Трехслойные панели со сплошным слоем. Конструкции панелей , применение и расчет

Общие сведения. В ограждающих конструкциях зданий пластмассы применяют в покрытиях в виде панелей и подвесных потолков. Основным преимуществом ограждающих конструкций из пластмасс является их малая масса. Благодаря уменьшению массы ограждающих конструкций снижается нагрузка, передающаяся на несущие конструкции, что уменьшает расход материала. Кроме того, снижаются расходы на транспорт и монтаж конструкций, для которого используются механизмы меньшей грузоподъемности. Все это во многих случаях снижает стоимость здания (несмотря на высокие цены некоторых пластмасс).

Панели на основе пластмасс являются высокоиндустриальными конструкциями, они изготовл5ются максимальной заводской готовности, что уменьшает объем работ на месте строительства. Панели могут бить свегопрозрачными и непрозрачными, утепленными и неутепленными. Для покрытий неотапливаемых зданий применяют волнистые или плоские листы толщиной 1,5—2,5 мм из светопрозрачиого стеклопластика на полиэфирных» смолах.

Рис. VI.8. Крепление волниаых листов из стеклопластика к металлическим (а) и деревянным (б) прогонам

J — болт; 2—металлическая шайба с эластичной прокладкой; 3 — деревянные подкладки; 4 — шуруп

Рис. VI.9. Схемы трехслойных светопроницаемых панелей

1 — плоские листы стеклопластика; 2—волнистые листы: 3 — швеллер обрамления панели из стеклопластика типа АГ-4С

Рекомендуется использовать свегопрозрачные стеклопластики, которые пропускают до 90 % спектра и имеют в своем составе светостабилизаторы, предохраняющие стеклопластик от старения при действии ультрафиолетовых лучей. Для изготовления светопропускаю-щих участков можно использовать также листовое органическое стекло и органическое светотехническое стекло (рассеивающее свет, окрашенное). Волнистые стекло-пластиковые листы следует изготовлять тех же профилей, что и асбестоцементные листы. Ограждения покрытий из стеклопластиков могут быть либо сплошными по всей поверхности, либо отдельными участками.

Крепление волнистых листов по гребням волн к металлическим и деревянным элементам оцинкованными болтами н шурупами показано иа рис. VI.8. Диаметр применяемых болтов и шурупов не менее. 6 мм. Для свободы перемещения листов стеклопластика При темпера- турных воздействиях отверстия под болты и шурупы делают на 2 мм больше их диаметров.

Светопрозрачные панели для отапливаемых зданий выполняют, как правило, трехсло^ыми и реже четырехслойными, плоской (рис. VI.9) или криволинейной формы. Они состоят из одного или двух слоев волнистого стеклопластика, склеенных между собой, к которым с обеих сторон приклеивают еще по плоскому листу. Средний слой такой панели может быть выполнен также в виде решетки или ребер из стеклопластика. По контуру панели устраивают обрамление из металлических профилей или из стеклопластика.

Трехслойные свегопрозрачные ребристые панели могут быть изготовлены также цельноформованными, что исключает процесс склеивания.

Классификация панелей. Трехслойные панели могут быть разделены на четыре конструктивных типа (рис. VI.10).

Панели I типа. Нормальные усилия в этих панелях воспринимаются жесткими ребрами (из металла, дерева, пластмасс и т. д.) и обшивками. Для панелей I типа необходимо выполнение условия, чтобы отношение суммарной жесткости ребер к жесткости двух обшивок было больше 0,8 alL, где а—шаг продольных ребер, см; L— расчетный пролет панели, см.

Панели II типа. К этому типу относятся ребристые панели с малой изгибной жесткостью ребер, для которых отношение жесткостей ребер и обшивок меньше или равно 0,8а/L. При расчете панелей II типа можно принять, что нормальные усилия воспринимаются только обшивками.

Панели III типа имеют ребра и сплошной средний ¹слой из пенопласта, приклеиваемый к верхней и нижней обшивкам.

Панели IV типа имеют сплошной средний слой, но выполняются без ребер, поэтому они характеризуются большой деформативностью.

В панелях III и IV типа обшивки воспринимают нормальные напряжения, вызванные изгибающим моментом, при этом в панели, работающей по схеме простой балки, верхняя обшивка сжата, а нижняя — растянута (рис. VI.11). Металлические и стеклопластиковые обшнвки также выполняют роль гидро- и пароизоляции.

Для среднего слоя рекомендуется применять пено-пласты беспрессового изготовления, вспениваемые непосредственно в полости панели или в виде готовых блоков размером на панель или часть панели.

Рис. VI.11. Схема работы трех' слойных ребристых панелей

В панелях III и IV типов средний слой обеспечивает совместность работы обеих обшивок, повышает устойчивость сжатой обшивки из тонких металлических и стеклопластиковых листов, участвует совместно с обшивкой в восприятии местных сосредоточенных нагрузок, выполняет роль тепло- и звукоизоляции.

Сдвигающие усилия в панелях I, II и III типов воспринимаются ребрами, в панелях IV типа — сплошным средним слоем.

Ребристые светопрозрачные панели рассчитывают как панели I или II типов. Они отличаются значительной деформативностью вследствие низкого модуля упругости полиэфирного стеклопластика, из которого обычно выполняются. Для повышения несущей способности и уменьшения прогибов рекомендуется эти плиты закреплять на опорах.

При расчете трехслойных панелей применяют обычные методы строительной механики, но дополнительно учитывая отношение жесткостей обшивок и ребер. При расчете панелей особое внимание следует уделять неравномерности распределения нормальных напряжений в обшивках. Максимальные значения нормальных напряжений, определенные методами теории упругости, превышают средние значения. Эта разница тем больше, чем больше шаг ребер.

Трехслойные панели рассчитывают по двум предельным состояниям (по прочности и деформативности). Кроме этого, обшивку проверяют на устойчивость и местный изгиб от кратковременного действия сосредоточенной нагрузки 1000 Н, с коэффициентом перегрузки 1,2 распределенной равномерно по площадке 10X10 см.

При расчете на поперечный изгиб трехслойные панели рассматривают как плиты, свободно опертые по двум сторонам или по контуру. Расчетными нагрузками для панелей покрытия будут собственный вес и снег, а для стеновых панелей — собственный вес (при расчете в их плоскости) и ветер (при расчете из плоскости).

Расчет по прочности. При расчете по прочности следует учитывать напряжения, возникающие в элементах панелей от нагрузки, влияния влажности и температуры

Напряжения от влияния влажности и t появляются в связи с тем, что панели, соединенные между собой и прикрепленные к несущей конструкции, лишены свободной деформации.

Напряжения и усилия от расчетных нагрузок (панели I, II и Ш типов). Средние нормальные напряжения в обшивках панелей определяют по формуле

гдеМ — изгибающий момент на единицу ширины панели; W — момент сопротивления сечения панели на единицу ширины.

Сдвигающие напряжения в ребрах определяют по формуле

Напряжения и усилия от температурно-влажностных воздействий. Кроме внешних нагрузок на прочность панелей влияют температурно-влажностные воздействия, которые вызывают изменения начальной температуры и влажности ее элементов (обшивок, срединки), имеющих различные коэффициенты линейного температурного расширения и линейной влажностной деформации; в результате в элементах панели могут возникнуть значи-* тельные напряжения. Напряженное состояние панелей от этих воздействий зависит в основном от физико-механических свойств материалов, из которых они выполнены.

В общем случае значение относительных деформаций материала складывается из температурных и влажностных деформаций. Изменение влажности на деформацию металлов не влияет и расчет производят только на температурные воздействия. Для таких материалов, как асбестоцемент, фанера и т. д. температурными деформациями можно пренебречь, так как они малы по сравнению с влажностными деформациями. При этом обеспечивается точность, достаточная для практических целей.

Расчет по деформациям. Прогиб от равномерно распределенной нормативной нагрузки панелей всех четырех типов при свободном опирании по двум противоположным сторонам определяют по формуле