Москва +7(495)105-59-19
rumett.moscow@gmail.com

Влияние ветровых нагрузок на вентилируемые фасады


Просмотров: 5 697.
2014-10-07

При измерении параметров навесных вентилируемых фасадов, включая всю систему крепления, расчетный вариант нагрузки ветра является определяющим фактором. Сегодняшнее состояние развития техники позволяет использовать для расчета коэффициента устойчивости показатели ветровой нагрузки и давления, однако, следует учесть, что данные применимы лишь к воздухонепроницаемым прошивкам здания.

Влияние ветровых нагрузок на вентилируемые фасадыПри измерении параметров навесных вентилируемых фасадов, включая всю систему крепления, расчетный вариант нагрузки ветра является определяющим фактором. Сегодняшнее состояние развития техники позволяет использовать для расчета коэффициента устойчивости показатели ветровой нагрузки и давления, однако, следует учесть, что данные применимы лишь к воздухонепроницаемым прошивкам здания.
В дополнениях СНиП:
«Для определения показателей давления и силы используются расчеты, произведенные на экспериментальных моделях с жестко закрепленной и воздухонепроницаемой облицовкой».
Однако, отличие навесных фасадов состоит как раз в том, что воздух извне постоянно циркулирует через находящийся между облицовкой и слоем теплоизоляции воздушный зазор; т.е. обшивка здания с таким фасадом будет воздухопроницаемой. Если при проведении расчетов учитывать постоянные, плоскостные перепады давлений, то разницы давлений между воздухом извне и воздухом, циркулирующем в воздушном зазоре, не возникает (принцип сообщающихся сосудов), в результате облицовка не подвергается воздействию ветровых нагрузок. Но необходимо учитывать, что соотношение показателей давления и потока ветра - величины непостоянные, находящиеся при этом в зависимости от распределения давления на внешние стены, который, в свою очередь, зависит, от силы ветра. Таким образом, разница давлений возникает неизбежно.


Рис.1: опоясывающие движение ветра вокруг здания



Рис.2: временное изменение направления потока воздуха вдоль вертикального канта здания



Рис.3: поток воздуха вдоль вертикального канта здания в области вентилируемой облицовочной конструкции



Рис.4: Конечное распределение ветровой нагрузки в вентилируемом фасаде



Рис.5: движение потока воздуха относительно здания с или без "ветровой преграды" в области воздушного зазора



Рис.6: Коэффициенты для определения сопротивления воздуху, циркулирующему в воздушном зазоре



Рис.7: Сравнение результатов, полученных при испытаниях в аэродинамической трубе и проведении крупномасштабных испытаний



Рис.8: коэффициент давления с, для зданий с или без нанесённого изоляционного слоя вдоль вертикального канта здания



Рис.9: Разделение воздушного отсека посредством вертикальных несущих профилей подсистемы



Рис.10: Рекомендуемые значения с, дпя проведения расчетов по вентилируемым подоблииовочным конструкциям и их анкеровки.



Рис.11: Вертикальная «воздушная преграда» из расширяющегося пенного материала, проходящая вдоль кантов здания.



Рис. 12: Вертикальная «ветровая преграда» с плитой из сжатого изоляционного слоя из минерального волокна, проходящая вдоль канта здания



Рис. 13: Фольга (пленка) в качестве «ветровой преарады», закрепленная на несущем профиле и приклеена к стене.

В рамках проведенного исследования в условиях реального воздействия воздушным потоком были получены показатели возникающей разницы давлений и связанных с этим возможных проблем с облицовкой; на основе этого исследовании, была разработана оптимальная, способная отвечать нормам СНиП концепция предотвращения опасного влияния ветровых нагрузок.

ВЫВОД: Раньше размеры навесного фасада с воздушным зазором определялись по СНиП. В рамках исследовательского проекта и проведенных испытаний были получены более низкие показатели ветровой нагрузки. Такие результаты смогут ощутимо снизить расходы связанные с установкой навесных вентилируемых фасадов

Поток воздуха

На рис.1 показан процесс воздействия потока воздуха на здание. В начале в результате опоясывающего движения воздуха перед зданием образуется скопление воздушной массы, что вызывает полное или частичное превращение кинетической энергии воздуха в энергию давления. Под влиянием скопившегося воздуха поступающий воздух меняет свое направление, опоясывая, таким образом, здание и создавая вихрь (так называемый подковообразный вихрь) у основания здания, который по продольным боковым сторонам здания движется в направлении потока воздуха.
Важно учитывать направление потока воздуха по продольным боковым сторонам здания (рис.2, часть а). Двигающийся таким образом воздух способствует образованию вторичного вихря с высокой скоростью вращения (рис.2, часть b), который периодически то усиливается (рис. 2, часть с), то стихает. Ниже линии воздушного потока, отведенного с наветренной стороны, образуется область повышенного разрежения. Размер этой области увеличивается, если поток воздуха снова движется по направлению боковых сторон здания (рис. 2, часть а). На настоящий момент в рамках СНиП ведутся расчеты показателей области разрежения воздуха по кромке здания, при учете коэффициента ср. Циркуляция воздуха в зазоре между воздухопроницаемой облицовкой и непроницаемой внешней стеной здания показана на рис. 3. Поток воздуха в воздушном зазоре влияет на распределение в нем давления, которое значительно отличается от распределения наружного давления. Показатель конечной ветровой нагрузки на облицовку внешних стен здания получается из разницы давления между внутренней и внешней ветровой нагрузкой (рис.4).
Для того, чтобы добиться уменьшения ветровой нагрузки, было решено разделить воздушный зазор под вертикальными кромками здания воздухонепроницаемыми слоями. На рис.5, отчетливо видно, как изменилось движение потока воздуха. Чтобы определить влияние представленной на рис.5 «ветровой преграды», проводились опыты как в аэродинамической трубе, так и в реальных условиях.

Испытания в аэродинамической трубе и испытания в реальных условиях по определению ветровой нагрузки

Определяющими параметрами, влияющими на выравнивание давления между наружным воздухом и воздухом, циркулирующем в воздушном зазоре, являются:
- Воздухопроницаемость внешней облицовки;
- Сопротивление потоку воздуха в воздушном зазоре.
Разница давлений наружного воздуха и воздуха в воздушном зазоре выравнивается в том случае, если, с одной стороны, в воздушном зазоре возникает высокое сопротивление воздушному потоку, т.е. если движение воздуха в зазоре приостанавливается, а, с другой стороны, если сопротивление течению воздуха в области облицовки внешних стен незначительно, т.е. если наружный воздух может беспрепятственно попадать в воздушный зазор. Сопротивление облицовки внешних стен течению воздуха (воздухопроницаемость) во многом определяется размером рустов. Чем шире руст, тем выше воздухопроницаемость или тем ниже сопротивление течению воздуха. Для того, чтобы оперировать этой величиной был вычислен следующий коэффициент:
E=(Aрустов/Aстены)*100%
Aрустов - площадь открытого руста;
Aстены - площадь облицовки внешней стены. 
Сопротивление течению воздуха в воздушном зазоре во многом зависит от его толщины. Чем толще зазор, тем выше сопротивление потоку воздуха, циркулируемому в этом зазоре. Для определения сопротивления потоку воздуха введен следующий показатель:
Q=s/a
s - ширина воздушного зазора (от 20 до 50 мм)
a - длина боковой стороны здания (5-10 мм)
Испытания внутри аэродинамической трубы проводились как с наличием«ветровой преграды», проходящей вдоль вертикальных кромок здания, так и без нее; при этом следующие параметры в ходе испытаний меняли свое значение: (см. рис. 6)
- геометрия здания h/a (высота)и Ь/а (ширина);
- сопротивление течению ветра;
- сопротивление циркулирующему воздуху в воздушном зазоре.
Для того, чтобы оценить данные, полученные при проведении испытаний в аэродинамической трубе, на территории завода фирмы Этернит были проведены широкомасштабные испытания. По рис. 7 видно, что данные, полученные при испытаниях в аэродинамической трубе, практически не отличаются от результатов испытаний в реальных условиях.

Результаты испытаний

Проанализировав результаты испытаний в аэродинамической трубе, возможно определить проектную нагрузку для отдельно стоящего здания без учета динамической нагрузки по СНиП. Для этого необходимо соблюсти следующие условия:
- воздушные зазоры в области вертикального канта здания должны быть разделены воздухонепроницаемой вертикальной изоляцией;
- относительная проницаемость облицовки E>0,75 % должна быть соотнесена с боковой поверхностью здания;
- соотношение толщины воздушного зазора и торца здания должно составлять s/a = 0,005;
- результаты испытаний действуют также и для вентилируемых подобллицовочных конструкций, рис.9.
- приведенные коэффициенты давления действительны только для прямоугольных объектов с заостренными торцами здания;
- необходимо, чтобы воздух, циркулирующий по воздушному зазору, который находится внутри свеса крыши, мог свободно выходить наружу и поступать внутрь (посредством открытых рустов).
Выяснилось, что для расчета ветровой нагрузки вертикальное членение площади здания на срединную область и два боковых канта не обязательно (не смотря на соответствующее требование СНиП). Однако, для того, чтобы вычислить повышенную нагрузку, приходящуюся на низ здания, на его верхний край устанавливается горизонтальная риска параллельно к свесу крыши. Ширина такой риски должна составлять 10% от высоты здания.
Для определения ветровой нагрузки (разрежение воздуха давление ветра) может быть использован следующий упрощенный вариант расчета:
Область применения: Е≥0,75%, s/a≤0,005, h/a - любое;
вертикальные «воздушный преграды» на кромках здания;
прямоугольные, остроконечные строительные элементы
 Cp b/a≤2 b/a>2 
Разрежение
- Cp продольной стороны
- Cp торца
-0,3  -0,35 
Разрежение
- Cp торца или края
(высота краевой риски 0,1 h)
-0,4  -0,5 
Давление
- Cp продольной стороны
- Cp торца 
+0,6  +0,65 
Таблица 1 к рис.10: вариант расчёта ветровой нагрузки 
Данные, приведенные в таблице 1, еще раз отображены на рис.10. Коэффициенты давления для вентилируемых подоблицовочных конструкций установлены также в проекте СНиП. Здесь также приведены редуцированные значения ср наслучай, если на кромки зданий нанесен угловой изоляционный слой. При вычислении значений, приведенных в таблице, в первую очередь учитывается воздействие проницаемости ветра (зависящее от ширины рустов), а не сопротивление воздушного потока внутри зазора. В настоящий момент планируется включить представленный вариант в СНиП.
 
Приведенные коэффициенты нагрузки для подсистем вентилируемого фасада намного ниже, чем приведенные в СНиП показатели для воздухонепроницаемых стен здания. В первую очередь это касается вертикальной краевой риски, коэффициент разрежения воздуха для которой составляет С =-2,0.
 

Образование «воздушной преграды» на вертикальных кантах здания

«Воздушной преградой» на вертикальных кантах здания могут служить:
- расширяющиеся пенные материалы шириной не меньше 10 см, при чем степень компрессии прослойки должна составлять Κ=1:3 (рис.11);
- полоска изоляционного материала из минерального волокна шириной 50 см (плотность не менее 70 кг/м3), которая должна находиться в достаточно сжатом состоянии между внешней стеной и облицовкой (рис. 12);
- фольга (пленка) в качестве «ветровой преграды», рис.13.
 

Закрепление теплоизоляции в системе навесных фасадов с воздушным зазором

При закреплении теплоизоляционных плит на несущую стену необходимо удостовериться в надежности их фиксации. Конечная нагрузка на единицу площади теплоизоляции получается из разницы давлений на верхнюю и нижнюю стороны теплоизоляционного слоя. Получаемая величина нагрузки зависит от сопротивления потоку воздуха теплоизоляционного материала («воздухопроницаемость»). При применении теплоизоляции из минерального материала сопротивление течению воздуха настолько незначительно, что можно рассчитывать на получение коэффициента давления ср = -0,05. В том случае, когда применяются воздухонепроницаемые теплоизоляционные материалы, например, прессованный полистирол, необходимо закрепить теплоизоляционные плиты на стене клеем. Такое приклеивание или плоскостное фиксирование на дюбель рекомендуется производить и в случае использования изоляции из минерального волокна, чтобы, с одной стороны, предотвратить попадание холодного воздуха извне, а с другой стороны, - «опущение» изоляционного материала в воздушный зазор, что нарушит нормальную циркуляцию воздуха в этом зазоре. Процесс приклеивания должен проходить конструктивно; необходимо учесть, что при закреплении изоляционных плит дюбелями - их количество не было меньше 4 дюбеля/м2.
 


Категория: Вентфасады

Есть всё

Приглашаем партнёров к размещению товаров и услуг