Расчет и статистический анализ годового хода температуры в контактной зоне защитного слоя железобетонной стеновой панели с анкером крепления навесного фасада

Рассмотрим три вида загружения:

1. Собственный вес конструкции.

2. Собственный вес плюс односторонняя снеговая нагрузка по всей поверхности покрытия.

3. Собственный вес плюс неравномерно распределенная снеговая нагрузка на половине поверхности покрытия.

При симметричной нагрузке максимальное значение сжимающего продольного усилия N оказалось в опорных частях меридиональных ребер (= -5,0 тс); максимальное значение перерезывающей силы - в опорной части (= -1,2 тс) и в узле сращивания элементов меридиональных ребер (= ±0,7 тс); максимальное значение изгибающего момента Му - в узле сращивания (= -0,75 тс-м).

При несимметричном загружении односторонней снеговой нагрузкой максимальное значение сжимающего продольного усилия N определилось в опорной части меридионального ребра со стороны загруженной части шатра (= -2,2 тс). Второй по величине результат располагается с обратной стороны шатра, такой же - на опорной части (= -1,5 тс). В нижней части меридионального ребра со стороны загружения имеются участки со сравнительно малым по величине значением растягивающего усилия (= +0,36 тс). Значение перерезывающей силы также изменилось и приняло максимальные значения в ребре, находя

щемся со стороны загружения на опоре (= -0,7 тс) и в узле сращивания (= ±0,36 тс.). Максимальная величина изгибающего момента Му в узле сращивания (= -0,17 тс-м).

Выполненные расчеты конструкции следует считать предварительными. В них не учитывается совместная работа ребер с обшивками, конструкцию которых еще предстоит уточнить. Не учитывается также длительное действие нагрузки, поскольку со временем возможно появление нелинейных деформаций, вызванных ползучестью древесины, податливостью соединений и перераспределением усилий при несимметричных нагрузках.

Предполагается провести экспериментальные исследования конструкции на модели, а затем в натурных условиях при кратковременных и длительных нагрузках.

Будут варьироваться конструкции соединения элементов оболочки и оптимизироваться очертания меридиональных элементов с целью уточнения конструкции ребер, а также нагрузки, соответствующие различным условиям эксплуатации.

Планируется также исследовать предельные состояния конструкции и разработать предложения по расчету силового сопротивления на любом этапе ее эксплуатации.

Статья поступила 11.09.2014 г.

Библиографический список

1. Линьков В.И. Деформативность соединений деревянных элементов на наклонных ввинченных стержнях // Научно-технический вестник Поволжья. 2013. № 5. С. 247-251.

2. Пространственные конструкции покрытий: уч. пособие / К.П.Пятикрестовский, В.И. Колчунов [и др.]. М.: Изд-во АСВ, 2008, 214 с.

3. Пятикрестовский К.П. Пространственные конструкции

покрытий из древесины: уч. пособие. Москва: Изд-во МГСУ, 2012. 106 с.

4. СНиП II-25-80. Деревянные конструкции [Электронный ресурс]. URL: www.sudact.ru

5. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия [Электронный ресупр]. URL: www.sudact.ru

УДК 692.232.42: 536.212.3

РАСЧЕТ И СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ГОДОВОГО ХОДА ТЕМПЕРАТУРЫ В КОНТАКТНОЙ ЗОНЕ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ С АНКЕРОМ КРЕПЛЕНИЯ НАВЕСНОГО ФАСАДА

© Р.А. Назиров1, Т.В. Белов2

Сибирский федеральный университет,

660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79/10.

Представлены результаты расчетов годового хода температуры в узлах крепления каркаса вентилируемого фасада с учетом и без учета воздушного зазора для стеновых ограждений из трехслойных железобетонных панелей с внутренним теплоизоляционным слоем. Рассчитаны основные статистические показатели и установлены особенности изменения значений температур в середине защитного слоя железобетонной панели и на его контакте с материалом анкера крепления наружного навесного фасада, ориентированного на север и юг, при положительных и отрицательных годовых температурах воздуха.

1Назиров Рашит Анварович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой проектирования зданий и экспертизы недвижимости Инженерно строительного института, тел.: (391) 2424593, e-mail: nazirovr@rambler.ru

Nazirov Rashit, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Building Design and Real Estate Expertise of Engineering and Construction Institute, tel.: (391) 2424593, e-mail: nazirovr@rambler.ru

2Белов Тимофей Владимирович, соискатель, тел.: 89080221064, e-mail: en-ph@yandex.ru

Belov Timofei, Master of Engineering and Technology in the direction of construction of Engineering and Construction Institute, tel.: 89080221064, e-mail: en-ph@yandex.ru

Ил. 4. Табл. 3. Библиогр. 10 назв.

Ключевые слова: навесной вентилируемый фасад; железобетонная трехслойная панель; узел крепления навесного фасада; влияние солнечной радиации; годовой ход температур; статистические показатели; долговечность.

CALCULATION AND STATISTICAL ANALYSIS OF ANNUAL TEMPERATURE VARIATIONS IN THE CONTACT ZONE OF THE PROTECTIVE LAYER OF REINFORCED CONCRETE WALL PANELS WITH HINGED FAÇADE ATTACHMENT ANCHORS R.A. Nazirov, T.V. Belov

Siberian Federal University,

79/10 Svobodny pr., Krasnoyarsk, 660041, Russia.

The paper presents the results of calculating annual temperature variations in the attachment units of the ventilated facade frame with and without regard to air clearance for siding made of three-layer reinforced concrete panels with an inner insulating layer. Basic statistical indicators are calculated and the specifics of changes in temperature values are estimated in the middle of the reinforced concrete panel protective layer and on its contact with the anchor material of the hinged ventilated facade oriented to the north and to the south under positive and negative annual air temperatures. 4 figures. 3 tables. 10 sources.

Keywords: hinged ventilated facade; reinforced concrete sandwich panels; ventilated facade attachment unit; solar radiation effect; annual temperature variation; statistical indicators; durability.

Навесные вентилируемые фасады (НВФ) появились в Европе в конце 1970-х гг. Изначально они применялись для защиты ограждающих конструкций зданий от агрессивного воздействия окружающей среды, а также для обновления фасадов зданий при реконструкции. С середины 1990-х гг. НВФ стали широко применяться в различных климатических условиях России без каких-либо принципиальных изменений. Такие системы имеют свои сильные и слабые стороны.

К недостаткам, выявленным в процессе применения НВФ, можно отнести теплотехническую неоднородность конструкции, появляющуюся при использовании металлических кронштейнов, дюбелей. Результатом является низкое значение коэффициента однородности, перерасход утеплителя или несоответствия стеновой конструкции требованиям [2].

Эксфильтрация внутреннего воздуха стала одной из проблем, вызванных применением НВФ. Такая проблема проявляется при повышенной воздухопроницаемости стены при большом тепловом напоре, что приводит к повышенной эксплуатационной влажности [1; 8]. Высокая воздухопроницаемость утеплителя, вызванная отсутствием ветрозащитной мембраны, «изрезанность» стен может привести к эмиссии мине-раловатного волокна и увеличению теплопотерь [6].

Причиной систематического накопления влаги в конструкции может являться плохая вентиляция или отсутствие вентилируемого зазора требуемой ширины, большое сопротивление паропроницанию ветрозащитной мембраны. Следствием этой проблемы является снижение сопротивления теплопередачи конструкции, уменьшение долговечности материалов и ухудшение внешнего вида здания [6].

Облицовочный слой НВФ (керамогранит, алюминиевые композитные панели) монтируется на металлический фахверк, который с помощью металлических кронштейнов и анкеров крепится к наружной стене здания. В результате применения данной конструкции создаются «мостики холода» [9; 10]. Расчетным путем

установлено появление локальной зоны пониженных температур вблизи анкера крепления фахверка НВФ, в которой материал стены испытывает большее количество циклов попеременного замораживания и оттаивания, что негативно сказывается на долговечности как крепления НВФ, так и здания в целом. Особую актуальность это обстоятельство приобретает для стен с внутренним или средним теплоизоляционным слоем, например для зданий из сборного железобетона при их реконструкции или капитальном ремонте [3].

Целью исследований являлась качественная оценка влияния анкера крепления фахверка НВФ на температуру в местах его контакта с защитным слоем сборной трехслойной железобетонной панели для северных и южных стен.

С целью приближения работы модели к реальным условиям эксплуатации к сборной трехслойной стеновой панели (по ГОСТу 11024-84) с НВФ приложена тепловая нагрузка, при этом температурная история внешней среды взята по данным наблюдений в г. Красноярске с 1.09.2010 г. по 1.09.2011 г. с шагом в 1 час. Коэффициенты теплоотдачи приняты максимальными и равными 23 Вт/м2-°С и 8,7 Вт/м2-°С для наружной и внутренней поверхностей панели соответственно [4; 7].

В табл. 1, 2 представлены расчетные климатические параметры для г. Красноярска, свойства материалов ограждающей конструкции и их геометрические характеристики.

Проведены сравнительные расчеты конструкции с учетом и без учета воздушной прослойки и облицовочного слоя НВФ. В расчетах с учетом воздушной прослойки и облицовочного слоя учитывалось изменение удельной теплоемкости, плотности и теплопроводности воздуха в зависимости от температуры. Основным параметром, определяющим глубину проникновения и амплитуду тепловой волны - параметров, влияющих на льдистость и количество циклов перехода через 0 С и таким образом на долговечность материала, - является температуропроводность. Если для

материалов несущего или защитного слоев при рас- Температура в обоих случаях определялась в се-

четных температурах она может приниматься посто- редине защитного слоя трехслойной железобетонной

янной, то для воздуха она увеличивается почти в 1,8 панели на поверхности, соприкасающейся с материа-

раза (рис. 1). лом анкера (рис. 2, точка А).

Таблица 1

Климатические параметры г. Красноярска_

Параметр Значение параметра Источник

Расчетная температура наружного воздуха °С -40 СНиП 23-01-2003, табл.1

Средняя температура отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха ниже 8оС zhí, оС -7,1 -

Продолжительность отопительного периода со среднесуточной температурой воздуха ниже 8оС tht, оС 234 -

Влажностный режим помещений Нормальный СНиП 23-02-2003

Условия эксплуатации ограждающих конструкций А СНиП 23-02-2003

Таблица 2

Свойства материалов ограждающей конструкции_

Параметр Значение параметра Источник

Толщина несущего слоя из керамзитобетона, мм 180 -

Коэффициент теплопроводности керамзитобетона, Вт/м^ С 0,47 СП 23-101-2004

Толщина внутреннего теплоизоляционного слоя, мм 110 -

Коэффициент теплопроводности внутреннего теплоизоляционного слоя, ВтЛм С 0,064 СП 23-101-2004

Толщина защитного слоя из бетона, мм 60 -

Коэффициент теплопроводности защитного слоя из бетона, ВтЛм С 1,92 СП 23-101-2004

Толщина теплоизоляционного материала НВФ, мм 100 -

Размеры анкера крепления НВФ, мм 08x100 -

Основание кронштейна крепления НВФ, мм 96х80х2 -

Коэффициент теплопроводности металлических элементов НВФ, Вт/м^ С 58 СП 23-101-2004

Коэффициент теплопроводности кирпича глиняного обыкновенного, Вт/м^ С 0,7 СП 23-101-2004

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материал НВФ, Вт/м- С 0,039 СП 23-101-2004

Температура,

Рис. 1. Зависимость температуропроводности воздуха от его температуры

Рис. 2. Конструкция сборной трехслойной железобетонной панели с навесным вентилируемым фасадом: 1 - несущий слой из керамзитобетона; 2 - внутренний теплоизоляционный слой; 3 - защитный слой из бетона; 4 - теплоизоляционный

материал НВФ; 5 - воздушный зазор; 6 - облицовочный слой НВФ; 7 - кронштейн крепления НВФ; 8 - анкер крепления НВФ; А - расчетная точка

в середине защитного слоя, находящаяся на поверхности, соприкасающейся с материалом анкера; В - расчетная точка в середине защитного слоя, находящаяся вне зоны влияния анкера крепления НВФ

Представленные на рис. 3 графики изменения температур в конструкциях с воздушным зазором и без него подобны. Количество циклов замораживания и оттаивания (переходов через С) оказалось одинаковым за весь расчетный период.

Для расчетной модели с учетом воздушной прослойки интервал изменения температур составил 50,03оС с минимумом минус 24,03оС и максимумом плюс 26,0оС. Для расчетной модели без учета воздушной прослойки интервал изменения температур составил 62,15оС и увеличился почти на 12оС от минус 31,89оС до плюс 30,26оС. Обращает на себя внимание значительная разница между экстремальными температурами в центре защитного слоя панели на поверхности, контактирующей с анкером в зимний период эксплуатации. Понижение наблюдаемого минимума температур в зоне контакта оказалось почти в два раза больше, чем повышение в зоне положительных температур. Если значения экстремальных максимальных температур отличаются на 4,26оС или на 14,1%, то для минимальных - уже на 7,86оС или на 24,6%.

Данные сравнительные расчеты показывают, что при воздействиях динамической тепловой нагрузки в расчетной модели необходимо учитывать воздушный зазор.

В расчетах для стен, ориентированных на юг, кроме температуры воздуха приложена дополнительная температура, возникающая от воздействия солнечной радиации. Суммы рассеянной солнечной радиации за часовой интервал при средних условиях облачности для условий г. Красноярска приняты согласно научно-прикладному справочнику по климату СССР [4]. Нормативные суммы солнечной радиации, представленные в МДж/м2, переведены в температуры в градусах Цельсия с учетом коэффициента поглощения солнечной радиации для каждого часа и месяца расчетного периода.

Рис. 3. Изменение расчетной температуры в середине растворного слоя в зоне контакта с материалом анкера с наличием и отсутствием воздушного зазора и облицовочного слоя в расчетной модели

На рис. 4 представлены графики изменения температур для узлов, находящихся в середине защитного слоя трехслойной стеновой панели, в зоне влияния анкера крепления НВФ и в зоне, не подверженной влиянию анкера крепления НВФ (см. рис. 2, точки А,

В), рассчитанные для северных и южных стен.

Для удобства обработки полученных данных расчетные статистические показатели хода температурных кривых сведены в табл. 3.

а)

б)

Рис. 4. Годовой ход температур для северных (а) и южных (б) стен в середине защитного слоя железобетонной

панели без анкера и на контакте с материалом анкера НВФ

Таблица 3

Статистические показатели значений температур для южных и северных стен

Параметр Без учета влияния анкера С учетом влияния анкера

за год t>0 t<0 за год t>0 t<0

Южные стены

Среднее значение, °С 9,12 13,98 -7,46 7,85 14,18 -8,94

Стандартное отклонение, °С 11,02 6,75 5,03 12,28 6,79 6,31

Коэффициент вариации 1,21 0,48 0,68 1,56 0,48 0,71

Минимум,°С -18,66 0,00 -18,66 -23,90 0,00 -23,90

Максимум, °С 25,67 25,67 0,00 28,33 28,33 -0,01

Интервал, °С 44,33 25,67 18,66 52,23 28,32 23,89

Время, ч 8760 6775 1985 8760 6358 2402

Верхний доверительный 30,73 27,21 2,41 31,91 27,49 3,44

интервал (0,95), °С

Нижний

доверительный -12,48 0,74 -17,32 -16,22 0,88 -21,31

интервал (0,95), °С

Северные стены

Среднее значение, °С 8,14 13,04 -7,39 6,76 13,16 -8,89

Стандартное отклонение, °С 10,59 6,27 5,14 11,79 6,19 6,36

Коэффициент вариации 1,30 0,48 0,70 1,74 0,47 0,72

Минимум,°С -18,90 0,00 -18,90 -24,03 0,00 -24,03

Максимум, °С 24,11 24,11 -0,01 26,00 26,00 0,00

Интервал, °С 43,01 24,11 18,89 50,03 26,00 24,03

Время, ч 8760 6660 2100 8760 6218 2542

Верхний доверительный 28,91 25,32 2,68 29,87 25,30 3,57

интервал (0,95), °С

Нижний

доверительный -12,62 0,75 -17,46 -16,35 1,02 -21,35

интервал (0,95), °С

Сравнение статистических показателей кривых хода температур для северных и южных стен в местах крепления анкера позволяет констатировать, что ориентация стен не оказывает практического влияния на среднее значение, вариабельность и экстремальную минимальную температуру в холодный период эксплуатации при ¿<0.

В условиях эксплуатации при > в зоне контакта для стен, ориентированных на юг, средняя температура повышается на 1С, а максимальная положительная - на 2,33 С. Вариабельность относительно среднего значения практически не изменилась. Такие изменения и абсолютные значения этих показателей не оказывают влияния на эксплуатационные характеристики материалов в контактной зоне.

Крепление НВФ в значительной степени изменяет температурные условия работы контактного слоя ма-

териала стеновой панели, ориентированной как на север, так и на юг. Средние значения отрицательных температур уменьшаются на 1,5 С, а экстремальное минимальное значение - почти на 5 С. Кроме этого наличие анкера крепления НВФ увеличивает и время работы контактного слоя материала при отрицательной температуре как для южной, так и для северной ориентации стен.

Обращает на себя внимание расчетное значение коэффициента вариации значений температур. В условиях работы конструкции при отрицательных температурах он увеличивается почти в 1,5 раза. Последнее обстоятельно отмечается независимо от наличия или отсутствия анкера и объясняется присутствием внутреннего теплоизоляционного слоя в железобетонной панели.

В заключение можно отметить, что наличие внут-

реннего теплоизоляционного слоя в ограждающих конструкциях при устройстве дополнительной теплоизоляции в виде НВФ при реконструкции и ремонте зданий способствует увеличению факторов, снижаю-

щих долговечность материала, находящегося в контактной зоне с анкером крепления.

Статья поступила 13.10.2014 г.

Библиографический список

1. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Теплофизические расчеты при проектировании навесных теплоизоляционных фасадных систем с воздушным зазором // Национальная информационная система по строительству Know House [Электронный ресурс]. URL: http://www.know-house.ru/dsp/d7/d7.php

2. Ирискулов А.Р., Чистоплясов С.С. Дефекты, возникающие при проектировании и строительстве фасадов зданий с системами наружного утепления, их классификация и последствия // Стройпрофиль. 2006. № 6 (52). С. 56-58.

3. Назиров Р.А., Белов Т.В. Особенности формирования температурных полей вблизи анкера крепления каркаса навесных вентилируемых фасадов // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2013. № 6 (654). С. 76-83.

4. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3.

4. 1-6. Вып. 21. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 625 с.

5. Результаты исследований свойств навесных фасадных систем с вентилируемой воздушной прослойкой в рамках гранта РФФИ «Аэротеплофизика проницаемых тел в низкоскоростных воздушных» / В.Г. Гагарин, С.В. Гувернюк, В.В.

Козлов, П.В. Леденев, Е.Ю. Цыкановский // Academia. Архитектура и строительство. 2010. № 3. С. 261-278.

6. Садчиков А.В. Влияние продольной фильтрации воздуха в утеплителе на теплозащитные свойства стен с навесными вентилируемыми фасадами: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01, 05.23.03. Москва, 2007.

7. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России; ФГУП ЦПП, 2003. 26 с.

8. Dependence of thermal conductivity on water content in vacuum insulation panels with fumed silica kernels / H. Schwab, U. Heinemann, A. Beck, H.-P. Ebert, J. Fricke // Journal of thermal envelope and building science. April 2005. V. 28 (4). Р. 319-326.

9. Stein A. Thermal bridges in rear-ventilated facades. Developing undercut anchors and thermally broken systems for the future [Электронный ресурс]. URL: http://www.fischer.sg/PortalData/1/Resources/fixing_systems/co nnectit/_documents/2009-connectit-05_en.pdf

10. Surface temperature a thermal bridges // Tam^s Csoknyai. Journal of building physics. July 2001. V. 25 (1). P. 67-81.

УДК 711:625.712

ИСТОРИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ГОРОДА: ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОХРАНЕНИЮ И РАЗВИТИЮ УЛИЧНОГО ПРОСТРАНСТВА

1 9

© Е.С. Преловская1, Е.В. Пуляевская2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Статья посвящена проблеме сохранения и развития исторически сложившейся структуры улично-дорожной сети в границах достопримечательного места города как объекта историко-культурного наследия и элемента городского ландшафта Иркутска. Приведены результаты анализа генезиса развития сети городских улиц с 1729 года, проанализированы история топонимики города, а также дореволюционные нормативы по проектированию городских улиц. Представлена концепция сохранения уличного пространства как единой градостроительной структуры, на основе которой предложены мероприятия по реконструкции и развитию исторического каркаса города. Ил. 6. Табл. 1. Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: градостроительство; транспортное планирование; классификация улиц; объект культурного наследия; исторический центр города.

HISTORICAL CITY CENTER: PROPOSALS ON STREET SPACE PRESERVATION AND DEVELOPMENT E.S. Prelovskaya, Е-V. Pulayevskaya

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article deals with the problem of preservation and development of the historical structure of the street network within the boundaries of the city heritage site, as an object of historical and cultural heritage and an element of Irkutsk urban landscape. The analysis is given to the results of urban street network genesis from 1729, the history of city toponymy, as well as to the prerevolutionary standards for city street design. The concept of street space preservation as a single urban structure is proposed as well as concept-based measures on reconstruction and development of the historical framework of the city. 6 figures. 1 table. 6 sources.

Keywords: urban planning; transport planning; street classification; object of cultural heritage; historical city center.

1Преловская Евгения Сергеевна, магистрант, тел.: 89500527474, e-mail: jessprelove@gmail.com Prelovskaya Evgeniya, Master's Degree Student, tel.: 89500527474, e-mail: jessprelove@gmail.com

2Пуляевская Евгения Владимировна, доцент кафедры архитектуры и градостроительства, тел.: 89500527474, e-mail: jessprelove@gmail.com

Pulayevskaya Evgeniya, Associate Professor of the Department of Architecture and Urban Planning, tel.: 89500527474, e-mail: jessprelove@gmail.com