.
Несиловыми воздействиями являются:

• атмосферные осадки;

• водяной пар, содержащийся в воздухе помещений;

• влага почвы;

• солнечная радиация;

• температура наружного воздуха, ее перепады;

• агрессивные вещества, содержащиеся в воздухе;

• воздушный шум снаружи и внутри здания.
Нормативные требования

Стены зданий должны удовлетворять следующим требованиям:

• быть прочными и устойчивыми;

• обладать долговечностью, соответствующей
классу здания (обеспечивается морозостойкостью стено­
вых материалов);

• быть энергосберегающим элементом здания -
иметь сопротивление теплопередаче согласно теплотех-

ническим нормам, при этом обеспечивать необходимый температурно-влажностный режим в помещениях;

• соответствовать степени огнестойкости здания;
(см. табл. 4.5);

• обладать достаточными звукоизолирующими
свойствами;

• отвечать современным методам возведения кон­
струкций;

• обладать архитектурно-художественными ка­
чествами;

• обладать, по возможности, минимальной массой
и материалоемкостью.

При проектировании стен необходимо предусматри­вать мероприятия по ограничению их увлажнения вслед­ствие:

• впитывания внутрь стены (особенно через стыки)
атмосферной влаги;

• воздействия влаги производственных и хозяй­
ственно-бытовых процессов;

• проникания внутрь ограждения водяного пара;

• впитывания грунтовой влаги.

Задача архитектора - разработать такое решение, при котором материалы стен, их конструкция удовлетво­ряли бы, по возможности, всем предъявляемым к ним требованиям и способствовали получению наиболее оп­тимального решения. В процессе проектирования необ­ходимо учитывать в качестве исходных следующие основ­ные предпосылки:

• характеристики здания (назначение, этажность,
степень огнестойкости, температурно-влажностный ре­
жим и т.п.);

• климатические факторы района строительства
(температура наружного воздуха зимой и летом, атмос­
ферные осадки, скорость ветра, инсоляция);

• номенклатуру имеющихся строительных матери­
алов;

• технические возможности строительно-монтаж­
ных предприятий;

• особые условия строительства (сейсмические,
грунтовые и т.п.);

• финансовые возможности заказчика.
Классификация стен. В зависимости от восприятия

нагрузок стены зданий могут быть несущими, самонесу­щими и ненесущими.

Несущие стены воспринимают нагрузки от других частей здания (перекрытий, крыш) и вместе с собствен­ным весом передают их на фундаменты.

Самонесущие стены опираются на фундаменты, но нагрузку несут только от собственной силы тяжести.

Ненесущие (в том числе навесные) стены являются ограждениями, опирающимися в каждом этаже на др. элементы (перекрытия, внутренние стены) и восприни-

В.А. Пономарёв. АРХИТЕКТУРНОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ

мающимися собственный вес в пределах одного этажа (одной панели).

Все наружные стены, кроме того, воспринимают вет­ровые нагрузки и передают их на внутренние стены и пе­рекрытия.

По положению в здании стены подразделяют на внутренние и наружные (по периметру здания).

По роду основного материала несущие и самоне­сущие стены могут быть деревянными, каменными, бе­тонными, комбинированными. Для стен используют следующие основные материалы и изделия:

• древесину (бревна, брусья, доски, панели);

• обожженную глину (кирпич, камни);

• силикатную массу (кирпич);

• природный камень;

• стабилизированный грунт (блоки);

• легкие бетоны (камни, блоки, панели, монолит);

• ячеистые бетоны (камни, блоки, монолит);

• тяжелые бетоны (панели, монолит).

В зависимости от типа и размера применяемых из­делий стены бывают:

• из мелкоразмерных стеновых изделий - кир­
пичей, камней, мелких блоков;

• крупноэлементными - из стеновых элементов
высотой от 1/4 до полной высоты этажа и более; крупно­
элементные стены подразделяют на крупноблочные и
крупнопанельные.

По способу возведения различают стены из клад­ки (сборки) мелкоштучных изделий, сборные, монолит­ные, сборно-монолитные.

По конструктивным признакам стены бывают од­нослойными (как правило, внутренние) и слоистыми, сплошными и пустотелыми.

По наличию и расположению теплоизоляции на­ружные стены подразделяют на:

• стены без специального устройства тепло­
изоляции - из конструкционно-теплоизоляционных ма­
териалов (древесины, деревобетона, ячеистых бетонов,
полистиролбетона);

• стены с теплоизоляционными слоями, распо­
лагаемыми внутри стены, с наружной стороны конструк­
ционного слоя стены, с наружной и внутренней сторон
совместно.

По наличию специального воздушного зазора (прослойки) стены подразделяют на:

• вентилируемые - с воздушными прослойками,
располагаемыми либо внутри конструкционного слоя
(между конструкционными слоями), либо между утепли­
телем и защитной облицовкой;

• невентилируемые - без воздушной прослойки.

Здания стеновой конструктивной системы могут ре­шаться в самых разнообразных вариантах (схемах) по расположению несущих стен - поперечных и продоль­ных, внутренних и наружных, прямолинейных и криволи­нейных, параллельных, радиальных, концентрических и т.п. (рис. 11.1). Определение (назначение) местополо­жения несущих стен находится в непосредственной за­висимости от решения перекрытий (покрытий, крыш) здания - опираний или примыканий их элементов на стены {рис. 11.2).

Раздел III. КОНСТРУИРОВАНИЕ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАЛОЭТАЖНЫХ И МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

В зависимости от величины пролета перекрытия (иначе - шага стен) конструктивные стеновые системы принято условно подразделять на малопролетные (до 4, 8 м), рреднепролетные (до 9, 0 м) и большепролетные (12 м и более).

Конструкции внутренних стен, как правило, имеют бо­лее простое решение по сравнению с наружными, к кото­рым предъявляются более высокие требования по услови­ям их работы. Большинство наружных слоистых стен, при­меняемых в современной практике, относится к одной из схем, представленных на рис. 11.3. Независимо от приме­няемых материалов, эти конструктивные решения стен имеют свои особенности и правила конструирования.

Трехслойные сплошные стены с утеплителем в качестве внутреннего слоя (рис. 11.3 а) проектируют­ся с использованием многих конструкционных материа­лов и изделий (лесоматериалы, штучные каменные из­делия, различные панели, монолитный бетон и др.). Внутренний и наружный конструкционные слои соединя­ются между собой гибкими или жесткими связями. С позиций теплотехники эти связи являются мостиками холода и снижают термическое сопротивление огражда­ющей конструкции. Предпочтительными и наиболее пер­спективными являются связи из стеклопластика, обла­дающего низкой теплопроводностью, высокой прочно­стью и коррозионной стойкостью.

Необходимость в установке связей отпадает в случае использования монолитного утеплителя (например, поли-стиролбетона), способного надежно сцепляться с конст­рукционными слоями.

При эксплуатации трехслойных стен существует еще одна серьезная проблема - конденсация влаги внутри кон­струкции. Во избежание отсыревания утеплителя и потери им теплоизоляционных свойств необходимо устройство пароизоляционного слоя перед утеплителем с внутренней стороны, при этом наружный конструкционный слой дол­жен обладать достаточной паропроницаемостью.

Трехслойная стена с воздушной прослойкой (с внутренней вентиляцией - рис. 11.3 б) имеет несколько лучшие эксплуатационные качества. Вентиляционный воз­душный зазор способствует высыханию утеплителя и, со­ответственно, более высокому качеству теплоизоляции.

Конструкции трехслойных стен с утеплителем внутри применяются довольно давно и часто, так как они обла­дают некоторыми преимуществами - сравнительно не­большой толщиной и весом, высокой огнестойкостью.

Конструкции стен с наружным утеплителем и его защитой штукатуркой (наружная отделка «мокрого» типа) в России применяется сравнительно недавно (рис. 11.3 в). Опыт мировой практики подтверждает следующие их до­стоинства:

• обеспечение требуемого сопротивления тепло­
передаче;

• возможность применения легких ограждающих
конструкций без потери теплоустойчивости;

• конденсационная влага из теплоизоляции при
определенных условиях может испаряться, не вызывая
переувлажнения конструкции;

• возможность аккумуляции тепла в ограждающей
конструкции (изотерма нулевой температуры находится
внутри теплоизоляционного слоя);

• отсутствие температурных деформаций внутрен­
него несущего конструкционного слоя - резкие колебания
наружной температуры воспринимаются утеплителем.

Стены с наружным утеплением и «мокрой» отделкой имеют ограничения и недостатки:

• сезонность выполнения работ (наличие мокрых
процессов предполагает проведение работ в теплый пе­
риод времени);

• необходимость проведения подготовки поверх­
ностей (выравнивание и т.п.)';

• недолговечность декоративных штукатурок - от
3 до 10 лет в зависимости от применяемых материалов и
технологий;

• достаточно быстрое обесцвечивание фасадных
красок;

• для защитного слоя необходимо применять
только «дышащие» материалы: клеи, грунтовки, краски;

• отделочное покрытие должно обладать необхо­
димой стойкостью - механической, атмосферной, биоло­
гической;

• необходимость обеспечения всех слоев по тер­
мическому расширению, морозостойкости, водопогло-
щению, паропроницаемости, а также обеспечения сцеп­
ления слоев друг с другом.

Применение материалов с несовместимыми свой­ствами приводит к отрицательным результатам и допол­нительным затратам на ремонт.

В А Пономарев. АРХИТЕКТУРНОЕ < 0~C" V.'³03-'-/E

Практически всех указанных недостатков лишены наи­более дорогостоящие конструкции вентилируемых стен с навесной фасадной облицовкой-экраном* (рис. 11.3 г). Ограждение представляет собой конструкцию, состоящую из наружной облицовки, продуваемой воздушной прослой­ки, несущей подоблицовочной конструкции, утеплителя и конструкционного слоя. Такая система способствует созда­нию устойчивого режима передачи тепла, влаги, воздуха через наружные стены при любых условиях эксплуатации.

Сутью вентилируемой стены является воздушный за­зор, в котором создается эффект камина - циркуляция воздуха в пространстве между поверхностью утеплителя и наружной облицовкой. Это явление происходит из-за разницы температур наружного воздуха и воздуха внутри вентиляционного зазора. Разница температур, составля­ющая, примерно, три градуса, создает тягу, и воздух внут­ри зазора поднимается вверх, в результате чего из стены удаляется влага. В летнюю жару конструкция с наружной вентиляцией препятствует проникновению тепла через стену в помещение. Зимой наружная облицовка защища­ет от ветра, а воздушный зазор выполняет функцию до­полнительного утеплителя.

Для вентилируемых стен подходит не всякий утепли­тель. Нет смысла применять закрытопористые материалы с низкой паропроницаемостью. Если с наружной стороны ус­тановить, к примеру, пенопласт, то создастся пароизоляци-онный барьер. Пар будет накапливаться в изолированной стене, контактирующей с воздухом помещения, и это при­ведет к повышению влажности материала стены. Условием работы рассматриваемой конструкции должен быть гидро­фобный утеплитель, например, минераповатная плита.

Неотъемлемым элементом стен с навесной облицов­кой-экраном является гидроветрозащита. Эту функцию может выполнять специальная пленка (мембрана) или теплоизоляционные плиты с покрытиями диффузионной пленкой. Пленка защищает теплоизоляционный слой от проникновения влаги снаружи и одновременно способ­ствует выходу пара наружу, позволяя теплоизоляции «ды­шать». Кроме того, использование ветрозащиты улучша­ет теплозащитные свойства конструкции.

Навесной облицовочный экран в конструкции венти­лируемой стены выполняет защитно-декоративную функ­цию. Он защищает все слои стены от повреждений и ат-

мосферных воздействий и одновременно формирует фа­сад здания. В качестве облицовочных изделий применя­ются: цементно-волокнистые панели, бетонные плиты с мраморным заполнителем, полимербетонные панели. натуральный камень, керамический гранит, полипропиле­новые и полиуретановые панели, стеклянные облицовоч­ные изделия, металлические панели и кассеты, композит­ные изделия.

Преимущества вентилируемых стен с навесной об­лицовкой:

• рассеивание и гашение тепловой волны (в хо­
лодное время года обеспечивает поддержание оптималь­
ной температуры в помещениях, снижая расход энергии
на отопление; в теплое время года, наоборот, обеспечи­
вает минимальное аккумулирование тепла, которое эф­
фективно расходуется в ночное время (рис. 11.4);

• отсутствие мостиков холода;

• улучшение звукоизоляции здания;

• отвод тепла частично за счет отражения солнеч­
ных лучей, частично за счет отвода вверх (эффект камин­
ной трубы);

• отсутствие технического ухода за исключением
непредвиденных случаев, при которых возможна замена
отдельных поврежденных элементов;

• неограниченные возможности архитектурного
формообразования (применение экранов из различных
по цвету и фактуре материалов, образование пластиче­
ских деталей, сопряжений элементов и т.д.).

Стены малоэтажных зданий с применением древесины