Износ жилых зданий
| Вид материала | Реферат |
| Несущие стены(панельные (однослойные, двухслойные, трехслойные) и кирпичные) Несущие панели (однослойные, в том числе из ячеистого бетона, трехслойные) |
- Справочное пособие к снип отопление и вентиляция жилых зданий, 381.43kb.
- Государственный стандарт российской федерации электроустановки зданий основные положения, 281.32kb.
- Я, реконструируемых и эксплуатируемых жилых, общественных зданий и на территории жилой, 397.4kb.
- Реконструкция жилых зданий с применением встраиваемого каркаса с плоскими сборно-монолитными, 120.67kb.
- Временные указания по применению устройств защитного отключения в электроустановках, 114.81kb.
- Керамическая плитка является популярным материалом для отделки помещений жилых и общественных, 54.61kb.
- Ведомственные строительные нормы Электрооборудование жилых и общественных зданий Нормы, 1883.17kb.
- Физический износ, 70.49kb.
- Термины и определения этажей жилых и общественных зданий установлены приложениями «Б», 11.1kb.
- С. А. Яременко удк 697. 922 Ббк 085 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, 291.56kb.
"Мостики холода" чаще всего возникают в случае расположения дополнительной теплозащиты с внутренней стороны стены здания. Они представляет собой участок ограждающей конструкции, на котором по конструктивным или технологическим причинам понижено качество теплоизоляции и повышены локальные теплопотери. Как правило, «мостики холода» располагаются в местах нарушения непрерывности теплоизоляционного слоя, например, на стыке стен и полов, стен и потолков, в местах соединения внутренних и наружных стен, в местах расположения оконных и дверных проемов. На этих участках температура поверхности из-за недостаточного термического сопротивления часто бывает ниже температуры точки росы и здесь наблюдается выпадение конденсата.
В местах опирания плит перекрытий на наружные стены (на стыке стен и полов, стен и потолков) для устранения «мостиков холода» необходимо, кроме основного слоя теплозащиты, располагаемого с внутренней стороны стены, производить дополнительное утепление участка плиты перекрытия, как со стороны пола, так и со стороны потолка.
Ширина утепляемого участка должна определяться из расчета температурного поля конструкции в месте «мостика холода». Задача решается несколько раз при различной ширине утеплителя. Принимается вариант, при котором на границе утеплителя и по его поверхности температура не ниже температуры точки росы. Конструктивно утепление решается следующим образом, рис.2.22, а. Со стороны пола по поверхности плиты перекрытия укладывается материал утеплителя толщиной не менее толщины теплоизоляции стены. Ширина его устанавливается по теплотехническому расчету. Если же она принимается без расчета, то должна быть не менее двух толщин дополнительного теплоизоляционного слоя. Для утепления может быть использован материал, применяемый для теплозащиты стены, или более плотный материал.
Со стороны потолка по плите дополнительное утепление удобнее устраивать путем приклеивания карнизов из профильных пенополистиролов или пенопластов. Иногда в отечественной строительной практике использовали технологию утепления плиты перекрытия в месте «мостика холода» путем нанесения асбоминваты с последующим оштукатуриванием по тканевой металлической сетке (рис.2.22, а). Такой способ утепления достаточно трудоемок и в настоящее время, в связи с появлением широкого ассортимента профильных карнизов из теплоизоляционных материалов не требующих дополнительной отделки, нерационален.
Установлено, что в большинстве случаев при замене окон в старых зданиях на новые без устройства дополнительной теплозащиты стен, внутри квартир на наружных стенах проявляются пятна сырости, плесени и льда. Наличие таких пятен указывает на существование в этих местах «мостиков холода», которые до сих пор не были заметны из-за неплотностей в окнах. В связи с этим устройство дополнительной теплоизоляции стен, в независимости от того, где расположен утеплитель (с внутренней или наружной стороны стены), должно проводиться и на торцевых участках оконных и дверных проемов. При несоблюдении этого правила будет происходить только частичное сокращение площади «мостика холода», но не ликвидация его совсем.
| a) | б) |
 |  |
Рис.2.22. Вариант устройства утепления в местах «мостиков холода» (а) и объемный оконный элемент (б):
1 – кирпичная стена; 2 – плита перекрытия; 3 – существующий штукатурный слой; 4 – плинтус; 5 – половая доска; 6 – лага; 7 – звукоизоляционная прокладка; 8 – дюбель; 9 – рейка; 10 – утеплитель плитный; 11 – пароизоляционный слой; 12 – отделочный слой по утеплителю; 13 – асбоминвата; 14 – металлическая тканая сетка; 15 – строительный раствор; 16 – дополнительная теплоизоляция, укладываемая под полом
Часто значительное понижение температуры внутренней поверхности наблюдается вблизи стыков в наружных стенах крупнопанельных домов. В домах с однослойными панелями это вызывается заполнением полости стыка материалом более теплопроводным, чем материал панели, а в зданиях с многослойными панелями – из-за наличия бетонных ребер, окаймляющих панель. Утепление этих участков производится по аналогии с участками около плиты перекрытия.
В связи с этим технологический процесс устройства дополнительной теплоизоляции наружных стен с наружной или внутренней стороны должен предусматривать работы по утеплению торцевых частей оконных проемов. Для этого в первую очередь очищают от старой штукатурки торцевые части стен, образующие оконный проем, после чего монтируют теплоизоляционный материал и защитно-декоративный слой (рис. 2.6).
При устройстве защитно-декоративного слоя из облицовочных панелей целесообразно использовать объемные оконные элементы (рис. 2.22, б), которые значительно сокращают трудоемкость ведения работ и улучшают архитектурный облик фасадов.
2.3.2. Крепление несущего каркаса защитно-декоративных панелей к стенам здания
При устройстве дополнительной теплозащиты стен с использованием защитно-декоративных панелей достаточно сложной задачей является выбор наиболее рационального крепления несущего каркаса к стенам зданий. Это связано с различными конструктивными решениями стен и их состоянием на период утепления, а так же многообразием крепежных элементов.
Основу опорного жилищного фонда страны составляют панельные и каменные здания, на долю которых приходится, соответственно, 60 и 20 %. Панели наружных стен жилых домов изготовлялись однослойными, двухслойными и трехслойными. Однослойные легкобетонные панели составляют около 80% всех выпускаемых панелей, 5%- двухслойные и 15%- трехслойные.
Однослойные панели изготавливались из конструкционного теплоизоляционного бетона (в основном керамзитобетона) классов В3,5 и В5. Для домов выше 9 этажей применялся легкие бетоны класса В7,5 и В12,5. Несущая способность однослойных панелей наружных стен определялась прочностью и опорной зоной горизонтального стыка.
В крупнопанельном домостроении применялись двухслойные панели, состоящие из внутреннего несущего и наружного теплоизоляционного слоев. Внутренний слой выполнялся из тяжелого или конструкционного легкого бетона. Наружный слой состоял из теплоизоляционного бетона и защитно-декоративного отделочного слоя из цементно-песчаного раствора, декоративного карбонатного бетона и др. Несущий слой выполнялся толщиной не менее 10 см, а отделочный и декоративно-защитный слои - не менее 3 см. Класс бетона несущего слоя зависел от конструктивной системы и изменялся от В7,5 до В15, а утепляющий слой выполнялся из бетонов класса В2…В3,5. Панели конструктивно армировались сварным пространственным арматурным блоком, который состоял из плоских каркасов, расположенных перпендикулярно фасадной поверхности, и соединяющих их стержней. Каркасы устанавливали по контуру панели и проемов, а также на глухих участках - в вертикальных плоскостях. Если в горизонтальных стыках вертикальные усилия передавались только на несущий слой панели, фасадный отделочный слой армировали по всей площади сварной сеткой.
| Таблица 2.2 |
Повреждения, устраняемые при устройстве дополнительной теплозащиы стен жилых зданий
| Конструктивный элемент или его часть | Повреждения | Основные причины повреждений |
| 1 | 2 | 3 |
| Несущие стены (панельные (однослойные, двухслойные, трехслойные) и кирпичные) | ||
| Вертикальные и горизонтальные поверхности стен | Общие деформации стен в вертикальной или (и) горизонтальной плоскостях (искривления, перекосы, выпучивания и др.) | Нарушения правил монтажа панелей или кирпичной кладки; эксплуатационные факторы |
| Бетон панели | Разрушение панели на большей части стен (выкрашивание бетона, не стабилизировавшиеся трещины шириной более 0,3 мм в перемычках и простенках | Нарушение правил транспортировки, монтажа, ошибки при проектировании; эксплуатационные факторы |
| Вертикальные или косые стабилизировавшиеся трещины шириной до 1,2 мм в перемычках и простенках, в том числе переходящие в зону стыка панелей, нарушение связи между смежными участками стен | Эксплуатационные факторы; ошибки при проектировании; нарушение правил монтажа | |
| Стальная арматура, закладные и соединительные детали | Ржавые потеки на поверхности панелей; недостаточный защитный слой бетона | Коррозия арматуры, закладных деталей; нарушения в процессе изготовления |
| Коррозия арматуры, закладных и соединительных деталей, связей | Эксплуатационные факторы; нарушения в процессе изготовления | |
| 1 | 2 | 3 |
| Стыки и места сопряжения панелей с балконными, дверными и оконными блоками и др. | Трещины в стыках и сопряжениях | Эксплуатационные факторы |
| Выпадение раствора из стыков и мест сопряжений; выпадение, разрушение и потеря эластичности герметика, порча утеплителя | Нарушения в процессе возведения здания и монтажа панелей; эксплуатационные факторы | |
| Продувания и протечки с местным увлажнением бетона | То же | |
| Промерзание в зоне стыков и местах сопряжений | То же | |
| Защитные и защитно-декоративные покрытия | Выбоины в защитно-декоративном слое; отпадения отделки | Эксплуатационные факторы; ошибки при проектировании |
| Местное отслоение, шелушение отделки, разнотонность, высолы, потеки и др. загрязнения | Эксплуатационные факторы | |
| Отрыв, загибы, интенсивная коррозия покрытий выступающих частей фасада и водосточных труб | Эксплуатационные факторы | |
| Несущие панели (однослойные, в том числе из ячеистого бетона, трехслойные) | ||
| Элементы каркаса и узлы их сопряжения | Уменьшение сечения элементов каркаса, обнажение рабочей арматуры, трещины в узлах сопряжения шириной более 0,3 мм | Ошибки при проектировании; нарушение правил монтажа; эксплуатационные факторы |
| 1 | 2 | 3 |
| Элементы каркаса и узлы их сопряжения | Деформация бетона и соединительных элементов в узлах сопряжения элементов каркаса, стабилизирующиеся трещины шириной не более 0,3 мм | То же |
| Сколы, выбоины, вмятины и другие местные деформации элементов каркаса без обнажения арматуры, волосяные трещины | Эксплуатационные факторы; явления усадки и ползучести в бетоне | |
| Вертикальные и горизонтальные поверхности | Общие деформации панельных стен в вертикальной или (и) горизонтальной плоскостях (искривления, перекосы, выпучивания, изгибы и др.) | Нарушение правил монтажа панелей; эксплуатационные факторы |
| Внутренние и наружные поверхности панелей | Прогиб из плоскости панели | Эксплуатационные факторы; ошибки при проектировании |
| Бетон ячеистый | Скрытое внутреннее расслоение бетона в панелях на глубине более 40...50 мм от поверхности | Технологические факторы |
| То же, на глубине не менее 30...40 мм | То же | |
| Отпадание, отслоение бетона | То же | |
| Все виды бетона | Вертикальные или косые стабилизировавшиеся трещины шириной до 0,6 мм в перемычках и простенках | Ошибки при проектировании; нарушения правил транспортирования и монтажа; эксплуатационные факторы |
| Керамзитобетон | Повышенная влажность бетона | Технологические и эксплуатационные факторы; нарушение правил хранения |
| 1 | 2 | 3 |
| Стальная арматура, закладные и соединительные детали | Ржавые потеки на поверхности панелей; недостаточный защитный слой бетона, выход арматуры на поверхность | Коррозия арматуры, закладных деталей; нарушения в процессе изготовления |
| Коррозия арматуры, закладных и соединительных деталей, связей | Эксплуатационные факторы; нарушения в процессе изготовления | |
| Стыки и места сопряжения панелей с балконными, дверными, оконными блоками и другими частями здания | Трещины в слое раствора и бетона в зоне стыков и мест сопряжений | Нарушения в процессе возведения здания и монтажа панелей; эекплуатационные факторы |
| Выпадение раствора из стыков и мест сопряжений на глубину более 30 мм. Выпадения, разрушения и потеря эластичности герметика, порча утеплителя | То же | |
| Продувания и протечки с местным увлажнением бетона | То же | |
| Промерзание в зоне стыков и местах сопряжений | То же | |
| Защитные и защитно-декоративные покрытия | Отслоение отделки со слоем бетона; выбоины в защитно-декоративном слое; отпадание отделки | Эксплуатационные факторы; ошибки при проектировании |
| Местное отслоение отделки без слоя бетона; шелушение, разнотонность, высолы, потеки и другие загрязнения | Эксплуатационные факторы | |
| Отрыв, загибы, разрывы, интенсивная коррозия покрытий выступающих частей фасада, подоконных сливов и водосточных труб | То же | |
Трехслойные панели имели наружные слои из тяжелого или конструкционного легкого бетона. Внутренний слой выполнялся из эффективных теплоизоляционных материалов. Бетонные слои изготавливались из тяжелого или легкого бетона класса В7,5…В15, причем для легкого бетона применялся частично плотный (кварцевый) песок. Наружные слои связывались между собой гибкими или жесткими связями. Для утепляющего слоя использовали эффективные теплоизоляционные материалы с коэффициентом теплопроводности не более 0,12…0,13 Вт/(м2 x0С) и плотностью до 400 кг/м3 (плиты или маты минераловатные на синтетическом связующем, плиты фибролита, полистирольный пенопласт ПСБ и ПСБ-С, фенольный пенопласт ФРП-1 и др.).
Каменные стены в зависимости от конструктивной схемы здания могут быть несущими или самонесущими и выполняться из сплошной или облегченной кладки. В облегченной кладке часть конструкций из основного несущего материала заменяют теплоизоляционными плитами, легким бетоном, воздушной прослойкой или минеральной засыпкой. Большинство домов опорного жилищного фонда выполнено из сплошной кладки толщиной 0,38...0,64 м с применением глиняного или силикатного кирпича.
Повреждения наружных стен жилых зданий классифицируют, как правило, по причинам их возникновения. В табл. 2.2 систематизированы повреждения наружных стен с указанием причин их образования, которые могут устраняться при устройстве дополнительной теплозащиты.
Из табл.2.2 видно, что большинство повреждений стен требует наружных ремонтных работ, которые в свою очередь могут проводиться параллельно с устройством дополнительной теплозащиты или полностью ей заменяться.
В связи с таким разнообразием конструктивных решений и состояний наружных стен достаточно сложной задачей является выбор оптимального крепления несущих каркасов дополнительной теплозащиты. В строительной практике существует очень много технологических решений закрепления на стене несущих элементов с использованием различных крепежных устройств. В табл. 2.3 приведены показатели эффективности применения различных видов креплений к стенам зданий с несущей способностью до 10 кН.
Из табл. 2.3 видно, что наибольшую несущую способность имеют закладные детали и хомуты, но их применение невыгодно из-за большого расхода материала и высокой трудоемкости проведения работ.
| Таблица 2.3 |
| Сводная таблица показателей эффективности применения различных типов креплений для узлов соединений с несущей способностью до 10 кН |
| (+ применение целесообразно, - примененять не следует, * применение возможно) |
| Тип крепления | Область применения креплений | Трудоемкость закрепления, чел-ч. | Допускаемая максимальная нагрузка, кН | Коэффициент полезности, чел-ч/кН | Коэффициент использования материла, кг/кН | ||||||
| вентиляционное и сантехническое оборудование | технологическое оборудование | электротехническое оборудование | подъемно-транспортное оборудование | трубовпроводы и металлоконструкции | строительные элементы | ||||||
| статическая | динамическая | ||||||||||
| Пластмассовые дюбели | - | - | + | - | - | * | 0,098 | 5,0 | - | 0,02 | 0,02 |
| Выстреливаемые дюбели | * | - | + | - | * | * | 0,02 | 2,5 | - | 0,08 | 0,02 |
| Закладные детали | * | - | * | + | * | * | 1,33 | 10,0 | 10,0 | 0,133 | 0,15 |
| Замоноличиваемые болты, шпильки, кронштейны | * | * | - | * | * | * | 0,96 | 8,0 | 8,0 | 0,12 | 0,15 |
| Металлические хомуты | * | * | * | - | * | * | 0,85 | 10,0 | - | 0,085 | 0,5 |
| Соединительные стержни | - | * | - | - | * | * | 1,15 | 8,0 | 8,0 | 0,144 | 0,25 |
| Распорные крепления | + | + | + | + | + | + | 0,11 | 8,0 | 8,0 | 0,013 | 0,08 |
Дюбели выстреливаемые и с пластмассовыми втулками имеют небольшой расход материала и маленькую трудоемкость, но применение их в конструкциях, защищающих утеплитель, невозможно из-за маленькой несущей способности. Нужно отметить, что пластмассовые дюбели удобно применять для крепления утеплителя в связи с его малым весом и возможностью изготовления дюбелей большой длины.
Крепление защитно-декоративного слоя теплоизоляции можно осуществлять замоноличиванием, соединительными стержнями и распорными анкерами (за рубежом их называют дюбелями). Из перечисленных способов широкое применение получили распорные анкеры с металлическими втулками. Это связано с их низкой трудоемкостью монтажа и хорошей несущей способностью. Распорные анкерные крепления позволяют быстро производить монтаж конструкций на стене, а полная несущая способность достигается сразу после завершения крепежных работ. Эти соединения дают возможность избежать мокрых процессов на строительной площадке. В некоторых случаях возможен демонтаж анкеров для их повторного использования.
По оценкам специалистов в новом строительстве Германии ежегодная потребность в высокопрочных анкерах составляет около пятисот тысяч штук. Однако, эта ориентировочная цифра может значительно возрасти с учетом их потребности для производства работ по реконструкции и ремонту существующих зданий. Прогресс в области использования анкеров обусловлен наличием ряда объективных причин: появлением и внедрением в строительство высокопроизводительных сверлильных машин и пистолетов; увеличением объема высокопрочных строительных материалов; механизацией и рационализацией строительного производства; разработкой таких разновидностей анкеров, которые при правильном использовании могут воспринимать и передавать большие усилия.
Отечественные конструкции анкерных болтов, основанные на расклинивании, были предложены еще в 1910 г. Эти стержни имели концевую часть в виде ласточкиного хвоста и закладывались в конструкцию во время ее возведения. Впервые сравнительно широко в России болты расклинивающего типа были применены на строительстве главного корпуса Яйвинской ГРЭС для крепления стеновых панелей, опор трубопроводов, металлических площадок и других элементов к сборному железобетонному каркасу.
Распорные анкеры с металлическими втулками можно разделить по конструктивным особенностям их расклинивания на четыре типа (рис. 2.23). Первый тип расклинивается с помощью цилиндрического распорного элемента (пробки), забиваемого во втулку анкера. Второй тип закрепляется в несущем основании при забивании его втулки в коническую пробку.
Рис.2.23 Конструкции анкерных болтов распорного типа:
а) - I тип; б) - II тип; в) - III тип; г) - IV тип; 1 - пробка; 2 - втулка; 3 - конический болт; 4 - болт; 5 - гайка; 6 – шайба
Расклинивание втулок в анкерных болтах третьего и четвертого типа осуществляется с помощью натяжения их болтовой части при помощи гайки.
Конструкции анкеров I и II типа можно применять только в прочных основаниях при закреплении неответственных элементов, так как они не позволяют вести контроль за усилием, вызванным расклиниванием втулки. Анкеры III и IV типов дают возможность контролировать распорные усилия моментом, возникающим на ключе при затягивании болта. Применение III типа ограничено, так как диаметр его болтовой части жестко связан с диаметром втулки. Это не позволяет применять его в слабых основаниях, где необходимо увеличение диаметра втулки при сохранении постоянного диаметра болтовой части. Наиболее универсальным является IV тип анкера. Его можно применять в бетонных основаниях любой прочности, а так же кирпиче. Конструкция болта этого типа представляет собой металлическую втулку-трубку с четырьмя прорезями, в которую входит конический болт, имеющий на конце резьбу (рис.2.23, г). На резьбу навинчивается гайка, с помощью которой через шайбу к стене здания можно крепить различные конструкции.
Влияние диаметра втулки и глубины заложения анкера на его несущую способность в тяжелых бетонах прочностью больше В12,5 исследовали Людковский И.Г., Шарстук В.И., Алексеенко П.П., Гольцев Л.А. и др. На основании этих исследований разработаны рекомендации по расчету анкерного болта распорного типа, конструкция которого приведена на рис.2.24. В данных рекомендациях глубину заложения анкера определяют по формуле:
h3=(0,75d2+4,8P/kдл*Rbt)0,5 - 0,85d, но не менее 5d (2,1)
где d - диаметр болтовой части, см; Rbt- расчетное сопротивление бетона растяжению, мПа; Р - расчетная нагрузка, приходящаяся на болт, кН; kдл = 0,9 - коэффициент, учитывающий влияние длительного действия нагрузок для болтов с цангами.
Рис.2.24. Конструкция фундаментного анкерного болта распорного типа:
1 - конический болт; 2 - цанги; 3 – пружина
Воспользовавшись формулой (2.1), и зная отношение диаметра анкера к диаметру втулки (D/d = 1,6) можно вывести зависимость для определения глубины заложения анкера IV типа (рис.2.23, г): (0,29D2 + 4,8P/kдлRbt)0,5 - 0,53D, но не менее 3,2D.000001 (2.2)
– диаметр анкера, см.
Причем анкерная часть, заделываемая в стену, должна находиться от противоположного края стены на расстоянии не менее 1,9D.
При расположении анкерного болта от края основания на расстоянии, меньшим 6,25D, следует, при сохранении расчетной нагрузки с приближением к краю, увеличивать глубину заделки анкера, которую определяют по формуле:
hкр = hз·Bкр,(2.3)
где hз - глубина заделки, определяемая по формуле (2.2); Bкр - коэффициент влияния края для глубины заделки, определяемый по табл.2.4.
| Таблица 2.4 |
| Коэффициенты влияния края |
| Расстояние от края | 4d или 2,5D | 5d или 3,1D | 6d или 3,8D | 8d или 5D | 10d или 6,3D |
| Вкр | 1,35 | 1,30 | 1,25 | 1,15 | 1,00 |
| Kкр | 0,65 | 0,70 | 0,80 | 0,90 | 1,0 |
При необходимости сохранения постоянной глубины заделки анкера, необходимо уменьшить величину нагрузки, путем введения соответствующего коэффициента, по формуле:
Ркр = Р·Ккр, (2.4)
где Р - расчетная нагрузка; Ккр - коэффициент влияния края для расчетной нагрузки, определяемый по табл.2.4.
В зарубежных каталогах к анкерным болтам с металлическими распорными втулками даются размеры для соответствующей нагрузки при установке их в бетонные основания прочностью В15 (Fisher), В25 (Mungo) и В30 (Hilti). Однако, наружные стены жилых зданий выполнялись из бетонов меньшей прочности, а также из кирпича. В связи с этим производились экспериментальные исследования влияния размеров анкера на его несущую способность в зависимости от действующей нагрузки в стенах из тяжелого и легкого бетона и кирпича.
В большинстве конструкций теплозащиты ее каркас закрепляется на стене с помощью кронштейнов, рис. 2.25. Надежность работы такого узла обеспечивается правильным выбором конструкции анкерного болта и его размеров, точностью сверления отверстий и соблюдением технологии монтажа.
Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что анкерные крепления могут быть в виде сдвигоустойчивого или сдвигоподатливого соединения. В сдвигоустойчивом соединении действие на узел крепления сдвигающих и отрывающих нагрузок воспринимается силами трения в стыке между соединяемыми элементами. Это достигается соответствующим усилием затягивания болта анкера. Соединение под нагрузкой не изменяет места своего первоначального положения. В сдвигоподатливых соединениях болт анкера работает на срез и изгиб. Такое соединение при нагружении дает перемещение кронштейна на величину зазора между болтовой частью анкера и монтажным отверстием кронштейна. Конструктивные решения дополнительной теплоизоляции не допускают перемещения кронштейна и, следовательно, соединения в данном случае должны быть сдвигоустойчивыми. На анкер при этом действует выдергивающая сила.
Существует несколько конструкций анкерных болтов распорного типа (рис.2.23), общей их особенностью является проявление в процессе нагружения анкера распорных сил. Распор вовлекает в работу бетон, создавая в непосредственной близости болта сложно-напряженное состояние, в общем улучшающее работу анкерной крепи. В отдельных случаях, например, при расположении анкеров у оконных проемов или в углах стен распор может вызвать преждевременное разрушение основания. Поэтому знание величины и направления распора важно и необходимо для надежного проектирования узла крепления. Распор зависит от многих факторов, в частности, от угла наклона образующей конуса к вертикали, сил трения и может меняться в довольно значительных пределах.
При выборе угла альфа учитывается, что для получения самотормозящих или самозаклинивающихся конических соединений необходимо, чтобы угол наклона конуса был меньше угла трения j. При коэффициенте трения f = 0,20...0,22 (сталь по стали при сухих обезжиренных поверхностях) j = 120, то есть < 120. Наиболее рациональным углом наклона конуса к оси стержня является a = 50...70. При этом наблюдается зависимость, чем меньше угол наклона, тем больше распор.
Проектирование анкерного болта распорного типа заключается в определении площади сечения болтовой части, диаметра втулки и глубины ее заложения. Размеры назначаются в зависимости от прочности материала основания, в которое помещается анкер, и нагрузки, действующей на него.
В сдигоустойчивом соединении площадь болтовой части анкера можно определить по формуле:
Abh>(либо равно)(N/Rba)*(
h/b*m + 2,25k/L) (2.5)где N – нагрузка, действующая на кронштейн от веса защитно-декоративного слоя (рис. 2.25); Rba – расчетное сопротивление болтовой части анкера растяжению;
h = 1,7 – коэффициент надежности; b = 0,8 – коэффициент условия работы соединения; m - коэффициент трения кронштейна о материал стены; k – расстояние от стены до точки приложения силы к кронштейну (рис. 2.25); L – расстояние от анкера до нижнего края пяты кронштейна (рис. 2.25). По найденной минимальной площади сечения болтовой части анкера принимается его диаметр и шаг резьбы.
При определении глубины заложения анкера в стены жилых зданий прочностью менее В12,5 возникает вопрос о возможности применения зависимости (2.2). В связи с этим были проведены экспериментальные исследования по определению несущей способности анкеров в бетонных основаниях с классами бетона В7,5…В2,5. Для сравнения результатов, полученных в испытаниях и определяемых по зависимости (2.2), построены графики (рис. 2.26), на которых пунктирной линией показаны значения, вычисленные по зависимости (2.2), а сплошной - средние экспериментальные значения.
Из графиков видно, что зависимость (2.2) в бетонных и кирпичных основаниях дает запас по прочности (для средних значений нагрузки, рис. 2.26) в 4…5 раза. Такой запас для распорных анкеров считается достаточным. Например, в зарубежных каталогах приводятся характеристики анкеров с учетом пятикратного запаса прочности. Это говорит о том, что для определения глубины заложения анкера в бетонных основаниях прочностью меньше чем В12,5 и для кирпича можно использовать зависимость (2.2).
Рис.2.25.
Расчетная схема соединения кронштейна со стеной с помощью анкера распорного типа
Испытания показали, что анкеры при работе под нагрузкой обладают определенной податливостью (рис. 2.27). Податливость возникает из-за деформации основания под цангами анкера. Это может вызвать сомнение в определении работы соединения анкера и кронштейна как сдвигоустойчивого. В связи с этим проводились испытания совместной работы анкеров и кронштейнов, закрепленных в бетонных и кирпичных стенах.
Результаты эксперимента показали, что при нагрузках на кронштейн величиной от 0,6 кН и более, происходил отрыв одной стороны кронштейна. При нагрузках порядка 1 кН наблюдался незначительный изгиб пяты. Вертикальных перемещений вдоль стены не было. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что данное соединение является сдвигоустойчивым и пригодно для конструкций крепления защитных слоев теплоизоляции.
Рис. 2.26.
Графики зависимости глубины заложения анкера от нагрузки в стержне болта:
а) - бетон В7,5, D = 16 мм; б) - бетон В5, D = 16 мм; в) - бетон В5, D = 18 мм; г) - бетон В5, D = 20 мм; д) - бетон В2,5, D = 20 мм; ж) - кирпич М75, D = 16 мм
Рис. 2.27.
График перемещений болтовой части анкера (средние значения):
1 - бетон В7,5, hЗ = 60 мм, D = 16 мм; 2 - бетон В5, hЗ = 60 мм, D = 16 мм; 3 - бетон В5, hЗ = 60 мм, D = 18 мм; 4 - бетон В5, З = 60 мм, D = 20 мм; 5 - бетон В2,5, hЗ = 80 мм, D = 20 мм
Податливость анкера можно уменьшить на 35 % за счет предварительного обжатия материала под цангами предполагаемой нагрузкой на анкер. Предварительное обжатие достигается затягиванием гайки анкера с определенным моментом на ключе, дающим нагрузку, допустимую для данных размеров анкера. После этого необходимо разгрузить анкер до нуля и затянуть его с необходимым моментом на ключе.
Усилие затягивания анкера достигается закручиванием болта с усилием на ключе Мкл= Мр + Мт, (2.6)
где Мр - момент в резьбе, Мт - момент трения на торце гайки или болта.
Mp=0,5Pз(P/п*d2+fp) (2.7)
где d2 - средний диаметр резьбы; Р - шаг резьбы; fр=1,15f - коэффициент трения в резьбе; f - коэффициент трения материала гайки по материалу болта; Рз - усилие первоначальной затяжки.
Мт = Рзfт(а+d0)/2, (2.8)
где fт - коэффициент трения на торце гайки; а - внешний диаметр опорного конца гайки; d0 - диаметр отверстия в корпусе под болт.
В некоторых случаях крепление дополнительной теплозащиты приходится осуществлять к защитному слою трехслойной панели. При этом возникает сложность увеличения ее несущей способности.
В практике эксплуатации и реконструкции жилых панельных домов со стенами из трехслойных панелей существует ряд технологий усиления их защитного слоя. На рис. 2.28 (а, б) показаны наиболее интересные конструктивно-технологические решения, разработанные в Германии.
Фирма Fischer производит усиление защитного слоя бетона с помощью специальных кронштейнов, закрепляемых на несущем слое панели с помощью распорных анкеров, рис.2.28, а. Кронштейн устанавливается в специально высверленное в защитном слое и утеплителе отверстие, которое делают при помощи специальной сверлильной машины, и закрепленной в ней буровой коронки.
Фирма EJOT для усиления трехслойных панелей при устройстве дополнительной теплозащиты предлагает использовать специальные дюбели WSS, рис.2.28, б. Их устанавливают попарно под углом к поверхности стены 80о. Для устройства наклонных отверстий используют специальный кондуктор (предварительно закрепляемый на стене) и перфоратор. В высверленные отверстия забивают дюбели WSS и производят их затяжку с помощью поворота эксцентриковой втулки на пальце не более чем на угол в 180о. Затягивание эксцентриков производят во взаимно противоположных направлениях с помощью тарировочного динамометрического ключа. Для предохранения затянутой эксцентриковой втулки от самоотвинчивания в него и защитный слой панели устанавливают фиксатор.
Усиление трехслойных панелей при устройстве дополнительной теплозащиты, имеющей в своем основании несущий каркас, может осуществляться с помощью распорных анкеров, рис. 2.28, в. При этом длина анкера определяется по формуле:
Нз = hз + hут + hн.сл,
где hз - глубина заложения анкера, определяемая по зависимости (2.2); hут - толщина утеплителя панели; hн.сл- толщина наружного слоя панели.
Несущий каркас различных конструктивно-технологических решений теплозащиты может выполняться из дерева, металла, а также иметь деревянные и металлические элементы одновременно. Деревянный каркас (обрешетка) может применяться в зданиях высотой до 20 м. Его применение ограничено, в связи с тем, что он подвержен гниению, горюч, имеет небольшую долговечность. Все это говорит о том, что применение деревянного каркаса возможно только при утеплении отдельных малоэтажных домов, но не при теплозащите опорного жилищного фонда.
Рис. 2.28.
Усиление защитного слоя трехслойной панели:
а) – при помощи поддерживающих кронштейнов фирмы «Fischer»; б) – при помощи дюбеля «WSS» фирмы «EJOT»; в) – распорного анкера;
1 – несущий слой панели; 2 – утеплитель; 3 – защитный слой панели; 4 – палец дюбеля «WSS»; 5 – эксцентриковая втулка «WSS»; 6 – фиксатор «WSS»; 7 – клей; 8 – распорный анкер (дюбель); 9 – дюбель для утеплителя; 10 – штукатурка; 11 – армирующая сетка; 12 – поддерживающий кронштейн фирмы «Fischer»; 13 – регулировочный болт; 14 – кронштейн каркаса дополнительной теплозащиты
Металлические элементы каркаса (направляющие и кронштейны) обычно выполняют из алюминия или стали, покрытой окисью цинка. Размеры сечений элементов и число кронштейнов определяются расчетом, исходя из технологических и эксплуатационных нагрузок в зависимости от принятого конструктивного решения теплозащиты.
При расположении теплозащиты с наружной стороны стены необходимо обратить внимание на температурные деформации (если каркас металлический) и воздействие ветра.
С целью снижения воздействия температурных деформаций на кронштейны и направляющие крепление направляющих осуществляют в одной точке неподвижным, а в остальных - скользящим, рис. 2.29.
Рис. 2.29.
Схема крепления металлических направляющих к стене (а) и решение скользящего крепления направляющей, разработанное одной из германских фирм:
1 – неподвижное крепление направляющей; 2 – скользящее крепление направляющей; 3 – специальный кронштейн, позволяющий перемещать и изменять угол (при кривых стенах) наклона направляющей; 4 – направляющая; 5 – заклепки; 6 – дюбель с пластмассовой втулкой; 7 – облицовочная панель; 8 - стена
Помимо учета ветровой нагрузки (давления и подсоса ветра), действующей на теплозащиту, необходимо производить проверку на возможность возникновения резонанса, то есть должно выполняться условие:
Tn < tв, (2.10)
где Tn = 1/f1 - период колебаний конструкции; tв = 1 сек. - период пульсации ветра; f1 - собственная частота колебаний.
В большинстве случаев при защите утеплителя защитно-декоративными облицовочными панелями делается вентилируемая воздушная прослойка. Она способствует, во-первых, повышению теплозащитных качеств стены за счет увеличения термического сопротивления ограждающей конструкции на 10 %. Это происходит в связи с быстрым удалением строительной влаги в стенах строящихся зданий и снижает содержание воды в стенах эксплуатируемых зданиях с 10 до 4 %. Нужно отметить, что сухие стены важны для здоровья проживающих в квартире людей.
Во-вторых, в практике эксплуатации и капитальных ремонтов крупнопанельных жилых зданий возникает проблема антикоррозионной защиты арматуры наружных панелей (особенно трехслойных). Учеными установлено, что рост коррозии стальной арматуры в полностью карбонатизированном бетоне зависит от относительной влажности воздуха в бетоне, и если равновесная влажность воздуха менее 80 %, то рост прогресирующей коррозии отсутствует, рис. 2.30. Вентилируемая воздушная прослойка в течение года в стеновой панели поддерживает относительную влажность от 40 до 70 %, что позволяет защитить арматуру и закладные детали панели от коррозии.
Рис. 2.30.
График зависимости потерь по массе в расчете на площадь стальной арматуры от равновесной влажности воздуха в стеновой панели
В-третьих, при использовании конструктивно-технологического решения дополнительной теплозащиты с каркасом из деревянных направляющих (закрепляемых непосредственно на стене) вентилируемая воздушная прослойка способствует быстрому высыханию деревянных подконструкций, рис. 2.31. Возрастание влажности древесины в невентилируемой стене почти сразу после ее утепления объясняется тем, что древесина, вследствие непосредственного контакта со стеной, прежде чем высохнуть, сначала поглощает влагу.
Рис. 2.31.
Изменение с течением времени влажности деревянных подконструкций дополнительной теплозащиты, облицованных мелкоразмерными защитно-декоративными панелями из волокнистого цемента:
1) – горизонтальные несущие направляющие; 2) – вертикальные несущие направляющие в невентилируемой конструкции; 3) - вертикальные несущие направляющие в вентилируемой конструкции
В-четвертых, воздушная прослойка улучшает теплозащиту в летний период за счет циркуляции воздуха за облицовкой.
При проектировании дополнительной теплозащиты зданий, расположенной с наружной стороны стены и имеющей вентилируемую воздушную прослойку, возникает ряд вопросов, связанных с проникновением дождевой влаги за защитно-декоративные облицовочные панели и возникновением усилий, появляющихся в результате подсоса ветра в конструкции теплозащиты. Вопрос проникновения дождевой влаги за облицовочные панели подробно рассматривается в п.3.2.3.
| а) | б) |
 | |
Рис. 2.32.
Распределение потоков ветра в вентилируемой конструкции дополнительной теплозащиты (а) и устройства преград для воздуха из пластмассовой пленки в области вертикальной кромки здания (б)
| а) | б) |
 | |
Рис.2.33.
Принцип подтекания воздуха за теплоизоляционный материал (а) и рекомендуемая плотность теплоизоляционных материалов в зависимости от толщины утеплителя для вентилируемых конструкций теплозащиты (б):
1 – стык между плитами утеплителя; 2 – воздухопроницаемая теплоизоляция; 3 – поток воздуха
При проектировании дополнительной теплозащиты с вентилируемой воздушной прослойкой необходимо предусматривать ряд мероприятий, снижающих воздействие ветра (его подсоса) на конструкцию в целом. На основании исследований, проведенных в Берлинском техническом университете, можно утверждать, что под воздействием ветра за облицовочными панелями возникают воздушные потоки, которые создают разность давлений (рис.2.32, а). Для уменьшения нагрузок от подсоса ветра рекомендуется устраивать вертикальные ветрозащитные преграды из прессованных пенопластов или пластмассовых пленок в углах зданий (рис.2.32, б), а в некоторых конструктивно-технологических решениях роль преграды для воздуха могут выполнять вертикальные направляющие. Установлено, что для уменьшения ветровых нагрузок ширина воздушной прослойки не должна превышать величины, равной произведению узкой стороны здания на 0,005.
Наличие вентилируемой воздушной прослойки в конструкции дополнительной теплозащиты влияет на выбор и крепление теплоизоляционного материала. Это связано с тем, что при использовании утеплителей, имеющих малую воздухопроницаемость (плиты из пенополистирола, пенопласта и т.д.), за ними могут возникать усилия отрывания теплоизоляционного материала от стены, связанные с подсосом ветра (рис 2.33, а). Во избежании этого утеплитель необходимо приклеивать всей плоскостью к наружной поверхности стены. При использовании теплоизоляционных материалов с большой воздухопроницаемостью (плиты минераловатные, на основе каменной ваты и т.д.) отрывающие усилия, образующиеся в результате подсоса, уменьшаются, но продуваемость утеплителя намного снижает его теплозащитные качества. В связи с этим в [23] приводится график (рис.2.33, б), позволяющий найти рациональные характеристики теплоизоляционных материалов на основе минерального волокна, при котором на теплозащитные качества продуваемость будет оказывать незначительное влияние.