Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физико-технические принципы проектирования и эксплуатации ограждающих конструкций гражданских зданий. Часть 1. Наружные стены. Учебное пособие.pdf
ложенной между наружной поверхностью ограждающей конструкции
(
)
и плоскостью максимального увлажнения.
Сопротивление паропроницанию R
, м2⋅ч⋅Па/мг, однослойной или
пi
отдельного слоя многослойной ограждающей конструкции определяется по формуле
δ
i
R
п
где δ
– то же, что в формуле (1.12); μi – расчётный коэффициент
i
, (1.24)
=
i
μ
i
паропроницаемости материала слоя ограждающей конструкции,
мг/(м⋅ч⋅Па) принимается по [19, табл. Т. 1];
В формуле (1.19) для случая, когда плоскость максимального ув-
лажнения находится на границе слоев, произведение (δ
Δw) принима-
w
ется равной
Δw = δw1Δw1 + δw2Δw2, (1.25)
δ
w
где δw1 и δw2 – соответствуют половине толщины стыкующихся слоев.
Плоскость максимального увлажнения определяется по методике,
базирующейся на использовании метода безразмерных характеристик,
разработанной в сотрудниками Самарского государственного строительного университета [27]. Плоскость максимального увлажнения
определяется для периода с отрицательными среднемесячными температурами.
Для каждого слоя многослойной конструкции вычисляют значение комплекса f
), характеризующего температуру в плоскости
i (tм.у
максимального увлажнения
−
ttR
μ
отрн,впо,
=
tf
5330)(
у.м
R
где
– общее сопротивление паропроницанию ограждающей кон-
по,
струкции, м
усл
R
где
– условное сопротивление теплопередаче однородной мно-
o
i
2
⋅ч⋅Па/мг, определяемое по формуле
R
усл
()
о
n
δ
i
=
по,
; (1.27)
∑
μ
i
i
=
1
гослойной ограждающей конструкции, м
−
i
, (1.26)
н
λ
ееR
i
0в
2
⋅°С/Вт, определяемое по
формуле:
δ
усл
=
0
α
RR
++
s
α
s
+
=
∑∑
α
внв
=ni
1111
i
+
, (1.28)
α
λ
н
i
1
где αв – то же, что в формуле (1.4); αн – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м
2
·°С), принимаемый по табл. 1.8;
21
1.8. Коэффициенты теплоотдачи наружной поверхности
Наружная поверхность ограждающих
ограждающей конструкции
конструкций
Коэффициент тепло-
отдачи для зимних
условий, α
, Вт/(м2·°С)
н
1. Наружных стен, покрытий, перекрытий над
проездами и над холодными (без ограждающих
стенок) подпольями в Северной строительно-
23
климатической зоне
2. Перекрытий над холодными подвалами, со-
общающимися с наружным воздухом, перекрытий над холодными (с ограждающими стенка-
17
ми) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне
3. Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах, а также наружных стен с воздушной про-
12
слойкой, вентилируемой наружным воздухом
4. Перекрытий над неотапливаемыми подвалами
и техническими, подпольями не вентилируемых
6
наружным воздухом
t
– средняя температура наружного воздуха для периода с от-
н,отр
рицательными среднемесячными температурами, °С; λ
, μi – то же, что
i
в формулах (1.1) и (1.24).
По полученным значениям комплекса f
) с использованием
i(tм.у
данных табл. 1.9 определяются значения температуры в плоскости
максимального увлажнения, t
, для каждого слоя многослойной кон-
м.у
струкции.
Для каждого слоя ограждающей конструкции определяются температуры на его границах. Расчёт температур следует производить при
средней температуре наружного воздуха периода месяцев с отрицательными средними температурами t
Полученные значения t
сравнивают с температурами на грани-
м.у
н,отр
.
цах слоёв конструкции и определяют слой, в котором находится плоскость максимального увлажнения:
– если температура t
ператур на границах, то по значению t
координату x
плоскости максимального увлажнения, при этом рас-
м.у
пределение температуры внутри слоя принимается линейно;
для данного слоя лежит в пределах тем-
м.у
в данном слое определяют
м.у
22
1.9. Зависимость комплекса f(t
t
,
м.у
°С
в плоскости максимального увлажнения
),
/Па
t
м.у
°С
,
f(t
),
м.у
2
/Па
(°С)
f(t
(°С)
м.у
2
) от температуры
м.у
t
,
f(t
(°С)
м.у
2
),
/Па
м.у
°С
t
м.у
°С
,
f(t
),
м.у
2
/Па
(°С)
–25 712,5 –14 312,3 –3 146,9 8 73,51
–24 658,9 –13 290,8 –2 137,6 9 69,22
–23 609,8 –12 270,9 –1 128,9 10 65,22
–22 564,7 –11 252,5 0 120,9 11 61,47
–21 523,2 –10 235,5 1 113,4 12 57,96
–20 485,2 –9 219,8 2 106,5 13 54,68
–19 450,1 –8 205,2 3 100,0 14 51,6
–18 417,9 –7 191,8 4 93,91 15 48,72
–17 388,2 –6 179,2 5 88,27 16 46,02
–16 360,8 –5 167,6 6 83,01 17 43,48
–15 335,6 –4 156,9 7 78,1 18 41,11
– если в двух соседних слоях конструкции отсутствует плос-
кость с температурой t
его температуры, а у более теплого слоя t
плоскость максимального увлажнения находится на стыке этих слоев;
– если внутри конструкции не оказалось плоскости максимального увлажнения, то она проходит по наружной границе конструкции;
– если при расчёте обнаружилось две плоскости с t
рукции, то за плоскость максимального увлажнения принимается
плоскость, расположенная в слое утеплителя.
Температура t
стоящей от внутренней поверхности на расстоянии x, м, следует определять по формуле:
R
– сопротивление теплопередаче части многослойной ограждающей
x
конструкции от внутренней поверхности до плоскости, отстоящей от
внутренней поверхности на расстоянии x, м
, при этом у более холодного слоя t
м.у
ниже его температуры, то
м.у
, °С, ограждающей конструкции в плоскости, от-
x
tt
−
нв
tt
−=
в
R
, (1.29)
R
xx
усл
о
2·
°С/Вт
выше
м.у
в конст-
м.у
23
∑
сече- до
δ
i
. (1.30)
λ
i
x ния
1
R
+
=
x
α
в
Расчёт местоположения плоскости максимального увлажнения
выполняется в табличной форме, содержащей номер слоя, t
для этого
м.у
слоя, температуры на границах слоя.
Для многослойных ограждающих конструкций с выраженным теплоизоляционным слоем (термическое сопротивление теплоизоляци-
усл
онного слоя больше 2/3
R
) и наружным слоем, коэффициент паро-
o
проницаемости которого меньше, чем у материала теплоизоляционного слоя, допускается принимать плоскость максимального увлажнения
на наружной границе утеплителя, при условии выполнения неравенства:
μ
ут
2
>
, (1.31)
ут
где λ
λ
– расчётный коэффициент теплопроводности, Вт/(м2⋅°С), и
ут μут
паропроницаемости, мг/(м⋅ч⋅Па), материала теплоизоляционного слоя.
Сопротивление паропроницанию замкнутых воздушных прослоек
в ограждающих конструкциях следует принимать равным нулю независимо от расположения и толщины этих прослоек.
Для обеспечения требуемого сопротивления паропроницанию
тр
R ограждающей конструкции следует определять сопротивление
п
паропроницанию R
конструкции в пределах от внутренней поверхно-
п
сти до плоскости максимального увлажнения.
Подробнее вопросы расчёта и проектирования наружных стен с
точки зрения обеспечения требований теплозащиты, воздухо- и паронепроницаемости рассмотрены в следующем разделе.
24
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТЫ
Наружные стеновые ограждающие конструкции имеют большое
разнообразие по применяемым конструктивным решениям и материалам. В то же время известно, что среди этого многообразия достаточно
большой объём в современном гражданском строительстве занимают
здания с наружными кирпичными стенами. Доля таких зданий особенно велика в провинциальных городах России. Подавляющее большинство жилых зданий малой и средней этажно
ми. В этой связи в данном разделе пособия рассматриваются физикотехнические принципы проектирования наружных кирпичных стен,
исходя из условий обеспечения требуемой теплозащиты, а также обеспечения санитарно-гигиенических условий в жилых зданиях по влажности и воздухопроницаемости.
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЯХ
КИРПИЧНЫХ СТЕН И ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ИХ ВОЗВЕДЕНИИ
Долговременный опыт возведения в России кирпичных зданий в
различных природно-климатических условиях страны способствовал
появлению и накоплению в провинциальных городах кирпичных зданий с различными конструктивными решениями наружных стен. Здания существенно различаются по конструктивным схемам и системам
несущего остова, конструктивным решениям стен, применённым в них
материалам. Наличие такого разнообразия зданий в эк
настоящее время в жилом фонде связано с уровнем технического развития строительного производства при возведении зданий в разные
периоды времени. Разнообразие конструктивных решений, применяемых материалов и изделий, а также технологий возведения в каждом
конкретном случае существенно влияют на физические процессы переноса тепла, влаги и воздуха в стенах и, соот
вечность и эксплуатационную надёжность.
Далее с этих позиций даны характеристики конструктивных решений и материалов эксплуатируемых в настоящее время кирпичных
стен гражданских зданий, выполненных из кирпичной кладки.
Конструктивные решения зданий со стенами из кирпича. Стены
по своему назначению в несущем остове здания являются основными
элементами, обеспечиваю
тиями его жёсткость и устойчивость. Во многом жёсткость и устойчивость кирпичных зданий определяется их конструктивными схемами
НАРУЖНЫХ КИРПИЧНЫХ СТЕН
сти возводятся кирпичны-
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ
сплуатируемом в
ветственно, на их долго-
щими совместно с фундаментами и перекры-
25
стен и системами, определяющими связь и совместную работу наружных стен с остальными элементами несущего остова.
Кирпичные здания по конструктивным схемам делятся на здания
с несущими стенами, расположенными продольно или поперечно, здания с перекрёстным расположением несущих стен. Имеются также
здания с внутренними столбами, заменяющими внутренние несущие
стены. В кирпичных зданиях р
анних периодов постройки встречаются
также комбинированные схемы. К ним относятся, например, схемы с
внутренними столбами и продольными и поперечными стенами. Некоторые виды схем несущего остова кирпичных зданий, эксплуатируемых в настоящее время, даны на рис. 2.1.
2БА
а)
1
4А
б) г)
2А
5А
3Б
в)
3А
B
2
B
Рис. 2.1. Конструктивные схемы зданий с кирпичными стенами:
продольные схемы (а), поперечные схемы (б) и перекрёстные схемы (в),
схемы с неполным каркасом (г): 1 – однопролётные; 2 – двухпролётные;
3 – трёхпролётные; 4 – многопролётные; 5 – смешанные:
А – внутренние несущие стены; Б – внутренние колонны или столбы
B
2
2
5Б
B
2
Конструктивные схемы влияют на выбор материалов несущих
стен. При продольных несущих стенах они выполняют две функции:
несущую функцию и функцию ограждения. В этом случае для обеспечения несущей способности стены должны обладать прочностью, необходимой для восприятия нагрузок кроме собственного веса, дейст-
26
вующих нагрузок от опирающихся на них перекрытий и крыши. В тоже время они должны защитить внутреннее пространство от внешних
климатических воздействий. Поэтому наружные продольные стены
должны устраиваться из материалов, обладающих повышенной прочностью. Но при этом они имеют и более высокую теплопроводность.
Для обеспечения требований теплозащиты наружные стены должны
выполняться из материалов с меньшей теп
лопроводностью. Однако в
этом случае они будут иметь более низкую прочность по сравнению с
прочностью материалов внутренних несущих стен. Необходимость
одновременного обеспечения требований прочности и теплозащиты
ограничивает строительство зданий с продольными несущими схемами. Такие здания в основном выводились высотой более 5 этажей. При
больших высотах зданий толщина несущих ки
рпичных стен определя-
лась в основном требованиями прочности.
По этой причине здания с кирпичными стенами высотой 9 и более
этажей устраиваются по схемам с поперечными несущими стенами.
Схемы с перекрёстным расположением продольных и поперечных несущих стен используются при строительстве кирпичных зданий повышенной этажности. В этих зданиях наружные стены, в осн
овном
самонесущие. В этих случаях они, как правило, выполняют функции
ограждения.
Таким образом, конструктивные решения внутренних стен определяются их требуемой прочностью, а наружных стен – требованиями
к их теплозащите при соблюдении необходимых требований по прочности, жёсткости устойчивости.
Конструктивные системы во всех кирпичных зданиях, не взирая
на их конструктивные схемы, явля
ются стоечно-балочными системами: балочно-стеновыми или коробчато-стеновыми. Балочно-стеновые
системы в основном применялись в кирпичных зданиях, возводимых
до середины XX века.
Жёсткость и устойчивость в зданиях с балочно-стеновыми системами обеспечивается жёсткими связями между продольными и поперечными стенами и объединением плит перекрытий в жёсткие диски.
В зданиях с ба
лочными перекрытиями жёсткость и устойчивость
обеспечиваются жёсткими связями продольных и поперечных стен и
их раскреплением балками междуэтажных и чердачных перекрытий.
Материалы, используемые в кирпичных стенах.
Кладка стен вы-
полняется из кирпичей разных по исходным материалам и способам
производства и различных строительных растворов.
Кирпичи являются искусственным строительным материалом.
По условиям изготовления они делятся на обжиговые и автоклавные.
27
В автоклавах изготавливаются силикатные и шлаковые кирпичи. Все
глиняные и силикатные кирпичи могут изготавливаться пустотелыми
и полнотелыми.
Кирпичи могут быть различных видов по материалам и способу
изготовления, например, глиняные, силикатные, полнотелые, многопустотные, лёгкие и т.д.
Лёгкими считаются кирпичи объёмной плотностью ≤1500 кг/м
3
К ним относятся пористые, трепельные, глиняно-трепельные, пустотелые, дырчатые, шлаковые и другие виды кирпичей.
Наибольшее количество зданий построено с кирпичными стенами
из керамических и силикатных кирпичей.
Керамические кирпичи изготавливаются путём пластического
формования или полусухого прессования. Материалами служат глинистые и кремнезёмистые породы, обожжённые в печах. Кирпичи пластического формования, имеющие замк
нутые поры, используются при
кладке наружных стен. При устройстве внутренних конструкций стен
могут применяться кирпичи полусухого формования.
Глиняные полнотелые кирпичи изготавливаются одинарными
стандартными с размерами 250×120×65 мм и реже утолщёнными (полуторными) с размерами с размерами 250×120×88 мм.
Силикатные кирпичи изготавливаются путём прессования увлаж-
нённой смеси из извести и кремнезё
ма или из других известесодержащих вяжущих с последующим твердением извести в автоклаве при
действии насыщенного пара. Они выпускаются одинарными и утолщёнными (полуторными), могут быть полнотелыми и пустотелыми.
В практике применяют также глиняные пустотелые и пористые
кирпичи. Они используются для повышения теплоизоляционных качеств стен, уменьшения их массы и ра
схода материалов. Область их
применения ограничена из-за низкой прочности и часто пониженной
морозостойкости.
Виды и характеристики используемых в современном строитель-
стве кирпичей приведены в табл. 2.1.
Вторым важнейшим материалом кладки является кладочный раствор. Раствор состоит из смеси вяжущего, мелкого заполнителя, воды
и включает, если необходимо, специальные добавки. После твердения
раствор выполняет в кладке задачу о
бъединения кирпичей в единое
целое в и обеспечивает передачу усилий между рядами кладки. Кроме
этого, раствор за счёт уменьшения продуваемости и влагопроницаемости кладки улучшает эксплуатационные качества стен.
Растворы для кладки стен подразделяются по составу вяжущих и
заполнителей, а также по прочности и плотности.
.
28
В качестве основных вяжущих в кладочных растворах в современном строительстве применяются цементы и извести. Соответственно, растворы в зависимости от вида вяжущего имеют название цементных и известковых. Часто растворы могут иметь сложный состав
из нескольких вяжущих. К ним, например, относятся широко применяемые в практике известково-цементные растворы.
При кладке ст
ен в зимнее время растворы включают в себя добавки, влияющие на температуру замерзания раствора. Часто такие
добавки представляют собой хлористые соли, которые снижают эксплуатационные качества стен по теплозащите и влажности. Они способствуют увеличению влажности кладки стен за счёт роста сорбционной влаги.
На эксплуатационные качества кладки стен влияют её р
азличные
характеристики. К основным из них относятся прочность, морозостойкость, водостойкость, плотность материалов, а также теплозащитные
качества, воздухо- и водопроницаемость кладки.
Прочность кирпичей, являясь основной характеристикой кладки,
оценивается марками кирпичей. Они соответствуют временному сопротивлению (пределу прочности) при сжатии и пределу прочности
кирпичей при изгибе. Марки устанавливаются при исп
ытаниях в соответствии с ГОСТ [3 – 6]. Марки основных видов кирпичей, используемых при строительстве современных зданий, приведены в табл. 2.1.
№
п/п
1
Глиняный обыкновенный
2.1. Виды и характеристики кирпичей
Объёмная
Вид кирпичей
плотность γ
кг/м
,
0
3
1700...1900 50...300
Марки
кирпичей
по прочности
пластического прессования
2
Глиняный обыкновенный
1800...2000 75...200
полусухого формования
3 Силикатный 1800...2000 75...200
4
Глиняный пустотелый
1300...1450 50...150
(дырчатый, пористо-дырчатый)
пластического прессования
5
Глиняный пустотелый
<1500 75...150
полусухого прессования
6
Легковесный (глиняный
700...1450 35...100
пористый и трепельный)
7 Шлаковый 1200...1800 25...75
29
Морозостойкость кирпичей в наибольшей мере влияет на долговечность кладки. В увлажнённой кладке вода при замерзании увеличивается в объёме и разрывает стенки пор. Морозостойкость кирпичей
оценивается марками F, указывающими количество циклов замораживания и оттаивания кирпичей при их насыщении водой, при которых
кирпичи не имеют видимых разрушений и прочность их не снижает
ся.
Оценка морозостойкости производится согласно ГОСТ [8]. Кирпичи
для наружных стен по морозостойкости соответствуют маркам F25, 35,
50, 75, 100, 150, 200, 300.
Применение в наружных стенах зданий кирпичей малой плотно-
сти уменьшает прочность и морозостойкость кирпичной кладки.
Морозостойкость кирпичей зависит от пористости их материала и
от степени закрытости пор. Например, керамические кирпичи за счёт
закрытых пор имеют меньшее во
допоглощение, чем силикатные кир-
пичи, у которых поры открыты и выходят наружу в виде каналов.
Прочностные характеристики кладочных растворов определяются
активностью вяжущего, водоцементным отношением, длительностью
и условиями твердения [9]. Прочность растворов оценивается марками
по пределу прочности на сжатие. Марки устанавливаются при испытаниях образцов растворов в соответствии с ГОСТ [10].
По прочности кладочные ра
створы отвечают маркам 4, 10, 25, 50,
75, 100, 150, 200. Наименее прочными являются растворы на основе
извести.
Для растворов морозостойкость устанавливается по числу циклов
замораживания и оттаивания до потери образцами 15% первоначальной прочности (или 5% массы). Растворы по морозостойкости делятся
на марки от F10 до F200. В жилых зданиях для кладки стен используются в основном кладочные растворы марок F10, F25 и реж
е марки
F50 и выше.
Теплозащитные характеристики кирпичей и растворов кладки более подробно рассмотрены в разделе 2 данного пособия.
Конструктивные решения стен.
Конструкции кирпичных стен в
основном зависят от типов их кладки. До начала XX века развитие
кладки стен происходило путём осмысления опыта возведения стен
зданий из кирпича. С начала XX века произошло значительное совершенствование в области возведения кирпичных зданий. Это было связано с развитием теоретических основ расчёта и проектирования конструкций из неар
мированной и армированной кирпичной кладки.
Начиная с 30-х годов XX столетия при строительстве кирпичных
стен в основном применяются системы кладки с цепной и многорядной перевязкой швов (рис. 2.2).
30