CC BY
10Расчет конструкций
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 699.86
Н.Д. ДАНИЛОВ, канд. техн. наук ([email protected]), ПЛ. ФЕДОТОВ, инженер, Северо-Восточный федеральный университет (Якутск, Республика Саха (Якутия)
Теплоэффективное решение углового соединения цокольного перекрытия и стены монолитного здания с холодным подпольем
Рассмотрена проблема, связанная с угловым соединением цокольного перекрытия и наружной стены здания с проветриваемыми подпольями. При монолитном каркасе здания образуется теплопроводное включение монолитная плита цокольного перекрытия - кладка из мелких бетонных блоков, что вызывает снижение температуры пола и приведенное сопротивление теплопередаче. Рекомендовано конструктивное решение, при котором значительно снижается влияние теплопроводных включений. Проведены теплотехнические расчеты с применением программы расчета пространственных температурных полей.
Ключевые слова: здания, монолитный каркас, цокольное перекрытие, наружная стена, подполье, теплопроводные включения, теплотехнический расчет, температура, сопротивление теплопередаче.
В северной строительно-климатической зоне особенное внимание необходимо уделять теплопроводным включениям в цокольных перекрытиях зданий, так как они возводятся с холодными и проветриваемыми подпольями. Теплопроводные включения в цокольных перекрытиях зданий оказывают непосредственное влияние на температурный режим пола.
Согласно СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» для теплотехнически неоднородных наружных ограждающих конструкций, содержащих углы, проемы, соединительные элементы между наружными облицовочными слоями (ребра, шпонки, стержневые связи), сквозные и несквозные теплопроводные включения, осуществляют теплотехнический расчет выбранных конструктивных решений на основе расчета температурных полей.
На основе исследований [1], проведенных в 1990-х гг., дана рекомендация: «В цокольных перекрытиях зданий с холодными подпольями кроме локальных допускаются и протяженные теплопроводные включения (железобетонные ростверки, фундаментные балки и др.), если температура поверхности пола по ним не ниже нормируемой температуры внутренней поверхности наружных стен, размещенных над ними, и не ниже нормируемой температуры пола, если теплопроводные включения располагаются под внутренними стенами или перегородками» в ТСН 23-343-2002 Республики Саха (Якутия) «Теплозащита и энергопотребление жилых и общественных зданий».
Значительное снижающее воздействие на величину сопротивления теплопередаче и на температурный режим пола оказывают угловые соединения перекрытий со стенами.
В данное время при строительстве жилых и общественных зданий широко используется технология возве-
дения каркаса из монолитного железобетона. На монолитное перекрытие в пределах каждого этажа производится кладка из мелких бетонных блоков, на которые с наружной стороны крепятся теплоизоляционные плиты. При этом на цокольном перекрытии образуется теплопроводное включение железобетонное перекрытие - кладка из мелких бетонных блоков (рис. 1), значительно снижающее сопротивление теплопередаче углового соединения стена - цокольное перекрытие, а также вызывающее снижение температуры поверхности пола первого этажа. Некоторые проектные организации рекомендуют утеплять угловое соединение стены с цокольным перекрытием с наружной стороны. При таком варианте уве-
нолитная железобетонная плита перекрытия; 2 — пенополисти-рол; 3 — цементно-песчаная стяжка; 4 — линолеум; 5 — мелкие бетонные блоки; 6 — цементно-песчаный раствор; 7 — минерало-ватные плиты; 8 — вентилируемая воздушная прослойка; 9 — фасадные панели
36
22012
Научно-технический и производственный журнал
Расчет конструкций
Рис. 2. Фрагмент решения углового соединения цокольного перекрытия и стены монолитного здания после укладки балки: 1 — монолитное цокольное перекрытие; 2 — опоры из железобетона или легких конструкционных бетонов; 3 — железобетонная балка
личивается площадь теплоотдающеи поверхности, что снижает эффект применения дополнительного слоя теплоизоляции. Кроме того, технологически сложно производить утепление цокольного перекрытия снизу, при не-значительнои высоте подполья.
Предлагается изменить конструктивное решение цокольного перекрытия монолитно возводимых здании, практически исключающее влияние теплопроводного включения (рис. 2). При заливке монолитного цокольного перекрытия дополнительно предусматриваются железобетонные локальные опоры с шириной, равноИ ширине мелкого бетонного блока, размещенные с шагом три метра и более, на которые укладываются железобетонные балки, имеющие такую же ширину. На балки в пределах этажа производится кладка из мелких бетонных блоков. На остальных этажах кладка производится непосредственно на междуэтажные перекрытия. Остающийся зазор между цокольным перекрытием и балкой позволяет разместить между ними утеплитель.
Для оценки влияния теплопроводного включения на теплозащитное свойство ограждения проведены теплотехнические расчеты с применением программы расчета двухмерных температурных полей, на которую в 2006 г. получен сертификат соответствия органа по сертификации программной продукции в строительстве Госстандарта России.
Рассмотрен фрагмент углового соединения со следующими параметрами: высота стены 1,194 м; длина цокольного перекрытия от внутренней поверхности стены 3 м; толщина теплоизоляции в цокольном перекрытии (пенополистирол) 0,3 м; в стене (минерало-ватные плиты) 0,2 м. Расчетные температуры: = 21оС, tвxt = -54оС. Коэффициенты теплопроводности: пенополи-стирола - X = 0,041 Вт/(м-°С), минераловатной плиты -X = 0,042Вт/(м-оС), железобетона - X = 1,92 Вт/(м-оС), мелких бетонных блоков - X = 0,56 Вт/(моС).
При осуществлении кладки непосредственно по цокольному перекрытию приведенное сопротивление теплопередаче Я¡) = 5 м2оС/Вт. Если размещать под балкой (рис. 2) теплоизоляцию толщиной 0,2 м, то приведенное сопротивление теплопередаче повышается до Я0Г = 5,75м2-оС/Вт (эта величина получена с учетом влия-
ния участка с железобетонной опорой). Разница составляет 22,8%, что весьма существенно. Кроме того, значительно повышается температура угла (в зоне плинтуса). При укладке блоков непосредственно по цокольному перекрытию температура угла составляет 11,4оС, что ниже температуры точки росы td = 11,62оС. В данном случае рассмотрено применение керамзитобетонных блоков плотностью 1400 кг/м3. При возведении стены из мелких блоков из тяжелого бетона температура будет еще ниже. При размещении под балкой слоя теплоизоляции температура угла повышается до 16оС. Это способствует повышению температуры всей поверхности пола. Но при проведении сечения по локальной железобетонной опоре расчет по программе расчета двухмерных температурных полей выдает очень низкую температуру угла: тя = 2,6оС. Причина в том, что в данном случае программа расчета двухмерных температурных полей рассматривает локальную опору как протяженный элемент. Для получения более точных результатов следует применить программу расчета трехмерных температурных полей.
Проведены расчеты с применением программы расчета трехмерных температурных полей [2]. Получены следующие результаты: Я¡) = 5,61 м2-оС/Вт; т ^ = 9,4оС. Как показывают результаты расчета, применение программы расчета двухмерных температурных полей и определение приведенного сопротивления по формулам (9) и (10) СП-23-101-2004 приводит к несколько завышенным значениям Я0Г. Так как температура угла по локальной опоре получается ниже, чем температура точки росы, то следует пересмотреть конструктивное решение. Увеличение толщины утеплителя приведет к удорожанию строительства. Целесообразно при заливке локальных опор использовать конструкционные легкие бетоны [3]. При применении материала с коэффициентом теплопроводности X = 0,67 Вт/(моС) показатели соответствуют нормативным требованиям: Я0Г = 5,77 м2-оС/Вт; т^ = 12,7оС.
Дополнительные затраты, связанные с применением железобетонной балки, компенсируются уменьшением расхода теплоизоляционного материала. Предлагаемое решение позволяет повысить температуру поверхности пола.
Для внедрения в строительство предлагается построить экспериментальный объект, который наглядно покажет преимущество предлагаемого решения углового соединения цокольного перекрытия со стеной.
Список литературы
1. Данилов Н.Д. Температурный режим цокольного перекрытия в зданиях с холодными подпольями // Жилищное строительство. 1999. № 10. С. 24-26.
2. Данилов Н.Д., Шадрин В.Ю., Павлов Н.Н. Анализ влияния локальных теплопроводных включений на температурный режим ограждающих конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2009. № 6. С. 32-33.
3. Ярмаковский В.Н., Семченков А.С. Конструкционные легкие бетоны новых модификаций - в ресурсо-энергосберегающих строительных системах зданий // ACADEMIA. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 176-186.
22012
37
