CC BY
79Наружные стены с каркасом из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК)
и ы
а
а
«
а б
Безбородов Евгений Леонидович
старший преподаватель кафедры «Проектирования зданий и сооружений», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), orex22@mail.ru
Статья рассказывает об основных видах ограждающих конструкций, выполненных на основе ЛСТК, применяемых в малоэтажном и многоэтажном строительстве на территории Российской Федерации. Приведен опыт использования данных конструкций в западных странах. В статье, приводится сравнительный анализ альбомов технических решений различных производителей, предназначенных для проектирования наружных стен на каркасе из легких стальных тонкостенных конструкций. Приведены основные положительные и отрицательные качества данной технологии. Проведен сравнительных анализ величины температурного перепада, между различными зонами ограждающих конструкций. Данные получены по результатам натурных обследований, лабораторных испытаний конструкций и расчетов, с использованием численного метода. Приведены данные тепловизи-онного обследования наружной и внутренней поверхности ограждающей конструкции, смонтированной на каркасе из термопрофилей легких стальных тонкостенных конструкций. В выводах отражены основные моменты статьи, определены направления, необходимые для дальнейшего исследования и минимизации проблем, выявленных в процессе эксплуатации данного вида ограждающих конструкций. Ключевые слова: Легкие стальные тонкостенные конструкции, инфильтация воздуха, мостики холода, нестационарный тепловой режим, термопрофиль.
Проектирование и строительство зданий из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), за последние 10-15 лет, получило значительное распространение на территории Российской Федерации. На западе эту технологию применяю уже более 50 лет. Так, доля строений ИЖС, построенных из ЛСТК, в Великобритании составляет - 20%, Швеции и Японии - 15%, Канаде -10%, в США -в зависимости от региона 515% от общего объема жилого строительства^].
В малоэтажном строительстве, применение данной технологии, позволяет использовать стальные профиля как в несущих, так и в ограждающих конструкциях. В многоэтажных зданиях (выше 3-4 этажей) ЛСТК используются как ненесущие ограждающие конструкции.
Простота, скорость и удобство монтажа тонкостенных конструкций, возможность (в большинстве случаев) обойтись без грузоподъемных механизмов, повышает производительность труда в 1,5-2 раза. Отсутствие «мокрых» процессов, при возведении несущих и ограждающих конструкций, позволяет вести строительно-монтажные работы круглогодично, практически при любых погодных условиях и климатических зонах. Малый вес конструкций способствует уменьшению расходов на транспортировку до места строительства, сокращает сроки доставки. Кроме того, уменьшается общая нагрузка от здания на фундаменты, что позволяет проектировать фундаменты упрощенных конструкций.
Описанные выше преимущества позволяют широко применять конструкции из ЛСТК на всей территории РФ, особенно в районах с суровым климатом.
Наряду с положительными качествами тонкостенным конструкциям присущи и отрицательные, в основном, связанные с вопросами строительной физики - акустики и теплотехники.
Рассмотрим основные схемы ограждающих конструкций на основе ЛСТК, используемые в настоящее время.
1. Цементно-минеральная плита АКВАПАНЕЛЬ® Наружная
2. Внутренний обшивка
3. Профиль направляющий ь. Профиль стоечный
20- Теплоизоляционный материал
22. Гидроеатроэащитный материал
28. Уплошительная лента Лннотерч®-П
29. Винт самонарезающий типа (8В) 38. Профиль опя вертикального
деформационного шва
Рис. 1. Состав наружной стены с каркасом из термопрофилей СТАЛДОМ, без воздушного зазора [2]
1. Цементна-мииеральная шила АКВАПАНЕЛЬ® Наружная
2. Внутренняя обшивка
3. Профиль направляющий
4. Профиль стоечный 9. Профиль Р 25-7.
Вертикальная обрешетка, шаг 600 9'. Профиль Р 25-7.
Горизонтальная обрешетке, шаг 600
10. ^-профиль
20. Теплоизоляционный материал
21. Гццрмегрозэщитный материал
26. Уппотнитепьнэя лентз Линогерн®.П 28. Бинт сэмонерезающий типа 31. Винт самонарезающий типа 5Т Зй. Профиль для вертикального деформационного шва
Рис. 2. Состав наружной стены с каркасом из термопрофилей СТАЛДОМ, с воздушным зазором [2]
Рис. 3. Состав наружной стены с каркасом из термопрофилей «ИНСИ», без воздушного зазора [3]
Как видно из представленных материалов, ограждающие конструкции с использованием ЛСТК применяемые для малоэтажного строительства (как несущие конструкции) и для многоэтажных зданий (как ненесущие конструкции), имеют схожие решения.
Толщина наружных стен (сечение профиля) , в первую очередь, определяется исходя из теплотехнических требований - подбор требуемой
толщины утепляющего слоя. Во вторую очередь - определение несущей способности стальных профилей. Данная задача решается изменением шага профилей ЛСТК. При больших нагрузках на наружные стены (при несущей конструктивной схеме), или увеличении высоты этажа (при ненесущей конструктивной схеме) уменьшается шаг профилей со стандартного 600мм -до 400мм, или устанавливаются спаренные конструкции. Несущая способность, прочность и жесткость профилей ЛСТК, различных форм и размеров сечений, многократно описаны в различных научных трудах [6], [8]. Итогом исследований и заимствование наработок зарубежных специалистов, стали многочисленные альбомы технических решений (АТР), предназначенные для проектирования несущих конструкций.
1 Цен ентмо-минеральная л липа
Стык лислгоЬ обшивки
Дефорноиионны
Рис. 4. Состав наружной стены с каркасом из термопрофилей «ИНСИ», с воздушным зазором [3]
Рис.5. Состав наружной стены с каркасом из термопрофилей, примененный при строительстве многоэтажного жилого дома [4]
Каждый крупный производитель старается разработать свои АТР. Принципиально, основные конструктивные решения не отличаются друг от друга и ограничиваются различной маркировкой (наименованием) элементов, формой сечения профилей и геометрией перфорации (в «термопрофилях»). Основные узловые соеди-
О 55 I» £
55 т П Н
и ы
а
нения, составы несущих конструкций и перегородок , принципиальных различий между собой не имеют. Тоже касается и ограждающих конструкций (см. рис. 1, 2, 3, 4, 5).
Наружная стена, разработанная на основе каркаса из ЛСТК , состоит из следующих элементов:
- несущего перфорированного профиля («термопрофиля»), расположенного в вертикальном (стойки) и горизонтальном (ригеля, лежни) положении, соединенные между собой винтами и саморезами;
- эффективного утеплителя, расположенного в пространстве между стальными профилями;
- внутренней облицовки из листовых материалов. В основном применяются листы ГКЛ, ЦСП, ОСБ или другие материалы);
- пароизоляционных и диффузионных пленок;
- наружной облицовки. Выполняется из листовых материалов , или по технологии навесного вентилируемого фасада;
а б
Рис.6. Результат тепловизионного обследования наружной стен жилого дома, построенного по технологии ЛСТК (наружная поверхность)
При рассмотрении ограждающих конструкций, с точки зрения теплотехнических характеристик, можно отметить наличие большого количества «мостиков холода» - вертикально и горизонтально расположенных перфорированных профилей. Несмотря на то, что перфорация со смещенным шагом и определенной формой
отверстий, позволяет увеличить путь прохождения тепла в три раза [5], на внутренней поверхности стен образуются переохлажденные зоны, а на наружной поверхности - зоны с повышенной температурой (относительно основной площади стены). Особенно, данные зоны отчетливо определяются в местах пересечения горизонтальных и вертикальных профилей.
Рис.7. Результат тепловизионного обследования наружной стен жилого дома, построенного по технологии ЛСТК (внутренняя поверхность)
Данная проблема широко не изучена, но отдельные аспекты освещались в ряде работ отечественных и зарубежных специалистов [5], [6], [7], [8], [9], [10]. На результатах тепловизионного обследования ограждающей конструкции, выполненной по технологии ЛСТК (см. рис. №6), отчетливо видны зоны различных температурных полей. Наиболее ярко выделяются участки пересечения стоек и ригелей, как на внутренней, так и на наружной поверхности ограждающих конструкций. Среднее значение понижения температуры на внутренней поверхности наружной стены, в зоне расположения термопрофиля составляет 2,1Ъ При средней температуре внутреннего воздуха в обследуемом помещении
{в=22,ЭЪ температуре внутренней поверхности ограждающей конструкции в зоне расположения утеплителя = , фактический
температурный перепад будет равен , что удовлетворяет требованиям табл. № 5 [11] . С учетом разницы температуры на поверхности стены между зоной расположения утеплителя и тер-
2,1 "Б
мопрофиля в ®1|В- фактический температурный перепад составит , что не соответствует нормативным комфортным условиям.
Отдельно стоит выделить участки примыкания стенового ограждения к цокольному и чердачному перекрытию. В данных зонах отмечены зоны наибольшими перепадами температуры, как на внутренней, так и на наружной поверхности ограждающих конструкций.
Рис.8. Результат тепловизионного обследования наружной стен жилого дома, построенного по технологии ЛСТК (внутренняя поверхность примыкания наружной стены к цокольному перекрытию)
Тепловизионное обследование проводилось на эксплуатируемом жилом доме, расположенном в Московской области, при температуре наружного воздуха ^=-11 .
Данные натурных обследований практически совпадают с результатами лабораторных испытаний и расчетов, с использованием численного метода конечных разностей, приведенных в статье [6].
Выводы:
1. Анализ материалов ведущих производителей показал единообразие основных технических решений по устройству ограждающих конструкций с использованием ЛСТК, для малоэтажного и многоэтажного строительства.
2. Большое количество объектов, с ограждающими конструкциями из термопрофилей, построены на всей территории РФ, в различных климатических зонах. При эксплуатации, возникают различные сложности, связанные с неоднородностью ограждающих конструкций, что приводит к нарушению тепловой защиты здания.
3. Для повышения качества проектирования ограждающих конструкций и строительно-монтажных работ, необходимы всесторонние исследования, определяющие основные моменты, требующие корректировки существующих типовых решений и разработке рекомендации по их проектированию.
4. Отдельно необходимо разделить типовые решения ограждающих конструкций по климатическим зонам, особенно для северных условий, с учетом повышенной инфильтрации воздуха и нестационарном тепловом режиме.
Литература
1. Жмарин Е.Н. Международная ассоциация легкого стального строительства // Интернет-журнал «Строительство уникальных зданий и сооружений»,2012, №2 , С.27-30;
2. Наружные стены с каркасом из термопрофилей СТАЛДОМ с наружной обшивкой из це-ментно-минеральных плит «АКВАПАНЕЛЬ Наружная» для малоэтажных зданий различного назначения.Материалы для проектирования и рабочие чертежи узлов КС 10.03/2008, С.38;
3. Альбом технических решений стеновых панелей «ИНСИ» ТР СПИ 03-2009-02, С6;
4. Проектная документация ООО «Полиметалл-СПб», многоэтажный жилой дом по адресу: п. Селятино, Наро-Фоминский район, Московская обл. Арх.№. К-00306-КМ, С6;
5. European lightweight steel-framed construction [Европейские легкие стальные тонкостенные конструкции]. Printed by Victor Buck, Luxemburg, 2005. 89p.
6. Плотников А.А. Температурный режим наружной стены с каркасом из легких стальных тонкостенных конструкций в виде термопрофиля// Промышленное и гражданское строительство. 2016. №9. С.35-39
7. Корнилов Т.А. ,Герасимов Г.Н. О некоторых ошибках проектирования и строительства малоэтажных домов из легких стальных тонкостенных конструкций в условиях Крайнего Севера// Промышленное и гражданское строительство. 2015. №3. С.41-45
8. Туснина В.М. Перспективы строительства доступного и комфортного жилья на основе стальных каркасов // Промышленное и гражданское строительство. 2015. №6. С.43-46
9. Кузьменко Д.В., Ватин Н.И. Ограждающая конструкция «нулевой толщины»- темопанель //
О 55 I» £
55 т П
Инженерно-строительный журнал . 2008. №1. С.13-21
10. Лещенко М.В., Семко В.А. Теплотехнические свойства стеновых ограждающих конструкций из стальных тонкостенных профилей и по-листиролбетона // Инженерно-строительный журнал . 2015. №8. С.44-52
11. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-022003
Exterior walls with a frame made of light steel thin-walled
structures (LSTK) Bezborodov E.L.
Moscow state university of civil engineering (NIU MGSU) The article tells about the main types of enclosing structures, made on the basis of LSTK, used in low-rise and multistorey buildings on the territory of the Russian Federation. The experience of using these structures in Western countries is given. In the article, a comparative analysis of albums of technical solutions of various manufacturers intended for the design of external walls on a framework of light steel thin-walled structures is given. The main positive and negative qualities of this technology are given. A comparative analysis of the magnitude of the temperature difference between different zones of the enclosing structures is carried out. The data were obtained from the results of field surveys, laboratory tests of structures and calculations, using a numerical method. The data of the thermal imaging examination of the outer and inner surfaces of the enclosing structure mounted on a frame of thermoprofiles of light steel thin-walled structures are given. In the conclusions the main points of the article are reflected, the directions necessary for further research and minimization of the problems revealed during the operation of this type of enclosing structures are determined. Key words: light steel thin-walled structures, air infiltration, cold bridges, non-stationary thermal conditions, thermoprofile
References
1. Zhmarin E.N. International association of easy steel construction//Online magazine "Construction of Unique Buildings and Constructions", 2012, No. 2, Page 27-30;
2. External walls with a framework from the STALDOM thermoprofiles with an external covering from cement and mineral plates "External AKVAPANEL" for low buildings of different function. Materials for design and working drawings of the KS hubs 10.03/2008, Page 38;
3. Album of technical solutions of the wall INSI panels of TR SPI
03-2009-02, S6;
4. The project documentation of LLC Polymetal SPb, a multystoried house to the address: item Selyatino, Naro-Fominsk district, Moscow Region of Arkh. No. K-00306-KM, C6;
5. European lightweight steel-framed construction [The European easy steel thin-walled structures]. Printed by Victor Buck, Luxemburg, 2005. 89p.
6. Plotnikov A.A. Temperature condition of an external wall with
a framework from easy steel thin-walled structures in the form of a thermoprofile//Industrial and civil engineering. 2016. No. 9. Page 35-39
7. Kornilov T.A., Gerasimov G.N. About some errors of design
and construction of low houses from easy steel thin-walled structures in the conditions of Far North/Industrial and civil engineering. 2015. No. 3. Page 41-45
8. Tusnina V.M. The prospects of construction of affordable and
comfortable housing on the basis of steel frameworks//Industrial and civil engineering. 2015. No. 6. Page 43-46
9. Kuzmenko D.V., N.I. Batting. The protecting design of "the zero thickness" - TeMonaHenb//the Construction magazine. 2008. No. 1. Page 13-21
10. Leshchenko M.V., Semko V. A. Heattechnical properties of the wall protecting designs from steel thin-walled profiles and polysterene concrete//the Construction magazine. 2015. No. 8. Page 44-52
11. Joint venture 50.13330.2012 Thermal protection of buildings. The staticized editorial office Construction Norms and Regulations 23-02-2003
Q U
a
s
«
a б
