Современные вентилируемые фасадные системы: проблемы и решения

На основе результатов испытания фасадных систем U-kon

По данным ФГУ «Федеральный центр технической оценки продукции в строительстве» в настоящее время в России более 50 фирм имеют технические свидетельства на свои фасадные системы с воздушным зазором (далее в тексте – НФС). При этом по данным Ассоциации «АНФАС», опубликованным в ежеквартальном журнале-каталоге «Лучшие фасады и кровли» [1], на московском рынке представлены не менее 30 производителей фасадных систем, десять из которых контролируют по состоянию на 2005 г. около 60% рынка НФС

Проблема первая: технические регламенты
Производство и применение навесных вентилируемых фасадов существуют в России не более 10 лет. Следовательно, для нашей страны это – относительно новая строительная отрасль. Но уже за это время рынок существенно пополнился новыми материалами и системами. Совершенствование конструктивных фасадных систем ставит проблему углубления знаний в области фасадных систем и отслеживания новаций в технологии и материалах, появляющихся на рынке фасадных систем. Развитие технологии и решение возникающих проблем – задача специалистов, ежедневно имеющих дело с системой НВФ, тем более, если компания ставит перед собой цель занять лидирующие позиции в данных сегментах российского фасадного рынка.
Одна из главных проблем применения НФС в отечественных условиях – отсутствие регулирующих государственных нормативов. А в условиях бурно развивающегося рынка и повышенного спроса, когда зачастую на рынке появляются некачественные материалы, проектирование НФС осуществляется недостаточно квалифицированными специалистами, возникает проблема безопасности навесных фасадных системы.
Органы власти и предприятия-производители ощутили этот вакуум и начали предпринимать действия по его заполнению. К примеру, ведущие компании учредили Ассоциацию «Наружные фасадные системы – АНФАС», среди основных стратегических задач которой являются:
- участие в разработке технических регламентов;
- координация работ по внедрению прогрессивных технологий, связанных с фасадными системами;
- разработка программы обеспечения безопасности качества и надежности фасадных систем.
В свою очередь, Правительством Москвы, исходя из значимости и ответственности фасадных систем в вопросах формирования архитектурно-художественного облика города и необходимости сокращения энергетических затрат на содержание городских сооружений, создан Городской координационный экспертно-научный центр «ЭНЛАКОМ» (руководитель Т.А. Усатова). В основные обязанности этого предприятия входит разработка нормативных документов, регламентирующих приведение в порядок фасадов московских зданий.
Специалисты всех этих организаций совместно с ФГУ ФЦС пришли в настоящее время к единому мнению о необходимости разработки Стандарта «Конструкции навесных фасадных систем с воздушным зазором».

Проблема вторая: ассортимент подсистем для НФС
Другая проблема – создание широкого спектра подсистем НФС. Рассмотрим решение этой задачи на примере систем марки U-kon.
Выбор торговой марки обусловлен тем, что в системах предусмотрены названные ниже решения:
- Инженерный потенциал, позволяющий без особых затрат приспосабливать их к новым требованиям времени в части изменения архитектуры сооружения и конструктивным требованиям. Компания участвует в формировании критериев качества и разработке Технических регламентов для НВФ на государственном уровне. «Юкон Инжиниринг» является одним из учредителей и действительным членом Ассоциации «Наружные фасадные системы – АНФАС». Под патронажем Москомархитектуры фирмой «Юкон Инжиниринг» выпущены «Рекомендации по проектированию и применению для строительства и реконструкции в Москве фасадной системы с вентилируемым воздушным зазором U-kon».
- Простота и точность сборки, основанная на организации системы по принципу «конструктора». Иными словами, система представляет собой единый комплекс составных частей, позволяющих сократить объем доводки каждого элемента в процессе строительства. Конструкты, готовые к сборке и установке, позволяют производить монтаж в кратчайшие сроки, а также минимизировать количество подготовительных операций: разметка и сверление. В условиях постоянно возрастающей стоимости рабочей силы – это экономически выгодно. Кроме того, сложившаяся в строительстве культура производства и выполнения работ редко подразумевает снижение влияния субъективного фактора на качество конечного продукта. В таких случаях, оптимально, если компания-производитель учитывает возможное влияние этого фактора в производственно-технологическом процессе своего продукта. К примеру, систему АТС-114 отличает то, что плоские облицовочные элементы задают четкую графику фасада, что в сочетании с вальцованными (гнутыми) элементами и богатым выбором колерных решений создают выразительный современный архитектурный стиль.
- Возможность применения систем в любых климатических зонах без дополнительной адаптации, что обусловлено предусмотренной компенсацией термических деформаций, возникающих при суточных и сезонных перепадах температур. Во многом эти свойства обеспечивает узел крепления облицовки, к примеру, элементы АТС 119. Горизонтальные направляющие А-19, на которые широкоголовыми заклепками крепится облицовка по нижнему краю листа, верхний край листа заводится в паз горизонтальной направляющей. Использование подконструкций U-kon дает дополнительные преимущества: малый вес самой подконструкции снижает общий вес навесного фасада. Высокая коррозионная устойчивостьU-kon дает гарантии долговечности и прочности закрепления плит облицовки.
Грамотно спроектированная системаU-kon обеспечивает необходимую прочность в любых режимах работы фасада и различных климатических зонах. Кроме того, она дает возможность сочетать различные типы облицовок на одном фасаде и выполнять сложные декоративные элементы из композитных панелей (примыкания, откосы, козырьки, архитектурные формы и т.п.). При этом крепление плит керамогранита, керамики, натурального камня подразделяются на видимые (открытые) и невидимые (скрытые).
Видимые крепления с помощью кляммеров из нержавеющей стали или алюминиевых клипс (ATS-234).
Кляммер из нержавеющей стали запатентованной конструкции позволяет избежать непрогнозируемых термических перемещений элементов облицовки, что исключает нарушение геометрии швов на фасаде с течением времени. Специальная форма и пружинный материал кляммера надежно фиксирует плиту от дребезжания и позволяет избежать использования резиновых уплотнений, ограничивающих срок безремонтной службы фасада.
Заранее выполненные отверстия в кляммере упрощают процесс монтажа в целом. Возможность горизонтального перемещения кляммера позволяет компенсировать некоторые погрешности установки направляющих.
Невидимые (скрытые) методы крепления на анкерных элементах – кайлах (ATS-228), позволяют избежать видимых крепежных элементов. Навеска осуществляется на поперечные направляющие (ATS-228) через аграфы, которые закрепляются с внутренней стороны плиты кайлом в заранее просверленное конусное отверстие.
Новинка U-kon – система АТС-246 – позволяет применять видимый и невидимый способы крепления плит стеклокерамики, керамического гранита, натурального камня, фиброцементных плит и плоских панелей типа МАХ. Видимый способ основан на использовании кляммеров из нержавеющей стали серии НД. Их устанавливают на лицевую плоскость направляющей. Крепеж невидимым способом осуществляется так: облицовочные панели навешиваются на горизонтальные направляющие с помощью специальных крепежных элементов (аграф), сечение которых повторяет сечение профиля и входит в зацепление с ним. Крепежные элементы устанавливаются с внутренней стороны панели с помощью специальных анкерных элементов КЕIL.
Возможность совмещения скрытого и открытого способа крепления облицовочных панелей на одной направляющей, при этом панели выставляются в одной плоскости.
Возможность установки панелей с вертикальным смещением относительно друг друга. Достоинством указанных выше систем является то, что без особых затрат их могут совершенствовать, приспосабливать к новым требованиям времени.
- Наличие в ассортименте свыше 16 видов НФС позволяет одновременно удовлетворять требования и архитекторов и конструкторов, удачно сочетая архитектурную выразительность проектируемого сооружения с его надежностью и безопасностью.

Проблема третья: особенность НФС для высотных зданий
Проблема фасадных систем, создаваемых для высотных зданий, связана с надежностью их конструктива.
Специально для возведения фасадов высотных объектов в собственном конструкторском бюро «Юкон Инжиниринг» была разработана система U-kon HIGH. Применение  системы целесообразно для высотных зданий с повышенной ветровой нагрузкой, а также для зданий со стеновым заполнением из материалов с низкой несущей способностью.
Система U-kon HIGH обеспечивает надежность крепления подконструкции, так как крепится только к железобетонным перекрытиям здания, исключая неоправданный перерасход материалов. Направляющие профиля системы HIGH имеют развитое сечение по высоте, что обеспечивает  их повышенную жесткость на больших пролетах.
Усиленная конструкция кронштейна позволяет крепить концы профилей в одном кронштейне, сохраняя при этом принцип свободы перемещений одного из них для компенсации температурных расширений. Для восприятия вырывающих усилий кронштейн может крепиться при помощи двух или четырех анкерных элементов.
Главной особенностью крепления двух направляющих в одном кронштейне является уменьшение прогиба направляющей за счет защемления ее концов в салазке.
Все элементы системы выполнены из высококачественных алюминиевых сплавовAl-Mq-Si 6060. Плотность алюминия составляет 2,6-2,7 г/см3, что почти втрое меньше стали. В сочетании с облицовкой  из композитного материала ALUCOBOND А2 система U-kon-HIGH оптимально соответствует повышенным требованиям высотного строительства, предъявляемых к весу, несущей способности и пожарной безопасности систем НФС.
Применение в качестве облицовки керамогранита на высоте более 75 м нежелательно. Он имеет в 3-5 раз большую массу по сравнению с ALUCOBOND А2 и под воздействием вибрации, вследствие регулярных колебаний здания от ветра и других  деформаций может смещаться и растрескиваться с последующим обрушением, что представляет большую опасность.
С теплотехнической точки зрения, опорный блок крепления системы U-kon-HIGH имеет большую развитую поверхность теплообмена. Применение малоэффективного теплоизроляционного материала в качестве терморазрыва между кронштейном и конструктивным слоем может привести к значительным теплопотерям, понижению температуры на внутренней поверхности наружного ограждения и появлению области знакопеременных температур в зоне анкерного крепления. В результате этого происходит переменный цикл замерзания и оттаивания и разрушение конструктивного слоя вокруг анкерного дюбеля. Для исключения этих нежелательных явлений в системеU-kon-HIGH предложено использовать высокоэффективную терморазрывную прокладку из материала «Термостоп».

Выводы по фасадным системам
Конструктивное решение фасадной системы с воздушным зазором U-kon полностью отвечает требованиям по прочности и надежности, предъявляемым к каркасам фасадных систем. Параметры применяемых в ней профилей из алюминиевых сплавов, решения узлов каркаса, качество и количество элементов креплений позволяют сделать заключение, что эта система может применяться для облицовки зданий высотой свыше 75 метров.
Конструкции каркаса навесной фасадной системы с воздушным зазором U-kon по своим прочностным показателям и надежности обладают долговечностью до 50 лет. В случае обеспечения долговечности системы до 100 лет, следует принимать при определении расчетных нагрузок, увеличенные коэффициента безопасности по нагрузкам yf.
Анализ результатов теплотехнических расчетов системы U-kon [3] позволяет констатировать, что она удовлетворяет нормативным требованиям и является предпочтительной для любых климатических зон.

Список рекомендуемых публикаций
1. Системы вентфасадов, представленных на рынке Москвы и области. – «Лучшие фасады и кровли», № 11, 2005.
2. Н.Н. Никонов. «Что там за фасадом?» – «Технологии строительства», № 5, 2001.
3. А.Н. Машенков, Е.В. Чебурканова. «Проблемы паропроницаемости в навесных фасадных системах». – «Технологии строительства», № 7(41), 2005.

Авторы статьи благодарят специалистов фирмы «Юкон Инжиниринг» за представленную информацию и фотоматериалы.

Мнение специалиста
Более четко и жестко по проблеме стандартизации еще в 2001 г. высказался доктор технических наук, Н.Н. Никонов (Центр «ЭНЛАКОМ») [2]:
«Современной нормативной базы не существует. Есть норматив, значит, есть основа для создания пособий по проектированию, инструкций по монтажу, приемке законченных работ. Если все это есть, легко работать Инспекции архитектурно-строительного надзора. Если нет норматива – то возникают условия для создания бесчисленных рабочих групп, пытающихся на беспорядке построить систему. Раз нет норм, их место занимают технические свидетельства для каждой фасадной системы. Технических свидетельств недостаточно для квалифицированного проектирования. Полноценным нормативным документом Техническое свидетельство нельзя считать еще и потому, что оно предназначено только для одной системы и не отвечает на ряд чрезвычайно важных вопросов, носящих общий характер. В нем не устанавливаются требования к основаниям. Нет деталировки. Не выявляются особенности фасадной системы при реконструкции».

По статистическим данным
Наибольшее количество типов фасадных систем (более 16) предлагает компания «Юкон Инжиниринг». Столь широкий ассортимент продукции позволяет ей свободно ориентироваться на рынке НФС в зависимости от спроса и требований инвестора.
По состоянию на 2006 г. смонтировано 3 млн. м2 навесных вентилируемых фасадов U-kon практически во всех регионах России, а также в некоторых странах ближнего зарубежья: в государствах Балтии, в Белоруссии, Украине, Грузии и Казахстане. Система U-kon стала первой российской системой НВФ, получившая сертификат Испытательного Института Строительных материалов (Ганновер, Германия) (MPA BAU Hannover), подтверждающий качество продукта и его пригодность к применению на территории Европы, при этом свыше 350 тыс. м2 приходятся на здания высотой от 50 до 120 м. Рассмотрим, что позволило и позволяет предприятию «Юкон Инжиниринг» занимать лидирующие позиции на рынке навесных фасадов.

По данным ЦНИИ ПСК им. Мельникова и ЦННИ СК им. Кучеренко
При решении современных инженерных задач, связанных с оценкой надежности НФС руководством компании «Юкон Инжиниринг», привлекались специалисты академической и отраслевой науки.
Специалистами ЦНИИ ПСК им. Мельникова, к.т.н. И. В. Беляевым и Г.В. Оносовым, выполнены исследования долговечности, надежности и коррозийной стойкости металлических конструкций фасадных систем U-kon. Анализ результатов исследований показал следующее:
- применение экструдированных профилей из алюминиевого сплава марки Al-Mq-Si 6060 Т6, Т66 и Al-Mq 0.7Si 6063 Т6, Т66 по ГОСТ 22233-2001 «Профили прессованные из алюминиевых сплавов для светопрозрачных ограждающих конструкций. Технические условия» оправдано с точки зрения их коррозийной стойкости и выбранных условий эксплуатации и полностью отвечают требованиям СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии»;
- наличие в отдельных системах НФС гальванической пары в виде алюминиевых направляющих и кляммеров из коррозийной стали устраняется с помощью конструктивных мероприятий путем установки изолирующих прокладок из паронитад= 0.3÷0.5 мм;
- технические решения по защите от коррозии элементов металлоконструкций навесной фасадной системы U-kon полностью соответствует требований СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии».
Проведенная в ЦНИИ СК и ЦНИИ ПСК оценка конструктивной части НФС показала, что:
- в системе облицовки фасадов U-kon использована наиболее часто применяемая на практике и статически четкая схема, в которой кронштейны соединены с направляющей шарнирно, и четко дифференцированы на опорные и несущие. Несущие кронштейны воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки, а опорные – только горизонтальные;
- опорный кронштейн рассчитывается как растянутый (сжатый) стержень от действия ветровой нагрузки. Продольная сила от ветровой нагрузки передается на анкер. Кронштейн в большинстве подсистем U-kon имеет симметричную форму, и узлы крепления направляющих к анкерам запроектированы таким образом, что от действия ветровой нагрузки в теле кронштейна не возникает изгибающих моментов;
- несущий кронштейн рассчитывается как консоль, заделанная в стене здания. Консоль загружена вертикальной нагрузкой (собственный вес каркаса и облицовки и гололед), приложенной в центре тяжести каждой из нагрузок, и горизонтальной нагрузкой от ветра;
- стенки П-образного несущего кронштейна рассчитывают на совместное действие изгиба и продольной силы. Сжатая зона кронштейна проверяется на местную устойчивость, особенно, если используют удлинители кронштейна. Симметрия узла крепления направляющих к кронштейнам, осевая передача ветровых усилий от направляющих к кронштейнам и анкерным болтам обеспечивает низкий уровень напряжений в кронштейне. Кроме того, в системе U-kon имеется большой выбор разных по размерам кронштейнов, что позволят их использовать при разнообразных условиях эксплуатации;
- вертикальные направляющие рассчитаны как многопролетные неразрезные балки, и, в основном они, и несущая способность анкерных болтов, закрепляемых в стене, определяют область применения и надежность системы.

Следует отметить
Кроме компании «Юкон Инжиниринг» испытания своих систем для навесных фасадных систем с воздушным зазором проводили другие крупные производители. Ниже приведен список предприятий, каждое из которых под патронажем Москомархитектуры выпустили «Рекомендации по проектированию и применению для строительства и реконструкции в г. Москве фасадной системы с вентилируемым воздушным зазором»:
- «Стоун-Строй»;
- «ДИАТ-2000»;
- «АРТ-Система ВФС-V/2005»;
- «СЕМ-СИСТЕМА»;
- ЗАО СОЮЗ «Метроспецстрой»;
- «ТРИОЛ»;
- SPIDI;
- «Интеграл» («Техноком»)
Информация сайта www.snip.ru

Три «золотых» правила монтажа фасадов
Правило 1. Фасадная система здания любой конструкции – та основа, от которой зависит возможность осуществления того или иного архитектурного замысла, целостность его передачи и долговечность объекта в целом.
Правило 2. Для фасадной системы, которая применяется на высотном объекте, главное – прочность и надежность.
Правило 3. Фасадная система, в конструктиве которой присутствуют какие-либо ограничения и оговорки не может служить комплексным решениям фасада, а лишь выполняет роль обшивки здания.