Материалы конструкций бескаркасных зданий

В бескаркасных зданиях все конструкции выполняют ограждающую функцию, отдельные элементы этих конструкций выполняют и несущую функцию.

2.3.1. Структура наружных стен энергоэффективных зданий

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) являются необходимым условием существования современной цивилизации. Учитывая естественную ограниченность мировых запасов ТЭР при существующих объемах и темпах роста потребления, очевидной является возможность возникновения их дефицита в обозримом будущем. В связи с этим одним из приоритетных направлений в развитии мировой экономики является ограничение темпов роста потребления энергетических ресурсов за счет повышения энергоэффективности объектов в строительстве, промышленности, ЖКХ и на транспорте, внедрения энергосберегающих технологий и материалов.

Законодательное повышение требований к термическому сопротивлению и необходимость создания наружных ограждающих конструкций малой материалоемкости, практическое отсутствие материалов, обладающих одновременно необходимыми механическими и теплотехническими свойствами, привели к тому, что такие конструкции можно выполнить только слоистыми из разных по свойствам материалов. Основная структура таких стен включает слои: лицевой декоративно-защитный, воздушную прослойку, противоветровую мембрану, теплоизоляцию, несущий слой, пароизоляцию, внутренний декоративный слой. Некоторые слои могут обладать комплексными свойствами. На рис. 2.3 представлены некоторые схемы энергосберегающих конструкций наружных стен.

Важным аспектом таких слоистых наружных ограждающих конструкций является место расположения в них теплоизоляционного слоя с наружной или внутренней стороны конструкции. В соответствии с теплофизическим расчетом теплосопротивление таких конструкций не зависит от места расположения теплоизоляции. Но при эксплуатации зданий со стенами с внутренним расположением теплоизоляции выявилось много недостатков, связанных с нарушением воздухообмена в помещениях, появлением темных пятен, плесени и грибков на внутренних поверхностях наружных стен. Поэтому в настоящее время внутреннее утепление используется лишь при установке приточно-вытяжной механической вентиляции. В качестве утеплителей применяются материалы с низким водопоглощением, например пеноплекс и напыляемый пенополиуретан. Однако применение этих материалов должно быть обоснованным, так как они не обладают в должной мере экологичностью и пожаробезопасностью.

наружная стена с вентилируемым фасадом

в

Виды наружных стен энергоэффективных зданий

Рис. 2.3. Виды наружных стен энергоэффективных зданий: а - однослойная;

  • 6 - двухслойные; в - трехслойные; 1 - штукатурка; 2 - ячеистый бетон; 3 - защитный слой; 4 - несущий слой из мелкоштучных изделий; 5 - утеплитель; 6 - фасадная система;
  • 7 - ветрозащитная мембрана; 8 - вентилируемый воздушный зазор; 9 - декоративная панель; 10 - кронштейн; 11 - облицовочный кирпич; 12 - гибкие связи; 13 - несущий

слой панели из бетона; 14 - фактурный слой

Наружные ограждающие конструкции с наружным утеплением имеют ряд существенных преимуществ. К ним относятся: высокая теплотехническая однородность, ремонтопригодность, возможность реализации архитектурных решений различной формы; кроме этого, несущие элементы конструкции находятся в более стабильном температурном режиме, что отражается на их долговечности.

Все типы рассматриваемых комбинированных наружных стен относятся к энергосберегающим конструкциям, поскольку могут быть спроектированы из расчетного сопротивления теплопередаче для разных климатических условий эксплуатации (например, для Москвы R = 3,5 м2К/Вт, для Ростова-на-Дону R = 2,7 м2К/Вт).

2.3.2. Ограждающие конструкции

В разделе представлены наиболее применяемые виды ограждающих конструкций в современном строительстве зданий.

Ограждающие конструкции из мелкоштучных изделий

Трехслойные стены из мелкоштучных изделий, возводившиеся ранее, выполнялись в основном в виде колодцевой кирпичной кладки. Наличие в этой конструкции кирпичных перемычек делает низким ее коэффициент теплотехнической однородности (г < 0,5), при этом не обеспечивается современное требование энергоэкономичности и материалоемкости.

Штучные (мелкие) - традиционные искусственные и естественные материалы (кирпич, камень, мелкий блок). Возведение конструкций стен этим способом трудоемко, зависит от погодных условий, требует высококвалифицированных рабочих. Преимущества таких конструкций: долговечность, надежность в эксплуатации, возможно возведение стен сложной формы (угловатой, закругленной, ступенчатой и др.); применение целесообразно при строительстве индивидуальных зданий немассовой застройки, при реконструкции и реставрации. Недостатки: ручная работа высокой трудоемкости и невозможность выполнения работ при низких температурах.

Кладка - это строительная конструкция, выполненная из отдельных стеновых мелкоштучных изделий, уложенных послойно по вертикали и порядно по горизонтали, швы между которыми заполняются кладочными растворами. Кроме того, для придания монолитности кладочной системе стен из мелкоштучных изделий их вертикальные швы делаются несовпадающими, а горизонтальные слои чередуются ложковыми и тычковыми слоями, т. е. осуществляют так называемую перевязку в кладке. Распространены цепная (двухрядная) и многорядная системы перевязок. Средняя толщина горизонтальных швов кирпичных стен составляет 12 мм, а вертикальных - 10 мм (рис. 2.4а).

Пространственная жесткость многослойной стены из кладки мелкоштучных изделий, ее прочность достигаются не только перевязкой кладки, но и ее армированием стальными стержнями и кладочной сеткой.

Расход кладочного раствора относительно высок и составляет для кирпича до 24 % от объема кладки. Поэтому свойства кладки стен определяются не только свойствами мелкоштучных изделий, но и свойствами скрепляющих их растворов. Для кладки наружных стен используют как простые растворные смеси (цементные), так и сложные (цементно-известковые, цементно-глиня-

Укладка кирпича на раствор («) и мелкого стенового блока на клей (б)

Рис. 2.4. Укладка кирпича на раствор («) и мелкого стенового блока на клей (б)

ные), отличающиеся высокой пластичностью, водоудерживающей способностью, прочностью, теплопроводностью и экономичностью.

При приготовлении таких растворов в качестве мелкого заполнителя используют природный материал, чаще всего - песок плотных пород. Такие растворы называют «холодными». В том случае, когда используется пористый заполнитель (например, вспученный перлит, вермикулит), такие растворы называют «теплыми». Имея среднюю плотность, как правило, не более 1200 кг/м3 и теплопроводность до 0,27 Вт/(м • К), они улучшают теплозащитные качества кладки и исключают «мостики холода».

В современном строительстве все больше применяются так называемые сухие кладочные смеси. Они поставляются в мешках, чаще всего массой до 25 кг, затворяются водой на месте производства работ и перемешиваются с помощью миксера.

Поскольку современные технологии позволяют изготавливать стеновые камни и мелкие стеновые блоки с минимальным отклонением геометрических размеров до 1 мм от номинальных размеров, то можно вести так называемую тонкошовную кладку с использованием кладочных клеев (см. рис. 2.46), приготавливаемых на основе тонкодисперсных сухих смесей с размером частиц заполнителя не выше 1-2 мм. В результате толщина кладочного шва составляет всего 2-6 мм, что приводит к значительной экономии кладочного раствора и улучшению теплозащитных качеств наружных стен.

Из отечественного и зарубежного опыта можно выделить несколько типов трехслойных энергоэффективных наружных стен гражданских зданий из мелкоштучных изделий. Внутренний слой стены может быть выполнен из кирпичей или блоков (бетонных, керамзитобетонных, шлакобетонных, гипсобетонных, газосиликатных и т. д.). Средний теплоизоляционный слой выполняют из эффективной теплоизоляции, к которой предъявляют требования по устойчивости к деформациям, влагостойкости и токсичности. Данным требованиям отвечают плиты из минеральной и стеклянной ваты, пенополистирола. Для лицевого слоя могут применяться лицевые кирпичи или камни керамические, силикатные, гиперпрессованные бетонные, а также бетонные и керамзитобетонные блоки с последующим оштукатуриванием. Трехслойные стены могут быть выполнены слитно и с воздушным зазором (рис. 2.5).

Трехслойные стены без вентилируемого зазора

Рис. 2.5. Трехслойные стены без вентилируемого зазора:

а - со стекловатной теплоизоляцией; б - с пенополистирольной теплоизоляцией

Кроме вышеприведенных трехслойных конструкций стен, выпускаются трехслойные мелкие стеновые блоки «теплоэффект» (рис. 2.6), которые исключают многодельность при возведении стен, снижают трудозатраты возведения наружных стен, обеспечивая одновременно требуемую теплозащиту и облицовку фасада.

Внутренним слои керамзитобетон

Пенополистирол шириной 185 мм

Керамзитобетон

Фактурный слой (может быть матовым, глянцевым, с рваным кантом, «под кирпич», различных оттенков)

Блоки трехслойные «теплоэффект»

Рис. 2.6. Блоки трехслойные «теплоэффект»

При эксплуатации трехслойных стен существует весьма серьезная проблема - это конденсация влаги внутри конструкции, преимущественно в паропроницаемой теплоизоляции. Водяной пар помещений здания, проникающий в результате диффузии в толщу конструкции, в холодный период года приводит к прогрессирующему отсыреванию утеплителя и постепенной существенной потере им своих теплоизолирующих свойств. При этом утеплитель может не высыхать даже в теплое время года, особенно если наружный слой обладает хорошей пароизоляцией, а помещение имеет влажный режим эксплуатации. В этом случае целесообразно устраивать наружные стены с вентилируемым воздушным зазором (рис. 2.7) между лицевым и теплоизоляционным слоями, а с внутренней стороны стены устраивать пароизоляционный слой.

Облицовочный камень

Крепежная арматура

Газобетон

Минеральная вата

Кирпич

Вентиляционный зазор

Вентиляционный воздух

Рис. 2.7. Структура наружной стены с вентилируемым зазором

При устройстве трехслойных кирпичных стен с воздушным зазором сначала возводится внутренняя несущая стена здания из обычного строительного кирпича или блоков. Затем теплоизоляционные плиты насаживаются на проволочные анкеры, предварительно заложенные в кладку несущей стены, и прижимаются к ней пружинными шайбами. Большое распространение получают гибкие базальтопластиковые и стеклопластиковые анкеры с пластиковыми фиксаторами для утеплителя. Гибкие связи связывают между собой внутренний и наружный слои кирпичной кладки и одновременно фиксируют плиту утеплителя с целью обеспечения заданного воздушного зазора. Вентиляционный воздушный зазор способствует высыханию утеплителя, гарантируя стабильность теплозащитных свойств стены.

Трехслойная стена с воздушным зазором является по структуре вентилируемым фасадом, только роль облицовки здесь выполняют не листовые или плитные материалы, а каменная наружная стенка. Для эффективной вентиляции такой стены необходимо оставлять продухи, для этого в нижнем и верхнем поясах стен не заполняют часть вертикальных швов кладки лицевого слоя (см. рис. 2.7).

Специальные требования предъявляются к конструкции наружных стен, у которых в процессе эксплуатации возможна невосстанавливаемая потеря теплоизоляцией своих свойств. В этом случае целесообразно использование ремонтопригодной слоистой конструкции стены для выполнения ремонтно-восстановительных работ, например применение стен с вентилируемым навесным фасадом («сухой» тип фасада). Вентилируемый фасад можно применять как при строительстве новых зданий, так и при реконструкции существующих.

В вентилируемом фасаде (рис. 2.8) отдельные слои конструкции располагаются следующим образом: несущий, или самонесущий, или не несущий слой стены; теплоизоляция, ветрозащитная мембрана (при необходимости); воздушный промежуток; декоративно-защитный экран. Такая схема является оптимальной, так как слои различных материалов располагаются по мере уменьшения показателей их сопротивления теплопередаче, а сопротивление паропроницаемости возрастает снаружи вовнутрь.

Кронштейн

Профиль горизонтальный

Профиль вертикальный основной

Профиль вертикальный промежуточный

Структура наружной стены с навесным вентилируемым фасадом

Рис. 2.8. Структура наружной стены с навесным вентилируемым фасадом

В вентилируемых фасадах утеплитель защищен от воздействия атмосферной влаги фасадными декоративными плитами, которые за счет отнесения их от теплоизоляционного слоя на некоторое расстояние образуют воздуш ный зазор. Для закрепления декоративно-защитного экрана из съемных плит используют систему крепления из горизонтальных и вертикальных реек и кронштейнов. В качестве теплоизоляционного слоя используют негорючий плитный утеплитель, который закрепляется к несущему слою с помощью тарельчатых дюбелей. Применяемые для этого стекло- и минеральноволокнистые утеплители имеют срок годности значительно меньший, чем долговечность самого здания. Поэтому в процессе эксплуатации здания их требуется заменять. Это позволяет делать данная конструкция наружных стен, так как является ремонтопригодной.

В вентилируемых фасадных системах создается наиболее стабильный тепловлажностный режим наружных ограждающих стен, так как внешняя атмосферная влага не попадает в теплоизоляционный слой, а водяной пар, проходящий из внутреннего пространства через несущий и теплоизолирующий слои стены, смешивается в зазоре с восходящим потоком наружного воздуха и выбрасывается на улицу. Для того чтобы восходящий поток не проникал в теплоизоляционный волокнистый материал и не снижал теплозащиту, на его внешней поверхности закрепляют ветрозащитную мембрану или делают двухслойную теплоизоляцию, внутренний слой которой устраивают из минераловатной плиты с низкой плотностью, а внешний - из более плотного материала.

Трехслойные стены обладают рядом несомненных достоинств: сравнительно небольшая толщина и, соответственно, вес, высокая тепловая эффективность, огнестойкость. Недостатком являются высокая трудоемкость их возведения и снижение в несколько раз производительности труда каменщиков.

При установке плитного утеплителя могут оставаться щели между отдельными плитами, что при не полном заполнении швов в наружном слое кладки значительно увеличивает продуваемость (инфильтрацию) стены. Для исключения этого явления необходимо применять пазогребневые плиты или укладывать плиты в два слоя со смещением стыков плит слоев.

Облицовочные материалы в конструкции вентилируемого фасада выполняют защитно-декоративную функцию. Они защищают подоблицовочную конструкцию стены здания от повреждений и атмосферных воздействий и в то же время являются внешней оболочкой здания, формируют его эстетический облик. В настоящее время существует большой выбор фасадных панелей для облицовки стен здания. Кроме внешнего вида, они отличаются между собой по материалу, размеру, типу крепления (видимое, невидимое), цене и т. д.

Материалы, применяемые для изготовления панелей, могут быть самыми разными: металлы, композитные материалы, бетоны, фиброцементы, керамический гранит, а также стекла со специальным покрытием, ламинаты высоко го давления и т. д. Перечисленные материалы используются для производства следующих видов облицовочных изделий: крупноразмерных (высотой с этаж) и мелкоразмерных панелей, сайдинга (длинных узких наборных панелей), профилированных (волнистых) листов и кассет (объемных панелей из тонколистовых материалов). Защитно-декоративные изделия могут имитировать традиционные материалы (камень, дерево, кирпич) или, наоборот, подчеркивать современность и необычность за счет применения цвета, фактуры и т. п. Большое разнообразие отделочных материалов для навесных фасадов дает архитектору широкие возможности для решения эстетических задач.

В практике строительства широкое применение нашли также «мокрые» фасадные системы с наружным штукатурным слоем (рис. 2.9), в которых в качестве утеплителей в основном используются плиты пенополистирола и жесткие минерально-волокнистые плиты, которые крепятся к стене с помощью клея и дюбелей, а армирующая стеклосетка закрепляется с помощью клеевого состава с внешней стороны утеплителя. Утеплитель от внешних атмосферных воздействий защищен базовым клеевым слоем, стеклосеткой (армирование) и декоративно-защитным штукатурным слоем.

Экструдированный пенополистирол ТЕПЛЕКС

Армирующая щелочестойкая стеклосетка

Клей

для приклеивания экструдированного пенополистирола ТЕПЛЕКС к основе и создания защитного слоя с армирующей стеклосеткой

Декоративная фасадная штукатурка

Проникающая

грунтовка

Углозащитный

профиль

Кварцевая

грунтовка

Стартовый цокольный профиль

Дюбель с тарельчатой головкой

Рис. 2.9. Фасадная система с наружным штукатурным слоем

Достоинствами фасадной системы с наружным штукатурным слоем являются: хорошее решение при реконструкции зданий по обеспечению требований к теплозащите, не требующее выселения жильцов при выполнении ра бот; увеличение шумоизолирующих свойств наружной стены; возможность использования горючей теплоизоляции - пенополистиролов, пенополиуретанов и др., но только после прохождения огневых испытаний фасадной системы и одобрения пожарными надзорными службами; ремонтируется при утрате качеств фасадной системы.

Ограждающие конструкции из сборных изделий

Бетонные панели наружных стен проектируют одно-, двух- и трехслойными. Первые изготавливаются из легких бетонов с пористыми заполнителями. Второй вариант применятся редко. Третий состоит из трех слоев: внутреннего из конструктивного бетона, эффективного утеплителя и наружного декоративно-защитного слоя из бетона. Связи между наружным и отделочным слоями могут быть жесткими или гибкими. Бетон не менее В25 с армированием. Теплоизоляция - минеральная вата (каменная - базальтовая, диабазная), пенополистирол, пенополиуретан. Улучшение технологических свойств панелей может достигаться за счет воздушного зазора либо устройства вентилируемого фасада. Размер и форма бетонных панелей формируют фасад здания.

Трехслойные ограждающие конструкции отличаются неоднородностью материалов в сечении, сложной геометрией и стыками. По конструктивным причинам для образования связей между слоями необходимо, чтобы более прочные материалы проходили через теплоизоляцию или заходили в нее, нарушая тем самым ее однородность. В этом случае образуются так называемые «мостики холода».

Имеется опыт применения при крупнопанельном домостроении трех слойных стен (рис. 2.10). Для повышения теплотехнической однородности панельных конструкций используют гибкие стальные связи в виде отдельных стержней или их комбинаций, которые связывают наружный декоративно-защитный слой из бетона с внутренним несущим слоем из керам-зитобетона. В качестве теплоизоляционного слоя в таких конструкциях чаще применяется пенополистирол.

СИП (SIP - Structural Insulated Panel) - структурно изолированная панель, которая производится в завод

Структура трехслойных стеновых панелей ских условиях

Рис. 2.10. Структура трехслойных стеновых панелей ских условиях. Дома из них собираются в панельном домостроении (рис. 2.11). Существует вариант строительства, когда каркасные конструкции обшивают СИП, в результате получается гибридное каркасно-панельное сооружение.

Дом из панелей СИП

Рис. 2.11. Дом из панелей СИП:

а - структура панели; б - строительство; в - готовый дом

Структура СИП как у сэндвич-панели. Снаружи используют лист ОСП (OSB), пропитанный антипиреном и антисептиком, а внутри - утеплитель (в большинстве случаев из плотного пенополистирола).

Достоинства СИП:

• Прочность. Панели крепятся по типу «шип в паз». Для соединения используется брус (толщиной от 80 мм). Вставки из композита. После сборки получается надежная конструкция, способная выдержать ураганный ветер до

  • 200 км/ч и землетрясение до 8 баллов. Стены держат вертикальную нагрузку до 10 т, а поперечную - до 2 т на 1 м2.
  • Легкость. Средняя масса щитового дома площадью 150-200 м2 составит менее 15 т. Вес собранного дома не превышает 20 кг/м2. Для такой нагрузки можно сделать облегченный фундамент, а значит, его стоимость будет меньше.
  • Скорость строительства. На стройплощадку поступает комплект из пронумерованных, готовых к сборке панелей и рабочий чертеж типа инструкции. Панели, изготовленные в заводских условиях, не имеют воздушных зазоров и не требуют дополнительной паро-, гидро- и ветроизоляции. Бригада из трех работников в состоянии собрать «коробку» коттеджа средней площади за две недели. Строить можно круглогодично.
  • • Тепловой комфорт. СИП толщиной 167 мм эквивалентна по теплосопро-тивлению кирпичной кладке толщиной 2,4 м. То есть в 15 раз энергоэффективнее. Установлено, что на отопление дома из СИП затраты в пять раз меньше, чем у кирпичного дома.
  • Качество. В стенах из СИП не бывает увлажнения и усадки утеплителя. Все это снижает вероятность брака, повышает надежность конструкции дома и снижает трудозатраты на возведение дома. Средний срок службы, заявленный европейскими и североамериканскими производителями, - 80 лет. Но это при условии регулярного текущего ремонта.
  • • Цена. Дом из СИП дешевле аналогичного из кирпича, пенобетона и некоторых других стройматериалов.

Недостатки СИП:

  • • Горючесть. Материалы СИП горючи. Однако плиты всех известных мировых производителей имеют эффективную пропитку, замедляющую процесс возгорания. Поджечь их можно только открытым пламенем.
  • • Экологичность. Токсические выделения в процессе эксплуатации не превышают требований норм. Однако при пожаре опасность токсического поражения очень высокая.
  • • Звукоизоляция. Недостаточная звукоизоляция, которая может быть улучшена, например, за счет использования гипсокартона при внутренней отделке. Кроме того, в частном доме нет прямого примыкания к соседям. Поэтому основная проблема - снижение уличного шума.
  • • Грызуны. Панели подвержены (особенно в сельской местности) воздействию мышей, которые поедают утеплитель и устраивают норы.

Пластмасса практически не применяется в качестве несущего остова, за исключением специальных видов конструкций: пневматических, тентовых и других.

Рассмотрим ограждающие конструкции из дерева. Деревянное зодчество имеет широкое распространение благодаря природным достоинствам древесины: теплозащитности, декоративности, особой «здоровой» атмосфере в деревянном доме. Кроме того, древесина - единственный материал, из которого можно строить дома с мыслью об экологии и рациональном устойчивом развитии.

Чтобы построить стену из древесины, нужно использовать материал, который бы отвечал требованиям долговечности, устойчивости к гниению и жукам-древоточцам, низкой теплопроводности, прямизны ствола, минимума сучков и широкому распространению.

Наши предки строили дома преимущественно из сосны, реже использовали ель и пихту. Лиственницу и дуб из-за высокой стойкости к влаге применяли для нижних венцов сруба. А вот липу и осину для срубов раньше практически не использовали. Для строительства хорошо подходят те породы древесины, которые богаты смолой и дубильными веществами - отличными природными антисептиками. Жуки-древоточцы также не будут трогать такие срубы. Установлено, что лиственница и дуб отличаются особой долговечностью древесины и устойчивостью к процессам гниения. Далее по рангу стоит ясень, потом сосна, пихта и наконец ель. Срок эксплуатации древесины зависит от ее вида, условий хранения, внешних факторов.

Важным параметром древесины является теплопроводность, которая зависит от ее плотности. Менее плотная (более рыхлая) древесина лучше сохраняет тепло. Поэтому сруб из дуба либо лиственницы будет менее теплым. Кроме того, за дуб или лиственницу придется больше всего заплатить. Сосна находится в средней ценовой категории, а также в середине по распространенности и доступности в природе, теплопроводности и долговечности. Именно по этой причине она так популярна.

У сосны есть еще одно хорошее качество - присущий лишь ей аромат, который распространяют находящиеся в смоле эфирные масла и фитонциды. Ароматы стимулируют деятельность головного мозга и сердечно-сосудистой системы, а фитонциды уничтожают разные вредные микроорганизмы. Поэтому воздух в сосновом срубе всегда будет чистым и легким для дыхания, а сон будет здоровым и глубоким.

Способов возведения стен несколько. Одним из распространенных является «укладка в чашу» (рис. 2.12). При такой технологии в стволах прорезаются пазы. Вырезанной чашей бревно следует положить на уже установленную колоду. Плотность прилегания зависти от точности вырезанной чаши. Обязательно нужно положить межвенцовый утеплитель. Обычно для этого при меняется джутовая лента. При монтаже сруба в бревнах делают отверстия. Расстояние между ними должно быть от 1 до 1,5 м. Они нужны для установки нагелей, с помощью которых бревна сцепляются между собой.

Сруб из оцилиндрованных бревен

Рис. 2.12. Сруб из оцилиндрованных бревен

Другим древесным материалом, из которого возводят дома, является клееный брус (рис. 2.13). Такие дома пользуются высоким спросом, отличаются требуемой теплоэффективностью, отсутствием значительной усадки, быстротой возведения, удобством эксплуатации, надежностью и долговечностью. Кроме того, дома из клееного бруса сохраняют все природные достоинства древесины. Стены из хвойного клееного бруса «дышат»: насыщают фитонцидами и очищают воздух, сохраняются комфортные для человека температура и влажность воздуха.

Конструкции дома из клееного деревянного бруса

Рис. 2.13. Конструкции дома из клееного деревянного бруса

Заготовку леса для брусовых стен желательно делать зимой, так как древесина становится более плотной из-за прекращения в этот период сокодвижения. Для бруса подбирается лес хвойных пород с прямыми стволами и одного диаметра. Для наружных стен подходит брус сечением 180 х 180 мм или 150 х 150 мм, а для внутреннего использования берется брус сечением 100 х 180 мм или 100 х 150 мм. Размеры сечения зависят от климатических условий, в которых вы собираетесь эксплуатировать дом.

Межвенцовый утеплитель обеспечивает плотное примыкание брусьев и предотвращает продувание, а значит, сохраняет тепло. Лучшие уплотнители изготавливают из натуральных волокон: они способны сохранить тот уникальный микроклимат, которым славятся деревянные дома.

Древесина обладает высокими конструктивными качествами, однако горючесть и недостаточная биостойкость сдерживали строительство из нее многоэтажных жилых зданий. Несмотря на недостатки древесины, в Стокгольме решили построить цельнодеревянный восьмиэтажный дом (рис. 2.14), спроектированный известным архитектором Гертом Вингордом (Gert Wingardh).

Цельнодеревянный восьмиэтажный дом

Рис. 2.14. Цельнодеревянный восьмиэтажный дом

Ограждающие монолитные конструкции

Достаточно давно известны технологии устройства стен из облегченной кирпичной кладки, например колодцевой кладки, с последующим заполнением внутренней части стены легким материалом, играющим роль утеплителя (шлак, керамзитовый гравий, пенополистирольные гранулы и т. п.). В настоящее время пустота в кирпичной кладке часто заполняется пенобетоном плотностью 300-400 кг/м3, приготовленным непосредственно на строительной площадке (рис. 2.15).

Облегченная кирпичная кладка с заливным монолитным утеплителем

Рис. 2.15. Облегченная кирпичная кладка с заливным монолитным утеплителем

Большое распространение получает технология устройства ограждающих конструкций в каркасных зданиях из монолитного пенобетона, предусматривающая устройство наружной части стены из керамического или силикатного кирпича, выполнение внутренней части стены из гипсокартона, закрепляемого на каркасе из легких металлических элементов и выступающего в качестве несъемной опалубки, с последующим заполнением полости пенобетоном.

Несколько особняком стоит еще один способ современного возведения стеновых конструкций - технология с применением несъемных опалубок, которая представляет собой некий гибрид двух технологий: монолитного домостроения и возведения стен из пустотных блоков или из крупноразмерных панелей. Блоки или панели в данной технологии выполняют функции опалубки, но в отличие от сборно-разборной они не демонтируются после достижения бетоном необходимой прочности, а становятся частью стены. Специфика рассматриваемых систем заключается в том, что сами элементы несъемной опалубки не являются несущими элементами конструкции. В процессе строительства сооружения путем установки арматуры и заливки бетоном создается жесткий железобетонный каркас, удовлетворяющий требованиям по прочности и устойчивости (рис. 2.16).

Наиболее широко известны в настоящее время несъемные опалубки, выполненные из пенополистирола. Но в то же время существуют и другие перспективные материалы для данной технологии. Например, бетонные пустотные блоки, щепоцементные плиты или ЦСП (рис. 2.17).

Возведение монолитных конструкций здания с использованием несъемной опалубки из пенополистирола

Рис. 2.16. Возведение монолитных конструкций здания с использованием несъемной опалубки из пенополистирола

Основная область их применения - это жилые дома, небольшие промышленные и хозяйственные постройки. В большинстве систем существуют ограничения по высоте применения - пять этажей.

Основное преимущество несъемных опалубок состоит в небольшом весе изделий, несложной технологии и возможности вести строительство без применения тяжелой грузоподъемной техники. Именно благодаря этому владельцы коттеджей часто отдают предпочтение этому способу строительства.

Элементы опалубок могут быть либо в виде блоков, либо в виде панелей. Монтаж блоков ведется по принципу кирпичной кладки со смещением, что позволяет обеспечить требуемую жесткость стены. Благодаря системе замков, расположенных на кромках блоков, осуществляется их надежное соединение. Внутреннее пространство между пластинами заполняется бетоном, который после затвердевания образует монолитную стену. В качестве армирующих элементов в бетоне используются вертикальные и горизонтальные стержни из арматуры.

Возведение монолитных конструкций здания с использованием несъемной опалубки из щепоцемента

Рис. 2.17. Возведение монолитных конструкций здания с использованием несъемной опалубки из щепоцемента

Несъемная опалубка из пенополистирола обладает тем преимуществом, что появляется возможность возведения многослойной ограждающей конструкции с необходимым сопротивлением теплопередаче за один технологический цикл, т. е. стена получается сразу «теплой» и не требует дальнейшего утепления. Такая стена обладает и хорошей звукоизоляцией. Получаемая ограждающая конструкция представляет собой «сэндвич»: железобетон, с двух сторон покрытый слоями теплоизоляции.

Пенополистирол, используемый в данной конструкции, является горючим материалом, поэтому особое внимание уделяется защитно-декоративным покрытиям с внутренней и наружной стороны стены. Кроме того, в связи с тем, что внутренним слоем ограждающей конструкции является пенополистирол, возникают трудности с креплением на стену полок, шкафчиков и т. п.

Широкое распространение начинают получать бескаркасные быстровоз-водимые малоэтажные здания с использованием панелей «Русская стена», состоящих из вспененного пенополистирола с проволочным пространственным армокаркасом. После установки и закрепления панелей, выполнения работ по прокладке электрической проводки производят нанесение на армо-каркас панелей раствора или мелкозернистого бетона методом торкретирования толщиной 40-50 мм (рис. 2.18). В результате получают ограждающие конструкции из монолитного бетона с внутренним слоем из эффективного утеплителя.

ЗИ-технология устройства ограждающих конструкций

Технология формообразования объектов с помощью ЗЭ-принтера с фантастической быстротой прочно вошла в машиностроение и медицину, в пищевую промышленность, а также в такую материалоемкую отрасль, как строительство.

Первым предложил и сконструировал строительный ЗЭ-принтер, позволяющий «печатать» небольшие строительные конструкции и дома до двух этажей профессор Берок Хошневис из Университета Южной Калифорнии в 2012 г. Этот принтер представляет собой огромный манипулятор (робот) с закрепленным на стреле или на манипуляторе экстрактором (сопло с экструдером), через который выдавливается вязкая бетонная смесь и равномерными слоями укладывается по контуру стен сооружения. Управление укладкой бетонной смеси по контуру осуществляется с помощью компьютера по заданной программе. Эта технология так и была названа - «контурное строительство» (Contour Crafting).

Возведение ограждающих конструкций из монолитного бетона с внутренним слоем из эффективного утеплителя по технологии «Русская стена»

Рис. 2.18. Возведение ограждающих конструкций из монолитного бетона с внутренним слоем из эффективного утеплителя по технологии «Русская стена»

Строительство домов с применением ЗЭ-печати находится на начальном этапе своего развития. Известны три способа формирования самотвердею-щего слоя:

  • 1. Послойное экструдирование вязкой рабочей смеси бетона с добавками подобно выдавливанию зубной пасты из тюбика.
  • 2. Метод спекания (селективное спекание), при котором в рабочей зоне ЗЭ-машины происходит расплавление рабочей смеси, в качестве которой может быть использован обычный песок, а разогрев смеси осуществляется с помощью сконцентрированного лазерного или солнечного луча.
  • 3. Метод напыления (стереолитография), при котором из рабочего сопла выходит струя песка, которая тут же смешивается с клеящим составом.

Идеи методов спекания и напыления перспективны, так как используется солнечная энергия и широко распространенный песок. Из перечисленных способов формирования объема строителей привлекает в первую очередь метод послойного экструдирования.

Схема конструкции ЗЭ-принтера, получившая применение в строительстве, представлена на рис. 2.19я. Для возведения строительного объекта принтер располагают в центре строительной площадки. Несущая конструкция принтера выполнена в виде портала, который перемещается по специальным рельсам вдоль возводимого объекта, а головка-экструдер способна перемещаться как в поперечном направлении по перекладине, так и в вертикальном направлении. Высота строительного принтера обычно превышает высоту строящегося здания. Например, аппарат шириной около 10 м и длиной 15 м возводит коробку здания высотой в 6 м за несколько часов.

Строительный ЗЭ-принтер имеет сопло или экструдер, из которого выдавливается на поверхность быстротвердеющая рабочая смесь (рис. 2.196). Подаваемая бетонная смесь слой за слоем формирует заданную конструкцию. Материал, используемый в данной технологии строительства, должен обладать быстрым набором прочности, чтобы каждые уложенные слои могли нести нагрузку от вышележащих слоев. При этом опалубки не требуется. Такая строительная машина для объемной печати обладает самодостаточностью, способна при подключении электроэнергии и обеспечении рабочей смесью буквально на голом месте создать готовое здание.

Современные ЗЭ-принтеры позволяют «печатать» стены различными по составу мелкозернистыми бетонами, модифицированными добавками, в том числе составами на основе высокопрочного цемента, а также использовать смеси с минеральными добавками и фиброволокном. Обычно в базовую комплектацию принтеров входит три печатающие головки-экструдера, рассчитанные на печать разными составами.

Сегодня строительные ЗЭ-принтеры отличаются своими возможностями. Некоторые способны печатать только малые архитектурные формы (рис. 2.19г) или фрагменты (рис. 2.196) в горизонтальном положении, которые после набора прочности поднимают и устанавливают в проектное положение. Есть принтеры, которые могут печатать целый дом непрерывным способом. В ближайшее время, возможно, появятся и комбинированные машины, которые смогут делать и то и другое. Уже имеются проекты, позволяющие печатать дома вместе с проводкой и сантехникой. Созданы смеси, которые используют для печати межкомнатных перегородок и для внутренней отделки помещений.

Применение строительного ЗЭ-принтера

Рис. 2.19. Применение строительного ЗЭ-принтера: а - схема принтера;

6 - послойная укладка; в - возведение зданий; г - малые архитектурные формы; д - конструкция, готовая к сборке

Над совершенствованием ЗЭ-принтеров и технологий строительства с их использованием активно работают в России и других странах мира. Существенные практические результаты получены в Китае.

Сегодня, несмотря на наличие современной техники, большинство строительных работ производится вручную каменщиками, штукатурами и другими специалистами. По этой причине возведение из мелкоштучных элементов двухэтажного дома площадью 3000 м2 занимает более шести месяцев. Специалисты утверждают, что с помощью ЗЭ-принтеров уже в ближайшем будущем можно будет возводить бетонные здания практически без помощи людей. Одной из самой перспективных областей для новой технологии профессор Хошневис считает строительство на Луне и Марсе, так как, в отличие от обычных строителей, для работы строительного принтера не нужен кислород и он способен работать в самых экстремальных условиях - в вакууме или (и) при высоких температурах.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >