Бетоные панели наружных стен

Глава 1. Панельные конструкции жилых зданий

Панельное домостроение, несмотря на сложные производственные и экономические преобразования последнего десятилетия, удерживает лидирующее положение в массовом городском жилищном строительстве. Перестройка методики проектирования таких зданий на основе открытой системы в силу обстоятельств коренной экономической реорганизации всей системы хозяйства в стране не реализована. Современное проектирование панельных зданий продолжает осуществляться на базе блок-секционного метода типизации.

Несмотря на то, что в начальный период становления домостроительной промышленности прошли апробацию и доказали свою экономическую равноценность несколько вариантов конструктивных систем (см.рис.7), в массовое строительство внедрены только две: перекрестно-стеновая с малым шагом и поперечно-стеновая со смешанным шагом внутренних стен (рис. 1.1).

Рис.1.1. Бескаркасные конструктивные системы панельных зданий массового применения: а -перекре­стно - стеновая с малым шагом поперечных стен; б - поперечно - стеновая со смешанным шагом

Продольно-стеновая система (вариант IV на рис.7) после успешного старта в массовом строительстве 5-этажных домов в 50-60-х годах практически перестала применяться после перехода массового строительства на возведение домов повышенной этажнос­ти - 9, 12 этажей. Причиной этого послужила ограниченная несущая способность однослойных легкобетонных наружных стен, на применение которых (как и почти вся домо­строительная промышленность) система была ориентирована. Современная домостроительная промышленность в целях экономии энергоресурсов осуществляет массовый перевод производства на изготовление трехслойных железобетонных панелей наруж­ных стен с эффективными утеплителями. Такие панели обладают не только существен­но большим сопротивлением теплопередаче, но и большей несущей способностью. Это создает новые перспективы для применения продольно-стеновой системы в домах разной этажности (4-5, 9, 12 этажей). При этом можно будет широко использовать представляемую продольно-стеновой системой возможность свободной планировки, пре-

дотвратив преждевременный "моральный износ" здания, а в случае необходимости его модернизации или перепрофилирования, осуществлять их с минимальными затратами.

Бетоные панели наружных стен

Наружные стены проектируют несущими, самонесущими или ненесущими. Применение самонесущих стен преимущественно ограничено зданиями средней этажности. Несмотря на исключительное разнообразие опробованных во всех странах систем разрезок наружных стен на сборные элементы, массовое применение получила только однорядная разрезка (панели высотой в этаж, протяженностью на одну-две комнаты). В ограниченном объеме для несущих наружных стен домов средней этажности применяют двухрядную или вертикальную разрезку, а для ненесущих стен домов различной этажности - горизонтальную.

Панели наружных стен проектируют преимущественно бетонными одно-, двух- и трехслойной конструкции (рис. 1.2). Панели несущих стен формуют однослойными из конструктивно-теплоизоляционных бетонов на пористых заполнителях, для слоистых стен применяют тяжелый или конструктивный легкий бетон. Однослойные панели из ячеистого бетона автоклавного твердения применяют в несущих стенах домов средней этажности и в ненесущих стенах - без ограничений. Имеют место только технологические ограничения. Панели однорядной разрезки нуждаются в большегабаритных автоклавах, которыми оборудованы не все предприятия. В остальных случаях применяют двухрядную (на простеночные и перемычечные элементы) или горизонтальную разрезку.

Рис. 1.2. Бетонные панели наружных стен: а - однослойная; б - двухслойная; в - трехслойная; 1 -конструк­тивно • теплоизоляционный бетон; 2 - защитно-отделочный слой; 3 - конструктивный бетон; 4 - эффектив­ный утеплитель

Панели несущих и самонесущих стен проектируют как внецентренно сжатые бетонные конструкции. Железобетонными являются лишь отдельные элементы: надоконные перемычки и узкие простенки. Однако, однослойные панели даже ненесущих стен содержат конструктивное армирование, необходимое для анкеровки стальных связевых элементов и для предохранения панелей от околов и трещин при транспортировании и монтаже. Армируют панели пространственными сварными арматурными блоками раз-

мерами на панель. Блок для панели с проемом состоит из каркаса перемычки, вертикальных и горизонтальных каркасов по граням панели и проемов, подъемных петель и связевых элементов (рис. 1.3).

Рис.1.3. Схема армирования однослойной легкобетонной панели: 1 - арматурный каркас перемычки; 2 - подъемный элемент; 3 - контурный арматурный каркас; 4 - Г-образная арматурная сетка в фасадном слое

В панелях из ячеистого бетона арматуру защищают от коррозии путем предварительного гальванического оцинкования, либо применяя антикоррозийные пасты. В панелях из бетонов на пористых заполнителях (керамзита, перлита и др.) при межзерновой пористости до 3% антикоррозионные мероприятия не предусматривают.

Требования к бетонам однослойных панелей приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Нормативные ограничения величин физико-технических параме­тров бетонов однослойных панелей наружных стен

Понятие "однослойная панель" условно, так как помимо основного бетонного слоя панель содержит наружный защитно-отделочный и внутренний отделочный слои. Фа­садный защитно-отделочный слой легкобетонных панелей выполняют из паропроница-емых декоративных бетонов и растворов, либо из обычных растворов (с последующей заводской окраской), керамических и стеклянных плиток, тонких плит естественного камня, дробленых каменных материалов. С внутренней стороны на панель наносят от­делочный слой раствора плотностью 1800 кг/м³ толщиной до 15 мм.

Наибольшая плотность и водонепроницаемость защитно-отделочного слоя достигаются при формировании панелей фасадной поверхностью "лицом" вниз, что гарантирует наибольшую прочность сцепления бетона панели с облицовкой.

В панелях, изготавливаемых из ячеистых бетонов, для фасадно-отделочного слоя применяют поризованные растворы плотностью 1300-1400 кг/м3, каменные дробленые материалы, мелкие керамические или стеклянные плитки, либо стойкие синтетические краски на основе ПВХ или ПВА.

Бетонные панели двухслойной конструкции имеют несущий и утепляющий слои: несущий - из тяжелого или конструктивного бетона, утепляющий - из конструктивно-теплоизоляционного легкого бетона плотной или пористой структуры. Несущий слой толщиной не менее 100 мм располагают с внутренней стороны. Для фасадно-отделочного слоя применяют те же материалы, что и в однослойных. При их изготовлении также наиболее целесообразно формирование "лицом" вниз.

Конструктивное армирование двухслойных панелей в целом аналогично применяемому для однослойных, но имеет следующие отличия: рабочая арматура перемычек и связевые элементы располагаются в несущем внутреннем слое, а фасадно-отделочный слой дополнительно армируют сеткой. При применении утепляющего слоя крупнопо­ристой структуры расположенные в нем арматурные элементы защищают от коррозии.

Бетонные панели трехслойной конструкции имеют наружный и внутренний слои из тяжелого или конструктивного легкого бетона и заключенный между ними утепляющий слой. Минимальный класс по прочности на сжатие тяжелого бетона В15, легкого -В10. Для утепляющего слоя применяют материалы с коэффициентом теплопроводности в пределах 0,04-0,10 Вт/м°С - в виде блоков, плит или матов - стекло и минераловатные плиты, плиты пенополистирола, пеностекла, фибролита. В экспериментальном строительстве для утепления панелей используют заливочные пенопласты, полимеризующиеся в полости панели.

Бетонные слои панелей объединяют жесткими или гибкими связями (рис. 1.4). Конструкции гибких связей состоят из отдельных металлических стержней, которые обес-

печивают монтажное единство панели при независимости статической работы ее бетонных слоев. Гибкие связи не препятствуют температурным деформациям наружного бетонного слоя, исключая возникновение температурных усилий в несущем слое. Элементы гибких связей выполняют из стойких к атмосферной коррозии низколегированных сортов сталей или из обычной строительной стали с долговечным антикоррозионным покрытием. В трехслойных панелях нагрузка от массы наружного бетонного слоя и утеплителя передается через гибкие связи на внутренний бетонный слой. Наружный слой по требованиям долговечности проектируют толщиной не менее 65 мм и армиру­ют стальной сеткой. Вдоль стыковых граней панели и проемов в ней наружный бетон­ный слой утолщают для устройства профилировки стыков и граней проемов. Толщину внутреннего слоя принимают по расчету, но не менее 100 мм по условиям анкеровки в нем стальных связевых элементов (закладных деталей, арматурных выпусков и пр.).

Наряду с гибкими в трехслойных панелях применяют и жесткие связи между бетон­ными слоями в виде армированных ребер из тяжелого или конструктивного легкого бетона. Жесткие связи обеспечивают совместную статическую работу бетонных слоев, за­щиту соединительной арматуры от коррозии и простоту изготовления. Но их применение сопровождается появлением теплотехнических недостатков: опасностью выпадения конденсата на внутренней поверхности стен в местах теплопроводных включений (соединительных ребер) при резком похолодании и дополнительными теплопотерями.

В Москве внедрен компромиссный вариант конструкции трехслойных панелей с отдельными жесткими железобетонными шпонками между бетонными слоями (рис. 1.5), (1.6).

Рис. 1.5. Трехслойная бетонная панель с бетонными шпоночными связями между слоями: 1 - бетонная шпонка; 2 - подъемная петля; 3 и 4 - закладные детали; 5 и 6 - связевые элементы; 7 - петлевой выпуск

Для фасадной отделки трехслойных панелей применимы все материалы, используемые при изготовлении однослойных.

Трехслойные панели имеют существенные преимущества перед одно- и двухслойными. Они заключаются в повышенной водонепроницаемости фасадного слоя, возмож-34

ности в широком диапазоне менять несущую способность стены (за счет увеличения класса бетона, толщины несущего слоя, или его армирования) и ее теплозащитные качества (за счет применения утеплителей различной эффективности и сечения). Это делает конструкцию трехслойной стены универсальной - пригодной к применению в раз­ных климатических условиях и с различными статическими функциями.

Рис.1.6. Детали сечений трехслойной панели со шпоночными связями: а - армирование стыкового гребня; б - то же, соединительной шпонки; в - подоконных зон; г - надоконных зон

Однако до середины 1990-х годов в отечественной домостроительной промышленности преобладало производство однослойных панелей. В связи с резким возрастанием нормативных требований к энергосбережению и соответственно к сопротивлению теплопередаче наружных ограждающих конструкций однослойные конструкции для боль­шинства климатических районов страны оказались неприемлемыми. Промышленность перестраивается на производство трехслойных панелей. Но и они в большинстве случа­ев оказываются пригодными лишь с самыми эффективными утеплителями (с коэффициентом теплопроводности в пределах 0,04...0,06 Вт/м °С). В этом случае из-за увеличения толщины утеплителя толщина стен может возрасти до 350-400 мм (раньше трехслойные панели имели унифицированную толщину 300 мм для всех районов с расчетной зимней температурой до -35°С), что влечет за собой реконструкцию бортовой оснастки форм на домостроительных заводах.

1.2. Панели из небетонных материалов¹

Легкие стены проектируют с фасадным слоем из алюминиевых сплавов, эмалированной стали, металлопластов (металлических листов, защищенных от коррозии в заводских условиях полимерными составами с применением термообработки), стеклопластиков, закаленного стекла (стемалита), асбестоцемента. Легкие стены проектируют в виде фахверковых конструкций полистовой сборки или панельными. Комплектацию облицовочных и утепляющих слоев в панель выполняют, склеивая их между собой безусадочными клеями (изделия типа "сэндвич"), либо путем крепления к внутреннему каркасу панели. Изделия типа "сэндвич" применяют преимущественно в малоэтажных общественных зданиях из легких металлических конструкций комплектной поставки (см.гл.7), а каркасные - в жилых и общественных зданиях средней и повышенной этажности. Большинство материалов, применяемых для каркаса панелей: сталь, алюминий, асбестоцемент или легкобетонные бруски, - теплопроводны и ухудшают эксплуатационные качества стен в отечественных климатических условиях. Наиболее пригодны здесь в каркасе панелей деревянные бруски. Такой каркас может быть применен в зданиях любой этажности, если предусмотрена его защита от непосредственного воздействия огня примыкающими несгораемыми конструкциями (перекрытиями, внутренними стенами, колоннами несущего каркаса здания), а в панелях используется несгораемый утеплитель.

Внутреннюю обшивку легких стен выполняют из гипсокартона, гипсоопилочных и древесноволокнистых плит. За внутренней обшивкой непосредственно располагают рулонный пароизоляционный слой (рис. 1.7).

В одном здании могут быть использованы разные конструкции наружных стен. Так, например, в здании с поперечными внутренними несущими стенами могут быть применены ненесущие продольные наружные стены - панельные из небетонных материалов, а для торцевых - несущие из бетонных панелей.

1.3. Элементы внутренних несущих конструкций

Внутренние конструкции панельных зданий I и II системы также разнообразны. Для внутренних стен I системы применяют бетонные панели сплошного сечения двух раз­ных толщин - 120 мм для межкомнатных стен, 160 - для межквартирных. Для зданий II системы - бетонные панели внутренних стен имеют единую толщину - 160 мм. Московским территориальным каталогом, независимо от системы, предусмотрена единая толщина панелей - 180 мм. Во всех случаях панели имеют высоту в этаж и изготавливаются глухими и с дверными проемами.

Панели перекрытий в домах I системы - сплошного сечения, размером "на комнату". Однако толщина панелей в разных сериях блок-секций, несмотря на одинаковые проле­ты и нагрузки, различна: в одних сериях - 120 мм (для случаев применения слоистых полов), а в других - 140 и 160 мм (для акустически однородных перекрытий). Различия сложились в течение десятилетий не без влияния постоянно повышающихся нормативных требований к звукоизоляции, но в настоящее время они служат одним из существенных препятствий в обеспечении взаимозаменяемости конструкций на пути к открытой системе типизации конструкций. Пути преодоления этого существенного недостатка дают и Общесоюзный каталог, и система ГСПД (см. "Введение"), внедрение которых, к сожалению, до настоящего времени не произошло.

¹ Для описания таких конструкций применяют также термины - легкие стены, стены-экраны, стены-курти­ны, стены из листовых материалов и др.

Перекрытия в домах II системы проектируют однотипными - из предварительно на­пряженных многопустотных настилов высотой 220 мм. Такие настилы применяют для пролетов до 7,2 м включительно.