Стены и эксплуатационные требования к ним

Стены зданий и сооружений выполняют функции ограждения, тепло- и звукоизоляции помещений и составляют около трети стоимости здания. Они весьма различны по материалам и конструкциям (рис. 2.3). Наиболее распространенным типом стен являются несущие, воспринимающие нагрузки от крыши, перекрытий, собственной массы и передающие их на фундамент и далее на основание. Есть стены самонесущие, чаще всего в производственных зданиях: они выполняют функции ограждения, рассчитываются на тепло- и звукоизоляцию, а стоящий рядом с ними каркас воспринимает нагрузки от перекрытий, покрытий и т. п. Есть еще и третий тип стен — фахверковые. Такие стены возводятся в ячейках каркаса-фахверка и несут свою нагрузку только в пределах этой ячейки, а другие нагрузки воспринимает каркас. В этом случае стены возводят из эффективного теплоизоляционного материала, обладающего слабой несущей способностью, но это и не опасно, так как все нагрузки воспринимает фахверк.

В зависимости от материалов стены делятся на две большие группы: деревянные и каменные, в том числе кирпичные, бетонные и железобетонные. В свою очередь деревянные стены могут возводиться из бревен, брусьев или из пиломатериалов с использованием теплоизоляционных материалов (щитовые и каркасные).
 

img-200

Рис. 2.3. Варианты конструкции стен
а — однослойная;    б    — двухслойная с утеплителем с разных сторон; в — трехслойная с утеплителем из разных материалов
Воздействия на стены: 1 — паровоздушной смеси; 2 — обусловленные требованием архитектурной выразительности; 3 — шумов; 4 — давления холодного воздуха; 5 — косого дождя; 6 — колебаний температуры наружного воздуха; 7 — нагрузок Конструктивные элементы стен: I — несущие    элементы; II — теплоизоляция; III — защитный слой

Учет всех воздействующих на стены факторов и предъявляемых к ним эксплуатационных требований (табл. 2.2) позволяет составить принципиальную или обобщенную структурную схему (рис. 2.4), в которой в общем виде сочетаются все их составные части.

Главной и наиболее распространенной причиной ускоренного износа стен, возникновения в них повреждений является периодическое их увлажнение и высыхание в сочетании с знакопеременными перепадами температуры.

Стеновой материал — это обычно трехфазная система: твердое тело, воздух и вода. Характеристика и количественный состав каждой из фаз существенно влияют на эксплуатационные качества стены: чем плотнее твердое тело, тем стена прочнее, но теплопроводнее; чем больше в ней воды, особенно льда,— тем она теплопроводнее, тем ниже ее эксплуатационные качества и быстрее она разрушается. Допустимое количество влаги в материале стены определяется нормами.

Влага в стену проникает несколькими путями: вследствие поглощения — сорбции; из-за капиллярного или диффузионного смачивания; под давлением паровоздушной смеси и диффузией; в результате физико-химических процессов.

Такие пористые материалы, как фибролит, шлакобетон, известь, активно сорбируют влагу; плотные материалы — кирпич, гранит, известняк — относятся к инертносорбирующим влагу.

Сухие материалы лучше противостоят увлажнению, чем влажные.

Красный кирпич обладает высокой влагостойкостью и не содержит растворимых солей, как, например, бетон. Для защиты стен от увлажнения их подвергают гидрофобизации — наносят на них ГКЖ и другие гидрофобные составы, которые хорошо «дышат», пропуская изнутри помещений пар и воздух.

Наибольшее распространение в городском строительстве получили кирпичные стены, но в последние десятилетия стали широко распространяться и крупнопанельные. По конструкции и кирпичные, и крупнопанельные стены весьма разнообразны.

img-201

Кирпичные могут быть сплошными, с вкладышами или засыпкой, с воздушными прослойками — колодцами и др. Крупнопанельные стены различают прежде всего по числу слоев: одно-, двух- и трехслойные (рис. 2.3).

Работа однослойных панелей ясна и однозначна. Однако стремление разделить функции стены — прочность и теплозащиту с целью использования разных материалов выдвигает на первый план слоистые конструкции крупных панелей, изготовленных на заводе. Железобетонные (одна или две) панели в этом случае выполняют несущие функции, а прикрепленный к ним утеплитель — теплоизоляционные. Такое разделение в использовании материалов для стен дает большой экономический эффект по расходу материалов, массе стен, размерам фундаментов, транспортным затратам, мощности кранов для монтажа и др. Именно благодаря этим достоинствам крупнопанельное строительство наполовину вытеснило кирпичное.

Стены должны быть прочными и устойчивыми при воздействии на них всех нагрузок и других факторов, обеспечивать в помещениях требуемый температурно-влажностный режим, звукоизоляцию и другие условия в соответствии с их назначением. Конструктивно стены должны обеспечивать возможность возведения их индустриальными методами и быть экономичными.
 

img-202

Рис. 2.4. Структурная схема стены
Воздействия на стены: 1 — паровоздушной смеси; 2 — обусловленные требованием архитектурной выразительности; 3 — шумов; 4 — давления холодного воздуха; 5 — косого дождя; 6 — колебаний температуры наружного воздуха; 7 — нагрузок Конструктивные элементы стен: I — несущие элементы; II — теплоизоляция: III — облицовка, защитный слой; IV — герметизирующий слой; V — звукоизолирующий слой; VI — пароизоляция, штукатурка; VII — архитектурные формы

Стены рассчитываются на прочность и устойчивость, теплозащиту и звукоизоляцию, а крупнопанельные — и на герметичность стыков.

Исправное состояние зданий, их внешний вид во многом зависят от состояния стен. При неправильном выборе для них материалов, ошибках в расчете или конструировании на стенах появляются пятна, полосы от протечек, промерзания.

Повреждения начинаются в наиболее уязвимых дефектных местах, которыми в стенах чаще всего являются углы и участки пропуска водосточных труб, стыки панелей, перемычки и др. Исправное состояние стен во многом зависит также от качества их эксплуатации, своевременного предупреждения и устранения повреждений, защиты стен от увлажнения.

Наружные поверхности каменных стен в декоративных целях и для защиты их от климатических воздействий отделывают декоративным кирпичом, облицовывают плитками, декоративными офактуренными камнями и в отдельных случаях штукатуркой (штукатурка фасадов, как правило, запрещена). В помещениях с высокой влажностью или мокрыми процессами (бани, прачечные, кухни и др.) наружные стены должны иметь на внутренней поверхности надежную пароизоляцию; при этом не допускается устройство плотного наружного слоя на наружной поверхности, так как это способствует накоплению конденсационной влаги в толще стены, у наружной ее поверхности, подверженной замерзанию и разрушению.

Теплозащитные качества стен наиболее сильно подвержены изменениям. Их снижают высокая начальная влажность (допу
стимая величина ее нормирована для каждого материала), увлажнение стен дождевой водой, проникающей в толщу по мельчайшим пустотам и трещинам.

Надо иметь в виду, что давление теплого воздуха в период отопления зданий всегда выше, чем наружного холодного. Поэтому теплый воздух-—паровоздушная смесь — стремится проникнуть через ограждающую конструкцию — стену (покрытие) наружу. Диффундируя через конструкцию, она попадает в холодную ее зону вблизи наружной поверхности и выпадает в виде конденсата, который, замерзая, разрушает конструкцию. В связи с этим внутреннюю часть стены необходимо конструировать из более плотного материала, чем наружную, а в помещениях с высокой влажностью воздуха ставить на ней пароизоляцию.
Из этого следует, что влагозащитный слой стены (покрытия) должен располагаться с внутренней теплой ее стороны, а наружный слой должен обладать высокими теплозащитными качествами, чтобы плоскость нулевой температуры проходила возможно ближе к наружной поверхности, т. е. чтобы стена неглубоко промерзала. Кроме того, наружный слой должен быть прочным и плотным, обеспечивать осушение стены — пропускать паровоздушную смесь наружу, но не увлажняться косым дождем. Требования эти противоречивы и выполнить их сложно. Радикальное решение данной задачи состоит в устройстве защитного декоративного экрана, отстоящего от теплоизоляционного слоя на некотором расстоянии; но это усложняет и удорожает конструкцию стены.

Трехслойные железобетонные панели на практике оказались неудовлетворительными: они промерзают в местах расположения ребер жесткости, являющихся «мостиками» холода, а из-за уплотнения и деформации мягкого утеплителя внутри панелей промерзают и продуваются в стыках.

Исходя из опыта эксплуатации, наиболее эффективными и экономичными по строительным и эксплуатационным затратам (почти в два раза по сравнению с трехслойными панелями) оказались однослойные панели, в частности из керамзитобетона с объемной массой 1000—1200 кг/м3, с наружным фактурным покрытием перхлорвиниловой покраской и последующей гидро- фобизацией кремнийорганическими соединениями, например 5 %-ным водным раствором ГКЖ-П. Облицовка панелей керамическими плитками замедляет сушку панелей и поэтому менее желательна, чем покраска и последующая гидрофобизация. Правда, гидрофобизацию приходится повторять и в период эксплуатации зданий через шесть-восемь лет.

Однослойные панели стен рекомендуются для помещений с сухим воздухом и нормальным влажностным режимом. В слоистых конструкциях внутренний слой должен обладать более высоким сопротивлением паропроницанию, чем наружный: для помещений с сухим воздухом в 1,2 раза, а для помещений с влажным режимом в 1,5 раза. Выполнение этого требования СНиП позволяет исключить проникновение паровоздушной смеси со стороны помещения и накопление ее в толще стены, особенно в зоне ее промерзания, и как следствие — разрушение. Все это подтверждает особую зависимость технического состояния стены, ее долговечности, а также способности поддерживать в помещении температурно-влажностный режим от влажности ее материала.

Устройство пароизоляции на внутренних поверхностях деревянных стен сокращает их теплопотери более чем наполовину. При насыщении теплоизоляционного слоя влагой его теплозащитные качества резко ухудшаются, что объясняется большой разницей в значениях коэффициента теплопроводности матери-, алов. Так, для воды он равен 0,59 ккал/ч- м-град; для льда — 1 2, для воздуха — 0,22, для минеральной ваты —0,04. Следовательно, если в минеральной вате место воздуха займет вода, а тем более лед, то ее теплопроводность возрастет соответственно в 25 и 100 раз.

Основные теплопотери в крупнопанельных зданиях происходят через стены и окна — около 80 % общих теплопотерь. Потери тепла через окна устраняют путем двойного и тройного остекления, плотной подгонкой и конопаткой оконных коробок и рам. Для стен важцо, чтобы температура их внутренней поверхности отличалась от температуры воздуха в помещении не более чем на 6 °С, а лучше — на 3 °С, ибо в противном случае на стене будет выпадать конденсат. Отсутствие конденсата на внутренней поверхности еще не исключает увлажнения конструкции диффузионной влагой из-за возможной ее конденсации в толще. Опасность такой конденсации проверяется расчетом (см. § 7.1). Если установлена вероятность конденсации накапливающихся паров, то на внутренней поверхности конструкции устраивается надежная пароизоляция.

Теперь, когда известны характеристики конструкций стен и условия их работы, принципиальные структурные схемы стен и основные варианты конструкций, можно перейти к выбору материала и конструкции стен конкретных зданий. Для этого воспользуемся данными табл. 2.2, в которой приведен перечень факторов, воздействующих на стены, сформулированы эксплуатационные требования к стенам и перечислены необходимые конструктивные элементы, отвечающие этим требованиям. Задача специалиста состоит в том, чтобы оценить выбранную конкретную стену здания, сопоставить с показателями указанной таблицы, определить, насколько полно и правильно будут реализованы эксплуатационные требования при проектировании и возведении данной стены, составить инструкции по ее технической эксплуатации.

Конструктивные схемы и виды ограждающих конструкций заглубленных сооружений показаны на рис. 1.3. Основными
эксплуатационными требованиями к ограждающим конструкциям таких сооружений являются их герметичность, водо-, воз- духо и газонепроницаемость.