2. КОНСТРУКЦИИ СТЕН

2. Конструкции стен послойной сборки

Конструкции стен послойной сборки иногда называют и стенами полистовой сборки. Оба названия можно считать равнозначными для отличия этих конструкций от панельных стен. Но хотя указанные названия по смыслу близки, они не совпадают полностью и отражают различие не только между методами производства работ по устройству стен, но и связанными с ними конструктивными решениями. Оба названия полностью подходят для конструкций, обшивки которых монтируются отдельными листами, а утеплитель — отдельными плитами или рулонами (см. рис. 5). Это относится и к двухслойным конструкциям, в которых для внутренней обшивки используют неметаллические плиты или листы, выполняющие и теплоизоляционную функцию (см. рис. 8). В то же время имеются конструкции, которые представляют собой стену послойной, но не полистовой сборки, которые будут описаны ниже. Разрабатывались также конструкции промежуточного вида, в которых обе обшивки монтировались отдельными листами, а утеплитель прикреплялся к листам внутренней обшивки перед монтажом. Особое место занимают упоминавшиеся стены укрупнительной сборки, относящиеся к конструкциям послойной сборки условно (в отличие от стен из панелей заводского изготовления), поскольку формирование негабаритных укрупненных элементов производится на строительной площадке.

В зарубежной практике наиболее широко используются стены полистовой сборки. При рассмотрении ряда конструкций, применяемых во Франции, можно видеть, что некоторым из них свойственно наличие «мостиков холода», которым, видимо, не придается большого значения ввиду довольно мягких климатических условий.

На рис. 18 показана одна из конструкций, предлагаемых фирмой «Асьероид». Это стена с ригелями, вынесенными из ее толщи во внутрь помещения. Расстояние между ригелями принимается в зависимости от профиля (несущей способности) обшивки. В конструкции имеются прокладные Z-образные профили, через которые наружная обшивка соединяется с внутренней. На них же устанавливаются жесткие теплоизоляционные плиты. Недостатком таких стен является неблагоприятное влияние на их термическое сопротивление указанных Z-образных профилей, разрывающих теплоизоляционный слой и образующих теплопроводные включения в конструкцию. Чтобы ослабить это влияние, конструкторы предлагают применять для прокладных элементов полимерные материалы. Материал обшивок — тонколистовая сталь.

Другая конструкция той же фирмы (рис. 19) представляет собой стену с расположением ригелей в толще стены, что позволяет крепить к ним обе обшивки непосредственно. Отрицательной чертой такой конструкции является недоступность ригелей для окраски во время эксплуатации здания, что определяет необходимость их оцинковки или другой дорогостоящей антикоррозионной защиты повышенной долговечности. Обе обшивки стен стальные. В качестве теплоизоляции используются мягкие рулонированные маты из минерального (стеклянного, шлакового и т. п.) волокна, прокладка которых между наружной обшивкой и ригелями смягчает влияние последних как «мостиков холода».

На рис. 20 показана одна из конструкций, используемых французской фирмой «Куврасье». Это стена безригельного вида, в которой ветровая нагрузка на внешнюю поверхность передается на колонны каркаса здания внутренней обшивкой из стальных листов корытного профиля, расположенных горизонтально. В этот профиль помещается утеплитель в виде жестких или полужестких плит. Такая конструкция, в отличие от стены, тоже безригельного вида с теплоизоляцией у наружной обшивки (см. рис. 7), характерна большим числом «мостиков холода» в местах контактов ребер наружной и внутренней обшивок. Та же фирма предлагает конструкцию стен с неметаллической внутренней обшивкой из теплоизоляционных плит (см. рис. 8).

Для ряда конструкций итальянской фирмы «Метекно» характерна непрерывность утеплителя, не прорезаемого металлическими или другими теплопроводными линейными элементами. Это достигается в результате того, что утеплитель зажимается между обшивками из стального листа. Для теплоизоляции используют плиты достаточно твердые, чтобы через них можно было крепить наружную обшивку к внутренней.

Такая конструкция вносит своеобразие в распределение усилий между обшивками. Так как наружная обшивка опирается (из плоскости) на сплошное основание (изоляцию), то активное ветровое давление испытывает в основном внутренняя обшивка, опирающаяся на ригели. На рис. 21 показана стена ригельного вида с наружной и внутренней вертикальными обшивками и непрерывной теплоизоляцией. Как видно из горизонтального разреза стены, профиль внутренней обшивки сделан более мощным (часторебристым), чем наружной. Профиль внутренней обшивки выбирают в соответствии с целесообразным и возможным расстоянием между ригелями, а наружной — по архитектурным соображениям. Наружная обшивка к внутренней крепится через утеплитель с учетом отрицательного давления ветра (отсоса); материалом обшивок служит тонколистовая сталь.

Аналогичен характер теплоизоляции и в конструкции «Метекно», показанной на рис. 22, но поскольку это стена безригельного вида, то ее внутренняя горизонтальная обшивка, опирающаяся на колонны, является всегда несущей, независимо от вида утеплителя.

Конструкция, показанная на рис. 23, отличается от предыдущих тем, что наружная обшивка не соприкасается с утеплителем и крепится к внутренней не непосредственно, а через прокладные линейные элементы из пластмассы или стали. В связи с этим обе стальные обшивки являются рабочими под воздействием ветра, причем наружная работает в пролете между прокладными элементами, а внутренняя — между ригелями каркаса здания. Последняя образуется листами одноволнового корытного профиля, в котором размещается утеплитель. В конструкциях «Метекно» в качестве твердого самонесущего утеплителя применяют пенопласты. В связи с этим указанные конструкции неблагоприятны в противопожарном отношении, так как при загорании среднего слоя пламя может распространяться по пустотам ребер обшивок.

Стены последней из показанных конструкций «Метекно» схожи со стенами марки «Сидероулл» итальянской фирмы САИП (рис. 24), которые тоже ригельного вида, с двумя вертикальными стальными обшивками. Ветровая нагрузка передается от наружной обшивки на внутреннюю через прокладные линейные элементы. Однако существенно отличается профиль внутренней обшивки — он сравнительно узкий (200 мм), имеет не корытную, а коробчатую форму, с высадками на боковых гранях, предназначенными для обеспечения совместной работы смежных элементов. Такие профили производятся из листов толщиной 0,6; 0,8 и 1 мм и могут иметь высоту 50, 75 и 100 мм. Стены «Сидероулл» отличаются также наличием теплоизоляционных прокладок (см. рис. 24), исключающих непосредственный контакт между наружными и внутренними металлическими частями конструкции. В качестве утеплителя служат маты из стекловолокна, укладываемые в полость коробчатого профиля. Вследствие малой ширины профиля внутренней обшивки в этой конструкции по сравнению со многими другими увеличено число монтажных элементов, что повышает ее трудоемкость, а наличие коробчатого профиля увеличивает металлоемкость стен.

В другой конструкции фирмы САИП (рис. 25) обе обшивки одинакового трапецеидального профиля из стальных листов, толщина которых выбирается в интервале 0,6-1,2 мм соответствии с принятым расстоянием между ригелями каркаса здания. Величина промежутка между обшивками, заполняемого стегаными стекломатами, фиксируется крепежными винтами переменного сечения, при установке которых утеплитель обжимается стальными листами. При такой конструкции поверхность стен в помещениях получается глубоко профилированной, что в ряде случаев неприемлемо, и несколько увеличивается трудоемкость работ по креплению обшивок, так как винты необходимо ставить чаще обычного — в каждом ребре.

Кроме того, сквозные винты образуют в структуре стен теплопроводные включения.

Своеобразна по решению крепления наружной обшивки стен конструкция, разработанная и осуществляемая голландской фирмой «Хюнтер Дуглас», известная под названием «Люксалон» (рис. 26). Характерной деталью этой конструкции является так называемый обвязочный элемент из алюминия толщиной 1 мм, с вырезами, в которые вставляются ребра обшивки, образуемые соединением в шпунт узких (шириной 150 мм) алюминиевых листовых профилей. Обвязочные элементы крепятся к ригелям каркаса винтами, величина промежутка между которыми определяется в результате расчета на действие ветрового отсоса. В остальном стены системы «Люксалон» представляют собой конструкцию ригельного вида, в которой для внутренней обшивки и утеплителя могут быть использованы различные материалы, в том числе жесткие листы, совмещающие облицовочные и теплоизоляционные функции.

В Англии, США и ряде других стран широко применяются конструкции металлических стен послойной сборки фирмы «Робертсон», выполняемые из изготовляемых ею же профилированных стальных листов с фирменными защитно-декоративными покрытиями (рис. 27). В этой конструкции обе обшивки вертикальны. Основную несущую функцию выполняет внутренняя обшивка, работающая (из плоскости) на пролет между ригелями каркаса здания. Ее листы имеют профили, образующие в продольных (вертикальных) их стыках ребра, к которым крепятся вспомогательные ригели гнутого профиля из оцинкованной тонколистовой стали. Наружная обшивка прикрепляется к внутренней с помощью этих ригелей, которыми также фиксируется утеплитель в виде жестких плит пенополиуретана. В многочисленных местах контакта наружной обшивки с внутренней (через вспомогательные ригели) образуются «мостики холода».

Шведская компания NIA изготовляет профили из тонколистовой стали под названием «Плания» для конструкции стен, в которой предусмотрена усиленная защита утеплителя от внешних воздействий (рис. 28). Структура стен включает пароизоляционную полимерную пленку, помещенную между внутренней обшивкой и утеплителем, и имеет противоветровой барьер в виде слоя картона, помещенного между наружной обшивкой и утеплителем. В остальном это типичная конструкция стен ригельного вида с утеплителем из жестких или полужестких минераловатных плит, положение которых по вертикали фиксируется вспомогательными ригелями (гнутый профиль из оцинкованного стального листа), а по горизонтали — соприкасающимися обшивками. Вспомогательный ригель образует в конструкции теплопроводное включение. В Швеции той же компанией применяются стены безригельного вида, аналогичные показанным на рис. 7, а также двухслойные стены с внутренней неметаллической обшивкой.

Из отечественных разработок необходимо отметить три конструкции стен послойной сборки, одобренные Госстроем для применения в строительстве. Две из них принципиально отличаются от всех описанных зарубежных конструкций тем, что элементы стены, получаемые с заводов-изготовителей в виде отдельных профилированных листов и плит утеплителя, монтируются в проектное положение не непосредственно, а после предварительного их большего или меньшего укрупнения. Одна из этих конструкций, предложенная ЦНИИ-промзданий (альбомы с шифром 774-73), показана на рис. 29. В ее разработке участвовали организаций ЦНИИСК им. Кучеренко, НИИСФ и Промстальконструкция. Фактически это стена ригельного вида, но ее ригели монтируются не поштучно, а в составе щитов (панелей), которые они образуют вместе с несколькими листами Л1, ЛЗ, Л5 внутренней обшивки (рис. 30) и плитами минераловатного утеплителя (рис. 31). Длина рядовых щитов равна расстоянию между колоннами и номинально составляет 6 м, а ширина имеет два размера — 3 и 2,4 м. Утеплитель закреплен на щитах продольными уголками гнутого профиля (см. рис. 31, элементы Т1), к которым также крепятся листы наружной обшивки, монтируемые поштучно. Щиты устанавливают горизонтально (крепят к колоннам), а листы наружной обшивки — вертикально. Металлоемкость этой конструкции выше, чем стен полистовой сборки. В другой конструкции (альбомы с шифром 374-74), разработанной ЦНИИ- промзданий с участием автора, степень предмонтажного укрупнения элементов более высокая (рис. 32). Сборные элементы стен имеют номинальную ширину 6 м, а длина их может применительно к решению конкретного фасада достигать 12 м. Из-за таких размеров, негабаритных для внепостроечного транспорта, эти элементы должны изготовляться в мастерских, расположенных недалеко от объектов, для которых они предназначены.

По существу они представляют собой стеновую ригельную конструкцию послойной сборки, но своеобразие их в том, что они формируются не в проектном вертикальном положении, а в горизонтальном, в целях повышения производительности труда. В то же время внешне они схожи с каркасными панелями, от которых принципиально отличаются тем, что их каркас (рама) совмещен с элементами каркаса здания (ригелями). Из-за этого сходства укрупненные элементы стен названы в альбомах панелями, хотя наиболее подходит для них термин «картины», что отличало бы их от конструкций (панелей) заводского изготовления. Особенностью конструкции рамы (рис. 33) является то, что верхний ригель—опорный (РО) рассчитан на восприятие нагрузки от всей массы картины, вследствие чего остальные ригели—рядовые (РР) работают только на горизонтальную — ветровую нагрузку, т. е. без косого изгиба. В состав рамы, кроме, как бы перенесенных в нее, ригелей каркаса здания, включены две стойки, Обеспечивающие жесткость картины в процессе монтажа и удобство крепления ее к колоннам здания. Раскладка и места крепления листов Л1 и Л2 внутренней обшивки и утеплителя картины показаны на рис. 34. Утеплитель принят двухслойным из плит пенополистирола с общей толщиной 60 (30+30) или 80 (50+30) мм. Наружная обшивка (рис. 35) крепится самонарезающими болтами к прокладным гнутым швеллерам, через которые нагрузки передаются на ригели рамы с помощью специальных крепежных изделий, обозначенных на рис. 32 маркой КЗ. На рис. 35 показаны также детали крепления картин к колонне и их стыка.

Наряду со стенами послойной сборки с различной степенью укрупнения элементов, для применения в строительстве была одобрена конструкция полистовой сборки (чертежи с шифром 475-75), которая образуется раздельным монтажом каждого ригеля, листа обшивок и плиты утеплителя. Ригели различаются опорные (РО), рядовые (РР), надоконные (РП) и цокольные (РЦ). Вертикальные нагрузки передаются на опорные ригели, а горизонтальные (ветровые) — на все. Обшивки стальные из листов С44-1000-0,8 по ТУ 67-76-75 Минтажстроя. Утеплитель из плит пенополистирола марки ПСБ-С с объемной массой 40 кг/м³, толщиной 60 мм. При необходимости толщина утеплителя может быть увеличена с небольшими изменениями второстепенных элементов конструкции.

Конструкция этих стен показана на рис. 36. Расстояние между ригелями (по высоте) принято равным 3,6 м. Оно может быть уменьшено, применительно к конкретному фасаду, на величину, кратную 0,6 м. Высота плит пенополистирола принята 1800 мм, вследствие чего они имеют стыки не только на уровне ригелей, но и промежуточные.

При монтаже стен, после установки легкобетонных цокольных панелей и ригелей, к последним самонарезающими болтами прикрепляется внутренняя обшивка (отдельные листы, соединяемые по вертикали комбинированными заклепками). Затем к ригелям крепятся через внутреннюю обшивку коротыши уголков К2 и монтируются на отдельных участках плиты утеплителя, положение которых фиксируется на уровне ригелей и промежуточных швов. У ригелей для этого используются уголки К1 или другой, отличающийся по длине марки, с приваренными к ним полосами, с помощью которых они скрепляются болтами с уголками К2. В промежуточных швах положение утеплителя фиксируется кляммерами КЗ. Листы наружной обшивки крепятся к уголкам К1 самонарезающими болтами и соединяются между собой комбинированными заклепками.

В ЦНИИпромзданий с участием автора были также разработаны стены полистовой сборки из вертикальных наружных и горизонтальных внутренних листов. Такие стены (рис. 37) похожи профилями стальных листов и их сочетанием на конструкции безригельного вида (см. рис. 7), но отличаются от последних тем, что в них принят утеплитель из жестких плит (пенополистирола), а не из мягких рулонированных матов, что отразилось на всей конструкции. В рассматриваемых стенах наружная обшивка крепится не только к внутренней (как в стенах безригельного вида), на которую она передает горизонтальную ветровую нагрузку, но и к ригелям, на которые передается вертикальная нагрузка (вес обшивки). На ригели, устанавливаемые сверху и снизу окон, передаются также нагрузки от остекления. Передача вертикальной нагрузки от наружной обшивки на внутреннюю была исключена потому, что пенополистирол, в отличие от мягкого утеплителя, не сплющивается в месте крепления, из-за чего крепежные изделия (винты, болты) имели бы сравнительно большую длину, при которой они могут изгибаться или поворачиваться.

Сборка конструкции производится путем установки в проектное положение раздельно ригелей и отдельных элементов, образующих каждый слой стены. Для сохранения положения плит пенополистирола на время, пока не установлены листы наружной обшивки (на отдельном участке стены), они прикрепляются специальными кляммерами к внутренней обшивке.

В последние годы в различных районах нашей страны осуществлено строительство нескольких зданий с металлическими стенами послойной сборки, в основном из укрупненных элементов. На Череповецком металлургическом заводе такие стены применены в построенных зданиях непрерывного широкополосного стана «2000» (проект Ленинградского Промстройпроекта) и отделения отделки горячекатаных рулонов прокатного цеха № 2, (проект Ленинградского Гипромеза). Во время проектирования этих зданий типовые решения стен укрупнительной сборки еще не были изданы. Для стен здания стана (рис. 38) были приняты укрупненные элементы- картины построечной послойной сборки с номинальным размером 6X12 м (рис. 39). Рама картин состояла по периметру из холодногнутых швеллеров высотой 250 мм, причем в верхнем ригеле два таких профиля были объединены в коробчатое сечение, поскольку на этот элемент передавалась вся вертикальная нагрузка от веса обшивок и утеплителя.

Остальные ригели, расположенные на расстоянии 2,85 м, рассчитывались только на ветровую нагрузку и поэтому гнутые швеллеры для них имели меньшее сечение — высотой 120 мм.

Обшивки картин были запроектированы одинакового профиля Н40-711-0,8 по ТУ 34-5831-71 Минэнерго (изменение № 1) высотой 40 мм, а утеплитель — из минераловатных плит толщиной 60 мм, которые должны были при креплении наружной обшивки быть обжаты на 5 мм. Предусматривалась пароизоляция утеплителя полиэтиленовой пленкой. Для крепления наружной обшивки картины в ее конструкцию введен ряд металлических элементов, образующих, по существу, вторую — вспомогательную раму. Ее стойками и верхней поперечиной служат гнутые уголки 50x3, а нижней — гнутый швеллер высотой 120 мм. Кроме того, имеются промежуточные поперечины из полосы сечением 80x8, расположенные через 2,85 м. Листы наружной обшивки крепятся самонарезающими винтами ко всем этим поперечинам, которые присоединяются к ригелям основной рамы, как показано на рис. 40, а. Вертикальный стык картин утепляется частью слоя минераловатных плит, выпущенного за пределы рамы, и закрывается с внешней стороны нащельником в виде листа наружной обшивки (рис. 40, б).

Для здания отделения отделки горячекатаных рулонов (рис. 41), построенного на том же заводе в 1973 г., были запроектированы стены укрупнительной сборки из картин, большинство которых имело номинальные размеры 12X12 м. В них были предусмотрены стальные обшивки из таких же профилей, как для стен здания стана «2000», поверхности которых, обращенные к утеплителю, покрывались горячим битумом, а внешние окрашивались голубой пентафталевой эмалью. В качестве утеплителя был принят плитный пенополистирол марки ПСБ-С объемной массой 40 кг/м³, толщиной 50 мм с изоляцией его с двух сторон гидроизолом. Рама картины запроектирована трехстоечной (рис. 42) с ригелями, расположенными через 3 м. Средняя стойка и ригель, к которому она подвешена, были приняты из сварного широкополочного двутавра, а остальные стойки и ригели — из горячекатаных швеллеров № 20. Листы внутренней обшивки самонарезающими винтами прикреплялись к ригелям, а наружной — к элементам Б2 (см. рис. 42).

Элементы Б2 состояли из уголков (45x5) и приваренных к ним с шагом 711 мм коротышей (длиной 80 мм из уголков 75x5), прикрепляемых болтами к ригелям рамы. Вертикальные швы между картинами заполнялись брусками утеплителя, обернутыми в стеклоткань, и закрывались с внешней стороны нащельником в виде листа наружной обшивки. Указанная конструкция претерпела некоторые изменения, основные из которых заключались в том, что для наружной обшивки был применен профиль высотой 80 мм (поставки ЧССР), а для утеплителя — пенопласт ФРП-1 объемной массой 80 кг/м³.

По индивидуальному проекту Проектного института № 2 были устроены стены укрупнительной сборки здания Челябинского завода профилированного настила. Общий вид стен этого здания показан на рис. 43, а детали их конструкции — на рис. 44 и 45. Стены монтировались из картин размером 5,7X15,3 м. Примененные для этих стен листы толщиной 1 мм из алюминиевых сплавов имели профили, установленные для стальных листов: для внутренней обшивки — профиль СЮ-899-0,8, а для наружной — С50-749-0,8 по ТУ 34-5898-73 Минэнерго. 

Рама картины включала опорный верхний ригель, несущий вертикальную нагрузку (кроме горизонтальной), ряд ветровых ригелей, расставленных через 2,4 м, и две стойки. Все ее элементы были запроектированы из холодногнутых швеллеров высотой 160 мм, но в процессе строительства часть из них была заменена горячекатаными профилями.

Листы внутренней обшивки крепили к ригелям самонарезающими винтами. Стыки между ними герметизировали тиоколовой лентой на клее 88-Н и скрепляли заклепками с шагом 400 мм. Наружную обшивку прикрепляли к вспомогательным ригелям холодногнутого специального профиля (см. рис. 45, а, поз. 1), которые, в свою очередь, крепили к ригелям рамы своеобразными соединительными элементами (см. рис.45,б). Обшивки связывали также алюминиевыми уголками и коротышами уголков, которыми подкрепляли внутреннюю обшивку и создавали опоры для минераловатных плит, с целью предотвращения их от чрезмерной осадки. Вес наружной обшивки и утеплителя передавался полностью на опорный верхний ригель. Утеплитель картин состоял из двух слоев полужестких минераловатных плит толщиной 60 мм, стыки которых в обоих слоях не совпадали. Между утеплителем и наружной обшивкой помещали упаковочную водонепроницаемую бумагу (ГОСТ 8828—61) для предотвращения выветривания из утеплителя мелких волокон. В процессе прикрепления наружной обшивки первоначальная толщина утеплителя уменьшалась в результате обжатия со 120 до 100 мм. Стыки смонтированных картин утепляли и закрывали нащельниками (см. рис. 44). Стальные элементы рамы картины по плоскостям контактов с алюминиевыми листами оклеивали стеклохолстом.

Арон Шаевич Дехтяр
Облегченные конструкции металлических стен промышленных зданий
1979