CC BY
34Материалы и конструкции
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
УДК 69.057.13:624.078
В.В. ДАНЕЛЬ, канд. техн. наук
Московский государственный строительный университет (129337, Москва, Ярославское ш., 26)
г ■ 1 _
Трехслойные наружные стеновые панели
о с» ^
с повышенной несущей способностью
Предложены конструкции трехслойных наружных стеновых панелей с наружным и внутренним несущими слоями, которые могут быть использованы в качестве цокольных, а при наличии наружного утепляющего слоя - в виде навесного фасада или витрин и на нижних этажах. Даны рекомендации по конструкции горизонтальных стыков наружных стеновых панелей. Использование предлагаемых панелей актуально по двум причинам. Во-первых, оно позволит более равномерно распределить нагрузку по поверхности фундамента и соответственно уменьшить концентрацию напряжений, уменьшить расход материалов. Во-вторых, расширит возможности использования трехслойных наружных панелей в качестве несущих конструкций первых нежилых этажей, требующих увеличенных размеров оконных и дверных проемов.
Ключевые слова: трехслойная наружная стеновая панель с наружным и внутренним несущими слоями, связь, фундамент, горизонтальный стык наружных стеновых панелей, вут, ребро, сейсмостойкость, надежность, несущая способность.
V.V. DANEL, Candidate of Sciences(Engineering), Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoye Highway, 129337, Moscow, Russian Federation)
Three-layer external wall panels with improved bearing capacity
Designs of three-layer external wall panels with external and internal bearing layers which can be used as basement ones and at availability of an external heat insulating layer can be used as a suspended facade or as shop window and at lower storeys are offered. Recommendations on designs of horizontal joints of external wall panels are made. It is best to use these panels for two reasons. Firstly, it makes it possible to distribute the loading on the foundation surface more uniformly and to reduce the concentration of stresses and lower the material consumption. Secondly, it expands opportunities to use three-layer external panels as bearing structures of the first non-residential floors which need increased sizes of window and door openings.
Keywords: three-layer external wall panel with external and internal bearing layers, tie, foundation, horizontal joint of external wall panels, haunch, rib, earthquake stability, bearing capacity.
Превращение первых этажей из жилых в нежилые стало массовым явлением на центральных улицах городов. На месте квартир на первых этажах появляются магазины, юридические консультации, турагентства, предприятия бытового обслуживания и др. Не обошла эта тенденция с переделыванием оконных проемов в дверные и панельные здания.
Комбинаты крупнопанельного домостроения должны учитывать тенденцию использования первых этажей в качестве нежилых в выпускаемых сериях домов. Помещения на первых этажах будут пользоваться спросом у предпринимателей.
Конструкции первых нежилых этажей крупнопанельных зданий должны иметь свои особенности. Одна из них - наличие значительного количества дверных проемов вместо оконных, увеличенные размеры оконных проемов в наружных панелях.
Количество этажей в домах с трехслойными наружными стеновыми панелями с наружным и внутренним несущими слоями зависит от климатического района, в котором предполагается строительство. Можно увеличить количество нижних этажей с их использованием, если утеплить панели снаружи, например используя навесной фасад. В противном случае температурные деформации могут вызвать недопустимые усилия в наружных слоях и связях.
При внутреннем несущем слое и определенных связях между наружным и внутренним железобетонными слоями
Рис. 1. Трехслойная стеновая наружная панель с оконным проемом со связями постоянного поперечного сечения. Поперечные сечения I—I и II—II панели (утеплитель условно не показан): 1 — наружный несущий слой; 2 — внутренний несущий слой; 3 — утеплитель; 4 — связи; 5 — огнезащитные железобетонные слои; 6 — вуты
11-11
^ /^ ^ ' \\ ^ ^ / АЛЛ^/j/jyl
6 4 3 2 4 6
48
7'2014
ЖИЛИЩНОЕ
Научно-технический и производственный журнал
Л
Materials and structures
Рис. 3. Трехслойная стеновая панель для 1-го этажа зданий повышенной этажности с вертикальными ребрами железобетонных слоев: 1 — наружный несущий слой; 2 —внутренний несущий слой; 3 — утеплитель; 4 — связи; 5 — огнезащитные железобетонные слои; 6 — вуты; 7 — ребра
Рис. 2. Поперечное сечение II—II панели со связями переменного поперечного сечения (обозначения аналогичны рис. 1)
нагрузка в пределах панели частично передается с внутреннего слоя на наружный. Если у стыкуемых панелей несущий слой только внутренний, возникает дополнительный переменный по высоте панели эксцентриситет. В результате при сжатии панель будет выгибаться в наружную сторону.
При опирании рядовой наружной стеновой панели на панель с наружным и внутренним несущими слоями схема передачи сжимающего усилия другая.
Рассмотрим два варианта конструкций трехслойных наружных стеновых панелей с наружным и внутренним несущими слоями для 1-го этажа. Для уменьшения температурных деформаций наружного слоя их надо применять с навесным фасадом. Условно гибкие связи между слоями не показаны.
Вариант 1. Трехслойная стеновая панель для 1-го этажа зданий повышенной этажности включает наружный 1, внутренний 2 несущие железобетонные слои, теплоизоляционный слой 3, дискретные бетонные армированные связи 4 между слоями 1 и 2 и торцевые защитные железобетонные слои 5 (рис. 1). Дискретные связи расположены горизонтальными и вертикальными рядами по площади панелей с размещением нижнего ряда связей по нижнему торцу панели с возможностью перераспределения вертикальной нагрузки на наружный и внутренний слои, при этом дискретные связи нижнего ряда выполнены в виде вертикально ориентированных ребер.
Возможно размещение дискретных связей верхнего горизонтального ряда по верхнему торцу панели. Дискретные связи могут иметь переменное поперечное сечение (рис. 2). Наружный слой может иметь вуты в нижней части.
Изгибающие моменты от эксцентриситета локализуются в связях, размещенных по нижнему и верхнему торцам панели. Благодаря этому наружный слой работает в более благоприятных условиях и его можно использовать в качестве второго несущего слоя панели. Кроме того, в стыке появляется возможность передачи нагрузки от внутреннего несущего слоя к наружному: в результате на наружный слой второй панели передается до 40% нагрузки. Разгружаются промежуточные связи, расположенные между верхним и нижним торцами панели.
Вариант 2. Трехслойная стеновая панель для 1-го этажа зданий повышенной этажности с вертикальными ребрами наружного железобетонного слоя со стороны утеплителя (рис. 3). Дискретные связи расположены горизонтальными и вертикальными рядами между вертикальными ребрами и внутренним несущим железобетонным слоем с размещением нижнего ряда связей по нижнему торцу панели с возможностью перераспределения вертикальной нагрузки на наружный и внутренний слои; при этом дискретные связи нижнего ряда выполнены в виде вертикально ориентированных ребер. Дискретные связи верхнего горизонтального ряда могут быть размещены по верхнему торцу панели. Кроме того, внутренний несущий слой также может иметь ребра со стороны утеплите-
4 7
III-III
ш
6 4
III-III
m
X йМду^
5 6 4
Рис. 4. Сечения Ш—Ш панелей с вутами ребер: а — у нижнего торца панелей; б — у верхнего и нижнего торцов панелей (обозначения аналогичны рис. 1—3)
а
Материалы и конструкции
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 6. Варианты исполнения горизонтального стыка цокольной панели с наружным и внутренним несущими слоями с рядовой панелью наружной стены 1-го этажа: обозначения 1—7 аналогичны рис. 1—4; 8 — растворный шов; 9 — гидроизоляционный участок; 10 — утепляющий вкладыш; 11 — монолитный железобетонный участок с непрерывной горизонтальной арматурой; 12 — петлевые выпуски из плит перекрытия
Навесной фасад
Рис.7. Варианты горизонтальных стыков между рядовыми наружными панелями с внутренним несущим слоем: обозначения аналогичны рис. 6
Рис. 5. Поперечное сечение наружной стены по цокольной панели и панелям 1-го и 2-го этажей
Рис. 8. Сечение наружной стены по цокольной панели и панелям 1-го и 2-го этажей с навесным фасадом по верхней части цокольной панели и панели 1-го этажа
а
М
ля напротив ребер наружного слоя. В этом случае дискретные связи будут расположены между ребрами. Ребра могут иметь вуты: либо в нижней части, либо в верхней, либо и в нижней и в верхней (рис. 4). Наличие вутов благоприятно влияет на распределение усилий между элементами трехслойной панели.
Благодаря перераспределению усилий между внутренним и наружным слоями, превращению с помощью вышеназванных конструктивных мероприятий наружного слоя в несущий нагрузка на внутренний слой уменьшается. Это позволяет увеличить несущую способность панели либо толщину теплозащитного слоя за счет уменьшения толщины внутреннего железобетонного. В ряде случаев уменьшение толщины внутреннего слоя в свою очередь позволит уменьшить величину эксцентриситета от опирания плит перекрытий.
Вариант 3. Цокольная трехслойная стеновая панель с внутренним и наружным несущими слоями. Из
наружных стеновых панелей наиболее нагруженными являются цокольные. Трехслойные наружные стеновые па-
5о| -
нели позволяют создать необходимый тепловой режим в цокольном этаже. При этом в отличие от рядовых наружных стеновых панелей к бетону наружного слоя цокольных панелей предъявляются повышенные требования по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости. На цокольную панель действует боковое давление грунта, увеличивающееся при складировании на этом грунте материалов, проезде или стоянке спецавтотранспорта. Технологи знают, что для обеспечения необходимой степени морозостойкости недостаточно только подобрать соответствующий состав бетона. Необходим еще и определенный тепловой режим для его твердения - не более 45-50оС. Поэтому форму с наружной цокольной стеновой панелью нельзя отправлять в одну пропарочную камеру вместе с рядовыми панелями.
Необходимо, чтобы наружный слой трехслойной стеновой панели воспринимал кроме бокового давления грунта и часть вертикальной нагрузки от вышележащих этажей. Это позволило бы более равномерно распределить нагрузку по конструкции фундамента и уменьшить концентрацию
^^^^^^^^^^^^^ 72014
Научно-технический и производственный журнал
Materials and structures
Рис. 9. Вариант исполнения горизонтального стыка между панелями цокольного и 1-го этажей с наружным и внутренним несущими слоями. Навесной фасад условно не показан: 1 — наружный несущий слой; 2 — внутренний несущий слой; 3 — утеплитель; 4 — связи; 6 — вуты; 7 — ребра; 8 — растворный шов; 9 — гидроизоляционный участок; 10 — утепляющий вкладыш; 11 — монолитный железобетонный участок с непрерывной горизонтальной арматурой; 12 — петлевые выпуски из плит перекрытия
Рис. 10. Фрагмент стыка между панелями 1-го этажа с наружным и внутренним несущими слоями и рядовой панелью наружной стены 2-го этажа с внутренним несущим слоем (см. рис. 8) при наличии навесного фасада по наружным поверхностям стеновых панелей 1-го и цокольного этажей: 1 — наружный несущий слой; 9 — гидроизоляционный участок; 10 — утепляющий вкладыш; 13 — навесной фасад; 14 — фартук; 15 — герметизирующая мастика
напряжений, уменьшить расход материалов. Цокольная панель, частично находящаяся ниже отметки планировочной засыпки, находится в неравномерных температурных условиях. Нижняя часть панели в отличие от верхней испытывает незначительные температурные деформации. И в целом температурная деформация наружного слоя цокольной панели в вертикальном направлении меньше, чем у наружного слоя рядовой панели. Это позволяет не делать горизонтальный температурный шов между наружными слоями цокольной панели и панели 1-го этажа (патент на полезную модель № 100785. Трехслойная стеновая панель / В.В. Данель, А.Р. Соколов, И.С. Муратова. Зарегистрировано 27.12.2010; патент на полезную модель № 100790. Трехслойная стеновая панель / В.В. Данель, А.Р. Соколов, И.С. Муратова. Зарегистрировано 27.12.2010). Если необходимо полностью исключить попадание влаги через горизонтальные стыки наружных слоев и одновременно обеспечить полную передачу усилий от верхнего наружного слоя на нижний, можно использовать стык, показанный на рис. 5 и 6 (патент на полезную модель № 104579. Стыковое соединение трехслойных стеновых панелей / В.В. Данель. Зарегистрировано 20.05.2011). Так как наружный слой цокольной трехслойной стеновой панели воспринимает боковое давление грунта, его целесообразно усилить вертикальными ребрами.
На рис. 5 показано поперечное сечение наружной стены по цокольной панели и панелям 1-го и 2-го этажей. Цокольная панель выполнена по одной из схем на рис. 4 со следующими отличиями: отсутствует оконный проем (или есть небольшой); ребра равномерно распределены по всему полю панели.
На рис. 6 показаны три варианта исполнения горизонтального стыка цокольной панели с наружным и внутренним несущими слоями с рядовой панелью наружной стены 1-го этажа с внутренним несущим слоем (рис. 5) (патент на по-
лезную модель №104579. Стыковое соединение трехслойных стеновых панелей / В.В. Данель. Зарегистрировано 20.05.2011; патент на изобретение № 2478156. Стыковое соединение трехслойных стеновых панелей / В.В. Данель. Зарегистрировано 27.03.2013. Бюл. № 9). Варианты горизонтальных стыков между рядовыми наружными панелями 1-го и 2-го этажей и выше с внутренним несущим слоем показаны на рис. 7 (рис. 5) [1-3].
На рис. 8 приведено поперечное сечение наружной стены по цокольной панели и панелям 1-го и 2-го этажей с навесным фасадом по верхней части цокольной панели и панели 1-го этажа. Цокольная панель выполнена по одной из схем на рис. 3 со следующими отличиями: отсутствует оконный проем (или есть небольшой) и ребра распределены по всему полю панели. Панель 1-го этажа выполнена по одной из схем на рис. 3. Со 2-го этажа и выше - рядовые панели с внутренним несущим слоем.
На рис. 9 показан вариант исполнения горизонтального стыка между панелями цокольного и 1-го этажа с наружным и внутренним несущими слоями (рис. 8).
На рис. 10 показан фрагмент исполнения горизонтального стыка между панелями 1-го этажа с наружным и внутренним несущими слоями и рядовой панелью наружной стены 2-го этажа с внутренним несущим слоем (рис. 8) при наличии навесного фасада по наружным поверхностям стеновых панелей 1-го и цокольного этажей. Конструкция навесного фасада на рисунках условно не показана.
При грамотном исполнении конструкций цокольного и 1-го этажей дополнительным плюсом к повышению спроса на жилую и нежилые площади, уменьшению температурных деформаций и теплопотерь [3], повышению несущей способности, срока эксплуатации может быть большая выразительность крупнопанельного здания.
Список литературы
References
2.
3.
Данель В.В. Стык наружных стеновых панелей с монолитным железобетонным поясом // Жилищное строительство. 2013. № 7. С. 12-13.
Данель В.В. Способ повышения несущей способности наружных трехслойных стеновых панелей // Жилищное строительство. 2013. № 12. С. 5-8. Федосов С.В., Ибрагимов А.М., Гнедина Л.Ю. Проблемы трехслойных ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2012. № 7. С. 9-12.
Danel V. V. Styk of external wall panels with a monolithic ferroconcrete belt. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013 . No. 7, pp. 12-13. (In Russian). Danel V. V. Way of increase of bearing ability of external three-layer wall panels. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013 . No. 12, pp. 5-8. (In Russian). Fedosov S. V., Ibragimov A.M. Gnedina L.Yu. Problems of three-layer protecting designs. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012 . No. 7, pp. 9-12. (In Russian).
