Расчет кирпичной ограждающей трехслойной конструкции и панельной трехслойной стены из керамзитобетона с гибкими связями

Расчет кирпичной ограждающей трехслойной конструкции и панельной трехслойной стены из керамзитобетона с гибкими связями

Введение

Дорогое жильё- актуальная проблема, решение которой, определяется дороговизной строительных конструкций. Выгодные, технико-экономические показатели, - главное требование, которому должно удовлетворять любое здание.

Это требование определяет все основные показатели проекта размерность в плане, этажность, объем и внешний облик здания, освещенность и отделку помещения, характер конструкции, инженерного и санитарно-технического оборудования.

Все жилые конструкции должны отвечать требованиям прочности, устойчивости, капитальности, экономичности, архитектурной выразительности и иметь соответствующие внутреннее благоустройство.

Цель данного курсового проекта является освоение навыков конструирования и расчета современных ограждающих конструкций. Необходимо рассчитать конструктивное объемно-планировочное решение для данного района строительства. Регион строительства - Омская область, город Омск.

. Исходные данные

Кирпичная стена из трех слоев для жилого дома.

Регион предполагаемого строительства - Омск

Таблица 1,1 - Значения теплотехнических характеристик

Таблица 1,2 - Параметры кирпичной стены необходимые для ее конструирования

Толщина слоя , ммМатериалПлотность

Стена панельная трехслойная из керамзитобетона с гибкими связями для жилого строительства.

Район строительства - город Омск.

Таблица 1,3 - Параметры стены необходимые для ее конструирования

Толщина слоя , ммМатериалПлотность

2.Требования, предъявляемые к ограждающим конструкциям

.1 Типы ограждающих конструкций

Ограждающие конструкции несущего типа:

С теплотехнической точки зрения можно условно выделить три основных типа ограждающих конструкций по числу основных слоев: однослойные, двухслойные и трехслойные. Возможность применения того или иного типа конструкций ограничивается наибольшим количеством градусо-суток, при которых эта конструкция обеспечивает необходимый уровень теплозащиты.

Однослойные стены наиболее привычны для российских проектировщиков и строителей и наиболее просты в исполнении. Однослойные стены выполняют из конструкционно-теплоизоляционных материалов и изделий, совмещающих несущие и теплозащитные функции. При соответствующем качестве материалов они обеспечивают требуемые параметры микроклимата в здании. Например, однослойные стены из легкобетонных блоков плотностью 600 кг/м³ и облицовкой в полкирпича при толщине несущей конструкции 500 мм могут применяться в регионах, где показатель градусо-суток меньше 2400°C сут, а при применении ячеистого бетона плотностью 400 кг/м³ - уже в районах с показателем градусо-суток меньше 6400°C сут.

Двухслойные стены состоят из несущей конструкции (это может быть кирпич, железобетон или монолитный бетон) и теплоизоляционного слоя. Применение двухслойных стен по градусо-суткам не ограничено.

В двухслойных стенах теплоизоляция может быть расположена как снаружи, так и изнутри. Однако случаи расположения теплоизоляции изнутри довольно редки, поскольку в таком случае требуется специальная защита от увлажнения и накопления влаги в толще утеплителя.

Наиболее перспективным способом повышения теплозащиты как вновь строящихся, так и реконструируемых зданий считается наружная теплоизоляция стен, выполненных из монолитного бетона с последующим монтажом наружной теплоизоляции.

Конструкции наружной теплоизоляции условно можно разделить на «мокрые» системы с оштукатуриванием плитного утеплителя и «сухие» вентилируемые системы с облицовкой на относе от слоя теплоизоляции.

Оба конструктивных решения позволяют осуществлять замену теплоизолирующего слоя и его ремонт.

В таких фасадных системах наиболее часто используют пенополистирольные или минераловатные плиты, отличающиеся стабильностью формы и размеров, хорошими адгезионными свойствами поверхности к клеящим материалам и мастикам.

Главным препятствием применения пенополистирола в наружной теплоизоляции является его горючесть. Даже самозатухающие марки материала не обеспечивают требуемой пожаробезопасности без принятия специальных защитных мер (таких, как применение несгораемых облицовочных покрытий или устройство разрывов по полю утеплителя из несгораемых теплоизоляционных материалов). Согласно противопожарным требованиям, разрешается применение плитного пенополистирола снаружи для зданий не выше трех этажей.

Минераловатные плиты негорючи и, следовательно, более предпочтительны для ограждающих конструкций. Для обеспечения прочностных характеристик и долговечности теплоизоляционного слоя применяются плиты повышенной жесткости (прошивные маты) или специальные плиты (например, Фасад Баттс).

Трехслойные стены с утеплителем, расположенным средним слоем между двумя несущими слоями, в России применяются довольно давно, но с более низким, по сравнению с современными требованиями, термосопротивлением.

Трехслойные ограждающие конструкции могут изготавливаться с использованием практически любых конструкционных материалов - от древесных панелей до железобетона и кладки из штучных каменных материалов.

Внутренняя и наружная стенки, соединенные гибкими связями в виде арматурных стержней или каркасов, уложенных в горизонтальные швы кладки, обеспечивают прочность конструкции, а внутренний утепляющий слой - требуемые теплозащитные параметры. Толщина утепляющего слоя рассчитывается в зависимости от климатических условий и вида утеплителя.

В качестве утеплителя в трехслойных ограждающих конструкциях в основном используются пенополистирол или минераловатные плиты. Так, легкие гидрофобизированные минеральные плиты на основе базальтовых пород Кавити-Баттс находят применение в качестве среднего теплоизоляционного слоя в трехслойных стенах из мелкоштучных материалов.

Пенополиуретан, как в виде готовых панелей, так и затвердевающих на месте смесей, также можно использовать в качестве утеплителя для изготовления трехслойных панелей или в качестве заливки для полостей предварительно возведенных конструкций, состоящих из несущего каркаса и облицовочного слоя (колодцевая кладка).

По конструктивным возможностям трехслойные стены толщиной 400 мм с утеплителем из пенополистирола или минеральной ваты на гибких связях или шпонках могут применяться в регионах, где показатель градусо-суток меньше 6850°C сут. и 5700°C сут. соответственно.

Светопрозрачные конструкции:

Окна являются одним из самых слабых мест здания с точки зрения энергосбережения. В начале 1998 г. были утверждены новые общероссийские требования по светопрозрачным конструкциям. Они представлены в таблице 2,1. Эти величины относятся ко всем светопрозрачным конструкциям (окнам и фонарям), включая переплетыи рамы.Эти новые нормативные требования открывают дорогу современным энергоэффективным светопрозрачным конструкциям.

На смену устаревшему двойному остеклению в раздельных или спаренных переплетах приходит остекление с применением двухкамерных или однокамерных стеклопакетов (шириной не менее 36 мм) с теплоотражающим покрытием и заполнением внутренней полости аргоном в одинарных пластмассовых переплетах.

Окна в пластмассовых переплетах по сравнению с деревянными обеспечивают более высокие теплозащитные свойства. Также гораздо большую герметичность обеспечивают различные монтажные пены вместо традиционной конопатки оконных проемов паклей на цементном молоке.

Применение современных светопрозрачных конструкций способствует снижению воздухопроницаемости и увеличению термосопротивления в 1,8-2 раза.

Таблица 2,1 - Нормативные сопротивления теплопередаче светопрозрачных конструкций

2.2 Выбор конструктивных решений

Если посмотреть строительные правила, можно выделить основные понятия для конструктивного решения нашего задания[2]:

. Наружные ограждающие конструкции должны быть запроектированы таким образом, чтобы их приведенное сопротивление теплопередаче было не меньше нормируемого значения.

. Определение нормируемых значений согласно СНиП 23-02

. Выбор теплозащитных свойств ограждающих конструкций по нормируемому расходу тепловой энергии на отопление здания согласно СНиП 23-02

. Рекомендуемые типы технических решений наружных стен (с учетом требований 11-17) и окон, уровни их теплозащиты для основных селитебных и промышленных зон территории Российской Федерации приведены в таблицах 2,2 и 2,3.

Таблица 2,2-Уровни теплозащиты ограждающий конструкций наружных стен

Примечание: В числители (перед слешем) - ориентировочные значения предварительного сопротивления теплопередачи наружной стены, в знаменателе (за слешем) - предварительные значения градусо-суток.

Таблица 2,3 - Уровни теплозащиты рекомендуемых окон в деревянных и пластмассовых переплетах

Примечание: В числители (перед слешем) - значения приведенного сопротивления теплопередачи, в знаменателе (за слешем) - предельное значения градусо-суток, отопительного периода, при котором применимо заполнение светопроема.

. При проектировании теплозащиты зданий различного назначения следует применять, как правило, типовые технические решения и изделия полной заводской готовности, в том числе конструкции комплектной поставки, со стабильными теплоизоляционными свойствами, достигаемыми применением эффективных теплоизоляционных материалов с минимумом теплопроводных включений и стыковых соединений в сочетании с надежной гидроизоляцией, не допускающей проникновения влаги в жидкой фазе и максимально сокращающей проникновение водяных паров в толщу теплоизоляции. Взаимное расположение отдельных слоев ограждающих конструкций должно способствовать высыханию конструкций и исключать возможность накопления влаги в ограждении в процессе эксплуатации.

. Ограждающие конструкции должны обладать необходимой прочностью, жесткостью, устойчивостью, долговечностью, удовлетворять общим архитектурным, эксплуатационным, санитарно-гигиеническим требованиям соответствующих СНиП и СанПиН. В сборных конструкциях особое внимание должно быть обращено на прочность, жесткость, долговечность и герметичность соединений. Требуемую степень долговечности ограждающих конструкций следует обеспечивать применением материалов, имеющих надлежащую стойкость (морозостойкость, влагостойкость, биологическая стойкость, стойкость против коррозии, высокой температуры, циклических температурных колебаний и других разрушающих воздействий окружающей среды), а также соответствующими конструктивными решениями, предусматривающими в случае необходимости специальную защиту элементов конструкций, выполняемых из недостаточно стойких материалов.

. Ограждающие конструкции следует проектировать с применением материалов и изделий, апробированных на практике и выпускаемых по стандартам. При отсутствии стандарта на каждый новый вид материала или изделия должны быть разработаны и утверждены в установленном порядке технические свидетельства и получены расчетные теплотехнические показатели материала согласно 5.3.1. Ограждающие конструкции должны предусматриваться с минимальным количеством типоразмеров изделий и возможностью взаимозаменяемости применяемых элементов.

. Для обеспечения лучших эксплуатационных характеристик в многослойных конструкциях зданий с теплой стороны следует располагать слои большей теплопроводности и с большим сопротивлением паропроницанию, чем наружные слои. При выборе материалов для наружных ограждающих конструкций следует отдавать предпочтение местным строительным материалам. При проектировании зданий для повышения пределов огнестойкости и снижения пожарной опасности внутренней и наружной поверхностей стен следует предусматривать устройство облицовки из негорючих материалов или штукатурки, а для защиты от воздействия влаги и атмосферных осадков - дополнительно окраску водоустойчивыми составами, выбираемыми в зависимости от материала стен и условий эксплуатации. Ограждающие конструкции, контактирующие с грунтом, следует предохранять от грунтовой влаги путем устройства гидроизоляции.

. Долговечность теплоизоляционных конструкций и материалов должна быть более 25 лет; долговечность сменяемых уплотнителей - более 15 лет.

. При необходимости размещения жилых помещений, санузлов и кухонь, одна из стен которых выходит на эвакуационную лестничную клетку 3 типа, эту стену следует проектировать как наружную.

. С теплотехнической точки зрения различают три вида наружных стен по числу основных слоев: однослойные, двухслойные и трехслойные. Однослойные стены выполняют из конструкционно-теплоизоляционных материалов и изделий, совмещающих несущие и теплозащитные функции. В трехслойных ограждениях с защитными слоями на точечных (гибких, шпоночных) связях рекомендуется применять утеплитель из минеральной ваты, стекловаты или пенополистирола с толщиной, устанавливаемой по расчету с учетом теплопроводных включений от связей. В этих ограждениях соотношение толщин наружных и внутренних слоев должно быть не менее 1:1,25 при минимальной толщине наружного слоя 50 мм. В двухслойных стенах предпочтительно расположение утеплителя снаружи. Используются два варианта наружного утеплителя: системы с наружным покровным слоем без зазора и системы с воздушным зазором между наружным облицовочным слоем и утеплителем. Не рекомендуется применять теплоизоляцию с внутренней стороны из-за возможного накопления влаги в теплоизоляционном слое, однако в случае необходимости такого применения поверхность со стороны помещения должна иметь сплошной и долговечный пароизоляционный слой.

. При проектировании стен из кирпича и других мелкоштучных материалов следует максимально применять облегченные конструкции в сочетании с плитами из эффективных теплоизоляционных материалов. Стены зданий из кирпича и керамических камней, за исключением стен с воздушными прослойками, а также стены, облицованные кирпичом, рекомендуется проектировать, как правило, с расшивкой швов кладки по фасаду. При применении камней из пористой керамики рекомендуется предусматривать облицовочный слой из кирпича с анкерами из нержавеющей стали или из стеклопластика для связки с основной кладкой.

. При проектировании стен с невентилируемыми воздушными прослойками следует руководствоваться следующими рекомендациями:

размер прослойки по высоте должен быть не более высоты этажа и не более 6 м, размер по толщине - не менее 40 мм (10 мм при устройстве отражательной теплоизоляции);

воздушные прослойки следует разделять глухими диафрагмами из негорючих материалов на участки размером не более 3 м;

воздушные прослойки рекомендуется располагать ближе к холодной стороне ограждения.

. При проектировании стен с вентилируемой воздушной прослойкой (стены с вентилируемым фасадом) следует руководствоваться следующими рекомендациями:

- воздушная прослойка должна быть толщиной не менее 60 и не более 150 мм и ее следует размещать между наружным слоем и теплоизоляцией; следует предусматривать рассечки воздушного потока по высоте каждые три этажа из перфорированных перегородок;

при расчете приведенного сопротивления теплопередаче согласно разделу 9 следует учитывать все теплопроводные включения, включая крепежные элементы облицовки и теплоизоляции; - наружный слой стены должен иметь вентиляционные отверстия, суммарная площадь которых определяется из расчета 75 см на 20 м площади стен, включая площадь окон; - нижние (верхние) вентиляционные отверстия, как правило, следует совмещать с цоколями (карнизами), причем для нижних отверстий предпочтительно совмещение функций вентиляции и отвода влаги; - применять жесткие теплоизоляционные материалы плотностью не менее 80-90 кг/м , имеющие на стороне, обращенной к прослойке, ветро- воздухозащитные паропроницаемые пленки (типа "Тайвек", "Тектотен" или аналогичных мембранных пленок) или кашированные стеклотканью, либо предусматривать обязательную защиту поверхности теплоизоляции, обращенной к прослойке, стеклосеткой с ячейками не более 4х4 мм или стеклотканью, прикрепляя ее к теплоизоляции при помощи армирующей массы; не следует применять горючие утеплители; применение мягких теплоизоляционных материалов не рекомендуется;

- при использовании в качестве наружного слоя облицовки из плит искусственных или натуральных камней горизонтальные швы должны быть раскрыты (не должны заполняться уплотняющим материалом).

. Тепловую изоляцию наружных стен следует проектировать непрерывной в плоскости фасада здания.

Такие элементы ограждений, как внутренние перегородки, колонны, балки, вентиляционные каналы и другие не должны нарушать целостности слоя теплоизоляции. Воздуховоды, вентиляционные каналы и трубы, которые частично проходят в толще ограждений, следует располагать до теплой поверхности теплоизоляции. Следует обеспечить плотное примыкание теплоизоляции к сквозным теплопроводным включениям. При этом приведенное сопротивление теплопередаче стен с теплопроводными включениями должно быть не менее нормируемых величин согласно СНиП 23-02. При применении новых теплоизоляционных материалов, расчетные теплотехнические характеристики которых не приведены в приложении Д, эти характеристики следует принимать согласно теплотехническим испытаниям по методике приложения Е, проведенным аккредитованными испытательными лабораториями. При применении в ограждающих конструкциях горючих утеплителей оконные и другие проемы по периметру следует обрамлять полосами шириной не менее 200 мм из минераловатного негорючего утеплителя плотностью не менее 80-90 кг/м. Эти конструкции должны иметь разрешения Госпожарнадзора к применению.

. При наличии в конструкции теплозащиты теплопроводных включений необходимо учитывать следующее:

несквозные включения целесообразно располагать ближе к теплой стороне ограждения;

в сквозных, главным образом, металлических включениях (профилях, стержнях, болтах, оконных рамах) целесообразно предусматривать вставки (разрывы мостиков холода) из материалов с коэффициентом теплопроводности не выше 0,35 Вт/(м·°С).

. Приведенное сопротивление теплопередаче , м·°С/Вт, для наружных стен следует определять согласно СНиП 23-02 для фасада здания либо для одного промежуточного этажа с учетом откосов проемов без учета их заполнений с проверкой условия невыпадения конденсата на участках в зонах теплопроводных включений. Коэффициент теплотехнической однородности с учетом теплотехнических однородностей оконных откосов и примыкающих внутренних ограждений проектируемой конструкции для:

панелей индустриального изготовления должен быть, как правило, не менее величин, установленных в таблице 2,4;

для стен жилых зданий из кирпича должен быть, как правило, не менее 0,74 при толщине стены 510 мм, 0,69 - при толщине стены 640 мм и 0,64 - при толщине стены 780 мм.

Таблица 2,4 - Минимально допустимые значения коэффициента теплотехнической однородности для конструкций индустриального изготовления

Ограждающая конструкция

Коэффициент r

1

Из однослойных легкобетоных панелей

0,90

2

Из легкобетоных панелей с термовкладышими

0,75

3

Из трехслойных железобетоных панелей с эффективным утеплителем и гибкими связями

0,70

4

Из трехслойных железобетоных панелей с эффективным утеплителем и железобетоными шпонками или ребрами из керамзитобетона

0,60

5

Из трехслойных железобетоных панелей с эффективным утеплителем и железобетоными ребрами

0,50

6

Из трехслойных металлических панелей с эффективным утеплителем

0,75

7

Из трехслойных асбестоцементных панелей с эффективным утеплителем

0,70

Если в проектируемой конструкции ограждения достигнуть рекомендуемых величин не удается, то такую конструкцию применять не следует. Крыши, чердаки, покрытия, мансарды

. Покрытия жилых и общественных зданий могут быть бесчердачными (совмещенными) и раздельной конструкции, верхнее и нижнее перекрытия которой образуют чердачное пространство, и в зависимости от способа удаления вентиляционного воздуха оно может быть холодным или теплым. Крыши с холодным чердаком разрешается применять в жилых зданиях любой этажности. Крыши с теплым чердаком рекомендуется применять в зданиях 6 этажей и более.

. В крыше с холодным чердаком внутреннее пространство должно вентилироваться наружным воздухом через специальные отверстия в стенах, площадь сечения которых при железобетонном покрытии или сплошной скатной кровле из металлических или других материалов должна быть не менее 0,001 площади перекрытия. При скатной кровле из штучных материалов (асбестоцементных листов, черепицы) чердачное пространство вентилируется через зазоры между его листами, поэтому вентиляционные отверстия допускается не предусматривать.

. При крыше с холодным чердаком теплоизоляция укладывается по чердачному перекрытию. Теплоизоляционный слой по периметру чердака на ширину не менее 1 м рекомендуется защищать от увлажнения. Вентиляционные шахты и вытяжки канализационных стояков при холодном чердаке с выпуском воздуха наружу должны быть утеплены выше чердачного перекрытия.

. В крыше с теплым чердаком чердачное пространство, имеющее утепленные наружные стены и утепленное кровельное покрытие, обогревается теплым воздухом, который поступает из вытяжной вентиляции дома. Для удаления воздуха из чердачного пространства следует предусматривать вытяжные шахты по одной на каждую секцию. Чердачное пространство следует посекционно разделить стенами на изолированные отсеки. Дверные проемы в стенах, обеспечивающие сквозной проход по чердаку, должны иметь уплотненные притворы.

. Плиты покрытия теплого чердака при без рулонной кровле должны иметь верхний кровельный слой не менее 40 мм из плотного бетона и бортовые ребра высотой 100 мм. Плиты рекомендуется проектировать двухслойными, в том числе с теплоизоляционными вкладышами. Плиты покрытия теплого чердака под рулонную кровлю рекомендуется проектировать однослойными из легкого бетона, в том числе с термовкладышами, или трехслойными.

.Без чердачные покрытия (совмещенные крыши) могут устраиваться невентилируемыми и вентилируемыми. Невентилируемые покрытия следует предусматривать в тех случаях, когда в конструкции покрытия путем применения пароизоляции и других мероприятий исключается недопустимое влагонакопление в холодный период года. Вентилируемые покрытия надлежит предусматривать в тех случаях, когда конструктивные меры не обеспечивают нормального влажностного состояния конструкций. В жилых и общественных зданиях рекомендуется применение вентилируемых совмещенных крыш.

. Рекомендуемая конструкция без чердачного (совмещенного) вентилируемого покрытия крыши может содержать следующие слои, считая от нижней поверхности:

- несущая конструкция;

пароизолирующий слой;

теплоизолирующий слой;

- вентилируемая прослойка, служащая для удаления влаги из конструкции покрытия или для его охлаждения;

основание под гидроизоляцию (стяжка или кровельная плита при щелевых вентилируемых прослойках);

многослойный гидроизолирующий кровельный ковер.

Волокнистые теплоизоляционные материалы в вентилируемых покрытиях должны быть защищены от воздействия вентилируемого воздуха паропроницаемыми пленочными покрытиями.

. Осушающие воздушные прослойки и каналы следует располагать над теплоизоляцией или в верхней зоне последней. Минимальный размер поперечного сечения этих прослоек не должен быть менее 40 мм. Приточные отверстия следует устраивать в карнизной части, а вытяжные - с противоположной стороны здания или в коньке. Суммарное сечение как приточных, так и вытяжных отверстий рекомендуется назначать в пределах 0,002-0,001 от горизонтальной проекции покрытия.

. Заполнение светопроемов зданий выполняется в зависимости от градусо-суток отопительного периода в виде двухслойного, трехслойного или четырехслойного остекления (стеклопакетов или отдельных стекол), закрепляемого в переплетах из малотеплопроводных материалов. Для повышения теплозащиты окон с отдельными стеклами рекомендуется применение стекол с твердым селективным покрытием (К-стекло). Необходимым условием применения заполнений световых проемов в проектируемых зданиях является наличие сертификата соответствия системы сертификации ГОСТ Р на выбранную светопрозрачную конструкцию (оконный блок, зенитный фонарь, мансардный оконный блок).

. Оконные блоки и балконные двери (ГОСТ 23166, ГОСТ 24700, ГОСТ 30674) следует размещать в оконном проеме на глубину обрамляющей "четверти" (50-120 мм) от плоскости фасада теплотехнически однородной стены или посередине теплоизоляционного слоя в многослойных конструкциях стен.