алюкобонд композитные панели алюминиевые панели фасадные материалы алюминиевые композитные панели композитные панели
алюкобонд  алюминиевые композитные панели Алюкобонд, алюминиевые композитные панели, фасадные материалы  композитные панели алюкобонд
алюминиевые композитные панели фасадные материалы
алюминиевые панели алюминиевые панели
фасадные материалы Перейти на сайт группы компаний КРАСПАН фасадные материалы алюминиевые панели композитные панели алюминиевые композитные панели
Правила проектирования. Анализ ошибок фасадных систем


Требования к проектированию навесной фасадной системы (НФС).

Автор: Г.Тесман ООО "ГенИнжПроект" г. Новосибирск

Основополагающим документом для разработки проекта применения конкретной системы утепления наружных стен является Техническое свидетельство ФГУ ФЦС Росстроя, устанавливающее требования ко всей системе и каждому ее элементу. Требования к ограждающей конструкции устанавливаются СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" и СП 23-101-2000 "Проектирование тепловой защиты зданий".

Одно из основных требований, предъявляемых к системам наружного утепления фасадов, в том числе к навесным системам - пожарная безопасность, которая регулируется СНиП 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений".

Системы вентилируемых фасадов должны проходить обязательные пожарные испытания, по результатам которых определяется максимально возможная высота зданий для применения этих систем. Подобные работы проводятся в ЦНИ-ИСК им. В.А. Кучеренко. По результатам тестов выдается заключение о возможности применения системы с точки зрения пожарной безопасности.

В 2004 году ФГУ ФЦС Госстроя России совместно с ЦНИИСК им. Кучеренко разработали "Рекомендации по составу и содержанию документов и материалов, предоставляемых для технической оценки пригодности продукции. Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором".

Документ устанавливает основные требования к предоставляемой документации, а также к материалам в составе этих систем.

В 2005 году ГУ Центр "Энлаком" разработаны "Технические рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации навесных фасадных систем ТР 161-05". В технических рекомендациях содержатся основные положения по проектированию, монтажу и эксплуатации навесных фасадных систем с воздушным зазором.

Рекомендации предназначены для проектных, подрядных и контролирующих органов г. Москвы.

В соответствии с пунктом 3 данного документа в состав проектной документации фасада должно входить следующее:

  • паспорт "Колористическое решение, материалы и технология проведения работ";
  • техническое свидетельство (ТС) на систему с обязательными приложениями;
  • чертежи фасадов здания, включая фасадное остекление;
  • планы всех этажей с обозначением схемы раскладки элементов облицовки;
  • теплотехнический расчет для каждого объекта;
  • "привязка" типовых решений к конкретному объекту;
  • узлы и детали с указанием мероприятий по антикоррозионной защите элементов;
  • схемы монтажа элементов каркаса и облицовки НФС с привязкой их к конструкциям фасадного остекления;
  • спецификация материалов и комплектующих изделий для устройства НФС;
  • проект производства работ (инструкция по монтажу, схемы, технологические карты рабочих процессов и т.д.).

 

Для реконструируемых зданий дополнительно необходим акт обследования наружных стен здания, где указывается состояние фасадов, данные о несущей способности стен и о величине отклонений отдельных участков стены от вертикальной плоскости.

В каждом Техническом свидетельстве, выданном ФГУ ФЦС Росстроя, для навесной фасадной системы даны основные требования к элементам системы, их соответствия государственным нормам и стандартам, а также требования к проектированию и монтажу.

Ошибки, встречающиеся при проектировании НФС:

  • отсутствие теплотехнического расчета (или расчет выполнен не в полном объеме и без учета коэффициента теплотехнической неоднородности);
  • неверно подобрана величина воздушного зазора;
  • при статическом расчете элементов каркаса и анкерных элементов: неверно определены нагрузки, неверно принята расчетная схема, неверно принят коэффициент запаса для анкеров;
  • отсутствуют данные по антикоррозионной защите элементов системы и требования к материалам элементов;
  • не учитываются особенности установки окон и примыкания окон к навесной фасадной системе;
  • не учитываются особенности конструкции наружной стены здания.

     

Остановимся на каждом моменте подробнее.

1. В соответствии со СНиП Н-3-79* "Строительная теплотехника" и сводом правил СП 23-101-2000 "Проектирование тепловой защиты зданий" при расчете необходимой толщины теплоизоляции должен обязательно вводиться поправочный коэффициент на теплотехническую неоднородность.

Он обуславливается наличием в слое утеплителя теплопроводящих элементов - кронштейнов и дюбелей. Причем очевидно, что коэффициент теплотехнической неоднородности будет меняться в зависимости от материала и площади поперечного сечения кронштейнов, их числа на фасаде, теплопроводности дюбелей и прочих факторов. В СНиП И-3-79* даны коэффициенты теплотехнической однородности для панелей индустриального изготовления, в СП 23-101-2000 даны коэффициенты теплотехнической однородности для кирпичных стен толщиной от 510 мм и более.

При толщине стены 510 мм коэффициент теплотехнической однородности должен быть 0,74. Фактически при расчетах сопротивления теплопередаче принимают значение коэффициента теплотехнической однородности 0,9 (и это при толщине стены 250 мм, 380 мм), которое будет довольно сильно отличаться от расчетного.

Поскольку на теплопроводность конструкции влияет много факторов, этот коэффициент должен определяться на основании теплотехнического расчета для каждой конкретной системы.

Необходимо отметить, что при проектировании наружных стен с вентилируемыми фасадами практически не обращается никакого внимания на воздухопроницаемость стен.

Это важно, поскольку, с одной стороны, минераловатный утеплитель обладает повышенной воздухопроницаемостью, а с другой стороны, в верхней части здания может быть значительная эксфильтрация воздуха, обусловленная перепадом давлений за счет теплового напора.

В зимнее время воздух, содержащий водяной пар, фильтруется из помещения через стену и утеплитель в воздушный зазор, при этом водяной пар конденсируется в утеплителе, повышая его влажность.

Во многих случаях стены, на которые крепятся конструкции вентилируемых фасадов, выполняются из кирпичной кладки или ячеистобетонных блоков. Сопротивление воздухопроницанию таких стен чрезвычайно мало. По данным приложения 9 [3], оно не превышает 18 м2Па/кг.

Методика расчета сопротивления воздухопроницанию стены, требуемого для ограничения эксфильтрации, имеется в [8].

Его величина определяется перепадом давлений, а также сопротивлением паро-проницания стены и параметрами воздушного зазора. Оно может быть значительным и обеспечивается соответствующей отделкой стены с внутренней стороны.

2. Для правильного функционирования конструкции наружной стены с вентилируемой воздушной прослойкой при эксплуатации особое внимание необходимо обратить на определение ширины открытых швов облицовки, толщины вентилируемой воздушной прослойки и воздухонепроницаемости основной конструкции наружной стены.

Эти важные параметры необходимо определить, учитывая обеспечение очень быстрого выравнивания давления наружного воздуха (с наружной стороны фасада) и давления в вентилируемой воздушной прослойке при переменном ветровом воздействии.

Наличие воздушного промежутка в вентилируемом фасаде принципиально отличает его от других типов фасадов, т.к. благодаря перепаду давления этот промежуток работает по принципу действия вытяжной трубы. В результате чего из ограждающей конструкции в окружающую среду удаляется атмосферная и внутренняя влага.

Вентилируемый воздушный промежуток снижает также и теплопотери, т.к. он практически является температурным буфером. Воздух в нем примерно на три градуса выше, чем снаружи. Быстрое выравнивание давления наружного воздуха и давления в вентилируемой воздушной прослойке необходимо во избежание попадания дождевых капель в вентилируемую воздушную прослойку и излишней ветровой нагрузки при переменном ветровом воздействии.

Сводом правил 23-101-2000 рекомендована ширина не менее 60 и не более 150 мм, что обеспечивает скорость восходящего воздушного потока около 1 м/с.

Допускается ширина воздушной прослойки 40 мм в случае обеспечения гладких поверхностей внутри прослойки, что не всегда можно обеспечить в навесных фасадных системах.

Уменьшение воздушного зазора, с целью снизить стоимость навесной системы, приводит к негативным последствиям. Растет риск закрытия зазора слоем теплоизоляционного материала - не только из-за ошибок в монтаже, но и из-за неровностей стены. Уменьшение же или прекращение движения воздуха в зазоре приведет к накоплению влаги в утеплителе и ускорению коррозии под-конструкции.

Увеличение скорости воздушного потока приведет к тому, что вентилируемые фасады при определенном ветре будут гудеть или свистеть.

3. Отсутствие единого подхода и единой методики расчета элементов системы, а также отсутствие достоверных данных о действительной работе конструкции и отдельных ее элементов и деталей приводит к ошибкам в статических расчетах. Особенно это относится к изделиям, предназначенным для крепежа: заклепки, винты-саморезы, анкерные элементы.

Эти ошибки часто возникают из-за недостаточного опыта проектирования подобных систем. Кроме того, по этим вопросам практически нет научно-технической литературы.

Прежде всего, к ошибкам приводит неверное определение значений нагрузок (ветровых, гололедных).

Это связанно с тем, что в соответствии со СНиП 2.01.07 - 85* "Нагрузки и воздействия" ветровые нагрузки определяются для традиционных строительных конструкций и сооружений.

Особенности воздействия ветра на элементы навесных систем не учтены. Это касается и пульсационной составляющей ветровой нагрузки и аэродинамического коэффициента.

В документе "Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Рекомендации по разработке и применению фасадных систем с воздушным зазором для утепления и облицовки зданий и сооружений различного назначения", разработанном с участием ЦНИИСК им. Кучеренко, это обстоятельство учтено.

В рекомендациях приведена таблица коэффициентов kz(z), учитывающих динамические свойства несущих фасадных конструкций и изменение суммарной (средней и пульсационной составляющих) ветровой нагрузки по высоте z со стороны наветренной поверхности здания.

Значения ветровой нагрузки с учетом пульсационной составляющей, рассчитанные по рекомендациям, получаются несколько выше, чем по СНиП.

Кроме того, аэродинамические коэффициенты, приведенные в СНиП 2.01.07 - 85*, можно определить для зданий простейшей прямоугольной в плане формы.

Для зданий, имеющих сложную объемно-планировочную форму (необычные внешние обводы, сложные поверхности, отрицательные уклоны фасадных плоскостей, острые углы и т.д.), при невозможности учесть все возникающие нагрузки расчетным путем, следует проводить предварительные испытания в аэродинамической трубе для определения аэродинамических коэффициентов на моделях, с проверкой результатов методами математического моделирования.

Часто ошибки возникают также от неверного учета или неучета гололедных нагрузок.

При вычислении расчетных значений qy и qz для различных зон фасада следует учитывать, что на фрагментах фасада с повышенным ветровым воздействием (аэродинамический коэффициент Ср= 2,0) наледь не образуется, и гололедной нагрузкой на этих участках можно пренебречь.

В то же время, для фрагментов фасадов, расположенных в рядовой зоне, в зимний период гололедная нагрузка является доминирующей в сочетании с ветровой нагрузкой и составляет 25% от расчетной.

Для летнего периода, для рядовой зоны, ветровая нагрузка принимается в расчет полностью (аэродинамический коэффициент Ср = -1,1), вертикальная расчетная нагрузка складывается из веса облицовки и элементов несущей конструкции. Зачастую наиболее критичным для рядовой зоны является сочетание нагрузок для летнего периода.

Определив распределенные по площади нагрузки, действующие на систему, важно правильно рассчитать их передачу на кронштейн. При расчете сил, приложенных к кронштейнам, допускается использование двух схем передачи внешних нагрузок.

Характер передачи внешних сил, приложенных к кронштейну, на анкер (анкерный дюбель) и основание зависит от вида расчетной схемы кронштейна. Ошибки при назначении расчетной схемы кронштейна приводят к искажениям при определении значений внутренних сил, действующих на анкер и на материал основания, и к неверному расчету на прочность как самого кронштейна, так и анкерного крепления. От принятой расчетной схемы кронштейна зависит распределение изгибающих моментов в полке и основании кронштейна.

В ряде каркасов фасадных систем кронштейны функционально разделены на несущие (воспринимающие вертикальные и горизонтальные нагрузки) и опорные (воспринимающие только горизонтальные нагрузки).

При расчете конструкции навесных фасадных систем возникает вопрос, может ли кронштейн работать как консоль?

Однозначно ответить на этот вопрос нельзя, потому что ответ зависит от количества анкеров, которыми кронштейн крепят к стене, работы материала стены в зоне анкеровки, результатов контрольных испытаний анкеров на контрольных объектах и других факторов. Наличие ответа на этот вопрос позволит решить задачу о возможности рассмотрения работы кронштейна в системе "кронштейн - вертикальная направляющая" как стойку неразрезной рамы.

Если для несущих кронштейнов принимается расчетная схема "стойка рамы", то можно считать, что горизонтальная и вертикальная силы, действующие на кронштейн, без изменения величины и направления действуют так же и на анкер в точке контакта с кронштейном. В этом случае контакт кронштейна со стеной можно условно считать шарнирным, а изгибающий момент в этой точке равным нулю.

Для такого кронштейна место приложения горизонтальной силы при передаче усилий с профиля на кронштейн относительно оси анкерного изделия никак не влияет на изменение вырывающего усилия, действующего на анкер.

При выборе для кронштейна расчетной схемы "консольная балка" соединение его с профилем не может считаться жестким и должно рассматриваться как шарнирное. В этом случае для геометрической неизменяемости всей системы крепление кронштейна к стене мы вынуждены считать защемленным.

Все приложенные к кронштейну силы вызывают изгибающие моменты, которые, действуя на основание, дают дополнительную составляющую, вырывающую анкер, в точке крепления кронштейна.

От места приложения горизонтальной силы при передаче усилий с профиля на кронштейн относительно оси анкерного изделия зависит величина момента этой силы и вырывающее усилие, действующее на анкер.

Соединение вертикального профиля с несущим кронштейном может считаться "жестким", а расчетной схемой несущего кронштейна - "стойка рамы", если допускаемая срезающая нагрузка на самое нагруженное крепежное изделие превышает действующую на него силу, и контактирующий с ним материал несущей конструкции "проходит" по напряжениям смятия.

К наиболее часто встречающимся ошибкам при расчете значений внешних сил, действующих на анкер, относится "односторонний" подход при назначении расчетной схемы кронштейна, т. е. оценка соединения с несущим профилем только в привычной для восприятия вертикальной плоскости.

Например: качество соединения кронштейна с профилем непосредственно влияет на расчетную схему кронштейна.

Так, соединение меньшим, чем положено, количеством крепежных изделий или соединение с ослабленной затяжкой, допускающей хотя бы возможность незначительного поворота соединяемых деталей, изменяет расчетную схему кронштейна со "стойки рамы" на "консольную балку".

В свою очередь изменение расчетной схемы из-за нарушения технологического регламента при монтажных работах влечет за собой и изменение значений расчетных величин внешних сил, действующих на анкер и основание.

В спорных случаях для расчетов следует принимать наихудший тип расчетной схемы, то есть тот, при котором расчетные внешние силы имеют наибольшие значения.

Хотелось бы отметить, что в этом вопросе крайне необходима нормативная литература и единый подход.

Необходимо провести уточнение ветровых нагрузок с учетом особенностей элементов фасадных систем и внести соответствующие дополнения в СНиП.

Следует разработать Рекомендации, в каких случаях следует использовать физические методы исследования в аэродинамических трубах по обдувке макетов сооружений, а также область применения программ по аэродинамическому расчету зданий.

4. Антикоррозионная защита должна выполняться в соответствии со СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии". Для принятия правильного решения по антикоррозионной защите нет данных об агрессивности окружающей среды в нашем регионе, поэтому приходится принимать его условно по разным источникам.

Применение элементов системы с неправильно подобранной защитой от коррозии не всегда приводит к авариям, происходящим немедленно или через короткое время. Постепенные во времени или внезапные отказы могут наступить и через год, и через 10 лет, и даже еще позже. Нельзя забывать, что навесные фасадные системы - практически неремонтопригодные конструкции, а, значит, срок их службы должен быть равен или превышать долговечность самого объекта.

5. Узел примыкания окон к навесной фасадной системе.

При проектировании узлов крепления оконных и витражных конструкций и при подборе вида и типа крепежа, а также шага крепления необходимо учитывать множество факторов. Таких как - материал ограждающих конструкций, их типоразмер, материал несущих стен, положение в стеновом проеме и даже цвет профиля.

Большое значение имеет правильный подбор различных изоляционных материалов для монтажного шва, учитывающих его конфигурацию и правильную работу в составе конструкций здания. Проектирование узла крепления оконных и витражных конструкций необходимо проводить в соответствии с ГОСТ 30971-2002 "Швы монтажные узлов примыканий оконных блоков к стеновым проемам".

В случае применения достаточно больших по габаритам стекол или стекло-пакетов необходимо правильно подбирать их толщину, руководствуясь в том числе и ГОСТ 24866-99 "Стеклопакеты клееные строительного назначения", хотя он недостаточно полно описывает возможные варианты размеров стекол и стеклопакетов.

Необходимо проводить расчеты температурных полей, анализ которых поможет избежать дополнительных теплопотерь и промерзания элементов блоков и оконных откосов.

6. При строительстве достаточно высоких каркасных зданий в качестве материала для стен применяют газобетонные блоки или блоки из ячеистого бетона, плотность которых составляет 500-600 кг/ м3, а иногда и меньше.

Использовать такую стену для крепления навесной фасадной системы без проведения дополнительных конструкторских мероприятий по ее укреплению нельзя. Поэтому необходимо выполнять работы не только по увеличению несущей способности стены до уровня, обеспечивающего, прежде всего, устойчивость стены к воздействию на фасад ветровой нагрузки, но и искать способы крепления навесной фасадной системы к стене, исключающие нарушение связи системы со стеной.

Огромное значение имеет правильный выбор материала стены.

Как показывает расчет, заполнение проемов блоками малой плотности (600 кг/м3) даже при толщине 400 мм не выдерживает ветровой нагрузки. Так же возникают проблемы в узких простенках между окнами. Так как заполнение проемов не работает на изгиб, а удерживается только за счет собственного веса, то вес должен быть достаточным, чтобы удерживать стену от опрокидывания.

Данному условию блоки из легких бетонов удовлетворить не могут. Соответственно, это приводит к использованию дополнительных элементов из металла для усиления стены, что ведет к снижению теплотехнических свойств.

Еще одной характерной чертой газобетонных блоков является слабая несущая способность анкера на вырыв. Это влечет за собой уменьшение шага расстановки кронштейнов, либо применение химических анкеров.

На сегодня химические анкеры не имеют технического свидетельства, и никто не может с уверенностью сказать, что будет с этими анкерами через несколько лет.

Уменьшение шага кронштейнов тоже не решает всех проблем данной стены, так как увеличивается количество кронштейнов, соответственно увеличивается нагрузка на стену, увеличивается количество теплопроводящих элементов в утеплителе, что так же ухудшает работу стены.

Заключение

1. Необходимо разработать региональные нормы по проектированию и монтажу навесных фасадных систем.

2. Необходимо выработать единый подход к вопросам проектирования, расчетам несущих конструкций, оценке несущей способности узлов анкерных креплений.

3. Необходимо разработать рекомендации и область применения программ по аэродинамическому расчету.

4. Необходимо провести исследования по агрессивности окружающей среды для нашего региона.

Литература

1. СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий".

2. СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и воздействия". 3 СНиП 11-3-79* "Строительная теплотехника".

4. СП 23-101 -2004 "Проектирование тепловой защиты зданий".

5. СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии".

6. СНиП 23-01-99* "Строительная климатология".

7. СНиП 11-01-95 "Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждения и составе проектной документации на строительство предприятий зданий и сооружений".

8. "Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Рекомендации по составу и содержанию документов и материалов, представляемых для технической оценки пригодности продукции". - М.: Госстрой России, 2004 .

10. "Рекомендации по проектированию навесных фасадных систем для нового строительства и реконструкции зданий". - М.: Москомархитектура, 2002.

11. "Технические рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации навесных фасадных систем" ТР 161-05". - М.: ГУ Центр "ЭНЛАКОМ", 2005.

12. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Цыкановский Е. Ю. Расчет теплозащиты фасадов с вентилируемым воздушным зазором // АВОК, 2004, 2, 3.

 

ССК Фасадные системы. 5 (2008)



    Без увеличения расходов на рекламу и Продвижение сайтов.

    Краспан-AL: алюминиевые композитные панели, композитные панели, алюминиевые панели, фасадные материалы
     
    © 2007 - 2009 ООО «Торговый Дом Краспан»
    Разработка: Егоров Вадим и Дмитрий Москвитин