Стеновые панели на деревянном каркасе в многоэтажных жилых зданиях из железобетона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.01, кандидат технических наук Черных, Андрей Станиславович

• Черных, Андрей Станиславович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черных, Андрей Станиславович

ВВЕДЕНИЕ.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Анализ зарубежного опыта применения и изучения стеновых панелей на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций жилых зданий с железобетонным каркасом.

1.1.1 Комбинированная технология строительства.

1.1.2 Варианты крепления стеновых панелей к железобетонным элементам здания.

1.1.3 Направления исследований стеновых панелей на деревянном каркасе и их результаты.

1.2 Тенденции развития отечественных исследований стеновых наружных панелей на деревянном каркасе и нормативные требования к наружным ограждающим конструкциям жилых зданий.

1.3 Современные требования к наружным стеновым панелям и ограждающим конструкциям жилых зданий.

1.4 Результаты патентного поиска по конструкциям стеновых панелей на деревянном каркасе.

1.5 Выводы. Цель и задачи исследований.

2. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ НЕНЕСУЩЕЙ СТЕНОВОЙ ПАНЕЛИ НА ДЕРЕВЯННОМ КАРКАСЕ И УЗЛОВ ЕЁ КРЕПЛЕНИЯ К ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ ЭЛЕМЕНТАМ ЗДАНИЯ В СОСТАВЕ МНОГОСЛОЙНЫХ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ.

2.1 Обоснование конструкции ненесущей стеновой панели.

2.1.1 Рациональный выбор листовых материалов для обшивок деревянного каркаса стеновых панелей.

2.1.2. Исследование влияния материала обшивки на жёсткость панели.

2.2 Выбор и обоснование многослойных ограждающих конструкций с применением стеновых панелей на деревянном каркасе.

2.2.1 Конструктивные решения для обеспечения пожарных требований к многослойным ограждающим конструкциям.

2.3 Пожарные характеристики стеновой панели в составе многослойных ограждающих конструкциях.

2.4 Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ И ЖЕСТКОСТИ СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ НА ДЕРЕВЯННОМ КАРКАСЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СКОБ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ОБШИВОК.

3.1 Расчет ветровых нагрузок, действующих на стеновую панель.

3.2 Определение рационального шага установки скоб при креплении обшивок к каркасу стеновой панели.

3.3 Аналитический расчет работы панели с учетом податливости связей обшивки.

3.4 Аналитический расчет стеновой панели на воздействие ветровой нагрузки с учетом податливости связей.

3.5 Конечно-элементное моделирование панели.

3.5.1 Результаты моделирования и расчётов.

3.6 Выводы.

4. РАСЧЁТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ СТЕНОВОЙ

ПАНЕЛИ К ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫМ КОНСТРУКЦИЯМ ЗДАНИЯ.

4т 1 Методика расчёта крепления панели стальными уголками на ветровые нагрузки.

4.1.1 Примеры расчёта узлов крепления панели.

4.2 Методика испытаний узлов крепления стеновой панели стальными уголками на ветровые нагрузки.

4.3. Испытание узлов крепления стеновой панели на ветровые нагрузки.

4.4 Расчёт усталостной прочности стальных уголков от местных напряжений при воздействии ветровых нагрузок.

4.5 Выводы.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОСЛОЙНЫХ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ СО СТЕНОВЫМИ ПАНЕЛЯМИ НА ДЕРЕВЯННОМ КАРКАСЕ.

5.1 Исходные данные.

5.2 Определение температуры и скорости движения воздуха в воздушной прослойке.

5.3 Расчет влажностного режима ограждающих конструкций в многолетнем цикле эксплуатации.

5.3.1 Математическая модель нестационарного влагопереноса.

5.3.2 Результаты расчета нестационарного влажностного режима.

5.4 Проверка насыщения воздуха в воздушной прослойке водяным паром.

5.5 Расчет теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.

5.5.1 Методика расчета температурного поля.

5.5.2 Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции с облицовкой кирпичной кладкой.

5.5.3 Расчёт приведённого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции с облицовкой керамогранитными плитами.

5.6 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Стеновые панели на деревянном каркасе в многоэтажных жилых зданиях из железобетона»

Одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации является проблема энергосбережения. Особое место в решении данной проблемы отводится наружным стенам гражданских зданий. Традиционные строительные материалы - железобетон, газобетон, кирпич и др., применяющиеся для возведения внешних стен жилых зданий, не могут в полной мере эффективно обеспечить снижение потребления энергии. В зарубежной практике одним из решений данного вопроса явилось освоение строительства новых домов и реконструкция старых жилых зданий с применением комбинированной технологии - железобетонный каркас и ограждающая конструкция с применением стеновых панелей на деревянном каркасе с минераловатным утеплителем. Комбинированная технология строительства жилых многоэтажных зданий нашла широкое распространение в США, Канаде, в скандинавских странах Финляндии и Швеции, а также в Германии, Австрии и Швейцарии.

В России подобные жилые дома не строятся главным образом, из-за отсутствия научно-обоснованных конструктивных решений с обеспечением эксплуатационной надежности, пожарной безопасности и долговечности ограждающих конструкций. Поэтому можно заключить, что разработка и применение эффективных стеновых панелей для ограждающих конструкций зданий с железобетонным каркасом актуальны и своевременны для-России.

Для массового применения в индустриальном домостроении представляет интерес вопрос разработки унифицированных конструкций стеновых панелей заводского изготовления, которые могут применяться в ограждающих конструкциях жилых и общественных зданий, обеспечивая качество, быстроту и экономичность их строительства. Кроме этого, такие конструкции из-за их малого веса (30-40 кг/м2) могут с успехом применяться при реконструкции зданий городской застройки, например, при надстройке этажей, что, несомненно, актуально для большинства городов России.

Нельзя не отметить тот факт, что древесина является единственным сырьем, регенерируемым на поверхности Земли. На изготовление деревянных конструкций требуется значительно меньше энергозатрат, чем на изготовление аналогичных стальных и железобетонных конструкций. Вступление России в ВТО только обострит проблему энергосбережения.

Диссертационная работа проведена в рамках научно-технической программы Министерства образования и науки РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники». Раздел 21.03 «Создание эффективных строительных конструкций, совершенствование методов их расчета и конструирования» (№Г.Р.01.200.3 13588) и соответствует специальности 05.23.01 « Строительные конструкции, здания и сооружения». В соответствии с формулой специальности, в диссертации разработаны новые ограждающие конструкции для зданий из железобетона, проведены научно-технические исследования, расчёты и разработки в области рационального проектирования панельных конструкций, основанные на современном опыте и экспериментально-теоретических методах.

Объектом исследования являются стеновые панели на деревянном каркасе с минераловатным утеплителем и узлы их крепления к железобетонным конструкциям здания.

Цель диссертационной работы: Экспериментальное и теоретическое обоснование эффективности применения ненесущих панелей на деревянном каркасе в составе многослойных ограждающих конструкций многоэтажных зданий из железобетона

Научная новизна:

- разработаны конструктивные решения по повышению огнестойкости ограждающих конструкций со стеновыми панелями на деревянном каркасе, позволяющие обеспечить пожарные требования для зданий высотой до 75м;

- разработана методика определения рационального шага крепления обшивок к каркасу стеновой панели металлическими скобами, учитывающая податливость связей обшивки с деревянным каркасом;

- определены коэффициенты к моментам инерции и сопротивления для расчёта панелей на жёсткость и прочность с учётом податливости связей обшивки из цементностружечной плиты с деревянным каркасом;

- разработана методика расчета прочности и жесткости стеновой панели на деревянном каркасе как составного элемента на податливых связях при воздействии ветровых нагрузок;

- разработана методика расчёта усталостной прочности стальных уголков, применяемых для крепления стеновой панели к железобетонным конструкциям здания, от циклических ветровых нагрузок; доказана возможность повышения теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий из железобетона за счёт применения стеновых панелей на деревянном каркасе.

Научная гипотеза: применение стеновых панелей на деревянном каркасе способствует повышению теплотехнических характеристик ограждающих конструкций здания с железобетонным каркасом при обеспечении эксплуатационных и пожарных требований.

Практическая значимость заключается в том, что результаты исследований расширяют область применения панелей на деревянном каркасе в строительстве многоквартирных жилых домов, дают обоснованные методики расчёта и испытаний панелей и узлов их крепления к железобетонным элементам-зданий-. ---

Достоверность результатов обеспечена корректным использованием научных положений в области строительной механики и теплотехники, использованием стандартизированных методик прочностных и теплотехнических расчётов в строительстве; применением современных средств научного исследования с использованием сертифицированных приборов, заключениями научно исследовательских институтов и организаций, аккредитованных в системе ГОСТ Р.

Личный вклад автора заключается в постановке задач настоящего исследования, в разработке конструктивных решений и проведении экспериментов с его участием, обработке и анализе полученных результатов, формулировке и разработке всех основных положений, определяющих научную новизну работы и ее практическую значимость.

Автор выражает особую благодарность за оказание помощи и консультации при работе над диссертацией научному руководителю д.т.н., профессору А.Г. Черных и сотрудникам его кафедры «Конструкции из дерева и пластмасс» (СПбГАСУ), а также д.т.н. профессору В.Г. Гагарину и его сотруднику к.т.н. В.В.Козлову (НИИСФ).

Апробация работы Основные результаты докладывались:

- на научно- практической конференции «Теория. Практика. Эксперимент» в честь Юбилея кафедры конструкции из дерева и пластмасс СПбГАСУ, 2010г.;

-на международной конференции Лонглайф 2010 г. «Энергосберегающие, жизнеустойчивые жилые здания, возведенные с учетом европейских стандартов и инновационных технологий в странах региона Балтийского моря»;

- на IV Съезде - Конгрессе ассоциации деревянного домостроения 25-26 ноября 2010г.;

- на международном семинаре девятой Домашней Выставки «ФАЭТОН' 11» 10 февраля^011г.; — --

- на V Международном съезде ассоциации деревянного домостроения 15-16 декабря 2011г.;

- на международной научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых учёных и докторантов «Актуальные проблемы строительства и архитектуры, СПбГАСУ, 2012 г.;

- на международном конгрессе посвященного 180-летию СПбГАСУ «Наука и инновации в современном строительстве-2012», СПбГАСУ, 2012 г.

Публикации по теме диссертации: Монография:

1. Черных А.Г., Черных A.C., Песков A.B., Каратаев С.Г. Наружные ограждающие конструкции жилых и общественных зданий из железобетона с применением панелей на деревянном каркасе /под общей ред. д.т.н., проф. А.Г. Черных; СПбГАСУ.-СПб, 2012.-151с.

Статьи в опубликованные журналах, рекомендованных ВАК РФ:

2. Черных, A.C. Рациональный выбор листового материала для изготовления стеновых панелей на деревянном каркасе для зданий из железобетона / A.C. Черных // Вестник гражданских инженеров. -2012. -№2. -С. 86-90

3. Прочность и жесткость стеновых панелей на деревянном каркасе / Черных А.Г., Черных A.C., Коваль П.С. [и др.] // Современные проблемы науки и образования. -2012. -№ 3. URL: www.science-education.ru/103-6527

4. Черных, A.C. Стеновые панели на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий из железобетона /. Черных, А.Г., Черных A.C. //Жилищное строительство. -2012. -№7. -С. 19-23.

Патенты:

5. Стеновая теплоизолирующая панель с вентилируемым фасадом заводской готовности «Рослав» и опорный кронштейн для её установки: патент на полезную модель. 102646 Российская Федерация: МПК E04F 13/07 (2006/01)/ C.B. Архангельский, С.Г. Каратаев, Д.А. Тепляков, A.C. Черных. - № 2010140218/03; заявл. 01.10.2010; опубл. 10.03.2011. Бюл. №7: 1 ил.

6. Комбинированная строительная конструкция с деревянным каркасом: патент на полезную модель. 116525 Российская Федерация: МПК В04В 1/00, 2/70, 1/94 (2006.01)/А.С.Черных, A.B. Песков, С.Г. Каратаев; заявитель и патентообладатель ООО «ДСК «Славянский).- № 2011152308/03; заявл.

19.12.2011; опубл. 27.05.2012. Бюл. №15: 1 ил. j

7. Стеновая теплоизолирующая панель с вентилируемым фасадом заводской готовности «Рослав» и опорный кронштейн для её установки: патент на изобретение. 2448223 Российская Федерация: МПК E04F 13/07 (2006/01)/ C.B.

Архангельский, С.Г. Каратаев, Д.А. Тепляков, A.C. Черных, В.В. Барышев, A.B. Песков. -№ 2010140213/03; заявл. 01.10.2010; опубл. 20.04.2012.Бюл. №11:5ил. Статьи опубликованные в других изданиях:

8. Черных A.C. Комбинированная технология строительства многоквартир-ных жилых домов / A.C. Черных // Современные деревянные конструкции. Теория. Практика. Эксперимент: сб. материалов научно-практической конференции /СПбГАСУ. -СПб., -2010. -С.4-7.

9. Черных A.C. Ограждающие конструкции жилых зданий с применением стеновых панелей на деревянном каркасе / A.C. Черных // Федеральный строительный рынок. -2012. -№1. - С. 38-39.

10. Черных A.C. Применение стеновых панелей на деревянном каркасе для жилых и общественных зданий / A.C. Черных // Светопрозрачные конструкции. -2012. -№ 1. -С.4-8.

11 .Черных A.C. Современное состояние и тенденции развития комбинированной технологии строительства жилых зданий / A.C. Черных // Актуальные проблемы современного строительства и архитектуры: международная научно-практическая конференция студентов аспирантов, молодых учёных и докторантов/ СПбГАСУ.- В 2ч. Ч.1.- СПб., 2012. - С.112-114. Реализация на практике. Разработанные конструкции стеновых панелей и узлы их крепления внедрены при строительстве жилых многоэтажных зданий на объекте «Славянка» в Санкт-Петербурге, г. Пушкин.

Диссертационная работа содержит 5 глав, Заключение и Приложение. Первая глава посвящена состоянию вопроса по теме диссертационной работы. Приводится зарубежная практика применения стеновых панелей на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций жилых зданий с железобетонным каркасом. Рассматриваются зарубежные конструкции стеновых панелей и конструктивные решения узлов их крепления к железобетонным элементам здания; приводится анализ исследований, направленных на изучение стеновых панелей на деревянном каркасе. Отмечается тенденция развития отечественных исследований стеновых наружных панелей на деревянном каркасе и нормативных документов по их проектированию для строительства жилых зданий. Приводятся современные требования к наружным ограждающим конструкциям по пожарной опасности, по тепловой защите, по защите от шума, по долговечности и безопасности. Приводятся результаты патентного поиска по I конструкциям стеновых панелей на деревянном каркасе.

По результатам изучения состояния вопроса ставятся задачи конструктивных разработок, расчётов и исследований.

Вторая глава посвящена разработке унифицированной конструкции стеновой панели на деревянном каркасе и обосновывается её применение в составе многослойных ограждающих конструкции зданий с железобетонным каркасом. Приводится рациональный выбор листовых материалов для обшивок панелей и результаты исследования их влияния на жёсткость панели. Приводится выбор и обоснование многослойных ограждающих конструкций с применением стеновых панелей на деревянном каркасе. При этом рассматриваются ограждающие конструкции, включающие наружное утепление стеновых панелей и вентилируемые фасады с облицовкой кирпичной кладкой на относе и с навесной фасадной системой, закреплённой к торцам железобетонных перекрытий с облицовкой керамогранитными плитами. Приводятся конструктивные решения для обеспечения пожарных требований к многослойной ограждающей конструкции

Третья глава посвящена исследованиям прочности и жесткости стеновых панелей на деревянном каркасе при воздействии положительного и отрицательного ветрового давления. Приводится расчёт ветровых нагрузок, действующих на стеновую панель. Определяется рациональный шаг установки скоб при креплении обшивок к каркасу стеновой панели. Исследуется работа панели с учетом податливости связей обшивки. Рассчитываются коэффициенты для расчёта стеновых панелей с учётом податливости соединения деревянного каркаса и обшивок скобами. Исследуется возможность применения метода конечных элементов для расчёта несущей способности стеновых панелей по I и

II группам предельных состояний с учётом совместной работы каркаса и обшивки на податливых связях.

Четвёртая глава посвящена расчётам и исследованиям узлов крепления стеновой панели к железобетонным конструкциям здания. Приводится методика расчёта узлов крепления панели стальными уголками на ветровые нагрузки и примеры расчёта. Приводится методика испытаний узлов крепления стеновой панели стальными уголками на ветровые нагрузки и результаты испытаний. Приводится расчёт усталостной прочности стальных уголков от местных напряжений при воздействии ветровых нагрузок

Пятая глава посвящена исследованию теплофизических характеристик многослойных ограждающих конструкций со стеновыми панелями на деревянном каркасе. Исследованиям подлежали стеновые панели, применяемые в составе многослойных ограждающих конструкций здания с вентилируемым фасадом и облицовкой кирпичной кладкой на относе или керамогранитными плитами. Приводятся расчёты по определению температуры и скорости движения воздуха в воздушной прослойке, влажностного режима ограждающих конструкций в многолетнем цикле эксплуатации. Приводятся расчёты по проверке насыщения воздуха в воздушной прослойке водяным паром и расчеты теплотехнических характеристик ограждающих конструкций. Расчёты проводились по стандартным методикам и методикам, разработанным в НИИСФ с графическим отображением результатов.

В Заключении приводятся основные результаты проведённых работ и их внедрения при строительстве жилого комплекса «Славянка».

В Приложении приводятся копии документов, выданных сторонними организациями: справка о внедрении результатов диссертационной работы; пожарные заключения ФГУ ВНИИПО МЧС России; протоколы испытаний образцов ограждающей конструкции со стеновой панелью на приведённое сопротивление теплопередаче и звукоизоляцию; протоколы испытаний стеновой панели и узлов её крепления на ударные и ветровые нагрузки.

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Заключение диссертации по теме «Строительные конструкции, здания и сооружения», Черных, Андрей Станиславович

Выводы:

1. Квазистационарный влажностный режим ограждающих конструкций устанавливается через 1 год после начала эксплуатации здания. Максимальная влажность утеплителя достигается в декабре на наружной границе стены и составляет 2,9% влажности по массе (относительная влажность воздуха 95%). Средние влажности всех слоев конструкции в месяц наибольшего увлажнения заметно меньше величины, приведенной в СНиП Н-3-79*. Требования СНиП 23-02-2003 к влажностному режиму ограждающих конструкций выполняются.

Удельный поток пара из конструкции в воздушный зазор в январе составляет 115 мг/(м ч).

2. Средняя скорость движения воздуха в вентилируемом зазоре в ограждающей конструкции высотой 15 м с облицовкой кирпичной кладкой составляет 0,1 м/с, а в ограждающей конструкции высотой 30м с облицовками керамогранитными плитами - 0,31 м/с.

3. Предельная высота выпадения конденсата для ограждающей конструкции с облицовкой кирпичной кладкой составляет 37 м, а для ограждающей конструкции с облицовкой керамогранитными плитами - 116 м. Таким образом, исследуемые конструкции обеспечивают благоприятный влажностный режим и влагоудаление из воздушной прослойки.

3. Расчет воздухообмена воздушной прослойки проведен для наименьшей толщины прослойки 40 мм. В случае ' увеличения толщины прослойки влажностный режим прослойки будет улучшаться. При расчете воздухообмена в прослойке предполагается, что основной движущей силой воздухообмена является подогрев воздуха. Для вентилируемого фасада с перфорированным экраном (облицовкой из керамогранита) основной движущей силой воздухообмена становится ветровое воздействие на фасад. Это воздействие не поддается учету, так как имеет случайную природ}', но по своему эффекту оно значительно превосходит обычный воздухообмен и служит улучшению влажностного режима прослойки.

4. Приведенные сопротивления теплопередаче исследуемых ограждающих конструкций с учетом теплотехнических неоднородностей удовлетворяют действующим нормам по энергосбережению.

5. В исследуемых конструкциях нет ни одного слоя сопоставимого по сопротивлению паропроницанию с пароизоляционным слоем, поэтому от характеристик листовых материалов, формирующих стеновую панель на деревянном каркасе, поток водяного пара и распределение влажности по конструкции практически не зависят.

6. Не рекомендуется исключать в исследуемой конструкции слой пароизоляции, так как при этом значительно возрастает удельный поток пара через конструкцию. Удельный поток достигает 1070 мг/(м -ч). Столь большой удельный поток водяного пара в прослойку может привести к ее переувлажнению и выпадению конденсата.

7. В целом рассматриваемые ограждающие конструкции с применением стеновых панелей на деревянном каркасе отвечают требованиям нормативных документов по тепловой защите здания и могут быть применены в зданиях с несущими элементами из железобетонных конструкций для климатических условий г. Санкт-Петербурга.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ современного зарубежного и отечественного опыта применения комбинированной технологии строительства показал актуальность проведения исследований, направленных на повышение эффективности жилищного строительства в нашей стране. В диссертационной работе проведён комплекс научно-исследовательских работ, результаты которых показали, что применение стеновых панелей на деревянном каркасе способствует наиболее эффективному повышению теплофизических характеристик ограждающих конструкций здания с железобетонным каркасом. При этом обеспечиваются нормативные эксплуатационные и противопожарные требования.

Полученные результаты отражены в следующих основных выводах по работе:

1. Разработана и научно обоснована унифицированная конструкция ненесущей стеновой панели заводского изготовления на деревянном каркасе для многоэтажных жилых зданий высотой до 75 м. Конструкция отличается от известных панелей, применяемых в строительстве, повышенной огнестойкостью (получен патент на полезную модель), атмосферостойкостью, обеспечивая защиту, как от огня, так и от переувлажнения древесины и минерального утеплителя.

2. Подтверждена эффективность применения стеновых панелей на деревянном каркасе в составе многослойных ограждающих конструкций с наружным утеплением, вентилируемым фасадом и облицовкой кирпичной кладкой на относе или облицовкой из керамогранитных плит, установленных на металлической подсистеме с креплением за железобетонные перекрытия здания. При этом обеспечиваются нормативные требования к стенам многоквартирных жилых зданий по противопожарным и теплофизическим характеристикам, по защите от шума (не менее 55дб) и по долговечности - не менее 50 лет.

3. Установлено, что рациональным материалом для обшивок стеновых панелей с точки зрения эксплуатационных свойств, технологичности и экономичности изготовления являются цементно-стружечные плиты, которые при сравнении с другими листовыми материалами методом расстановки приоритетов получили наибольшую комплексную оценку (приаритет).

4. Обоснован рациональный шаг крепления листовых материалов к деревянному каркасу с помощью металлических скоб. Для ненесущих панелей максимальное расстояние между скобами составляет 200 мм, при этом податливость связей крепления обшивки с деревянным каркасом панели рекомендуется учитывать с помощью коэффициентов: кж=0,22, к моменту инерции и kw=0,25, к моменту сопротивления приведенного сечения панели при расчётах по предельным состояниям в нормативных условиях эксплуатации.

5. Разработана методика расчёта прочности и жёсткости стеновой панели на деревянном каркасе как составного элемента на податливых связях при воздействии ветровых нагрузок.

6. Разработана методика расчёта и испытания узлов крепления стеновой панели к железобетонным конструкциям здания. Крепление ненесущих панелей к железобетонным перекрытиям может производиться с помощью стальных усиленных уголков. Для обеспечения несущей способности стальных уголков необходимо определять их количество с учётом расчётных сопротивлений уголков от действия ветровых нагрузок. На несущую способность уголка влияет величина зазоров между панелью и перекрытиями, которая также должна учитываться при расчётах.

7. Знакопеременные и пульсационные ветровые нагрузки вызывают значительные напряжения и усталость в стальных уголках, особенно в узлах крепления панели к верхнему железобетонному перекрытию. Предложен алгоритм определения усталостной прочности уголков в узлах крепления панели с помощью конечно-элементного моделирования.

Внедрение результатов исследований:

Результаты исследований по разработке и обоснованию конструкции стеновой панели на деревянном каркасе для многоэтажных зданий из железобетона внедрены в производстве ООО « ДСК «Славянский». За период

2009.2012 годы предприятие изготовило около 43 тыс. панелей с оконными и/или дверными проёмами. Стеновые панели на деревянном каркасе и узлы их крепления применяются в составе многослойных наружных ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий из железобетона с вентилируемым фасадом и облицовкой керамогранитными плитами при строительстве жилого комплекса «Славянка» (СПб, г. Пушкин). За период 2009.2012 годов построено и сдано в эксплуатацию более 500 тыс. кв. м жилой площади ПРОИЗВОДСТВО СТЕНОВЫХ ПАНЕЛЕЙ НА ООО «ДСК «СЛАВЯНСКИЙ»

СТРОИТЕЛЬСТВО МНОГОКВАРТИРНЫХ ЗДАНИЙ НА ЖИЛОМ

ОБЪЕКТЕ «СЛАВЯНКА»

Технико-экономические показатели внедрения стеновых панелей:

• увеличение продаваемой жилой площади без увеличения габаритов здания до 3,5%, за счёт уменьшения толщины ограждающей конструкции примерно в 1,5 раза;

• снижение расхода материалов (арматуры и железобетона) (на 8. 10%) и трудозатрат (на 10. 15%) на изготовление перекрытий за счёт уменьшения нагрузок на края перекрытий, отсутствия необходимости устройства перфорации и уменьшение площади перекрытия на 400.450 мм/пог.м в местах установки панели;

• снижение стоимости фундамента здания до 3% за счёт уменьшения на него нагрузок от действия массы ограждающей конструкции;

• снижение транспортных расходов до 12% на доставку материалов для обустройства ограждающей конструкции здания;

• снижение времени и трудозатрат до 15% на закрытие теплового контура здания;

В итоге по сравнению с применением традиционных ограждающих конструкций сокращаются сроки (на 15.20%) и стоимость строительства жилых домов (на 8. 10%).

Эксплуатационные характеристики ограждающей конструкции с применением стеновых панелей на деревянном каркасе

Наименование показателя Значение показателя

Приведённое сопротивление теплопередаче, не менее 3,08

Изоляция от воздушного шума, Я', дБ, не менее 54

Класс конструктивной опасности здания СО

Предел огнестойкости стены ЕЗО

Класс пожарной опасности (с внешней стороны) КО

Класс пожарной опасности (с внутренней стороны) КО(ЗО)

Максимальная высота здания, м 75

Долговечность, лет, не менее 50

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черных, Андрей Станиславович, 2012 год

1. Eriksson, Р-Е.: Wood components in steel and concrete buildings In-fill exterior wall panels. Study compiled for the Nordic Timber Council. 2003

2. Rüg, W., Mönck, W.: Holzbau. Bemessung und Konstruktion. 15., vollständig überarbeitete Auflage. Verlag Bauwesen. 2008. S. 543

3. Dederich,L., Koch,J: Informationsdienst Holz: Holzkonstruktionen in Miscbauweise. Hg. HOLZABSATZFONDS. Absatzförderungstonds der deutschen Forst-und Holzwrtschaft, Bonn, September 2006.S. 131

4. Konig, G.; Holschemacher, K.; Dehn. F: Holz-Beton-Verbund. Innovationen im Bauwesen. Beitrage aus Praxis und Wissen-schaft. Bauwerk Verlag GmbH, Berlin, 2004

5. Teibinger, M.; Edl. I: Holz-Mischbau im ur-banen Hochbau. Band 3 der HFA-Schriften-reihe; Holzforschung Austria. Wien 2003

6. Wieckhorst, T.; Klimakiste. Die neue Kreisverwaltung von Barnim in Eberswalde. Bauhandwerk. September 2007. S.14-22.

7. Teibinger. M.; Edl, T.: Holz-Mischbau im ur-banen Hochbau. Band 8 der HFA-Schriften-reihe; Holzforschung Austria, Wien, 2005

8. Vier und mehr Geschosse. Holzbulletin 73. Lignum, Holzwirtschaft Schweiz. Zurich 2004

9. Otto. F.; Ringeler, M.: Informationsdienst Holz, holzbau handbuch. R1A1/F8: Funktionsschichten und Anschlüsse für den Holzhausbau. Hg. Holzabsatzfonds, DGfH Innovations- und Service GmbH, Bonn 2004

10. Bredenbals, В.; Hullmann, H.: Holztafelbau-weise im mehrgeschossigen Wohnungsbau. Bauforschung fur die Praxis, Band 48. Hg. Fraunhofer IRB Verlag. Stuttgart 1996

11. EN 594:1995 Holzbau-werke, Prüfverfahren Wandscheiben-tragfähigkeit und -Steifigkeit von wänden in holztafel-bauart

12. БРЕИЕР Д. И. Проектирование деревянных конструкций, Третье издание, «МакГроу-Хилл Инк.», Нью-Йорк, 1993г.

13. X. Шульце: Деревянное строительство, Стены Потолки - Крыши. Сооружение, строительная физика, защита древесины, Б.Г. Тойбнер, Штутгарт 1996.

14. Башень М., Меджяловски Ч., Малеша Й., Малеша М.: Экспериментальные исследования каркасных стен деревянных зданий. Научные записки Белостокского политехнического института, Строительство. № 18, 1998

15. Матея К., Ножиньски В. Подлецки С. Проектирование и строительство жилых домов на деревянном каркасе. Американо-канадская система в польских условиях, Американо-польский институт строительства, Варшава, Гданьск, 1996.

16. Сатарин В. И., Акопян В. А., Асбестоцементная промышленность, М. 1962,316 с

17. Рекомендаций по проектированию и изготовлению асбестоцементных панелей с деревянным каркасом и соединениями на шурупах. -М.: ЦНИИСК им. В.В.Кучеренко 1963, 47 с.

18. Казаков И.В. Разработка и исследование конструкций навесных асбестоцементных панелей каркасного типа для наружных стен жилых домов. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук, ЦНИИЭП жилища, М., 1968 26с.

19. Указания по изготовлению и применению асбестоцементных каркасных стеновых панелей для жилищного строительства. ИЗД. НИИ теории, истории и архитектуры(2-изд.),-М., 1967.

20. Линьков И.М. Разработка и внедрение панелей с деревянным каркасом для стен и покрытий зданий. В.сб. «Строительные конструкции». Труды ЦНИИСК Выпуск 7 «Панельные конструкции с деревянным каркасом для стен и покрытий зданий., -М.,1970, с.5-51 с.

21. Рекомендации по проектированию и применению асбестоцементных стеновых панелей на деревянном каркасе для жилищного строительства. ЦНИИЭПжилища, М, 1971, 46с.

22. ГОСТ 18128-72 Панели асбестоцементный стеновые наружные на деревянном каркасе с утеплителем. Технические условия.

23. ГОСТ 18128-82 Панели асбестоцементный стеновые наружные на деревянном каркасе с утеплителем. Технические условия.

24. Казаков И.В., Вайнберг Г.Д., Лаушин В.А. Применение различных материалов в одном конструктивном решении легких стеновых панелей. -В кн. Легкие конструкции из не бетонных материалов». ЦНИЭП жилища, М., 1975, вып. 4, с. 78-84.

25. Поляков H.H., Муравьёв Ю.А. Исследование крепления асбестоцементных обшивок к деревянному каркасу. В сб. Здания и сооружения сельскохозяйственного назначения. Методы статических и теплофизических расчётов. -М., 1981, с. 41- 46

26. Рекомендации по рациональным областям применения плит покрытий и панелей стен на деревянном каркасе и с обшивками из фанеры, древесноволокнистых плит и асбестоцемента (технические возможности). ЦНИИСК им. В.В.Кучеренко,- М.: Стройиздат, 1978. 54 с.

27. Рекомендации по проектированию лёгких сборных навесных панелей наружных стен из эффективных материалов для жилых домов, ЦНИИЭПжилища,- М.,, 1978, 57 с.

28. Рекомендации по применению цементно-стружечных плит в ограждающих конструкциях для промышленного, сельского производственного и жилищно-гражданского строительства. ЦНИИСК им. В.В. Кучеренко, Стройиздат, -М., 1981, 14 с.

29. Рекомендации по проектированию панельных конструкций с применением древесины и древесных материалов для производственных зданий. Стройиздат, -М, 1982,120 с.

30. Базовые показатели оценки уровня качества асбестоцементных ограждающих конструкций (рекомендации), ЦНИИЭПСельстрой, -М., 1983, 20 с.

31. Ограждающие конструкции на деревянном каркасе для сельскохозяйственных производственных зданий: Обзорная информация, ЦНИИЭПсельстрой,-М. 1985, 76с

32. Пособие по проектированию жилых зданий. Вып.З, Часть 1. Конструкции жилых зданий (к СНиП 2.08.01-85), , ЦНИИЭПжилища Госкомархитектуры, -М.,1986, 130 с.

33. Некрасов A.C., Голубев В.К. Эффективность комплексного использования дерева в строительстве, Стройиздат, -М., 1985, 350 с.

34. Кавелин A.C. Несущая способность гвоздевых соединений элементов деревянных стеновых панелей. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кадидата технических наук. Ростов на дону, 2003, 21 с.

35. Тисевич Е.К. Сжато-изгибаемые клеефанерные стеновые панели с обшивкой, включенной в общую работу конструкции. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата наук. Оренбург,2008,23 с.

36. Жаданов В.И. Малоэтажные здания и сооружения из совмещённых ребристых конструкций на основе древесины. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. Красноярск, 2008, 38 с.

37. Украинченко Д.А. Деревянные унифицированные панельные конструкции с клеедощатой обшивкой. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук.,Оренбург, 2011, 21с.

38. СП 20.13330.2011 СП 20.13330.2011 Свод правил. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*, М., 2011

39. Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3 "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"

40. СП 2.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты. -М., 2009

41. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий Госстрой России, М., 2004, 96с.

42. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. Госстрой России, М.,2004,

43. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. Госстрой России,-М., 2000

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

45. СП 51. 13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 Защита от шума.-М.2011

46. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-Ф3 "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений"

47. СП 54.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные. М.2011

48. Расчет и проектирование ограждающих конструкций зданий. Справочное пособие к СНиП II -3- 79**, Стройиздат, -М., 1990 г.

49. Соболев В.М., Жукова Е.В., Маленков А.Г., Елагин В.Ф. Ограждающая конструкция здания. Патент на изобретение №2167248, Опубликовано 20.05.2001г.

50. Андрианов P.A. и др. Строительная панель. Патент на изобретение №2211898, Опубликовано 10.09. 2003г.

51. Заигралов Ю.А., Русинов A.B., Бухарин В.Ю. Строительная панель. Патент на полезную модель №32515., Опубликовано 20.09.2003г.

52. Девич М. Стеновая ограждающая конструкция. Патент на полезную модель №92433. Опубликовано 20.03.2010г.

53. Ромах М.М., Сысолин Э.Ю. Комбинированная строительная конструкция с деревянным каркасом. Патент на полезную модель №92434. Опубликовано 20.03.2010г.

54. ГОСТ 11047-90 Детали и изделия деревянные для малоэтажных жилых и общественных зданий. Технические условия

55. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть.

56. Инструкция по расчёту огнестойкости лёгких ограждающих конструкций. М., ГУ ГПС, ВНИИПО, 1981

57. Черных A.C., Песков A.B., Каратаев С.Г. Комбинированная строительная конструкция с деревянным каркасом. Патент на полезную модель №116525. Опубликовано 27.05.2012, Бюл.№15

58. ГОСТ 31251-2008 Стены наружные с внешней стороны. Метод испытания на пожарную опасность

59. ГОСТ 30247.1-94 Методы испытаний на огнестойкость. Несущие и ограждающие конструкции

60. ГОСТ 30403-96 Конструкции строительные. Метод определения пожарной опасности

61. Блюмберг, В. А. Какое решение лучше?: Метод расстановки приоритетов / В. А. Блюмберг, В. Ф. Глушенко. — Л.: Лениздат, 1982. 160 с.

62. ГОСТ 16483.33-77 Древесина. Метод определения удельного сопротивления выдёргиванию гвоздей и шурупов.

63. Орлов, А. И. Теория принятий решений: Учеб. пос. / А. И. Орлов. — М.: Март, 2004-656 с.

64. Фокин К.Ф. «Строительная теплотехника ограждающих частей здания» 4-е изд.-М., 1973. 288 С.

65. СП 64.13330.2011 Свод правил. Деревянные клеёные и цельнодеревянные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II -25-80

66. EN 1381:1999 Timber structures. Test methods. Load bearing stapled joints

67. EN 1383:1999 Timber structures. Test methods. Pull-through resistance of timber fasteners.

68. Коченов В. M. Несущая способность элементов и соединений деревянных конструкций, М.: Гостройиздат, 1953.- 319 с.

69. Перельмутер А. В., Сливкер В. И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. 4-е изд., перераб. - М.: Изд-во СКАД СОФТ, 2011. -736 с.

70. СП 16.13330.2011. Свод правил. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП П-23-81*.

71. СП 64.13330.2011. Свод правил. Деревянные клееные и цельнодеревян-ные конструкции. Актуализированная редакция СНиП И-25-80

72. EN 1995-1-1. Eurocode 5. Design of timber structures. Common rules and rules for buildings.

73. ГОСТ 13837 79 Динамометры общего назначения. Технические условия 78 ГОСТ 25859-83 Сосуду и аппараты стальные. Нормы и методы расчёта на прочность при малоцикловых нагрузках

74. ГОСТ 25.504-82 Расчёты и испытания на прочность. Методы расчёта характеристик сопротивления усталости

75. МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях». М., Москомархитектура, 1999

76. СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». -М., ГУП ЦПП, 1998

77. СНиП 23-01-99 «Строительная климотология» -М., 2000

78. Гагарин.В.Г., Козлов В.В., Цыкановский Е.Ю., Расчёт теплозащитыфасадов с вентилируемым воздушным зазором. // Журнал АВОК., 2004, № 3 Публикации автора и с участием автора по теме диссертации: Монография:

79. Черных А.Г., Черных A.C., Песков A.B., Каратаев С.Г. Наружные ограждающие конструкции жилых и общественных зданий из железобетона с применением панелей на деревянном каркасе /под общей ред. д.т.н., проф. А.Г. Черных; СПбГАСУ.-СПб., 2012.-151с.

80. Статьи в опубликованные журналах, рекомендованных ВАК РФ:

81. Черных, A.C. Рациональный выбор листового материала для изготовления стеновых панелей на деревянном каркасе для зданий из железобетона / A.C. Черных // Вестник гражданских инженеров. -2012. -№2. -С. 86-90

82. Прочность и жесткость стеновых панелей на деревянном каркасе / Черных А.Г., Черных A.C., Коваль П.С. и др. // Современные проблемы науки и образования. -2012. -№ 3. URL: www.science-education.ru/103-6527

83. Черных, A.C. Стеновые панели на деревянном каркасе в составе ограждающих конструкций многоэтажных жилых зданий из железобетона /. Черных, А.Г., Черных A.C. //Жилищное строительство. -2012. -№7. -С. 19-23.1. Патенты:

84. Черных A.C. Комбинированная технология строительства многоквартирных жилых домов / A.C. Черных // Современные деревянные конструкции. Теория. Практика. Эксперимент: сб. материалов научно-практической конференции /СПбГАСУ. -СПб., -2010. -С.4-7.