Исследование и решение основных проблем вентилируемых фасадов высотных зданий

В статье рассматриваются вентилируемые фасады, приводится описание их конструкции, технология возведения, выделяются основные недостатки, а также способы их решения.

Ключевые слова: конструкция, недостаток, проблема, система, фасад.

В Российской Федерации при строительстве современных высотных зданий очень часто применяется новый тип ограждающей конструкции — навесной вентилируемый фасад. В строительной отрасли у любых типов материалов, элементов и систем всегда есть определённые уязвимости. Поэтому важно знать основные недостатки навесных вентилируемых фасадов высотных зданий. Решение даже части данных проблем, в свою очередь, позволит подрядчикам сократить расходы и ускорить процесс возведения, внести вклад в развитие строительной отрасли Российской Федерации, а следовательно, и в Национальную экономику, тем самым, повысит суверенитет государства.

Навесной вентилируемый фасад — система, включающая в себя ряд слоёв: облицовочный материал, каркас крепления, состоящий из металлических кронштейнов и профилей, вентилируемый наружным воздухом зазор, а также утеплитель, который примыкает непосредственно к несущим или ненесущим элементам здания. Ограждающая конструкция данного типа представлена на рис. 1.

Распространённая последовательность шагов возведения навесного вентилируемого фасада в большинстве высотных зданий Российской Федерации заключается в следующих действиях:

— установка между вертикальными несущими монолитными элементами блоков из кирпича, пенобетона, газобетона или другого лёгкого материала;

— сборка строительных лесов — монтаж настилов, ригелей, подмостей, связей, элементов безопасности;

— крепление плит утеплителя;

— монтаж металлического каркаса крепления навесных облицовочных элементов;

— установка навесных облицовочных плит из керамогранита или керамзитобетона.

Рис. 1. Конструкция вентилируемого фасада: 1 — утеплитель, 2 — тарелочный дюбель крепления утеплителя, 3 — основание, 4 — кронштейн, 5 — анкерный болт крепления кронштейна, 6 — паронитовая прокладка, 7 — распорный винт, 8 — кронштейн для скрытого крепления облицовочных плит, 9 — облицовочная плита из керамогранита, 10 — горизонтальный профиль, 11 — вертикальный профиль.

Несмотря на успешность и распространённость технологии возведения и использования вентилируемых фасадов у высотных зданий, у неё есть ряд различных недостатков, связанных как с особенностями монтажа, так и с особенностями последующей эксплуатации:

— технология использования вентилируемого фасада в качестве ограждающей конструкции применяется не так долго, поэтому для её систематизации и обоснования ещё не разработаны своды правил (СП), что негативно отражается на качестве и проведении монтажных работ;

— отсутствие сводов правил также не нормирует квалификацию рабочих, чьей задачей является монтаж ограждающих конструкций такого типа, низкий уровень навыков персонала, а также отсутствие опыта, что существенно повышает риск дальнейшей эксплуатации фасадной системы [1];

— многочисленные металлические элементы крепления — профили, кронштейны, дюбели, расположенные по всей площади фасада своим весом оказывают дополнительную нагрузку на несущие элементы высотного здания [2];

— вышеупомянутые элементы крепления, соединённые между собой, проходят через всю ограждающую конструкцию от наружной грани до утеплителя. Тем самым, по всей площади фасада образуются «многочисленные мостики холода», которые снижают теплозащитные свойства здания;

— коррозия профилей и других металлических элементов, возникающая из-за просачивания влаги и снега в дождливое время года, кроме этого, появляется риск образования конденсата на всей протяжённости поверхностей элементов крепления, что увлажняет и наносит вред даже пароизоляции и утеплителю;

— экологичность у вентилируемых фасадов достигается использованием мембран на полимерной основе, которые устанавливаются между утеплителем и воздушной прослойкой, препятствуя распространению в окружающую среду с помощью потоков воздуха вредных для человека волокон минеральной ваты. Но полимерные мембраны являются горючим материалом, снижают пожарную безопасность здания;

— возведение вентилируемого фасада предполагает дополнительная постройка строительных лесов, что для высотных зданий означает увеличение сроков проведения работ, их стоимости, а также, из-за большой этажности, создаёт риски для жизни и здоровья специалистов-монтажников;

— конструкция вентилируемого фасада предполагает наличие специальных противопожарных барьеров. Их наличие необходимо для пресечения распространения в воздушной прослойке огня в случае начала возгорания и подъёма горячего воздуха внутри ограждающей конструкции, защита утеплителя и пароизоляции от огня. Данное явление называется эффектом тяги. Противопожарные барьеры или отсечки выполняются из металлических профилей различных размеров и устанавливаются по всей площади фасада. Расчет и монтаж занимает дополнительное время, а сами металлические профили выполняются из обычной или нержавеющей стали оказывают добавочную нагрузку на несущие элементы здания.

Все перечисленные проблемы являются многосторонними и требуют единого комплексного решения для большего упрощения и удешевления строительных процессов.

Для повышения экологичности и снижения пожароопасности следует пересмотреть использование полимерной мембраны и плит минеральной ваты в качестве утеплителя. Заменой может послужить полистиролбетон, характеристики различных марок данного материала представлены в таблице 1 [3, п5.10].

Таблица 1

Основные характеристики марок полистиролбетона

Единственным недостатком данного материала является необходимость в отделке наружной поверхности изготовленных блоков, что в случае вентилируемого фасада компенсируется устройством навесных панелей. Закладные детали размещаются в полистиролбетонных блоках. Металлические части имеют гнутый листовой профиль [4,5]. К ним присоединяются детали для монтажа облицовочной плитки.

Достоинств у полистиролбетона, напротив, очень много:

— доступность основных материалов для изготовления;

— низкий коэффициент теплопроводности, который по таблице 1 составляет 0,13–0,15 Вт/(м*с);

— биостойкость, которая позволяет позволяет несмотря на низкую паропроницаемость не подвергаться воздействию плесени и грибков;

— достаточная сцепляемость с другими конструкциями;

— высокие теплотехнические характеристики и сохранение их в течение длительного времени (например, для средней полосы России требуемая толщина блока из полистиролбетона марки 600 по плотности не превышает 200 мм);

— экологичность;

— ремонтопригодность — полистиролбетонные блоки из-за низкого веса можно заменять без помощи строительной техники;

Все перечисленные достоинства показывают выгодность использования блоков из полистиролбетона в качестве утеплителя перед плитами из минеральной ваты у вентилируемого фасада. При использовании первых решается вопрос и экологичности, и пожаробезопасности. Хрупкие минеральные волокна отсутствуют, а следовательно не будут отрываться от плиты утеплителя в случае усиления порывов ветра внутри фасада и попадать на улицу, распадаясь и превращаясь в в опасную для здоровья пыль, загрязняя при этом окружающую среду. Из-за этого пропадает необходимость для использования пожароопасной полимерной мембраны.

На основе перечисленных выше достоинств полистиролбетона как материала можно сформулировать преимущества использования самих блоков в строительно-монтажных работах:

— экономия средств на утеплителе;

— отказ от использования полимерных пароизоляционных пленок;

— снижение веса материала способствует уменьшению постоянных нагрузок на несущие конструкции;

— снижение расходов на механизацию — все работы, благодаря легкости материала и небольшим габаритам блоков выполняются ручным трудом без использования кранов и другой техники;

— благодаря уменьшению зазора вентилируемой воздушной прослойки до 30–40 мм против 90 мм при классической постройке вентфасада, что увеличивает прочность конструкции, сокращает размеры и расход металлических элементов;

— снижается вероятность появления гулких звуков из-за сильного ветра, повышается комфорт при непосредственной эксплуатации здания.

Устройство вентилируемого фасада из полистиролбетонных блоков имеет также еще одно важное преимущество — возможность возведения ограждающих конструкций без использования строительных лесов. На рис. 2 показано, как выполняются работы с междуэтажных перекрытий.

Рис. 2. Возведение наружных стен с устройством вентилируемого фасада без строительных лесов: а — строительная площадка; б — готовая наружная стена; 1 — монолитные перекрытия; 2 — металлические кронштейны; 3 — керамогранит; 4 — металлическая закладная; 5 — полистиролбетонные блоки; 6 — выравнивающие профили; 7 — кляммеры

На монолитные перекрытия 1 при помощи металлических кронштейнов 2 устанавливаются выравнивающие профили 6 с шагом, равным ширине керамогранита 3 или другого отделочного материала. Затем на выравнивающие профили 6 крепятся кляммеры 7 и устанавливается керамогранит 3 от перекрытия до перекрытия. После возведения облицовки с внутренней стороны укладываются полистиролбетонные блоки 5, в которых на верхней грани замоноличена металлическая закладная 4. При помощи металлического кронштейна 2 блок крепится к выравнивающему профилю 6.

Благодаря данной технологии возведения, постройка ограждающей стеновой конструкции исключает использование строительных лесов. Следовательно, снижаются расходы на покупку целого многочисленного ряда подмостей, связей, ригелей, необходимых для отделочных работ всего фасада высотного здания, высвобождается время, которое тратилось на возведение и проверку перед эксплуатацией данных вспомогательных конструкций. Значительно снижается опасность для жизни и здоровья строителей, которые теперь будут работать с междуэтажных перекрытий в высотном здании. Последовательность возведения ограждающей конструкции также ускоряется благодаря тому что процессы заполнения проёмов и облицовки будут происходить одновременно.

Таким образом, с помощью полистиролбетона решаются многие из выявленных проблем вентилируемого фасада. Частично уменьшается расход стали, воздушная прослойка внутри системы фасада, нагрузка на несущие конструкции возводимого здания, повышается экологичность ограждающей конструкции и её теплоизоляционные свойства. Использование блоков данного типа даёт возможность полностью избавиться от строительных лесов при возведении вентилируемого фасада, позволит ускорить, удешевить и обезопасить строительный процесс.

Литература:

1. Немова, Д. В. Навесные вентилируемые фасады: обзор основных проблем / Д. В. Немова // Инженерно-строительный журнал. — 2010. — № 5. — С. 7–11.
2. Цыкановский, Е. В. Навесные фасадные системы с утеплением и воздушным зазором / Е. В. Цыкановский, В. П. Гагарин, А. К. Грановский, М. К. Павлова // Технологии строительства. — 2002. — № 6. — C. 28–33.
3. ГОСТ 33929–2016. Полистиролбетон. Технические условия. — Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200140603.
4. Ученые записки инженерно-технологического факультета ИГАСА / Л. Ю. Гнедина. — Иваново: ИГАСА, 2006. — 39 с.
5. Расчет температурных полей распределения потенциала переноса массы в трехслойной стеновой панели / С. В. Федосов, А. М Ибрагимов, Л. Н. Аксаковская. — Москва: Государственный координационный центр информационных технологий. Отраслевой фонд алгоритмов и программ, 2003. — 23 с.