Конструкции наружных стен гражданских и промышленных зданий
Конструкции наружных стен гражданских и промышленных зданий классифицируются по следующим признакам:
1) по статической функции:
а) несущие;
б) самонесущие;
в) ненесущие (навесные).
На рис. 3.19 показан общий вид данных видов наружных стен.
Несущие наружные стены воспринимают и передают на фундаменты собственный вес и нагрузки от смежных конструкций здания: перекрытий, перегородок, крыш и др. (одновременно выполняют несущую и ограждающую функции).
Самонесущие наружные стены воспринимают вертикальную нагрузку только от собственного веса (включая нагрузку от балконов, эркеров, парапетов и др. элементов стены) и передают их на фундаменты через промежуточные несущие конструкции – фундаментные балки, ростверки или цокольные панели (одновременно выполняют несущую и ограждающую функции).
Ненесущие (навесные) наружные стены поэтажно (или через несколько этажей) опираются на смежные несущие конструкции здания – перекрытия, каркас или стены. Таким образом, навесные стены выполняют только ограждающую функцию.
Рис. 3.19. Виды наружных стен по статической функции:
а – несущие; б – самонесущие; в – ненесущие (навесные): 1 – перекрытие здания; 2 – колонна каркаса; 3 – фундамент
Несущие и ненесущие наружные стены применяются в зданиях любой этажности. Самонесущие стены опираются на собственный фундамент, поэтому их высота ограничивается из-за возможности взаимных деформаций наружных стен и внутренних конструкций здания. Чем выше здание, тем больше разница в вертикальных деформациях, поэтому, например, в панельных домах допускается применение самонесущих стен при высоте здания не более 5 этажей.
Устойчивость самонесущих наружных стен обеспечивается гибкими связями с внутренними конструкциями здания.
2) По материалу:
а) каменные стены возводятся из кирпича (глиняного или силикатного) или камней (бетонных или природных) и применяются в зданиях любой этажности. Каменные блоки выполняют из естественного камня (известняк, туф и др.) или искусственного (бетон, легкий бетон).
б) Бетонные стены выполняют из тяжелого бетона класса В15 и выше плотностью 1600 ÷ 2000 кг/м 3 (несущие части стен) или легкого бетона классов В5 ÷ В15 плотностью 1200 ÷ 1600 кг/м 3 (для теплоизоляционных частей стен).
Для изготовления легких бетонов используются искусственные пористые заполнители (керамзит, перлит, шунгизит, аглопорит и т. п.) или естественные легкие заполнители (щебень из пемзы, шлака, туфа).
При возведении ненесущих наружных стен также используется ячеистый бетон (пенобетон, газобетон и т. п.) классов В2 ÷ В5 плотностью 600 ÷ 1600 кг/м 3 . Бетонные стены применяются в зданиях любой этажности.
в) Деревянные стены применяются в малоэтажных зданиях. Для их возведения используются сосновые бревна диаметром 180 ÷ 240 мм или брусья сечением 150х150 мм или 180х180 мм, а также дощатые или клеефанерные щиты и панели толщиной 150 ÷ 200 мм.
г) стены из небетонных материалов в основном применяются при возведении промышленных зданий или малоэтажных гражданских зданий. Конструктивно они состоят из наружной и внутренней обшивки из листового материала (сталь, алюминиевые сплавы, пластик, асбестоцемент и др.) и утеплителя (сэндвич-панели). Стены данного типа проектируют несущими только для одноэтажных зданий, а при большей этажности – только как ненесущие.
3) по конструктивному решению:
а) однослойные;
б) двухслойные;
в) трехслойные.
Количество слоев наружных стен здания определяется по результатам теплотехнического расчета. Для соответствия современным нормам по сопротивлению теплопередаче в большинстве регионов России необходимо проектировать трехслойные конструкции наружных стен с эффективным утеплителем.
4) по технологии возведения:
а) по традиционной технологии возводятся каменные стены ручной кладки. При этом кирпичи или камни укладываются рядами по слою цементно-песчаного раствора. Прочность каменных стен обеспечивается прочностью камня и раствора, а также взаимной перевязкой вертикальных швов. Для дополнительного повышения несущей способности каменной кладки (например, для узких простенков) применяется горизонтальное армирование сварными сетками через 2 ÷ 5 рядов.
Требуемую толщину каменных стен определяют по теплотехническому расчету и увязывают со стандартными размерами кирпичей или камней. Применяются кирпичные стены толщиной в 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 кирпича (250, 380, 510, 640 и 770 мм соответственно). Стены из бетонных или природных камней при кладке в 1 и 1,5 камня имеют толщину 390 и 490 мм соответственно.
На рис. 3.20 показано несколько типов сплошных кладок из кирпича и каменных блоков. На рис. 3.21 показана конструкция трехслойной кирпичной стены толщиной 510 мм (для климатического района Нижегородской области).
Рис. 3.20. Типы сплошных каменных кладок: а – шестирядная кирпичная кладка; б – двух-рядная кирпичная кладка; в – кладка из керамических камней; г и д – кладки из бетонных или природных камней; е – кладка из камней ячеистого бетона с наружной облицовкой кирпичом
На внутренний слой трехслойной каменной стены опираются перекрытия и несущие конструкции крыши. Наружный и внутренний слои кирпичной кладки соединяются между собой арматурными сетками с шагом по вертикали не более 600 мм. Толщина внутреннего слоя принимается 250 мм для зданий высотой 1 ÷ 4 этажа, 380 мм – для зданий высотой 5 ÷ 14 этажей и 510 мм – для зданий высотой более 14 этажей.
Рис. 3.21. Каменная стена трехслойной конструкции:
1 – внутренний несущий слой;
2 – слой теплоизоляции;
3 – воз-душный зазор;
4 – наружный самонесущий (облицовочный) слой
б) полносборная технология используется при возведении крупнопанельных и объемно-блочных зданий. При этом монтаж отдельных элементов здания производится подъемными кранами.
Наружные стены крупнопанельных зданий выполняются из бетонных или кирпичных панелей. Толщина панелей – 300, 350, 400 мм. На рис. 3.22 показаны основные виды бетонных панелей, применяемых в гражданском строительстве.
Рис. 3.22. Бетонные панели наружных стен: а – однослойная; б – двухслойная; в – трехслойная:
1 – конструктивно-теплоизоляционный слой;
2 – защитно-отделочный слой;
3 – несущий слой;
4 – теплоизоляционный слой
Объемно-блочные здания – это здания повышенной заводской готовности, которые монтируются из отдельных блоков-комнат заводского изготовления. Наружные стены таких объемных блоков могут быть одно-, двух- и трехслойными.
в) монолитная и сборно-монолитная технологии возведения позволяют возводить одно-, двух- и трехслойные монолитные стены из бетона.
Рис. 3.23. Сборно-монолитные наружные стены (в плане):
а – двухслойная с наружным слоем теплоизоляции;
б – то же, с внутренним слоем теплоизоляции;
в – трехслойная с наружным слоем теплоизоляции
При использовании данной технологии сначала устанавливается опалубка (форма), в которую заливается бетонная смесь. Однослойные стены выполняются из легких бетонов толщиной 300 ÷ 500 мм.
Многослойные стены выполняются сборно-монолитными с использованием наружного или внутреннего слоя каменных блоков из ячеистого бетона. (см. рис. 3.23).
5) по расположению оконных проемов:
На рис. 3.24 показаны различные варианты расположения оконных проемов в наружных стенах зданий. Варианты а , б , в , г используются при проектировании жилых и общественных зданий, вариант д – при проектировании промышленных и общественных зданий, вариант е – для общественных зданий.
Из рассмотрения данных вариантов можно видеть, что функциональное назначение здания (жилое, общественное или промышленное) определяет конструктивное решение его наружных стен и внешний вид в целом.
Одно из основных требований, предъявляемое к наружным стенам – это необходимая огнестойкость. По требованиям противопожарных норм несущие наружные стены должны быть выполнены из несгораемых материалов с пределом огнестойкости не менее 2 часов (камень, бетон). Применение трудносгораемых несущих стен (например, деревянных оштукатуренных) с пределом огнестойкости не менее 0,5 часа допускается только в одно-, двухэтажных домах.
Рис. 3.24. Расположение оконных проемов в наружных стенах зданий:
а – стена без проемов;
б – стена с небольшим количеством проемов;
в – панельная стена с проемами;
г – несущая стена с усиленными простенками;
д – стена с навесными панелями;
е – полностью остекленная стена (витраж)
Высокие требования к огнестойкости несущих стен вызваны их основной ролью в сохранности здания, так как разрушение несущих стен при пожаре вызывает обрушение всех опирающихся на них конструкций и здания в целом.
Ненесущие наружные стены проектируют несгораемыми или трудносгораемыми с меньшими пределами огнестойкости (от 0,25 до 0,5 часа), так как разрушение данных конструкций при пожаре может вызвать только локальные повреждения здания.
Несущая стена (рис.1) – основная несуще-ограждающая вертикальная конструкция здания, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от перекрытий и собственного веса стены, разделяющая смежные помещения в здании и защищающая их от воздействия внешней среды.
Самонесущая стена (рис.2) – наружная ограждающая вертикальная конструкция, защищающая внутренние помещения здания от воздействия внешней среды, опирающаяся и передающая на фундамент нагрузку от собственного веса.
 |
| Рис.2. Самонесущая стена (наружная стена опирается на фундамент, а перекрытие примыкает к стене) |
Ненесущая стена (рис.3) – наружная стена, опирающаяся на перекрытие в пределах одного этажа при высоте этажа не более 6м. (при большей высоте этажа эти стены относятся к самонесущим) и защищающая здание снаружи от воздействия внешней среды.
Перегородка – внутренняя вертикальная ограждающая ненесущая стена, опирающаяся на перекрытие, и разделяющая смежные помещения в здании.
В зданиях с самонесущими и ненесущими наружными стенами нагрузки от покрытий, перекрытий и т.п. передаются на каркас или поперечные конструкции зданий.
В доме стены, которые стоят на фундаменте и на которые опираются перекрытия будут несущими.
А стены, стоящие на фундаменте без опирания на них перекрытия будут самонесущими .
 |
| Рис.3. Ненесущая стена (наружная стена опирается на перекрытие этажа) |
Стены разного конструктивного назначения несут разную нагрузку. Для обеспечения необходимой несущей способности для разных стен выбирают определенную толщину стены и прочность используемых материалов.
Например, внутренние и наружные несущие стены зданий из газобетонных блоков высотой до 3-х этажей включительно рекомендуется изготавливать из блоков классов по прочности на сжатие не ниже В2,5, на клею или на растворе марки не ниже М75; при высоте до 2-х этажей включительно – не ниже В2 на клею или на растворе марки не ниже М50.
Для самонесущих стен зданий высотой до 3-х этажей класс блоков должен быть не ниже В2.
один из самых широко распространенных видов стен. Задача несущих стен - выдерживать нагрузку от перекрытий и кровли, а также обеспечивать необходимую теплоизоляцию. Для возведения несущих стен используются материалы, обладающие достаточной прочностью: натуральный камень, кирпич, шлакоблок, бетонные блоки, монолитный бетон и др. Однако, чем больше прочность материала, тем больше его плотность и соответственно тем меньше его сопротивление теплопередаче. Поэтому толщина несущих стен, выполненных из кирпича, натурального камня или тяжелого бетона, достаточная для прочности и устойчивости стены, часто является недостаточной для обеспечения теплоизоляции по последним теплотехническим нормам. Если раньше толщины кирпичной кладки наружной стены 51 см для некоторых климатических районов считалось достаточно, то теперь и 77 см толщины кирпичной кладки наружной стены для тех же районов не всегда хватит. Поэтому наружные несущие стены все чаще выполняются не из одного материала, а как минимум из двух. При этом первый материал обеспечивает необходимую прочность и устойчивость, а второй - теплоизоляцию. В малоэтажном строительстве наружные несущие стены могут изготавливаться из менее прочных материалов, таких как шлакоблок, легкие, пористые и ячеистые бетоны.
Самонесущие стены
делаются в каркасных зданиях, часто самонесущие стены называют ограждающими конструкциями. В каркасных зданиях каркас рассчитывается на нагрузку от перекрытий, вышележащих стен и кровли, таким образом на самонесущие стены действует нагрузка только от собственного веса материала, из которого самонесущие стены изготовлены. Это позволяет использовать для возведения самонесущих стен практически любые материалы, способные выдержать ветровую нагрузку и воздействие атмосферных осадков. Самонесущие стены могут быть и кирпичными и каменными и из тяжелого бетона, но по приведенным выше причинам для возведения самонесущих стен как правило используются материалы, обладающие необходимым сопротивлением теплопередаче. Кроме того, материалы для стен должны иметь хорошую морозостойкость и низкое водопоглощение. Чем больше воды поглощается стеновым материалом, тем хуже в итоге будет теплоизоляция и тем быстрее может произойти разрушение материала при замерзании в зимнее время впитавшейся воды. Но как правило менее плотные материалы из-за своей структуры имеют достаточно высокое водопоглощение и потому часто нуждаются в дополнительной защите.
Ну а теперь более подробно рассмотрим наиболее часто используемые
Стеновые материалы :
Строительные материалы, используемые для возведения стен, можно классифицировать по различным признакам: по происхождению, по способу производства, по прочности, по весу, по теплопроводности, по размеру, по простоте и быстроте монтажа, по доступности, по эстетичности, по экологичности, по цене и т.п. Каждый из вышеперечисленных признаков безусловно важен, поэтому выбрать наиболее подходящий вариант при строительстве своего дома не так уж и просто. Одной из наиболее показательных мне представляется классификация стеновых материалов по размерам и по весу, так как большинство стройплощадок частных домов объединяет низкий уровень механизации, подразумевающий, что большинство грузов поднимаются вручную. Далее материалы для стен рассматриваются именно с этой позиции, при этом попутно даются краткие характеристики материалов по другим указанным признакам.
По размеру стеновые материалы делятся на:
Мелкоштучные стеновые материалы .
Мелкоштучными считаются материалы, которые можно относительно легко укладывать вручную. Как правило вес одного элемента не превышает 20-30 кг. Соответственно элементы стен из более плотных материалов имеют меньшие размеры, чем элементы из менее плотных материалов. К мелкоштучным стеновым материалам относятся:
Натуральный камень
получаемый из горных пород.
Глинобитные и землебитные стены также возводятся с помощью опалубки, но такие стены в последнее время - большая редкость.
Как видим, не смотря на то, что люди уже давно спустились с деревьев, вышли из пещер и выбрались из землянок, материалом для стен все также служит древесина, камни, а иногда и глина. Вот и не верь после этого в генетическую память...
Стенами называют конструктивные элементы зданий, служащие для отделения помещения от внешнего пространства (наружные стены) или одного помещения от другого (внутренние стены).
По характеру работы стены делят на: несущие, самонесущие и навесные .
Несущие стены воспринимают нагрузку от собственного веса и других конструкций и передают ее на фундаменты.
Самонесущие стены несут нагрузку только от собственного веса по всей своей высоте и передают ее на фундаменты.
Навесные стены стены являются ограждениями, опирающимися на каждом этаже на другие элементы здания (каркаса) и воспринимают только собственную массу в пределах одного этажа.
К стенам предъявляются следующие требования: они должны иметь достаточную прочность и устойчивость, обладать неодходимыми тепло- и звукоизолирующими свойствами, быть огнестойкими, долговечными и экономичными. Требования по звукоизоляции предъявляются, главным образом, к стенам жилых зданий.
Оптимальная толщина стены должна быть не менее предела, определяемого статическим и теплотехническим расчетами.
С января 1997 года вступили в силу Изменения к СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника»: требуемое сопротивление теплопередаче для жилых помещений увеличено вдвое, а с 2000 года оно увеличено в 3,45 раза. Если следовать букве закона, то стены из кирпича должны возводиться толщиной в 1,5 метра, поэтому целесообразно использовать комбинированные конструкции наружных стен: несущая часть стены, минимальной толщины, плюс эффективный утеплитель и декоративная отделка.
По виду материала стены могут быть каменными, деревянными, а также комбинированными (типа «сэндвич»). Каменные стены по конструкции и способу возведения подразделяются на стены из кладки, монолитные и крупнопанельные. Комбинированные стены – различные панельно-каркасные дома.
Кладка – это конструкция, выполненная из отдельных стеновых камней, швы между которыми заполняются кладочными растворами. Для создания прочной монолитной системы ряды кладки делаются с несовпадением вертикальных швов, то есть с их перевязкой.
Монолитная стена. Конструкция стены состоит из арматурного каркаса и бетона. Чтобы залить бетон необходимо выставить опалубку. Опалубка может быть съемной и несъемной.
Панельно-каркасные дома. Панельные дома как правило изготавливают на заводах и собирают на участке заказчика. Материалы панели: сердцевина утеплитель (пенополистирол или минеральная вата), «одетый» с обеих сторон листами СМЛ или OSB.
Каркасные дома . Такие дома имеют множество вариантов (изготовленные на заводе или возводимые на участке).
Несущие стены возводят в зданиях бескаркасных и с неполным каркасом. Их выполняют из кирпича, мелких и крупных блоков. Выполняя одновременно несущую и ограждающую функции, такие стены воспринимают нагрузку от кровли, перекрытий, ветровые усилия и иногда нагрузки от подъемно-транспортного оборудования. Несущие стены опирают на фундаменты. Самонесущие стены
несут собственную массу в пределах всей высоты здания и передают ее на фундаментные балки. Ветровые нагрузки, воздействующие на стены, воспринимает каркас здания или фахверк. Стеновое заполнение связывают с каркасом гибкими или скользящими анкерами, не препятствующими осадке стен. Высоту самонесуших стен ограничивают в зависимости от прочности материала и толщины стены, шага пристенных колонн, величины ветровой нагрузки и т.д. Самонесущие стены выполняют из кирпича, блоков или панелей.
Ненесущие (навесные) стены выполняют в основном ограждающие функции. Их масса полностью передается на колонны каркаса и фахверка за исключением нижнего подоконного яруса, опирающегося на фундаментные балки. Колонны воспринимают массу ненесущих стен через обвязочные балки, ригели фахверка или опорные стальные столики.
Легкие навесные стены , не являясь несущей конструкцией, имеют одно назначение - ограждать помещения от атмосферных воздействий. Применение эффективных утеплителей и тонких листовых облицовок позволяет при малой массе навесных стен обеспечивать их высокие теплозащитные свойства, а изготовление их без мокрых процессов обусловливает удовлетворительный влажностный режим помещений с первых дней эксплуатации зданий.
Навесные стены из каркасных панелей высотой в два этажа использованы в здании Института научно-технической информации в Киеве. Каркас панелей, имеющих размеры 2,8X7,2 м, выполнен из алюминиевых прессованных профилей, остекление изстеклопакетов. Глухие участки панелей облицованы с внешней стороны стемалитом, с внутренней - древесностружечной плитой. В качестве утеплителя применены полужесткие минераловатные плиты. Стыки между панелями заполнены минеральной ватой и закрыты алюминиевыми защитно-декоративными элементами.
Толщина стен с утеплителем из пеностекла, полужестких минераловатных плит, фенольно-резольного пенопласта ФРП-1 составляет примерно 100-120 мм, что позволяет уменьшить кубатуру здания (без изменения площади помещений) и соответственно расход материалов. При прочих равных условиях это способствует снижению стоимости 1 м 2 зданий.
В зданиях, возведенных на Крайнем Севере, в основном применяются легкие панели, состоящие из двух наружных алюминиевых листов толщиной 0,8-1,5 мм, между которыми находится утеплитель (полистирольные пенопласты ПСБ, ПСБ-С фенольные ФРП-1, виларес-5 или полиуретановые ППУ-ЭС, ППУ-308, плотностью 35- 80 кг/м 3); такие панели в большинстве случаев имеют обрамляющие ребра. В условиях Крайнего Севера применение легких панелей резко сокращает их толщину-до 150 мм, а значит, и массу (для сравнения: толщина легкобетонных стен достигает 600 мм, кирпичных - 770 мм)
Стеновые панели размерами 1,3x3,5 м и 1,3x4,5 м с облицовками из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм, с обрамляющими ребрами, воспринимающими поперечные нагрузки, из бакелизированной фанеры толщиной 10 мм и утеплителем из пенополиуретана использованы в одноэтажных жилых домах на Севере.
При строительстве домов, как многоэтажных, так и частных загородных, могут возводиться стены несущие либо самонесущие. Первый тип ограждающих конструкций испытывает серьезные нагрузки от перекрытий и кровли. Самонесущие стены - это вертикальные элементы здания, на которые ничего не опирается. В процессе эксплуатации дома нагрузки в таких конструкциях возникают только от их собственного веса.
Что собой представляют?
Основной отличительной особенностью самонесущих стен, в сравнении с нагруженными, является то, что они имеют небольшую толщину. Материала при их возведении, соответственно, уходит меньше. Толщина стен этой разновидности, в зависимости от того, из чего они были построены, может колебаться в пределах 50-380 мм.
Вам будет интересно:
При возведении задний, помимо всего прочего, могут собираться и не несущие ограждающие конструкции. Такие стены также не воспринимают нагрузку от находящихся выше элементов дома. По-другому конструкции этого типа называются навесными. Возводятся они всегда в пределах одного этажа. Однако если их высота превышает 6 м, они уже могут считаться самонесущими. Проектирование и расчет их при этом производятся соответствующим образом.
Самонесущие стены - это в основном только наружные ограждающие конструкции. Такие элементы здания просто защищают его внутренние помещения от ветра и осадков, примыкая к основному каркасу. Перекрытия к таким стенам крепятся сбоку на всех этажах по высоте. При строительстве домов могут возводиться как однослойные, так и многослойные самонесущие ограждающие конструкции. Если стены этого типа находятся внутри здания, они выполняют лишь роль перегородок.
Особенности эксплуатации
Согласно нормативам СНиП, в таких конструкциях при выполнении перепланировки в многоэтажных и загородных домах допускается делать проемы или же расширять их до необходимых параметров. Также стены этой разновидности в некоторых случаях могут даже демонтироваться и возводиться по новой без риска обрушения других конструкций здания.
Расчет
Перед началом возведения любого дома, конечно же, составляется в том числе и его подробный проект. При этом выполняется и такая операция, как расчет стен самонесущих, не несущих и нагруженных на предмет устойчивости. Для кирпичных конструкций, к примеру, такие вычисления производятся с учетом данных нескольких таблиц из п.п 6.16-6.20 СНиП II-22-81. В любом случае при расчете устойчивости самонесущей стены определяется соответствие отношения ее толщины к высоте при заданной геометрии нормативным величинам.
Особенности возведения
Строить такие ограждающие конструкции допускается практически из любых материалов. Самонесущие стены - это элементы здания, возводиться которые могут из дерева, кирпича, блоков. В любом случае собираются такие конструкции исключительно на прочных опорах. Заливают их основания одновременно с фундаментом самого здания.
Сопрягают самонесущие стены кирпичные, блочные и т. д. с другими видами ограждающих конструкций исключительно с использованием гибких связей. При применении жестких из-за неодинаковой степени нагруженности элементы здания в последующем могут потрескаться и деформироваться. Соответственно, и проживать в доме станет небезопасно.
Самонесущие стены - это конструкции, которые при кладке из кирпича или блоков по нормативам полагается армировать. Однако укрепляют такие ограждающие части зданий обычно не настолько тщательно, как нагруженные. Пруты при возведении стен этого типа вставляются через большее количество рядов кладки. Арматуру же для таких конструкций по нормативам допускается использовать диаметром 1-2 мм.
Материалы для многоэтажных зданий
При строительстве высотных домов самонесущие наружные стены могут возводиться из:
- керамического кирпича пустотного, пористого, полнотелого;
- силикатного кирпича.
При возведении зданий не слишком большой этажности иногда применяются также блоки:
- арболитовые;
- керамические;
- из пено- или газобетона;
- керамзитобетонные и любые другие крупноформатные.
Особенностью таких материалов в сравнении, к примеру, с тем же кирпичом, является относительно невысокая степень прочности. Поэтому использовать их нормативы допускают в зависимости от разновидности при возведении домов высотой не более 3-5 этажей.