СРАВНЕНИЕ ВАРИАНТОВ РАЗНЫХ ТИПОВ НАРУЖНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ

Научно-технический и производственный журнал

-------ЖИЛИЩНОЕ ---

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 692.23: 69.003.12

DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-5-43-47

Н.Д. ДАНИЛОВ, канд. техн. наук (rss_dan@mail.ru), П.А. ФЕДОТОВ, инженер, Э.С. ТРЕТЬЯКОВ, инженер, В.С. ГЕРАСИМОВА, бакалавр

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова

Сравнение вариантов разных типов наружных стен зданий

Проведен численный анализ с использованием программы расчета трехмерных температурных полей трех вариантов наружных стен: с вентилируемым фасадом; с трехслойными панелями на дискретных связях; с фасадными железобетонными панелями. Определены сметные стоимости конструкций при равнозначной величине приведенного сопротивления теплопередаче. На основании полученных данных показано, что стена, возведенная с применением фасадной навесной панели с любым из выбранных вариантов внутренней отделки, является наиболее выгодной по сметной стоимости и стоимости материалов. Трехслойная панель полной заводской сборки обеспечивает самую низкую трудоемкость строительно-монтажных работ. Самым трудоемким вариантом является стена с вентилируемым фасадом, на монтаж которой затраты труда на 60% больше, чем при возведении стены с применением фасадных железобетонных панелей. Стены с вентилируемым фасадом и с фасадной железобетонной панелью применимы при строительстве зданий с монолитным железобетонным каркасом. Расчеты показали эффективность конструкции стены с применением фасадных железобетонных панелей.

Ключевые слова: наружные стены, трехслойные панели, вентилируемый фасад, фасадная железобетонная панель, удельные потери теплоты, приведенное сопротивление теплопередаче, сметная стоимость.

Для цитирования: Данилов Н.Д., Федотов П.А., Третьяков Э.С., Герасимова В.С. Сравнение вариантов разных типов наружных стен зданий // Жилищное строительство. 2019. № 5. С. 43-47. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-5-43-47

N.D. DANILOV, Candidate of Sciences

Comparison of Options of Different Types of External Walls of Buildings

The numerical analysis using the program of calculation of three-dimensional temperature fields of three variants of external walls, with ventilated façade, with three layer panels on discrete links, with façade reinforced concrete panels, is carried out. The estimated cost of structures with an equivalent value of the reduced resistance to heat transfer is determined. On the basis of the data obtained, it is shown that the wall erected with the use of a facade hinged panel with any of the selected options for interior decoration is the most profitable at the estimated cost and cost of materials. A three-layer panel of full factory prefabrication provides the lowest labor intensity of construction and installation works. The most labor-intensive option is a wall with a ventilated facade, on the installation of which labor inputs by 60% more than when constructing the wall with the use of reinforced concrete facade panels. Walls with ventilated facade and with facade reinforced concrete panel are applicable when constructing buildings with monolithic reinforced concrete frame. Calculations have shown the effectiveness of the wall structure with the use of reinforced concrete facade panels.

Keywords: external walls, three-layer panels, ventilated façade, façade reinforced concrete panel, specific heat loss, reduced resistance to heat transfer, estimated cost.

For citation: Danilov N.D., Fedotov P.A., Tretiakov E.S., Gerasimova V.S. Comparison of options of different types of external walls of buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2019. No. 5, pp. 43-47. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2019-5-43-47

В основном г. Якутск застраивается крупнопанельными жилыми домами 112-й серии и зданиями с монолитным ж/б каркасом со стенами с вентилируемым фасадом.

Стеновая панель жилого дома 112-й серии представляет собой трехслойную конструкцию с утеп-

52019 ~

лителем из пенополистирола и ж/б оболочками, соединенными дискретными связями (рис. 1). Панели толщиной 0,45 м изготавливаются в домостроительном комбинате в горизонтально размещенных формах, что приводит к увеличению стоимости конструкции. В качестве базового варианта для

сравнительного анализа принята панель жилого дома 112-й серии без оконных проемов. Внутренняя оболочка панели толщиной 0,1 м связана с наружным слоем, имеющим толщину 0,065 м, с помощью 6 дискретных ж/б связей (рис. 1). Сравнение вариантов решено проводить при одинаковых сопротив-

43

Общие вопросы строительства

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

Рис. 1. Трехслойная стеновая панель для КПД 112-й серии: 1 — внутренняя ж/б оболочка; 2 — утеплитель из пенополистиро-ла; 3 — наружный слой из железобетона; 4 — ж/б дискретные связи; 5 — монтажные петли; 6 — закладные детали; 7 — выравнивающий слой

лениях теплопередаче стен, соответствующих требованиям свода правил СП 50.13330.2012. В результате вычислений с применением программы расчета пространственных температурных полей [1] фрагмента панели размером 1,39x1,07 с одной шпонкой сопротивление теплопередаче получилось Яопр=5,874 м2оС/Вт. Для определения приведенного сопротивления теплопередаче всей панели применен элементный подход, описанный в [2, 3] и в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003». Площадь рассчитываемого фрагмента панели, приведенное сопротивление теплопередаче и тепловые потери выдает программа расчета: ^ =1,487 м2; Япр=5,874 м2оС/Вт, Q = 18,483 Вт. Сопротивление теплопередаче фрагмента ограждения без учета влияния дискретной связи определяется по СП 50.13330.2012:

Я =1/8,7+0,1/1,92+0,285/0,04+ +0,065/1,92+1/23=7,369 м2оС/Вт.

Рис. 2. Стена с вентилируемым фасадом: 1 — кладка из бетонных блоков; 2 — опорные кронштейны; 3 — паронитовая прокладка; 4 — стальной дюбель (анкер); 5 — минерало-ватные плиты; 6 — коннекторы из стеклопластика; 7 — направляющая; 8 — кляммер; 9 — керамогранитная плитка; 10 — внутренний штукатурный слой

Тепловые потери через фрагмент ограждения без учета влияния шпонки:

Q = (1в~'1н)/Я-оп^= =(21 - (-52))/7,369х1,487=14,731 Вт.

Дополнительные потери теплоты через точечную теплотехническую неоднородность:

ДQ = 18,483-14,471=3,752 Вт.

Удельные потери теплоты:

X =3,752/(21-(-52))=0,051 Вт

Приведенное сопротивление теплопередаче трехслойной панели жилого дома 112-й серии:

Я"? = *

1 6x0,051 7,369+ 2,98x2,98

=5,88 м2оС/Вт>Япр=5,1 м2оС/Вт.

Выполнен перерасчет приведенного сопротивления теплопередаче панели при меньших толщинах теплоизоляции. При толщине

утеплителя 0,245 м обеспечивается минимальное превышение сопротивления теплопередаче над его требуемым значением:

Я =5,11 м2оС/Вт>Япр=5,1 м2оС/Вт.

оо

Для сравнения рассмотрена стена с вентилируемым фасадом «Краспан ВСто(Н)» (рис. 2). К недостаткам стен с вентилируемым фасадом можно отнести трудоемкость их возведения, снижение качества теплоизоляции при долговременной эксплуатации, ведение кладочных работ, что связано с мокрыми процессами. Последнее обстоятельство исключает ведение работ в зимнее время. В Якутске такие стены возводят с утеплителем из минераловатных плит из каменного волокна толщиной 0,2 м. Для уточнения величины приведенного сопротивления теплопередаче проведены расчеты с применением программы расчета пространственных температурных полей.

Рассмотрен повторяющийся элемент стены 1,2x0,6 м (рис. 3), где размещены два кронштейна с размерами, приведенными в альбоме «Краспан ВСто(Н)». При расчетах принято, что прорези кронштейнов заполнены волокнами мине-раловатных плит. Учтено и влияние стальных дюбелей, крепящих кронштейны к кладке из мелких бетонных блоков толщиной 0,19 м. Минераловатные плиты из каменного волокна крепятся в два слоя с одинаковой толщиной, но с различной плотностью (80-125 кг/м3; 40-60 кг/м3). Сначала проведен расчет фрагмента стены при толщине утеплителя 0,2 м с дюбелями (коннекторами) из стеклопластика диаметром 0,055 м. Приведенное сопротивление теплопередаче получается меньше величины Яоп. Только при увеличении толщины теплоизоляции до 0,22 м выполняется условие: Я =5,2 м2 оС/Вт>Яп=5,1 м2 оС/Вт.

оо

Следует отметить, что при креплении утеплителя с помощью ме-

Научно-технический и производственный журнал

250 950 t ,

1200

Рис. 3. Схема размещения крепежных элементов на повторяющемся фрагменте утеплителя: 1 — минераловатный утеплитель; 2 — опорный кронштейн; 3 — дюбели 2-го слоя утеплителя; 4 — дюбели 1-го слоя утеплителя

таллических дюбелей толщину теплоизоляции следует увеличить до 0,25 м, только тогда приведенное сопротивление теплопередаче превысит требуемую величину (5,19 м2оС/Вт>Лоп=5,1 м2оС/Вт). Расчеты проведены при вариантах с паронитовой прокладкой и без нее. Наличие паронитовой прокладки увеличивает приведенное сопротивление теплопередаче всего на 0,02 м2оС/Вт.

Для снижения затрат на возведение наружных стен при сокращении сроков строительства разработаны варианты конструкций с применением фасадных ж/б панелей. На конструкции и способы сооружения стен с их применением получено семь патентов на изобретения и семь патентов на полезные модели. В качестве вариантов для сравнения за основу приняты решения, защищенные патентами РФ «Способ монтажа наружной стены с применением фасадных панелей» ^ 2473754 С1. Е04 B2/90, опубл. 27.01.13); «Фасадная навесная панель» (RU 127100 Ш. Е04 C2/06, опубл. 20.04.13); «Стена многоэтажного здания с навесными фасадными панелями и со слоями штукатурки с внутренней стороны» ^ 162083 Ш. Е04 В 2/94,

опубл. 27.05.16). Сооружение стен начинается с навешивания фасадных панелей на петли, выведенные из элементов каркаса здания (колонн, перекрытий) (рис. 4). Проведены испытания фасадной панели на несущую способность и трещи-ностойкость [4]. В климатической камере осуществлено теплотехническое испытание фрагмента стены с фасадной ж/б панелью [5, 6]. Результаты испытаний показали возможность использования панелей при строительстве зданий.

Известен способ возведения многослойной стены здания (Патент РФ 2473754), когда внутренний слой стены устраивается из плит (листов) различных материалов: ЦСП, ГВЛ, СМЛ и т. п. Они крепятся к фасадным панелям (с прижимом к теплоизоляции) с помощью коннекторов. Между теплоизоляцией и плитами внутреннего слоя стены размещается пароизоляционный материал. В качестве одного из вариантов принято данное решение.

Как известно, при возведении многослойных наружных стен применяется конструкция, когда после крепления утеплителя к наружной поверхности несущей оболочки стены на ее поверхность на-

Рис. 4. Фасадная навесная панель с фрагментом каркаса здания: 1 — фасадная панель (вид со стороны помещения, в проектном положении панель следует представить после разворота на 180о); 2 — 4 — закладные детали; 5 — монтажные крюки; 6 — монтажная петля; 7—монтажные проушины на плите перекрытия; 8—колонна; 9 — плита перекрытия

носится штукатурка по сетке [7]. Основным недостатком стен со скрепленной с наружной стороны системой теплоизоляции является их недолговечность [8], так как слой штукатурки по утеплителю оказывается под переменным воздействием элементов климата. Следует отметить и трудоемкость, так как технология требует установки лесов. Возможны и частые технологические перерывы из-за низкой отрицательной температуры наружного воздуха и при наличии атмосферных осадков. Фасадные навесные панели и штукатурки на основе специальной композиции, например «Победит-Бетоноконтакт», позволят возводить стены многоэтажных зданий со штукатуркой по сетке, натянутой по внутренней поверхности утеплителя. Сетка натягивается на дюбеля, прикрепленные к внутренним поверхностям панелей. Штукатурки на основе «Победит-Бетоноконтакт» в отличие от обыч-

52019

45

Общие вопросы строительства

ц м .1

Научно-технический и производственный журнал

65 210 30

65

210 100

30

Рис. 5. Варианты внутренней отделки стены с фасадными навесными панелями: 1 — фасадная навесная панель; 2 — утеплитель; 3 — коннекторы; 4 — пароизоляция; 5 — слой из ГКЛО

В таблице 1 приведены сметная стоимость, стоимость мате-

ных не требуют устройства слоя пароизоляции и этим подходят для применения данной технологии монтажа стен. Стены с фасадной железобетонной панелью и штукатуркой по внутренней поверхности утеплителя приняты для сравнительного анализа.

Следующий вариант предусмотрен, когда требуется более массивный внутренний слой стены. После монтажа фасадных панелей по всему периметру здания производится кладка внутренней оболочки стены, например из полублоков, по мере выполнения которой пространство, образующееся между ними, заполняется эффективным утеплителем (рис. 5).

Проведены вычисления с применением программы расчета пространственных температурных полей для установления требуемой толщины теплоизоляции в конструкции стены с фасадной ж/б панелью [9]. Для сравнения принята толщина теплоизоляции из пе-нополистирола 0,21 м.

Расчет сметной стоимости сравниваемых вариантов (рис. 5) выполнен на программном комплексе «РИК», с использованием базисно-индексного метода. Расценки по видам работ определены согласно сметно-нормативной базе 2001 г. с индексом пересчета, установленным на III квартал 2018 г. для Республики Саха (Якутия).

риалов, трудоемкость вариантов на фрагмент ограждающей конструкции, эквивалентный размеру одной панели (3x3 м).

На основании полученных данных можно сделать вывод, что стена, возведенная с применением фасадной навесной панели с любым из выбранных вариантов внутренней отделки, является наиболее выгодной по сметной стоимости и стоимости материалов. Наиболее дорогим вариантом является первый вариант из таблицы, что обусловлено высокой стоимостью трехслойных панелей, производимых АО «ДСК» (Якутск). При этом трехслойная панель полной заводской сборки обеспечивает самую низкую трудоемкость строительно-монтажных работ. Самым трудоемким вариантом является стена с вентилируемым фасадом, на монтаж которой затраты труда на 60% больше, чем при возведении стены с применением фасадных ж/б

панелей. Стены с вентилируемым фасадом и с фасадной ж/б панелью применимы при строительстве зданий с монолитным железобетонным каркасом. Поэтому достаточно ограничиться сравнением затрат на возведение стен. Крупнопанельные здания типа 112-й серии значительно отличаются конструктивным решением. Целесообразно провести сравнение с другими вариантами по сметной стоимости зданий в целом при одинаковых объемно-планировочных решениях.

Кроме снижения затрат на строительство использование фасадных навесных панелей дает следующие преимущества:

- увеличение сопротивления теплопередаче за счет снижения теплопроводных включений;

- обеспечивает стык стен и цокольного перекрытия без теплопроводных включений, что значительно повышает температуру внутренних поверхностей ограждения в этой зоне при наличии проветриваемых и холодных подполий [10];

- отказ от применения лесов и подмостей, которые сооружаются при монтаже стен с вентилируемыми фасадами;

- снижение воздействия температурных деформаций фасадной панели на шпонки (в трехслойных железобетонных панелях с дискретными связями возникают значительные напряжения за счет температурных деформаций наружной оболочки);

- монтаж фасадной панели по всему контуру здания позволит обеспечить допустимые условия для проведения теплоизоляцион-

Вариант Сметная стоимость, р. Стоимость материалов, р Затраты труда, чел-ч Трудоемкость, маш-ч

Панель 112 серии (3НС-8) 92 161 83 784,58 18,9 1,4

Стена с вентилируемым фасадом 59 314 45 548,2 39,7 1,22

Фасадная навесная панель, с внутренним слоем из:

гипсокартона 49 884,87 39 097,17 22,75 1,65

штукатурки 53 050,59 39 631,32 30,93 1,6

полублоков 55 224,21 41 693,18 29,4 2,38

Научно-технический и производственный журнал

ных, кладочных и штукатурных работ в зимних условиях;

- технологичность возведения по сравнению с другими вариантами стен послойной сборки;

Список литературы

1. Данилов Н.Д., Шадрин В.Ю., Павлов Н.Н. Анализ влияния локальных теплопроводных включений на температурный режим ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2009. № 6. С. 32-33.

2. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Теоретические предпосылки расчета приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2010. № 12. С. 4-12.

3. Гагарин В.Г., Дмитриев К.А. Учет теплотехнических неоднородностей при оценке теплозащиты ограждающих конструкций в России и европейских странах // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 14-16.

4. Собакин А.А., Данилов Н.Д., Матвеева О.И., Винокуров А.Т., Саввинов Л.С., Семенов А.А. Экспериментальное исследование фасадной стеновой панели // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 8. С. 14-16.

5. Данилов Н.Д., Докторов И.А., Амбросьев В.В., Федотов П.А., Семенов А.А. Исследование теплозащитных свойств фрагмента стены в климатической камере // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 8. С. 17-19.

6. Данилов Н.Д., Собакин А.А., Слободчиков Е.Г., Федотов П.А., Прокопьев В.В. Анализ формирования температурного поля наружной стены с фасадной железобетонной панелью // Жилищное строительство. 2013. № 11. С. 46-49.

7. Лобов О.И., Ананьев А.И. Долговечность наружных стен современных многоэтажных зданий // Жилищное строительство. 2008. № 8. С. 48-52.

8. Каракозов А. Теплые фасады // Строительство и бизнес. 2001. № 6. С. 17.

9. Данилов Н.Д. Прогнозирование теплозащитных свойств стен с фасадными железобетонными панелями. Современные инновационные технологии изысканий, проектирования и строительства в условиях Крайнего Севера: Материалы межд. конф., посвященной 50-летию создания Института ЯкутПНИИС. Якутск: Смик-мастер. Полиграфия, 2012. С.260-265.

10. 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.

5'2019 ^^^^^^^^^^^^^

коштучных каменных материалов и штукатурки) применение мокрых процессов;

- экономичность при обеспечении долговечности.

References

1. Danilov N.D., Shadrin V.Yu., Pavlov N.N. Analysis of the influence of local heat-conducting inclusions on the temperature regime of enclosing structures. Zhil-ishchnoe Stroiteistvo [Housing Construction]. 2009. No. 6, pp. 32-33. (In Russian).

2. Gagarin V.G., Kozlov V.V. Theoretical prerequisites of calculation of the specified resistance to a heat transfer of the protecting designs. Stroiteinye Materialy [Construction Materials]. 2010. No. 12, pp. 4-12. (In Russian).

3. Gagarin V.G., Dmitriyev K.A. Account heattechnical not uniformity at assessment of a heat shielding of the protecting designs in Russia and the European countries. Stroiteinye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 6, pp. 14-16. (In Russian).

4. Sobakin A.A., Danilov N.D., Matveeva O.I., Vinoku-rov A.T., Savvinov L.S., Semenov А.А. Experimental study of the facade wall panel. Promyshlen-noe I Grazhdanskoe Stroiteistvo. 2013, No. 8, pp. 14-16. (In Russian).

5. Danilov N.D., Doktorov I.A., Ambrosiev V.V., Fedo-tov P.A., Semenov A.A. Study of the heat-shielding properties of a wall fragment in a climate chamber. Promyshlennoe I Grazhdanskoe Stroiteistvo. 2013, No. 8, pp. 17-19. (In Russian).

6. Danilov N.D., Sobakin A.A, Slobodchikov E.G., Fedo-tov P.A., Prokopiev V.V. Analysis of the formation of the temperature field of the outer wall with a facade reinforced concrete panel. Zhilishchnoe Stroiteistvo [Housing Construction]. 2013. No. 11, pp. 46-49. (In Russian).

7. Lobov O.I., Ananiev A.I. The durability of the exterior walls of modern high-rise buildings. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2008. No. 8, pp. 48-52. (In Russian).

8. Karakozov A. Warm facades. Stroitelstvo i bisnes. 2001. No. 6, pp. 17. (In Russian).

9. Danilov N.D. Prediction of heat-shielding properties of walls with facade reinforced concrete panels. Modern innovative technologies of research, design and construction in the Far North: Proceedings of the international conference dedicated to the 50th anniversary of the establishment of the Institute YakutPNIIS. Yakutsk: Sмiк-master. Polygraphiya. 2012, pp. 260-265.

10. Danilov N.D., Fedotov P.A. Joint of walls and a socle overlapping without heat conductive inclusions for buildings with ventilated cellars. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 11, pp. 39-42. (In Russian).

- 47

- способ монтажа наружной стены с применением фасадных панелей исключает (если внутренняя оболочка стены не выполняется из кладки с применением мел-