СП СП 434.1325800.2018 Конструкции ограждающие из полистиролбетона. Правила проектирования

7.2.4 Расчет стен из полистиролбетонных блоков на стадии возведения

Помимо расчета стенового ограждения на стадии эксплуатации, прочность стены также должна быть проверена на стадии возведения, без учета штукатурных слоев, на действие ветровой нагрузки w, уменьшенной на 20%. Следует рассмотреть вариант положительного (напор) давления ветра (c = +0,8) и отрицательного (отсос) давления ветра (c = -0,5).

При расчете простенка, расположенного вне несущих поперечных стен, рассматривают два случая (рисунок 7.5).

Случай 1. Кладка из полистиролбетонных блоков возведена до перекрытия, но не закреплена за него. Остекленные оконные (дверные) блоки еще не установлены.

Простенок рассчитывают как консоль с расчетным сечением по низу смежных проемов на действие ветровой нагрузки, собранной с площади стены шириной bₚ = b + (bл + bп)/2 без учета проемов и длиной от низа смежных проемов до низа перекрытия (рисунок 7.5). При этом аэродинамический коэффициент с принимают равным 0,8 для бескаркасных зданий (ветровая нагрузка с фасадной стороны) и 1,4 для каркасных зданий (ветровая нагрузка с двух сторон: 0,8+0,6).

Случай 2. Кладка из полистиролбетонных блоков возведена до перекрытия и закреплена за него.

Оконные (дверные) блоки установлены, штукатурка еще не выполнена. Кладку кирпичной облицовки выполняют одновременно с кладкой полистиролбетонных блоков.

Простенок рассчитывают как балку с расчетным сечением посередине высоты этажа пролетом ℓ на действие момента M = qℓ²/12, где q - ветровая нагрузка, собранная с площади шириной bₚ, включающей проемы; при этом принимают c = 0,8 для любого типа здания. Для случаев 1 и 2 расчет ведут из условия

M ≤ (Rbtfk + G/bhп)bhп²/6, (7.20)​

где Rbtfk - см. формулу (7.7);

G - вес стены шириной bₚ, расположенной выше расчетного сечения, с учетом коэффициента γf = 0,9.​

При наличии кирпичной облицовки момент M может быть уменьшен путем его распределения между облицовкой и основной частью стены пропорционально их жесткостям. В этом случае следует проверить также прочность облицовки из условия (7.11).

При расчете части простенка, расположенного между поперечной несущей стеной и балконной дверью, рассматривают случай, когда неоштукатуренная стена доведена до перекрытия, но не закреплена за него. Стену рассчитывают как пластину, жестко заделанную внизу, шарнирно опертую сбоку и неопертую по двум другим сторонам (рисунок 7.6), на действие равномерно распределенной нагрузки qₚ = wγп γf , МПа (кгс/м²). Максимальный момент на ширине 1 м у неопертого бокового края простенка определяют по формуле

M = kп qₚ ℓ², (7.21)​

где kп - коэффициент, учитывающий защемление балки, приведен в таблице 7.3.

Рисунок 7.5 - К расчету простенка, расположенного вне несущих поперечных стен, на стадии возведения


Рисунок 7.6 - К расчету части простенка между стеной и балконной дверью
​

Таблица 7.3​

​

Расчет ведут из условия

M ≤ (Rbtfk + γпℓ)hп²/6, (7.22)​

где γп - плотность полистиролбетонной кладки.

При наличии кирпичной облицовки момент M может быть уменьшен по расчету, аналогичному расчету простенка вне поперечной стены. В случае невыполнения условия (7.20) или условия (7.22) стена до закрепления ее постоянными креплениями должна быть укреплена инвентарными устоями или иными связями, препятствующими ее горизонтальным смещениям.

Крепление с помощью инвентарных устоев или других временных связей стен следует предусмотреть до затвердения штукатурных слоев в случае, если прочность стены на рассматриваемой стадии обеспечивается только при учете армированного штукатурного слоя.

Кроме того, в процессе возведения кладки с клеевой композицией, еще не набравшей прочности, требуется установка временных креплений.​

 

7.2.5 Расчет полистиролбетонных перемычек

7.2.5.1 Общие исходные положения

Расчетную схему нагружения перемычек из полистиролбетона (не учитывающую их заделку в стены) принимают в виде статически определимой однопролетной балки с условно шарнирными опорами.

Армирование полистиролбетонных перемычек выполняют в двух вариантах: в растянутой зоне устанавливается плоский стальной арматурный каркас либо стальной оцинкованный П-образный профиль (рисунки 4.1 и 4.2).

Для первого случая расчет приведен в [8].

Методика прочностных расчетов таких перемычек учитывает особенности деформативно-прочностных свойств полистиролбетона и анкеровку в нем стальной стержневой арматуры [8]. Она сводится в основном к подбору количества, расположения и диаметра поперечных стержней в концевых частях перемычки при заданных характеристиках полистиролбетона.

Для второго случая расчет приведен в [9].

Расчет этих перемычек выполняют по методике СП 63.13330 с учетом особенностей совместной работы полистиролбетона и стального армирующего профиля, положение которого фиксируется по нижней грани перемычки. Сцепление поверхности П-образного профиля с полистиролбетоном обеспечивается, помимо значительной площади поверхности контакта, рифлениями. В отдельных случаях, при больших пролетах перемычек (2,43,0 м) и значительных нагрузках (более 100 кгс/м), в торцевых частях проводят дополнительную анкеровку стенок и полки профиля с разрезкой их концов на лепестки и загибом на 90°.

Анкерные приспособления должны обеспечивать передачу давления от продольной растянутой стержневой арматуры или П-образного стального профиля на полистиролбетон при условии недопущения его смятия.

В связи с отсутствием обычной стержневой арматуры в полистиролбетонных перемычках, армированных оцинкованным профилем, отпадает необходимость защиты армирующего элемента от коррозии и не нужны требования по недопущению или ограничению ширины раскрытия трещин в растянутой зоне.

Оштукатуривание наружной поверхности перемычки в стене обеспечивает дополнительную защиту арматурного элемента от коррозии.

При расчете полистиролбетонных перемычек на воздействие усилий, возникающих при их подъеме, транспортировании и монтаже, нагрузку от собственного веса следует принимать с коэффициентом динамичности, равным: 1,60 - при транспортировании, 1,40 - при подъеме и монтаже.

7.2.5.2 Расчет перемычек, армированных плоскими горизонтальными стальными каркасами в растянутой зоне

Перемычки изготавливают из полистиролбетона марки по средней плотности не менее D250 при классе по прочности на сжатие не менее B0,5.

В качестве рабочей продольной арматуры в растянутой зоне рекомендуется применять стержни из проволоки класса Вр-I диаметром 3-5 мм. Количество стержней продольной арматуры должно быть не менее двух.

Для обеспечения анкеровки продольной растянутой арматуры в полистиролбетоне на ее концах должны быть предусмотрены концевые анкерные приспособления в виде поперечных стержней, пластин или углов, к которым прикрепляются стержни продольной арматуры с помощью контактной сварки или других способов, обеспечивающих надежность соединения.

Для обеспечения совместимой работы полистиролбетона и растянутой арматуры по длине перемычки, кроме указанных концевых анкерных приспособлений, должны быть выполнены промежуточные анкерные приспособления в виде поперечных стержней из арматуры класса А-I диаметром 10-14 мм.

Анкерные приспособления должны обеспечивать передачу давления от продольной растянутой арматуры на полистиролбетон при условии недопущения его смятия.

7.2.5.3 Расчет прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента

Расчет прочности сечений, нормальных к продольной оси элемента, проводят из условия

M ≤ RₛAₛ(h₀ - 0,5x), (7.23)​

где Rₛ - расчетное сопротивление арматуры растяжению с учетом коэффициента условий работы γₛ, определяемого по формуле

γₛ = RbAs.anc/RₛAₛ ≤ 0,8; (7.24)​

As.anc - суммарная площадь поверхности анкеров, через которую передается давление на полистиролбетон; анкеры расположены на участке перемычки от опоры до рассматриваемого сечения.​

В формуле (7.24) расчетное сопротивление арматуры Rₛ учитывают без коэффициентов условий работы арматуры.

x = RₛAₛ/Rbb ≤ 0,6h₀, (7.25)​

где Rb - расчетное сопротивление полистиролбетона осевому сжатию с учетом коэффициента условий работы γв2 = 0,9, т.е. произведение значения сопротивления Rb по таблице 4 ГОСТ 33929-2016 на коэффициент γв2 = 0,9.

7.2.5.4 Расчет прочности сечений, наклонных к продольной оси элемента

Расчет прочности наклонных сечений проводят на действие поперечной силы из условия

Qₘₐₓ = 0,4Rbtbh₀, (7.26)​

где Rbt - расчетное сопротивление полистиролбетона осевому растяжению с учетом коэффициента работы γв2 = 0,9, т.е. произведение значения сопротивления Rbt по таблице 4 ГОСТ 33929-2016 на коэффициент γв2 = 0,9.

Расчет прочности наклонных сечений на действие изгибающего момента производят у грани свободной опоры перемычки с учетом работы концевых анкерных приспособлений из условий:

M ≤ NₛZ; (7.27)

Nₛ = RbAs.anc.1; (7.28)

Z = h₀ - 0,5x; (7.29)

x = Nₛ/Rbb; (7.30)

M = Qy - qy²/2; (7.31)

y = c + d; (7.32)​

где As.anc.1 - площадь смятия полистиролбетона в месте контакта с концевыми анкерными приспособлениями;

c - длина проекции наклонного сечения, c = 2h₀;
d - расстояние от точки приложения опорной реакции до грани опоры.​

Расстояние y принимают не более расстояния от точки приложения опорной реакции до первого промежуточного анкерного приспособления в виде поперечных стержней из арматуры класса AI диаметром 10-14 мм.

7.2.5.5 Расчет по образованию нормальных трещин

Расчет по образованию нормальных трещин производят из условия

Mп ≤ Rbt,serbh²/3,5, (7.33)​

где Mп - момент от действия полной нагрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке γf = 1;

Rbt,ser - нормативная прочность полистиролбетона на осевое растяжение для предельных состояний второй группы, принимаемая по таблице 3 ГОСТ 33929-2016.​

7.2.5.6 Расчет по образованию наклонных трещин

Расчет по образованию наклонных трещин производят из условия

Qп ≤ ⅔Rbt,serbh, (7.34)​

где Qп - поперечная сила от действия полной нагрузки с учетом коэффициента надежности по нагрузке γf = 1.

7.2.5.7 Расчет по деформациям

При отсутствии нормальных и наклонных трещин от действия нормативных нагрузок (выполнение условий (7.33) и (7.34)) расчет по деформациям производят из условий:

f ≤ fᵤₗₜ; (7.35)

f = ⅟r ρₘℓ²; (7.36)

ρₘ = 5/48; (7.37)

⅟r = Mγb2/γb1EJ; (7.38)

γb2 = 2; γb1 = 0,5; (7.39)​

где γb2 и γb1 - эмпирические коэффициенты, учитывающие деформативные особенности полистиролбетонных перемычек при длительном воздействии нагрузок, установленные экспериментальным путем;

fᵤₗₜ = ℓ/200. (7.40)​

7.2.5.8 Расчет анкеровки

Анкеровку арматуры (в полистиролбетоне) обеспечивают специальными конструктивными мероприятиями - установкой анкерных приспособлений в виде поперечных стержней, передающих на полистиролбетон давление от растяжения арматуры на площади, достаточной для недопущения его смятия.

Половину длины перемычки разбивают на n участков. Число участков зависит от длины перемычки (=2-5). Первый участок (=1) имеет длину a₁ ≈ y и содержит концевые анкерные устройства (упоры) площадью As.anc.i.

На остальных участках i-е анкерное приспособление расположено вблизи середины i-го участка длиной a₁ ≈ (ℓ/2 - a₁)/(n - 1). Площадь передачи давления As.anc.i определяют из условия

As.anc.i = (Mᵢ - Mᵢ₋₁)/RbZᵢ, (7.41)​

где Mᵢ, Mᵢ₋₁ - изгибающие моменты в начале и в конце i-го участка;

Zᵢ = h₀ - 0,5xᵢ, xᵢ - высота сжатой зоны бетона в сечении по i-му анкерному приспособлению; xᵢ = As.anc.i/b.​

7.2.5.9 Расчет перемычек, армированных стальным оцинкованным П-образным профилем

Армирующим элементом перемычек является П-образный профиль из оцинкованной тонколистовой (tₘᵢₙ = 0,45 мм) стали, отвечающей требованиям ГОСТ 14918.

Цинковое антикоррозионное покрытие на всей поверхности профиля имеет толщину 10-15 мкм.

В качестве оцинкованного профиля для армирования перемычек рекомендуется использовать готовые профили марок ПС-4 и ПС-6 длиной до 4,5 м, применяемые для внутренней облицовки на относе стен зданий гипсокартонными или гипсоволокнистыми листами. Перед изготовлением полистиролбетонных перемычек указанные профили режут по поперечному сечению на необходимую длину.

Характеристики П-образных стальных профилей, рекомендуемых для армирования полистиролбетонных перемычек, приведены в таблице 7.4.

На вертикальных стенках профилей имеются рифления размерами 13 мм, глубиной порядка 0,1 мм, по 8 шт. на 1 см², что в совокупности со значительной площадью поверхности контакта с полистиролбетоном обеспечивает достаточно высокое сцепление материалов и надежную анкеровку армирующих профилей.

Перемычки имеют форму прямоугольного параллелепипеда с габаритными размерами L (длина), h (высота) и b (ширина). Конструктивное решение перемычки показано на рисунке 4.2.

Исходя из строительного модуля, кратного 0,3 м, габаритные размеры перемычек по длине () принимают: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 2,7 и 3,0 (2,9) м.

Таблица 7.4​

Характеристики П-образных профилей

​

На основе опыта проектирования зданий и изготовления перемычек, а также ограничения веса при их ручном монтаже (80 кг) ширину перемычек b рекомендуется принимать равной 115(120), 140 и 180 мм, а высоту h - 180, 235 и 295 мм.

Рекомендуется использовать профили типа ПС-4 для перемычек шириной 115(120) и 140 мм и типа ПС-6 для перемычек шириной 140 и 180 мм.

При значительных нагрузках (более 100 кгс/п.м.) используют профиль с лепестками на его торцах, обеспечивающими дополнительную анкеровку профиля, а также точную фиксацию его положения в перемычке (рисунок 7.7).

Для изготовления такого профиля отрезают заготовку длиной Lзаг = L + 2ℓₐ = Lпр + 2(ℓф1 + ℓₐ), по углам между полкой и ребрами профиля ножницами по металлу или ножовкой делают прорези на длину ℓф1 + ℓₐ, затем торцы полки загибают по концам прорезей на 90°, а часть загнутой полки длиной ℓф1 загибают еще на 90°, в результате чего на каждом торце профиля образуются анкерующие вертикальные части лепестков в виде прямоугольных плоскостей высотой ℓₐ (h > ℓₐ > ℓп) на широкой полке (75 или 100 мм), а также лепестки длиной ℓф1, надежно фиксирующие профиль от продольного смещения в перемычке.

Также на 90° отгибают по концам прорезей лепестки ребер профиля, которые обрезают по вертикали на длину ℓф2, что обеспечивает надежную фиксацию профиля от его смещения относительно вертикальной оси перемычки, а также дополнительную анкеровку профиля на торцах перемычки двумя поверхностями лепестков шириной ℓф2 и высотой, равной высоте профиля.

Для исключения возможности отгиба под эксплуатационной нагрузкой анкерующих поверхностей профиля, образованных отогнутой частью полки, предусматривают их дополнительную фиксацию П-образными скобами из стальной проволоки Вр-I или BI диаметром 3 мм.

 

7.2.5.10 Расчет по предельным состояниям первой группы

Расчет по прочности перемычек на действие изгибающего момента следует производить для сечений, нормальных к их продольной оси.

Предельные усилия в сечении, нормальном к продольной оси элемента, следует определять, исходя из следующих предпосылок:

• сопротивление полистиролбетона растяжению принимают равным нулю;
• сопротивление полистиролбетона сжатию представляется напряжениями, равными Rb в крайнем сжатом волокне сечения и линейно убывающими (по треугольному закону) по высоте сжатой зоны материала;
• деформации (напряжения) в стальном профиле определяют в зависимости от расчетной высоты сжатой зоны полистиролбетона;
• растягивающие напряжения в стальном профиле принимают не более расчетного сопротивления растяжению Rₛ.

Рисунок 7.7 - Конструкция перемычки шириной 180 (140) мм с анкеровкой стального профиля по ее торцам​

Условие прочности нормальных сечений изгибаемого элемента записывают в виде

Mпᵖ ≤ Mᵤₗₜ, (7.42)​

где Mпᵖ - максимальный внешний изгибающий момент от расчетных нагрузок;

Mᵤₗₜ - предельный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением элемента при отсутствии арматуры в сжатой зоне прямоугольного сечения.​

Момент сопротивления полистиролбетона перемычки Mᵤₗₜᵇ определяют с учетом влияния трещин по формуле

Mᵤₗₜᵇ = 0,5Rb·b·x(h₀ - x/3), (7.43)​

где Rb - расчетное сопротивление полистиролбетона осевому сжатию для предельных состояний первой группы, принимаемое по ГОСТ 33929-2016;

h₀ - расчетная высота сечения от верхней грани перемычки до центра тяжести П-образного стального профиля, равная​

h₀ = h - z₁, (7.44)​

z₁ - расположение центра тяжести относительно полки, принимаемое по таблице 7.4;
x - высота сжатой зоны сечения перемычки, вычисляемая по формуле​

x = h₀(√((μₛαₛ)² + 2μₛαₛ) - μₛαₛ), (7.45)​

где μₛ - коэффициент армирования, принимаемый​

μₛ = Aₛ/bh₀; (7.46)​

Aₛ - площадь поперечного сечения профиля, принимаемая по таблице 7.4;
αₛ = Eₛ/Eb - коэффициент приведения площади сечения материала П-образного профиля к полистиролбетону,
где Eₛ - модуль упругости, Eₛ = 2,0·10⁵ МПа;
Eb - начальный модуль упругости полистиролбетона, принимаемый для различных марок по плотности и классов по прочности по ГОСТ 33929-2016.​

При армировании перемычки П-образным стальным профилем из условия равенства моментов по формулам (7.42) и (7.43) находят минимальное предельное напряжение в крайнем сжатом волокне полистиролбетона σb.minⁿᵖ, отвечающее заданной нагрузке, по формуле

σb.minⁿᵖ = Mпᵖ/0,5·b·x(h₀ - x/3). (7.47)​

Затем по значению этого параметра вычисляют ближайший класс полистиролбетона по прочности на сжатие Rbn ≥ σb.minⁿᵖγb и соответствующую марку по плотности (γb = 1,3 - коэффициент надежности полистиролбетона при сжатии).

Далее по формуле (7.43) после подстановки в нее расчетного сопротивления полистиролбетона сжатию Rb определяют предельный расчетный изгибающий момент, который может быть воспринят сечением. Для принятой эксплуатационной распределенной нагрузки qₚ должны быть проверены условия

Mпᵖ = qₚL₀²/8 ≤ Mᵤₗₜᵇ или qₚ ≤ qb = 8Mпᵖ/L₀², (7.48)​

где L₀ - величина расчетного пролета (рекомендуется принимать L₀ = L - 120 мм).

Момент сопротивления перемычки по стальному армирующему профилю Mₛ проверяют по формуле

Mₛ = RₛAₛ(h₀ - x/3) ≥ Mпᵖ. (7.49)​

Расчетное сопротивление осевому растяжению стального профиля принимают по аналогии с требованиями к арматуре в СП 63.13330 при Rₛₙ = 2300 кгс/см², коэффициенте надежности γₛ = 1,1 и коэффициенте условий работы стального профиля Kₛ = 0,6 с использованием формулы Rₛ = RₛₙKₛ/γₛ, где Rₛₙ - нормативное расчетное сопротивление осевому растяжению.

7.2.5.11 Проверка прочности наклонных сечений при действии поперечной силы

Расчет прочности перемычек при действии поперечной силы производят на основе модели наклонных сечений.

Расчет по наклонному сечению выполняют на основе уравнения равновесия внешних сил и внутренних поперечных сил, которые определяют по сопротивлению полистиролбетона растяжению с учетом длины проекции наклонного сечения.

Так как поперечная арматура отсутствует, проверку прочности наклонного сечения перемычки производят из условия восприятия поперечной силы Qₚ полистиролбетоном по формуле

Qₚ ≤ Qᵤₗₜ = 0,5Rbtbh₀, (7.50)​

где Qₚ = qₚL₀/2 - внешняя расчетная поперечная сила в опорном сечении;

Rbt - расчетное сопротивление полистиролбетона на осевое растяжение, принимаемое по данным ГОСТ 33929-2016, с учетом коэффициента надежности по полистиролбетону.​

 

7.2.5.12 Расчет прочности наклонных сечений на действие изгибающего момента

Расчет прочности наклонных сечений на действие изгибающего момента производят из условия

Mₚ ≤ Mₛ, (7.51)​

где Mₚ - момент в конце наклонного сечения с длиной проекции, равной c = 2h₀ от всех внешних сил, расположенных в сечении на расстоянии 2h₀ от точки приложения опорной реакции, определяемый по формуле

Mₚ = Qₚ(2h₀) - qₚ(2h₀)²/2, (7.52)​

Mₛ - изгибающий момент в этом же сечении, воспринимаемый арматурным П-образным профилем, определяемый из условия равновесия внешних и внутренних усилий в наклонном сечении и недопущения смятия торцевых зон полистиролбетонной перемычки при дополнительной анкеровке П-образного профиля на опорных участках.​

Продольное усилие в растянутом П-образном профиле Ns.оп определяют в первом приближении по формуле

Ns.оп = Mₚ/Z'ₛ = Mₚ/0,9h₀, (7.53)​

где Z'ₛ - плечо внутренней пары сил в сечении.

Затем из условия равновесия внутренних сил в сечении

Ns.оп = Rb·0,5bx (7.54)​

вычисляют высоту сжатой зоны полистиролбетона x и уточняют плечовнутренней пары сил

Z"ₛ = h₀ - x/3. (7.55)​

В расчете принимают среднее значение

Zₛᶜᵖ = 0,5(Z'ₛ + Z"ₛ). (7.56)​

Расчетное продольное усилие Ns.расч в растянутой зоне сечения определяют по формуле

Ns.расч = Mₚ/Zₛᶜᵖ. (7.57)​

Расчет анкеровки производят на усилие Ns.расч по условию смятия полистиролбетона

Ns.расч ≤ RbAсм оп (7.58)​

и прочности П-образной скобы из проволоки диаметром 3 мм Вр-I (рисунок 7.7)

Ns.расч ≤ 2RₛᶜᵏAₛᶜᵏ, (7.59)​

где Aсм оп - площадь контакта отогнутой части П-образного стального профиля с торцом полистиролбетонной перемычки;

Rₛᶜᵏ - расчетное сопротивление арматуры скобы;
Aₛᶜᵏ - площадь сечения арматурной скобы;
2 - количество срезов скобы, препятствующих разрыву сечения.​

7.2.5.13 Расчет перемычек по предельным состояниям второй группы

Расчеты по предельным состояниям второй группы включают:

• проверку трещиностойкости конструкции;
• проверку допускаемого прогиба при эксплуатационной нагрузке.

При расчете по предельным состояниям второй группы нагрузки принимают с коэффициентом надежности γf = 1,0.

Расчет трещиностойкости производят для проверки необходимости расчета на трещинообразование, а также для проверки необходимости учета трещин при расчете по деформациям (прогибам).

Условие трещиностойкости конструкции записывают в виде

Mₚ ≤ Mcrc, (7.60)​

где Mₚ - изгибающий момент от внешней нормативной нагрузки относительно оси, нормальной к плоскости действия момента и проходящей через центр тяжести приведенного поперечного сечения элемента;

Mcrc - изгибающий момент, воспринимаемый нормальным сечением перемычки при образовании трещин без учета неупругих деформаций растянутого полистиролбетона.​

Момент образования трещин без учета неупругих деформаций растянутого полистиролбетона Mcrc определяют как для сплошного упругого тела по формуле

Mcrc = Rbt.serW, (7.61)​

где Rbt.ser - нормативное сопротивление полистиролбетона на осевое растяжение;

W - момент сопротивления приведенного сечения для крайней растянутой грани П-образного стального профиля.​

Момент сопротивления W приведенного сечения и другие его характеристики определяют по формуле

W Ired/yₜ, (7.62)​

где yₜ - расстояние от растянутой грани (полки) стального профиля до центра тяжести поперечного сечения перемычки (учитывая малую толщину полки стального профиля, равную 0,45-0,5 мм, можно пренебречь разницей в половину толщины), определяемое по формуле

yₜ = St,red/Ared, (7.63)​

где St,red - статический момент площади приведенного поперечного сечения относительно растянутой грани стального профиля, определяемый по формуле

St,red = Abh/2 + As,red z₁, (7.64)​

где Ab и As,red - площади поперечного сечения полистиролбетона и приведенного поперечного сечения профиля соответственно.

Площадь приведенного поперечного сечения стального профиля As,red определяют по формуле

As,red = αₛAₛ = (Eₛ/Eb)Aₛ, (7.65)​

где αₛ - коэффициент приведения деформативности стального профиля к полистиролбетону;

Eb - модуль деформации сжатого полистиролбетона.​

Приведенный момент инерции Ired перемычки определяют по формуле

Ired = Ib + Is.red = Ib + αₛIₛ (7.66)​

(ввиду отсутствия сжатой арматуры).

Так как перемычка имеет прямоугольное сечение, момент инерции полистиролбетона Ib относительно центра тяжести определяют по формуле

Ib = bh³/12 + bh(h/2 - yₜ)², 7.67)​

а для П-образного стального профиля по формуле

Iₛ = Iₙ + Aₛ(yₜ - z₁)², (7.68)​

где Iₙ - момент инерции относительно нейтральной оси (приведен в [9, таблица 1]).

 

Изгибающему моменту начала трещинообразования соответствует нормативное значение распределенной нагрузки qcrcᴴ, определяемой по формуле

qcrcᴴ = 8Mcrcᴴ/L₀². (7.69)​

7.2.5.14 Расчет по прогибам

Расчет по прогибам производят из условия

f ≤ fᵤₗₜ, (7.70)​

где f - прогиб полистиролбетонной перемычки, армированной П-образным стальным профилем, от действия внешней нагрузки;

fᵤₗₜ - значение предельно допустимого прогиба перемычки, принимаемое равным 1/200·L₀ (согласно требованиям СП 20.13330), при отсутствии кратковременных нагрузок.​

Для изгибаемых элементов постоянного по длине сечения, не имеющих трещин, прогибы могут быть определены по общим правилам строительной механики с использованием жесткости поперечного сечения перемычки D, определяемой по формуле

D = Eb1·Ired, (7.71)​

где Eb1 - модуль деформации сжатого полистиролбетона, определяемый в зависимости от продолжительности действия нагрузки и наличия или отсутствия трещин.

Жесткость поперечного сечения перемычки D на участке без трещин в растянутой зоне определяют по формуле (7.71). При этом момент инерции Ired приведенного сечения элемента относительно его центра тяжести определяют с учетом всей площади сечения полистиролбетона и площади сечения П-образного стального элемента в растянутой зоне с коэффициентом приведения арматуры к бетону αₛ, равным αₛ = Eₛ/Eb1.

Значения модулей деформаций принимают равными:

• при непродолжительном действии нагрузки

Eb1 = 0,85Eb; (7.72)​

• при продолжительном действии нагрузки

Ebτ = Eb / (1 + φb.cr), (7.73)​

где φb.cr - коэффициент ползучести полистиролбетона, принимаемый равным 4,0 (по экспериментальным данным).

Жесткость поперечного сечения перемычки D на участках с трещинами определяют по формуле (7.71) с заменой Eb1 на приведенный модуль деформации Eb,red согласно СП 63.13330 по формуле

Eb,red = Rb/εb1,red, (7.74)​

где εb1,red = 0,0015 - при непродолжительном действии нагрузки и

εb1,red = 0,0028 - при продолжительном действии нагрузки (при относительной влажности воздуха 40%-70%) и замене Ired на I'red.​

При этом I'red - момент инерции приведенного поперечного сечения элемента, определяемый с учетом площади сечения только сжатой зоны полистиролбетона и площади сечения растянутого П-образного стального элемента с коэффициентом приведения αₛ к полистиролбетону, который вычисляют по формуле

αₛ = Es.red/Eb.red. (7.75)​

Для изгибаемых элементов постоянного сечения, рассчитываемых по схеме свободно опертой двухшарнирной балки, при действии равномерно распределенной нагрузки максимальный прогиб fₘₐₓ в середине пролета составит

fₘₐₓ = 5/48 · L₀²(⅟r)ₘₐₓ, (7.76)​

где (⅟r)ₘₐₓ - кривизна полистиролбетонного элемента от действиях соответствующих нагрузок с учетом либо без учета трещин в растянутой зоне, в зависимости от выполнения условия (7.60).

Вместо кривизны (⅟r)ₘₐₓ при определении прогибов можно использовать характеристики жесткости D путем замены упругих характеристик на приведенные, вычисляемые по формулам

(⅟r)ₘₐₓ = Mₘₐₓᴴ/D = Mₘₐₓᴴ/Eb1Ired (7.77)​

при отсутствии трещин в растянутой зоне сечения и

(⅟r)ₘₐₓ = Mₘₐₓᴴ/Eb.redI'red (7.78)​

при наличии трещин в растянутой зоне,

где Mₘₐₓᴴ - максимальный изгибающий момент относительно оси, нормальной плоскости его действия.

Расчетный прогиб перемычки fₘₐₓᶜʳᵉ к моменту трещинообразования при кратковременном нагружении может быть вычислен при Eb1 = 0,85Eb по формуле

fₘₐₓᶜʳᵉ = 5/48 · L₀²(Mₘₐₓᴴ/0,85EbIred) (7.79)​

или через равномерно распределенную нагрузку по формуле

fₘₐₓᶜʳᵉ = 5/48 · L₀²(qₘₐₓᴴL₀²/8·0,85EbIred) = 0,0153(qₘₐₓᴴL₀⁴/EbIred). (7.80)​

При длительном действии нагрузки (для условий эксплуатации) максимальный прогиб без учета трещин может быть вычислен по формуле, учитывающей длительную ползучесть полистиролбетона (Eb1 = Ebτ = Eb/(1 + φb.cr) = Eb/(1 + 4) = 0,2Eb)

fₘₐₓᶜʳᵉ = 5/48 · L₀²(qₘₐₓᴴL₀²/8·0,2EbIred) = 0,065(qₘₐₓᴴL₀⁴/EbIred). (7.81)​

Если окажется, что полученный в расчете прогиб имеет значение больше допустимого fᵤₗₜ = L₀/200, то необходимо повысить класс полистиролбетона по прочности и марку по плотности или снизить значение эксплуатационной нагрузки.

При учете образования трещин прогиб определяют по формуле

fₘₐₓᶜʳᵉ = 5/384 · qₘₐₓᴴL₀⁴/D, (7.82)​

где D = Eb1Ired = Eb.red I'red - жесткость элемента с трещинами, определяемая с учетом значений модуля деформации по формуле (7.74) и αₛ - по формуле (7.75).

I'red - момент инерции приведенного сечения с учетом только сжатой зоны сечения.​

 

7.2.6 Расчет несущих наружных стен

Несущие стены из сплошных полистиролбетонных блоков плотностью 400-500 кг/м³ применяют для малоэтажных (не более двух этажей) жилых зданий высотой до конька кровли 10 м, как правило, с перекрытиями из железобетона.

Наружные стены таких зданий воспринимают ветровую нагрузку, нагрузки от собственного веса, перекрытий и покрытия, а также эксплуатационные нагрузки.

Простенки, располагаемые вне поперечных несущих стен, рассчитывают на внецентренное сжатие, а в местах опирания плит перекрытия - на местное смятие. Грузовая площадь, с которой собирается нагрузка от перекрытий, зависит от расположения внутренних несущих стен здания. В случае контурного опирания перекрытий грузовая площадь передачи вертикальной нагрузки представляет собой трапецию либо треугольник. При применении в перекрытии сборных многопустотных плит нагрузка от них передается в виде реакции однопролетной балки.

Ширину рассчитываемой стены bст вычисляют по формуле

bст = b + (bл + bп)/2. (7.83)​

Суммарную продольную силу N складывают из нагрузки от ближайшего перекрытия Nпер (местное смятие), суммы нагрузок от других перекрытий и покрытия Nв и от веса стены Nст на участке высотой от рассматриваемого сечения до верха стены.

Очертания грузовых площадей принимают по рисунку 7.8.

Силу Nпер прикладывают в соответствии со схемой на рисунке 7.9.

Силы Nв и Nст прикладывают в центре тяжести сечения несущей стены простенка.

Рассматривают два случая:

• сечение 1 располагается на уровне верха проема 1-го этажа, при этом момент от ветровой нагрузки не учитывают;
• сечение 2 располагается на уровне середины высоты этажа, при этом учитывают момент от ветровой нагрузки, равный Mw = qℓ²/12

В расчете учитывают только несущую способность стены из ПСБ.

Несущую способность стены определяют по методике СП 15.13330 с учетом физико-механических характеристик полистиролбетонной кладки по таблице 5.4.

Расчет на внецентренное сжатие неармированной кладки стены выполняют из условия

Nₘₐₓ ≤ mдлφcRbkAc, (7.84)​

где Ac - площадь сжатой части сечения;

Rbk - расчетное сопротивление кладки из ПСБ на сжатие;
φc - коэффициент продольного изгиба стены, принимаемый в зависимости от гибкости элемента (может быть принят по таблице 19 СП 15.13330.2012);
mдл - коэффициент, учитывающий влияние длительной нагрузки.​

Рисунок 7.8 - Схема определения грузовой площади стены


Рисунок 7.9 - Конструктивная и расчетная схема несущей части стены​

При гибкости стены прямоугольного сечения λₕ = ℓₚ/hст ≤ 10 принимают mдл = 1,0.

Места опирания железобетонного перекрытия на полистиролбетонную кладку должны быть проверены на смятие из условия

Nc ≤ ψRcAc, (7.85)​

где ψ - коэффициент полноты эпюры давления от местной нагрузки. При треугольной эпюре давления ψ = 0,5;

Ac - площадь смятия, Ac = ℓоп·bст;
Rc - расчетное сопротивление кладки на смятие, определяемое из выражения​

Rc = ξRbk, (7.86)​

где

ξ = ∛(A/Ac) ≤ 1,2, (7.87)​

A = bстhп - расчетная площадь всего сечения простенка толщиной hп.​

Участки глухих стен, отстоящие от поперечных несущих стен далее чем на ℓ/2, рассчитывают, принимая ширину простенка b и ширину грузовых площадей для вертикальных и ветровых нагрузок равными 1 п.м.

При этом расчетное сечение принимают на уровне опирания верхнего перекрытия.

 

7.3 Теплозащита

7.3.1 Общие положения и исходные данные

Теплотехнические расчеты ограждающих конструкций из полистиролбетона включают:

• определение приведенного сопротивления теплопередаче для всех типов утепленных ограждающих конструкций (наружные стены, утепленные покрытия и перекрытия) и сравнение их с требованиями таблицы 3 СП 50.13330.2012 с учетом данных СП 131.13330;
• определение сопротивлений воздухопроницанию и паропроницанию наружных стен и проверку их соответствия требованиям СП 50.13330;
• проверку обеспечения условия невыпадения конденсата на внутренней поверхности ограждающих конструкций для наружных стен и утепленных покрытий, в том числе совмещенных.

Расчетные температуры наружного и внутреннего воздуха, относительную влажность воздуха внутри здания, температуру точки росы на внутренней поверхности наружных ограждающих конструкций и градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) принимают по данным СП 131.13330, ГОСТ 30494, СП 50.13330, [4].

Для других видов ограждающих конструкций и типов зданий нормируемое сопротивление теплопередаче принимают согласно СП 50.13330.

Теплотехнические характеристики полистиролбетона, необходимые для теплотехнических расчетов, приведены в таблицах 2 и Б.2 ГОСТ 33929-2016.

Теплотехнические характеристики материалов (кроме полистиролбетона), используемых в рассматриваемых энергоэффективных ограждающих конструкциях, принимают по данным таблицы 7.5.

Таблица 7.5​

Расчетные теплотехнические коэффициенты материалов

​

Сопротивление воздухопроницанию полистиролбетона для расчетов ограждающих конструкций зданий составляет Rᵤ = 120 м²·ч·Па/кг на толщину 100 мм. Это значение допускается принимать для стеновой кладки из полистиролбетонных блоков при условии использования безусадочных кладочных клеевых композиций.

Расчетные коэффициенты теплоусвоения полистиролбетона для условий эксплуатации "Б" составляют для материала плотностью D250 - s=1,51 Вт/(м²·°C) и D300 - s=1,79 Вт/(м²·°C).

7.3.2 Проектирование и оптимизация конструктивно-технических решений наружных стен по условиям теплосбережения и снижения их стоимости

В таблице 7.6 приведен перечень мероприятий по оптимизации конструктивно-технических решений ненесущих наружных стен из полистиролбетонных блоков для зданий с монолитным несущим железобетонным каркасом (остовом), направленных на выполнение требований по приведенному сопротивлению теплопередаче, повышение коэффициента теплотехнической однородности, а также обеспечение условия невыпадения конденсата на внутренней поверхности ограждающей конструкции при минимизации стоимостных затрат.

Таблица 7.6​

Мероприятия по оптимизации конструктивно-технических решений
ненесущих наружных стен полистиролбетонных блоков
​

 

7.3.3 Расчет приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены

7.3.3.1 Определение приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен и проверка обеспечения условия невыпадения конденсата на их внутренней поверхности должны, как правило, производиться по температурным полям, рассчитываемым по специальным компьютерным программам в двухмерных координатах.

Приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен следует рассчитывать без учета заполнений светопроемов: в целом для здания либо для одного промежуточного этажа (фрагмента ограждающей конструкции здания) с проверкой зон теплопроводных включений, углов и откосов проемов на температуру точки росы на внутренней поверхности стен.

Приведенное сопротивление теплопередаче фрагмента теплозащитной оболочки здания R₀ⁿᵖ следует определять по формуле (Е.1) СП 50.13330.2012.

7.3.3.2 Сопротивление теплопередаче однородной части стены определяют либо экспериментально, либо расчетом по формуле (Е.6) СП 50.13330.2012.

7.3.3.3 Удельные потери теплоты через линейную теплотехническую неоднородность определяют по результатам расчета двухмерного температурного поля узла конструкций по формуле (Е.8) СП 50.13330.2012.

7.3.3.4 Для предварительной оценки приведенного сопротивления теплопередаче и выбора толщины наружных стен из полистиролбетонных блоков плотностью D250-D300 допускается производить расчет по формуле

R₀ⁿᵖ = r(1/αв + (δПСБ/λПСБ)rкл + ∑Rобл + ∑Rв.п + 1/αн), (7.88)​

где r - значение коэффициента теплотехнической однородности наиболее представительного фрагмента фасада здания принимают для стен с кирпичным фасадом r = 0,74, вентилируемым фасадом - r = 0,75 и с оштукатуриваемым фасадом - r = 0,77;

δПСБ - толщина полистиролбетонного блока, м;
λПСБ - расчетный коэффициент теплопроводности полистиролбетона для условий эксплуатации "А" или "Б", Вт/(м·°С), принимаемый по данным таблицы 2 ГОСТ 33929-2016;
∑Rобл - суммарное термическое сопротивление облицовочных слоев;
Rв.п - термическое сопротивление невентилируемых воздушных прослоек, принимаемое с понижающими коэффициентами: 0,9 - для воздушной прослойки между кирпичной и блочной кладками и 0,7 - для прослойки между блочной кладкой и ГВЛ (понижающие коэффициенты учитывают уменьшение расчетных площадей прослоек из-за наличия противопожарных рассечек и клеевых "маяков");
rкл - коэффициент теплотехнической однородности блочной кладки, зависящий от высоты и длины блоков, расчетной теплопроводности полистиролбетона и клеевых швов, толщины последних и их армирования. Для его вычисления используют формулу​

rкл = (αшвL⁻¹ + αшгH⁻¹ + 1)λПСБ / (αшвλкL⁻¹ + αшгλшгH⁻¹ + λПСБ), (7.89)​

где αшв и αшг - толщина соответственно вертикального и горизонтального швов;

L - ширина блоков;
H - высота блоков;
λк - расчетный коэффициент теплопроводности клеевой кладочной композиции, принимаемый по таблице 7.5;
λшг - расчетная теплопроводность горизонтального кладочного шва.​

Для горизонтального неармированного шва или армированного базальтовой штукатурной сеткой λшг = λк, а для армированного стальной штукатурной сеткой λшг определяют по формуле

λшг = 58ᵛᵃ λк¹⁻ᵛᵃ, (7.90)​

где Vₐ - удельный объем стальной сетки в горизонтальном шве, значения которого определялись для сетки из проволоки диаметром 1 мм с квадратной ячейкой 20×20 мм с использованием выражения

Vₐ = 7,58·10⁻⁵/aшг;​

58 - теплопроводность стали (λc), Вт/(м·°С).​

Значения расчетного коэффициента теплотехнической однородности кладки из полистиролбетонных блоков плотностью D250 для разных толщин кладочных швов на "теплой" и "холодной" клеевых композициях с различным армированием, вычисленные по формулам (7.89) и (7.90), приведены в таблице 5.5.

7.3.4 Расчет нестационарного влажностного режима стеновых ограждающих конструкций здания

7.3.4.1 Математическая модель нестационарного влагопереноса

Расчет нестационарного влажностного режима проводят в соответствии с методикой, достаточно полно отражающей многочисленные факторы, влияющие на влажностный режим конструкций.

Уравнение одномерного перемещения влаги в материале конструкции имеет вид

γ(∂w/∂τ) = (∂/∂x)[β(∂w/∂x) + μ∂(φpₛ)/∂x], (7.91)​

где pₛ - давление насыщенного водяного пара, зависящее от температуры, Па;

x - пространственная координата, м;
β - коэффициент влагопроводности, кг/(м·ч);
γ - плотность материала, кг/м³;
φ - относительная влажность воздуха в порах материала, доли единицы;
τ - время, ч;
μ - коэффициент паропроницаемости, кг/(м·ч·Па);
w - влажность материала, кг/кг или %.​

Поток влаги через конструкцию - непрерывен. При влажности ниже максимальной сорбционной величина φ связана с влажностью материала w при помощи изотермы равновесного влагосодержания, т.е. изотермы сорбции или десорбции водяного пара материалом. На стыке двух различных материалов их влажности соответствуют равновесным, в частности, в зоне сорбционного увлажнения - по изотермам сорбции, при сверхсорбционном увлажнении они являются пропорциональными среднесуточным скоростям капиллярного всасывания.

На поверхностях конструкции влагообмен с окружающим воздухом описывается уравнениями граничных условий 3-го вида, т.е. поток влаги из внутреннего воздуха в конструкцию равен:

Gi = (1/Rvi)(psiφi - psisφi), (7.92)​

а поток влаги из конструкции в наружный воздух равен:

Gₑ = (1/Rve)(psesφi - pseφe), (7.93)​

где индексы обозначают:
s - насыщение;
e - наружный;
i - внутренний;
si - внутренняя поверхность;
se - наружная поверхность.

Так как процессы влагопереноса более инерционны, чем процессы теплопереноса, то температурное поле в конструкции предполагается стационарным в любой момент времени. Однако температуру и относительную влажность наружного воздуха принимают переменными в течение года. Причем предполагается, что эти величины изменяются одинаково каждый год.

Эти положения были использованы при создании численного метода расчета влажностного режима, который был реализован. Метод позволяет проводить расчет нестационарного одномерного влагопереноса в многослойной ограждающей конструкции.

7.3.4.2 Описание исходных данных для расчета влажностного режима

Уравнение (7.91) решается в конечных разностях. При этом для проведения расчета необходимы данные, которые можно разделить на четыре группы:

1. Данные об условиях эксплуатации конструкции. К ним относятся значения температуры и относительной влажности воздуха, как с наружной, так и с внутренней стороны конструкции. Эти величины принимаются переменными в течение года.

2. Данные о характеристиках материалов, из которых изготовлена конструкция. К ним относятся:

• плотность материала в сухом состоянии,
• изотерма сорбции или десорбции водяного пара (т.е. влажность материала, равновесная с воздухом различной влажности при увлажнении или сушке материала),
• паропроницаемость в зависимости от влажности материала,
• влагопроводность в зависимости от влажности материала,
• теплопроводность в зависимости от влажности материала,
• среднесуточная скорость капиллярного всасывания.

3. Данные о конструкции. К ним относятся: толщина и порядок расположения однородных слоев в конструкции; места расположения пароизоляционных слоев и величина их сопротивления паропроницаемости; значения коэффициентов тепло- и влагообмена на наружной и внутренней поверхностях конструкции; начальная влажность материалов конструкции.

4. Данные об условиях проведения расчета. К ним относятся: месяц, начиная с которого следует проводить расчет; число лет, для которых следует проводить расчет и периодичность (чаще всего один месяц), с которой следует фиксировать результаты расчета.

Результатами расчета являются распределения влажности по толщине конструкции в любой момент времени ее эксплуатации. Другими словами, в результате расчета определяется эксплуатационная влажность материалов конструкции.

7.3.4.3 Параметры расчета нестационарного влажностного режима исследуемой стены

В результате расчетов должно быть получено распределение весовой влажности материалов по толщине ограждающей конструкции в различные моменты времени. Основными параметрами, характеризующими конструкцию, являются:

• время установления квазистационарного режима - время, за которое конструкция переходит от начального распределения влажности (чаще всего избыточного увлажнения в результате строительных работ) к распределению влажности, вызванному условиями эксплуатации и регулярно повторяющемуся из года в год;
• месяц наибольшего увлажнения;
• слой наибольшего увлажнения;
• максимальная влажность, достигаемая материалом в процесс эксплуатации (период начального увлажнения не учитывается);
• средняя влажность слоя утеплителя в месяц наибольшего увлажнения.

7.3.4.4 Паропроницаемость наружных стен зданий

Наружные стены зданий из блоков или монолитного полистиролбетона, оштукатуренные с фасада и облицованные ГВЛ с внутренней стороны или оштукатуренные с обеих сторон, ввиду незначительной толщины и высокой паропроницаемости штукатурных слоев и ГВЛ при рассмотрении вопроса паропроницаемости условно относятся к однослойным ограждающим конструкциям.

Наружные стены зданий из полистиролбетона, облицованные снаружи кирпичной кладкой и оштукатуренные (или облицованные ГВЛ) с внутренней стороны, при рассмотрении вопроса паропроницаемости условно относятся к двухслойным конструкциям, внутренний слой которых имеет сопротивление паропроницанию более 2,0 (м²·ч·Па)/мг.

В наружных стенах зданий из полистиролбетона с внутренним несущим железобетонным слоем указанный слой значительно увеличивает сопротивление паропроницаемости стены, являясь дополнительным элементом с очень высоким сопротивлением паропроницанию (более 6,0 (м²·ч·Па)/мг). Вследствие этого для всех приведенных выше видов наружных стен жилых зданий и большинства типов общественных зданий (за исключением бассейнов, банно-прачечных комбинатов и т.п.), имеющих внутренние помещения с сухим и нормальным влажностным режимом, определять и проверять сопротивление паропроницанию конструкции не требуется.

Для наружных стен зданий, имеющих помещения с влажным и мокрым режимом, следует предусматривать устройство пароизоляции перед внутренней поверхностью полистиролбетонного слоя, а определение и проверку сопротивления паропроницанию конструкции необходимо проводить в обязательном порядке.

 

7.3.5 Расчет сопротивления воздухопроницанию наружной стены

Расчет сопротивления воздухопроницанию глухих участков полистиролбетонных наружных стен проводят по СП 50.13330 с учетом данных по рекомендуемому сопротивлению полистиролбетона, приведенных в ГОСТ 33929. Методика расчета приведена в [4].

Расчет требуемого сопротивления воздухопроницанию проводят по формулам (7.1)-(7.4) СП 50.13330.2012.

Расчетное сопротивление воздухопроницанию наружной стены должно превышать требуемое значение Rн > Rнᵀᴾ.

Для заполнения энергетического паспорта здания определяют расчетную воздухопроницаемость глухого участка наружной стены G, используя формулу (7.1) СП 50.13330.2012, которая должна быть меньше нормативной воздухопроницаемости

G < Gн = 0,5.​

7.3.6 Теплотехнический расчет утепленных покрытий и перекрытий

Для расчетов приведенного сопротивления теплопередаче утепленных покрытий и перекрытий приведены формулы [4].

При этом коэффициент теплотехнической однородности покрытия или перекрытия принимают: при использовании монолитного полистиролбетона - r = 1,0, плитного - r = 0,97 при укладке плит на "теплом" клею и r = 0,95 - на "холодном" клею.

Допускается для расчетов утепленных покрытий с негоризонтальными наружными поверхностями, обеспечивающими внутренний водосток, принимать среднюю величину толщины слоя полистиролбетонного утеплителя. При этом, при проверке условия невыпадения конденсата на внутренней поверхности утепленного покрытия в расчете используют минимальную проектную толщину утеплителя.

7.3.6.1 Расчет требуемого приведенного сопротивления теплопередаче

Требуемое приведенное сопротивление теплопередаче утепленного полистиролбетоном покрытия или перекрытия находят по данным таблицы 3 СП 50.13330.2012 с использованием линейной интерполяции.

7.3.6.2 Расчет приведенного сопротивления теплопередаче

Приведенное сопротивление теплопередаче утепленного полистиролбетоном покрытия [4, формулы (7) и (8)] определяют по формуле

R₀ = 1/αв + Rнес + Rп + RПСБ + Rв.с + Rг + 1/αн,​

где Rнес, Rп, RПСБ, Rв.с и Rг - термические сопротивления несущего элемента, пароизоляции, полистиролбетонного утеплителя, выравнивающей стяжки и гидроизоляции соответственно;

αв и αн - коэффициенты теплообмена у внутренней и наружной поверхности покрытия. Принимают αв = 8,8 и αн = 23 Вт/(м²·°С).​

По условию теплозащиты приведенное расчетное сопротивление теплопередаче покрытия или перекрытия должно быть не ниже требуемого

R₀ ≥ R₀ᵀᴾ.​

7.3.6.3 Проверка условия невыпадения конденсата на внутренней поверхности покрытия

При расчетной температуре внутреннего воздуха в помещении tв = +20°С температура точки росы на внутренней поверхности ограждающей конструкции равна td = +10,7°С [4, приложение Р].

Условие невыпадения конденсата для участка покрытия с уклоном для водостока определяют для участка с минимальной проектной толщиной полистиролбетонного утеплителя, для которого предварительно вычисляют сопротивление теплопередаче этого участка R₀ⁿᴾ.

Для расчетной температуры наружного воздуха - tн, принимаемой по данным СП 131.13330 для наиболее холодной пятидневки с обеспечиваемостью 0,92, определяют температуру на внутренней поверхности покрытия по формуле

τ = tв - (tв - tн)/R₀ⁿᴾαв = 20 - (20 - tн)/8,7R₀ⁿᴾ.

Эта температура должна быть выше температуры точки росы на внутренней поверхности конструкции, т.е.

τ > td.​

7.4 Звукоизоляция

При проектировании ограждающих конструкций с использованием полистиролбетона защиту от шума (звукоизоляцию наружных стен) необходимо проверять в соответствии с требованиями, установленными в СП 51.13330.

В соответствии с 6.3 СП 51.13330.2011 устанавливают нормативные требования по уровню шума в жилых и общественных зданиях в зависимости от его категории [5], которые утверждаются в техническом задании на проектирование.

Нормируемым параметром звукоизоляции внутренних помещений жилых и общественных зданий является индекс изоляции воздушного шума ограждающими конструкциями Rw, дБ.

Нормируемым параметром звукоизоляции наружных ограждающих конструкций (в том числе окон, витрин и других видов остеклений) является звукоизоляция RАтран, дБА, представляющая собой изоляцию внешнего шума, производимого потоком городского транспорта.

При проектировании определяют частотные характеристики ограждающих конструкций, расчетные значения индексов звукоизоляции, которые сравнивают с нормируемыми значениями.

Для зданий с энергоэффективными ограждающими стеновыми конструкциями на основе полистиролбетона с техническими решениями, приведенными в настоящем своде правил, расчеты по звукоизоляции от наружного шума должны проводиться в первую очередь для стен с фасадным и внутренним оштукатуриванием, как наиболее уязвимых по звукозащите.

7.4.1 Пример расчета звукоизоляции для глухой наружной стены из полистиролбетонных блоков, оштукатуренной с двух сторон

Исходные данные: толщина каждого штукатурного слоя dшт = 20 мм, плотность γшт = 1600 кг/м³. Толщина полистиролбетонных блоков dПСБ = 375 мм, плотность γПСБ = 250 кг/м³, динамический модуль упругости Eд = 8,5·10⁵ Па (см. 5.17 ГОСТ 33929-2016).

Расчетом проверяют индекс воздушного шума Rw и звукоизоляции RАтран рассматриваемой стены [5].

Поверхностная плотность штукатурных слоев

m₁ = m₂ = γшт dшт = 160·0,02 = 32 кг/м².​

Частотную характеристику изоляции шума определяют графическим способом в виде ломаной линии. Последовательность построения представлена на рисунке 7.10.

Строят частотную характеристику изоляции для стены, состоящей из одного слоя штукатурки, - линия ABCD [5, пункт 3.5]. Координаты точек B и C [5, таблица 11]:

fB = 10000/dшт = 10000/20 = 500 Гц; RB = 34 дБ;

fC = 20000/dшт = 1000 Гц; RC = 28 дБ.​

Отрезки AB и CD строят, т.е. наклон AB составляет 4,5 дБ/окт., наклон CD - 7,5 дБ/окт [5, рисунок 5].

Рисунок 7.10 - Расчетная частотная характеристика стены​

Общую поверхностную плотность ограждения определяют с учетом двух штукатурных слоев с плотностью m₁ = m₂ = 32 кг/м² и поверхностной плотности заполнения m₃ = 250·0,375 = 93,75 кг/м². Общая поверхностная плотность mобщ = 2·32+93,75 ≈ 158 кг/м², соотношение mобщ/m₁ = 158/32 = 4,93. Определяют величину поправки ΔR₁ = 10,5 дБ [5, таблица 12] и на графике строят линию A₁B₁C₁D₁ путем прибавления к ординатам линии ABCD поправок ΔR₁ на увеличение поверхностной плотности.

Определяют частоту резонанса fₚ для стены из полистиролбетона (пористый материал с жестким скелетом) [5, формула (11)]

fₚ = 0,16·√(Eд(m₁ + m₂)/dПСБm₁m₂) = 0,16·√(8,5·10⁵·(32+32)/0,375·32·32) = 60,2 Гц,​

с округлением до ближайшей среднегеометрической частоты трети октавной полосы fₚ = 63 Гц.

На частоте fₚ = 63 Гц величина звукоизоляции [5, пункт 3.6] на 4 дБ ниже линии A₁B₁C₁D₁ (точка F на рисунке 7.10), тогда RF = 26,8 дБ.

На частоте 8fₚ (три октавы выше частоты резонанса), т.е. fк = 500 Гц находится точка K с ординатой RK = RF + H, где H = 28 дБ [5, таблица 13], RK = 26,8+28=54,8 дБ. Точка K лежит на одной вертикали с точкой B.

Определяют поправку ΔR₂ = RK - RB = 9,6 дБ. От точки K до следующей трети октавной полосы проводят горизонтальный отрезок KM.

Точка N находится на частоте fC = 1000 Гц, причем RN = RK + ΔR₁ + ΔR₂ = 28+10,5+9,6 = 48,1 дБ.

На частоте 1,6fₚ=100 Гц точка Q расположена выше соответствующей точки прямой FK на величину поправки ΔR₄ = 3 дБ [5, таблица 14]. Линия QK₁M₁N₁P₁ смещена вверх относительно линии FKMNP на ΔR₄ = 3 дБ и представляет собой частотную характеристику рассматриваемой стены.

Дальнейший расчет представлен в таблице 7.7. В первой строке таблицы 7.7 приведены величины изоляции воздушного шума Ri в нормируемом диапазоне частот, соответствующие графику QK₁M₁N₁P₁. Во второй строке приведены ординаты оценочной кривой Rin [5, пункт 2, таблица 5]. В большинстве трети октавных полос величины Ri больше Rin. Неблагоприятных отклонений (вниз) всего два, что видно в строке 3 таблицы 7.7. Сумма неблагоприятных отклонений составляет 3,9+2,4=6,3 дБ, что значительно меньше 32 дБ, поэтому строят смещенную вниз на 4 дБ оценочную кривую, координаты которой приведены в строке 4 таблицы 7.7. В пятой строке приведены величины неблагоприятных отклонений от нее. Их сумма составляет 0,8+0,7+0,6+2·0,5+0,4+0,3+3,6+7,9+6,4+3,9+1,4 = 27 дБ, что достаточно близко к 32 дБ. Смещенная оценочная кривая показана на рисунке 7.10 штрихпунктирной линией.

Таблица 7.7​

Расчетные параметры звукоизоляции

​

Индекс изоляции воздушного шума рассматриваемой конструкции равен ординате смещенной кривой в трети октавной полосы со среднегеометрической частотой 500 Гц, т.е. R = 56 дБ, что больше нормируемой величины Rw = 54 дБ для стен и перегородок между квартирами, между помещениями квартир и лестничными клетками, холлами, коридорами, вестибюлями в жилых домах категории A [5, пункт 8, таблица 1]. Рассматриваемая конструкция не может применяться в качестве стены между помещениями квартир и магазинами, а также между номером гостиницы и рестораном в зданиях категории A, между операционными и между музыкальными классами, где требуется индекс изоляции выше 56 дБ.

В шестой строке таблицы 7.7 приведены уровни эталонного спектра шума потока городского транспорта Li, скорректированные по кривой частотной коррекции "A" для шума с уровнем 75 дБА [5, таблица 4]. Кривая Li показана на рисунке 7.10 штриховой линией. В седьмой строке таблицы 7.7 приведены разности Δi = Li - Ri. Для частоты 3150 Гц Δ₁₆ < 0, поэтому Δ₁₆ в дальнейшем расчете не участвует. В 8 и 9 строках таблицы 7.7 приведены вычисленные величины 0,1Δi и 10⁰⸱¹⁽ᴸⁱ⁻ᴿⁱ⁾, а в 10 строке - их суммирование ∑¹⁶ᵢ₌₁ 10⁰⸱¹⁽ᴸⁱ⁻ᴿⁱ⁾ = 283,3.

Величину звукоизоляции наружной стены RАтран определяют по формуле

RАтран = 75 - 10lg∑¹⁶ᵢ₌₁ 10⁰⸱¹⁽ᴸⁱ⁻ᴿⁱ⁾ = 75 - 10lg283,3 = 75 - 24,5 = 50,5 дБА.​

Полученная величина значительно превышает требуемые значения RАтран [5, таблица 2] для эквивалентных уровней звука у фасада здания при наиболее интенсивном движении транспорта, т.е. условия звукоизоляции удовлетворяются.

 

7.5 Противопожарная защита

7.5.1 Общие положения

Пожарная безопасность конструкций из полистиролбетона должна обеспечиваться соблюдением требований, установленных для ограждающих конструкций зданий в [1] и СП 2.13130. В частности, предел огнестойкости наружных ограждающих конструкций принимают по [1, таблица 21] и пункту 5.20 ГОСТ 33929-2016.

Показатели по горючести, воспламеняемости и дымообразующей способности полистиролбетона приведены в таблице 6 ГОСТ 33929-2016.

При проектировании ограждающих конструкций из полистиролбетона, имеющего группу горючести Г1, должны предусматриваться противопожарные мероприятия, зависящие от этажности и функционального назначения здания. Для полистиролбетона необходима защита от солнечных лучей.

Защиту полистиролбетона группы горючести Г1 от внешних и внутренних огневых воздействий в наружных стенах для жилых и общественных зданий II-IV степеней огнестойкости с классом пожарной опасности К0 (15) и конструктивной пожарной опасности С0 обеспечивают оштукатуриванием толщиной не менее 20 мм по стальной сетке или использованием ГВЛ в два слоя по 10 мм для внутренней облицовки, или облицовкой кирпичом (не менее чем в одну четверть).

Для обеспечения пожарной безопасности в жилых зданиях высотой 51-75 м (I степени огнестойкости) класса пожарной опасности К0 (30) необходимо для внутренней облицовки наружных стен использовать ГВЛ толщиной не менее 25 мм (212,5 мм) или армированную металлической сеткой цементно-песчаную штукатурку толщиной не менее 25 мм.

Откосы оштукатуривают по сетке на 30 мм или облицовывают (с внутренней стороны) ГВЛ в три слоя по 10 мм.

Проектирование и строительство зданий с энергоэффективной системой ограждающих конструкций из особо легкого полистиролбетона допускается для жилых домов классов функциональной пожарной опасности Ф1.3 высотой не более 75 м, Ф1.2 и Ф1.4, а также общественных зданий, кроме класса Ф4.1, высотой не более 50 м.

Допускается строительство зданий классов пожарной функциональной опасности Ф1.1 высотой не более 3 этажей (для ПСБ Г1) при условии облицовки наружных стен с обеих сторон армированной цементно-песчаной штукатуркой толщиной не менее 30 мм.

При облицовке стен из полистиролбетонных блоков керамическим кирпичом с воздушным зазором толщиной не более 10 мм данный зазор разделяют на секции площадью не более 3 м² полосами из негорючей клеевой композиции шириной 10-20 мм на всю толщину зазора.

Примеры использования негорючих материалов в узлах наружных стен из полистиролбетонных блоков, примыкающих к оконным (дверным) проемам, приведены в 6.3. При применении деревянных и пластиковых оконных (дверных) коробок они должны отделяться от полистиролбетонных блоков негорючими прокладками, а в качестве теплоизоляционных термовкладышей необходимо использовать негорючую минеральную вату.

Для наружных стен из сборных полистиролбетонных изделий первостепенное внимание должно быть обращено на армированные полистиролбетонные перемычки, оштукатуренные снизу, как на наиболее пожароопасные части ограждающих конструкций зданий.

7.5.2 Исходные требования к расчетам полистиролбетонных перемычек

Для проверки пожарной безопасности применяемых в наружных стенах армированных перемычек из особо легкого полистиролбетона необходимо руководствоваться расчетами пределов огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций с уточнениями, касающимися полистиролбетона.

С учетом того, что несущую способность конструкции при пожаре проверяют при действии нормативной нагрузки, равной 0,5 от расчетной несущей способности, температура полистиролбетона в месте расположения анкерных устройств (арматуры) должна быть не выше 100°С (при этом расчетное усилие в арматуре снижается на 30%, что допустимо).

Расчетный коэффициент теплопроводности материалов (полистиролбетона и штукатурки) принимают для условий эксплуатации "A". Коэффициенты условий работы полистиролбетона и штукатурки в зависимости от температуры нагрева приведены в таблице 7.8.

Таблица 7.8​

Коэффициенты условий работы γbt материалов

​

Расчеты предела огнестойкости рекомендованных в настоящем своде правил полистиролбетонных перемычек со штукатурной облицовкой толщиной не менее 20 мм должны подтверждать возможность их пожаробезопасного применения в наружных стенах зданий с учетом предела огнестойкости - не менее 0,5 ч.

Расчеты проводят для перемычек, армированных стальным арматурным каркасом, сваренным из продольных проволок и поперечных анкерующих стержней (1-й тип), и армированных стальным оцинкованным профилем (2-й тип), конструктивные особенности которых приведены в 7.2.5.

7.5.3 Расчет перемычек со стальным арматурным каркасом

7.5.3.1 Определение приведенной толщины штукатурного слоя

В расчетах сначала определяют температуру на уровне центра тяжести анкерных стержней диаметром dанк, приваренных к продольным армирующим стержням. С учетом штукатурного слоя расстояние от поверхности штукатурки толщиной hшт до указанного уровня равно

x = hшт · β + hПСБ + dпр + dанк/2, (7.94)​

где hшт · β - приведенная толщина штукатурного слоя;

β - коэффициент приведения температуропроводности полистиролбетона к штукатурному слою, вычисленный по формуле (7.99);
hПСБ - защитный слой полистиролбетона до низа арматуры;
dпр - диаметр продольной арматуры.​

Для определения коэффициента приведения β необходимо вычислить коэффициенты температуропроводности для штукатурного слоя из мелкозернистого песчаного бетона с ρшт = 1900 кг/м³ и полистиролбетона с плотностью ρПСБ.

Коэффициент теплопроводности λ(t), Вт/(м·°С), определяют по формуле

λ(t) = A + B · t, (7.95)​

где A - коэффициент теплопроводности при 20°С;

B - коэффициент, учитывающий изменение теплопроводности материала при нагреве, Вт/м.​

Удельную теплоемкость C(t), кДж/(кг·°С), определяют по формуле

C(t) = C + D · t, (7.96)​

где C - удельная теплоемкость при 20°С;

t - температура материала;
D - коэффициент, учитывающий изменение удельной теплоемкости материала при нагреве, кДж/кг.​

Значения параметров A, B, C и D для полистиролбетона разной плотности и цементно-песчаной штукатурки D1900 приведены в таблице 7.9.

Таблица 7.9​

Значения параметров для расчета пожарной безопасности перемычек

​

Коэффициенты температуропроводности материалов определяют по формулам:

• для полистиролбетона

αПСБ = λ(t)ПСБ / С(t)ПСБ · DПСБ; (7.97)​

• для штукатурки

αшт = λ(t)шт / С(t)шт · Dшт. (7.98)​

Коэффициент приведения температуропроводности полистиролбетона к штукатурке вычисляют по формуле

β = αПСБ/αшт. (7.99)​

7.5.3.2 Определение температуры прогрева на уровне центра тяжести анкерующих стержней

Среднее значение коэффициента температуропроводности ared определяют по формуле

ared = 3,6 · λ(t) / [C(t) + 0,05w + 0,1П₂]ρПСБ, (7.100)​

где w - расчетное массовое отношение влаги в полистиролбетоне, принимаемое по таблице 2 ГОСТ 33929-2016 для условий эксплуатации "A";

П₂ - массовая доля пенополистирола в полистиролбетоне.​

Толщину L прогреваемого защитного слоя полистиролбетона определяют по формуле

L = √(12·ared·τ), (7.101)​

где τ - время прогрева перемычки, равное 0,5 ч.

Для определения температуры в полистиролбетоне предварительно вычисляют условный линейный параметр

x* = x + φ₁√ared, (7.102)​

где φ₁ - коэффициент, зависящий от плотности полистиролбетона и назначаемый по таблице 7.10.

Таблица 7.10​

Значение коэффициента φ₁

​

Относительное расстояние r определяют по формуле

r = x/L. (7.103)​

Температуру полистиролбетона на расстоянии x (с учетом толщины штукатурного слоя, приведенного к полистиролбетонному слою) от обогреваемой поверхности определяют по формуле

t = 20 + 1200(1 - r²). (7.104)​

Рассчитанная температура должна быть меньше 100°С, т.е. t < 100°С.

 

7.5.4 Расчет перемычек, армированных П-образным стальным оцинкованным профилем

7.5.4.1 Общие исходные требования

При расчете несущей способности перемычки учитывают изменение механических свойств полистиролбетона и стального профиля в зависимости от температуры нагрева.

Для расчета критических значений коэффициента условий работы на огнестойкость расчетные сопротивления сжатию полистиролбетона Rbu и растяжению арматурного профиля Rsu определяют путем деления нормативных сопротивлений на соответствующие коэффициенты надежности - по полистиролбетону γb = 0,83, по арматурному элементу γbs = 0,9.

При определении предела огнестойкости конструкции расчетные сопротивления полистиролбетона и арматурного профиля снижают путем умножения на коэффициенты условий работы бетона и арматуры в зависимости от критической температуры, при которой наступает предельное состояние. Критическую температуру нагрева полистиролбетона принимают равной 300°С. Критическую температуру нагрева арматуры определяют по таблице 7.11 с предварительным расчетом коэффициента условий работы.

В зависимости от критической температуры полистиролбетона и арматурного профиля подбирают толщину защитного штукатурного слоя.

Таблица 7.11​

Коэффициенты условий работы γbs арматурного профиля

​

7.5.4.2 Определение критической температуры арматурного элемента

Критическую температуру tcr, определяют в зависимости от критического значения коэффициента условий работы арматурного элемента γst.cr.

Для арматурного профиля значение коэффициента условий работы γst.cr определяют по формуле

γst.cr = [M/h₀AₛRₛᵤ] / (1 - M/2bh₀²Rbu), (7.105)​

где M = qнL₀²/8 - максимальный изгибающий момент от нормативной нагрузки;

b, h₀ и Aₛ - геометрические и расчетные параметры перемычки (см. 7.2.5 и таблицу 7.4).​

Критическую температуру tcr для металла (сталь 3) при рассчитанных γst.cr определяют по таблице 7.11.

7.5.4.3 Расчет толщины защитного слоя штукатурки

Необходимую толщину защитного слоя штукатурки определяют с учетом критической температуры в арматурном элементе.

Относительное расстояние от обогреваемой поверхности определяют по формуле

r₁ = 1 - √((tcr - 200)/1200). (7.106)​

Необходимую толщину защитного слоя определяют по формуле (7.101).

7.5.4.4 Определение предела огнестойкости приведенного сечения перемычки

Поскольку критическая температура прогрева полистиролбетона принята 300°С, необходим проверочный расчет для определения предела огнестойкости полистиролбетона при заданной температуре нагрева на уровне центра тяжести растянутого арматурного профиля, равной 200°С.

Определение предела огнестойкости полистиролбетонной перемычки, армированной П-образным стальным оцинкованным профилем, проводят так же как и для перемычки, армированной стальным каркасом, с использованием формул (7.94)-(7.106).

При этом температура tcr полистиролбетона на уровне центра тяжести растянутого П-образного профиля не должна превышать 200°С, т.е. должно выполняться условие tcr < 200°С.

7.6 Санитарно-гигиенические требования и экологическая безопасность

При изготовлении особо легкого полистиролбетона, изделий на его основе, а также при строительстве и эксплуатации зданий с системой ограждающих конструкций из особо легкого полистиролбетона необходимо соблюдать требования [2] и [3].

Полистиролбетон в изделиях и в конструкциях не должен выделять во внешнюю среду вредные химические вещества в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК), установленные [11], [12] и СанПиН 2.1.2.729.

Экологическая безопасность полистиролбетонных изделий в ограждающих конструкциях зданий достигается путем использования полистирольного бисера в качестве исходного сырья для получения пенополистирольного заполнителя с содержанием свободного стирола, не превышающим ПДК.

При применении полистиролбетонных изделий и конструкций соблюдение требований по недопущению превышения ПДК загрязняющих и вредных веществ, указанных в [11], [12], должно подтверждаться санитарно-гигиеническими заключениями соответствующих органов санитарного надзора.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов Aэфф сырьевых материалов, применяемых для приготовления полистиролбетонов, не должна превышать предельных значений, Бк/кг, в зависимости от области применения полистиролбетона. При этом соблюдение требований ГОСТ 30108 и СанПиН 2.6.1.2523 также должно подтверждаться санитарно-гигиеническими заключениями соответствующих органов санитарного надзора.

 

Приложение А

Комплектная номенклатура полистиролбетонных изделий​

Таблица А.1​

Приложение Б

Условные графические обозначения​

​

​

БИБЛИОГРАФИЯ​

[1] Федеральный закон от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"

[2] Федеральный закон от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха"

[3] Федеральный закон от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды"

[4] СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий

[5] СП 23-103-2003 Проектирование звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий

[6] Методика расчета и конструирования наружных стен с применением кладки из полистиролбетонных блоков. - М.: ВНИИжелезобетон, МНИИТЭП, ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко, 2010

[7] Методическое пособие для проектирования "Технические решения многослойных продольных и торцевых наружных стен, облицованных кирпичом толщиной 120 мм (с утолщенной наружной стенкой или с пустотностью 13%), для строительства жилых и общественных зданий высотой до 75 м". - М.: ОАО "ЦНИИЭПжилища", ЦНИИСК им.В.А.Кучеренко, 2010

[8] Указания по проектированию перемычек из полистиролбетона для наружных стен зданий. - М.: ВНИИжелезобетон, 2000

[9] Указания по проектированию полистиролбетонных перемычек, армированных П-образным стальным оцинкованным профилем, для ограждающих конструкций зданий. - М.: ВНИИжелезобетон, 2011

[10] СП 82-101-98 Приготовление и применение растворов строительных

[11] ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

[12] ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны

---

УДК 693.98

Ключевые слова: ограждающие конструкции зданий, полистиролбетон, полистиролбетонные изделия (блоки, перемычки, теплоизоляционные плиты), клеевые кладочные композиции, несущая способность и деформативность, теплозащита, звукоизоляция, противопожарная защита, экологическая безопасность

---

​