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
0 °С
-20 °С
-30 °С
-10 °С
2
1
10 °С
12,5 °C
12,5 °C
12,4 °C
12,2 °C
Рис. 2.13 Температурное поле
на участке опирания железобетонной
плиты перекрытия
на кирпичную стену:
1 – цементно-песчаный раствор;
2 – кирпичная кладка;
3–железобетонная плита перекрытия
3
Расчёт поля производился с использованием компьютерной программы «Расчёт температурного поля», разработанной в ТГТУ [20].
При решении задачи принимались следующие исходные данные:
температура наружного воздуха t
мена на поверхностях α
= 8,7 Вт/(м·°С), αн = 23 Вт/(м·°С); коэффици-
в
енты теплопроводности кладки и штукатурки λ
= 0,76 Вт/(м·°С); коэффициент теплопроводности железобетонной
λ
шт
плиты λ
= 2,04 Вт/(м·°С).
ж
= –37 °С; коэффициенты теплооб-
н
= 0,76 Вт/(м·°С),
кл
Из распределения температур видно, что опирание железобетонной плиты на кладку за счёт более теплопроводного железобетона
приводит к искажению температурного поля. Однако, из-за не большой толщины плиты и малого опирания плиты на стену понижение
температур в месте опирания незначительно. Следовательно, такое
опирание плит на кирпичные стены, пр
инятое исходя из условий
прочности, допустимо по требованиям теплозащиты.
2.3.5. Приближённая оценка температуры внутренней поверхности
стен в месте теплопроводного включения
В кирпичных стенах достаточно часто встречаются конструктивные решения, когда в стене имеются материалы с большей по сравнению с кладкой стены теплопроводностью. Температуры на поверхностях этих участков стен оказываются отличными от температур на остальной её глади. Понижение температуры при определённых темпе-
61
ратурно-влажностных условиях в помещениях может приводить к об-
λ
λ
λ
λ
λ
λ
τ
′
τ
τв τ
′
τ
′
τ
′
τв τ
′
δ
разованию конденсата на таких поверхностях.
Теплопроводные включения имеют разные конструктивные решения и могут выполняться из железобетонных или металлических
элементов. Характерные схемы включений показаны на рис. 2.14.
При разработке мер по исключению выпадения конденсата в местах включений требуется определять температуру поверхностей на
этих учас
тках стены.
Приближённо температуры внутренних поверхностей в месте размещения теплопроводных включений разных видов можно определить в
соответствии с СП 23-101-2004 [22] по формулам, приведённым ниже:
– для неметаллических теплопроводных включений (железобетонных колонн, плит, балок, поясов, армошвов и др.), как
⎡
ttn
−
)(
′
t
−=τ
вв
нв
⎢
усл
R
α
⎢
в
⎣
0
усл
⎤
⎛
R
⎜
η+
⎜
⎝
⎞
0
⎟
; (2.29)
−
11
⎥
⎟
′
R
⎥
⎠
⎦
0
– для металлических теплопроводных включений (металличе-
ских колонн, элементов связей, балок и др.), как
)(
−
ttn
′
−=τ
t
вв
I
λ
Т
t
н
нв
усл
α
R
н
0
III
τ
в
в
t
н
t
н
IIа
IIб
Рис. 2.14. Схема теплопроводных включений в кирпичных стенах
62
λ
τ
в
τ
в
Т
в
λ
Т
λ
в
t
t
н
t
IV
в
a/2
V
a/2
в
R
λ
в
c1≥1см
усл
)1(
αξ+
, (2.30)
н
0
t
н
Т
τ′
в
λ
Т
в
t
в
t
н
t
в
t
Т
н
t
в
в
Диаметр стержня
δ
н
в
где
усл
′
R
,
R – сопротивления теплопередаче стены, м
0
0
2
⋅°C/Вт, опре-
деляемые по формуле (2.20) в месте теплопроводных включений и вне
его; η, ξ – коэффициенты, принимаемые по СП 23-101-2004 [22] или
по табл. 2.8 и 2.9; n, t
, tн, αв – то же, что и в формуле (2.26).
в
В конструкциях кирпичных стен наиболее часто имеются теплопроводные включения, относящиеся к III и IV схемам на рис. 2.14. Это
могут быть, например, железобетонные пояса, размещаемые в кирпичной кладке стен. К I схеме относятся участки стен, в которых имеются
армированные швы. Схема II соответствует конструкциям стен,
имеющим внутри кладки те
Как видно из формулы (2.29), температура
рмовкладыши или засыпки (см. п. 2.1).
′
τ
зависит от разме-
в
ров и места положения включения. Например, при расположении железобетонного пояса с наружной стороны стены (схема IV) происходит
понижение температуры на внутренней поверхности стены меньше,
чем при расположении его изнутри (схема III). При схеме IV температура на внутренней поверхности распределяется более равномерно и
её понижение происходит менее значительно, чем при схеме II
I. Связано это с тем, что вдоль поверхности стены происходит распространение тепла, в результате которого происходит выравнивание температур. Одновременно из-за этого происходит также и увеличение площади охлаждения стены вблизи пояса. Но при этом следует отметить,
что зона охлаждения поверхности в первом случае распространяется
на большую пл
ощадь стены. Размещение пояса по схеме III даёт более
значительное снижение температуры. Однако, это понижение происходит на меньшей площади стены, чем в предыдущем случае. Это же
отмечается и при сквозном теплопроводном включении, например, при
устройстве армошва (см. схему I).
Схема теплопроводного включе-
ния по рис. 2.14
I 0,52 0,65 0,79 0,86 0,90 0,93 0,95 0,98
При δ
в/δн
0,5
IIa
1,0
2,0
5,0
2.8. Значения коэффициента η
0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0
0,30
0,24
0,19
0,16
0,46
0,38
0,31
0,28
Коэффициент η при а/δ
0,68
0,79
0,86
0,56
0,69
0,77
0,48
0,59
0,67
0,42
0,51
0,58
0,91
0,83
0,73
0,64
0,97
0,93
0,85
0,76
1,00
1,00
0,94
0,84
63
Продолжение табл. 2.8
Схема теплопроводного включе-
ния по рис. 2.14
При c/δ
III
0,25
0,50
0,75
При c/δ
IV
0,25
0,50
0,75
Примечания.
1. Для промежуточных значений а/δ коэффициент η следует определять
интерполяцией.
2. При а/δ > 2,0 следует принимать η = 1.
3. Для параллельных теплопроводных включений типа IIа табличное
значение коэффициента η следует принимать с поправочным множителем
–5L
1 + е
(где L – расстояние между включениями, м)
0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,5 2,0
3,60
3,26
2,34
2,26
1,28
1,52
0,16
0,28
0,23
0,39
0,29
0,47
Коэффициент η при а/δ
2,72
2,30
1,97
1,76
1,40
1,28
0,45
0,57
0,57
0,60
0,67
0,78
1,97
1,62
1,21
0,66
0,77
0,84
1,71
1,48
1,17
0,74
0,83
0,88
1,47
1,31
1,11
0,87
0,91
0,93
1,38
1,22
1,09
0,95
0,95
0,95
Следовательно, при выборе места размещения теплопроводного
включения необходимо учитывать его влияние на температурное поле
внутренней поверхности стены. При этом должно учитываться не
только место расположения включения, но и его размеры.
Пример 2.6. При реконструкции здания объекта культурного наследия Тамбовской области «Доходный дом купца Никонова» разработан проект усиления наружных стен за счёт устро
йства монолитных
железобетонных поясов. Толщина наружной стены 0,80 м. Стена выполнена из керамического кирпича с кладкой на известковом растворе.
Стена с двух сторон оштукатурена известково-цементным раствором
толщиной 0,03 м. Железобетонный пояс принят с размерами 0,25×0,30 м.
Пояс располагается в стене с внутренней стороны. Температура помещений в зимний период равна t
воздуха − ϕ
= 60%. Наружная расчётная температура воздуха зимой
в
наиболее холодной пятидневки составляет t
теплопередачи на поверхностях стены равны α
= 23 Вт/(м2⋅°С). При проектировании пояса требовалось найти вели-
α
н
= 20 °C, относительная влажность
в
= –28 °C. Коэффициенты
н
= 8,7 Вт/(м2⋅°С) и
в
чину понижения температуры на поверхности стены в месте его расположения для вариантов размещения пояса изнутри и снаружи стены.
На рисунке 2.15 приведены схемы стены к расчёту
64
′
τ
.
в
Схема тепло-
проводного
включения по
рис. 2.14
2.9. Значения коэффициента ξ
0,25 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0 20,0 50,0 150,0
Коэффициент ξ при аλ
Т
/δλ
I 0,105 0,160 0,227 0,304 0,387 0,430 0,456 0,485 0,503
IIб – – – 0,156 0,206 0,257 0,307 0,369 0,436
0,096
0,178
0,267
0,003
0,014
0,058
–
–
–
0,100
0,184
0,278
0,004
0,017
0,063
–
–
–
0,101
0,186
0,291
0,004
0,019
0,066
–
–
–
0,101
0,187
0,292
0,005
0,021
0,071
–
–
–
0,102
0,188
0,293
0,005
0,022
0,073
–
–
–
III
IV
V
При с/δ
0,25
0,50
0,75
При c/δ
0,25
0,50
0,75
При
δ
в/δн
0,75
1,00
0,061
0,084
0,106
0,002
0,006
0,013
0,007
0,006
0,003
0,075
0,112
0,142
0,002
0,008
0,022
0,021
0,017
0,011
0,085
0,140
0,189
0,003
0,011
0,033
0,055
0,047
0,032
0,091
0,160
0,227
0,003
0,012
0,045
0,147
0,127
2,00
Примечания.
1. Для промежуточных значений аλ
/δλ коэффициент ξ следует опреде-
Т
лять интерполяцией.
2. Для теплопроводного включения типа V при наличии плотного кон-
такта между гибкими связями и арматурой (сварка и скрутка вязальной
проволокой) в формуле (2.33) вместо
усл
R следует принимать
0
пр
R .
0
Решение. Вначале производится
определение коэффициентов те-
плопроводности материалов стены. Для этого находятся условия её
эксплуатации. При температуре и влажности воздуха помещений, рав-
= +20 °C и ϕв = 60%, влажностный режим в помещениях здания
ных t
в
нормальный (см. табл. 2.3). Зона влажности района строительства по
прилож. В [19] – сухая. В этом случае условия эксплуатации стены
соответствуют условиям вида А (см. табл. 2.4). По табл. Т.1 прилож. Т
СП 50.13330.2012 [19] определяем, что коэффициенты теплопроводности составляют: для кладки λ
= 0,70 Вт/(м⋅°С); для железобетона – λжб = 1,92 Вт/(м⋅°С).
λ
шт
= 0,70 Вт/(м⋅°С); для штукатурки –
кл
Далее определяется температура на поверхности стены при рас-
положении пояса с внутренней стороны (см. рис. 2.15, а). Пояс выполнен железобетонным, следовательно, расчёт величины
′
τ
выполняет-
в
ся по формуле (2.29). Для этого вычисляются сопротивления теплопередаче
R и .0R
′
0
65
τ
−
−
а)
ру
)
t
б)
в
t
в
t
н
'
τ
в
t
н
τ
в
'
τ
в
τ
в
Рис. 2.15. Схемы к расчёту температуры внутренней поверхности стены
при устройстве в ней железобетонного пояса:
при расположении пояса с внутренней стороны стены (а);
то же с на
жной стороны стены(б
δ
1
+
=
R ;
0
α
λ
в
δ
кл
шт
2
+
кл
1
+
α
λ
′
R
0
7,8
ншт
δ
1
кл
+
=
α
λ
кл
в
50,0
70,0
03,0
2
70,0
80,0
11
7,8
δ
+
2
λ
92,1
2
70,0
δ
жб
шт
+
λ
шт
1
30,0
23
=++++=
1
03,0
70,0
+
11,1
=+++=
23
1
=
α
нжб
2
°⋅
См
Вт
2
См
39,1
°⋅
Вт
.
Коэффициент η для формулы (2.29) определяется интерполяцией
для схемы III при соотношениях а/δ = 0,25/0,86 = 0,29 и с/δ = 0,30/0,86 =
= 0,35 по табл. 2.8. Величина коэффициента η в данном случае будет
равна η = 2,66.
При таких условиях
′
−=τ
20
в
−−
⋅
7,839,1
))28(20(1
⎡
⎢
⎣
39,1
⎛
66,21
⎜
⎝
⎤
⎞
−+
⎟
⎥
11,1
⎠
⎦
36,131
+=
°С.
Для сравнения производится определение температуры поверхности стены
Расчёт выполняется по формуле (2.26). Температура
′
τ
вне места расположения теплопроводного включения.
в
равна
20
−=τ °С.
в
))28(20(1
7,839,1
⋅
03,16
+=
в
66
Видно, что температура в месте расположения пояса, равная
′
τ
= +13,36 °С, на 2,67 °С ниже температуры на глади стены, равной
в
τ = +16,03 °С.
в
При проектировании рассматривался также вариант размещения
пояса с наружной стороны стены. Расчётная схема стены для этого
варианта приведена на рис. 2.15, б.
Расчёт так же, как и ранее, выполняется по формуле (2.29).
Для этого случая при расчёте изменяется только коэффициент η.
Он также находится по табл. 2.8 интерполяцией для схемы IV при
соотношениях а/δ =
0,25/0,86 = 0,29 и с/δ = 0,30/0,86 = 0,35. Величина
коэффициента η равна η = 0,40.
В этом случае
−−
))28(20(1
′
−=τ
20
в
⎡
⎢
⋅
7,839,1
⎣
39,1
⎛
40,01
⎜
⎝
⎤
⎞
−+
⎟
⎥
11,1
⎠
⎦
63,151
+=
°С.
Понижение температуры составляет 16,03 – 15,63 = 0,40 °С. Та-
ким образом, при расположении пояса снаружи стены снижение температуры меньше, чем при расположении пояса изнутри.
Пример 2.7. Выполнить расчёт понижения температуры поверхности стены в месте расположения армированного бетонного шва для
условий Тамбова. Стена сложена из керамического кирпича на известковом растворе и оштукатурена с двух сто
рон известково-цементным
раствором. Толщина кладки 0,64 м. Толщина штукатурки 0,03 м.
Армошов запроектирован из бетона на мелком гранитном заполнителе
толщиной 0,08 м. Другие необходимые данные те же, что и в примере 2.6. Расчётная схема стены дана на рис. 2.16.
Решение.
Коэффициенты теплопроводности материалов кладки и
шва имеют такие же значения, как и в примере 2.6. В связи с тем, что
армошов является сквозным и выполнен из железобетона, расчёт производится по формуле (2.29).
Рис. 2.16. Схема к расчёту температуры
поверхности стены в месте расположения
армированного бетонного шва
t
н
t
в
'
τ
в
τ
в
67
Сначала вычисляются сопротивления теплопередаче
−
−
δ
1
+
=
R ;
0
α
λ
в
1
′
R
0
+
=
λ
α
в
δ
кл
кл
δ
аш
аш
шт
2
+
+
+
α
λ
δ
2
λ
шт
ншт
+
α
ншт
64,0
11
70,0
7,8
64,0
11
92,1
7,8
03,0
2
70,0
03,0
2
70,0
23
23
R и 0R
1
16,1
=+++=
1
=+++=
58,0
′
0
.
2
См
°⋅
Вт
2
°⋅
См
.
Вт
Коэффициент η в формуле (2.29) находится по табл. 2.8 для схемы I при соотношении а/δ = 0,08/0,70 = 0,11. По интерполяции величина коэффициента η равна η = 0,54.
В этом случае
−−
))28(20(1
′
−=τ
20
в
⋅
⎡
⎢
7,816,1
⎣
16,1
⎛
54,01
⎜
⎝
⎤
⎞
−+⋅
⎟
⎥
58,0
⎠
⎦
49,121
+=
°С.
Для сравнения производим расчёт температуры поверхности сте-
τ вне места расположения теплопроводного включения. Расчёт
ны
в
τ
выполняется по формуле (2.26). Температура
20
−=τ °С.
в
))28(20(1
7,816,1
⋅
равна
в
24,15
+=
Видно, что температура в месте расположения армошва, равная
′
τ
= +12,49 °С ниже на 2,75 °С температуры на глади стены, равной
в
τ = +15,24 °С.
в
2.4. ПРИНЦИПЫ ОЦЕНКИ ВЛАЖНОСТНОГО РЕЖИМА
КИРПИЧНЫХ СТЕН ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИХ ЗАЩИТЫ ОТ ВЛАГИ
Наличие определённого количества влаги в кирпичных стенах является показателем их эксплуатационных качеств. При повышении
влажности кирпичных стен происходит значительное повышение теплопроводности кладки, что ведёт к снижению их теплозащитных качеств. Повышение влажности стен неприемлемо по гигиеническим
условиям. Влажный материал способствует появлению грибков, плесени и болезнетворных бактерий. Появление плесени на стенах пр
дит к резкому ухудшению внутренней среды помещений. Повышенная
влажность материала стен приводит к увеличению влажности внутреннего воздуха.
Влажность внутри и на поверхностях стен влияет на их долговечность. Стены с повышенной влажностью имеют более низкую морозостойкость кладки. Срок службы такой кладки при наличии в ней про-
иво-
68
цессов попеременного замораживания и оттаивания резко уменьшается. Поэтому при проектировании зданий с кирпичными стенами необходимо обеспечивать условия, исключающие попадание и накопление
влаги в стенах при их эксплуатации.
2.4.1. Пути появления и накопления влаги в наружных кирпичных стенах
Наличие сведений о путях появления влаги в стенах позволяет
произвести эффективный выбор мер, дающих возможность защитить
кирпичные стены от увлажнения. Имеется много путей проникновения
влаги в толщу стен, поэтому влагу, появляющуюся в стенах, целесообразно классифицировать в соответствии с путями её проникновения в
ограждения. Влагу, попадающую в стены, можно разделить на строительную, атмосферную, эк
сплуатационную, грунтовую, гигроскопиче-
скую и конденсационную влагу.
Строительная влага появляется в кирпичных стенах в процессе
их возведения. В стены влага попадает вместе с кладочным раствором,
в период строительства, а также при попадании на них дождя и мокрого снега. Таким образом, наличие строительной влаги в возводимых
стенах существенно зависи
т от природных условий при строительстве
и от продолжительности возведения здания. Строительная влага накапливается в стенах при устройстве на них мокрой штукатурки, и особенно, с при оштукатуривании внутренних поверхностей стен.
Уход строительной влаги из кладки стен при их естественной
сушке из-за конструктивных особенностей кладки весьма продолжителен. Процесс сушки стен в естественн
ых условиях в зависимости от
конструкции стены (сплошная кладка, кладка с термовкладышами и
др.) и вида её материалов (керамические, силикатные, шлаковые кирпичи, известковые, цементные, сложные растворы и др.) может происходить очень продолжительное время (до нескольких лет).
Строительная влага при её удалении из стен не оказывает небла-
го
приятные воздействия на влажностный режим и их долговечность в
тех случаях, если она удаляется в первые 1-2 года эксплуатации.
Для быстрого и эффективного удаления строительной влаги из
кирпичных стен рекомендуется ускорить процесс сушки за счёт создания высокой температуры системой отопления и устройства вентиляции с повышенными скоростями воздуха. Можно та
кже применять
эффективные способы сушки стен, например, путём использования
переносных нагревательных приборов.
Атмосферная влага проникает в стены при попадании на них вла-
ги при виде дождя и мокрого снега при высоких скоростях ветра. Про-
69
никновение наружной влаги в стены может происходить также при
замачивании стен из-за малого выноса карнизов, неисправности кровли на свесах и повреждений элементов водосточной системы крыши.
Увлажнение стен также происходит при неудовлетворительном выполнении или разрушении в процессе эксплуатации защитных слоёв и
отливов поясков, промежуточных карнизах и других выступающих
элементов.
Влага, по
являющаяся на поверхностях ограждений в результате
атмосферных осадков, при определённых условиях может проникать в
глубь наружных слоёв стен и при сочетании с другими климатическими воздействиями внешней среды, например, в сочетании с воздействием низких температур, приводить к их ускоренному разрушению.
Мероприятия, ограничивающие проникновение атмосферной вла-
ги в кирпичные стены, рас
смотрены ниже.
Эксплуатационная влага появляется в стенах при непосредствен-
ном контакте с ограждениями воды, появляющейся при повреждениях
в зданиях водопровода, отопления и канализации. Появление и продолжительность такого увлажнения стен зависит от качества устройства и надёжности эксплуатации перечисленных систем. При изношенных системах водопровода и канализации наружные стены в санитар-
нических помещениях имеют значительные повреждения кладки
но-тех
из-за размораживания с наружной стороны. Мерой по защите от увлажнения стен эксплуатационной влагой являются мероприятия по
содержанию и ремонту систем, исключающих прорывы воды. При
проектировании зданий следует разрабатывать мероприятия, учитывающие расположение помещений с мокрыми процессами у наружных
стен. К мерам, исключающим по
падание эксплуатационной влаги на
стены, относится устройство на них водозащитных слоёв из штукатурок или из облицовочных плиток.
Грунтовая влага попадает в стены в результате капиллярного
подъёма влаги из влажного грунта в тело фундаментов и потом в стены. В зависимости от грунтовых условий, материалов и конструктивных решений фундаментов и стен, капиллярная влага мо
жет подниматься на высоту до двух метров и выше от уровня отмостки. Увлажнения капиллярной влагой происходят в зданиях постройки ранее XIX
и начала XX веков. Причинами этого являются, как правило, отсутствие горизонтальной гидроизоляции между фундаментом и стеной или
наличие культурного слоя грунта выше уровня бывшей г
оризонтальной гидроизоляции. Защита от проникновения в стены капиллярной
влаги на стадии эксплуатации кирпичных зданий является сложной
70