CC BY
1УДК 624.94.012.45+692.231.3
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОГРАЖДАЮЩИХ конструкций из лёгкого ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА И КАРКАСНО-ОБШИВНЫХ МОДУЛЕЙ В МНОГОЭТАЖНЫХ КАРКАСНЫХ ЗДАНИЯХ В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
УЗБЕКИСТАНА
Ходжаев Аббос Агзамович
г. Ташкент, Узбекистан, профессор, д.т.н., Туринский Политехнический университет в городе Ташкенте
axodjaev61 @gmail.com
Каримжонов Иброхим Соибжон угли г. Ташкент, Узбекистан, соискатель, ibrokhim.k.323@gmail.com
Аннотация. Дан анализ особенностей наружных и внутренних стен многоэтажных каркасных зданий, выполняемых из мелких ячеистобетонных блоков и каркасно-обшивных модулей (КОС). Рассмотрен вопрос сравнительной энергоэффективности данных конструкций в температурно-климатических условиях Узбекистана.
Annotation. An analysis of the features of the external and internal walls of multi-storey frame buildings made from small cellular concrete blocks and frame-sheathing modules (FSW) is given. The issue of comparative energy efficiency of these structures in the temperature and climatic conditions of Uzbekistan is considered.
Ключевые слова: Газобетон, стена, каркасно-обшивная стена (КОС), лёгкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК), термопрофиль, сейсмостойкость, энергосбережение, экология, теплоизоляция.
Keywords: Aerated concrete, wall, frame-sheathing wall (FSW), light steel thin-walled structures (LSTS), thermal profile, seismic resistance, energy saving, ecology, thermal insulation.
Введение. Как известно, важнейшими факторами надежности, долговечности зданий и сооружений в условиях Центральной Азии является их сейсмостойкость и способность конструкций сопротивляться деструктивным воздействиям температурно-влажностных условий резко-континентального сухого жаркого климата. Обеспечение надежности и долговечности зданий и сооружений в этих условиях еще больше актуализируется в современных условиях, когда нарастает тенденция строительства высотных и сверхвысотных зданий. На ряду с этим из года в год возрастают требования к энергосбережению зданий, повышению их комфортности и эффективности их архитектурной среды.
В связи с этим, среди востребованных конструктивных факторов современных зданий наиболее актуальными становятся легкие, надежные ограждающие конструкции, которые при этом обладают существенными энергосберегающими характеристиками. Исследования в этом направлении приобретают сегодня более масштабный характер, позволяющий расширять спектр предложений по подобным конструкциям. Важным показателем, в связи с этим, становится сравнительный анализ новых конструктивных решений в этом направлении, который при корректной постановке задачи даёт наглядное представление об эффективности энергосберегающих ограждающих конструкций.
Основная часть. В настоящее время среди строящихся объектов городских территорий подавляющее большинство составляют многоэтажные железобетонные каркасные здания. Популярность такого типа зданий обусловлена прочностью и
сейсмостойкостью их пространственной системы, возможностью практически безграничного проектирования и воплощения архитектурных решений, наличием сравнительных преимуществ по цене, отлаженностью технологий строительства и доступностью стройматериалов.
Как известно, несущая способность каркасных зданий обеспечивается пространственной работой железобетонного или металлического каркаса. При этом, в зависимости от заданных параметров и конструктивных решений здания, его пространственная жесткость обеспечивается соответствующими дополнительными связями, диафрагмами и сердечниками. В отдельных случаях диафрагмами жесткости служат таже и ограждающие конструкции каркасных зданий, но все же их основная задача это обеспечение функциональности архитектурной среды здания, создание условий для жизнедеятельности его инфраструктуры.
В связи с этим на первый план выходят такие характеристики ограждающих конструкций (особенно внешних) как теплопроводность, звукопроницаемость, влагостойкость, общая масса, толщина, огнестойкость, экономичность, технологичность, экологичность, биосовместимость, нетоксичность, безопасность.
В настоящее время для стен каркасных зданий применяются конструкции из кирпичной кладки, мелко-блочных элементов и монолитных модулей. Наиболее популярны в последнее время лёгкие пористые ячеистые бетонные блоки. Ячеистые бетоны являются разновидностью легкого бетона. В процессе их производства образуется характерная "ячеистая" структура. Пористость ячеистого бетона можно регулировать, получая бетоны разной плотности и назначения. По назначению ячеистые бетоны делятся на три группы - конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные. Среди блоков из ячеистых бетонов наибольшее распространение получили пенобетонные и газобетонные блоки.
Блоки из пенобетона. Пенобетон изготавливается из цемента, песка, воды и пенообразователя. Изделия из пенобетона отличают хорошие звуко- и теплоизоляционные свойства, малый вес. Материал является негорючим и не разрушается от воздействия высокой температуры. На свойства пенобетона оказывает большое влияние качество пенообразователя. В настоящее время в основном применяются синтетические пенообразователи на основе органических соединений как отечественного, так и импортного производства. Изменяя соотношение составляющих пенобетонной смеси, можно получать пенобетон различной плотности (400-1800 кг/м3). С увеличением плотности растет прочность пенобетона, но падает сопротивление теплопередачи. Пенобетонные блоки применяют в качестве ограждающих конструкций в каркасных зданиях, а также как термовкладыши ограждающих конструкций многоэтажных жилых домов. В малоэтажном домостроении в качестве несущих конструкций используют блоки из пенобетона марок от Д500 и выше. В качестве теплоизоляции, как правило, применяют блоки марки Д400.
Блоки из газобетона. Газобетон получают из вяжущего (цемента, извести), кварцевого песка, воды, с добавлением газообразующих веществ (благодаря чему мелкие воздушные поры распределяются равномерно). Именно поэтому строительные элементы из газобетона имеют малый вес и хорошие теплоизоляционные свойства. Газобетон относится к конструкционно-теплоизоляционным строительным материалам. Его применение для возведения ограждающих конструкций позволяет значительно уменьшить массу и толщину стен, что не только сокращает сроки и объем строительных работ, но и снижает стоимость строительства в связи с понижением массы здания и экономией на возведении фундамента. Конструкции из газобетона имеют более высокие
3-рМ, 2^оп 27
теплофизические показатели в сравнении с блоками из тяжелых бетонов, керамическими и силикатными штучными материалами. Например, для устройства наружной стены достаточными являются блоки из пористого бетона толщиной 375 мм (плотностью 400 кг/м3).
Газобетон является негорючим материалом и может быть использован для всех классов противопожарной безопасности. Он не разрушается от воздействия высокой температуры и препятствует распространению огня. Благодаря своей структуре газобетон является морозостойким строительным материалом. Кроме того, газобетонные блоки легко обрабатываются (пилятся, сверлятся, фрезеруются, штрабятся, гвоздятся), а также не подвергаются коррозии и не гниют. При одинаковой плотности прочность газобетона почти в 2 раза больше, чем прочность безавтоклавного пенобетона.
Особенностью газобетона как высокопористого материала являются высокая паропроницаемость и значительное водопоглощение. Поэтому в ограждающих конструкциях, выполненных из газобетонных блоков, необходимо обеспечить свободный транзит пара изнутри помещения наружу. Этого можно добиться устройством либо вентилируемого фасада, либо системы наружного утепления с применением финишного слоя с высокой паропроницаемостью. В случае невозможности устройства наружного утепления или высокой влажности внутри помещения, необходимо надежно защитить ограждающую конструкцию от проникновения пара изнутри (например, устройства с внутренней стороны пароизоляционной пленки) [1].
Преимуществами ячеистого бетона являются его низкая масса, сравнительная дешевизна (на 15.. .20 % дешевле обычного легкого бетона), доступность исходного сырья (песок и цемент), несложность механической обработки. К числу недостатков относятся: значительное трещинообразование, пониженная морозостойкость, плохая связь с фактурными слоями, развитие коррозионных процессов в арматуре [2].
На ряду с лёгкими пористыми ячеистыми бетонными блоками в настоящее время появляются новые конструктивные решения стен. Одними из таких конструкций является каркасно-обшивные стены, имеющие более лучшие основные характеристики, чем традиционные материалы. Основным их преимуществом является значительно более низкая масса и высокие показатели тепла и звукоизоляции.
Каркасно-обшивная стена (КОС) — это многослойная комбинированная конструктивная система, состоящая из каркаса, материалов для утепления/звукоизоляции, заполняющих полость каркаса, обшивок стены (наружной и внутренней), крепежных элементов, пароизоляции и ветрозащиты, наружной облицовки (фасада), а также совокупности технических и технологических решений, определяющих правила и порядок установки этой системы в проектное положение.
Наружные ненесущие КОС с каркасом из ЛСТК — это ограждающие конструкции, воспринимающие нагрузку от собственного веса, ветровую и технологическую нагрузки и передающие их на несущие конструкции здания [3-5].
Необходимо отметить, что, например, в Европе легкие ограждающие конструкции используются в основном в технологиях «быстрого» коттеджного строительства и популярны в североевропейских странах. Так, в Финляндии на долю каркасного домостроения приходится 75%, а в Швеции - до 90% современных коттеджей. Применение металлического каркаса в этих конструкциях позволило повысить их качество изготовления и надежность, а также решить вопросы пожарной безопасности, что открывает возможности использования таких изделий в качестве наружных стен многоэтажных зданий. Важно отметить, что в настоящее время в Швеции, Норвегии и
Финляндии применение легких навесных стен в многоэтажных зданиях достигает 70% от всего объема домостроений, в Нидерландах и Германии - 50%.
Рис. 1. Схема каркасно-обшивной стены
Важнейшим параметром применения КОС в жилищном строительстве является его теплоизоляционная и теплоэнергетическая эффективность. Согласно данным немецкой компании KNAUF, при использовании системы КОС можно обеспечить сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции равной 5,0 м2°С/Вт всего при толщине 22 см. При этом для достижения аналогичного показателя для кирпичной стены необходима кладка толщиной не менее 34 см, причем, с учетом наличия теплоизоляционного слоя, а для стены из легкобетонного блока - 49 см. Такие особенности системы КОС позволят значительно сокращать расходы на первичную энергию, необходимую для обогрева и охлаждения помещений. Сокращение потребления первичной энергии может составить до 50% по сравнению с традиционными методами строительства [3-5].
На ряду с этим, по сравнению с традиционными материалами, КОС обеспечивает значительное облегчение конструкции. Наружная стена составляет в среднем 30% от массы стены, построенной обычными методами кирпичной кладки и 25% по сравнению с бетонными конструкциями, что в свою очередь также улучшает показатели сейсмостойкости здания в целом. Кроме того, КОС повышает звукоизоляционные характеристики ограждающих конструкций.
Возможности увеличения полезного пространства помещений при лучшей энергоэффективности (в среднем на 25% больше пространства по сравнению с кирпичной кладкой при неизменном коэффициенте теплопередачи), обеспечение более эффективной теплоизоляции снаружи здания, снижение до 50% потребления первичной энергии, а значит значительное сокращение выбросов СОг в атмосферу обуславливают лучшие экологические показатели КОС [3-5].
Использование технологии строительства из легких стальных тонкостенных конструкций позволяет возводить здания и сооружения, как для коммерческого, так и индивидуального использования. Главным фактором использования легких стальных конструкций является быстровозводимость, экономичность, малый вес конструкции, экологичность.
Общие выводы. Несмотря на столь явные преимущества системы КОС, из-за недостатка исследований, указанные конструкции не имеют широкого применения в многоэтажном строительстве в том числе и в Узбекистане.
Для решения задачи применения КОС в качестве внешних ограждающих конструкций (стен) многоэтажных каркасных зданий необходимо рассмотреть и доказать целесообразность и возможность их применения в таком качестве. Для этого нужно осуществить достоверное моделирование каркасного здания с внешними стенами из КОС с учетом их совместной пространственной работы, при воздействии статических и динамических нагрузок.
Мероприятия по энергосбережению необходимо предусматривать уже на первой стадии проектирования, комплексно применяя новейшие технические решения и разработки. Поэтому для того, чтобы перспектива широкого применения новых каркасно-обшивных стеновых конструкций стала более реальной и обоснованной, требуется создать надежный массив данных эксплуатационных характеристик и надежные методики их расчета. Эти данные помогут осуществлять выбор наиболее экономически целесообразной стеновой конструкции для тех или иных климатических условий.
ЛИТЕРАТУРА
1. «Современное здание. Конструкции и материалы», Большой справочник, 2006.
2. Альбом технических решений по применению изделий из автоклавного газобетона торговой марки «Н+Н» в строительстве жилых, общественных и промышленных зданий, Санкт-Петербург, 2011.
3. Альбом технических решений КНАУФ АКВАПАНЕЛЬ® Наружная стена. Наружные ненесущие каркасно-обшивные стены с каркасом из стальных тонкостенных холодногнутых оцинкованных профилей с применением материалов КНАУФ, 2020.
4. A.A. Khodjaev, I.S. Karimjonov. Modern energy-efficient lightweight external wall structures for multi-storey buildings // Technical science and innovation 2023, №1. p. 59-64.
5. Khodjaev A.A., Karimjonov I.S. Reducing the energy consumption of multi-storey buildings by dint of new solutions for external structures // "The Scientific-Practice Journal of Architecture, Construction and Design", 2022, №4. p. 182-187.
