Температурное расширение и деформационные швы вентфасадов

Металл движется. Фасад, спроектированный как жёсткая решётка, будет гудеть, коробиться и срезать заклёпки, пока солнце его нагревает и остужает. Решение — небольшой набор правил проектирования: одна неподвижная точка на элемент, скользящие опоры, температурные зазоры и швы, совпадающие с деформационными швами здания.

Три источника перемещений

1. Изменение температуры облицовки и подсистемы. Это главный источник.
2. Перемещения каркаса здания: усадка, ползучесть, прогиб перекрытий и межэтажный сдвиг при землетрясении.
3. Ветровой прогиб направляющих и панелей.

Алюминиевый профиль длиной 3 м при изменении температуры на 80 K меняет длину почти на 6 мм. Это кажется немного, но в фасаде тысячи элементов, и если их перемещения заблокированы, внутренние усилия велики.

Признаки заблокированного фасада

Щелчки и скрип при нагреве и остывании, волны на панелях в солнечные дни, овальные выработки в прорезных отверстиях, срезанные заклёпки и трещины в облицовке. Это не «особенности материала». Это ошибки компенсации, допущенные в проекте или на объекте.

Расширение распространённых фасадных материалов

В таблице приведены коэффициент линейного температурного расширения и получающееся изменение длины элемента 3 м при перепаде температур 80 K. Это иллюстрация; расчётный диапазон определяется климатическими данными и цветом облицовки.

Материал	КЛТР, ×10⁻⁶ на K	Элемент 3 м, ΔT = 80 K
Алюминиевые сплавы	23–24	около 5,8 мм
Углеродистая сталь	12	около 3,0 мм
Нержавеющая сталь	16–17	около 4,1 мм
Алюминиевые композитные панели	около 24	около 5,8 мм
Панели HPL	9–11 (вдоль плиты)	около 2,5 мм, плюс влажностные деформации
Керамогранит	6–7	около 1,6 мм

Алюминий, сталь и нержавеющая сталь расширяются с разной скоростью, поэтому длинная направляющая и кронштейн, на котором она стоит, движутся несогласованно. Это ещё одна причина, по которой соединение никогда не делают жёстким.

Какой температурный диапазон принимать

Температуры воздуха для городов Грузии приведены в регламенте «Строительная климатология» — приложении 5 к Постановлению Правительства Грузии № 71 от 15 января 2014 г. (Постановление № 71 на matsne.gov.ge). Грузинской нормы, задающей диапазон перемещений фасада, нет, поэтому проектировщик берёт климатические данные и добавляет влияние солнечного нагрева. Тёмная панель на прямом солнце может быть гораздо горячее воздуха; тёмная кассета на южной стороне летом достигает температуры поверхности около 80 °C и выше. Чем длиннее и темнее элемент, тем больше он перемещается. Поэтому цвет и ориентация важны для расчёта перемещений, и цвет облицовки должен быть известен при проектировании подсистемы.

Как компенсация закладывается в подсистему

• Одна неподвижная точка на элемент. Каждая направляющая жёстко закреплена только на одном кронштейне. Остальные кронштейны несут её на скользящих опорах с прорезными отверстиями, так что направляющая может удлиняться, оставаясь на месте.
• Чередование неподвижных и скользящих кронштейнов. Неподвижный кронштейн воспринимает вес направляющей и облицовки; скользящие — только ветровые нагрузки. Расчёт должен следовать той же схеме: неподвижные кронштейны нагружены сильнее.
• Зазоры между концами направляющих. Направляющие встык не ставят. В стыке оставляют зазор, как правило 8–10 мм, и стык выполняют так, чтобы концы могли скользить.
• Температурные блоки. На протяжённых фасадах направляющие делят на блоки, а границы блоков назначают осознанно.
• Крепёж, допускающий перемещение. Заклёпку в прорезном отверстии ставят со скользящей втулкой или калиброванным дистанцером, но никогда не затягивают до упора.

Скользящие крепления и раскладка направляющих описаны подробнее в статьях профили подсистемы и сплавы и кронштейны.

Правила по типам облицовки

• Композитные кассеты. Крепление с расчётными зазорами; в длинных кассетах — прорезные отверстия. Жёсткая клёпка в каждой точке недопустима.
• Панели HPL. Помимо температуры плита реагирует на влажность. Нужны зазоры в швах и крепёж, допускающий микроперемещения. Действуют правила монтажа производителя, и они имеют приоритет.
• Керамогранит на кляммерах. Плита перемещается свободно. Главное — не зажать её наглухо герметиком.

Деформационные швы здания

Деформационные швы в подсистеме фасада должны совпадать с деформационными швами здания. Усилия через шов передаваться не должны. На шве подсистема прерывается, направляющие заканчиваются с каждой стороны, а зазор закрывается гибким нащельником (см. узлы фасада).

В сейсмических районах каркас здания перемещается относительно соседних частей. Расчётная сейсмичность Тбилиси — 8 баллов по шкале MSK-64 (коэффициент A = 0,17), Кутаиси — 8 (0,13), Батуми — 7 (0,09). Сейсмический регламент относит ненесущие элементы к обязательным для проверки, и для фасада это включает способность следовать межэтажному сдвигу без падения панелей. Подробности — в статьях сейсмическое проектирование фасадов и сейсмический регламент по Постановлению № 71.

Расчёт шва: быстрая проверка

Перемещение элемента равно его длине, умноженной на КЛТР и на температурный диапазон. Алюминиевая направляющая длиной 4 м при диапазоне 80 K перемещается примерно на 7,5 мм (4000 × 23,5×10⁻⁶ × 80). Зазор в стыке должен быть не меньше этого значения плюс монтажный допуск, а прорезное отверстие в каждом скользящем кронштейне должно быть длиннее доли перемещения, которая на него приходится. Швы между панелями рассчитывают так же, исходя из длины панели, поэтому длинной тёмной панели нужен более широкий шов, чем короткой светлой. Важна и температура монтажа: зазор, выставленный холодным утром, закрывается на дневном солнце.

Что должно быть на чертеже

• Неподвижный кронштейн каждой направляющей с маркировкой.
• Размер прорезного отверстия и положение заклёпки в прорези.
• Ширина зазора в стыках направляющих и швах панелей с указанием температуры монтажа.
• Границы температурных блоков и положение деформационных швов здания.
• Ширина швов между панелями по материалу, размеру и цвету.

«Монтажники сами разберутся» заканчивается заклёпками, затянутыми до упора в каждом шве, что сводит на нет всю схему компенсации.

Типичные ошибки

• Жёсткая клёпка длинных направляющих на каждом кронштейне.
• Тёмный цвет выбран без уведомления проектировщика подсистемы.
• Панели загерметизированы наглухо по всем кромкам.
• Подсистема проходит через деформационный шов здания.
• Стыки направляющих сделаны встык без зазора.

Если облицовка и цвет выбраны заранее, мы можем рассчитать компенсацию под реальный материал, формат и ориентацию. Отправьте проект через страницу контактов.

Запросить расчёт →