Виды, типы стен и их конструкции.

СТЕНЫ – ограждающая и в большинстве случаев несущая конструкция зданий. Стены подразделяют на наружные и внутренние. Наружные стены предназначены для защиты жилых помещений от атмосферных воздействий – осадков, ветра, температуры, городского шума, солнечной радиации и для передачи нагрузок от собственной массы, крыши, балконов, перекрытий и покрытий на фундаменты. Внутренние стены также несут нагрузки и, кроме того, разделяют помещения. Т.е. они являются звукоизоляционными и противопожарными барьерами.

И наружные, и внутренние стены разделяют на несущие, самонесущие и навесные.

Исходя из назначения стены, как ограждающей конструкции, она должна быть мало теплопроводна, теплоустойчива, не продуваема, стойка от действия “косых” дождей и достаточно звуконепроницаема.

Стена как несущая конструкция должна быть прочной, чтобы обеспечить передачу нагрузок на фундамент, не должна пропускать в толщину водяные пары из помещения. Скопление сорбционной влаги в конструкции стены вызывает снижение ее теплотехнических качеств. При переменном замерзании и оттаивании конденсата внутри ограждения стена деформируется.

Все перечисленные требования положены в основу конструирования наружных стен. Эффективной и оправдавшей себя в эксплуатации является однослойная стена из прочных, мало теплопроводных, звуконепроницаемых, долговечных и стойких от атмосферных воздействий материалов.

При увеличении высоты зданий увеличиваются нагрузки. Для их восприятия стены должны проектироваться из более прочных материалов, а они более теплопроводны. Поэтому приходится увеличивать толщину стен с учетом теплопроводности. При небольшой этажности и мало теплопроводных материалах из условий прочности приходится также увеличивать толщину стен. А это снижает выход полезной площади.

Основным стеновым материалом является красный кирпич. Его применяют для кладки наружных и внутренних стен, столбов и изготовления кирпичных панелей.

Стены помещений с невысокой влажностью изготовляют из керамических камней, силикатного автоклавного, известково-шлакового (плотность выше, чем у красного) и известково-зольного кирпича. Применяется также пустотелый и легкий кирпич. Эти материалы имеют в отличие от красного кирпича значительно меньшую плотность и это позволяет увеличить их размеры (0,25 * 0,12 * 0,14 и 0,25 * 0,25 * 0,14).

Сейчас для стен выпускают блоки из шлако- и керамзитобетона размером 0,188 * 0,39 * 0,19(h) м. Их прочность и морозостойкость невысоки. Поэтому их используют для стен зданий до 5-и этажей с нормальным тепло влажностным режимом эксплуатации.

Керамические блоки изготавливают с вертикальными и горизонтальными пустотами. Из первых выкладывают стены высотой до 3-х этажей, а из вторых – до 4-х.

Блоки изготавливают и из естественных материалов. В южных районах применяют мелкие блоки из ракушечника, туфа и пористого песчаника.

Стены облицовывают самым разнообразным материалом: от плит естественного камня до штукатурки. Для облицовки применяют лицевой кирпич и легкие керамические блоки. Кроме того, стены облицовывают ковровой керамической глазурованной плиткой.

В сборном домостроении применяют крупные стеновые блоки и панели. Их изготовляют из однородного материала или делают многослойными. В однородных деталях применяют легкие конструктивные (керамзитобетон) и конструктивно-теплоизоляционные бетоны. Они имеют хорошие прочностные характеристики поэтому способны воспринимать значительные нагрузки. Кроме того, они имеют относительно небольшую плотность и поэтому они достаточно теплостойки. Конструктивно-теплоизоляционные бетоны (ячеистые) менее прочны. Они имеют небольшую плотность, т.е. низкий коэффициент теплопроводности.

В многослойных конструкциях (панелях) применяют конструктивные и легкие теплоизоляционные бетоны. Это позволяет уменьшить массу стен. При этом из тяжелого бетона М150-200 делают тонкостенные железобетонные оболочки панелей. Они воспринимают основные нагрузки. А из легкого бетона выполняют теплоизоляционные слои. Они обеспечивают защиту от охлаждения (газо- и пенобетоны, обладающие очень низкой теплопроводностью). От паропроницания устраивают паронепроницаемый слой. Для придания хорошего вида наружную поверхность отделывают декоративным слоем, иногда фактурным. Его приготовляют из растворов или бетонов на цветных цементах. Применяют и керамическую плитку, покрытую тугоплавкими цветными глазурями (ковровую или типа “кабанчик”).

В последнее время применяются прокатные металлопластмассовые навесные панели. В качестве теплоизолирующего заполнения здесь применяется пористая пластмасса. К ней с двух сторон приклеивается гофрированная оболочка из анодированного металла (алюминия). Эти панели чаще применяют в промышленном строительства. Панели выпускают в виде длинномерного материала. Режут на месте специальными механическими пилами и крепят к каркасу винтами-саморезами.

Для кладки кирпичных стен применяют так называемые холодные и теплые растворы. Теплые растворы изготовляют с пористыми добавками, уменьшающими плотность. Поэтому они имеют низкую теплопроводность.

При кирпичной кладке применяют также простые и сложные растворы: известковые, цементные, цементно-известковые и цементно-глиняные.

Для герметизации и утепления швов между деталями применяют материалы на основе полимеров, просмоленный канат и паклю.

В стенах малоэтажных зданий в сельской местности применяют дерево. Из круглого леса и брусьев собирают стены рубленых домов. Пиленый лес – доски, бруски, вагонка – применяется для устройства каркасно-засыпных и щитовых стен.

Внутренние стены проектируют из условий прочности и звукоизоляции. Эти два требования по своим физическим свойствам совпадают: чем плотнее материал внутренней стены, тем он более прочный и менее звукопроводный. Для устройства внутренних стен также эффективно по требованиям звукоизоляции применять слоистые конструкции с чередованием плотных и рыхлых слоев.

Несущие наружные и внутренние стены должны отвечать изложенным выше требованиям.

Самонесущие по прочности должны быть рассчитаны на прочность и устойчивость от собственного веса.

Навесные легкие стены из эффективных теплоизоляционных материалов предназначены только для разделения или защиты помещений от атмосферных влияний и шума. Облегченные навесные стены, как правило, малотеплопроводны и малотеплоустойчивы. Стены выполняют, выкладывая из мелкоштучных материалов или монтируя из крупных деталей, изготовленных на заводе.

Стены из мелкоштучных материалов. Из этих материалов можно создавать индивидуальные объемно-пространственные композиции, использовать различные архитектурные детали и формы, т.к. здесь нет жесткой “привязки” к унифицированным деталям заводского изготовления. Поэтому современные нетиповые и уникальные здания возводятся из кирпича и мелких блоков чаще всего.

Толщину кирпичных стен определяют расчетом по прочности и теплотехническим характеристикам. Размеры выдерживают кратными габаритам кирпича. Основными типами кирпичных стен являются стены в 2,5, 2, 1,5 и 1 кирпич толщиной соответственно 0,64, 0,51, 0,38 и 0,25 м.

Сплошные кирпичные стены материалоемки. На 1 м³ кладки расходуют 400-410 штук кирпича, требуют больших затрат труда и имеют большую массу.

Поэтому в 30-50 г. ХХ в., когда не хватало строительных материалов, стали применять облегченные конструкции.

Одним из методов облегчения стен является устройство уширенных вертикальных швов. Кладку выполняли на теплом растворе. Разработаны и применяются облегченные стены типа Герарда, Попова-Орлянкина, колодцевая кладка и др. Эти виды конструкций представляют две стенки (версты) – наружную и внутреннюю толщиной в 0,5 кирпича с заполнением средней части толщиной 0,20-0,27 м менее теплопроводным материалом, чем кирпич, например, легким бетоном с заполнителем из шлака, керамзита, перлита и т.д.

Связь стенок в стене типа Герарда осуществляется прокладками из пачечного железа, в стене типа Попова-Орлянкина – одним рядом тычковых кирпичей, выкладываемых через пять рядов ложков по высоте, в колодцевой кладке предусматриваются вертикальные стенки (диафрагмы). Вертикальные стенки располагают с шагом 0,64-0,75 м обязательно под опорами балок перекрытий.

Применяются несимметричные конструкции: стена с одной наружной верстой. Внутренняя часть стены состоит из монолитного слоя шлакобетона.

Облегченные стены имеют сопротивление теплопередаче такое же, как и сплошная стена в 2,5 кирпича, но их масса и толщина меньше. Поэтому они имеют меньшую прочность и их применение ограничено. Так, стены типа Герарда и колодцевая применяются для зданий не выше 2-х этажей, а стена типа Попова-Орлянкина – не выше 6 этажей.

Несмотря на положительные качества облегченных стен по сравнению со сплошными, они редко применяются в связи с тем, что очень трудоемки и требуют высокой квалификации каменщика.

Для облегчения стен и повышения их сопротивления теплопередаче в качестве стенового материала применяют легковесный (пористый) и дырчатый кирпич.

Для повышения производительности труда каменщиков стали применять укрупненные элементы, из которых выкладывают стены. Вместо кирпича используют сплошные мелкие легкобетонные блоки. Такие стены менее трудоемки, чем кирпичные. Объем одного блока примерно в 7 раз больше кирпича, но он и тяжелей кирпича примерно в 6 раз. Но все равно производительность труда каменщика при кладке стен из мелких блоков выше, чем при кладке кирпичных стен.

Мелкие блоки сплошные изготовляют из легких бетонов (шлако-, керамзитобетона) и на местных заполнителях типа щебенки из туфа или ракушечника.

Стены из сплошных шлакобетонных мелких блоков можно применять в зданиях высотой до 5 этажей.

Для уменьшения массы блоков и повышения теплотехнических качеств мелкоблочных стен блоки изготавливают с пустотами (блоки типа “крестьянин”). Стены из пустотелых блоков применяют для зданий до 3 этажей при равных теплотехнических качествах со стеной из сплошных блоков. Они весят в 1,7 раза меньше и толщина их почти в 1,5 раза меньше, чем стены из сплошных шлакобетонных блоков.

Сразу после войны стали применяться стены из пустотелых керамических блоков. Они по массе и по теплотехническим качествам равны блокам типа “крестьянин”, но из них можно строить здания до 4 этажей.

Стены из крупных блоков. С применением подъемно-транспортных механизмов появилась возможность для повышения степени сборности и производительности труда укрупнять элементы стен. Стали применять стены из крупных блоков. Применяют 3 типа стен по раскладке блоков: 2-х, 3-х и 4-х рядная. При 2-х рядной раскладке стену выкладывают из 3-х типов блоков – перемычечного, простеночных и подоконного. При 3-х и 4-х рядной раскладке простеночные блоки разрезают горизонтальными швами на 2 и 3 детали соответственно.

Крупные блоки делают из легкого или ячеистого бетона с различной отделкой внутренней и наружной поверхностей.

Стены из крупных блоков имеют высокие эксплуатационные качества аналогичные кирпичным сплошным стенам. Но они имеют большую массу и толщину. Для решения углов, входов, балконов, карнизов, парапетов приходится разрабатывать большое количество дополнительных типоразмеров блоков. Они имеют разную массу. Так, наибольшей массой при двухрядной раскладке обладают простеночные блоки. Для их монтажа нужен тяжелый кран. При подъеме других деталей его грузоподъемность используют частично. Это снижает эффективность использования крана, т.е. он работает с недогрузом. В 4-х рядных стенах все блоки имеют примерно одинаковую массу. Поэтому можно применять кран меньшей грузоподъемности и повысить коэффициент его загрузки по массе.

Но в стенах 4-х рядной раскладки много стыков, т.к. в пределах одного помещения фасадную стену собирают из 8 деталей. Увеличивается протяженность стыков. Поэтому предпочтение отдают все-таки 2-х рядной раскладке.

Крупнопанельные стены. Эти стены имеют намного меньше стыков, чем блочные, т.к. панели имеют высоту и ширину размером “на комнату” или две. На заводе в них вставляются оконные и дверные блоки.

Панели делают однослойные и многослойные.

Однослойные панели изготовляют из легкого бетона: керамзитобетона, перлитобетона или шлакобетона; из ячеистых бетонов – пенобетона или газобетона. Эти бетоны имеют высокое сопротивление теплопередаче R _о. Однослойные стены производят с защитно-отделочным наружным слоем толщиной 5-7 см или защитно-отделочным наружным и внутренним слоями толщиной каждый не менее 2 см. Эти слои защищают стены от намокания под действием атмосферной влаги, но не препятствуют диффузии паров из внутренних помещений и испарению во внешнюю среду.

Многослойные панели состоят из несущего, утепляющего и наружного отделочно-защитного слоев. Для наружных слоев выбирают теплоизоляционные материалы с высоким сопротивлением теплопередаче. Эти материалы имеют повышенную способность к влагоотдаче. Поэтому в толще стены поддерживается оптимальный тепловлажностный режим, т.к. с поверхности быстро удаляется не только дождевая вода, но и влага, проникающая из воздуха помещений. В тоже время теплоизоляционные материалы отличаются и высоким водопоглощением, поэтому их предохраняют тонким влагозащитным покрытием, обеспечивающим испарение. Толщина наружных защитно-отделочных слоев – 5-7 см.

Материал внутренних слоев должен иметь большую теплопроводность. Обычно это несущий конструктивный слой. Толщина его – 7-12 см, материал слоя, как правило, плотный бетон. Несущий слой проектируется с расчетом передачи на него нагрузки от перекрытий и покрытий.

В 3-х-слойной панели несущий элемент состоит из 2-х слоев, связанных между собой арматурой из антикоррозионной стали.

Такое решение многослойной панели необходимо для того, чтобы стена не так сильно поглощала влагу из воздуха помещений. Иначе появляется конденсат паров на внутренней поверхности и отсыревание конструкции. Увлажнение приводит к снижению теплотехнических свойств стены, т.к. при увлажнении уменьшается термическое сопротивление R _о материала.

Утепляющий слой состоит из легкого бетона или ячеистого бетона, а в 3-х-слойных панелях – из полужестких минераловатных плит или стекловолокнистых плит. Толщина утепляющего слоя определяется теплотехническим расчетом.

Эффективность эксплуатации крупнопанельных стен зависит от конструкции и качества выполнения вертикальных и горизонтальных стыков. Стыки подвержены деформации, связанной с температурными и влажностными изменениями габарита панелей, а также с взаимной подвижностью слагающих панели конструктивных и теплоизоляционных слоев. Эти деформации могут нарушить герметизацию стыков.

При проектировании стыков надо предусмотреть защиту помещений от продувания, увлажнения косыми дождями и промерзания стыков. Причем стыки должны быть простыми и малотрудоемкими, из долговечных герметизирующих материалов. Стыки должны обеспечивать расчетную прочность и устойчивость наружных стен. Это обеспечивается монтажным бетоном, а герметизация стыка – полимерной мастикой и герметизирующей прокладкой.

Существуют 3 схемы конструктивного решения стыков между панелями. По первой схеме в шов закладывают эластичный герметик, который расширяется и сжимается при подвижности панелей. Эксплуатационные свойства таких стыков зависят от качества их заполнения. Это трудно проконтролировать.

Главный недостаток – особенность герметиков: они стареют, со временем теряют эластичность и свойство адгезии, т.е. способность прилипать к поверхности стыкуемых панелей. В настоящее время такие стыки не применяются.

Стыки по 2-й схеме характерны формой торцов панелей. Ребра и пазы предохраняют стык от прямого попадания воды. Декомпрессионный вентиляционный канал защищает от передачи капиллярной влаги. Недостаток стыка – усложнение формы опалубки и возможность повреждения тонких ребер при транспортировании и монтаже. На рисунке запроектирована нахлестка противодождевых барьеров соседних панелей.

В третьем виде стыков предусмотрена двухступенчатая защита, и дождевая вода стекает по обоим слоям изоляции. Для организации стока вертикальные каналы сообщаются с открытыми горизонтальными каналами. В этом виде стыка также соблюден принцип выравнивания давления – предусмотрен декомпрессионный канал.

Стыки по 2-й и 3-й схемам долговечны, в них с изменением ширины шва герметичность не нарушается, поэтому они устойчивы к атмосферным воздействиям.

Более широко применяемые панели для наружных стен:

- однослойные из легких бетонов толщиной в зависимости от расчетной наружной температуры и объемной массы бетона от 25 до 35-40 см;

- однослойные из ячеистых бетонов автоклавного твердения на базе газобетона, пенобетона или пеносиликата толщиной 28-32 см.

В зданиях повышенной этажности с поперечными несущими стенами или с каркасом могут применяться облегченные навесные панели.

Панель состоит из деревянного каркаса, внутреннего отделочного слоя из асбестоцементных листов, наружного защитного отделочного слоя из алюминиевых листов, из листовой антикоррозионной стали, стекла, стеклопластика и асбестоцемента и утеплителя в виде минераловатных плит, полистирола, пенопласта.

Облицовку крепят по контуру алюминиевыми профилями, а стык перекрывают нащельником. Листы облицовки привертывают к деревянному каркасу шурупами с овальными отверстиями для обеспечения подвижности облицовки под действием наружной температуры.

Деревянные стены. В сельской местности, в районах, богатых лесом, строят деревянные жилые дома со стенами из круглых бревен, из брусьев, каркасно-обшивные и сборно-щитовые.

Бревенчатые стены рубят из бревен Æ 150-200 мм в “паз” – шириной паза не менее 130 мм. Бревна с вырубленным снизу пазом укладывают на растительный мох, после осадки стены проконопачивают паклей. Для того чтобы не было смещения бревен в горизонтальной плоскости, их крепят шипами. Шипы устанавливают по длине стены в шахматном порядке на расстоянии 1500-2000 мм. Углы бревенчатых стен рубят в “лапу”. Бревенчатые стены традиционно применяются со времен древней Руси, но они трудоемки и требуют большого расхода древесины.

Применяются также брусчатые деревянные стены. Их укладывают на паклю. Чтобы стены не промокали от “косых дождей” в паз брусчатых зданий прокладывают деревянный уголок. Углы рубят в шип с перевязью.

Более экономичны деревянные каркасные стены. Конструкция стены каркасного здания состоит из стоек, утеплителя и наружной и внутренней облицовки. В качестве утеплителя применяют фибролит, минераловатные плиты и маты, камышит. В качестве засыпки – шлак, древесные опилки, стружку, торф и др. Но сыпучие утеплители дают осадку, тогда под оконными коробками и ригелями образуются воздушные пустоты. Это приводит к большому охлаждению здания и промерзанию стен.

Чтобы не было осадок и для повышения огнестойкости опилочные засыпки укладывают с добавкой вяжущих растворов из гипса и извести.

Внутреннюю облицовку выполняют из сухой штукатурки, реже из мокрой гипсовой штукатурки. В качестве наружной облицовки применяют вагонку, асбестоцементные листы, реже – мокрую штукатурку.

Для предупреждения продувания каркасных стен под слой наружной облицовки укладывают строительную бумагу или пергамент.