Назначение наружных стен здания

Общие требования к конструкциям наружных стен и их классификация

Наружные стены — наиболее сложная конструкция здания. Они подвергаются многочисленным и разнообразным силовым и несиловым воздействиям (рис. 17.1). Несущие наружные стены воспринимают нагрузку от собственной массы и временные нагрузки от опертых на стены перекрытий и крыш, воздействия от ветра, неравномерных деформаций основания, сейсмики и др. С внешней стороны наружные стены подвержены действию солнечной радиации, атмосферных осадков, переменных температур и влажности наружного воздуха, уличного шума, а с внутренней — воздействию теплового потока и потока водяного пара (рис. 17.1).

Выполняя функции наружного ограждения, основного конструктивного и композиционного элемента фасадов, а часто и несущей конструкции, наружная стена должна отвечать требованиям прочности, долговечности и огнестойкости, соответствующим классу капитальности здания, обеспечивать благоприятный температурно-влажностный режим ограждаемых помещений, обладать декоративными качествами, защищать помещения от неблагоприятных внешних воздействий. Одновременно конструкция наружной стены должна удовлетворять общетехническим требованиям индустриальности и минимальной материалоемкости, а также экономическим требованиям. При этом необходимы как экономия единовременных затрат при строительстве, так как наружные стены являются самой дорогой конструкцией (до 25% от стоимости конструкций здания), так и сокращение эксплуатационных затрат на отопление здания, поскольку основные тепло-потери идут через наружные стены и их элементы.

В наружных стенах обычно располагаются проемы бокового освещения помещений и проемы в открытые летние помещения балконов и лоджий, поэтому в комплекс конструкции стены включают створное светопрозрачное заполнение проемов и конструкции открытых помещений. Все эти элементы и их сопряжения со стенами также должны отвечать перечисленным выше требованиям. В стенах из сборных элементов в этот комплекс включают также стыки элементов наружных стен между собой и с внутренними конструкциями. Статические функции стен и их изоляционные свойства обеспечивает взаимодействие с внутренними конструкциями, поэтому конструирование наружных стен включает разработку их связей с внутренними стенами, перекрытиями, каркасом.

Наружные стены (также как и все остальные конструкции зданий) в зависимости от природно-климатических, инженерно-геологических условий строительства и специфики решения здания рассекают вертикальными деформационными швами различных типов — температурно-усадочными, осадочными, антисейсмическими и др. (рис. 17.2).

Температурно-усадочные швы устраивают во избежание образования в стенах трещин и перекосов, вызываемых концентрацией усилий от воздействия переменных температур воздуха и усадки материалов (каменной кладки, бетонов). Такие швы рассекают только наземную часть здания.

Расстояния между швами (длину температурного отсека здания) назначают по расчету в соответствии с климатическими условиями строительства и физико-техническими параметрами материалов наружных стен. Длины отсеков колеблются от 40 до 100 м для кирпичных и от 75-150 м — для панельных стен. При этом наименьшее размеры температурных отсеков относятся к наиболее суровым климатическим условиям.

Осадочные швы предусматривают в местах резких перепадов этажности здания (осадочные швы I типа), а также при значительной неравномерности деформаций основания по протяженности здания, вызванные спецификой геологического строения основания (осадочные швы II типа). Осадочные швы I типа устраивают для компенсации разницы вертикальных деформаций высокой и низкой частей здания. С этой целью опи-рание перекрытий низкой части на несущей конструкции высокой части здания проектируемой шарнирным и конструкцию осадочного шва выполняют аналогично температурно-усадочному.

При жестких сопряжениях высокой и низкой частей здания, а также в случаях большой неравномерности деформаций основания здания разрезают на жесткие отсеки вертикальными швами по всей высоте — вплоть до подошвы фундамента.

В особых инженерно-геологических условиях, например, сейсмических, разрезка деформационными швами расчленяет здание на элементарные прямоугольные в плане отсеки и осуществляется на всю высоту здания от крыши до подошвы фундамента. Протяженность отсеков назначается по расчету в соответствии с расчетной сейсмичностью территории строительства и физико-техническими свойствами материалов несущих конструкций.

Конструкции наружных стен классифицируют по признакам:

• статической функции стены, определяемой ее ролью в конструктивной системе здания;
• материалу и технологии возведения стены, определяемым строительной системой здания;
• конструктивному решению — в виде однослойной или слоистой ограждающей конструкции.

По статической функции различают несущие, самонесущие и ненесущие наружные стены (см. рис. 3.3).

Несущие стены помимо вертикальной нагрузки от собственной массы воспринимают нагрузки от всех опирающихся на стены конструкций (крыш, перекрытий, балконов, эркеров, парапетов и пр.) и передают ее через фундаменты на основание.

Самонесущие стены воспринимают нагрузку только от собственной массы, включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и других элементов самой стены, и передают ее на фундаменты непосредственно или через цокольные панели, рандбалки, ростверк или др. конструкции.

Ненесущие конструкции стен поэтажно (или через несколько этажей) опирают на смежные внутренние конструкции здания (перекрытия, внутренние стены, каркас).

В зданиях с ненесущими наружными стенами из листовых материалов иногда применяют навесные конструкции имеющие специальные элементы навески на внутренние конструкции зданий.

Несущие стены воспринимают наряду с вертикальными нагрузками и горизонтальные воздействия, являясь вертикальными элементами жесткости сооружений. В зданиях с ненесущими наружными стенами функции вертикальных элементов жесткости выполняют каркас, внутренние стены, диафрагмы или стволы жесткости.

Несущие и ненесущие наружные стены могут быть применены в зданиях любой этажности. Высоту самонесущих стен ограничивают в целях предотвращения неблагоприятных в эксплуатационном отношении взаимных смещений самонесущих и внутренних несущих конструкций, сопровождающихся местными повреждениями отделки помещений и появлением трещин. В панельных домах, например, допустимо применение самонесущих стен при высоте здания не более 5 этажей. Устойчивость самонесущих стен обеспечивают гибкие связи с внутренними конструкциями.

Предельная этажность несущей стены зависит от несущей способности и дефор-мативности ее материала, конструкции, характера взаимосвязи с внутренними конструкциями, а также от экономических соображений. Так, например применение слоистых несущих панельных стен целесообразно в домах высотой до 17 этажей, несущих кирпичных стен в зданиях средней этажности, а несущей стальной оболочковой конструкции в 70-100 этажных зданиях.

Основной характеристикой конструктивного решения наружной стены является ее слоистость.

Традиционной для стен любой строительной системы является однослойная* конструкция: из кирпича (или блоков естественного камня) — сплошная кладка, из дерева — рубленная стена из бревен или брусьев, в бетонном домостроении — однослойная стена из легких или ячеистых бетонов автоклавного твердения.

До середины 1990-х годов однослойная конструкция в России являлась основной для всех строительных систем зданий, составляя свыше 80% в общем объеме строительства.

Слоистые конструкции, например в виде облегченной кладки кирпичных стен применялись в основном для экономии единовременных затрат, В связи с пониженной несущей способностью их применяли в качестве несущих преимущественно в зданиях до 5 этажей или для верхних этажей многоэтажных.

Политика экономии затрат энергоресурсов на отопление зданий на государственном уровне отразилась на радикальном повышении требований к сопротивлению теплопередаче всех ограждающих наружных конструкций, отраженных в СниП 11-3-79*, введенных в действие Министерством строительства РФ с марта 1998г.

Новые нормы (даже для районов РФ с умеренным климатом) потребовали увеличения в 2,8-3,5 раза сопротивления теплопередача наружных стен по сравнению с действовавшими на протяжении 70 лет предшествовавшими нормами проектирования и всем историческим опытом строительства.

Практически это означало увеличение толщины однослойной кирпичной стены сплошной кладки с 51 см до 155 см легкобетонной панельной с 30-38 см до 90-105 см, стены из ячеистых автоклавных бетонов с 25 до 75 см, а стен деревянного сруба до 60 см. В связи с явной неэкономичностью таких конструкций происходит радикальный переход от однослойных конструкций к слоистым с эффективными утеплителями.

Соответственно это сопровождается перестройкой промышленности строительных материалов и индустриальных изделий для наружных стен.

В связи с тем, что для большинства конструкций переход от однослойных стен к слоистым конструкциям приводит к снижению их несущей способности, подвергается пересмотру и выбор конструктивных систем зданий. Для несущих слоистых конструкций наружных стен основной областью применения остаются здания малой и средней этажности, как с продольными, так и с поперечными внутренними стенами. В многоэтажных зданиях основными конструктивными системами становятся поперечно- и перекрестно-стеновая либо каркасная с ненесущими наружными стенами.

Область рационального применения однослойных наружных стен резко ограничивается территориями с жарким климатом, а также индивидуальным малоэтажным строительством.

Одновременно с радикальными пересмотром конструкций наружных стен и конструктивных систем зданий происходит резкое расширение видов строительных систем зданий. Наряду с традиционной бескаркасной системой домов с кирпичными стенами и наиболее индустриальной панельной, широко внедряются сборно-монолитные и монолитные системы различных модификаций, влияющие на конструирование ненесущих стен нового поколения, срочно внедряемых в строительство многоэтажных капитальных зданий с индустриальной технологией возведения.

Соответственно далее рассмотрение вопросов конструирования наружных стен дано дифференцированно — для индустриальных технологий возведения и для традиционного строительства.

Источник

Гражданские здания и их конструкции. Типы стен и требования к ним

Типы стен и требования к ним

Стены– важнейшие конструктивные элементы зданий. Они являются вертикальными ограждающими конструкциями, отделяющая помещение от окружающего пространства или соседнего помещения и нередко служат несущими элементами, на которые опираются перекрытие и покрытие.

Классификация стен

По назначению стены бывают наружные и внутренние.

Наружные стены – это конструкции, которые защищают здание от воздействий внешней среды и ограждают помещения.

Внутренние стены разграничивают общую площадь здания и разделяют помещения между собой.

По виду применяемых материалов стены могут быть:

• каменные, из искусственных и естественных камней;
• деревянные;
• грунтовые или саманные;
• из синтетических материалов.

По характеру работы стены бывают:

• несущие, которые являются не только защитными конструкциями, а выполняют конструктивное назначение, на них опираются конструкции покрытия или перекрытия;
• самонесущие, выполняющие ограждающие функции и воспринимающие нагрузку только от расположенных выше стен. Такие стены воспринимают горизонтальные ветровые нагрузки, и передают их на конструкции каркаса (балки и колонны), а вертикальные нагрузки от перекрытий воспринимают столбы или колонны;
• навесные, выполняющие только защитные функции – характерны для каркасных домов.

По конструкции и способу устройства кладки каменные стены разделяют на четыре группы:

• из мелкоштучных элементов (мелких камней);
• из больших камней (блоков);
• монолитные и крупнопанельные.

Стены из камней, а также из больших блоков выполняют в виде кладки с использованием известково-цементных, цементно-глиняных или цементных растворов.

Кладка – конструкция, выполненная из отдельных камней (естественных или искусственных), швы между которыми заполняют строительным раствором. Для обеспечения нормальной работы и монолитности стен кладку возводят с соблюдением правил, которые определяют ее сечение. Кладку стен делают с расположением камней горизонтальными рядами, чтобы вертикальные швы не совпадали, (рис. 1).

Перевязка швов – расхождение вертикальных швов. Перевязка швов обеспечивает равномерное распределение нагрузки и привлечение к совместной работе всех камней, которые образуют стену.

Монолитные стены выполняют с помощью специальной опалубки, в которую заключают материал стены. Опалубка в меру устройства стен передвигается по высоте.

Крупнопанельные стены монтируют из отдельных панелей заводского изготовления. Швы между панелями заделывают цементным раствором.

Требования к стенам

При разработке проекта здания особенное внимание следует уделять выбору конструктивной схемы здания и типу стен. При этом, в зависимости от назначения здания, стены должны удовлетворять следующим требованиям:

• быть прочными и стойкими;
• соответствовать долговечности, которая отвечает классу здания;
• отвечать степени огнестойкости здания;
• обеспечивать поддержку необходимого температурно-влажностного режима в помещениях;
• обладать достаточными звукоизоляционными свойствами;
• соответствовать технологии с использованием современных индустриальных методов строительства;
• быть экономически целесообразными, то есть иметь минимальные трудозатраты при производстве и затраты на материалы, массу единицы площади;
• отвечать архитектурно художественному решению, поскольку стены есть, в сущности, одной из основных структурных частей домов, которые формируют их архитектурное лицо.

Источник

Особенности и назначение наружных стен зданий со стальным каркасом

Особенности наружных стен

На конструкцию и тип наружных стен оказывают влияние следующие особенности зданий со стальным каркасом.

В зданиях со стальным каркасом нагрузки воспринимаются колоннами, так что оно не нуждается в несущих наружных стенах. Поэтому предпочтительны легкие стены. В конструкцию стен можно полностью или частично включать колонны.

Следует обращать внимание на положение колонн, размещенных в плоскости наружных стен, позади стен или перед ними.

Для опирания наружных стен могут использоваться наружные колонны, что дает экономию на фасадных стойках.

Наружные стены удобно крепятся к несущим конструкциям с помощью болтовых и сварных соединений.

Ветровые связи с диагональными стержнями решетки оказывают большое влияние на конструкцию наружных стен.

Следует обратить внимание на относительную свободу деформаций наружной стены и несущей конструкции, так как деформации стального каркаса от температурных изменений, вертикальных временных нагрузок и горизонтальных ветровых сил, а также вследствие колебаний из-за ветрового напора в высоких зданиях часто больше, чем при строительстве из тяжелых материалов (железобетон, кирпич).

Допуски в стальном каркасе благодаря точному предварительному изготовлению меньше, чем в конструкциях из других материалов.

Монтаж наружных стен часто можно объединить с монтажом стального каркаса.

Наружные стены (однослойные или многослойные) должны быть обязательно сборными.

Назначение наружных стен

Наряду с ограждением помещений от наружного пространства наружные стены должны выполнять многочисленные функции.

1. Защита от влажности

В самой простой форме это требование понимается как защита от дождя и снега.

Наружная стена должна быть также непроницаема для осадков и при ветровом напоре.

Важная функция наружной стены — защита от конденсата. Зимой теплый и влажный воздух помещений образует в наружных слоях стен конденсат. Если в теплое время года эта влага не успеет высохнуть, то накопление ее в стенах может продолжаться в течение нескольких лет. В результате может начаться разрушение стен из-за замерзания влаги в порах стены. Поэтому зачастую требуется устройство с внутренней стороны наружных стен- сплошной пароизоляции. Наиболее трудными местами являются переходы от наружных стен к кровле.

В очень влажных помещениях с неизбежными выпадениями конденсата на наружных стенах могут быть устроены специальные пористые слои, действующие как накопитель конденсата, которые испаряют накопленную воду в теплый период.

2. Защита от проникания воздуха

В наипростейшей форме это требование понимается только как защита от ветра. В полноценных наружных стенах требуется непроницаемость от ветрового напора.

Желательно также уплотнение стен для защиты от прохождения воздуха изнутри.

3. Теплозащита

Противосолнечная защита путем затенения окон и закрытых плоскостей стен.

Может быть предусмотрена постоянная защита от солнца выступающими экранами (вертикальными или горизонтальными) или облицовкой стеновых плоскостей. Возможна также подвижная защита от солнца — жалюзи и маркизы.

Противосолнечная защита путем отражения лучей от глухих стеновых плоскостей достигается их светлой окраской, а при остекленной поверхности — металлическим напылением.

Важнейшая функция каждой полноценной наружной стены — это изоляция от проникания тепла с ограничением его определенным количеством тепла в единицу времени.

Числовая мера k — в м 2 ·°С·ч/ккал.

Благодаря накоплению тепла в массивных наружных стенах возможно естественное выравнивание температур — летом тепло накапливается за день вследствие солнечной радиации, за ночь оно вновь отдается наружу; зимой тепло, накопленное благодаря отоплению в течение дня, здание отдает также в ночные часы.

Легкие наружные стены могут аккумулировать тепло только в незначительном количестве. Поэтому аккумуляция тепла в фасадах с большой поверхностью остекления имеет лишь ограниченное значение.

4. Звукоизоляция

Защита от шума извне, прежде всего от шума, создаваемого движением уличного транспорта и самолетами.

Звукоизоляция между этажами и помещениями одного этажа. В звукоизолирующих перегородках или перекрытиях внутренние слои легких наружных стен легко проводят звук в соседние помещения.

Поглощение звука во внутренних помещениях с высокими акустическими требованиями.

5. Противопожарная защита

Наружная стена должна оградить здание от переброски огня от этажа к этажу. Официальные требования регулируют в большинстве случаев огнестойкость наружных стен и длину пути переброски огня.

Необходима изоляция внутренней зоны перекрытия, если внутри нее находятся не защищенные от пожара несущие элементы. Эта зона защищена от пожара сверху несущим перекрытием, снизу — подвесным потолком. Наружная стена должна снаружи перекрывать пространство внутри перекрытий.

Конструкция наружной стены должна создавать препятствие переброске огня из внутренних зон перекрытия в верхние этажи, если в этих зонах лежат горючие кабели или воздуховоды, по которым могли бы пройти горячие газы.

6. Статический расчет

Восприятие и передача боковых сил на колонны и перекрытия.

Восприятие и передача ветровых сил (напор и отсос) на несущие конструкции.

Передача собственного веса наружной стены на несущие конструкции.

В порядке исключения: передача нагрузок от перекрытий или покрытий.

Комбинация требуемых свойств

Все качества не всегда необходимы для каждой стены. Самые невысокие требования предъявляются к таким открытым зданиям, как галереи, балконы, перроны, открытые гаражи или такие части здания, как, например, перила как средство, гарантирующее от падения; решетки или легкие экраны как зрительное ограждение помещений.

Дополнительные требования ставятся при проектировании неотапливаемых зданий, например складских помещений: непроницаемость для атмосферных осадков, непроницаемость для ветрового давления, противопожарная защита.

К полностью защищенным отапливаемым зданиям добавляются еще многие требования, среди которых на первом месте требование теплоизоляции.

Источник