ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ПАНЕЛЕЙ НАРУЖНЫХ СТЕН

Наружные стеновые панели, стыки между ними и заполнения оконных проемов должны обладать достаточным сопротивлением теплопередаче и теплоустойчивостью, водо-, воздухо- и паронепроницаемостью, а материал панелей – достаточной морозостойкостью. Кроме того, наружные стеновые панели должны иметь нормируемую прочность, огнестойкость, быть технологичными при изготовлении, перевозке и монтаже. Долговечность панелей должна соответствовать нормативному сроку службы зданий.

Основной нормируемой характеристикой теплотехнических качеств наружных стеновых панелей является их сопротивление теплопередаче. До 1997 года толщина панелей наружных стен назначалась по минимально требуемому сопротивлению теплопередаче, необходимому лишь для того, чтобы предотвратить промерзание стены и обеспечить установленную санитарно-гигиеническим нормам разность температур воздуха в помещении и внутренней поверхности стены. Однако практика эксплуатации панельных зданий показала, что потери теплоты через стены при этом настолько велики, что затраты на дополнительное отопление превышает экономию, полученную за счет материалов стен. Поэтому согласно изменениям, внесенным в нормы проектирования, сопротивления теплопередаче стен должно назначаться исходя из наименьших приведенных затрат, которые включают все затраты – и в стадии строительства, и в стадии эксплуатации. Поэтому в последнее время требования к наружным стенам по теплозащите значительно повышены.

По статической работе наружные стеновые панели делятся на несущие, если они воспринимают нагрузку от вышележащих этажей, включая вес покрытий и перекрытий; самонесущие, если они несут только вес наружных стен, и ненесущие. Ненесущие панели навешиваются на поперечные внутренние сте-

ны, либо устанавливаются на перекрытия.

В современных зданиях наружные панели имеют следующие размеры: а) на комнату – одномодульные с длиной панели 2,4…3,6 м и высотой, равной высоте этажа; б) на две комнаты – двухмодульные с длиной панелей 5,4…7,2 м.

По конструкции наружные стеновые панели могут быть однослойные и слоистые. Однослойная стеновая панель (рис. 45.1) состоит из основного слоя – легкого бетона (на пористых заполнителях или автоклавного ячеистого), наружного фактурного и внутреннего отделочного слоя. Легкий бетон выполняет функции теплоизоляции и должен обладать достаточной несущей способностью. Бетон основного слоя панели принимается не ниже класса В3,5, что обеспечивает ее транспортабельность, плотность – в пределах 700…1400 кг/м². Наружный и внутренний отделочные слои выполняются из тяжелого бетона или раствора. Назначение этих слоев – защита пористого легкого бетона и арматуры от воздействия среды. Однослойные легкобетонные панели стен армируют вертикальными каркасами. Каркасы устанавливают также по контуру проемов и у наружных граней панелей. Диаметр стержней каркасов принимаются не менее 5 мм. Каркасы в панелях без проемов располагают по длине на расстоянии 1200…1500 мм один от другого. Каркасы соединяют горизонтальными стержнями диаметром 5 мм через 600…800 мм. В панелях с проемами устанавливают каркасы в перемычках, которые заводят за грани простенков не менее чем на 500 мм. В углах проемов устанавливают Г-образные сетки из проволоки Æ 3…4 мм с ячейкой 50х50 мм. Диаметр арматуры перемычек устанавливают расчетом.

Конструкция двухслойной наружной панели с фасада имеет вид, аналогичный однослойной, а разрез по простенку двухслойной панели приведен на рис. 45.2. Двухслойные панели применяются в качестве несущих. Суть конструкции заключается в следующем: внутренний слой из тяжелого бетона или из плотного бетона на пористых заполнителях имеет высокую прочность и воспринимает основную часть нагрузки от вышерасположенных этажей. Легкий бетон наружного слоя имеет меньшие прочность и плотность, чем в однослойных, то есть лучшие теплозащитные свойства. Оба слоя монолитно соединены друг с другом во время формования и совместно работают под нагрузкой. В этих панелях также имеется наружный отделочный фасадный слой толщиной 20 мм. Толщина внутреннего бетонного слоя принимается не менее 100 мм. Тело двухслойных панелей армируются также как однослойные, а перемычки армируются каркасами, устанавливаемые во внутреннем несущем слое. В этом же слое устанавливаются закладные детали и арматурные выпуски. Поперечные хомуты каркасов, пересекающие оба слоя панелей выполняют из арматуры классов А-I, А-II с антикоррозионной защитой. Эти хомуты рассчитываются на нагрузку от наружного слоя при его аварийном отслоении.

Наиболее эффективной в теплотехническом отношении являются трехслойные стеновые панели (рис. 45.3). Эти панели могут быть как несущими, так и ненесущими. Наружный и внутренний бетонные слои выполняют из тяжелого или конструктивного легкого бетона. Минимальные толщины слоев принимаются равными 50 мм для наружного слоя из тяжелого бетона, 80 мм – из легкого, 80 мм – для внутреннего слоя несущих стен из тяжелого бетона и 100 мм – из легкого, 65 мм – для внутреннего слоя ненесущих стен из тяжелого бетона и 80 мм – из легкого. Между наружным и внутренними слоями располагается эффективный утеплитель с плотностью не более 400 кг/м³. В качестве утеплителя могут использоваться: плиты из пористых пластмасс, жесткие и полужесткие плиты из стеклянной или минеральной ваты, плиты из цементного фибролита, пеностекла, а также заливочные составы, твердеющие в процессе изготовления панелей (ячеистый бетон, полистирол, полиуретан). Влагоемкие утеплители необходимо защищать от увлажнения путем пакетирования в водонепроницаемые оболочки. В настоящее время рекомендуется соединять бетонные слои с использованием гибких связей (рис. 45.3), которые не создают мостики холода. Гибкие связи крепятся к продольным стержням каркасов арматурного блока и надежно анкеруются в бетонных слоях панели. В рабочем положении панели эти связи воспринимают вертикальную нагрузку от наружного бетонного слоя панели и утеплителя и передают ее на внутренний слой. Диаметр связей назначается по расчету, но не менее 10 мм. Гибкие связи могут выполняться из легированных сталей или из арматуры класса А-I и А-II с антикоррозионными покрытиями. Внутренний слой панели армируют вертикальными каркасами с продольными стержнями диаметром не менее 6 мм. Каркасы располагают по контуру панели и проемов. Наружный слой армируют одной сеткой посередине сечения из проволоки диаметром 3 – 4 мм с ячейкой 100х200 мм, а в зоне перемычек – 100х100 мм. Каркасы перемычек, выпуски арматуры из панелей, закладные детали должны располагаться во внутреннем несущем слое панели.

45.2. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПАНЕЛЕЙ НАРУЖНЫХ СТЕН

Для наружных стеновых панелей следует проверять расчетом по прочности и трещиностойкости горизонтальные сечения по середине высоты этажа и в уровне перекрытия: средние сечения испытывают наибольшее влияние продольного изгиба, а в опорных сечениях – наибольшая концентрация напряжений. Расчетная длина (высота) панелей:

, (45.1) где высота этажа за вычетом толщины перекрытия; = 0,9 – коэффициент, учитывающий частичное защемление панели в уровне перекрытия; коэффициент, учитывающий влияние закрепления вертикальных граней панели в стыках панелей перпендикулярного направления, учитываемый только для сплошных участков стен, а в остальных случаях =1.

Прочность горизонтальных сечений панелей проверяют на совместное действие продольной сжимающей силы и изгибающего момента от вертикальных и горизонтальных нагрузок. В общем случае сила приложена с эксцентриситетом из плоскости стены, который отсчитывается не от геометрической оси сечения, а от физической, смещенной на величину . Это смещение принимается только для панелей из легких бетонов, бетонируемых в горизонтальном положении. Оно учитывает неоднородность материала из-за всплытия гранул легкого заполнителя. Принимают = , где толщина панели. Для тяжелых бетонов = . Расчетный эксцентриситет продольной силы составляет: . Здесь - изгибающий момент, вызывающий изгиб из плоскости сечения стены. Этот момент определяют следующим образом , где группа изгибающих моментов, вызывающих изгиб от вертикальных нагрузок , приложенных непосредственно к рассчитываемой стеновой панели (вес рассчитываемой панели , нагрузка от перекрытия одного этажа , нагрузка от балконов одного этажа и вес панели одного вышерасположенного этажа ; = + + + ; группа изгибающих моментов, вызывающих изгиб стены из плоскости от остальной части продольного усилия – , передаваемого стеновыми панелями вышерасположенных этажей и от поперечной ветровой нагрузки .

При определении момента расчетная схема стеновой панели принимается в виде шарнирно опертой в геометрическом центре горизонтальных стыков одноэтажной стойки (рис. 45.4). Геометрический центр стыков принимается посередине толщины стены. Для комбинированных стыков расстояние от геометрического центра стыка до внутренней грани стены определяется по формуле = , где площади контактного и платформенного участков стыка; расстояния от внутренней грани стены до центров опорных площадок. После определения вычисляют изгибающие моменты согласно рис. 45.4, где ; расстояние от внутренней грани стены до оси опорной площадки перекрытия, равное половине глубины опирания плиты.

При определении момента расчетная схема стеновой панели принимается в виде частично защемленной по концам одноэтажной стойки (рис. 45.5). Вертикальная нагрузка – = действует по оси, отстоящей от физической оси на величину конструктивного эксцентриситета из-за несовпадения физического центра стеновой панели и центра жесткости стыка, определяемый из условия = , где расстояние от центра жесткости опорной площадки до грани стеновой панели (для симметричных стыков ); коэффициент жесткости горизонтального стыка при взаимном повороте стеновых панелей; - погонная жесткость стены, модуль деформаций бетона панели, момент инерции горизонтального сечения стены из плоскости, высота этажа.

Доля изгибающего момента от поперечной ветровой нагрузки (рис. 45.5) определяются по формулам: а) для опорного сечения

; (45.2)

б) для среднего сечения

. (45.3)

Прочность среднего сечения бетонной стены проверяется по формуле

, (45.4) где коэффициент учитывающий вид бетона; площадь сжатой зоны, которая для прямоугольного сечения ; коэффициент продольного изгиба, определяемый по формуле ;

; ;

.

В наружных стеновых панелях надпроемные перемычки воспринимают вертикальную нагрузку от опирающихся на них перекрытий и балконов. При расчете перемычку рассматривают как балку защемленную по граням простенков. Нагрузкой на перемычку является ее собственный вес и нагрузка от перекрытий, опирающихся на перемычку. Величины изгибающих моментов на опорах и в пролете соответственно равны

; , (45.5) где погонная нагрузка на перемычку; пролет перемычки в свету.

Поперечные силы в опорных сечениях перемычки составят

. (45.6)

На опорные моменты рассчитывают верхнюю продольную арматуру в перемычке, на пролетный – нижнюю, а на поперечную силу рассчитывают поперечную арматуру перемычки. Расчет продольной арматуры проводится по традиционной методике, а поперечную – рассчитывают из условия:

, (45.7) где С – длина горизонтальной проекции наклонного сечения, равная пролету перемычки но не более 1,5 от ее высоты; толщина перемычки; расчетная высота сечения перемычки.

Рис. 45.1 Рис. 45.2 Рис. 45.3

1 – Арматурные выпуски; 2 – Вертикальные каркасы; 3 – Соединительные стержни; 4 – Г-образные сетки; 5 – Каркасы подоконной перемычки; 6 – Петля; 7 – Горизонтальные каркасы; 8 – Наружный отделочный слой; 9 – Легкий бетон; 10 – Внутренний отделочный слой; 11 – Отделочный слой; 12 – Внутренний слой; 13 – Наружный слой; 14 – Гибкая связь-подвеска; 15 – Гибкая связь-распорка; 16 – Утеплитель; 17 – Наружный слой; 18 – Внутренний слой; 19 – Сетка наружного слоя

Рис. 45.4

Рис. 45.5