CC BY
27УДК 69.692.29
Гулак Л.И.
Доцент кафедры проектирования зданий и сооружений им. Н.В. Троицкого Воронежский государственный технический университет (Россия, г. Воронеж)
Серебрякова В.А.
Магистрант группы М 232 Воронежский государственный технический университет (Россия, г. Воронеж)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКТИВНЫХ ТИПОВ НЕСУЩИХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ГРАЖДАНСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Аннотация: целью исследования данной статьи является обзор наиболее распространенных популярных материалов и конструктивных решений, применяемых при возведении ограждающих конструкций в строительстве. В статье приведена классификация конструктивных решений, анализ достоинств и недостатков, особенности их применения.
Ключевые слова: стены, технология, свойства материалов, область применения, несущие конструкции.
Введение
В современном гражданском строительстве используют огромное количество комбинаций материалов для стен, при возведении зданий. Как показывает практика, наибольший вклад в стоимость постройки вносит стоимость возведения ограждающих и несущих конструкций - стен. Стены - это конструктивные элементы здания, которые отделяют помещения от внешнего пространства (наружные стены) или от других помещений (внутренние стены), выполняя тем самым ограждающую функцию.
По видам материалов и изделий стены бывают:
• каменные - из мелкоштучных изделий (кирпича, мелких бетонных блоков). Учитывая размеры кирпича 250х120х65 мм, при различных комбинациях его
укладки толщина стен бывает (с учетом толщины швов - 1 см между кирпичами из цементного раствора):25 см - в 1 кирпич;38 см - в 1,5 кирпича;51 см - в 2 кирпича;64 см - в 2,5 кирпича;
• крупнопанельные - состоящие из одного материала - железобетона;
• многослойные, состоящие из железобетонных, металлических, асбестоцементных, гипсокартонных, из цементно-стружечных плит и других материалов обшивок, между которыми помещают слой органического, реже неорганического утеплителя.
Обшивки крепятся к каркасу панелей, состоящему из металлических профилей либо деревянных брусков, реже асбестоцементных профилей. Панели монтируют как навесные путем приваривания стальных закладных деталей этих панелей к несущим конструкциям здания (колоннам, балкам);
• из крупных блоков (бетонных, железобетонных) - изготовленных из легких и особо легких (ячеистых) бетонов;
• монолитные железобетонные;
• деревянные (из бревен, брусьев, досок, щитов и т. п.);
Материал стен определяет не только конструктивный тип здания, но и архитектурный облик здания. Стены должны обладать жесткостью, устойчивостью, требуемой прочностью, соответствовать пожарным требованиям. Так же немаловажна функция наружных стен - теплоизоляция помещений от улицы, поэтому стены должны соответствовать климатическим условиям строительства. Исходя из этого, были рассмотрены из каждой группы наиболее распространенные материалы, но при этом разнообразные по техническим характеристикам.
При современном строительстве применяются два конструктивных решения стен: однослойные и многослойные. Рассмотрим в таблице №1 достоинства и недостатки по конструктивному решению.
Таблица 1 - Достоинства и недостатки стен по конструктивному типу
Конструктивный тип стен
Однослойные Многослойные
Достоинства • Низкая трудоемкость возведения; • Экономичность; • Хорошая звукоизоляция; • Высокий показатель сопротивления теплопередаче; • Большой выбор материалови их комбинаций; • Малая толщина несущего слоя; • Меньшие затраты на доставку материалов; • Теплота;
Недостатки • Образования мостиков холода; • Необходимость изоляции венцов и перемычек; • Большие затраты на доставку; • Требуется большая несущая способность фундамента • Большой выбор материалови их комбинаций; • Малая толщина несущего слоя; • Меньшие затраты на доставку материалов
Несмотря на недостатки и большую стоимость многослойных стен, такой тип стен является наиболее популярным решением. В качестве несущей части стены
рассматриваются четыре вида основного материала: кирпич, пеноблок, газоблок и дерево. Их преимущества и недостатки рассмотрены в таблице 2.
Таблица №2 - Достоинства и недостатки материалов несущей части стены
Материал несущей части стены Достоинства Недостатки
Кирпич • огнестойкость; • устойчивость к атмосферным воздействиям и температуре; • долговечность; • поддерживает комфортную влажность в здании; • не требует дополнительной отделки наружных стен; • нехрупкий материл; • большая трудоемкость; • требуется усадка здания; • большая стоимость; • большая масса;
Пенобетон • низкая цена; • быстрота возведения; • оптимальный температурно-влажностный режим внутри помещений; •экологичность; • долговечность; • хрупкий; • значительное водопоглащение; • внешняя отделка; • рекомендуется использование с монолитной плитой; • недолговечность
Газобетон • широкий ассортимент типоразмера; • огнестойкость; • устойчивость к грибкам и плесени; • сравнительно невысокая стоимость; • хрупкость; • рекомендуется использование с с монолитной плитой;
• хорошая теплоизоляция; • требуется специальный крепеж при креплении мебели к стене
Дерево • быстрота возведения; • низкая стоимость строительства; • экологически чистый материал; • легкость конструкции(не требует здание массивного фундамента); • быстрота прогрева помещений до комфортной температуры, низкая теплоемкость стен и перекрытий • дополнительные затраты; • небольшой срок службы; • необходимость дополнительной ежегодной обработки
Определение оптимальной конструкции стены
Подбор конструкций стен проводился исходя из равных требований, ниже представлены составы анализируемых стен.
Для рассмотрения были выбраны три вида наиболее современных и популярных конструктивных решений, которые удовлетворяют всем требованиям, в том числе и требованиям на основании теплорасчета(рис.1):
Рис. 1. Три варианта конструктивных решений многослойных стен Каждая из анализируемых конструкций стен была оценена по 5 параметрам:
1. Физические параметры. Фактическое сопротивление теплопередачи стеновых конструкций, для стен из кирпича и пеноблокаизложены в СНиП 23-02-2003 вошли в диапазон от 3,17 до 4,181 м2^°С/Вт. Все они соответствуют огнестойкости III степени; в случае с деревянными конструкциями требуется регулярная обработка антипиренами, применение которых влияет на экологичность технологии. Способность ограждающей конструкции уменьшать проходящий через нее звук (шумоизоляция) соответствует требованиям СНиП 23-03-2003.
2. Условия строительства. Возможность строительства была предусмотрена в любом районе на территории РФ. Строительство на сложных рельефах и нестабильных грунтах дополнительно к стоимости строительства надземной части здания добавит стоимость фундаментов, которые в случае «тяжелых» технологий будут дороже и потребуют больших трудозатрат.
3. Экономические параметры. Решающим фактором несомненно, является стоимость строительства под чистовую отделку. Дороже всего застройщику обойдется возведение стены из клееного бруса (24,2 тыс.руб./м2); примерно на 2 и 5 тыс. рублей дешевле стен из кирпича и пеноблока. Самыми бюджетными вариантами оказалось строительство деревянной каркасной стены (15,2 тыс.руб./м2).
4. Дополнительные работы/реконструкция. Дополнительные работы перед внутренней чистовой отделкой - без особых требований возможно возведение кирпичных стен. Создание армопоясов при кладке пеноблоками, обработка антисептиками и антипиренами деревянных конструкций, определённая влажность пиломатериала — все это следует учесть в оставшихся конструкциях.
5.Вероятностные параметры. Вероятность ошибки при возведении стеновых конструкций зависит от опыта ведения работ и профессионализма строителей, что в современных реалиях немаловажно. Работа, связанная с кладкой кирпича и пеноблока, имеет максимальную вероятность ошибки. Сравнительная оценка строительных материалов по различным технологиям представлена в табл. 3. (за основу был взят вес 1 м2 стены). Среднее значения удельной плотности применяемых материалов, получили следующие результаты: кирпичная стена — 416 кг/м2; пеноблок — 329 кг/м2, клееный брус — 316 кг/м2.
Состав стены:
1.Кирпич: внутренняя несущая часть стены, кирпич- 380 мм;утеплитель пеноплекс - 100 мм;воздушный зазор - 20 мм;облицовочный кирпич - 120 мм.
2.Пеноблок/газоблок:внутренняя несущая часть стены, пепоноблок/ газоблок -300 мм; утеплитель пеноплекс - 100 мм; воздушный зазор - 20 мм; облицовочный кирпич - 120 мм.
3. Брус:брус квадратного сечения 150х150 мм; обшивка с внутренней стороны ГКЛ(гипсокартонном)+ГВЛ (гипсоволокнистый лист) - 25 мм; каркас под обшивку -27 мм; брус -150 мм; утепление минватой -100 мм; воздушный зазор -20 мм; облицовочный кирпич -120 мм .
Таблица №3 - Сравнительная оценка строительных материалов по различным технологиям
Параметр/Технология Материал
Кирпич бал Пеноблок/газоблок бал Брус бал
1 Фактическое сопротивление теплопередаче (среднее значение для ЦФО 3.087 м2* 0С/Вт) 3,17 2 4,181 5 3,685 3
2 Возможность строительства и нормальной эксплуатации в различных регионах любой регион 5 любой регион 5 любой регион 5
3 Полезная площадь внут. помещений при наруж. размерах дома 8х10 м 63.16 м.кв. 2 64.78 м.кв. 3 64.87 м.кв. 4
4 Доп. работы перед внутренней чистовой отделкой после возведения коробки требуется оштукатурив ание стен, грунтование 4 требуется оштукатуривание стен, грунтование 4 требуется обшивка ГКЛ+ГВЛ по дополнительн ому каркасу после усадки 3
5 Изменение фасадной отделки не возможно без существенны х затрат 4 не возможно без существенных затрат 4 не возможно без существенны х затрат 4
6 Прокладка инженерных сетей необходимо штробить- большая трудоёмкость ; открытая, прокладка- портит интерьер 3 необходимо штробить-большая трудоёмкость; открытая прокладка-портит интерьер 3 открытая прокладка-портит интерьер 3
7 Изменение геометрии, свойств несущего конструктива здания под воздействием внешних факторов и времени отсутствует 5 отсутствует 5 возможна усадка 4
8 Специальные требования к несущему конструктиву здания, дополнительные работы отсутствует 5 Обязательно устройство несущего каркаса (в некоторых случаях армопояса). Пенобетон плотностью до 600 кг/м.куб. является теплоизоляционным материалом и не предназначен для восприятия нагрузок. 3 обработка антисептикам и, антипиренам и 4
9 Вероятность ошибки как следствие "человеческого фактора" Большая вероятность. Требуется опыт ведения работ. 3 Большая вероятность. Требуется опыт ведения работ. 3 маленькая вероятность, благодаря детальной проработке рабочей документаци и, но требуется опыт работы с пиломатериал ами 4
10 Огнестойкость (III степень) соответствует 5 соответствует 5 соответствует 5
11 Экологичность все материалы экологически чистые 5 все материалы экологически чистые 5 все материалы экологически чистые. Исключение ср-ва деревообрабо тки (антисептики, антипирены) 3
12 Шумоизоляция соответствует 5 соответствует 5 соответствует 5
13 Наличие горючих материалов нет 5 нет 5 брус (требуется регулярная обработка аннтипирена ми- увеличение затрат, большая трудоёмкость ) 4
14 Строительство на сложных рельефах и нестабильных грунтах удорожание фундамента вследствии значительной массы конструкций, сложность ведения работ 3 удорожание фундамента вследствии значительной массы конструкций, сложность ведения работ 3 удорожание фундамента вследствии значительной массы конструкций, сложность ведения работ 4
15 Сезонность строительства (не включая фундамент) при положительн ых температурах (возможно при незначительн ых минусовых,н о с удорожанием ) 3 при положительных температурах (возможно при незначительных минусовых,но с удорожанием) 3 всесезонно, за исключением облицовки фасада 4
16 Возможность строительства в районах с повышенной сейсмической опасностью возможно с спроведением ряда конструктивн ых мер влекущих увеличение стоимости 4 возможно с спроведением ряда конструктивных мер влекущих увеличение стоимости 4 возможно в районах с сейсмоопасно стью до 9 баллов без существенны х конструктивн ых мер и увеличений стоимости 5
17 Влияние погодных условий последовател ьное выполнение многих работ влечёт зависимость от погодных условий 4 последовательное выполнение многих работ влечёт зависимость от погодных условий 4 высокая скорость возведения коробки под кровлю, с возможность ю вести дальнейшие работы в любых погодных условиях 5
18 Транспортные расходы Высокие транспортные затраты, из-за значительной массы и объёма материалов 4 Высокие транспортные затраты, из-за значительной массы и объёма материалов 4 Высокие транспортные затраты, из-за значительной массы и объёма материалов 4
19 Доставка в труднодоступные районы Затруднитель но из-за значительной массы и объёма материалов 4 Затруднительно из-за значительной массы и объёма материалов 4 Затруднитель но из-за значительной массы и объёма материалов 4
20 Стоимость строительства под чистовую отделку 21700 руб./м.кв. 2 19000 руб./м.кв 3 24200 руб./м.кв. 1
Итого: 77 80 78
Вывод:
На основе проведенных исследований, можно сделать заключение, что сравнительная оценка по пятибалльной шкале в каждом из 20 параметров выявлена технология строительства, которая является наиболее оптимально, экономически выгодной. Бескаркасные технологии строительства стали: 1.стена из пеноблока — 80 баллов; 2.стена из клееного бруса — 78 баллов;3.кирпичная стена — 77 баллов.
Список литературы:
1. СНиП II-3-79*. Строительная теплотехника.
2. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.
3. Гринфельд Г.И., Куптараева П.Д. Кладка из автоклавного газобетона с наружным утеплением. Особенности влажностного режима в начальный период эксплуатации// Инженерно-строительный журнал — № 8, 2011. Неуловимая энергоэффективность // Промышленно-строительное обозрение, 2011. — № 123.
4. Табунщиков Ю.А., Ливчак В.И., Гагарин В.Г., Шилкин Н.В. Пути повышения энергоэффективности эксплуатируемых зданий // АВОК, 2009. — № 5.
5. Ватин Н.И., Жмарин Е.Н., Куражова В.Г., Усанова К.Ю. Конструирование зданий и сооружений// Изд-во Политехн. Ун-та 2012.
