Наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания
Владельцы патента RU 2542003:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении наружных многослойных стен монолитных многоэтажных зданий. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности. Наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания содержит монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки. 4 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении наружных многослойных стен монолитных многоэтажных зданий.
Известна наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания (см. свидетельство на полезную модель №41475, МПК E0B 2/84, E04C 2/26, опубл. 27.10.2004), содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями, разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры.
Недостатком является снижение теплозащитных свойств из-за наличия «застойных» зон в воздушных отверстиях, приводящих в местах контакта внутренней поверхности теплоизоляционного слоя с воздухом в пограничном слое воздушного отверстия, когда возникает встречно направленные градиенты температур от теплоизоляционного слоя к ламинарно перемещающему потоку воздуха и от данного воздуха к теплоизоляционному слою. Это особенно существенно при отрицательных температурах окружающей среды, когда со стороны наружного воздуха интенсивность промерзания монолитного бетонного слоя провисает порог прогрева монолитного бетонного слоя со стороны внутреннего воздуха здания.
Известна наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания (см. патент РФ №2466244, МПК E04B 2/84, опубл. 10.11.2012, №31), содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки.
Недостатком является снижение эксплуатационной надежности связей из-за пульсирующего воздействия давления в воздушной упругой среде теплоизоляционного слоя по длине элементов связей, особенно при отрицательных температурах наружного воздуха, когда плотность его возрастает и соответственно увеличиваются деформационные нагрузки при различии вертикального смещения монолитных бетонных слоев как со стороны внутреннего - теплого, воздуха многоэтажного здания, так и со стороны наружного - холодного, воздуха окружающей среды.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированных прочностных параметров связей между монолитными бетонными слоями, особенно при отрицательных температурах наружного воздуха, путем снижения вибрационного колебания, обусловленного пульсирующим воздействием изменяющегося давления воздушного потока по длине элементов гибких связей, перемещающегося по геометрическим фигурам сужения и расширения.
Технический результат по повышению эксплуатационной надежности достигается тем, что нарушается многослойная монолитная стена многоэтажного здания, содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки, при этом соединяющиеся бетонные слои выполнены из биметалла, причем материал биметалла со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны наружного воздуха.
На фиг.1 изображена наружная монолитная трехслойная стена с заглушками, расположенными в теле теплоизоляционного слоя; на фиг.2 - план расположения гибких связей в вертикальном канале; на фиг.3 - внутренняя поверхность теплоизоляционного слоя с криволинейными канавками; на фиг.4 - разрез элемента связи из биметалла.
Наружная многослойная монолитная стена состоит из двух бетонных слоев 1 и 2 с расположенным между ними теплоизоляционным слоем 3, выполненным из плитного утеплителя, например пенополистерола, разделенным по всей высоте вертикальным плоским разъемом 4. В теплоизоляционном слое образованы отверстия 5, сквозь которые пропущены гибкие связи 6, 7, прикрепленные своими концами к арматуре 8 бетонных слоев. Связи закрепляются в отверстиях при помощи фиксаторов-заглушек 9, располагаемых непосредственно в толще теплоизоляционного слоя, но по разные стороны от вертикального разъема 4.
Гибкие связи 6 и 7 выполнены из биметалла, причем материал 10 со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания, например, из алюминия имеет коэффициент теплопроводности 204 Вт/(м·град), а материал 11 биметалла со стороны внешнего воздуха окружающей среды, например, из латуни имеет коэффициент теплопроводности 85 Вт/(м·град), т.е. соотношение коэффициентов теплопроводности материалов 10 и 11 находится в пределах от 2,0 до 2,5 (см., например, Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980. - 469 с., ил.).
При различных температурных градиентах (gradt1 и gradt2), воздействующих на биметалл гибких связей 6 и 7, наблюдается постоянно действующая термовибрация элементов по всей длине связи (см., например, Дмитриев А.Н. Биметаллы. Пермь, 1991. - 416 с., ил.). В результате сложения встречно направленных вибрационных колебаний, обусловленных пульсирующим воздействием измененного движения воздушного потока в геометрических фигурах сжатия и расширения, созданных из элементов гибких связей 6 и 7, и термовибрации при выполнении этих связей из биметалла наблюдается минимизация амплитуды вибрационных колебаний, практически угрожающих разрушением гибких связей 6 и 7.
Воздух, находящийся в отверстиях 5, контактирует с внутренними поверхностями как теплоизоляционного слоя 3, так и монолитных бетонных слоев 1 и 2, при этом особенно при отрицательных температурах наружного воздуха процесс охлаждения со стороны наружного воздуха по монолитным бетонным слоям 1 и 2 идет более интенсивно, т.е. слой 2 быстро охлаждается и градиент температуры (gradt1) перемещается к внутренней поверхности контакта с воздухом в отверстиях 5, осуществляющих энергичный отбор тепла в пограничном слое. При одновременном прогреве монолитных бетонных слоев 1 и 2 со стороны внутреннего воздуха процесс нагрева идет менее интенсивно и градиент температур (gradt2) переменно (см., например, стр.90-92. Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат. - 416 с., ил.), практически незначительно смещается к внутренней поверхности отверстия 5, т.е. прогревается слой 1 и лишь частично нагревается слой 2. Осуществляется подвод теплоты в пограничный слой контактируемого воздуха, в результате в воздушной прослойке теплофизические параметры воздуха по периметру отверстия 5 в пограничных слоях при ламинарном движении имеют отличительные значения по теплозащитным свойствам, что в конечном итоге существенно ухудшает теплозащиту в целом всей наружной многослойной стены. Для устранения данного явления необходимо осуществлять турбулизацию пограничных слоев воздуха, контактирующих с внутренними поверхностями различной температуры (разных градиентов температур gradt1 и gradt2) бетонных слоев 1 и 2, что и происходит при выполнении на внутренних поверхностях 10 и 11 теплоизоляционного слоя 3 криволинейных канавок на одной части 14 поверхности 10 теплоизоляционного слоя 3. Касательная криволинейных канавок 12 имеет направление движения по ходу часовой стрелки (см., стр.509, например, Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1965. - 872 с., ил.), а на другой части 15 касательных криволинейных канавок 13 имеется направление движения против хода часовой стрелки.
В этом случае пограничный слой воздуха, контактирующий с поверхностью 10, перемещаясь по криволинейным канавкам 12 части 14 теплоизоляционного слоя 3, закручивается по ходу движения часовой стрелки, образуя микрозавихрения.
Одновременно пограничный слой воздуха, контактирующий с поверхностью 10, перемещаясь по криволинейным канавкам 13 части 15 теплоизоляционного слоя 3, закручивается против хода движения часовой стрелки, образуя микрозавихрения, вращающиеся в данном направлении. При этом на разъеме 4 встречаются микрозавихрения с противоположно направленным вращательным движением, что приводит к образованию микровзрывов (см., например, Меркулов В.П. Ветровой эффект и его применение в технике. Самара, 2002 г. - 387 с, ил.) с резко выраженной турбулизацией пограничного слоя как на внутренней поверхности 10 теплоизоляционного слоя 3, так и частично на внутренней поверхности монолитного бетонного слоя 2. Аналогичные процессы происходят и на поверхности 11 теплоизоляционного слоя 3 с турбулизацией пограничного слоя воздуха.
В результате турбулизация режимов движения воздуха в пограничных слоях по всему периметру отверстия 5 усредняет теплообменные процессы как нагрева слоев 1 и 2 внутренним воздухом здания, так и охлаждения их наружным воздухом, поддерживая заданную теплоизоляционную способность воздуха в отверстиях 5.
Гибкие связи 6 и 7 расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов. При вертикальном смещении слоя 1 относительно слоя 2 в гибких связях возникают деформации, вызывающе вибрационные колебания, воздействующие на упругую сплошную среду воздушных вертикальных потоков. Известно, что вибрационные колебания элементов упругих связей создают дополнительные давления в среде воздушных вертикальных каналов. Это приводит к увеличению величины смещения слоя 1 относительно слоя 2 и дополнительно способствует в конечном итоге разрушению гибких связей. Величина дополнительного давления в воздушной сплошной среде вертикальных каналов определяется максимумом амплитуды вибрационных колебаний, которые ограничиваются шириной воздушного вертикального канала.
Для устранения возможности возрастания давления в воздушных вертикальных полостях элементы гибких связей 6, 7 расположены таким образом, что в плане воздушного вертикального канала они изображаются в виде геометрических фигур как сужения, где наблюдается возрастание давления воздушной упругой сплошной среды, так и расширения, где наблюдается уменьшение давления в воздушной упругой среде, сосредоточенной между данными элементами гибких связей. Последовательное пространственное размещение элементов парных гибких связей в виде геометрических фигур сужения и расширения приводит к пульсирующему изменению давления по длине гибких связей в воздушных вертикальных полостях, что обеспечивает поддержание усредненного постоянного давления.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в поддержании нормированной надежности наружной монолитной стены за счет улучшения условий эксплуатации связи при вертикальных смещениях монолитных бетонных слоев, особенно при наличии отрицательных температур окружающей среды, путем практического устранения деформационной вибрации посредством сложения ее со встречно направленной термовибрацией элементов гибких связей, обусловленной выполнением их из биметалла, таким образом, что материал биметалла со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем материал биметалла со стороны наружного холодного воздуха.
Наружная многослойная монолитная стена многоэтажного здания, содержащая монолитные бетонные слои, теплоизоляционный слой с воздушными отверстиями и разделенный плоским разъемом, соединяющие бетонные слои связи, расположенные в отверстиях, причем отверстия для расположения связей выполнены в виде вертикальных воздушных каналов, при этом связи расположены попарно на расстоянии друг от друга, равном толщине вертикального воздушного канала, и каждая из связей состоит из не менее четырех последовательно соединенных элементов, причем пространственное размещение соответствующих элементов в каждой из попарно расположенных связей соответственно выполнено в виде суживающейся и расширяющейся фигуры, причем на внутренней поверхности теплоизоляционного слоя со стороны воздушного отверстия выполнены криволинейные канавки, кроме того, на одной части изоляционного слоя, разделенного плоским разъемом, касательная криволинейных канавок имеет направление по ходу движения часовой стрелки, а на второй части теплоизоляционного слоя касательная криволинейных канавок имеет направление против хода движения часовой стрелки, отличающаяся тем, что связи, соединяющие бетонные слои выполнены из биметалла, причем материал биметалла со стороны внутреннего воздуха многоэтажного здания имеет коэффициент теплопроводности в 2,0-2,5 раза выше, чем коэффициент теплопроводности материала биметалла со стороны наружного воздуха.
