Теплотехнический расчет наружных стен.

Несущая способность каменных стен зависит от величины нагрузки, толщины кладки, прочности камня и раствора. В малоэтажных жилых зданиях нагрузка на стены обычно является небольшой величиной и прочность кладки оказывается вполне достаточной. Поэтому толщину каменных стен малоэтажных зданий часто определяют не расчетом на прочность, а конструктивными соображениями или теплотехническим расчетом. Например, по конструктивным требованиям для надежного опирания плит перекрытий (покрытий) кирпичная стена должна бать не тоньше 120 мм, для опирания балок – 250 мм.

Теплотехнический расчет определяет минимальную толщину стен для того, чтобы в процессе эксплуатации не было случаев промерзания или перегрева.

При строительстве малоэтажных зданий возводят либо сплошные наружные стены или облегченные:

- сплошные – чаще из эффективного кирпича и легких камней по многорядной системе кладки (по двухрядной – в случаях более удобного крепления облицовки или теплотехнических соображений). Рядность кладки определяется числом «тычковых» рядов с продольной укладкой камней. При двухрядной – каждый «ложковый» ряд перекрывается «тычковым». При многорядной кладке перевязку осуществляют через пять рядов, а в стенах из мелких камней – через два ряда. Многорядная кладка экономичнее двухрядной, так как менее трудоемка;

- облегченные наружные стены возводят путем закладки легких теплоизоляционных материалов внутрь каменной стены – между двумя рядами сплошных стенок или с помощью теплоизоляционной облицовки.

Для облицовки применяют жесткие плиты из легких бетонов, пеностекла, фибролита и других материалов. Плиты из атмосферостойких материалов располагают с наружной стороны. Менее стойкие материалы прикрепляют к поверхности кладки с внутренней стороны вплотную или с образованием воздушной прослойки толщиной 20-40 мм – «на относе». Плиты «на относе» крепят к стене металлическими зигзагообразными скобами или прибивают к рейкам. Эти рейки, расположенные вертикально и горизонтально, делят пространство воздушной прослойки на отдельные отсеки, улучшающие температурно-влажностный режим стены. При внутреннем расположении утеплителя поверхности жестких плит подготавливают под окраску или оклейку обоями с учетом образования пароизоляционного слоя. Поверхность полужестких плит обшивают жесткими листами с прокладкой теплоизоляционного слоя.

При выполнении теплотехнического расчета рекомендуют принимать толщину внутренней отделки (штукатурки) – 20 мм. Толщину наружной отделки: штукатурки и керамической плитки – 20 мм, облицовочного кирпича – 120 мм. Размеры кирпича, керамических и бетонных камней представлены в прил. Все виды кладок и возможные толщины стен из различных материалов представлены в прил.

Толщина наружных стен определяется теплотехническим расчетом, толщина внутренних несущих стен и перегородок принимается в зависимости от материала стен по прил.

При выборе толщины внутренних несущих стен необходимо учесть величину опирания конструкций перекрытий.

Выполним теплотехнический расчет наружной стены.

Сопротивление теплопередаче следует принимать равным экономически целесообразному - Rт.эк., определяемому по формуле 5.1. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника, но не менее тре­буемого сопротивления теплопередаче Rт.тр., определяемого по формуле 5.2 , и не менее [3] нормативного сопротивления теплопередаче Rт.норм., приведен­ного в таблице 5.1 СНБ [3] .

n ( tв – tн)

Rт.тр. = ------------------ , (1)

αв ∆ tв

где: n = 1 (для наружных стен и покрытий) - коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности огра­ждающей конструкции по отношению к наружному воздуху, прини­маемый по таблице 5.3 [3];

tв = 18 °С - расчётная температура внутреннего воздуха, °С, принимаемая по таб­лице 4.1[3] ;

tн - расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, принимаемая по таблице 4.3 с учётом тепловой инерции ограждающих конструкций D(за исключением заполнений проёмов) по таблице 5.2 СНБ [3];

αв = 8,7 Вт/ м².°С (для стен) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждаю­щей конструкции, принимаемый по таблице 5.4 [3];

∆ tв = 6 °С (для наружных стен жилых зданий) - расчётный перепад между температурой внутреннего воздуха и тем­пературой внутренней поверхности ограждающей конструкции, °С, принимаемый по таблице 5.5[3] ;

Тепловую инерцию ограждающей конструкции D следует определять по формуле:

D = R1 S1 + R2S2+ ......+ RnSn , (2)

где: R1,R2, Rn - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м^{2 0}С/Вт, определяемые по формуле (5.5) [3];

S1 , S2, Sn - расчётные коэффициенты теплоусвоения материала отдель­ных слоев ограждающей конструкции в условиях эксплуатации, Вт/(м²°С), по таблице 4.2 [3], принимаемые по приложению А [3];

Ограждения считаются "лёгкими" при D < 1,5; "малой массивности" при 1,5< D < 4; "средней массивности" при 4< D <7 и массивными при D > 7.

Расчетный коэффициент теплоусвоения воздушных прослоек принимается равным нулю. Слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой, вентилируемой наружным воздухом, и наружной поверхностью ограждающей конструкции, не учитываются.

Термическое сопротивление однородной ограждающей конструкции, а также слоя многослойной конструкции R м^{2 0}С/Вт, определяем по формуле:

R = δ / λ , ( 3)

где: δ – толщина слоя, м;

λ – коэффициент теплопроводности материала однослойной или теплоизоляционного слоя многослойной ограждающей конструкции в условиях эксплуатации, т.4.2, Вт/ м².°С, принимаем по приложению А [3].

Сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Rт, м^{2 0}С/Вт, определяем по формуле 5.6 [3]:

Rт = 1/ αв + 1/ αн + Rк , (4 )

где: Rк - термическое сопротивление ограждающей конструкции,

м^{2 0}С/Вт, определяемое по формуле 5.7 [3]:

Rк = R1 + R2 + …+ Rn , ( 5 )

где: R1, R2 , Rn - то же, что и в формуле 2;

αн = 23 Вт/ м².°С – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для зимних условий, принимаем по табл.5.7 [3].

Средние температуры наружного воздуха наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 и 0,92 и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 для определенного района строительства следует принимать по таблице 4.3 [3] или по табл.3.3.

Среднюю температуру наиболее холодных трех суток следует определять как среднее арифметическое из температур наиболее холодных суток и наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92

Таблица 3.3

Значения средней температуры наружного воздуха

Значение нормативного сопротивления теплопередаче R_т.норм определяем по табл.3.4.

Таблица 3.4

Значение нормативного сопротивления теплопередаче

Таблица 3.5

Определение коэффициента обеспеченности в зависимости от

значения тепловой инерции

В соответствии с прил.А для решения примера по расчету наружной стены из мелкоразмерных элементов принимаем вид кладки 3.1.

Необходимые исходные данные определяем по прил.А [3] и сводим в табл. 3.5.

Таблица 3.5.

Принимаем значение D от 4 до 7. Тогда tн принимаем по средней температуре наиболее холодных трех cуток обеспеченностью 0,92 (для Могилевской области):

tн = [ (-31°С) + (-25°С)] / 2 = - 28°С

1 (18°С- (-28°С))

Rт.тр. = ------------------------- = 0,881 м^{2 0}С/Вт

8,7 . 6,0 °С

Так как Rт.тр.= 0,881 м^{2 0}С/Вт < Rт.норм.= 2,0 м^{2 0}С/Вт, то решаем :

2,0 = 1/8,7 + 1/23 + 0,02/0,93 + 0,12/0,81 + Х/0,20 + 0,12/0,81 + 0,02 /0,81

Находим Х = 0,068 м.

Принимаем Х = δут. = 230 мм. Тогда толщина стены – 510 мм.

Проверяем значение D:

D = 0,02/0,93 .11,09 + 0,12/0,81 . 10,12 + 0,23/0,20 .2,91 + 0,12/0,81.10,12 + 0,02/0,81. 9,76 = 6,83

Следовательно значение D принято верно.

Проверяем условие Rт ≥ Rт.норм. :

Rт = 1/8,7 + 1/23 + 0,02/0,93 + 0,12/0,81 + 0,23/0,20 + 0,12/0,81 + 0,02/0,81 = 2,41 м^{2 0}С/Вт ≥ Rт.норм.= 2,0 м^{2 0}С/Вт

Следовательно, толщину утеплителя и толщину стены приняли верно.

Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой конструктивная система?

2. Каким требованиям должны удовлетворять конструктивные системы?

3. Что относится к горизонтальным и вертикальным несущим конструкциям?

4. Какие основные конструктивные системы вы знаете?

5. Какие комбинированные конструктивные системы вы знаете?

6. Что представляет собой конструктивная схема?

7. Какие конструктивные схемы применяются в каркасных зданиях?

8. Какие конструктивные схемы применяются в бескаркасных зданиях?

9. Дайте определение понятию «строительная система»?

10. Как осуществляется классификация строительных систем?

11. Какие конструктивные системы рекомендуется применять при строительстве гражданских зданий в Республике Беларусь?

Литература

1. РДС 1.01.14-2000. Технические указания по экономному расходованию основных строительных материалов в гражданском строительстве.- Мн.: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2001. - 8 с.

2. СНБ 3.02.04-03. Жилые здания .- Мн.: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2003. - 21 с.

3. СНБ 2.04.01-97. Строительная теплотехника. - Мн.: Минстройархитектуры Республики Беларусь, 2001. - 32с.

4. Маклакова Т.Г., Нанасова С.М. Конструкции гражданских зданий. –М.: АСВ, 2004.-294 с.

5. Конструкции гражданских зданий / Под ред. Т.Г.Маклаковой. - М:

Стройиздат, 1986.-135с.

6. Архитектура гражданских и промышленных зданий. — Жилые

здания. Т.З Под ред. К.К.Шевцова. - М.: Стройиздат, 1983.- 239 с.

7. Шерешевский И.А. Конструкции гражданских зданий. - Л.:

Стройиздат 1981.-176 с.

8. Адхам Гиясов. Конструирование гражданских зданий. –

М.:АСВ, 2005. – 431 с.

9. Сербинович П.П. Архитектура гражданских и промышленных

зданий. Гражданские здания массового строительства. – М.:

Высшая школа, 1975. – 319 с.

10. Миловидов Н.Н., Орловский Б.Я., Белкин А.Н. Архитектура

гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания. – М.:

Высшая школа, 1987. – 352 с.

11. С.М.Нанасова. Архитектурно-конструктивный практикум. (Жилые

здания).: Учебное пособие. – М.: АСВ, 2005. – 200 с.

12. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Т.3. Жилые

здания/ под общ.ред К.К.Шевцова. – М.: Стройиздат, 1983. – 239 с.

13. Благовещенский Ф.А., Букина Е.Ф. Архитектурные конструкции. –

М.: Высшая школа, 1985. – 230 с.