Изоляционная стеновая система для строительной конструкции

ИЗОЛЯЦИОННАЯ СТЕНОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ Хольм Давид Овертон Шарбре, Риис Пребен (DK) Представитель: Настоящее изобретение относится к изоляционной стеновой системе для строительной конструкции, содержащей первую стену (1) с изоляционным материалом (2), прикрепленным к ее внешней поверхности (11) с помощью удлиненных крепежных деталей (3), вмонтированных в первую стену (1) и проходящих через изоляционный материал (2) и по меньшей мере один стеновой элемент (41) второй стены (4), отличающейся тем, что указанные удлиненные крепежные детали (3) установлены, по существу, перпендикулярно внешней поверхности (11) первой стены(1), и кроме того указанные удлиненные крепежные детали (3) установлены предварительно напряженными посредством определенного натяжения, так что между изоляционным материалом(2) и внешней поверхностью (11) первой стены (1), а также между изоляционным материалом (2) и внутренней поверхностью (41) опорного элемента (42), соответственно, возникают силы трения. Стеновая система согласно настоящему изобретению содержит меньшее число компонентов и может обеспечить улучшенную изоляцию за счет уменьшения числа компонентов, образующих тепловые мосты. 014963 Настоящее изобретение относится к изоляционной стеновой системе для строительной конструкции, содержащей первую стену с изоляционным материалом, прикрепленным к ее внешней поверхности с помощью крепежных деталей, вмонтированных в первую стену и проходящих по существу перпендикулярно указанной внешней поверхности через изоляционный материал и по меньшей мере один опорный элемент второй стены. Подобная изоляционная стеновая система известна из уровня техники из документа DE 19703874 А 1. Описанная в нем изоляционная стеновая система представляет собой внешнюю деревянную вертикальную стеновую конструкцию строительного сооружения, в которой изоляционные панели прикреплены к деревянной внутренней стене с помощью группы опорных балок, установленных с наружной стороны изоляции и закрепленных на внутренней стене с помощью группы винтов, проходящих сквозь изоляционный материал под углом от 60 до 80 относительно горизонтали. Фасад здания установлен на опорных балках. Таким образом, с помощью винтов можно перенести вес конструкции внешнего фасада на внутреннюю стену, установленную на фундаменте здания. Такой тип стеновой системы подходит для установки изоляционного покрытия внешней стены существующего здания, однако необходимая длина винтов ограничивает количество изоляционного материала, которое может быть установлено. При этом осложняется конструирование подходящих винтов, способных проникать через изоляционный слой под углом, поскольку они должны обладать исключительной длиной, чтобы удовлетворять современным требованиям к толщине изоляции зданий, способной достигать 300 мм или более, вследствие чего эти винты трудно устанавливать и гарантировать, что они должным образом закреплены на внутренней стене за изоляцией. Кроме того, в строительной индустрии существует необходимость ограничения числа проникновений через изоляционное покрытие во избежание нарушения изоляционного эффекта данного изоляционного покрытия. В документах ЕР 0191144 и WO 99/35350 описаны примеры стеновых систем, в которых изоляционный материал приклеен к поверхности стены. Использование клея для прикрепления изоляции к стене может привести к сокращению числа крепежных винтов, проникающих сквозь изоляцию и создающих тепловые мосты. Однако такие решения не пригодны для стеновых систем, в которых требуется относительно толстый изоляционный слой. Опираясь на указанные предпосылки, задачей настоящего изобретения является предоставление простой в установке изоляционной стеновой системы, позволяющей устанавливать относительно толстый слой изоляции. Эта задача была решена с помощью применения стеновой системы указанного типа, в которой по существу перпендикулярные крепежные детали установлены предварительно напряженными посредством определенного натяжения, вызванного сжатием изоляционного материала, так что между изоляционным материалом и внешней поверхностью первой стены, а также между изоляционным материалом и внутренней поверхностью опорного элемента, соответственно, возникают силы трения. Таким образом, перенос веса от второй стены на первую стену возможен исключительно за счет возникновения сил трения между изоляцией и второй стеной, а также между изоляцией и первой стеной. Согласно настоящему изобретению, изоляционный материал использован в стеновой системе в качестве активного компонента. Под термином трение понимают взаимодействие между поверхностью опорного элемента и примыкающей к ней изоляцией. Соответственно, сила трения - это сопротивление, возникающее между поверхностью профиля и изоляцией и предотвращающее их перемещение друг относительно друга. Поверхность трения опорного элемента может содержать структуру с шероховатой поверхностью и/или незначительные отдельные вдавливания на поверхности изоляции, например, созданные с помощью отдельных выступов, предусмотренных на поверхности опорного элемента. Настоящее изобретение предоставляет стеновую систему, установка которой проста и не требует много времени по сравнению со стеновыми системами, известными из уровня техники. Стеновая система согласно настоящему изобретению содержит меньшее число компонентов и может обеспечить улучшенную изоляцию за счет уменьшения числа компонентов, образующих тепловые мосты. Еще одним преимуществом настоящего изобретения является простое регулирование точного положения покрытия внешней стены так, чтобы все элементы покрытия указанной внешней стены были установлены впритык друг к другу. Это можно сделать, увеличивая предварительное напряжение изоляционного элемента в выбранных областях. Согласно настоящему изобретению сжатие изоляционного материала обеспечивает установку крепежных деталей предварительно напряженными, причем упомянутое сжатие предпочтительно составляет от 1,2 до 3,2%, а более предпочтительно - от 1,6 до 2,4%. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения определенное натяжение, по существу, в два раза превышает величину требуемых сил трения. Согласно еще одному предпочтительному варианту реализации, толщина и эластичность изоляционного материала взаимосвязаны таким образом, что при любой толщине изоляционных материалов сжа-1 014963 тие с одной определенной силой приводит к вдавливанию изоляционного материала на одно и то же расстояние. Это означает, что тонкий изоляционный материал должен быть относительно более эластичным на каждом миллиметре, по сравнению с более толстым изоляционным материалом. Согласно предпочтительному варианту реализации, удлиненные крепежные детали представляют собой винты, расположенные предпочтительно горизонтально. Применение подходящим образом сконструированных винтов позволяет легко устанавливать их с заранее заданным натяжением. Также возможно использование стандартных винтов, устанавливаемых с применением средств ограничения крутящего момента, чтобы гарантировать правильное натяжение. Согласно предпочтительному варианту реализации, изоляционный материал содержит по меньшей мере один слой изоляционных панелей. В качестве изоляционного материала можно применять стекловолокно или каменное волокно или любой другой волокнистый материал, а также вспененные продукты,например пенополистирол (EPS), экструдированный пенополистирол (XPS), или любое сочетание указанных продуктов. В частности, изоляционный материал предпочтительно представляет собой панели из минерального волокна, имеющие плотность предпочтительно от 50 до 100 кг/м 3, более предпочтительно приблизительно 70 кг/м 3. Изоляционный материал может содержать два слоя для обеспечения дополнительной толщины изоляции. Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, по меньшей мере один из слоев изоляционных панелей может содержать панели из минерального волокна двойной плотности. Тем самым можно воздействовать на соотношение между трением и сжатием. Согласно первому предпочтительному варианту реализации настоящего изобретения, первая стена является внутренней, а вторая - внешней стеной строительной конструкции. Предпочтительно, чтобы вторая стена содержала один или более опорных элементов, а также конструкцию покрытия здания, установленную на упомянутых опорных балках. Внутренняя стена может представлять собой деревянную конструкцию, бетонную стену, стену из известняка и т.д. В качестве опорных элементов можно использовать деревянные балки или металлические профили,несущие деревянное покрытие здания. В качестве других материалов для покрытия можно использовать волокнистый цемент, прессованные волокнистые материалы, стекло или металл, но предпочтительно использование материалов для покрытия, толщина которых составляет менее 5 см. Однако можно использовать и другие конструкции фасадов. С другой стороны, понятно, что стеновая система согласно изобретению может являться внутренней стеной строительной конструкции или же что первая стена и вторая стена могут образовывать кровельную конструкцию строительного сооружения. Далее изобретение будет описано более подробно со ссылками на приложенные чертежи, на которых на фиг. 1 схематично представлено детальное изображение поперечного сечения стеновой системы согласно реализации настоящего изобретения; на фиг. 2 - изображение стеновой системы согласно изобретению, иллюстрирующее распределение сил; на фиг. 3 - вид сверху опорного профиля согласно второму варианту реализации настоящего изобретения; на фиг. 4 показано его поперечное сечение; на фиг. 5 представлено детальное изображение профиля на фиг. 3; на фиг. 6 - покомпонентное изображение поперечного сечения стеновой системы согласно второму варианту реализации настоящего изобретения; на фиг. 7 - аксонометрическое изображение стеновой системы согласно варианту реализации настоящего изобретения; на фиг. 8 - график, показывающий соотношение между максимальной силой трения и нагрузкой от стеновой системы согласно настоящему изобретению; и на фиг. 9 - график, показывающий соотношение между коэффициентом трения и нагрузкой от стеновой системы согласно настоящему изобретению. На фиг. 1 показана стеновая система согласно варианту реализации настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, предусмотрена первая стена 1, являющаяся в настоящем варианте реализации внутренней стеной. На внешней поверхности 11 указанной внутренней стены 1 предусмотрены волокнистые изоляционные плиты 2, прикрепленные к указанной внутренней стене 1 с помощью группы крепежных деталей 3, установленных через опорный элемент 42 внешней стены 4 и через изоляцию 2. Вторая стена 4, являющаяся в настоящем варианте реализации внешней стеной 4, содержит, кроме того, покрытие 43 внешней стены, которое может быть фасадными панелями, деревянным покрытием или т.п., установленными на предпочтительно вертикально расположенных удлиненных опорных элементах 42. В примере, показанном на фиг. 1, изображена деревянная стеновая конструкция. Однако понятно,что можно использовать и другие материалы, не выходя за рамки настоящего изобретения. Чтобы удовлетворить предварительно установленным требованиям к теплоизоляции особой стеновой конструкции, можно предусмотреть один или более слоев изоляционного материала 2. В качестве-2 014963 примера на фиг. 1 показаны два слоя 2', 2" изоляционного материала. Крепежные детали 3 представляют собой винты, установленные с предварительным напряжением,т.е. с постоянным натяжением, обеспеченным на винтах 3 благодаря сжатию изоляционного материала 2 и упругим свойствам такого материала. Нормальная сила FH возникает между внешней поверхностью 22 изоляционного материала 2 и внутренней поверхностью 41 конструкции 4 внешней стены в результате постоянного натяжения крепежных винтов 3. Такая же нормальная сила возникает между внутренней поверхностью 21 изоляционного материала 2 и внешней поверхностью 11 внутренней стены 1. Это означает, что возникает сила FTp трения, посредством которой нагрузка WBH от внешней стены 4 переносится на внутреннюю стену 1,которая, как показано на фиг. 2, установлена на фундаменте 6 здания в земле 7. Тем самым вес Fобщ всей стеновой системы переносится на фундамент через внутреннюю стену. В других случаях, вес и нагрузкуFи изоляционного материала можно переносить на фундамент (не показано на фиг. 2), если размер позволяет фундаменту располагаться под изоляцией, а изоляция установлена опирающейся на фундамент 6. Благодаря стеновой системе согласно настоящему изобретению можно уменьшить требуемый размер фундамента, а также избежать или, по меньшей мере, сократить тепловые мосты через фундамент. На фиг. 3-6 показан второй вариант реализации изобретения. В этом варианте реализации изобретения, в стеновой системе в качестве опорного элемента 42 предусмотрен металлический профиль 420. Предпочтительно, чтобы был именно такой профиль 420, поскольку он выполнен из огнеупорного материла, в частности стали; предпочтительно устойчивой к коррозии стали, оцинкованной стали и т.д. Профиль 420 выполнен с центральным изоляционным соединительным участком 422, с каждой стороны которого расположены две поверхности 421, принимающие конструкцию покрытия здания. Поверхности 421, принимающие конструкцию покрытия здания, выполнены в плоскости, параллельной соседнему центральному изоляционному участку 422, кроме того, на фиг. 4 показаны соединительные участки 426,сформированные в виде сгиба листового материала по отношению к центральному участку 422, что обеспечивает дополнительную жесткость профилю 420. На внешней стороне поверхностей 421, принимающих покрытие здания, выполнены внешние участки 427, по существу перпендикулярные указанным поверхностям 421, принимающим покрытия здания. Как показано на фиг. 4, особая форма поперечного сечения профиля 420 придает указанному профилю жесткость, гарантирующую равномерное распределение сил трения, когда профиль 420 установлен в стеновой системе таким образом, что изоляционный материал 2 вставлен между профилем 420 и первой стеной 1. Особая форма профиля 420 позволяет обеспечивать достаточную жесткость для того, чтобы этот профиль 420, установленный с помощью предварительно напряженных крепежных деталей 3, не изгибался вдоль, по существу, продольной оси. На центральном участке 422 профиля 420 предусмотрены монтажные проемы 424 и увеличивающие трение бугорки, например, в виде группы выдающихся назад выпуклостей 423. Посредством такого профиля 420 достигается равномерный контакт между профилем 420 и изоляцией 2 (см. фиг. 7). Как показано на фиг. 6, над монтажными проемами 424 установлены диски 425 таким образом, что натяжение крепежных деталей 3 передается через верхний участок 31 крепежных деталей на диски 425 и на центральный участок 422 профиля 420, что дополнительно позволяет убедиться в равномерном распределении заранее заданного сжатия изоляционного материала 2. Дискам 425 придают такие размеры,чтобы они покрывали значительную часть вокруг монтажных проемов 424. Предпочтительно, чтобы профили 420 были выполнены из материала листовой стали с толщиной 0,5-2 мм, при этом предпочтительно, чтобы толщина соответствующих дисков составляла 2-5 мм. В соответствии с данным вариантом реализации изобретения, не только необходимость установления требуемого трения, но и преимущественно ветровая нагрузка на строительную конструкцию определяют необходимое количество монтажных проемов, т.е. точек крепления. Кроме того, обнаружено, что требуемое трение может быть установлено с помощью относительно небольшого числа точек крепления. Изоляционный материал может быть вспененным материалом или минеральной волокнистой ватой. Далее, установлено, что стеновая система согласно настоящему изобретению может быть снабжена двумя слоями 2', 2" изоляционного материала. В предпочтительном варианте реализации изоляционным материалом 2 может быть минеральная волокнистая вата плотностью от 50 до 150 кг/м 3, более предпочтительно - от 70 до 150 кг/м 3, наиболее предпочтительно приблизительно 100 кг/м 3. Целесообразно, чтобы степень жесткости поверхности минеральной ваты была относительно высокой. Соответственно в предпочтительном варианте реализации изобретения предусмотрена область поверхности, например, наиболее удаленные от центра 20 миллиметров изоляционных плит из минерального волокна, имеющая более высокую плотность, например 180 кг/м 3. Вторую стену 4 устанавливают непосредственно или опосредовано на профили 420, образующие в стеновой системе опорные элементы 42. В соответствии со вторым вариантом реализации стеновой системы, достаточно высокая несущая способность позволяет указанной системе поддерживать деревянные,бетонные, каменные плитки или другие материалы для покрытия здания, т.е. нагрузку до 80-100 кг/м 2. На фиг. 7 показано, что стена 1 снабжена слоем изоляции 2, установленным на ее внешней поверхности с помощью группы опорных профилей 420, прикрепленных к стене 1 крепежными деталями, проходящими через изоляцию 2 и установленными с заранее заданным натяжением, что приводит к неболь-3 014963 шому сжатию изоляции 2 и возникновению силы трения между стеной 1 и изоляцией 2, а также между изоляцией 2 и профилями 420. Кроме того, профили 420 предназначены для поддержания внешнего покрытия здания, т.е. конструкции внешней стены (не показана на фиг. 7). Пример 1. Для определения возникающих сил трения проведены испытания по измерению такого трения. Была поставлена задача по определению коэффициента трения, а также по измерению нормальных сил,возникающих в результате сжатия, то есть деформации, изоляционного материала. Применяемая в испытаниях стеновая система содержит деревянную внутреннюю стену и вертикальные деревянные балки, с прикрепленным к ним деревянным внешним покрытием. В качестве изоляции между внутренней и внешней стенами использовалась изоляция из минерального волокна плотностью 70 кг/м 3 и толщиной 250 мм. Нормальная сила FH, т.е. сила, определяющая силу F трения между стенами и изоляцией, вычислена с помощью уравнения:FTP = FH,где сила FTP трения равна нагрузке фасада, т.е. внешней части всего покрытия; нормальная сила FH создана натяжением предварительно напряженных крепежных винтов; иявляется статическим коэффициентом трения материалов и структур поверхностей используемых материалов, т.е. изоляционного материала и материала стены. Выявлено, что коэффициент трения равен= 0,55 с погрешностью 0,04. Ниже в табл. 1 приведены измерения, иллюстрирующие взаимосвязь, обнаруженную между деформацией волокнистой изоляционной плиты и нормальной силой FH. Таблица 1 Согласно приведенным в табл. 1 измерениям выявлено, что можно установить достаточную силу трения, сжимая изоляцию толщиной 250 мм приблизительно на 3-8 мм, при этом более предпочтительным является сжатие на 4-6 мм при толщине изоляции 250 мм. Это соответствует пропорциональному упругому сжатию на 1,2-3,2%, более предпочтительно на 1,6-2,4%. Таким образом, под действием относительно небольшого сжатия получена достаточная сила трения, при этом изоляционный эффект не нарушен. Для практических расчетов значение коэффициента трения между материалом волокнистой изоляции и деревянной поверхностью может быть установлено как= 0,5, в результате чего сила трения будет приблизительно равна половине нормальной силы. Трение может быть увеличено в зависимости от структуры поверхности стены. С этой целью структуру поверхности можно обработать, например, создав шероховатую поверхность, нанеся материал для покрытия, например специальную краску или покрытие элемента 42 внешней стены, например, из резинового материала, пленки, пластика или даже клея и т.д. В любом случае, заранее заданное значение натяжения крепежных винтов 3 является достаточно высоким,чтобы установить требуемые силы трения, позволяющие нести конструкцию 4 внешней стены. Обеспечив увеличивающую трение обработку стеновых поверхностей 11, 41, можно снизить требуемое натяжение винтов 3. Пример 2. Для определения сил трения, возникающих между изоляционным материалом из минерального волокна и стальным профилем, как показано на фиг. 3-6, проведены испытания по измерению трения. Была поставлена задача по определению коэффициента трения, а также по измерению требуемых сил натяжения в продольном и поперечном направлениях профиля, чтобы вызвать его смещение. Рассматривались две экспериментальных модели:(1) сила натяжения, направленная в продольном направлении изоляционных плит из волокнистых материалов, (2) сила натяжения, направленная в поперечном направлении изоляционных плит из волокнистых материалов. Для моделирования эффекта предварительно напряженных крепежных деталей согласно настоящему изобретению, на участке стержня стального профиля на равных расстояниях друг от друга были размещены грузы. Для предотвращения смещения изоляционные плиты из волокнистых материалов были закреплены. Участок стального профиля был присоединен к датчику нагрузки и гидравлическому цилиндру. Для измерения смещения плиты был применен электронный датчик смещения.-4 014963 Датчики были присоединены к усилителю и персональному компьютеру ПК (PC) для сбора данных. Сила натяжения, необходимая для перемещения плиты против направления смещения, была измерена для различных нагрузок в обоих - поперечном и продольном направлениях. Ниже в табл. 2 приведена максимальная сила натяжения при различных нагрузках: Таблица 2 Коэффициент трения рассчитывают как= H/(V+G), где: Н - это измеренная сила натяжения [в кг];G - это вес стального профиля [в кг]. После получения сил натяжения были рассчитаны максимальные коэффициенты трения, как показано в табл. 3. Таблица 3 Измеренные и вычисленные результаты, приведенные в табл. 2 и 3, проиллюстрированы на графиках, на фиг. 8 и 9. Как показано на фиг. 9, коэффициент трения, рассчитанный на основе полученных во время испытаний результатов измерений, находится приблизительно в диапазоне от 0,77 до 1,52, а трение между минеральной волокнистой ватой и профилем одинаково как в поперечном, так и в продольном направлении. Выше приведено описание настоящего изобретения из расчета на вертикальную сторону стеновой конструкции. Однако, очевидно, что в соответствии с настоящим изобретением, другие стеновые конструкции также могут быть снабжены предварительно напряженными натяжными винтами, как описано в настоящем изобретении. Примерами этого может быть конструкция покрытия. Стеновую систему можно использовать в строительной конструкции для внутренних стен, где разделительную стену необходимо снабдить тепло-, звуко- и/или огнеупорной изоляцией. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Стеновая изоляционная система для строительной конструкции, содержащая первую стену (1) с изоляционным материалом (2), прикрепленным к ее внешней поверхности (11) с помощью крепежных деталей (3), вмонтированных в первую стену (1) и проходящих, по существу, перпендикулярно внешней поверхности (11) через изоляционный материал (2), и по меньшей мере один опорный элемент (42) второй стены (4), отличающаяся тем, что крепежные детали (3) установлены с напряжением, возникающим под действием силы сжатия изоляционного материала (2), так что между изоляционным материалом (2) и-5 014963 внешней поверхностью (11) первой стены (1), а также между изоляционным материалом (2) и внутренней поверхностью (41) опорного элемента (42) соответственно возникают силы трения, причем опорный элемент (42) представляет собой металлический профиль, в котором предусмотрена увеличивающая трение поверхность для установки впритык к изоляционному материалу (2). 2. Стеновая система по п.1, отличающаяся тем, что вторая стена (4) содержит один или более удлиненных опорных элементов (42) и конструкцию (43) покрытия здания, установленную на указанных опорных элементах (42). 3. Стеновая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один опорный элемент(42) является стальным профилем, имеющим опорные поверхности для поддержания покрытия (43) здания. 4. Стеновая система по п.3, отличающаяся тем, что увеличивающая трение поверхность содержит группу рельефных выпуклостей и одну или более расположенных с противоположных сторон поверхностей, принимающих конструкцию покрытия здания. 5. Стеновая система по п.4, отличающаяся тем, что увеличивающая трение поверхность выполнена на центральной части профиля и содержит группу монтажных проемов. 6. Стеновая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере один опорный элемент(42) является деревянной балкой, несущей покрытие (43) здания, например деревянное покрытие. 7. Стеновая система по п.6, отличающаяся тем, что сила натяжения крепежных элементов, создаваемого установкой крепежных элементов с напряжением, в 1,5-3 раза превышает требуемые силы трения, предпочтительно превышает требуемые силы трения в два или более раза. 8. Стеновая система по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что сжатие изоляционного материала предпочтительно составляет от 1,2 до 3,2% и более предпочтительно от 1,6 до 2,4%. 9. Стеновая система по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что удлиненные крепежные детали (3) представляют собой винты. 10. Стеновая система по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что изоляционный материал содержит по меньшей мере один слой изоляционных панелей. 11. Стеновая система по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что изоляционный материал представляет собой панели из минерального волокна, предпочтительно имеющие плотность от 50 до 150 кг/м 3, более предпочтительно от 70 до 120 кг/м 3, наиболее предпочтительно приблизительно 100 кг/м 3. 12. Стеновая система по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из слоев изоляционных панелей содержит панели из минерального волокна с двойственной плотностью. 13. Стеновая система по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что первая стена (1) является внутренней стеной, а вторая стена (4) является внешней стеной строительной конструкции. 14. Стеновая система по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что указанная стеновая система является внутренней стеной строительной конструкции. 15. Стеновая система по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что первая стена (1) и вторая стена(4) образуют кровельную конструкцию строительного сооружения.