1) Введение

В последнее время инвесторы и проектировщики все чаще используют системы вентилируемых фасадов во вновь строящихся и реконструируемых зданиях. Вентилируемые фасадные системы – это фасадные системы с воздушным (вентиляционным) зазором между теплоизоляционным слоем и облицовкой, по которым поступает воздух, предотвращая скопление влаги в этом слое [1]. Принцип работы системы вентилируемого фасада показан на рисунке 1.

Рис. 1. Схема системы вентилируемого фасада: 1 – облицовка фасада, 2 – каркас, 3 – ветро-гидрозащитная мембрана, 4 – теплоизоляция, 5 – наружная стена (Источник [1]).

Системы вентилируемого фасада становятся все более популярными благодаря своим техническим и эксплуатационным, а также эстетическим свойствам. Правильно спроектированные и построенные вентилируемые фасадные системы (требования к вентилируемым фасадным системам приведены в [1, 2]) отличаются высокой долговечностью, положительно влияют на теплоизоляционные свойства наружных стен. Широкий спектр доступных фасадных облицовок, способов крепления к основанию [3] позволяет архитекторам создать уникальную и современную фасадную систему здания, адаптировать ее к любой городской среде. Еще одна причина интереса к вентилируемым фасадным системам носит экономический характер: современные вентилируемые фасадные системы быстровозводимые, что сокращает время и затраты на монтаж фасадной системы. Большое предложение и конкуренция на рынке привели к значительному снижению цен на вентилируемые фасадные системы. В настоящее время системы этого типа выбирают не только для стен представительских общественных зданий (банков, офисов), но и для малобюджетных вложений: социальные жилые дома, детские сады.

Увеличение количества вентилируемых фасадных систем сопровождается увеличением отказов решений данного типа по конструктивным и производственным недостаткам. К основным недостаткам относятся: использование вентилируемых фасадных систем без документов о соответствии, несоблюдение положений при проектировании фасадных систем, строительство фасадной системы без проекта или с недостаточно точным проектом. Упомянутые ошибки оказывают существенное влияние на безопасное использование строительных конструкций и, к сожалению, стали причиной гибели людей по всему миру. Самым зрелищным был пожар в высотном здании Grenfell Tower в Лондоне в 2017 году.

2) Ошибки проектирования

Наиболее распространенной и серьезной ошибкой на этапе проектирования системы вентилируемого фасада является принятие решения об использовании изделий, не сопровождаемых подтверждающей соответствие документацией. В вышеуказанных документах содержится важная информация по конструкции фасадной системы: максимально допустимые значения ветровой нагрузки, возможность использования в подверженных вандализму зонах, параметры теплоизоляции, вопросы пожарной безопасности, возможность использования в различных коррозионных средах, допустим ли упор лестниц в фасадную систему, возможность использования в климатических зонах с температурой ниже 0°С.

Фасадные системы, спроектированные без использования этих данных, могут представлять угрозу жизни и здоровью пользователей.

При проектировании вентилируемых фасадных систем важным фактором, повышающим риск отказа, является неучет некоторых специфических прочностных параметров стен, составляющих основу вентилируемой фасадной системы, и механических креплений, используемых для крепления фасадной системы к стене: например, сопротивление выдергиванию и сдвигу механических креплений. Минимальные параметры несущей способности стен должны быть предусмотрены в проекте системы вентилируемого фасада. Для реконструируемых зданий перед проектированием системы вентилируемого фасада необходимо подготовить экспертное заключение и провести испытания по определению фактической прочности механического крепления на выдергивание и сдвигу стены с учетом указанных выше величин в дизайн. Для строящихся новых зданий перед монтажом вентилируемой фасадной системы необходимо провести испытания вышеуказанных параметров в точках, выбранных случайным образом (1 испытание на 50 м2 фасадной системы) и сравнить полученные результаты с проектными предположениями. Если фасадная система крепится к стенам, несущая способность которых меньше предполагаемой, фасадная система может расшататься под действием собственной нагрузки и/или ветровой нагрузки.

Облицовки вентилируемых фасадных систем могут быть повреждены из-за крепления к стенам, которые значительно отклоняются от прямой линии (более 3 мм на 2 м). Крепление элементов каркаса к наклонным стенам может привести к возникновению дополнительных напряжений в местах соединения отдельных элементов каркаса с облицовкой и снижению прочностных и эксплуатационных свойств вентилируемой фасадной системы. Поэтому для обеспечения безопасного использования системы вентилируемого фасада необходимо указывать в проекте предельные допустимые кривизны стен.

На безопасность использования системы вентилируемого фасада в значительной степени влияет правильный выбор межосевого расстояния между элементами подконструкции. Национальные технические оценки/Европейские технические оценки определяют предельное межосевое расстояние между элементами каркаса с учетом ветровой нагрузки или существующего риска удара. Большее межосевое расстояние характерно для элементов фасадной системы, менее подверженных ветровой нагрузке или риску ударов. Превышение допустимых расстояний между элементами каркаса приводит к снижению сопротивления ветровой нагрузке, удару и линейной силе, действующей по горизонтали.

Облицовка фасадной системы может быть повреждена, если в проекте не будут учтены деформационные швы и компенсационные швы подконструкции. Деформационные и компенсационные швы нельзя игнорировать из-за больших различий в коэффициентах теплового расширения облицовки и каркаса фасадной системы.

При проектировании вентилируемой фасадной системы, сопровождаемой Европейской технической аттестацией, необходимо особое внимание уделять техническим и эксплуатационным характеристикам, заявленным производителем фасадной системы. Часто производители вентилируемых фасадных систем из Южной Европы упускают из виду климатические свойства фасадной системы, т.е. устойчивость к циклам «нагрев-дождь» или «нагрев-охлаждение». В Европейских технических оценках эти свойства отмечены как неопределенные – NPD (производительность не определена). Если система вентилируемого фасада с не определенными вышеперечисленными свойствами используется в польских климатических условиях, это может создать риск отказа системы фасада при воздействии более низкой температуры или внезапного нарушения погодных условий (дождь в жаркий день). Влияние климатических циклов на систему вентилируемого фасада представлено на рисунке 2.

Рис. 2. Система вентилируемого фасада повреждена из-за климатических циклов.

Еще одним техническим свойством, которое может отрицательно сказаться на безопасном использовании фасадной системы и препятствовать законному использованию, является отсутствие доказательства соответствия требованиям пожарной безопасности.

Каждая фасадная система должна быть испытана в следующих областях:

- реакция на огонь;

- огнестойкость фасада.

Непроверенная фасадная система может стать причиной трагедии. Например: фасадная система, используемая в Grenfell Tower в Лондоне, до установки никогда не проходила испытания в области пожарной безопасности. Фасад этого здания построен следующим образом [4]:

- наружная обшивка: алюминиевые многослойные пластины (по 3 мм) с полиэтиленовым сердечником (в работе [5] указано, что это горючий материал);

- стандартный вентиляционный зазор (50 мм) между облицовкой и изоляцией за ней (зазор между облицовкой и изоляцией работал как дымоход для распространения огня);

- утепление из пенопластовых плит (полиизоцианурат) (150 мм) на существующем фасаде (этот материал при нагревании горит с выделением токсичных паров цианида).

Как алюминиево-полиэтиленовая обшивка, так и пенопластовые плиты утеплителя не прошли испытания на пожарную безопасность, проведенные после пожара [6].

Использование некачественных распорок под кронштейнами для устранения мостиков холода, может способствовать снижению пожарной безопасности системы вентилируемого фасада. Эти элементы могут существенно изменить огнестойкость фасадной системы и ее прочностные характеристики.

Весьма распространенной ошибкой в практике проектирования, влияющей на безопасное использование здания в целом, является использование систем вентилируемого фасада с облицовкой, характеризующейся низкой ударопрочностью, в зонах, доступных для прохожих. Такие покрытия могут сломаться или упасть при ударе. Падение осколков может привести к серьезным телесным повреждениям людей (рис. 3).

Рис. 3. Опасные фрагменты вентилируемой фасадной системы после удара твердого тела.

Частый конструктивный недостаток – использование системы вентилируемого фасада в более агрессивной среде, чем это предусмотрено. Проржавевшие части вентилируемой фасадной системы могут привести к ее повреждению (рис. 4).

Рис. 4. Коррозия заклепок, используемых для крепления облицовки системы вентилируемого фасада к каркасу.

Что касается соблюдения необходимых теплоизоляционных параметров перегородки и удобства эксплуатации, то при проектировании системы вентилируемого фасада необходимо учитывать воздухопроницаемость стен, к которым фасадная система будет крепиться. Распространенным недостатком является проектирование системы вентилируемого фасада на стенах из каменных элементов с незаполненными вертикальными швами каменной кладки без дополнительного слоя облицовки. Это может быть прямой причиной превышения скорости воздухообмена в здании и потерь тепла.

Снизить теплоизоляционные свойства перегородок можно за счет применения системы вентилируемого фасада с кронштейнами без термопрокладок или других решений, предотвращающих образование мостиков холода (рис. 5).

Рис. 5. Кронштейны для системы вентилируемого фасада. Красный кружок используется для обозначения решения, уменьшающего эффект мостиков холода.

3) Ошибки производства

Одним из основных дефектов производства, влияющих на безопасность эксплуатации системы вентилируемого фасада, является неучет прочности основания перед началом работ. Сопротивление выдергиванию и сдвигу основания (стены) для механических креплений, используемых для крепления подконструкции, должно быть не менее предусмотренного проектом. Зачастую при креплении вентилируемых фасадных систем к каменным стенам подрядчики устанавливают механические крепления не в кладочный узел (как это предусмотрено проектом), а в стык, что значительно снижает безопасность эксплуатации фасадной системы (Рис. 6).

Рис. 6. Механическое крепление системы вентилируемого фасада в стык.

Прочность основания (стены), на которое будет навешиваться система вентилируемого фасада, может быть снижена при использовании неподходящих инструментов. Например, если фасадная система навешивается на пустотелую стену, использование ударного сверления может повредить кирпичи и помешать использованию предусмотренных в проекте механических креплений.

С точки зрения безопасности системы вентилируемого фасада недопустимо использование механических креплений, отличных от предусмотренных проектом. Это может повлиять на прочностные характеристики соединения «крепление-стена», изменить коррозионную стойкость фасадной системы.

Очень частым дефектом изготовления является крепление системы вентилируемого фасада к неподготовленным основаниям: неровным, влажным, с большими полостями, с отваливающейся штукатуркой и т.п. Для стен с кривизной более 3 мм на 2 м недопустимо использование распорок, отличных от предусмотренных, для устранения кривизны стены. Применение несистемных элементов может существенно повлиять на пожаробезопасность стен и снизить несущую способность кронштейнов.

Прочностные характеристики системы вентилируемого фасада могут быть снижены за счет использования элементов подконструкции, отличных от предусмотренных. Есть много случаев «наклона» подконструкции, когда толщина стенок кронштейна была изменена для экономии затрат (Рис. 7).

Рис. 7. Облицовки вентилируемых фасадных систем проседают в результате уменьшения толщины стенок элементов подконструкции.

Часто облицовки фасадных систем повреждаются из-за того, что они становятся слишком жесткими в результате неиспользования или неправильного выполнения деформационных швов, которые позволяют облицовке незначительно деформироваться из-за теплового расширения и действия ветровой нагрузки.

Для облицовки, которая крепится к основанию с помощью клея, чрезвычайно важно использовать правильный метод нанесения клея. Достаточно часто несоблюдение технических условий по нанесению клея является причиной выхода из строя вентилируемых фасадных систем (рис. 8). Как влажность, так и температура воздуха, при которой наносится клей, оказывают очень существенное влияние на прочность клеевого соединения.

Рис. 8. Отслоение облицовки системы вентилируемого фасада в результате нарушения способа нанесения клея.

Теплоизоляционные свойства вентилируемой фасадной системы ухудшаются из-за неправильного выполнения теплоизоляционного слоя, например, путем закупоривания вентиляционных зазоров между теплоизоляцией и облицовкой, что препятствует циркуляции воздуха или негерметичности соединения отдельных элементов теплоизоляции, что приводит к возникновению мостиков холода (Рис. 9).

Рис. 9. Пример неправильного выполнения теплоизоляции.

Важным фактором долговечности, безопасного использования и поддержания технических и эксплуатационных параметров систем вентилируемого фасада, заложенных в проект, является постоянный строительный надзор, осуществляемый лицами, имеющими соответствующую квалификацию. Описанные выше недостатки в работе были обнаружены на строительных площадках с недостаточным контролем. Во многих случаях внутрипроизводственные испытания не проводились и выполненные работы не проверялись. Подробное описание контрольно-приемочных работ при монтаже вентилируемой фасадной системы см. в [2].

Итоги

В статье представлены наиболее распространенные ошибки проектирования и производства, влияющие на безопасность, долговечность и эксплуатационные параметры вентилируемых фасадных систем.

Важнейшим фактором долговечности, безопасного использования и поддержания технических и эксплуатационных параметров системы вентилируемого фасада является качество проектной документации. Основные элементы конструкции системы вентилируемого фасада см. в [2].

Особое внимание следует уделить техническому состоянию стен, к которым будет крепиться система вентилируемого фасада. Стены должны соответствовать требованиям проекта.

Качество строительно-монтажных работ имеет решающее значение для безопасного использования вентилируемых фасадных систем, гарантии предполагаемых эксплуатационных параметров данного вида продукции. В работе акцентировано влияние деятельности органа строительного надзора на качество системы вентилируемого фасада.

Использованная литература

1. Документ: EAD 090062-00-0404: Комплекты для облицовки наружных стен с механическим креплением (Европейская организация по технической оценке, 2018 г.)

2. Копылов О. Технические условия выполнения и приемки строительных работ. Часть B: Отделочные работы, выпуск 14: Вентилируемые фасады (Институт строительных исследований, Варшава, 2018 г.)

3. К. Шабович, Т. Гожеланчик, М. Шимкув, Изолаче, 7, с. 74-84 (2017)

4. Дж. Остин, Grenfell Tower ремонтирует утепленное здание, чтобы избежать повторения работ. (Экспресс-газеты, 2017 г.)

5. К. Маррс, Башня Гренфелл: раскрыты шокирующие результаты испытаний. (Журнал архитекторов, 2017 г.)

6. Х. Сиддик, «Пожар в башне Гренфелл: полиция рассматривает обвинения в непредумышленном убийстве» (The Guardian, 2017 г.)