Стеновые панели на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий из железобетона Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научно-технический Крупнопанельное

и производственный журнал домостроение

УДК 693.98:624.016

А.С. ЧЕРНЫХ, ген. директор ООО «ДСК«Славянский» (г. Пушкин, Ленинградская обл.), А.Г. ЧЕРНЫХ, д-р техн. наук, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

Стеновые панели на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий из железобетона

Разработаны конструкции стеновой панели и узлов ее крепления к железобетонным элементам здания. Выбраны ограждающие конструкции с применением стеновых панелей и приведены результаты их исследований на определение эксплуатационных показателей. Внедрение произведено при строительстве домов из железобетона на объекте жилого комплекса «Славянка» в Ленинградской области.

Ключевые слова: здания из железобетона, ограждающая конструкция, стеновая панель, деревянный каркас.

В последние годы за рубежом - в Германии, Швеции, Финляндии, Канаде и др. странах в строительстве жилых и административных зданий широко используются комбинации конструктивных элементов из железобетона и древесных материалов [1, 2], т. е. комбинированные технологии строительства (КТС). При этом железобетонные конструкции применяются в качестве несущих стен, перекрытий и колонн (балок, ригелей) или элементов, берущих на себя жесткость конструкции здания, а деревянные конструкции, как ненесущие элементы, - в составе внешней ограждающей конструкции, стеновой панели. Стеновые панели монтируются непосредственно между железобетонными элементами строящихся зданий или поставляются на стройку заводской готовности с утеплителем и обшивками из листовых материалов. В окончательном виде ограждающие конструкции зданий с применением стеновых панелей на деревянном каркасе могут иметь наружное утепление, вентилируемый зазор и выполняться с облицовкой декоративными панелями, плитами или кирпичной кладкой.

Зарубежный опыт возведения жилых зданий с применением КТС выявил ряд преимуществ при применении стеновых панелей с каркасом из деревянного бруса взамен традиционных материалов, используемых для ограждающих конструкций (бетон, газобетон, кирпич): малое эксплуатационное энергопотребление здания; высокие экологические характеристики; увеличение жилой площади за счет уменьшения толщины стены; сокращение сроков строительства; монтаж панелей может проводиться параллельно с возведением железобетонных конструкций; снижение стоимости строительства жилого дома.

В России изготовление и применение стеновых панелей на деревянном каркасе для строительства зданий с несущим железобетонным каркасом регламентируется ГОСТ 18128-82 «Панели асбестоцементные стеновые на деревянном каркасе с утеплителем. Технические условия». Такие панели использовались в 1980-х гг. в качестве ограждающих конструкций только складских, сельскохозяйственных и производственных зданий. Их применение в качестве

ограждающих конструкций для жилых многоэтажных зданий проблематично с точки зрения требований пожарной безопасности, долговечности и создания современного архитектурного облика здания. При этом исследований, направленных на применение стеновых панелей на деревянном каркасе для зданий из железобетона, в нашей стране не проводилось. Однако, учитывая успешный зарубежный опыт, можно заключить, что разработка и применение стеновых панелей на деревянном каркасе для ограждающих конструкций зданий из железобетона являются актуальными и своевременными для России.

В 2009 г. в ООО «ДСК «Славянский» были организованы поисковые и экспериментальные исследования по комбинированным технологиям строительства многоэтажных зданий. Целью работ являлось повышение эффективно-

30

25

20

15

10

А"4

-*

П*

А* ■ -

i-—

f / j ш t=

ш Ш

2 ^3

10

20

Деформация, мм

30

40

Рис. 1. Деформации панелей при воздействии кратковременных циклических нагрузок: 1 — с обшивками из ОБЕ; 2 — с обшивками из ГСП; 3 — с обшивками из ЦСП

5

0

72012

19

Крупнопанельное домостроение

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Уголок крепежный усиленный

Подкладка пластиковая

Саморез //

1

1<

(пожарная отсечка)

Рис. 2. Узлы примыкания и крепления стеновых панелей к железобетонным перекрытиям

Мв

Мн

Яни

/777777

Мв

W+

Мн

/777777

W-

Рис. 3. Расчетная схема работы стеновой панели: а — положительное ветровое давление; б — нагрузка ветрового отсоса

сти жилищного строительства за счет использования стеновых панелей на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций жилых зданий с несущим железобетонным каркасом.

В данной работе рассмотрены две основные задачи: выбор и исследование ограждающих конструкций жилых зданий с применением стеновых панелей на деревянном каркасе; разработка и исследование конструкций стеновой панели и узлов ее крепления к железобетонным плитам.

Выбор рационального материала утеплителя каркаса и листовых материалов для наружных и внутренних обшивок деревянного каркаса осуществлен с помощью метода расстановки приоритетов. При этом рассматривались только материалы, которые производятся в РФ и имеют группу горючести НГ или не ниже Г1. Материалы оценивались по показателям, имеющим существенное отличие в значениях и в большей степени определяющим рациональный выбор как с точки зрения эксплуатационных свойств, так и с точки зрения технологичности и экономичности их примене-

ния. Отдельные значения и весомость показателей определялись методом ранговой корреляции. Значение показателя «удельное сопротивление выдергиванию шурупов» для каждого материала определялось по результатам испытаний по методике ГОСТ 10637-78 «Плиты древесно-стружечные. Метод определения удельного сопротивления выдергиванию гвоздей и шурупов» с использованием шурупов 05 мм.

В результате проведенных исследований и расчетов установлено, что рациональными материалами являются: для утепления каркаса - панели из негорючих минера-ловатных плит на синтетическом связующем из сырьевой смеси плотностью не менее 35 кг/м3 на основе горных пород базальтовой группы; для наружной и внутренней обшивок, обеспечивающих жесткость деревянного каркаса, - цементно-стружечные плиты (ЦСП) толщиной не менее 12 мм.

Для соблюдения пожарных требований поверхность деревянных элементов каркаса в оконных и дверных (балконных) проемах покрывается двумя слоями из цементно-стружечных плит, а внутренняя обшивка каркаса панели дополнительно укрывается гипсокартонными листами. При этом цементно-стружечные плиты в проемах панели крепятся к деревянным элементам каркаса посредством винтообразного крепежа через металлические пластины или уголки, которые предварительно устанавливаются и закрепляются к древесине по всему периметру оконного или дверного проема.

С целью защиты древесины от загнивания поверхности всех деревянных деталей покрываются антисептиком на основе акриловой водной дисперсии, содержащей фунгициды. Верхний пояс и боковые стойки каркаса укрываются снаружи полиэтиленовой пленкой толщиной 400 мкм, а нижний пояс обрабатывается снаружи резинобитумной мастикой. Между каркасом, утеплителем и внутренней обшивкой устанавливается пароизоляционный слой, выполненный из полиэтиленовой пленки толщиной 200 мкм.

Конструкция испытывались на жесткость, прочность узлов крепления и на ударные нагрузки закрепленных панелей к железобетонным перекрытиям.

Испытания панелей на жесткость проводились по методике, приведенной в БЫ 594:1995. Для сравнения результатов испытаний панелей с обшивками из ЦСП аналогично испытывались панели с обшивками из ОББ-З (материал выбран как наиболее распространенный при производстве панелей для малоэтажного домостроения) и гипсостружечны-ми плитами (ГСП), вторым по приоритету материалом после ЦСП. Результаты испытаний приведены на рис. 1.

Результаты исследований показали, что стеновые панели с обшивками из ЦСП, закрепленными к деревянному каркасу скобами длиной 45 мм с шагом 100 мм, незначительно отличаются по жесткости от панелей, обшитых ОББ-З и ГСП с аналогичным креплением к каркасу; шаг крепления обшивок может быть увеличен до 200 мм.

Стеновая панель устанавливается в каркасе здания путем частичного опирания на железобетонные перекрытия. Для крепления панелей предложено использовать металлические оцинкованные усиленные уголки, прикрученные к железобетонным перекрытиям с помощью анкеров (рис. 2).

Узлы крепления панелей к железобетонным перекрытиям здания дополнительно рассчитывались и испытыва-лись на пиковые ветровые нагрузки, действующие в период строительства до полного устройства ограждающей кон-

Я

Я

верх

верх

Я

низ

Научно-технический и производственный журнал

Крупнопанельное домостроение

Рис. 4. Ограждающие конструкции зданий с применением стеновых панелей на деревянном каркасе

струкции здания. Испытания проводились в лабораториях строительного факультета Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета.

Несущая способность нижнего и верхнего узловых креплений стеновой панели к железобетонной плите перекрытия здания рассчитывалась на воздействие положительного ветрового давления на изгиб уголка и срез головки анкера, а также на воздействие нагрузки ветрового отсоса на изгиб уголка, срез шурупа и выдергивание анкера из железобетона. Расчеты проводились с применением стандартных методик, при этом работа конструкции в центральном сечении представлялась как работа одно-пролетной балки с жестким закреплением концов, испытывающей равномерно распределенную положительную нагрузку ветрового давления или отрицательную нагрузку ветрового отсоса (рис. 3).

Исследования на полноформатной панели показали хорошую сходимость выбранных расчетных параметров напряженно-деформированного состояния узлов крепления панели с полученными экспериментальными данными. При превышении расчетных нагрузок в стальных крепежных уголках возникали пластические шарниры, что приводило к критическим деформациям в узлах крепления. В результате разработан алгоритм подбора прочностных характеристик уголков и их количества в зависимости от размеров панели и высоты здания.

Исследования стеновых панелей и деталей их крепления на динамические нагрузки проводились по методике, приведенной в «Пособии по проектированию жилых зданий. Вып. 3, Часть 1, Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85)». В результате ударов по панели мягким телом при энергии удара 120 Дж никаких деформаций в узлах крепления не происходило; при энергии удара 250 Дж были выявлены максимальные горизонтальные перемещения панели, которые составили 0,9 мм. Разрушения несменяемых частей конструкции и остаточные деформации узлов крепления отсутствовали.

Анализ ограждающих конструкций зданий и теплофизи-ческие расчеты показали, что применение стеновых пане-

лей целесообразно в составе конструкций с наружным утеплением и вентилируемым фасадом. Наличие воздушного промежутка в вентилируемом фасаде принципиально отличает его от других типов фасадов, так как при перепаде давления этот промежуток работает по принципу действия вытяжной трубы. В результате из ограждающей конструкции в окружающую среду удаляется атмосферная и внутренняя влага. Вентилируемый воздушный промежуток снижает и теплопотери, практически являясь температурным буфером. Воздух в нем примерно на три градуса выше, чем снаружи. Наружный экран из отделочных материалов защищает расположенный за ним слой теплоизоляции, а также стеновую панель на деревянном каркасе от атмосферных воздействий. Вентилируемый фасад зданий может выполняться из навесной системы с каркасом из стальных или алюминиевых профилей с междуэтажным креплением к железобетонным перекрытиям здания, с облицовкой основной плоскости фасада плитами из керамогранита, фиброцемен-та, или другими фасадными материалами. Применение панелей возможно также в составе многослойных ограждающих конструкций с облицовкой кирпичной кладкой на относе, гибкими связями с железобетонным каркасом здания и каркасом стеновых панелей (рис. 4).

Ограждающие конструкции с применением стеновых панелей на деревянном каркасе были исследованы на сопротивление теплопередаче по ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций»; на звукоизоляцию - по ГОСТ 27296-87 «Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий. Методы измерения»; на пожарную опасность - по ГОСТ 31251-2009 «Защита от шума в строительстве. Звукоизоляция ограждающих конструкций. Методы измерения», ГОСТ 30403-96 «Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности» и на огнестойкость - по ГОСТ 30247.1-94 «Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции». Результаты полученных эксплуатационных и пожарных показателей приведены в таблице.

7'2012

21

Крупнопанельное домостроение

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Рис. 5. Строительство многоэтажного жилого дома со стеновыми панелями на деревянном каркасе

Стеновые панели на деревянном каркасе получили положительную оценку государственной экспертизы и внедрены при строительстве домов из железобетона на объекте жилого комплекса «Славянка» (г. Пушкин Ленинградской обл.), рис. 5. В настоящее время построено и сдано в эксплуатацию более 500 тыс. м2 жилой площади в домах, построенных по комбинированной технологии строительства - с несущим каркасом из железобетона и применением стеновых панелей на деревянном каркасе в составе многослойной ограждающей конструкции с вентилируемым фасадом и облицовкой из керамогранита (рис. 6).

Таким образом, в результате модернизации известных конструкций панелей на деревянном каркасе достигнуты необходимые критерии по пожарной безопасности и долговечности, позволяющие использовать их при строительстве многоэтажных жилых зданий. Выбраны рациональные материалы для утепления и обшивок деревянного каркаса, разработаны меры по защите древесины от загнивания, произведена оценка жесткости панелей при использовании различных обшивок. Разработана методика расчета прочностных параметров узлов крепления ограждающих конструкций. Положительный опыт использования разработанных панелей на деревянном каркасе при строительстве многоэтажных жилых зданий по системе КТС подтверждает целесообразность применения результатов работы на практике.

Наименование показателя Значение показателя

Приведенное сопротивление теплопередаче, м2оС/Вт, не менее 3,08

Изоляция от воздушного шума, Я', дБ, не менее 55

Предел огнестойкости соответственно для зданий II и I степеней огнестойкости и классов конструктивной опасности С1 и С0 Е15, Е30

Класс пожарной опасности (с внешней стороны) соответственно для зданий II и I степеней огнестойкости и классов конструктивной опасности С1 и С0 K2; К0

Класс пожарной опасности (с внутренней стороны) соответственно для зданий II и I степеней огнестойкости и классов конструктивной опасности С1 и С0 К0(15); К0(30)

Рис. 6. Жилой комплекс «Славянка» со стеновыми панелями в составе многослойной ограждающей конструкции с вентилируемым фасадом и облицовкой керамогранитом

Список литературы

1. Dederich L., Koch J.: Informationsdienst Holz: Holzkonstruktionen in Miscbauweise. Hg. HOLZABSATZFONDS. Absatzförderungstonds der deutschen Forst-und Holzwrtsc-haft, Bonn, September 2006. S. 131.

2. Rug W., Mönck W.: Holzbau. Bemessung und Konstruktion. 15., vollständig überarbeitete Auflage. Verlag Bauwesen. 2008. S. 543.

-..........-

ВЫСТАВКА

||W| Ш Mft JH Cl Р1НШ1ЬНЫ [ НКНв ПОГНИ К МАТЕРИАЛ Ы

СТИМэкспо

10-13 ОКТЛбРЯ Гостов-на-Дону

ШЕГТС/V

2ЕЭ

ВЫБИРАЙ ПАРТНЕРОВ СРЕДИ ЛИДЕРОВ

стрдитвльно-моктажные и пом пнтно-от дел очные даовтыг

оби р удвоа н не для строительств» и ремонта,

материалы, инструменты:

1рн нтс нтшы е п и и к т ы и л а н д шэ ш гн ы и диза и и:

системы МАЛ- и тилл иска Имения, кон дицианоры,

птвм,

ШШВ EÜ7KO; ß^ffl Г'Ц'^'Ш!

I. i.-IVT^l Д [. I