Архитектурные конструкции

Ограждающие конструкции, требования к ним. Методология их проектных решений

В отличие от несущих конструкций, для которых первичной является оценка их статической работы под нагрузками, для ограждающих первичными являются воздействия несилового характера: потоков влаги и тепла, распространение звуковых волн и т. п.

Наружные стены. Факторы, воздействующие на них в самом общем случае, показаны на рис. II. 1З (в частных случаях к ним могут быть добавлены: химическая агрессия как с внешней, так и с внутренней стороны, особый тепловлажностный режим помещений и т. п.). В этих условиях стена должна прежде всего удовлетворять требованиям теплотехники.

Теплозащитные свойства стен зависят от способности строительного материала передавать теплоту, что характеризуется коэффициентом теплопроводности. Чем меньше плотность, тем меньше величина коэффициента его теплопроводности, тем лучше теплозащитные свойства стен.

Теплоустойчивость—тепловая инерция — характеризует способность стены сохранять неизменным тепловое состояние своих внутренних слоев. Это состояние может быть нарушено тепловыми волнами, распространяющимися в теле стены и вызванными периодическими суточными погодными изменениями температуры наружных поверхностей. Если эти тепловые волны угасают в теле стены настолько, что амплитуда колебаний температуры внутренних поверхностей незначительна, значит, стена обладает хорошей тепловой инерцией. Обычно такими бывают массивные стены из достаточно плотных материалов (камня, кирпича и т, п.). Стены из материалов малой массы не обладают такой инерцией.

Воздухопроницание характеризует интенсивность фильтрации воздуха через поры материала и неплотности конструкций (инфильтрация) при разности давлений на наружных и внутренних поверхностях, вызванных гравитацией, ветровым напором и т, д. Инфильтрация в ограниченных пределах полезна ограждающей конструкции, так как способствует просушке стен, уменьшает влажность помещений, интенсифицируя их воздухообмен.

Необходимость обеспечения этих теплофизических свойств дает представление о желательной структуре материала стен: с позиций теплопроводности предпочтительнее пористые структуры и, наоборот, более плотные — с позиций теплоустойчивости и воздухопроницания.

Одновременно стена должна обладать еще и таким сопротивлением паропроницанию, при котором недопустимо или ограничено накопление в ней влаги за холодный период года, поскольку увлажнение стен приводит к снижению морозе-, био- и влагостойкости материалов. Но самое важное — это ухудшение теплозащитных свойств стены. Основная причина проникновения влаги в стену — диффузия паров 2 (рис. 11.13) из помещений, в которых парциальное давление этих паров влаги всегда больше, чем снаружи. Крайне нежелательно увлажнение материала стен при выпадении конденсата. Конденсат выпадает обычно в холодное время года, когда температура в теле стены имеет отрицательные значения. Диффузирующие пары влаги, перенасыщаясь при остывании, могут конденсироваться в зоне 6.

Выпадение конденсата помимо снижения теплозащитных свойств стены может явиться к тому же и причиной разрушения поверхностных слоев. Механизм такого возможного разрушения состоит в следующем. В процессе замораживания воды, конденсировавшейся в порах материала, образовавшийся лед, увеличиваясь в объеме, давит на стены этих пор, которые вследствие этого испытывают растягивающие усилия. Они и могут служить причиной возникновения трещин, а также и разрушений поверхностных слоев

стены.

Меры по ограничению паропроницания сводятся к следующему. В тех случаях, когда материал стен или теплоизоляция стен имеет пористую структуру, на внутренней поверхности стен необходим защитный слой пароизоляции. В случае, если материал стен имеет плотную структуру, наиболее плотные слои следует располагать ближе к внутренней поверхности.

К защитным от паров влаги мероприятиям следует отнести и меры по их удалению, если некоторая часть паров проникает в стены через неплотности, трещины, что неизбежно.

В этих целях материалы большей пористости рациональнее размещать ближе к наружным слоям стены; но не на самой наружной поверхности, которая подвержена воздействию осадков, ветра и т. п. Поэтому на наружной поверхности необходим защитный слой из плотных структур.

Из рассмотренного наметились методические предпосылки по проектированию стены как ограждающей конструкции. Но всем видам стен в той или иной мере присущи еще и несущие функции.

Есть два метода совместного учета ограждающих и несущих свойств стеновых конструкций: совмещение этих функций и их разделение. В первом случае конструкция получается однослойной, а во втором—многослойной или ее еще называют слоистой. Во втором случае каждый слой обычно имеет свое назначение: теплоизоляционный, звукоизоляционный, пароизоляционный, отделочный и т. п.

Принципиальная схема возможных решений наружных стен представлена на рис. П. 14. Здесь позиция 2 означает любой эффективный однородный материал, способный совмещать несущие и изолирующие функции, — керамзитобетон, эффективный кирпич, деревянные брусья и т. п. Для остальных случаев позиция 4 предполагает любой материал плотной структуры с несущими  функциями.   Воздушная прослойка 9 — один из возможных вариантов эффективных средств теплозащиты. Воздушная прослойка в ограждениях эффективна только в случае изоляции ее пространства от проникновения и перемещения в ней частиц наружного и внутреннего воздуха. Это в равной мере относится не только к прослойкам в стеновом ограждении, но и к любым видам прослоек двойных или тройных свегопрозрачных ограждений и т. п.

Стеновые ограждения будут эффективны, если в дополнение к сказанному будут применены конструктивные приемы, предупреждающие местные промерзания — “мостики холода”. К ним относятся случаи, когда в наружную стену включаются конструктивные элементы из материалов большей теплопроводности: плиты балконов, заглубленные с наружной стороны (рис. 11.14, д), железобетонные колонны или балки, втопленные с внутренней стороны (рис. 11.14, е) и т. п. В этих местах оставшихся участков стен недостаточно для тепловой защиты, и эти температурные мостики являются причиной местного понижения температуры внутренней поверхности и образования конденсата. Меры борьбы — введение слоя эффективного утеплителя (рис. 11.14, ж, и).

Конкретные реализация этих методических предпосылок рассмотрены в разд. III—V.

Междуэтажные перекрытия. Факторы, воздействующие на них, показаны на рис. 11.15. Важнейшая ограждающая функция перекрытий — звукоизоляция. Механизм прохождения звуковых волн через междуэтажные перекрытия различен в зависимости от источника звука. Различают ударный и воздушный звуки. Ударный (поз. 4 рис. 11.15 получается при ударах на конструкцию, танцах, ходьбе. Он вызывает мембранные колебания самих конструкций. Небольшая часть звуковых волн проходит через материал конструкции непосредственно. Воздушный звук (речь, звуки радио и т. п.) передается ограждающим конструкциям в виде воздушных звуковых волн 3, большая часть которых отражается поверхностями. Через ограждения воздушный звук может проникать двумя путями: через неплотности, трещины перекрытий — основной путь; второстепенный — вследствие    колебаний конструкций как мембраны.

Исходя из этого, мероприятия по звукоизоляции перекрытий сводятся к следующему:

1. Одна из эффективных мер борьбы с воздушным звуком — тщательная заделка всех   неплотностей в стыках между сборными элементами, в местах сопряжений перекрытий со стенами 7 и т. д.

2. Для устранения мембранных колебаний можно применить два способа. Первый состоит в увеличении массивности конструкций, их веса. Второй — в устройстве  многослойных конструкций со слоями различной звукопроницаемости.

Смысл первого способа состоит в обеспечении такой инерционности массивных конструкций, при которой энергия звуковых волн не возбуждала бы в них колебаний. Смысл же второго способа состоит в том, что на границах двух смежных сред (слоев) энергия звуковых волн уменьшается за счет отражения от каждой новой (по ходу движения) среды (слоя).

Конструкции, выполненные по первому способу, называются акустически однородными (они, исключая конструкцию пола, однослойны); по второму — акустически   неоднородными.

Преимущества первого способа заключаются в сравнительной простоте изготовления; преимущества второго— в значительно меньших массе конструкций, и расходе материалов. Так, масса акустически однородных междуэтажных ограждений жилых зданий ориентировочно не должна быть менее 300...400 кг/см2; масса же акустически неоднородных обычно не превышает 200...250 кг/м2.

3. Эти меры необходимы и достаточны для изоляции как от воздушного, так и от ударного звуков, но при одном обязательном условии: глушении ударного звука в пределах конструкции пола, до того, как звуковые волны попадут на несущие элементы перекрытий. Дело в том, что плотные материалы   этих элементов не только хорошо отражают воздушные звуковые волны, но и хорошо проводят попадающие непосредственно на них ударные. Изоляция от ударного звука обеспечивается; применением упругих прокладок между конструктивными элементами пола и несущими конструкциями перекрытий; применением упругого основания пола (из релина, тапифлекса и т. п.).

На рис. 11.16 схематически показаны методические принципы проектирования акустически однородных (а) и неоднородных (б—е) конструкций. Неоднородность достигается обычно включением воздушной прослойки при различных комбинаторных сочетаниях раздельных пола и потолка. В пределах воздушной прослойки, которая может быть полностью или частично заполнена звукоизолирующим материалом, в значительной мере поглощаются звуковые волны. Способы устройства подвесных потолков приведены в гл. XXIII.

Все сказанное относится к прямой передаче звука — в направлении движения звуковых волн.

Помимо этого существует и косвенная (обходная) передача звуковых волн, возбуждаемых в конструкции, другим конструкциям, смежным с ней. Это особенно часто встречается в современных зданиях при наличии жестких связей между конструкциями из материалов большой плотности. Одна из существенных мер изоляции от такого шума, называемого структурным, состоит в надежном глушении звуков в перекрытиях, в которых находятся источники звуков, Надежного звукоглушения можно достигнуть устраивая раздельные полы и потолки.

Другие типы перекрытий. В чердачных перекрытиях, как и в наружных стенах,     важнейшей    ограждающей функцией является теплоизоляция. Поэтому основное внимание уделяется: обеспечению требуемой толщины теплоизоляционного слоя; дополнительной теплоизоляции отдельных мест, в которых возможно образование мостиков холода (рис. 11.16, и); предупреждению увлажнения изоляционных материалов. Толщина слоя теплоизоляции устраивается с учетом того, является ли чердак отапливаемым или нет, В малоэтажном строительстве чердаки, как правило, не отапливаются. В многоэтажном жилом строительстве возможны оба варианта. Основные средства, предупреждающие увлажнение утеплителя парами влаги из помещений (см. рис. 11.15, 2): устройство защитного слоя пароизоляции перед утеплителем по ходу движения паров, т. е. в данном случае ниже утеплителя; проветривание чердаков для удаления паров влаги, прошедших через неплотности, и т. п.

Над эркером (см. рис. 11.15), над отапливаемым чердаком совмещаются функции чердачного перекрытия и кровли. Такая ограждающая конструкция — совмещенное бесчердачное покрытие — применяется не только в упомянутых местах, но является основным типом покрытий производственных зданий, многих общественных и ряда жилых. Методически конструкция этого ограждения может выполняться двумя способами:

1. Крыша и перекрытие, играющее роль чердачного, остаются в виде раздельных частей со сплошным воздушным продувом (рис. 11.1, к).

2. Кровля и чердачное перекрытие объединяются.   Взамен  несущих элементов крыши устраивается основание кровли (стяжки)   в виде   сплошного слоя жесткого материала, укладываемого поверх утеплителя (рис. 11.16, л).

В первом варианте получаются вентилируемые совмещенные покрытия, которые правильнее называть совмещенными бесчердачными крышами (по аналогии с чердачными крышами). Во втором имеет место не только совмещение  функций кровли и чердачного перекрытия, но и упрощение их конструктивных решений. За счет этого второй вариант дешевле первого на 10... 15% и менее трудоемок. Такие покрытия бывают невентилируемыми и частично вентилируемыми.

Особенности перекрытий под эркером и над проездом IV (см, рис. 11.15) состоят в том, что в отличие от междуэтажных они должны предусматривать теплоизоляцию. Защитный слой пароизоляции, который должен располагаться перед теплоизоляцией, в данном случае укладывается выше утеплителя — под конструкцией пола. Эти же перекрытия должны иметь защитный слой на нижней поверхности — для предохранения от воздухопроницания, а иногда и газопроницания (см. рис. 11.15, в). Кроме того, этот слой является отделочным

Водонепроницаемость — свойство, необходимое перекрытиям помещений с влажностным режимом эксплуатации (душевые и санитарные узлы в бытовых помещениях, моечные в банях, санузлы в жилых домах). В подобных случаях под полом устраивается гидроизоляционный ковер, края которого заводят по контуру на стены.