К вопросу о конструктивно-технологических системах наружных стен жилых малоэтажных зданий



В данной статье рассмотрен такой сектор строительного производства, как малоэтажная жилая застройка и требования, предъявляемые к ограждающим стеновым конструкциям жилых малоэтажных зданий на основании обобщения передового опыта в строительстве и анализа литературных, научно-технических и других источников. Рассматривается понятие конструктивно-технологических систем наружных стен. Исследуются теплопотери здания через ограждающие конструкции и принцип определения оптимальной толщины наружной стеновой конструкции, а так же актуальное состояние и наиболее используемые конструктивно-технологические системы наружных стен жилых малоэтажных зданий в Санкт-Петербурге и Ленинградской области и приоритетные направления их развития.

Ключевые слова: жилые малоэтажные здания, конструктивно-технологическая система, наружная стеновая конструкция, теплотехнические требования, многослойная конструкция, каменные материалы.

Малоэтажные жилые дома составляют значительную часть жилищного фонда нашей страны и на сегодняшний день продолжают пользоваться высоким спросом, а, как известно, спрос порождает предложение, поэтому на рынке малоэтажной застройки существует значительное количество материалов и технологий, как традиционных, так и современных, которые в той или иной степени удовлетворяют потребностям населения и требованиям нормативных документов.

В соответствии с СП 42.13330.2011 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений» к жилым малоэтажным зданиям относятся дома этажностью до 4 этажей, включая мансарду [1].

В малоэтажной жилой застройке выделяю следующие виды зданий [2]:

– индивидуальные постройки, как правило, имеющие участок земли;

– таунхаусы — дома с небольшим участком земли на 2–3 семьи;

– многоквартирная малоэтажная застройка.

Перед строительством дома у застройщика стоит задача определиться с конструктивным решением здания и технологией его возведения или, другими словами, с конструктивно-технологической системой здания, в частности ограждающей конструкцией наружных стен. От ее выбора будут зависеть все характеристики будущей постройки.

Конструктивно-технологическая система наружных стен здания — это комплексная характеристика, включающая как материалы конструкции стен здания, так и технологии их возведения.

В последние годы в практике современного строительства применяются различные варианты конкурентоспособных ограждающих конструкций, а их выбор осуществляется застройщиком исходя из личных предпочтений, а также требований, предъявляемых к конструкции [3]. Классификация основных требований, предъявляемых к наружным ограждающим конструкциям, представлена на схеме (рис. 1).

Безусловно, одними из важнейших требований к ограждающим конструкциям являются теплотехнические, задача которых — сокращение энергозатрат и экономия топливно-энергетических ресурсов за счет снижения эксплуатационных расходов, в частности расходов на отопление здания. В этих целях в России были приняты новые требования к теплозащите зданий, утвержденные в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Рис. 1. Требования к наружным ограждающим конструкциям

По нормам энергетической эффективности здания — СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», фактический удельный расход тепловой энергии на отопление здания не должен превосходить нормативного, назначаемого в зависимости от класса энергетической эффективности рассчитываемого здания [4]. Снижение затрат на отопление подразумевает решение комплекса задач, в котором одной из главных является выбор оптимальных ограждающих конструкций здания.

Структура теплопотерь малоэтажного здания представлена графически (рис. 2). Как видно из диаграммы на стеновые конструкции в среднем приходится около 35 % от общего числа теплопотерь. Если исключить 30 % теплопотерь, приходящихся на неэффективную естественную вентиляцию, то на стены приходится уже около 50 % общего числа теплопотерь ограждающих конструкций. Следовательно, при использовании современных энергоэффективных ограждающих конструкций можно существенно снизить расходы на отопление здания [5].

Увеличение сопротивления наружной стены теплопередаче возможно двумя способами, во-первых, за счет увеличения толщины непосредственно конструкции стены, во-вторых, за счет увеличения толщины утеплителя. Очевидно, что в малоэтажном строительстве нагрузки на стеновые конструкции невелики, и значительное увеличение толщины конструкции стены экономически не оправдано, к тому же такой подход ведет к увеличению нагрузки на фундамент, и соответственно к его удорожанию. Поэтому в современных конструктивно-технологических системах наружных стен жилых малоэтажных зданий основное сопротивление стен теплопередаче выполняет утеплитель. Но следует так же отметить, что чрезмерное увеличение сопротивления стены теплопередаче нерационально. При росте этой величины расход энергии на отопление изменяется но гиперболическому закону, т. е. при достижении определенной величины приведенного сопротивления теплопередаче дальнейшее его увеличение приведет, с одной стороны — к незначительному уменьшению энергозатрат, с другой — к неоправданному росту стоимости, массы и толщины конструкции (рис. 3). Так же при увеличении толщины конструкции ухудшаются ее другие теплофизические характеристики: паро- и воздухопроницаемость [6].

Рис. 2. Диаграмма теплопотерь малоэтажного здания

Ограждающая конструкция должна быть долговечной и надежной. Долговечность определяется сроком службы. Для ее достижения необходимо, чтобы защищающая конструкция была устойчивой к длительному воздействию температур, т. е. материал не должен менять свои технические характеристики и форму, химически стойкой, т. е. противостоять химическим воздействиям окружающей среды, биологически стойкой, т. е. не должна подвергаться биологическим воздействиям, и морозостойкой, т. е. необходимо чтобы защитно-декоративный слой выдерживал не менее 25 циклов замораживания и оттаивания в водонасыщенном состоянии. При проектировании тепловой защиты необходимо использовать различные конструктивные элементы, долговечности которых являются соизмеримыми. В ограждающих конструкциях, где в дальнейшем возможна замена утепляющего слоя, рекомендуется применение облицовочных элементов с большей долговечностью. В целях достижения надежности стены необходимо, чтобы отделочные материалы были огнестойкими и не допускали попадания влаги во внутреннюю часть конструкции [6].

Характерной особенностью современных ограждающих конструкций с функциональной точки зрения является их многослойность. Такой подход к конструкции наружных стен обеспечивает экономию материала, т. к. каждый слой выполняет свою функцию. С позиций технологии возведения это означает, что устройство этих конструкций является сложным комплексным процессом, предусматривающим наличие целого ряда различных технологических операций [7].

Наружные ограждающие стены можно классифицировать по восприятию нагрузок, конструктивному решению и по количеству применяемых материалов [3].

По восприятию нагрузок:

– несущие;

– самонесущие;

– ненесущие;

Рис. 3. Принцип определения экономически оптимальной толщины ограждающей конструкции: 1 — затраты на изготовление и монтаж; 2 — затраты на отопление; 3 — приведенные затраты; SS — затраты в денежных единицах; δ — толщина конструкции; R₀ — сопротивление стены теплопередаче

По конструктивному решению:

– деревянные (рубленые или брусовые, каркасно-щитовые);

– каменные (кирпичные, монолитные);

– каменные облегченные (пеноблок, газосиликатный блок, керамический блок);

По количеству применяемых материалов:

– однослойные;

– многослойные.

В результате проведенного анализа конструктивно-технологических решений наружных стен жилых малоэтажных зданий в Санкт-Петербурге и Ленинградской области можно выделить наиболее распространенные и зарекомендовавшие себя — это стены из каменных и каменных облегченных материалов, таких как газо- и пенобетон, сплошная кирпичная кладка, а так же монолитный железобетон, которые применяются в сочетании с технологиями вентилируемого и «мокрого» фасада.

Наиболее используемая конструкция стен из керамических материалов — сплошная кирпичная кладка, выполняемая из полнотелого и щелевого кирпича на цементно-песчаном растворе. Керамические блоки менее распространены в нашей стране, не смотря на их широкую распространенность в Европе. Использование традиционного кирпича — огромное поле для творчества в оформлении фасадов дома, т. к. малые размеры позволяют строить стены различной конфигурации, но следует отметить, что возведение кирпичной стены трудоемкий и долгий процесс, который требует квалифицированного труда, поэтому можно выделить основной недостаток данной конструкции — дороговизна, выраженная в стоимости материалов и возведения. Однако такие преимущества керамических материалов, как экологичность, прочность и долговечность позволяют кирпичу пользоваться высоким спросом и на сегодняшний день.

Легкие бетоны обладают практически теми же достоинствами и недостатками, что и кирпич. При этом стены из легких бетонов обладают большим сопротивлением теплопередаче. По сравнению с керамикой, у легких бетонов значительно более низкая морозостойкость и значительно большее водопоглощение. Еще одним важным достоинством конструкций из легких бетонов является их небольшой вес по сравнению с кирпичом и намного менее трудоемкий процесс укладки. Из недостатков можно выделить низкую прочность на сжатие, в связи с чем возникает необходимость монолитного ростверка по контуру стен перед устройством перекрытий и кровли. В малоэтажном домостроении газо- и пенобетон используется как в качестве несущих конструкций — блоки марок от D 500 и выше, так и в качестве теплоизоляции — блоки марки D 400.

Монолитные конструкции стен обладают повышенной прочностью и позволяют создавать сложные архитектурные формы. Из-за низкого сопротивления теплопередаче монолитные конструкции редко используются в качестве наружных ограждающих конструкций, однако они все же применяются если наружная стена является несущей и несет большие нагрузки. Применение монолитных конструкций в малоэтажном домостроении оправдано при применении легких бетонов и использования эффективных теплоизолирующих материалов. К тому же устройство монолитной стены достаточно трудоемкий процесс и при больших объемах монолитных конструкций требуется механизация, т. е. использование бетононасосов [8].

В современной малоэтажной жилой застройке Санкт-Петербурга наружные стены из каменных и каменных облегченных материалов применяются в основном в сочетании с технологиями вентилируемого и «мокрого» фасада, что позволяет выполнять требования к теплозащите зданий, утвержденные в СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

В статье было рассмотрено состояние вопроса по теме конструктивно-технологических систем наружных стен жилых малоэтажных зданий. По результатам исследования наиболее применяемыми технологиями возведения наружных стен жилых малоэтажных зданий в Санкт-Петербурге и Ленинградской области являются каменные и каменные облегченные конструкции, в частности большая часть зданий возводится из газо- и пеноблоков, затем следует кирпичная кладка, и последнее место занимают монолитные конструкции, т. к. они чаще всего используются для несущих внутренних стен. На основании проведенного анализа приоритетными направлениями в разработке новых и оптимизации существующих технологий возведения ограждающих стеновых конструкций являются, в первую очередь, снижение трудоемкости, материалоемкости, сроков и стоимости возведения стены без ухудшения ее эксплуатационных параметров.

Литература:

1. СП 42.13330.2011 Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. Актуализированная редакция СНиП 2.07.01–89*. М.: ЦНИИП градостроительства, 2011. 84 с.
2. СП 30.102.99 Планировка и застройка территорий малоэтажного жилищного строительства. М.: Госстрой России, 2000. 14 с.
3. Асаул А. Н. Теория и практика малоэтажного жилищного строительства в России: моногр. / А. Н. Асаул, Ю. Н. Казаков, Н. И. Пасяда, И. В. Денисова. Под ред. д. э. н., проф. А. Н. Асаула. СПб.: Гуманистика, 2005. 563 с.
4. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23.02.2003. М.: НИИСФ РААСН, 2012. 100 с.
5. Голованова Л. А., Блюм Е. Д. Энергоэффективные строительные конструкции и технологии // Ученые Заметки ТОГУ. 2014. № 4. С. 71–77.
6. Жуков А. Д. Технология теплоизоляционных материалов: учебн. пос. Часть 2. Теплоэффективные строительные системы / ГОУ ВПО Моск. гос. строит. ун-т. М.: МГСУ, 2011. 248 с.
7. Верстов В. В., Бадьин Г. М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // Вестник гражданских инженеров. 2012. № 1.
8. Белик Т. А. Основные технологии, применяемые в индивидуальном жилищном строительстве, их достоинства и недостатки // Стратегия устойчивого развития регионов России. 2015. № 26.