CC BY
15Научно-технический НГГПЙШШ 1М1ГТ1Ш Structural
и производственный журнал calculations
УДК 699.86
Н.Д. ДАНИЛОВ, канд. техн. наук (rss_dan@mail.ru), П.А. ФЕДОТОВ, инженер
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова (677000, Республика Саха (Якутия), г. Якутск, ул. Белинского, 58)
Стык стен и цокольного перекрытия
^ о с»
без теплопроводных включении для здании с проветриваемыми подпольями
Проведен численный анализ с использованием программы расчета трехмерных температурных полей фрагмента стыка стен и цокольного перекрытия зданий с проветриваемыми подпольями. Рассмотрены варианты без теплопроводных включений и с кладкой из мелких бетонных блоков по перекрытию. Результаты расчетов показали, что при применении фасадных железобетонных панелей значительно улучшается температурный режим в зоне стыка конструкций, а также снижаются потери тепла.
Ключевые слова: удельная теплозащитная характеристика, трансмиссионные тепловые потери, матричный метод, парциальная теплозащитная характеристика, местная теплозащитная характеристика, энергопотребление.
Для цитирования: Данилов Н.Д., Федотов П.А. Стык стен и цокольного перекрытия без теплопроводных включений для зданий с проветриваемыми подпольями // Жилищное строительство. 2017. № 11. С. 39-42.
N.D. DANILOV, Candidate of Sciences (Engineering) (rss_dan@mail.ru), P.A. FEDOTOV, Engineer M.K. Ammosov North-Eastern Federal University (58, Belinsky Street, Yakutsk, Republic of Sakha (Yakutia), 677000, Russian Federation)
Joint of Walls and a Socle Overlapping without Heat Conductive Inclusions for Buildings with Ventilated Cellars
Numerical analysis of a fragment of the joint of wall and socle overlapping of buildings with ventilated cellars was conducted with the use of the calculation program of three-dimensional temperature fields. Variants without heat conductive inclusions and with the masonry of small concrete blocks along the overlapping are considered. The results of calculation show that the use of facade reinforced concrete panels significantly improves the temperature regime in the zone of joint of structures and reduces the heat losses.
Keywords: specific heat protection characteristics, transmission heat losses, matrix method, partial heat protection characteristic, local heat protection characteristic, energy consumption.
For citation: Danilov N.D., Fedotov P.A. Joint of walls and a socle overlapping without heat conductive inclusions for buildings with ventilated cellars. Zhilishch-noe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 11, pp. 39-42. (In Russian).
В углах наружных ограждений температура значительно ниже, чем на внутренних поверхностях стыкуемых конструкций. Поэтому расчету температуры на внутренней поверхности наружного угла ограждений зданий уделяется значительное внимание [1-5]. Угловые соединения цокольных перекрытий зданий с проветриваемыми или холодными подпольями с наружными стенами, а также теплопроводные включения в перекрытиях значительно снижают температуру внутренних поверхностей ограждений [6-8]. При строительстве зданий с монолитным железобетонным каркасом кладку из мелких бетонных блоков осуществляют непосредственно по цокольному перекрытию. Численный анализ с применением программы расчета показал, что в пространственном углу температура составляет всего 4оС [8]. Рассматривались варианты размещения теплоизоляции, при которых температура в углу, сформированном стенами и цокольным перекрытием, обеспечивалась бы в нормативных пределах, т. е. выше температуры точки росы [7-9]. При наиболее рациональном решении стыка стен с цокольным перекрытием [8] температура в пространственном углу получается выше температуры точки росы, но имеются хоть и локальные, но теплопроводные включения. Температура по
11'2017 ^^^^^^^^^^^^^
ним, даже при применении армированного пенобетона, значительно ниже, чем нормируемая температура поверхности пола, равная 19оС [8]. Возможно ли решение данного стыка без теплопроводных включений?
При строительстве жилых и общественных зданий с холодными или проветриваемыми подпольями широко используется технология возведения их каркаса из монолитного или сборного железобетона.
Предлагается конструкция решения углового стыка стены и цокольного перекрытия без теплопроводных включений, основанная на применении фасадных железобетонных панелей (рис. 1). После монтажа каркаса здания и фасадных панелей на цокольное перекрытие производится укладка (заливка) утеплителя. Причем теплоизоляция размещается не с внутренней поверхности многослойной стены, а с внутренней поверхности фасадных панелей. Такое размещение теплоизоляции цокольного перекрытия позволяет применение фасадных навесных панелей (Полезная модель РФ 85176 / Данилов Н.Д., Собакин А.А., Семенов А.А. Заявл. 15.04.2009. Опубл. 27.07.2009. Бюл. № 21; Полезная модель РФ 127100 / Данилов Н.Д., Собакин А.А. Заявл. 25.12.2012. Опубл. 20.04.2013. Бюл. № 11) и способа
- 39
Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
16
1990
13
ИР:
5 4
14
12
9
15
11
1680
4 3 2 1
7
8
уд Рис. 1. Конструкция решения углового стыка стены и цокольного перекрытия без теплопроводных вютчений, основанная на применении фасадных железобетонных пан&1ей: 1 — свайный фундамент; 2 — монолитное железобетонное перекрытие; 3 — колонна; 4 — железобетонная панель; 5 — железобетонная шпонка; 6 — крюк; 7, 8, 9-закладныедетши;10—утетителъизпе-нополистирола; 11 — цементно-песчаная стяжка; 12 — утеплитель стены из пенополистирола; 13 — внутренняя облицовка из гипсокартонных листов; 14 — коннекторы; 15 — линолеум; 16 — западные детали для соединения с верхней панелью
Рис. 2. Пространственный фрагмент ограждения: 1 — монолитное железобетонное перекрытие; 2 — утеплитель из пенополистирола; 3 — цементно-песча-ная стяжка; 4 — линолеум; 5 — утеплитель стены из пенополистирола; 6 — железобетонная панель; 7 — штукатурка из цементно-песчаного раствора по сетке, натянутой на коннекторах
монтажа наружной стены с их применением [10]. На поверхности теплоизоляции цокольного перекрытия устраивается стяжка, наружная кромка которой доводится до проектной линии размещения внутренней поверхности утеплителя стены. После определенного технологического перерыва к внутренним поверхностям стеновых панелей производится крепление плит теплоизоляции начиная с верхней поверхности утеплителя перекрытия. Внутренняя оболочка стены в виде листовых материалов прикрепляется по утеплителю (после размещения пароизоляционного материала) к фасадной навесной панели с помощью коннекторов [10]. При выборе материала с соответствующим сопротивлением паропроницанию на поверхность теплоизоляции вместо листового материала может быть нанесена штукатурка по сетке, натянутой на коннекторах (Полезная модель РФ 109166. Многослойная стена здания с фасадными панелями вертикальной разрезки / Антипкина Т.С., Данилов Н.Д., Мансуров Д.Л., Петрова Е.П., Семенов А.А., Собакин А.А., Тальникова Т.Н. Заявл. 30.05.2011. Опубл. 10.10.2011. Бюл. № 28). Далее устраивается покрытие пола, производится отделка поверхности стены и укладывается плинтус. При таком конструктивном решении полностью исключается наличие теплопроводных включений в угловом стыке «стена -цокольное перекрытие» (рис. 1).
Подана заявка на полезную модель, получено решение ФИПС от 17.01.2017 о выдаче патента на полезную модель по заявке № 2016130362/03(047265).
Предполагается, что рассматриваемое конструктивное решение узла стены и цокольного перекрытия приведет к увеличению сопротивления теплопередаче углового стыка и повышению температуры поверхности пола вследствие полного исключения теплопроводных включений.
Для оценки положительного влияния стыка конструкций на теплозащитные качества ограждений проведены расчеты с применением программы расчета пространственных температурных полей [4]. Задачей расчетов было выявление температуры в углах примыкания конструкций, а также
определение приведенного сопротивления теплопередаче фрагмента ограждений и потерь тепла. Рассматриваемый пространственный фрагмент ограждений приведен на рис. 2. Толщина слоев стены: цементно-песчаный раствор -0,03 м; пенополистирол - 0,2 м; фасадная ж/б панель - 0,08 м. Конструкция цокольного перекрытия: линолеум - 0,002 м цементно-песчаная стяжка - 0,04 м; пенополистирол - 0,3 м ж/б перекрытие - 0,2 м. Расчетная температура: 4 = 21оС 4 = -52оС. Коэффициенты теплопроводности: пенополистирола - 0,04 Вт/(м-°С); железобетона - 1,92 Вт/(м-°С); цемент-но-песчаного раствора - 0,76 Вт/(моС); линолеума - 0,33 Вт/ (моС). По внутреннему обводу фрагмента площадь ограждений составляет 1,68-1,68-3 = 8,4672 м2. Шаг сетки принят кратно 0,01 и 0,02 м. Только толщина линолеума введена в соответствии с его размером. Получены следующие результаты расчета: приведенное сопротивление теплопередаче Ro = 5,277 м2оС/Вт; тепловые потери через фрагмент ограждений Q = 117,128 Вт; температура в пространственном углу Тв = 14,247оС, а в двухмерном углу Тв= 17,717оС. Сопротивление теплопередаче стен Ro = 5,24 м2оС/Вт; цокольного перекрытия - Ro = 7,821 м2оС/Вт. В данном случае температура в пространственном углу существенно выше температуры точки росы (^ = 11,62оС), а в двухмерном углу приближается к нормируемой температуре поверхности пола.
Рассмотрен фрагмент одного из применяемых в данное время вариантов ограждений. Стена из мелких бетонных блоков толщиной 0,19 м. Толщины остальных слоев: теплоизоляция из пенополистирола - 0,2 м; внутренняя штукатурка из цементно-песчаного раствора - 0,02 м, а наружная - 0,03 м. Для упрощения расчетных операций кладка из мелких бетонных блоков по цементно-песчаному раствору принята как один материал с коэффициентом теплопроводности 0,798 Вт/(моС). Сопротивление теплопередаче стены Ro = 5,462 м2оС/Вт. Конструкция цокольного перекрытия принята такой же, как и при варианте с фасадными панелями. От внутреннего пространственного угла до краев фрагмента приняты такие же размеры, как и в первом варианте. Про-
6
2
5
7
4
3
9
1
Научно-технический и производственный журнал
Structural calculations
грамма расчета выдала следующие значения: приведенное сопротивление теплопередаче Д = 3,38 м2оС/Вт; температура в пространственном углу Тв = 2,414оС, а в двухмерном углу Тв = 9,916оС. Температура в углах обоих вариантов получилась ниже точки росы, а приведенное сопротивление фрагмента ограждения ниже Д варианта с железобетонными фасадными панелями в 1,56 раза. Соответственно потери тепла составили 0 = 182,875 Вт. Снижение приведенного сопротивления теплопередаче вызвано увеличением толщины стены в 1,42 раза по сравнению с вариантом с фасадной панелью. Как следствие, повышается площадь теплоотдаю-щей поверхности (условное сопротивление теплопередаче стены в 1,04 раза больше, чем при варианте с фасадными панелями).
При определении тепловых потерь здания и приведенного сопротивления теплопередаче ограждений нужно применять методику, разработанную авторами [4, 6-9] и внесенную в СП 50.13330.2013. В п. Е.4 свода правил приведена формула, по которой определяются удельные потери теплоты через точечную теплотехническую неоднородность, которую можно применить и в случае расчета пространственных углов ограждающих конструкций. Только в данном случае термин «точечная теплотехническая неоднородность», возможно, следует заменить словом «локальная пространственная теплотехническая неоднородность».
Потери теплоты через узел, содержащий локальную теплотехническую неоднородность, определенные на основании расчета температурного поля, составили 0к = 117,128 Вт. Потери тепла через фрагменты стен, определенные без учета влияния углов, равны:
0 = = (21 - (-52))-1,68-1,68-2/5,24 = 78,639 Вт,
а через цокольное перекрытие:
0 = (tв-tн)F/R0 = (21 - (-52))-1,68-1,68/7,821 = 26,344 Вт.
Список литературы
1. Степанов В.С., Поспелова И.Ю. Исследование процессов теплообмена в зоне наружного стыка ограждающих конструкций // Известия вузов. Строительство. 2003. № 2. С. 82-86.
2. Самарин О.Д. Расчет температуры на внутренней поверхности наружного угла здания с современным уровнем теплозащиты // Известия вузов. Строительство. 2005. № 8. С. 52-56.
3. Самарин О.Д. К вопросу об определении температуры в наружном углу здания. Строительная физика в XXI веке: Материалы научно-технической конференции. М.: НИИСФ РААСН, 2006. С. 104-107.
4. Данилов Н.Д., Шадрин В.Ю., Павлов Н.Н. Прогнозирование температурного режима угловых соединений наружных ограждающих конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 4. С. 20-22.
5. Самарин О.С. Оценка минимального значения температуры в наружном углу здания при его скруглении // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 8. С. 34-36.
6. Данилов Н.Д. Температурный режим цокольного перекрытия в зданиях с холодными подпольями // Жилищное строительство. 1999. № 10. С. 24-26.
Потери теплоты через фрагменты ограждений без учета влияния углов:
Qk = 104,983 Вт.
Дополнительные потери теплоты через локальную пространственную теплотехническую неоднородность определены по формуле:
&Qk=Qk~Qk = 117,128 - 104,983 = 12,145 Вт.
Удельные потери теплоты через фрагмент пространственного угла стен и цокольного перекрытия составили:
Xk=AQk/(tB-tJ = 12,145/(21 - (-52)) = 0,166Вт/оС.
Для стены с кладкой:
Xk=AQk/(tB-tH) = 77,892/(21 - (-52)) = 1,067.
Таким образом, предлагаемое конструктивное решение стыка стены и цокольного перекрытия, основанное на применении фасадных железобетонных панелей, не только позволит решить проблему температурного режима цокольных перекрытий зданий с проветриваемыми или холодными подпольями, но и приведет к снижению тепловых потерь. Следует отметить, что в зданиях с железобетонным каркасом имеются теплопроводные включения в цокольных перекрытиях, сформированные системой «свая - перекрытие - колонна». Их влияние на теплозащитные свойства ограждения будет изучено дополнительно. Методика представления фрагмента теплозащитной оболочки здания в виде набора независимых элементов, каждый из которых влияет на тепловые потери [11-12], позволяет проследить последовательность такого подхода.
References
1. Stepanov V.S., Pospelova I.U. The study of heat transfer processes in the zone of the outer joint of walling. Izvestiya vuzov. Stroitelstvo. 2003. No. 2, pp. 82-86. (In Russian).
2. Samarin O.D. Calculation of the temperature on the inner surface of the outer corner of the building with a modern level of thermal protection. Izvestiya vuzov. Stroitelstvo. 2005. No. 8, pp. 52-56. (In Russian).
3. Samarin O.D. To a question of determination of temperature in an external corner of the building. Construction physics in the XXI century: Materials of scientific and technical conference. Moscow: NIISF RAASN. 2006, рр. 104-107. (In Russian).
4. Danilov N.D., Shadrin V.Yu., Pavlov N.N. Forecasting of temperature condition of angular connections of the the protecting designs. Promyshlennoe i Grazhdanskoe Stroitel'stvo. 2010. No. 4, pp. 20-21. (In Russian).
5. Samarin O.D. Otsenka of the minimum value of temperature in an external corner of the building at its rounding off. Promyshlennoe i Grazhdanskoe Stroitel'stvo. 2014. No. 8, pp. 34-38. (In Russian).
6. Danilov N.D. Temperature ground floors in buildings with cold underground. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 1999. No. 10, pp. 24-26. (In Russian).
11'2017
41
Расчет конструкций
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
7. Данилов Н.Д., Федотов П.А. Теплоэффективное решение углового соединения цокольного перекрытия и стены монолитных зданий с холодными подпольями // Жилищное строительство. 2012. № 2. С. 1-2.
8. Данилов Н.Д., Собакин А.А., Федотов П.А. Оптимальное утепление стыка стен каркасно-монолитных зданий с проветриваемыми подпольями // Жилищное строительство. 2016. № 1-2. С. 28-31.
9. Данилов Н.Д., Федотов П.А., Акимова Н.С., Петров Д.Ф. Анализ вариантов утепления с наружной стороны угловых соединений цокольного перекрытия и стен каркасно-монолитных зданий с проветриваемыми подпольями: Сборник научных работ XVI Международной научно-практической конференции: Современные концепции научных исследований. Ч. 2. Технические науки. Экономические науки. Москва, 24-25 июля 2015. С. 160-162.
10. Патент РФ 2473754. Способ монтажа наружной стены с применением фасадных панелей / Антипкина Т.С., Данилов Н.Д., Семенов А.А., Собакин А.А. Заявл. 15.07.11. Опубл. 27.01.2013. Бюл. № 3.
11. Гагарин В. Г., Козлов В.В. Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 4-12.
12. Гагарин В.Г., Неклюдов А.Ю. Учет теплотехнических не-однородностей ограждений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 3-7.
7. Danilov N.D., Fedotov P.A. The heateffective solution of angular connection of socle overlapping and a wall of monolithic buildings with cold undergrounds. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012. No. 2, pp. 1-2. (In Russian).
8. Danilov N.D., Sobakin A.A., Fedotov P.A. Optimal insulation of wall junction of frame-monolithic buildings with ventilated cellars. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2016. No. 1-2, pp. 28-31. (In Russian).
9. Danilov N.D., Fedotov P.A. Akimova N., Petrov D. Analysis of heat insulation options of socular overlapping angular joints and walls of framed-monolithic buildings with ventilated undergrounds from the outer side. Collection of materials XVI of international scientific and practical conference. Part 2. Technical sciences. Economic Sciences. Moscow. 2015, July 24-25, pp. 160-162. (In Russian).
10. Patent RF 2473754. Sposob montazha naruzhnoj steny s primeneiem fasadnykh panelei [A way of installation of an external wall use of front panels]. Antipkina T.S., Danilov N.D., Semyonov A.A, Sobakin A.A., Declared 15.07.11. Published 1.27.2013. Bulletin No. 3. (In Russian).
11. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Theoretical prerequisites of calculation of the specified resistance to a heat transfer of the protecting designs. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 4-12. (In Russian).
12. Gagarin V.G., Neklyudov A.Yu. Accounting of heattechnical protections not of uniformity when determining thermal load of the system of heating of the building. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2014. No. 6, pp. 3-7. (In Russian).
шшООшшАшшш
В Ярославле построили жилой дом с использованием новой технологии 3D-печати
Строительная 3D-nечать - неоднозначное, но быстро развивающееся направление строительной технологии. В создании 3D-принтеров для укладки строительных смесей соревнуются инженеры многих стран мира. Технология включает следующие этапы: создание на компьютере трехмерной модели объекта, деление модели на слои в поперечном сечении, послойную экструзию смеси на основе цемента в соответствии с моделью, отвердевание материала до завершения формирования объекта.
В специальную программу загружается файл модели, а специально автоматизированное устройство, называемое принтером, укладывает строительный раствор - в результате получается готовый элемент заданной формы и размера. Главным преимуществом данной технологии является то, что «напечатать» можно элемент любой конфигурации, сложной формы, что существенно расширяет дизайнерские возможности и скорость строительства.
Реализация проекта дома в Ярославской области стартовала в 2015 г. Общая площадь строения составила 298,5 м2. Стены, декоративные элементы, башню «напечатали» на строительном 3D-принтере на территории завода, готовые конструкции доставили к месту строительства и собрали на фундаменте. Затем строители смонтировали крышу, провели внутреннюю отделку и подключили строение к коммуникациям.
Для печати жилого дома был использован строительный принтер S-6044 производства «АМТ-СПЕЦАВИА» - модель портального типа с рабочим полем 3,5x3,6x1 м. Печать производится слоями высотой 10 мм и шириной от 30 до 50 мм. Скорость печати стен до 15 м2/ч.
Сооружение полностью соответствует правилам и нормам индивидуального жилищного строительства (ИЖС). Для него сделан проект, получено разрешение на строительство, оформлен паспорт БТИ.
