ПРАВИТЕЛЬСТВО МОСКВЫ
МОСКОМАРХИТЕКТУРА
РЕКОМЕНДАЦИИ
по проектированию и применению
для строительства и реконструкции
зданий в г. Москве
ФАСАДНОЙ СИСТЕМЫ
С ВЕНТИЛИРУЕМЫМ
ВОЗДУШНЫМ ЗАЗОРОМ
«СТОУН-СТРОЙ»
Предисловие
1. Разработаны: Центральным научно-исследовательским и проектным институтом жилых и общественных зданий (ЦНИИЭП жилища).
Авторский коллектив:
д.т.н. Николаев С.В. - руководитель работы
д.т.н. Граник Ю.Г. - научно-техническое руководство
инж. Ставровский Г.А. - общая редакция
к.т.н. Граник М.Ю. - конструкции системы
д.т.н. Зырянов B.C. - прочностные расчеты
к.т.н. Беляев B.C. - теплотехнические расчеты
Консультанты:
Генеральный директор - конструкция системы и организационно-технические
ООО «Стоун-Строй», решения
Таййар Аладжа
Главный инженер,
ООО «Стоун-Строй»,
Аккайа Левент
Архитектор-конструктор
ООО «Стоун-Строй»,
Хатипоглу Исмаил
Начальник стройплощадки
ООО «Стоун-Строй»,
Тюркай Нежат
2. Подготовлены к утверждению и изданию Управлением перспективного проектирования, нормативов и координации проектно-изыскательских работ Москомархитектуры
3. Утверждены приказом Москомархитектуры от 31.10.2005 г. № 144.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
1.1. Рекомендации являются методическим и справочным пособием для разработки проектов наружной отделки и утепления зданий и сооружений с применением навесных фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором «Стоун-Строй».
1.2. В навесных фасадных системах «Стоун-Строй» для наружной отделки применяют плиты из натурального камня, позволяющие создавать выразительные архитектурные решения фасадов здания.
На рис. 1.1 - 1.3 приведены фотографии зданий с отделкой и утеплением фасадными системами «Стоун-Строй».
1.3. Разработчиком и поставщиком фасадных систем «Стоун-Строй» является ООО «Стоун-Строй» *}.
* адрес и телефоны предприятия см. на стр. 68.
1.4. На фасадную систему «Стоун-Строй» выдано Техническое свидетельство Росстроя России № ТС-07-1144-05, зарегистрированное 24.08.05 г.
1.5. Рекомендации содержат следующие данные: назначение и область применения систем, конструктивные решения систем, состав исходных данных для проектирования, методики расчетов всех расчетных параметров систем, способы производства работ, правила эксплуатации систем и их технико-экономические показатели.
2. Назначение и область применения
2.1. Система «Стоун-Строй» предназначены для фасадной отделки и теплоизоляции наружных стен в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* (изд. 98 г.), СНиП 23-02-2003 и МГСН 2.01-99.
2.2. Систему допускается применять для строящихся и реконструируемых зданий в г. Москве с несущими конструкциями наружных стен из полнотелого кирпича или бетона класса В15 и выше.
Допускаемую этажность зданий в соответствии с требованиями пожарной безопасности устанавливают в зависимости от степени огнестойкости и классов конструкционной и функциональной пожарной опасности системы. Допускается применение фасадной системы «Стоун-Строй» на жилых зданиях высотой до 75 м. Допускаемую высоту зданий другого функционального назначения устанавливают в соответствии с требованиями действующих нормативных документов.
Рис. 1.1. Бизнес центр Павелецкая-Плаза, г. Москва
Рис. 1.2. Верховный Суд Российской Федерации, г. Москва
Рис. 1.3. Новинский пассаж, г. Москва
3. Конструктивное решение систем
3.1. Система «Стоун-Строй» является многослойной конструкцией, которая крепится с внешней стороны несущих конструкций наружной стены (основания) и состоит из несущего каркаса, слоя негорючего минераловатного утеплителя, укрытого, в случае необходимости, пленкой «TYVEK»*) и облицовочного слоя (экрана). Между слоями утеплителя и облицовки устраивается вентилируемый воздушный зазор, с помощью которого влага, накапливающаяся в утеплителе, может эффективно удаляться (рис. 3.1 - 3.2).
* пленка на чертежах условно не показана.
3.2. Возможно применение системы «Стоун-Строй» только для фасадной отделки зданий. В этом случае слой утеплителя отсутствует.
3.3. Несущий каркас системы «Стоун-Строй» включает кронштейны (уголки), вертикальные несущие профили (швеллеры), Z-образные элементы и регулируемые ручки.
3.3.1. Кронштейны крепят к основанию анкерными дюбелями через паронитовую прокладку, после чего к их свободным концам присоединяют вертикальный профиль и все остальные элементы фасадной облицовки здания.
Кронштейны функционально выполняются несущими и фиксирующими. Несущие воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки, фиксирующие - только горизонтальные. Каждый узел крепления состоит из двух одинаковых кронштейнов.
Кронштейны изготавливаются в форме уголка с полками разной длины. На короткой полке уголка предусмотрены отверстия под анкерный дюбель для крепления кронштейна к основанию, на длинной - для крепления вертикального профиля. Отверстия выполнены овальной и круглой формы. Отверстия овальной формы позволяют вертикальному профилю перемещаться вследствие температурных деформаций.
Кронштейны отличаются длиной консольной части, что позволяет применять слой утеплителя разной толщины, зависящей от коэффициента теплопроводности применяемых минераловатных плит, а также материала и толщины наружных стен. В системе приняты кронштейны с длиной консольной части от 40 до 200 мм Толщина кронштейнов от 4 до 6 мм (рис. 3.3 - 3.4).
Узел крепления кронштейна «Стоун-Строй» к несущей стене показан на рис. 3.8.
3.3.2. В системе «Стоун-Строй» применяют в качестве вертикальных профилей швеллеры из нержавеющей стали размерами от 40´40 мм до 200´50 мм и толщиной от 4 до 6 мм (рис. 3.4).
Узлы крепления вертикального профиля в кронштейнах «Стоун-Строй» приведены на рисунках 3.8 - 3.10.
3.3.3. К вертикальным профилям на болтах крепятся Z-образные элементы с регулируемыми ручками. Регулируемые ручки резьбовой частью крепятся к Z-образным элементам, а на плоской части установлены шпильки для фиксации облицовочных плит.
Регулируемые ручки выполняются в двух вариантах: тип А - с несущей и фиксирующей шпилькой, и тип В - только с несущей шпилькой (рис. 3.6).
В зависимости от выбранного варианта крепления плит (рис. 3.1 - 3.2) шпильки Z-образных элементов могут располагаться либо в боковых (вертикальных) гранях, либо в верхней и нижней (горизонтальных) гранях облицовочных плит.
В качестве варианта для облицовки участков, примыкающих к оконным проёмам, применяются плоские элементы SS-02 (рис. 3.7).
3.3.4. Несущие элементы системы изготавливает фирма «URUN Ins» (Турция). Все элементы каркаса выполнены из нержавеющей стали А2 (А 304) по DIN 5091.
3.4. В системе «Стоун-Строй» применяют негорючий минераловатный утеплитель различной плотностью, в том числе VENTI BATTS, PAROC, NOBASIL и др. Толщина слоя утеплителя определяется теплотехническим расчетом, методика которого приводится в разделе 7 настоящих рекомендаций.
Основные типоразмеры минераловатных плит 600´1000 и 600´1200 мм.
Плиты утеплителя крепят непосредственно к основанию тарельчатыми дюбелями со стальными или стеклопластиковыми распорными элементами не менее 8 штук на 1 м2.
3.4.1. В случае применения плит утеплителя без кашированной внешней поверхности их следует покрывать влаговетрозащитной паропроницаемой пленкой типа «TYVEK».
3.5. В системе «Стоун-Строй» для устройства экрана применяют облицовочные плиты из натурального камня: гранита, габбро или другого природного камня.
Максимальные размеры плит составляют 1200´650 мм при толщине 25 - 50 мм.
Для крепления облицовочных плит используют шпильки из нержавеющей стали А2 (А 304), на которые надевается втулка из полиамида, и которая, в свою очередь, помещается в заранее просверленное отверстие в торце плиты. В отверстие перед установкой плит нагнетается бесцветный герметик (см. рис. 3.8).
3.6. Изделия и материалы, разрешенные для применения в системе «Стоун-Строй», и требования, которым они должны отвечать, приводятся в «Технической оценке» - приложениям к Техническим свидетельствам Госстроя РФ на данную систему.
3.7. Конструктивное решение системы «Стоун-Строй» поясняется следующими рисунками:
- общий вид фасада, защищенного утеплителем, приведен на рис. 3.1 - 3.2;
- узлы крепления утеплителя и облицовочных плит на внутреннем и наружном углах здания - на рис. 3.8, 3.9, 3.10;
- примыкание к оконному проему - на рис. 3.11 - 3.13;
- узел примыкания к парапету на рис. 3.14;
- узлы примыкания к цоколю на рис. 3.15 - 3.17.
1. Существующая стена.
2. Несущий кронштейн.
3. Кронштейн.
4 Анкерный дюбель.
5. П-образный вертикальный профиль.
6 Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
7. Паронитовая прокладка.
8. Минераловатный утеплитель.
9. Плиты облицовочные.
10. Z-образный элемент.
11. Воздушная прослойка.
12. Регулируемая ручка.
Рис. 3.1. Фасадная система «Стоун-Строй» с облицовкой плитами из природного камня (горизонтальное крепление)
1. Существующая стена.
2. Несущий кронштейн.
3. Кронштейн.
4. Анкерный дюбель.
5. П-образный вертикальный профиль.
6. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
7. Паронитовая прокладка.
8. Минераловатный утеплитель.
9. Плиты облицовочные.
10. Z-образный элемент.
11. Воздушная прослойка.
12. Регулируемая ручка.
Рис. 3.2. Фасадная система «Стоун-Строй» с облицовкой плитами из природного камня (вертикальное крепление).
Несущий кронштейн (нержавеющая сталь А2)
Шайба прямоугольная
Шайба
Рис. 3.3. Несущий кронштейн и шайбы
Кронштейн (нержавеющая сталь А2)
Вертикальный профиль из швеллера
Рис. 3.4. Кронштейн и вертикальный профиль
Z-образный элемент
Рис. 3.5. Z-образный элемент
Регулируемые ручки
Рис. 3.6 Регулируемые ручки (типы А и Б)
Анкер SS 02
тип А
тип Б
Рис. 3.7. Анкер SS 02 (типы А и Б)
1. Существующая стена.
2. Несущий кронштейн.
3. Кронштейн.
4. Анкерный дюбель.
5. П-образный вертикальный профиль.
6. Паронитовая прокладка.
7. Z-образный элемент.
8. Регулируемая ручка.
9. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
10. Воздушная прослойка.
11. Минераловатный утеплитель.
12. Плиты облицовочные.
13. Болт и гайка М12.
14. Шайба.
Рис. 3.8. Вертикальный разрез системы «Стоун-Строй»
1. Существующая стена.
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка.
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
Рис. 3.9. Горизонтальный разрез системы по наружному углу
1. Существующая стена.
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
Рис. 3.10. Горизонтальный разрез системы по внутреннему углу
1. Существующая стена
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка
10 Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Слив.
15. Кронштейн для откоса.
16. Саморез.
17. Пенный утеплитель.
18. Пароизоляционная лента.
19. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
20. Изоляционная саморасширяющаяся паропроницаемая лента.
Рис. 3.11. Вертикальный разрез системы по верху оконного проема
1. Существующая стена.
2. Несущий кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка.
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Слив.
15. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
16. Саморез.
17. Пенный утеплитель.
18 Пароизоляционная лента.
19. Кронштейн для откоса.
Рис. 3.12. Вертикальный разрез системы по низу оконного проёма
1. Существующая стена.
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Элемент обрамления окна.
15. Кронштейн для откоса.
16. Саморез.
17. Пенный утеплитель.
18. Пароизоляционная лента.
19. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
20. Изоляционная саморасширяющаяся паропроницаемая лента.
Рис. 3.13. Горизонтальный разрез системы по оконному откосу оконного проёма
1. Существующая стена.
2. Несущий кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка.
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Парапет здания.
15. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
Рис. 3.14. Вертикальный разрез примыкания системы к карнизу
1. Существующая стена.
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка.
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Облицовка цоколя.
15. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
16. Перфорированный нащельник.
17. Слив.
18. Плитный пенополистирол.
19. Кирпичная облицовка.
20. Растворный слой.
Рис. 3.15. Вертикальный разрез примыкания системы у цоколя (вариант 1)
1. Существующая стена.
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка.
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Облицовка цоколя.
15. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
16. Перфорированный нащельник.
17. Саморез.
18. Плитный пенополистирол.
19. Кирпичная облицовка.
20. Растворный слой.
Рис. 3.16. Вертикальный разрез примыкания системы у цоколя (вариант 2)
1. Существующая стена.
2. Кронштейн.
3. Анкерный дюбель.
4. П-образный вертикальный профиль.
5. Паронитовая прокладка.
6. Z-образный элемент.
7. Регулируемая ручка.
8. Тарельчатый дюбель для крепления утеплителя.
9. Воздушная прослойка.
10. Минераловатный утеплитель.
11. Плиты облицовочные.
12. Болт и гайка М12.
13. Шайба.
14. Сталь оцинкованная d = 0,80 мм.
15. Водоизоляционная паропроницаемая лента.
16. Перфорированный нащельник.
Рис. 3.17. Вертикальный разрез примыкания системы у цоколя (вариант 3)
4. Исходные данные для проектирования системы
4.1. Проектно-сметная документация на систему для конкретного объекта разрабатывается на основе задания на проектирование, подготовленного в соответствии с существующим в г. Москве порядком и утвержденного заказчиком. Задание на проектирование обязательно должно содержать требование о соответствии системы СНиП II-3-79* (изд. 98 г.), СНиП 23-02-2003 и МГСН 2.01-99.
4.2. Задание на проектирование должно включать следующие исходные данные:
- архитектурные чертежи фасадов здания, включающие данные о фактуре и цвете облицовочных материалов, чертежи архитектурных деталей (карнизов, обрамления проемов и т.п.) и другие необходимые данные, если это не входит в состав работ по данному заданию;
- строительные чертежи наружных стен от фундаментов до парапетов, включая узлы, поясняющие решение и размеры всех конструкций;
- данные от разработчиков фундаментов о величине допустимой дополнительной нагрузки на стены здания или заключение компетентной организации о несущей способности фундаментов здания;
- план участка, где расположено здание.
Для реконструируемых зданий задание на проектирование дополнительно должно содержать акты обследования наружных стен здания, где указывается состояние поверхности фасадов, величина усилия, с которым принятые дюбели можно вырвать из стены и геодезическую съемку поверхностей фасадов с данными о величине отклонений их отдельных участков от вертикальной плоскости.
4.3. В составе задания на проектирование должна быть Техническая оценка ФЦС (приложение к Техническому свидетельству) на эту фасадную систему.
5. Определение основных параметров системы
5.1. К основным параметрам системы следует отнести:
- тип и размер облицовочных материалов и способ их крепления к несущему каркасу;
- характеристику принятых плит утеплителя: марку, размеры, плотность, теплопроводность, наличие или отсутствие защитного слоя;
- величину воздушного зазора;
- схему размещения на фасаде здания кронштейнов и вертикальных профилей со всеми необходимыми размерами, в том числе, расстояние от основания до экрана;
- марку дюбелей для крепления кронштейнов несущего каркаса к основанию;
- марку дюбелей для крепления плит утеплителя к основанию.
5.2. Тип и размер облицовочных плит, их цвет и фактуру поверхности определяет главный архитектор проекта, если эти данные не приведены в задании на проектирование системы.
5.3. Выбор плит утеплителя выполняется на основании теплотехнических расчетов, методика которых приводится ниже. Там же (в разделе «Теплотехнические расчеты») приводится методика определения величины воздушного зазора.
В случае применения плит утеплителя с кашированной поверхностью можно обойтись без гидроветрозащитной мембраны.
5.4. Схема размещения на фасаде здания элементов несущего каркаса разрабатывается, исходя из следующих данных:
- размеров по ширине облицовочных плит;
- геометрии фасада здания, размещении на фасаде проемов, балконов, карнизов и других отступающих (выступающих) от плоскости фасада элементов для минимизации применения облицовочных плит с нестандартными размерами;
- результатов прочностных расчетов системы, благодаря которым, в том числе, уточняется шаг по горизонтали и по вертикали установки кронштейнов;
- расстояния от основания до экрана, принятого на основании теплотехнических расчетов, при этом следует учитывать величину фактических отклонений фасада от проектного положения.
5.5. Марку дюбелей для крепления кронштейнов и утеплителя выбирают с учетом результатов прочностных расчетов системы, материала основания, паспортных данных рассматриваемых дюбелей и результатов испытаний принятых дюбелей на выдергивание.
6. Прочностные расчеты
6.1. Методические предпосылки
Прочностные расчеты включают проверку прочности и деформаций металлических профилей, анкерных болтов и стержней, несущих нагрузки от их собственной массы, массы облицовочных плит и от давления ветра, стыковых соединений профилей между собой, их креплений к несущим конструкциям здания.
Нагрузки от собственной массы облицовочных плит и профилей принимаются по техническим условиям или паспортным данным предприятий-изготовителей. Временные нагрузки от ветра принимаются по [4], в данном случае для I ветрового района г. Москвы. Кроме того, учитываются дополнительные коэффициенты к ветровым нагрузкам в соответствии с письмом ЦНИИСКа № 1-945 от 14.11.2001 г. (см. Приложение 1).
Усилия: изгибающие моменты, поперечные и продольные силы; прогибы определяются с использованием основных положений сопротивления материалов и строительной механики. Коэффициенты надежности по нагрузкам gf, а также единый коэффициент надежности по ответственности gп = 0,95 принимаются по [4].
При проверке прочности и деформаций элементов и стыковых соединений формулы [5] трансформируются по форме к условиям примеров.
Физико-механические характеристики материалов профилей, их соединений и крепежных элементов следует принимать по данным изготовителей и по [5].
Подробно методика расчета проиллюстрирована в приводимом ниже примере (п. 6.4). В примере исходные параметры даны для конкретных материалов и конструкций (п. 6.2). В то же время приведенная методика, где все расчетные формулы даются как в буквенном, так и в числовом выражениях со ссылками на нормативные источники, может быть использована и для других вариантов и сочетаний материалов и конструктивных решений.
В примере приняты условные обозначения: Мв - момент от вертикальной нагрузки; Мг - то же, от горизонтальной; Кcup - табличные коэффициенты по [22].
Индексы «е» (edge) и «с» (centre) - соответственно для угловых и средних зон фасада.
6.2. Характеристики материалов
Расчетные сопротивления несущих профилей, болтов и шпилек, изготовленных из коррозионностойкой стали по данным ООО «Стоун-Строй» (МПа): на растяжение, сжатие и изгиб Ry = 195; на сдвиг Rs = 117; на смятие Rlp = 154; модуль упругости Е = 210000. Коэффициенты условий работы согласно [5]: профилей, болтов и шпилек на растяжение, сжатие и изгиб и профилей на сдвиг и смятие gс = 1; болтов и шпилек на срез и смятие gв = 0,8.
Предел прочности при изгибе гранитных плит Rtв = 14 МПа, на срез Rsq = 10 МПа.
Утеплитель - минераловатные плиты плотностью gут = 80 кг/м3.
6.3. Расчетные схемы
Направления координатных осей приняты:
ось х - горизонтальная в плоскости стены;
ось у - горизонтальная по нормали к стене;
ось z - вертикальная в плоскости стены.
Расчетная схема облицовочной плиты - шарнирно опертая на вертикальные направляющие пластина с двумя консолями (рис. 6.1). Расчетная схема вертикальных направляющих профилей - четырехпролетная неразрезная балка, жестко закрепленная на верхней и шарнирно-подвижно на остальных опорах-кронштейнах (рис. 6.2).
Расчетная схема кронштейнов - консоль с вылетом lкр (рис. 6.3), диктуемым толщиной слоя утеплителя.
Расчетная схема Z-образных элементов - консоль, трансформируемая при загружении в криволинейную однопролетную балку с шарнирным опиранием (рис. 6.4).
Расчетная схема регулирующих ручек - консоль, фиксирующих шпилек - балка, защемленная по концам.
Расчетная схема крепления несущего кронштейна к стене учитывает восприятие как изгибающего момента от вертикальной нагрузки, так и горизонтальной ветровой нагрузки, остальных кронштейнов - только горизонтальной нагрузки.
Соединения между элементами несущего каркаса, крепление кронштейнов к стене рассчитываются на действие усилий среза, растяжения, изгиба и вырыва от совместного действия вертикальной и ветровой нагрузок.
6.4. Пример расчета
6.4.1. Исходные данные
В данном примере принят вариант с облицовочными плитами из натурального гранита толщиной d = 30 мм, g = 2800 кг/см3. Толщина стенок вертикальных направляющих и кронштейнов d = 4 мм.
Крепление облицовочных плит к направляющим производится с помощью Z-образных элементов d = 4 мм, регулирующих ручек и фиксирующих шпилек Æ 5 - 12 мм; крепление Z-образных элементов к направляющим, направляющих к кронштейнам и кронштейнов к стене - болтами Æ 12 мм.
Шаги кронштейнов и соответственно направляющих по оси «X» lх = 0,6 м, а по оси «Z», что соответствует пролетам направляющих, lz = 1,0 м; общая длина направляющих Lz = 4 м.
Утеплитель - минераловатные плиты - по п. 6.2, крепится к стене независимо от облицовки. Толщина утеплителя dут = 150 мм.
6.4.2. Нагрузки
Вертикальные
нагрузки: от веса облицовочных плит: нормативная 
= 2800×0,03×101 =
840 Па; расчетная qz = gf× = 1,1×840 = 924 Па; от
собственного веса профилей 
= 47 Н/м, Pw = 49 Н/м.
Рис. 6.1. Расчетная схема облицовочной плиты
а - размеры и опирание плиты;
б - расчетная схема на ветровую нагрузку.
Рис. 6.2. Расчетные схемы вертикальной направляющей
а - на вертикальные нагрузки;
б - на горизонтальные нагрузки.
Рис. 6.3. Расчетная схема несущего кронштейна
а - схема приложения усилий;
б, в, г - эпюры М, Q и N.
Рис. 6.4. Расчетная схема Z-образного элемента
а - условия опирания и усилия;
б, в, г - эпюры М, Q и N.
Ветровые нагрузки приняты для высоты Н = 75 м: нормативное значение ветрового давления для I ветрового района w0 = 0,23 кПа; коэффициент «К» для зданий высотой 75 м, тип местности «В», по табл. 6 [4] К = 1,42; аэродинамический коэффициент принимается для угловых зон фасада при отрицательном давлении ветра Се |-2|; для средних зон при положительном давлении ветра Сс = 0,8; коэффициенты, учитывающие пульсационную составляющую ветровой нагрузки: для угловых зон gр = 1,3; для средних зон, вычисленный по формуле (8) [4] gр = 1,5; коэффициент gm = 1,2 увеличения средней величины ветрового давления при расчете узлов крепления gр и gm - по рекомендации ЦНИИСК, как дополнение к [4]).
Горизонтальные ветровые нагрузки (Па):
в угловых зонах:
нормативная 
= Wо×К×Се×gр = 230×1,42×2×1,3 = 849;
расчетная qу = 1,4×849 = 1189;
в средних зонах:
=
230×1,42×0,8×1,5 = 392; qу = 1,4×400 = 548.
Для дальнейших расчетов принимаются ветровые нагрузки только в угловых зонах; индексы «е» и «с» далее опускаются.
6.4.3. Расчет облицовочной плиты
Геометрические характеристики
Для плиты шириной вz = 0,6 m: d = 30 мм; в = 600 mm; Wz = 9×104 мм3; Jz = 45×104 мм4; Sy = 67500 мм3; lх = 0,6 м; lx,к = 0,3 м.
Усилия
Вертикальные и горизонтальные нагрузки на облицовочные плиты - по п. 6.4.2. Так как проверка прочности плит в их плоскости не требуется, то используются лишь горизонтальные ветровые нагрузки.
Для шарнирно опертой балочной плиты с консолями по известной формуле над опорами Mr¢ = qу×bz×lx,к2/Кспр = 1189×0,6×0,32/2 = 32,1 Нм; в пролете Мг = 0. Максимальная поперечная сила Qу = qу×bz×lz/2 = 1189×0,6×0,6/2 = 214 Н.
Проверка прочности
Условие прочности на изгиб Mr¢×gn = 32,1×0,95 = 30,9 Нм < a Rtв×Wz = 1×14×9×104×10-3 = 1260 Нм; прочность на изгиб обеспечивается.
Условие прочности на срез tу = Qу¢×S×gn/(Jz×t) = 214×67500×0,95/(45×104×30) = 1,02 МПа < Rsq = 10 МПа; прочность на срез обеспечивается.
6.4.4. Расчет вертикальной направляющей
Геометрические характеристики
Для полного поперечного сечения: d = 4 мм; A = 527 мм2; Jx = 131700 мм4; Wx = 4330 мм3; Sx = 3690 мм3; t = 2d = 8 мм; то же ослабленного отверстиями для болтов: Ап = 423 мм3, Jхп = 131500 мм4; Wхп = 4320 мм3; Sхп = 2300 мм3; tп = 8 мм.
Определение усилий
Нагрузки на 1 м
направляющей (Н/м): вертикальные, одинаковые для угловых и средних зон:
нормативная 
= ×lх + 
= 840×0,6 + 47 = 551;
расчетная рz = qz×lх + рw = 924×0,6 + 49 = 603;
горизонтальные в угловых зонах: нормативная 
= ×lх = 849×0,6 = 509;
расчетная ру = qу×lх = 1189×0,6 = 713.
Изгибающие моменты в плоскости, перпендикулярной стене (Нм):
- от вертикальной расчетной нагрузки Мв = Кспр×рz×bz×еу = 0,5×603×0,6×0,12 = 21,7;
- от
горизонтальной ветровой нагрузки: нормативной 
= Кспр××
= 0,107×509×12 =
54,5; расчетной Мг = Кспр×ру× = 0,107×713×12 =
76,3.
Продольное усилие Nz = рz×Lz = 603×4 = 2412 Н; максимальная поперечная сила Qy = ру×lz/2 + Mг/lz = 713×1/2 + 76,3/1 = 433 Н.
Проверка прочности на растяжение с изгибом
По формуле (50) [5] для сечений над средними опорами
; для угловых
зон
МПа < 195×1 = 195 МПа;
прочность на растяжение с изгибом обеспечивается.
Проверка прочности на сдвиг
По формуле (29)
[3]
;
для угловых зон
= 0,9 МПа < 117×1 = 117 МПа;
прочность на сдвиг обеспечивается.
Проверка прочности крепления направляющей к несущему кронштейну
Крепление производится двумя (n = 2) стальными болтами d = 12 мм и do = 9,7; расчетной площадью сечения 1 болта Аn = 74 мм2, с числом срезов ns = 4 с расчетными сопротивлениями по п. 6.2.
Усилия, действующие
на соединение: от вертикальной расчетной нагрузки Qz,2 = Nz,2 = gm×Nz = 1,2×2412 = 2894 Н;
от горизонтальной расчетной нагрузки Qу,2 = gm×Qу = 1,2×433 = 520 H; результирующее
H.
По формуле (127) [5] на срез Qэ×gn = 2925×0,95 = 2779 H < Rвs×gв×An×ns = 117×0,8×74×4 = 27706 Н;
по формуле (128) [5] на смятие направляющей Qэ×gn = 2925×0,95 = 2779 Н < Rlp×do×d×ns = 154×9,7×4×4 = 23901 Н; прочность соединения на срез и смятие обеспечивается.
Проверка жесткости
Проверяется прогиб
в направлении оси «у», т.е. по нормали к стене, от действия нормативной
ветровой нагрузки = 509 Н/м, с изгибающим моментом на
средних опорах = 54,5 Нм.
Для нижнего пролета четырехпролетной балки согласно [22]
f/l = 0,13/1000×1/7690, что меньше предельно допустимой величины [f/l] = 1/200, жесткость профиля достаточна.
6.4.5. Расчет несущего кронштейна
Геометрические характеристики
Для вертикального поперечного сечения: d = 4 мм; А = 960 мм2; Wх = 19200 мм3; Jx = 1152000 мм4; Sx = 14400 мм3; tх = 2×d = 2×4 = 8 мм.
Усилия
От вертикальной расчетной нагрузки Nz = 2412 Н, от горизонтальной нагрузки Ny = ру×lz/2 = 713×1/2 = 357 Н. Плечо (вылет) до расчетного сечения lкр.1 = 143 мм. Изгибающий момент от вертикальной нагрузки Mв,1 = Nz×lкр.1 = 2412×143×10-3 = 345 Нм.
Проверка прочности на растяжение с изгибом
По формуле (50) [5]
; для угловых зон
= 17,4 МПа <
195×1 = 195 МПа.
Проверка прочности на сдвиг
По формуле (29) [5]
= 3,6 МПа < Rs×gс = 117×1 = 117 МПа;
Прочность кронштейна на растяжение с изгибом и сдвиг обеспечивается.
6.4.6. Расчет крепления кронштейна к стене
Крепление производится четырьмя стальными болтами Æ 12 мм с расчетным диаметром do = 9,7 мм и расчетной площадью сечения 1 болта Аn = 74 мм2.
Плечо (вылет) до стены lкр,2 = 147 мм; изгибающий момент Мв2 = gm×Nz×lкр,2 = 1,2×2412×147×10-3 = 425 Нм; продольная сила Nу2 = Qy2 = gm×Qy = 1,2×357 = 428 Н; поперечная сила Qz2 = gm×Qz = 1,2×2412 = 2894 Н.
Плечо внутренней пары сил в плоскости стены Z = 80 мм.
Растягивающее усилие в болте: от продольной силы Nd1 = Nd2/4 = 428/4 = 107 Н; от момента Nd2 = Mв2/(z×n) = 425×103/(80×4) = 1328 Н; суммарное Nd = Nв1 + NB2 = 107 + 1328 = 1435 Н.
По формуле (129) [3] на растяжение Nd×gn = 1435×0,95 = 1363 Н < Ry×Аn = 195×74 = 14430 Н; по формуле (127) [5] на срез Qz2×gn = 2894×0,95 = 2749 Н < Rs×gв×Аn×ns = 117×0,8×74×1 = 6926 Н; прочность болтов на растяжение и срез обеспечивается.
По формуле (128) [5] на смятие стенки кронштейна под болтом Qz2×gn = 2749 Н < Rlp×gв×dо×t = 154×0,8×9,7×4 = 4780 Н; прочность кронштейна на смятие под болтом обеспечивается.
Крепление к стене
Вырывающее усилие на болт в угловых зонах равно: Nв = 1435 Н. Под это усилие следует подбирать конструкцию дюбелей и болтов с учетом материала основания по каталогам фирм-изготовителей, в частности, швейцарской фирмы «Mungo».
6.4.7. Расчет Z-образного элемента
Геометрические характеристики поперечного сечения полного: b = 50 мм; d = 6 мм, А = 300 мм2; Wх = 300 мм3; ослабленного регулирующей ручкой bn = 37 мм; d = 6 мм; Аn = 222 мм3; Wхn = 222 мм3; то же болтом bn = 37 мм; d = 5 мм; Аn =185 мм2; Jxn = 385 мм4; Sxn = 116 мм3; t = d = 5 мм.
Усилия
От вертикальной расчетной нагрузки Nz = qz×lx×lz = 924×0,6×0,6 = 333 Н; от горизонтальной расчетной нагрузки Ny = qy×lx×lz = 1189×0,6×0,6 = 428 Н.
Изгибающие моменты: относительно точки крепления анкера к вертикальному направляющему профилю (Нм) от вертикальной силы Mв1 = Nz×ey1 = 333×105×10-3 = 35; от горизонтальной силы Мг1 = Ny×lz1 = 428×60×10-3 = 25,7; в узле соединения Z-образного элемента с регулирующей ручкой (Нм): от вертикальной силы Мв2 = Кспр×Nz×еу2 = 0,5×333×65×10-3 = 10,8; от горизонтальной силы Мг2 = Кспр×Nу×lz1 = 0,25×428×68×10-3 = 7,3; результирующий М2 = Мв2 + Мг2 = 18,1.
Продольная сила N = Nz = 333 Н; максимальная поперечная сила Qy = Ny + М2/lz2 = 428 + 18,1/0,09 = 629 Н.
Проверка прочности на растяжение с изгибом
Так как Mв1 > Mг1, то в точке крепления изгиба не происходит; поэтому проверяется сечение в узле соединения с ручкой.
По формуле (50)
[5]:
=
78,9 МПа < Ry×gс = 195×1 = 195 МПа;
прочность на растяжение с изгибом обеспечивается.
Проверка прочности на сдвиг
Проверка производится по ослабленному сечению в точке крепления.
По формуле (29)
[5]
=
36 МПа < Rs×gc = 117×1 = 117 МПа;
прочность на сдвиг обеспечивается.
Проверка прочности крепления Z-образного элемента к вертикальной направляющей
Крепление производится одним стальным болтом d = 12 мм, do = 9,7 мм, расчетной площадью сечения Аn = 74 мм2 с числом срезов ns = 1, с расчетными сопротивлениями по п. 6.2.
Усилия, действующие на соединение, с учетом коэффициента gm: от вертикальной нагрузки Qz2 = gm×Nz = 1,2×333 = 400 Н; от горизонтальной нагрузки Ny2 = gm×Qy = 1,2×629 = 755 Н.
По формуле (127) [5] на срез болта Qz2×gn = 400×0,95 = 380 Н < Rвs×gв Аn×ns = 117×0,8×74×1 = 6926 Н; по формуле (129) [5] на растяжение болта Ny2×gn = 755×0,95 = 717 Н < Ry×Аn×gc = 195×74×1 = 14430 Н; по формуле (128) [5] на смятие направляющей Qz2×gn = 380 H < Rlp×do×d×ns = 154×9,7×4×1 = 5975 H.
Прочность соединения на срез, растяжение и смятие обеспечивается.
6.4.8. Расчет регулирующей ручки
Геометрические характеристики: прямоугольного сечения b×d = 12 мм×4,5 мм; А = 54 мм2; Wx = 40 мм3; Jx = 91 мм4; Sх = 30 мм3; t = d = 4,5 мм; круглого сечения d = 12 мм; do = 9,7 мм; Аn = 74 мм2; Wxn = 91 мм3; Jxn = 443 мм4; Sxn = 75 мм3; t = do = 9,7 мм.
Усилия
Усилия те же, что и действующие на крепление Z-образного элемента к направляющей: Qz2 = 400 Н; Ny2 = 755 Н. Изгибающие моменты от вертикальной нагрузки (Н м): относительно основания прямоугольного сечения Мв.пр. = Qz2×еу.пр = 400×3×10-3 = 1,2; относительно Z-анкера Mв,кр = Qz2×еу,кр = 400×13×10-3 = 5,2. Продольная сила Ny = Ny2 = 755 Н; поперечная сила Qz = Qz2 = 400 Н.
Проверка прочности на растяжение с изгибом
По формуле (50) [5] прямоугольного сечения:
= 41,8 МПа < Ry×gc = 195×1 = 195 МПа;
круглого сечения 
= 64 МПа <
195 МПа;
прочность на растяжение с изгибом обеспечивается.
Проверка прочности на срез
Для более слабого прямоугольного сечения по формуле (29) [5]
= 27,8 МПа < Rs×gв = 117×0,8 = 93,6 МПа;
прочность на срез обеспечивается.
6.4.9. Расчет фиксирующей шпильки
Геометрические характеристики: d = 6 мм; А = 28 мм2; Wx = 21 мм3; Jx = 64 мм4; Sx = 17 мм3; t = d = 6 мм.
Поперечная сила Qy = Ny2 = 755 Н (см. п. 6.4.8).
По формуле (29) [5] на срез
= 31,8 МПа < Rs×gв = 117×0,8 = 93,6 МПа;
прочность шпильки на срез обеспечивается.
6.4.10. Расчет крепления утеплителя
На 1 м2 стены приходится » 8 распорных стержней: на 1 стержень с расчетной площадью сечения А = 19,6 мм2 приходится Aут1 » 0,125 м2.
Поперечная сила, приходящаяся на 1 стержень от веса утеплителя, Qz = gут×dут×Aут1 = 80×0,15×101×0,125 = 15 Н.
По формуле (127) [5]: Qz×gn = 15×0,95 = 14,3 Н < 150×0,8×19,6 = 2352 Н; прочность стержней на срез обеспечивается.
При диаметре шляпки dш = 80 мм утеплитель может воспринять усилие сжатия не более [N] = Rут×Аш = 0,02×p×802/4 = 100,5 Н.
Контроль за ограничением этого усилия осуществляется по величине деформации обжатия утеплителя под шляпкой, которая при dут = 150 мм не должна превышать D = 0,1×150 = 15 мм.
7. Теплотехнические расчеты
7.1. Введение
В настоящем разделе приводятся принципы теплотехнического проектирования систем наружных стен с вентилируемыми воздушными прослойками между экраном и теплоизоляционным слоем, приводятся рекомендации по различным техническим параметрам для системы «Стоун-Строй».
Принципы теплотехнического проектирования включают методы теплотехнических расчетов, расчеты воздухообмена и влагообмена в воздушных прослойках.
Методика теплотехнических расчетов базируется на требованиях МГСН 2.01-99 [13], СНиП II-3-79* (изд. 98 г.) [6], СНиП 23-02-2003 [7].
Эти требования
(п. 5.1
а, б [7])
заключаются в обеспечении соответствия приведенного сопротивления теплопередаче
наружных
ограждений (средневзвешенное на этаж) требуемому (
) значению
приведенного сопротивления теплопередаче (табл. 1б СНиП II-3-79*
(изд. 98 г.), табл. 4 СНиП 23-02-2003).
Методика расчета воздуха и влагообмена в наружных стенах основывается на требовании СНиП II-3-79* (изд. 98 г.) и СНиП 23-02-2003 по недопустимости накопления влаги в стенах за годовой период эксплуатации, а также накопления влаги в воздушных зазорах (прослойках) между экранами и утеплителем.
7.2. Основные, используемые в тексте, понятия
Воздушная прослойка между утеплителем и экраном, вентилируемая наружным воздухом; швы (зазоры), приточные (воздухозаборные) и вытяжные (воздухо-выводящие) отверстия. Путями прохождения наружного воздуха могут являться как стыковые швы элементов экрана, так и специальные отверстия.
Условное сопротивление паропроницанию - приведенное, учитывающее сопротивление паропроницанию материалов экрана с учетом швов между облицовочными плитами.
7.3. Основные положения по проектированию фасадных систем наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой
При проектировании зданий с вентилируемыми фасадами следует учитывать уже принятые параметры системы:
- минимальный размер швов для притока воздуха рекомендуется 4 - 6 мм (при размерах плит экрана 600´600 мм, 600´1200 мм) для Москвы;
- общая толщина воздушной прослойки для условий Москвы принимается 60 мм;
- площадь отверстий для вытяжки должна быть не менее площади отверстий для притока воздуха.
7.4. Правила теплотехнического проектирования наружных ограждений с вентилируемым фасадом
Теплотехническое проектирование наружных стен, где применяются фасадные системы с вентилируемым воздушным затором, выполняется в два этапа.
Причем второй этап применяется, если после первого этапа не выявится надежность рассматриваемой конструкции в теплотехническом отношении.
Первый этап
Назначается конструктивное решение стены, в т.ч. параметры экранов, приточных и выводных щелей с учетом раздела 7.3.
Выполняется теплотехнический расчет наружной стены с экраном, при котором определяется необходимая толщина теплоизоляции.
Выполняется расчет влажностного режима стены по методике СНиП II-3-79* (изд. 98 г.) [6], СНиП 23-02-2003 [7] с учетом коэффициента паропроницаемости по глади экрана.
Если по результатам расчетов влажностный режим стены удовлетворяет требованиям норм строительной теплотехники [6], [7], то на этом теплотехническое проектирование заканчивается.
Если по результатам расчетов влажностный режим экранированных стен не удовлетворяет этим требованиям, то подбирается такой материал слоев наружной стены, чтобы с ними конструкция стены удовлетворяла действующим нормативным требованиям [6], [7].
Если расчет влажностного режима наружного ограждения с вентилируемым фасадом показал невыполнение требований [6], [7], а другой материал стены и экрана подобрать нельзя, то переходят ко второму этапу теплотехнического проектирования.
1) Определяется условное сопротивление паропроницанию экрана с учетом швов и вентиляционных отверстий по методике раздела 7.6.6.
2) С учетом этого показателя проводят расчет влажностного режима по методике [6], [7].
3) При необходимости рассчитывается влажностный режим рассматриваемой конструкции в годовом цикле с учетом средних месячных температур.
4) С учетом результатов расчета по пп. 2, 3 анализируются результаты, при необходимости корректируются материалы и их толщины в конструкции с целью исключения влагонакопления в годовом цикле. Если проведенных упомянутых расчетов для определения применимости конструкции не достаточно, то расчет продолжается в следующей последовательности.
4.1) С учетом этажности здания и района строительства определяется скорость движения воздуха в прослойке за экраном и расход воздуха.
4.2) Определяется температура на выходе из воздушной прослойки.
4.3) Определяется действительная упругость водяного пара на выходе из прослойки еу по формуле (16). Проверяется условие еу < Ен, где Ен - максимальная упругость водяного пара на выходе из прослойки. Если это условие соблюдается, то данная конструктивная система рекомендуется к применению.
7.5. Краткая характеристика объекта и нормативные требования
Для расчета принято многоэтажное жилое здание, расположенное в г. Москве.
Рассматриваются два варианта наружной стены: с внутренним слоем из монолитного железобетона gо = 2500 кг/м3, толщиной 0,18 м (lБ = 2,04 Вт/м×°С) и из кирпича, толщиной 0,51 м (lБ = 0,64 Вт/м×°С). Утеплитель в виде минераловатных плит, покрытый паропроницаемой влаговетрозащитной пленкой «TAYVEK», укреплен с наружной стороны несущего слоя стены тарельчатыми дюбелями. С этой же стороны к несущему слою через паронитовую прокладку анкерными дюбелями прикреплены кронштейны из нержавеющей стали, а к ним саморезами крепят вертикальные профили, к которым посредством болтов фиксируют Z-образные элементы из нержавеющей стали с регулируемыми ручками. На шпильки ручек навешивают плиты из натурального камня, являющиеся облицовочным слоем фасада. Длина кронштейнов и соответственно расстояние от внутреннего слоя стены до облицовочного таково, что между облицовочным слоем и слоем утеплителя есть воздушный зазор расчетной толщины. Для облицовочного слоя применяют плиты из натурального камня размером не более 1200´650 мм, толщиной 25 - 50 мм и плотностью 2000 - 3000 кг/м3. Воздушный зазор в фасадных системах в нижней части (у цоколя) имеет отверстия для притока воздуха, а в верхней части - аналогичные вытяжные отверстия. Кроме того, обмен воздуха происходит благодаря зазорам в горизонтальных швах величиной 4 ¸ 6 мм между смежными плитками.
Требования к теплотехническим характеристикам конструкций и к сопротивлению теплопередаче конструкций содержатся в СНиП II-3-79* (изд. 98 г.) [6], СНиП 23-02-2003 [7], МГСН 2.01-99 [13] и СП 23-101-2004 [9].
На основе [6], [7] и [13] составлена таблица 1 исходных расчетных данных, где представлены требуемые сопротивления теплопередаче наружных стен жилых зданий.
Значения нормативных требований к наружным ограждениям жилых зданий
|
Название нормативного документа |
Требуемое сопротивление теплопередаче наружных стен, Rreq |
ГСОИ |
Город |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1. |
СНиП 23.01-99 [8], СНиП II-3-79* (изд. 98 г.) [6] |
3,13 |
4943 |
Москва |
Указанное в графе 3 табл. 1 Rreq может корректироваться в соответствии с п. 5.1; 5.2 и формулами (8, 9) СНиП 23-02-2003 [7] при соблюдении требований п. 5.13 [7].
7.6. Методика теплотехнического расчета наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой
7.6.1. Общие требования
Теплозащита наружных стен с экраном и вентилируемой воздушной прослойкой основана на расчетах теплотехнических характеристик и влажностного режима стен.
Теплотехнический расчет наружных стен с вентилируемой прослойкой в соответствии с настоящим разделом включает в себя:
- подбор толщины теплоизоляционного слоя;
- определение влажностного режима всей стены;
- определение параметров воздухообмена в прослойке;
- определение тепловлажностного режима прослойки.
7.6.2. Определение толщины теплоизоляционного слоя
В основу конструктивных решений наружных стен при определении приведенных сопротивлений теплопередаче предварительно принимаются толщины утеплителя, рассчитанные по формуле:
, где:
(или) 
- требуемое
приведенное сопротивление теплопередаче стен, м2×°С/Вт;
r - коэффициент теплотехнической однородности по табл. 2; 3 для определения предварительной толщины утеплителя в зависимости от материала, толщины и физических характеристик стены.
Значения «r» определяются для фрагмента стены размером 3´3 м с оконным проемом 1,5´1,5 м, учитывают теплопроводные включения: анкеры, кронштейны, оконные откосы. Влияние анкеров и кронштейнов определяется по следующей методике:
Значения r кирпичных утепленных снаружи стен
|
Коэффициент r при l, Вт/м×°С |
||||
|
стены (без дополнительного утепления) |
утеплителя |
0,04 |
0,05 |
0,08 |
|
0,38 |
0,1 0,15 0,2 |
0,705 0,693 0,68 |
0,726 0,713 0,7 |
0,73 0,73 0,715 |
|
0,51 |
0,1 0,15 0,2 |
0,694 0,682 0,667 |
0,714 0,702 0,687 |
0,73 0,72 0,702 |
|
0,64 |
0,1 0,15 0,2 |
0,685 0,675 0,665 |
0,7 0,69 0,68 |
0,715 0,705 0,695 |
Примечания:
1. Для получения значений «r» с учетом глухих участков и торцовых стен приведенные в таблице значения умножаются на n = 1,05. Коэффициент «n» может быть уточнен в процессе проектирования конкретного объекта.
2. Коэффициент «r» посчитан для фрагментов с проемностью 25 %. При проемности, отличающейся от табл. 2, 3 (см. ниже), на каждые 10 % коэффициент «r» соответственно изменяется на 4 % для кирпичных стен.
Значения r бетонных утепленных снаружи стен
|
Коэффициент r при l, Вт/м×°С |
||||
|
панели (без дополнительного утепления) |
утеплителя |
0,04 |
0,05 |
0,08 |
|
0,3 |
0,05 0,1 0,15 |
0,9 0,84 0,81 |
0,92 0,87 0,84 |
0,95 0,88 0,85 |
|
0,35 |
0,05 0,1 0,15 |
0,87 0,8 0,78 |
0,9 0,83 0,81 |
0,93 0,86 0,83 |
|
0,4 |
0,05 0,1 0,15 0,2 |
0,82 0,77 0,75 0,74 |
0,87 0,8 0,78 0,765 |
0,9 0,83 0,8 0,785 |
Примечание:
Проемность 25 % с учетом коэффициента n = 1,05 (см формулу (3) ниже). При проемности, отличающейся от данных табл. 3, на каждые 10 % коэффициент «r» соответственно изменяется на 2 %.
Учет влияния металлических связей выполняется по формуле:
= 
×rсв,
где
, (где: 
и 
- сопротивления
теплопередаче в сечениях по связи и в отдалении от включения, учитывающие
теплотехнические характеристики материалов, через которые проходят связи ();
, (3)
b и h - коэффициенты, характеризующие диаметр и вид металлической связи;
Fyч - площадь участка конструкции, в котором расположена гибкая связь.
Расчет влияния анкеров и других металлических включений, показывающий аналогичные результаты с вышеприведенной методикой, выполняется также в соответствии с разделом 9.1 и приложением п. 1 СП 23-101-2004.
При рабочем проектировании указанные значения «r» должны уточняться с учетом конкретного типа кронштейнов.
Средневзвешенное значение приведенного сопротивления теплопередаче слоистых наружных стен определяется (на секцию) по формуле:
, (4)
где:
- сумма
площадей фрагментов наружных стен (k - количество фрагментов стен), м2;
Fi, 
-
соответственно площадь и приведенное сопротивление теплопередаче i-гo фрагмента стен,
м2×°С/Вт;
Если 
> 
по СНиП II-3-79*
(изд. 98 г.) [6], СНиП 23-02-2003 [7], конструкция стены
удовлетворяет требованиям теплотехнических норм. Если < 
, то следует
либо увеличить толщину утепляющего слоя, либо рассмотреть возможность включения
в проект энергосберегающих мероприятий.
* 
, то же, что 
и , то же, что
.
Для расчета средневзвешенного значения многослойных наружных стен при наличии в стенах глухих (без проемов) участков может быть также использована формула:
где:
n = 1,05 - коэффициент, учитывающий наличие глухих участков в торцовых стенах. В каждом случае коэффициент «n» имеет свое значение, соответствующее особенностям данных конструктивных и объемно-планировочных решений.
7.6.3. Определение влажностного режима наружных стен
Влажностный режим наружных стен может определяться двумя методами. По СНиП 23-02-2003, СНиП II-3-79* (изд. 98 г.) и исходя из баланса влаги.
Определение влажностного режима наружных стен по балансу влаги производится в следующей последовательности:
1. Определяются исходные данные для расчета;
2. Определяются сопротивления паропроницанию слоев конструкции наружной стены, параметры внутреннего и наружного воздуха;
3. Определяется приток (DP1) и отток (DP2) влаги (пара) к рассматриваемому сечению по формулам:
и 
, (где
ев, ен - упругость водяного пара внутреннего и наружного воздуха;
et и е¢t - то же, в рассматриваемом сечении;
, (Rо.п.вн.сл. - сопротивление паропроницанию от внутренней поверхности до границы зоны возможной конденсации;
SRп.сл. - сумма сопротивлений паропроницанию слоев до рассматриваемого сечения;
Rоп - сопротивления паропроницанию всей стены.
По указанным формулам определяется упругость водяного пара ei в характерных сечениях конструкции в годовом цикле.
Если ei окажется больше максимальной упругости водяного пара Е, то в данном сечении может образовываться конденсат.
7.6.4. Определение параметров воздухообмена в прослойке
Движение воздуха в прослойке осуществляется за счет гравитационного (теплового) и ветрового напора. В общем виде скорость движения воздуха в прослойках Vпр может определяться по следующим формулам:
, (где:
кн, кз - аэродинамические коэффициенты принимаются по СНиП 2.01.07-85 [4];
Vн - скорость движения наружного воздуха;
к - коэффициент учета изменения скорости потока по высоте по СНиП 2.01.07-85;
Н - разности высот от входа воздуха в прослойку до ее выхода из нее;
tср, tн - средняя температура воздуха в прослойке и температура наружного воздуха;
Sx - сумма коэффициентов местных сопротивлений (определяется сложением аэродинамических сопротивлений).
При расположении воздушной прослойки на одной стороне стены здания, формула (8) примет вид:
. (Из полученных по указанным формулам скорость движения воздуха корректируется с учетом потерь давления на трение по известным из курса «Вентиляция» методам.
Суммарный расход воздуха в прослойке определяется по формуле:
где: dпр - толщина воздушной прослойки, м; шириной 1 м.
gпр - плотность воздуха в прослойке принимается по формуле (14) [7].
7.6.5. Определение параметров тепловлажностного режима прослойки
Температура входящего в прослойку воздуха tо может определяться по формуле:
, (где tв, tн - расчетные температуры в помещении и наружного воздуха;
m - коэффициент.
Остальные обозначения даны в [19].
Температура воздуха, входящего в прослойку, определяется по формуле
где n = 0,97.
Температура воздуха по высоте прослойки определяется по формуле:
, (где
кв и кн - коэффициенты теплопередачи внутреннего и наружного слоя стены до середины прослойки;
hу - расстояние по высоте между отверстиями (щелями, швами), служащими для поступления и вытяжки воздуха;
С - удельная теплоемкость воздуха.
При определении термического сопротивления прослойки Rпp следует пользоваться следующими формулами:
, (где aвп = 5,5 + 5,7 Vпp + aл, (15)
где aл - коэффициент лучистого теплообмена;
Св - переводной коэффициент, равный в системе СИ - 3,6, а в технической - 1.
Упругость водяного пара на выходе из прослойки определяется по формуле:
. (Полученная по данной формуле величина упругости водяного пара на выходе из прослойки еу должна быть меньше максимальной упругости водяного пара Еу.
Если еу > Еу, то необходимо изменить размеры воздушной прослойки или материалы слоев стены.
В формуле (16) Мв и Мн равны соответственно:
, (где:
Rвп и Rпн - сумма сопротивлений паропроницанию от внутренней поверхности до воздушной прослойки и от воздушной прослойки до наружной поверхности;
ев и ен - действительная упругость водяного пара с внутренней стороны стены и снаружи;
ео - упругость водяного пара воздуха, входящего в прослойку;
, (n - переводной коэффициент, равный в системе СИ - 0,13, а в технической - 1.
7.6.6. Методика определения условного приведенного сопротивления паропроницанию с учетом швов-зазоров между панелями экранами
Расчет приведенного сопротивления паропроницанию экранов с учетом швов-зазоров производится в следующей последовательности:
1) Определяется условное сопротивление паропроницанию в стыковых швах по формуле:
м2×ч×Па/мг (м2×ч×мм рт. ст.)/г, (19)
где в - переводной коэффициент,
hш = 6,5 и 0,1.
Приводятся два расчета со значением hш = 6,5 и 0,1. По первому варианту при hш = 6,5 рассчитывается минимально допустимая величина стыковых швов и приточных щелей, по второму при hш = 0,1 оптимальная наиболее рекомендуемая величина стыковых швов и приточных щелей.
Sxш - местные сопротивления проходу воздуха;
dэ - толщина экрана, м.
2) Определяется сопротивление паропроницанию плит экрана по его глади по формуле:
, (20)
где: mэ - коэффициент паропроницаемости экрана.
3) Определяется приведенное условное
сопротивление паропроницанию экрана с учетом стыковых швов 
по формуле:
, (21)
где:
SF - суммарная расчетная площадь экрана (как правило принимается 1 м2);
Fгл - площадь экрана без швов, м2;
F¢ - площадь швов, через которые поступает воздух. Как правило, площадь выходных швов в верхней части экрана не учитывается;
Rпн и R¢пн - см. выше.
7.7. Пример теплотехнического расчета наружных стен с вентилируемой воздушной прослойкой
7.7.1. Исходные данные
Расчет выполняется для многоэтажного жилого здания, расположенного в г. Москве, наружные стены которого облицованы фасадной системой с вентилируемым воздушным зазором «Стоун-Строй».
Расчет выполняется для двух вариантов наружных стен: с внутренним слоем из монолитного железобетона gо = 2500 кг/м3, толщиной 0,18 м (lБ = 2,04 Вт/м×°С) и из кирпичной кладки, толщиной 0,51 м (lБ = 0,64 Вт/м×°С).
7.7.2. Расчет толщины теплоизоляции
Толщина теплоизоляции из минваты типа «Фасад-Баттс» для кирпичной (рис. 7.1) стены для г. Москвы равна:
м,
где:
3,13 - требуемое сопротивление теплопередаче стен для г. Москвы;
0,726 - коэффициент теплотехнической однородности, см. табл. 2 (при проемности 25 %);
0,12 - термическое сопротивление вентилируемой воздушной прослойки.
*) В запас теплозащиты не приводится термическое сопротивление экрана.
м2×°С×ч/Ккал (0,12 м2×°С/Вт),
где aвп - коэффициент теплообмена по формуле (21);
aвп = 5,5 + 5,7 Vпр + aл = 5,5 + 5,7×0,1 + 0,66 = 6,8 Ккал/м2×ч×°С (7,8 Вт/м2×°С);
;
где 4,25; 2,1; 4,9 - коэффициенты излучения, Ккал/м2×ч×°К4;
0,61 - температурный коэффициент;
0,045 - коэффициент теплопроводности минваты для условий эксплуатации «Б» в соответствии с сертификатами, Вт/м×°С.
1 - штукатурный раствор;
2 - кирпичная кладка,
3 - минеральная вата;
4 - панель экрана;
5 - воздушная прослойка;
6 - зона возможной конденсации.
Рис. 7.1. Схема наружной стены для расчета влажностного режима
Сопротивление теплопередаче по глади наружной стены при толщине утеплителя из минваты 0,15 м:
м2×°С/Вт.
Приведенное сопротивление теплопередаче
= 4,43×0,726 = 3,22 м2×°С/Вт.
Толщина слоя теплоизоляции для бетонной стены для г. Москвы:
м,
где r = 0,83 в соответствии с табл. 3 (при проемности 25 %).
Сопротивление теплопередаче по глади наружной стены условное:
м2×°С/Вт.
Приведенное сопротивление теплопередаче:
= 3,9×0,83 = 3,24 м2×°С/Вт.
Толщина утеплителя может быть скорректирована в соответствии с номенклатурой выпускаемых изделий, что не повлияет на правомочность полученных расчетов и выводов. Пример расчета влияния кронштейнов см. Приложение 2.
7.7.3. Расчет влажностного режима бетонных стен
Выполняется расчет влажностного режима бетонных наружных стен с экраном по СНиП II-3-79* (изд. 98 г.), СНиП 23-02-2003 по глади (без учета стыковых швов) для г. Москвы.
Влажностный
режим наружных стен характеризуется процессами влагонакопления, зависящими от
ряда внешних факторов и физических характеристик, от сопротивления
паропроницанию конструкции. Расчетное сопротивление паропроницанию Rп, м2×ч×Па/мг (до
плоскости возможной конденсации) должно быть не менее большего из требуемых
сопротивлений паропроницанию 
, из условия недопустимости накопления
влаги за год эксплуатации и 
из условия ограничения влаги в конструкции
за период с отрицательным среднемесячными температурами.
Расчет ведется с учетом того, что зона возможной конденсации располагается на внешней границе утеплителя.
Расчетное сопротивление паропроницанию наружной стены до зоны возможной конденсации Rп, м2×ч×Па/мг:
м2×ч×Па/мг
(Rп = 49 м2×ч×мм рт. ст./г).
Расчетное сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции, Rпн, м2×ч×Па/мг, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации равно:
м2×ч×Па/мг (27,3 м2×ч×мм рт. ст./г).
Требуемое сопротивление паропроницанию Rп, из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации:
м2×ч×Па/мг.
Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения влаги в наружной стеновой панели за период отрицательными температурами наружного воздуха:
м2×ч×Па/мг.
.
Следующим этапом расчета является учет стыковых швов-зазоров в соответствии с методикой влажностного расчета для вентилируемых фасадов [20] для панелей экранов 0,6´1,2 м толщиной 30 мм. При hm = 6,5 параметры стыковых швов между экранами определяются как минимально допустимые, а при hm = 0,1 как оптимальные; поэтому необходимо выполнить два расчета при обоих значениях hm.
Условное сопротивление паропроницанию зазоров в горизонтальных стыковых соединениях экранов по формуле (19):
при hm = 6,5
м2×ч×мм рт. ст./г
(0,0024 м2×ч×Па/мг),
где: 0,03 м - толщина экрана.
при hm = 0,1
(0,16) в скобках в системе СИ.
Следующим этапом расчетов является учет воздухозаборных швов и отверстий приведенной площадью 0,014 м2 на м2 экрана.
Сопротивление паропроницанию условное, приведенное:
формула (21)
при hm = 6,5
м2×ч×мм рт. ст./г
(0,16 м2×ч×Па/мг),
где: 0,014 м2 - приведенная площадь приточных швов и отверстий.
при hm = 0,1
.
Расчетное сопротивление паропроницанию части ограждающей конструкции Rпн, расположенной между наружной поверхностью и плоскостью возможной конденсации: Rпн = 0,16 м2×ч×Па/мг (1,23 м2×ч×мм рт. ст./г) и 2,76 (21).
Требуемое сопротивление паропроницанию Rп, из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации:
Рассчитываем худший, с точки зрения влажностного режима, вариант
при hm = 0,1
м2×ч×Па/мг.
Требуемое сопротивление паропроницанию из условия ограничения влаги в наружной стене за период с отрицательными температурами наружного воздуха:
при hm = 0,1
м2×ч×Па/мг;
.
Поскольку > Rп = 6,53 м2×ч×Па/мг, в дальнейшем
расчете следует учесть вынос влаги из стены за счет воздухообмена в прослойке.
7.7.4. Определение скорости движения воздуха и упругости водяного пара на выходе из прослойки
Определяется скорость движения воздуха в прослойке при температуре наружного воздуха минус 28 °С.
Температура входящего в прослойку воздуха по формуле (12):
tx = 20 - 0,97×(20 + 28) = - 26,6 °С.
Определяем расход воздуха в прослойке по формуле (10): при толщине прослойки 0,06 м в соответствии с МГСН 2.01.99 [13]:
Расход воздуха в прослойке составит W = 3600×0,121×1,405×0,06 = 36,7 кг/м×ч,
где 
м/с;
V = 0,13 - 0,13´0,07 = 0,121 м/с,
где 0,07 - коэффициент, учитывающий трение [20].
Упругость водяного пара на выходе из воздушной прослойки еу бетонной стены при начальной упругости ео = 0,34 мм рт. ст. (в технической системе) по формуле (16).
Расчет делаем для более сложного, с точки зрения влагообмена, случая:
при hm = 0,1
мм рт. ст. (45,2 Па),
где:
; Мв + Мн
= 0,0676;
; Мв×ев +
Мн×ен =
0,02×9,64 + 0,0476×0,29 = 0,206.
еу меньше максимальной упругости водяного пара Е на выходе из прослойки, равной 0,39, следовательно, принятые параметры конструкции удовлетворительные.
Определяем влажностный режим в прослойке по глухой части экрана
мм рт. ст.,
где:
, см. выше; Мв +
Мн = 0,057;
; Мв×ев +
Мн×ен =
0,02×9,64 + 0,037×0,29 = 0,2.
еу меньше максимальной упругости водяного пара, следовательно, влажностный режим стены при наличии воздухообмена в прослойке удовлетворителен.
Далее выполнен расчет влажностного режима наружной кирпичной стены с экраном.
В табл. 4 показано влагонакопление в годовом цикле стены, с экраном имеющим коэффициент паропроницаемости по глади m = 0,008 мг/м×ч×Па.
Как видно из табл. 4 при маловлагопроницаемом экране в годовом цикле во всех месяцах упругость водяного пара е больше максимальной упругости водяного пара Е и, следовательно, происходит постоянное влагонакопление в прослойке у экрана, в отдалении от горизонтальных швов при отсутствии движения воздуха в прослойке.
При учете горизонтальных швов расчет влажностного режима кирпичной стены, утепленной снаружи минеральной ватой, показывает следующее.
Расчетное сопротивление паропроницанию стены до зоны возможной конденсации:
м2×ч×Па/мг (29,3 м2×ч×мм рт. ст./г).
Расчетное сопротивление паропроницанию части наружной стены, расположенной между наружной поверхностью ее и плоскостью возможной конденсации при учете горизонтальных швов равно:
при hm = 6,5
м2×ч×Па/мг (см. выше)
(1,23 м2×ч×мм рт. ст./г);
при hm = 0,1
.
Требуемое сопротивление паропроницанию, Rп1, м2×ч×Па/мг из условия недопустимости накопления влаги за год эксплуатации:
при hm = 6,5
м2×ч×Па/мг;
при hm = 0,1
.
Требуемое сопротивление
паропроницанию из условия ограничения влаги в стене за период с отрицательными
температурами воздуха :
при hm = 6,5
м2×ч×Па/кг;
;
при hm = 0,1
м2×ч×Па/кг;
.
мм рт. ст.,
; Мн
= 0,0476 (см. выше); Мв + 
/(R
), (
]-1. (
;
;
м.
;
;
м.
;
;
= 0,74; r
м,
;
;
м,