ваются.
Прежде чем описывать конструктивные элементы коробки здания, необходимо познакомить читателя с основными факторами, влияющими на прочность, долговечность и комфортность здания.
Как бы странно это ни звучало, человек, живущий на планете Земля, находится в агрессивной по отношению к нему среде. Он может погибнуть от любых проявлений природных катаклизмов: от переохлаждения в результате отрицательных температур, дождей или ветров или, наоборот, от перегрева в результате солнечной активности. Поэтому когда-то давно человек построил себе дом, чтобы создать маленький мирок с комфортными условиями. С тех давних пор и по сегодняшний день главным назначением дома остается сохранение как можно дольше оптимального температурно-влажностного режима внутри помещений при любых проявлениях внешней окружающей среды.
Ветер
Силовые конструкции коробки в малоэтажном индивидуальном жилом строительстве не рассчитывают на ветровые нагрузки. Но влияние ветра на устойчивость здания учитывается при проектировании коробки здания. В каркасных зданиях в конструкции стен устанавливают ветровые подкосы (рис. 1) в углах, эти же подкосы принимают на себя и динамическую бытовую нагрузку, возникающую во время эксплуатации дома.
Рис. 1. Установка ветровых подкосов:
1 — стойки; 2 — нижняя обвязка; 3 — верхняя обвязка; 4 — ветровой подкос
В зданиях с любым материалом стен: кирпичных, панельных, деревянных — устанавливают диафрагмы жесткости как в продольном, так и поперечном направлениях. Диафрагмы жесткости чаще всего совмещаются с перегородками дома, а в домах с небольшой площадью (дачных домиках) совмещаются с перекрытием, поэтому многие читатели и не догадываются об их существовании, но тем не менее они есть и о них необходимо знать.
Ветер активно влияет на процесс экс- и инфильтрации воздуха через стены (рис. 2). Ударяя в стену дома, молекулы воздуха проникают сквозь материал стены и щели внутрь помещения.
Рис. 2.Влияние ветровых потоков на процессы эск- и инфильтрации воздуха
Этот процесс называется эксфильтрацией воздуха. Огибая дом, ветровой поток подхватывает молекулы спокойного воздуха с подветренной стороны, таким образом плотность воздуха здесь становится ниже, чем внутри дома. Естественно воздух из помещения стремится занять образовавшиеся пустоты и просачивается сквозь стены и щели наружу. Этот процесс называется инфильтрацией воздуха. Ин- и эксфильтрация воздуха сквозь стены не так велика по сравнению с прохождением воздуха сквозь щели ограждавших конструкций, через которые может вытянуть все тепло. Поэтому сопряжения оконных и дверных коробок, швы кирпичной кладки, швы сопряжений панельных стен, сопряжения бревен в рубленых стенах должны быть заполнены герметизирующим материалом и выполнены с особой тщательностью.
Осадки (дождь, снег)
Основную защиту здания от атмосферных осадков осуществляет крыша дома. Но намокание стен возможно от косого дождя и снегопада. В первую очередь защиту здания от косых дождей обеспечивает устройство карнизного свеса, позволяющего увеличивать кровлю относительно плоскости стен (рис. 3).
Рис. 3.Защита стен от внешнего увлажнения устройством карнизных свесов:
а — из железобетонных плит; б — напуском кирпича; в — устройством парапета; 1 — карнизная плита; 2 — анкерная балка; 3 — стальные закладные детали; 4 — проволочная скрутка; 5 — стальной ерш; 6 — железобетонная парапетная плита
В оконных проемах устанавливают сливы из оцинкованной стали (рис. 4).
Рис. 4.Устройство оконного слива из кровельной оцинкованной стали:
1 — капельница
На нижней кромке слива обязательно должна быть выполнена капельница, не позволяющая ветру срывать дождевые капли и гнать их на стену. Боковые края оконного слива должны быть заведены в стены и заштукатурены. Самая часто распространенная ошибка, когда боковые грани слива не заводят в стену, а загибают на нее. Вода попадает в щель между стеной и отливом, замерзает, увеличиваясь в объеме, отодвигает слив от стены. В результате в увеличенную щель попадает еще больше воды, стена намокает и в конечном итоге промерзает и разрушается. Оконные откосы в кирпичных домах обязательно штукатурят цементно-песчаным раствором или в стене выполняют четверть. В деревянных домах тоже выполняют четверть либо устраивают наличники. Защита всей плоскости кирпичной стены от косых дождей осуществляется посредством полного заполнения швов кладки с их расшивкой (рис. 5).
Рис. 5.Защита стен от внешнего увлажнения устройством швов:
а — расшитый неполный шов каменной кладки; б — тоже, вогнутый шов; в — тоже, выпуклый шов; г — обрезание верхней кромки бруса
В стенах из деревянного бруса срезают верхнюю кромку бруса (рис. 5,г). Стены из пористых материалов (опилкобетон, шлакобетон, утепленные снаружи стены) облицовывают кирпичом или штукатурят, или облицовывают вагонкой либо каким-нибудь новым облицовочным материалом (водостойкой фанерой, металлопластиковыми панелями и др.).
Температура и влажность
Строительные материалы, как и всякие другие физические тела, обладают теплопроводными и теплозащитными качествами. Их теплофизические характеристики выражаются коэффициентом теплопроводности материала. Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем меньше тепла пропускает материал Здесь неплохо вспомнить оппонентов М.В. Ломоносова, которые сравнивали теплоту с некой жидкостью, именуемой теплородом. По плотному материалу, например, металлу, теплород течет, не встречая никакого сопротивления. Поэтому металлические детали хорошо передают тепло, также хорошо они передают холод. Материал, обладающий рыхлой структурой и большим количеством замкнутых пор, ставит на пути теплорода огромное количество маленьких дамб, преодолевая которые, теплород теряет свою энергию. Материалы, способные практически прекратить утечку тепла, называют утеплителями. Строительные материалы, обладающие пористой структурой, имеют как теплопроводные, так и теплозащитные качества. В старину, например, кирпичные дома делали с толщиной стены в 1–1,5 м не только для того, чтобы обороняться от врагов, а также и для того, чтобы такая стена дольше держала тепло. Современные стены кирпичных домов в средней полосе России имеют толщину стены в 2–2,5 кирпича не из-за прочностных характеристик, а все по той же причине сохранения тепла. Более тонкая кирпичная стена в условиях наших морозов промерзнет насквозь. Конструкция стен неоднородна по своей сути, швы кирпичной кладки выполняют из раствора, перемычки над оконными и дверными проемами делают из железобетона. Кладочный раствор железобетонных перемычек изготавливается на основе цементного вяжущего и имеет более плотную структуру, чем кирпич. Такие включения более плотного материала в менее плотный и имеющие сквозное соединение с внутренним и наружным воздухом называют мостиками холода (рис. 6).
Рис. 6. Пример расположения мостиков холода в кирпичных стенах
Главная задача при проектировании, выборе материала для стен и перекрытий и строительстве коробки дома — максимально сохранить теплозащитные качества материала и уменьшить, насколько возможно, влияние мостиков холода.
В свое время при изучении теплозащитных качеств стен из различных материалов в тело стены установили температурные датчики и изучили зависимость затухания температуры от толщины стены при перепаде наружной и внутренней температур в 50 °C. Полученный результат изобразили графически (рис. 7) в виде изотерм (изо — рисунок, термо — температура). Как видно из рисунка, наиболее опасные места промерзания— это карнизы и углы стен.
Рис. 7.Затухание температуры в толще стены здания:
а — наружный угол здания в плане; tн — наружная температура воздуха; tнп — температура наружной поверхности стены; t0 — нулевая изотерма температур — температура в этой зоне стены равна 0 °C. (Часть стены, расположенная левее нулевой изотермы, находится в зоне промерзания, часть стены, расположенная правее, не промерзает); tтр — температура точки росы; tвп — температура внутренней поверхности стены; tв — температура внутреннего воздуха. (При tвп = tтp возможно выпадение конденсата в теле стены или на ее внутренней поверхности, при tвп >tтp и tв — tвп = 4 °C конденсат не выпадает.) Промерзающая часть стены на рисунке заштрихована
Теплорода, конечно, не существует, но я прибегнул к нему, потому что он дает в сознании почти реальную картинку распространения тепла в физическом теле.
Помимо теплорода, потери тепла из коробки здания происходят еще за счет экс- и инфильтрации воздуха (рис. 8).
Рис. 8. Теплообменные процессы, возникающие в коробке здания
Воздух, нагреваясь от отопительных приборов, приобретает большую скорость движения молекул, то есть плотность становится меньшей, а объем большим, чем у воздуха снаружи здания. Разгоряченный воздух просачивается через поры и щели строительных конструкций наружу, причем просачивание идет во все стороны вверх, вбок и вниз. Просачивание вниз несколько меньше, чем вверх, так как внизу воздух холоднее, чем под потолком, но он все равно теплее наружного. Этот процесс называется тепловой инфильтрацией воздуха. Но как говорится, свято место пусто не бывает. Более тяжелый и плотный наружный воздух просачивается через те же конструкции и занимает освободившееся место (эксфильтрация воздуха). Таков вкратце воздухо- и теплообмен, происходящий в коробке здания.