Многослойная стена здания

Изобретение относится к наружным несущим ограждающим конструкциям (стенам) зданий и сооружений, позволяет повысить эксплуатационную надежность стен. Технический результат: повышение надежности совместной работы элементов кладки, повышение эксплуатационной надежности стен. Многослойная стена здания из мелкоштучных элементов, содержащая наружный и внутренний слои и металлические вставки, дополнительно содержит вертикальные диафрагмы жесткости. Металлические вставки имеют Z-образное поперечное сечение и установлены периодически вдоль плоскости стены, причем полки вставок расположены, соответственно, во внутреннем и наружном слоях стены с обеспечением работы вертикальной средней грани вставки на срез, а отогнутых полок на кладке площадки - на смятие, при этом металлические вставки объединяют внутренний и наружный слои стены по диафрагмам жесткости в единую цельную конструкцию. 15 ил.

 

Известны конструкции наружных несущих стен с эффективным утеплителем (фиг.1, 2, 3, 4, 5). Наиболее распространенные решения, используемые в строительстве, в том числе и для повышенной этажности в 12-14 этажей, отображены на фиг.1, 2. 3.

Вертикальный поперечный разрез стены типового решения представлен на фиг.1. где: 1 - узел принципиального решения наружный стены; 2 - узел сопряжения плиты перекрытия с несущей стеной.

Разрез варианта стены, наиболее полно характеризующего конструкцию, дан на фиг.2:

4 - наружный слой кладки (облицовка, кирпич);

5 - внутренний слой кладки, несущая часть стены;

9 - плитный утеплитель (пенопласт);

11 - штукатурка с внутренней стороны;

12 - крепежные элементы (сетка).

Элементы 4 "облицовки" и стены 5 между собой жестко не связаны. По крайней мере, в той мере, чтобы можно было сделать заключение о совместном их восприятии полезной вертикальной нагрузки, приходящейся в основном от перекрытий здания. Крепежные элементы 12 предназначены не для передачи нагрузок, а для создания условия, чтобы "облицовка" не отвалилась от основной несущей конструкции 5.

Четверть стены выключена из ее несущей способности и по сути (с этой точки зрения) является балластом, лишней дополнительной нагрузкой на фундаменты здания.

Разрез стены (ее участка фиг.3) в месте сопряжения с плитой перекрытия не является доказательством обеспечения совместной работы всего массива стены как единой несущей конструкции, воспринимающей вертикальные нагрузки.

Известные элементы 4, 5, 9, 10, 11 (с фиг.2) дополнены новыми (с фиг.3):

13 - утеплитель расшивка (из негорючего материала) разделяет слои пенопласта:

14, 15 - дополнительный облицовочный материал;

16 - вкладыш.

Вкладыш 16 в представленном исполнении не может быть аналогом перфорированной грани-консоли монолитного перекрытия, а следовательно, и несущим элементом, передающим усилия от перекрытия на несущие стены.

В восприятии полезной нагрузки участвует внутренняя часть стены (за вычетом "облицовочного слоя"). В "Общих данных" проекта обычно отмечается, что наружная стена "представляет собой трехслойную конструкцию с несущим слоем толщиной 380, 510, 640, 770 мм из кирпича, слоя теплоизоляции из пенополистирольных плит ПСБ толщиной 130, 150 мм и защитно-декоративного слоя толщиной 120 мм из лицевого кирпича. Соединение защитно-декоративного слоя с несущим слоем осуществляется путем укладки сеток через каждые 600 мм по высоте".

Нормативными документами (Пособие по проектированию каменных и армокаменных конструкций (к СНиП II-22-81 "Каменные и армокаменные конструкции. Нормы проектирования")/ ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР. - М.: ВДПП Госстроя СССР, 1989) из нескольких типов облегченных стен для случая совместной работы наружного и внутреннего слоев кладки иллюстрируются наиболее подходящие кладки типа "А" и "Б". Тип А (фиг.4) представлен двумя кирпичными слоями 4, 5, между которыми вплотную к внутренней стенке устанавливается плитный утеплитель 9. Расчет по несущей способности конкретизирует толщину внутреннего слоя до 1-2 кирпичей. Слои кирпичной стены связаны диафрагмами из кирпича в разбежку (шириной в половину кирпича II-II фиг.4), расстояние между которыми 1,2 м.

Для уменьшения влияния в диафрагмах "мостиков холода" кирпич и воздушные прослойки 10 расположены в шахматном порядке.

Ширина прослойки между кирпичными слоями предоставляет возможность установки в нее эффективных плитных утеплителей.

Между наружным кирпичным слоем и утеплителем, например, в серии 2.130-1 оставляется зазор шириной не менее 20 мм, который предохраняет утеплитель от влаги атмосферных осадков. Допущено, что при недостаточно тщательном заполнении швов кладки раствором возможно проникновение влаги через наружный слой кирпичной стены.

Закрепление плит утеплителя в проектном положении осуществляется путем установки полос, нарезаемых из материала утеплителя и устанавливаемых в промежутке между утеплителем и наружным слоем кладки.

Кладка типа Б (фиг.5) аналогично кладке типа А выполняется в виде двух кирпичных слоев толщиной в полкирпича, соединенных вертикальными кирпичными диафрагмами 6, расстояние между которыми тоже не более 1,2 м. Ширина прослойки между кирпичными слоями, заполняемой минеральными связанными засыпками 17. Этот вариант менее эффективен по сравнению с типом А, более тяжеловесен.

Рассмотренные варианты типов стен облегченной кладки успешно применимы для малоэтажных зданий. С повышением этажности эксплуатационная надежность стен из облегченной кладки понижается (Пособие к СНиП II-22-81 "Каменные и армокаменные конструкции", М.: ЦНИИСК им.Кучеренко, Л.M.Ломовая, 1982). Причина - возможное прекращение совместной работы, например, наружной тонкостенной грани колодцевой кладки. В этом случае сечение расчетного участка стены перестает быть единым, а следовательно, несущая способность снижается.

Предлагаемое техническое решение (фиг.6, 7, 8) относится к наружным несущим ограждающим конструкциям (стенам) зданий и сооружений и является мероприятием, улучшающим надежность совместной работы элементов кладки, уменьшающим возможность отслоения наружной тонкостенной грани, что повышает эксплуатационную надежности стен. Суть технического решения обладает отличительной особенностью от известных в раскладке мелкоштучных элементов в стены с утолщениями 7 наружной 4 (фиг.7) и внутренней 5 граней стены, направленных друг к другу и соединенных между собой металлическими вставками (8, фиг.7). Комплекс численных исследований показывает, что установка металловставок достаточна на участке 1/3 верхней части междуэтажной высоты каждого этажа здания при установке с шагом 300-600 мм. По фасаду металловставки могут быть размещены в шахматном порядке, при этом конструктивно металловставки могут быть исполнены в различных конфигурациях (фиг.9, 10, 11, 12, 13).

Вариантов исполнения металловставок (фиг.9, 10, 11, 12, 13) в действительности гораздо больше, и они могут быть представлены не только пластинчатыми элементами, но и трубчатыми, двутавровыми и другими. Так, например, вариант металлической вставки (фиг.12, 13) Z-образного поперечного сечения может быть изготовлен и Т-образного вида из такого же прямоугольного листа металла путем двух вертикальных надрезов в верхней части поставленного на длинное ребро прямоугольного листа и последующего загиба средней части в одну сторону, а двух крайних в другую. Оставшаяся ненадрезанная средняя вертикальная грань срабатывает на срез, а отогнутые полки образуют на кладке площадки смятия и их размеры принимаются по расчетным данным. Практика показала, что строителей на реальном объекте не смущает сложность той или иной конфигурации металловставки изогнутой, сварной или какой-либо комбинированной. Наиболее технологичной признана конфигурация металловставки, подобная изображенной на фиг.13, но таврового сечения.

Идея "вставок" объединяющих, обеспечивающих совместную работу как единого целого основной несущей кирпичной и "облицовочной" кладок, известна давно. Отсюда многообразие различных решений, и в том числе по облегченной кладке типов А и Б. Известны попытки радикального разрежения диафрагм жесткости (фиг.4 II-II) путем фактической замены диафрагм отдельными кирпичами, расположенными по высоте с некоторым шагом, но такие решения по результатам численных исследований и проведенных испытаний в ЦНИИСК им. Кучеренко не дают удовлетворительных результатов. Натурные эксперименты подтвердили результаты численных исследований и приводят к необходимости повышения прочностных параметров вставок между наружным и внутренними слоями кладки. Необходимыми параметрами обладает металлическая вставка, анкеруемая в кирпичную кладку. Анкеровка принимается по расчету и возможна в:

1. обычную кладку с применением анкерных стержней 18 (фиг.8);

2. усиленную кладку (кирпич более высоких марок) в местах размещения металловставок, в утолщениях, уширениях 7 (фиг.8):

3. усиленную кладку (железобетонные вкладыши подушки) в местах размещения металловставок, в утолщениях, уширениях 7 (фиг.8).

В общем случае металловставка позволяет раздвигать наружный и внутренний слои кладки на не кратные "кирпичу" размеры. Толщина стены может быть в этом случае произвольной, определяемой по теплотехническим показателям: 510; 512; 513; 514 ... 640; 641; 642; 643 и так далее. Сама металлическая вставка располагается не строго вдоль плоскости стены в среднем ее слое.

Многослойная стена с утеплителем из пенополистирольных плит, например, ПСБ-С-35 в полной мере законченное решение, но оно не исключает возможность применения и иных не менее эффективных материалов, например пеноизола (По многочисленным материалам из Интернет), наиболее подходящего для стен с металловставками.

Пеноизол изготавливается непосредственно на строительной площадке с последующей заливкой в нестандартные и любой толщины пустотелые профили трехслойных ограждающих конструкций, где он полимеризуется и высыхает в нормальных условиях. Первоначальное отверждение пеноизола происходит за 10-15 минут после выхода вспененной композиции из пеноформирующего рукава, последующее же отверждение - в течение 4-6 часов, и материал становится упругим. Окончательное отверждение и сушка пеноизола происходят через 2-3 дня. Изготовление на месте снимает недостаток пеноизола - его хрупкость. Результат - обеспечивается низкая стоимость ограждающей конструкции (стены) при сравнительно высоком качестве теплоизоляции и сокращении сроков выполнения работ примерно в 3 раза. Пеноизол плотно заполняет пустоты и исключает возможность произвольного протекания дождевой воды по плитам утеплителя, водонасыщения несущих элементов кирпичной кладки, поступление влаги к металлу вставки.

Долговечность

(Здесь и далее по результатам испытаний НИИ строительной физики (НИИСФ):

Время работы пеноизола в качестве ненесущего среднего слоя трехслойных конструкций зданий и сооружений при любых условиях эксплуатации исследованного диапазона (температура от -30°С до +40°С и относительной влажности 75% при температуре +40°С) неограничено.

Теплоизоляционные, звукоизолирующие характеристики:

Плита из пеноизола поглощает до 95% звуковых колебаний. Материал стоек к действию микроорганизмов, грибков и действию большинства агрессивных сред.

Технические характеристики:

коэффициент теплопроводности, Вт/°С, при плотности 15 кг/м3	0,0289 Вт/°С,
коэффициент паропроницаемости, мг/(мчПа)	0,247
коэффициент теплоусвоения, Вт/(м2 °С)	0,225
рабочий диапазон температур, °С	от -50 до +120
объемная плотность, кг/м3	15-20
прочность на сжатие при 10% линейной деформации, МПа	зависит от
	плотности
водопоглощение за 24 часа, % по объему,	в среднем 10
сорбционное увлажнение, % по массе,	не более 20

Пожаробезопасность

Пеноизол не способен к самостоятельному горению после отключения источника огня. Он относится к группе горючести не ниже Г2, группе воспламеняемости не ниже В2, с умеренной дымообразующей способностью не ниже Д1, группе токсичности Т2.

Многослойная стена здания из мелкоштучных элементов, содержащая наружный и внутренний слои и металлические вставки, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит вертикальные диафрагмы жесткости, металлические вставки имеют Z-образное поперечное сечение и установлены периодически вдоль плоскости стены, причем полки вставок расположены соответственно во внутреннем и наружном слоях стены с обеспечением работы вертикальной средней грани вставки на срез, а отогнутых полок на кладке площадки - на смятие, при этом металлические вставки объединяют внутренний и наружный слои стены по диафрагмам жесткости в единую цельную конструкцию.