Утепление каркасных зданий.Часть 1

Каркасное домостроение – быстроразвивающаяся технология строительства зданий. Большим плюсом таких конструкций является их высокая энергоэффективность: малые энергозатраты на возведение и эксплуатацию.

Перспективы развития каркасного домостроения

В 2009 году Правительство РФ поставило задачу снижения энергоемкости российского ВВП на 40 % к 2020 году. Это возможно только при использовании энергосберегающих технологий в строительстве, в частности, каркасных.

Потребность в малоэтажном жилье в небольших городах и селах составляет 400-500 млн.м². Это соответствует 25 % общей потребности населения РФ и является потенциальным рынком для каркасного строительства. В строительстве производственных зданий каркасные технологии используются все чаще, повторяя тенденции американского и европейского рынков. Сегодня в мире до 70 % строений возводятся по каркасной технологии. В России на их долю приходится лишь 8%.

Рис.1. Каркасные здания: А – коттеджный поселок «Новый Посад» г. Рязань; Б – спортивно-оздоровительный комплекс «Арена», г. Н. Новгород; В – административное здание АК «Алроса» , Московская обл.; Г – коттеджный поселок «Княжье Озеро», Московская обл.

Несмотря на то, что некоторые каркасные технологии являются традиционными для отдельных регионов России (например, строительство саманных домов на юге России), большинство современных технических решений идут к нам из-за рубежа. Основные их поставщики – Германия, Франция, Швеция, Финляндия и Канада. Задача ответственных производителей – адаптировать технологии и материалы к российским условиям – климатическим, историческим традициям застройки и эксплуатации зданий, а также к действующей нормативно-правовой базе в строительстве.

От способа возведения каркасных конструкций зависит вид используемого теплоизоляционного материала. Теплоизоляционные материалы из минеральной ваты, широко применяемые при строительстве каркасных зданий, имеют ряд преимуществ перед утеплителями из целлюлозной ваты или пенополистирола. Главное – это пожарная безопасность. Технологичность, долговечность, уровень тепло- и звукозащиты делают минеральную вату идеальным материалом для строительства каркасных зданий.

Каркасные конструкции

Каркасная конструкция состоит из трех основных элементов:
• каркас (основа из дерева или металла) выполняет несущую функцию;
• теплоизоляционный материал;
• внешняя и внутренняя обшивка.

В зависимости от того, где происходит сборка каркаса и устанавливается теплоизоляция, здания могут быть построены по каркасно-рамочной или каркасно-панельной технологии. Преимущества каркасного домостроения перед традиционным строительством из массивных конструкционных материалов: высокая теплозащита; малый вес здания; высокая скорость строительства; широкие возможности дизайна.

Каркасные конструкции обеспечивают требуемый уровень термического сопротивления, но, вместе с тем, имеют малую толщину стен, малую материалоемкость, а значит, и меньшую стоимость по сравнению с аналогичными по теплозащите конструкциями из массива – дерева или камня.

Вес каркасного здания в 2-3 раза меньше, чем вес такого же строения из массива. Это облегчает погрузку-разгрузку каркасных панелей, транспортировку к месту строительства и не требует привлечения большегрузной техники. Это особенно важно при строительстве в зонах сложившейся застройки, а также в удаленных, сейсмоопасных и труднодоступных местах.

Рис.2. Технологии строительства: А – каркасно-рамочная технология; Б – каркасно-панельная технология

Жилой дом площадью 100-200 м² может быть полностью собран на готовом фундаменте бригадой из 5 человек за 2-3 недели. Конструктивная особенность каркасных зданий позволяет спрятать все коммуникации внутрь стен, что открывает дополнительные возможности для дизайна интерьеров.

Каркасно-рамочная технология

Каркасно-рамочная технология предполагает установку теплоизоляции непосредственно на месте строительства дома. Монтаж несущих элементов, теплоизоляционного материала и материалов для внутренней и наружной обшивки проводят поэлементно.

Каркасно-рамочная технология чаще всего используется при возведении жилых зданий по индивидуальным проектам, а также там, где проезд большегрузного транспорта и механизированное строительство затруднены. Поэтому подобная технология востребована: в зонах сложившейся застройки; в труднодостижимых горных или лесных районах; на островных территориях; в зонах с неразвитой дорожной инфраструктурой.

Каркас чаще всего изготавливается из деревянных балок заводского производства – неклееных пиломатериалов или слоистых клееных изделий. Иногда его производят из деревянных двутавровых балок, выполненных с применением ориентированно-стружечных плит (ОСП), или на базе толстостенных или тонкостенных металлических конструкций.

Каркасно-панельная технология

Каркасно-панельная технология предусматривает конвейерную сборку стеновых и кровельных модулей заводского изготовления. Затем модули транспортируют на место строительства в готовом для чистовой отделки виде. Несущие элементы каркасно-панельного здания изготавливаются из клееных или неклееных деревянных элементов или деревянных двутавровых балок. Монтаж теплоизоляции и обшивок происходит на конвейере в заводских условиях. Мощность домостроительных комбинатов варьирует от 2-3 до 15 домов в сутки.

Стабильность геометрических характеристик и высокая скорость сборки дома по сравнению с монтажом каркаснорамочного здания обеспечивается благодаря заводской сборке.

Конструкция каркасной стены

Несущий каркас изготавливается из дерева или металла. Он обеспечивает пространственную жесткость конструкций, выдерживает нагрузку перекрытий и кровли, а также служит основой для крепления всех обшивок и изолирующих материалов. Для обеспечения долговечности здания к качеству сырья, из которого изготовлен каркас, предъявляются высокие требования. Не допускается использование древесины с влажностью более 19 % или горячеоцинкованной стали с покрытием толщиной менее 18 мкм.

Толстостенные каркасы из углеродистой или низколегированной стали должны иметь защитное полимерное покрытие. Места сварных соединений также подлежат защите.

Полость каркасной конструкции заполняется теплоизоляционным материалом.

Каркасная конструкция весьма чувствительна к накоплению влаги, поэтому при строительстве каркасных зданий применяются гидро- и пароизоляционные материалы. Для внутренней и внешней обшивки используют плиты заводского изготовления на основе гипса (гипсокартонные или гипсоволокнистые) или на основе древесного или целлюлозного сырья: ориентированно-стружечная плита (ОСП), фибролит, древесно- или цементостружечные плиты.

Внешний декоративный отделочный слой может быть выполнен по принципу «теплого» штукатурного или вентилируемого фасада. Технология «теплого фасада» заключается в оштукатуривании внешнего слоя жесткого теплоизоляционного материала, а вентилируемого – в креплении элементов декоративного слоя на подконструкции поверх теплоизоляции.

При этом возможны любые дизайнерские решения: сайдинг, блок-хаус, фасадные панели из металла, пластика, фибролита или искусственного камня. Для защиты конструкции от капельной влаги, поступающей снаружи здания, используют гидроизоляционные материалы. Для защиты несущих элементов и теплоизоляции от влаги, поступающей изнутри теплого помещения, используют пароизоляционные материалы.

Конструкция каркасной кровли

Строительство кровли каркасно-рамочного здания, как правило, ведется по традиционной технологии и принципиально отличается от кровель массивных зданий. Это может быть утепленная мансарда или скатная кровля над холодным чердаком. В первом случае утеплению подлежит межстропильное пространство и каркасные стены фронтонов. Во втором – утепляется чердачное перекрытие: в полости между лагами горизонтально укладывается теплоизоляционный слой.

У кровельных панелей заводской сборки есть отличительная особенность: в них отсутствует стропильная система. Кровельная панель заводской сборки предусматривает собранный каркас с уложенным слоем теплоизоляции необходимой толщины, прикрепленный гидроизоляционный материал и сплошную внешнюю обшивку кровельной панели, на которую укладывается кровельное покрытие. Внутренняя сторона панели закрывается пароизоляцией и внутренним обшивочным слоем. Панели обладают достаточной жесткостью для того, чтобы выдержать ветровую и снеговую нагрузки, а также вес кровельного покрытия.

Монтаж кровельных панелей начинают с установки по периметру здания мауэрлатов, служащих нижним основанием для кровли. Верхним основанием является коньковый брус, закрепленный между фронтонами крыши. Панели укладывают на мауэрлаты и коньковую балку и крепят с помощью винтов.

Основы проектирования каркасного здания

Основные цели при проектировании каркасного здания – тепловой и акустический комфорт, а также пожарная, гигиеническая и экологическая безопасность.

Тепловой комфорт

Необходимый уровень теплозащиты наружных ограждающих конструкций определяется требованиями СНиП 23-02-2003. Он зависит от типа зданий (жилые, общественные или производственные) и климатических условий их эксплуатации. В теплотехнических расчетах каркасного здания следует учитывать, что опорные элементы каркаса являются «мостиками холода». Они изготовлены из материалов (дерево, металл, бетон), теплопроводность которых существенно превышает теплопроводность теплоизоляционного материала. Именно в этих теплопроводных включениях могут возникать условия «точки росы» и, как следствие, возможны промерзание конструкции, протечки и разрушения. Теплотехническая неоднородность должна учитываться в расчете эффективного сопротивления теплопередаче, которое всегда ниже, чем номинальное.

Рис.6. Каркасная стена в разрезе: 1 – гипсокартонный лист; 2 – пароизоляция; 3 – теплоизоляция; 4 – гидроизоляция; 5 – цементно-стружечная плита; 6 – деревянный каркас

Основную функцию теплозащиты в каркасном здании выполняет теплоизоляция. Внутренняя и внешняя обшивки имеют значительно меньшую толщину, чем теплоизоляция. Поэтому их теплопроводность не оказывает существенного влияния на суммарное сопротивление теплопередаче, а основной задачей при проектировании теплозащиты современного каркасного здания является выбор теплоизоляционного материала и его необходимой толщины.

Для повышения энергоэффективности конструкции используются следующие технические решения:
1. Выбор теплоизоляции с более высоким номинальным термическим сопротивлением (с более низкой теплопроводностью).
2. Утепленный фасад: штукатурный или с вентилируемой прослойкой.
3. Стойки каркаса с редуцированным сердечником: двутавровые балки из деревянных брусков и центральной перемычкой из ОСП или легкие стальные профили с термопросечками (так называемый «термопрофиль»).
4. Максимально большие расстояния между стойками каркаса (без ущерба несущей способности конструкции).
5. Дополнительные уплотнительные терморазделяющие ленты из пенополиуретана или жесткой минеральной ваты в узлах сопряжения обвязочных балок с перекрытиями или кровлей.
6. Смещение дверных и оконных коробок в каркасных зданиях к внутренней поверхности стены. Их стараются расположить с подветренной стороны здания.
7. Расположение помещений с повышенной влажностью (кухни, душевые), а также вентиляционных коробов в центре здания.

Защита от шума

Допустимый уровень звукового воздействия внешних источников шума, а также шума оборудования инженерных систем регламентируется СНиП 23-03-2003. Требования к звукоизоляции стен, разделяющих блоки жилого дома, описаны в СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные» и соответствуют индексу изоляции воздушного шума, который должен быть не ниже 50 дБ. Защита помещений от шума снаружи здания осложнена тем, что наиболее уязвимым участком для проникновения являются окна и двери. Поэтому акустические требования в первую очередь предъявляются к звукоизолирующей способности именно этих элементов ограждающей конструкции. По умолчанию предполагается, что наружные стены и кровля должны иметь индекс изоляции воздушного шума не ниже значений, сформулированных для окон и указанных в табл.1.

Таблица 1
Требуемые значения индекса изоляции воздушного шума
Назначение помещений
Требуемое значение R транспортного шума, дБА, при эквивалентных уровнях звука у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта (в дневное время, час «пик»), дБА
60
65
70
75
80
Палаты больниц, санаториев, кабинеты мед. учреждений, жилые помещения домов отдыха
15
20
25
30
35
Жилые комнаты в домах категории А
15
20
25
30
35
Жилые комнаты в домах категории Б и В
-
15
20
25
30
Жилые комнаты общежитий
-
-
15
20
25
Номера гостиниц категории А/Б/В
15/-/-
20/15/-
25/20/15
30/25/29
35/30/25
Рабочие комнаты в офисах категории А/ категории Б и В
-/-
-/-
15/-
20/15
25/20

Для повышения акустического комфорта в каркасных зданиях следует уделять особое внимание исключению всех неплотностей в конструкции: щелей, трещин, сквозных отверстий. Их устраняют конструкционными мерами, заделкой невысыхающими герметиками и другими материалами по всей глубине щели. Каркасные панели должны крепиться друг к другу через демпфирующие прокладки в виде полос из пористой резины или другого мягкого полимерного долговечного материала.

Пожарная безопасность зданий

Пожарная безопасность зданий и сооружений в РФ регламентируется техническим регламентом №123-ФЗ, а также СНиП 31-06-2009 «Общественные здания и сооружения».

Одна из мер по обеспечению пожарной безопасности – ограничение пожарной опасности строительных материалов, используемых в поверхностных слоях конструкций, в том числе кровель, отделки облицовки фасадов и помещений.

Требования к огнестойкости ограждающих конструкций приведены в таблице 2. Предел огнестойкости конструкции зависит от материалов, из которых она изготовлена, а также от шага стоек каркаса и качества монтажа.

Помимо общих требований к огнестойкости конструкции существуют требования к конструкциям отдельных категорий жилых зданий.
• Например, для жилого одноквартирного дома с этажом площадью до 150 м² требования существенно мягче, чем для зданий III степени огнестойкости: допускается принимать предел огнестойкости несущих стен не менее R 30, перекрытий – не менее REI 30 (СНиП 31-02-2001).

• Требования к административным зданиям IV степени огнестойкости и высотой два и более этажей существенно строже, чем к жилым зданиям той же степени огнестойкости: минимально допустимый предел огнестойкости несущих конструкций соответствует R 45 (СНиП 31-05-2003).

• Несущие конструкции покрытия встроено-пристроенной части жилых зданий IV степени огнестойкости и выше должны иметь предел огнестойкости не менее R 45 и класс пожарной опасности К0 (СНиП 31-01-2003).

Таблица 2
Огнестойкость строительных конструкций
Степень огнестойкости здания
Предел огнестойкости строительных конструкций
Наружные ненесущие стены
Несущие стены
Перекрытия
Настилы и кровельные покрытия
Самонесущие
Навесные
I
E3 0
EI 60
R 120
REI 60
RE 30
II
E 15
EI 30
R 90
REI 45
RE 15
III
E 15
EI 30
R 45
REI 45
RE 15
IV
E 15
EI 15
R 15
REI 15
RE 15
V
Не нормируется

Герметичность зданий

Опыт обследования жилых зданий свидетельствует о том, что в старых домах до 30 % утечек тепла может происходить за счет его конвективного выноса через неплотности конструкции.

Для повышения энергоэффективности здания следует максимально снизить его воздухопроницаемость, т.е. нужно устранить все возможные неплотности конструкции. Воздухопроницаемость конструкции нормируется СНиП 23-02-2003, а также ведомственными методическими документами в строительстве. Требования к ограждающим конструкциям приведены в таблице 3.

Рис.8. Схемы вентиляции здания: А – контролируемая вентиляция через окна и двери; Б – неконтролируемая вентиляция через щели и дефекты в конструкции

Герметичность каркасного здания обеспечивается паро- и гидроизоляционными материалами, а также с помощью заделки стыков в обшивке.

В каркасных конструкциях особенно тщательно следует контролировать заделку щелей и зазоров между конструкционными элементами. В них должны отсутствовать повреждения: трещины, раковины, сколы.

Таблица 3
Основные требования к воздухопроницаемости ограждающих конструкций
Ограждающие конструкции
Ед. изм.
Воздухопроницаемость
Наружные стены, перекрытия и покрытия жилых, общественных, административных и бытовых зданий и помещений
кг/м2⋅ч
0,5
Наружные стены, перекрытия и покрытия производственных зданий и помещений
кг/м2⋅ч
1,0
Стыки между панелями наружных стен:

а) жилых зданий
кг/м⋅ч
0,5*
б) производственных зданий
кг/м⋅ч
1,0*

В районах с сильным ветровым давлением следует дополнительно ограничивать движение воздуха через конструкцию. Для этого существуют специальные инженерные решения (ориентация здания, заградительные посадки и пр.).

Автор: А.Жуков
Источник: http://www.stroyka.ru/School/1483882/uteplenie-karkasnykh-zdaniy/