панель ограждения

Формула изобретения

1. ПАНЕЛЬ ОГРАЖДЕНИЯ, включающая несущую профилированную обшивку, защитный слой и малопрочный хрупкий утеплитель, прикрепленный к обшивке держателями, расположенными поперек панели, отличающаяся тем, что держатели выполнены в виде стержней -образного поперечного сечения, причем расстояние между держателями a удовлетворяет условиям

a 2,8 ;

a 0,2/ ,,

где R_1,2/E_1,2Z - минимальная абсолютная величина отношения расчетного сопротивления материала утеплителя при растяжении (R₁), либо при сжатии (R₂) к модулю его продольной упругости при растяжении (E₁), либо при сжатии (E₂) и к расстоянию от собственной нейтральной оси поперечного сечения утеплителя до крайних фибр по высоте утеплителя в зоне растяжения (Z₁) либо сжатия (Z₂);

y - функция от координаты x прогиба утеплителя при действии нагрузки на панель.

2. Панель ограждения по п.1, отличающаяся тем, что утеплитель по длине панели образован из отдельных блоков, разделенных между собой зазорами, держатель расположен в середине длины каждого блока, а в зазоры между блоками помещена эластичная паротеплоизоляция, причем модули E_1,2^и продольной упругости материала паротеплоизоляции удовлетворяют условиям

E^и_1,2 lR^и_1,2/ [(- ) + (_i- _j) + 60 (l + ^иl^и)];

E^и_1,2 0,3 E^min_1,2/ (/l^и-1),

E_1,2^и 0,3E_1,2^min / ( / l ^и - 1) ,

где E_i^и - модуль упругости материала паротеплоизоляции при растяжении;

E_j^и - то же при сжатии;

l^и - длина паротеплоизоляции;

R_1,2^и - расчетное сопротивление материала паротеплоизоляции при растяжении (R₁) либо при сжатии (R₂);

, - углы наклона касательной к изогнутой нейтральной оси профилированной обшивки в местах крепления к ней соответственно смежных блоков i и j утеплителя при действии нагрузки на панель;

_i , _j - углы поворота соседних торцов смежных блоков i и j утеплителя;

- расстояние от собственной нейтральной оси поперечного сечения профилированной обшивки до крайних фибр по высоте паротеплоизоляции в зоне растяжения или сжатия ;

- расстояние от собственной нейтральной оси поперечного сечения утеплителя до крайних фибр по высоте паротеплоизоляции в зоне растяжения ( Z₁^и ) или сжатия ( Z₂^и ) ;

,^и - коэффициенты линейного расширения материала соответственно утеплителя и паротеплоизоляции (1/^oС);

3. Панель ограждения по п.1, отличающаяся тем, что держатель закреплен к обшивке с возможностью перемещения относительно нее, причем величина продольного перемещения держателя U(T) относительно мест крепления держателя к профилированной обшивке от действия продольного усилия, приложенного к стенке держателя, удовлетворяет условию

3 U(T) ,

где = n ;

T = 0,01 En²lbd⁴y/dx ;

T - продольное усилие, приложенное к стенке держателя;

- максимальный угол наклона касательной к изогнутой нейтральной оси профилированной обшивки;

n - расстояние между собственными нейтральными осями профилированной обшивки и утеплителя;

E = (E₁ + E₂) / 2;

l - величина пролета панели или максимального из пролетов панели;

b - ширина держателя;

- функция от координаты прогиба профилированной обшивки от действия нагрузки на панель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении легких индустриальных ограждений промышленных и общественных зданий и сооружений.

Известна панель ограждения, включающая несущую профилированную, а также гидроизоляционную эластичную обшивки и расположенный между ними утеплитель, приклеенный или припаянный к несущей обшивке, причем эластичная обшивка прикреплена к утеплителю в отдельных точках посредством анкеров из эластичного материала в виде выпусков из обшивки [1].

Недостатком такой конструкции при хрупком малопрочном утеплителе является малая надежность соединения утеплителя с несущей обшивкой, что ограничивает область применения такой конструкции.

Известна панель ограждения, включающая несущую профилированную обшивку и прикрепленный к ней плитный утеплитель с помощью подкрепляющей связи, жестко соединенной элементами крепления с несущей обшивкой в отдельных точках [2].

Недостатком такого решения является возможность использования только отдельно изготовленного плотного утеплителя, к тому же разрезаемого на малоштучные пластины, что обуславливает высокую трудоемкость изготовления и отсутствие возможности использования индустриальных методов изготовления панелей. Кроме того эта панель обладает пониженными теплоизоляционными свойствами из-за наличия многочисленных "мостиков холода".

Наиболее близким техническим решением является панель ограждения, содержащая несущую профилированную обшивку, хрупкий и малопрочный утеплитель, прикрепленный к ней дискретно расположенными крепежными связями в виде полосовых элементов, гидроизоляционный ковер или наружную эластичную обшивку, причем полосовые элементы расположены в срединной части утеплителя поперек продольной оси панели и прикреплены к несущей профилированной обшивке через отгибы полосовых элементов [3].

Недостатком такого конструктивного решения является использование держателей с нерациональной формой поперечного сечения, а также то, что в этом случае несущая способность панели часто определяется несущей способностью малопрочного хрупкого усилителя. Это вызывает необходимость использования более жесткой и, следовательно, более материалоемкой несущей обшивки (профилированного листа).

Цель изобретения - снижение материалоемкости панели, обеспечение возможности использования не только трудносгораемых, но и несгораемых утеплителей обладающих наиболее высокой хрупкостью, на реализацию легких пожаробезопасных панелей.

Сущность изобретения заключается в том, что в панели ограждения, включающей несущую профилированную обшивку, защитный слой и малопрочный хрупкий утеплитель, прикрепленный к обшивке держателями, расположенными поперек панели, держатели выполнены в виде стержней -образного поперечного сечения, причем расстояние "а" между смежными держателями удовлетворяет условиям:

a 2,8 (1)

a 0,2/, (2) где |R_1,2/E_1,2 Z_1,2 |_мин- минимальная абсолютная величина отношения расчетного сопротивления материала утеплителя при растяжении R₁ либо при сжатии R₂ к модулю его продольной упругости, соответственно при растяжении Е₁ или при сжатии Е₂ и к расстоянию от собственной нейтральной оси поперечного сечения блока утеплителя до крайних фибр по высоте утеплителя в зоне растяжения Z₁ либо сжатия Z₂; x - функция от координаты х прогиба блока утеплителя при действии нагрузки на панель.

Панель может быть выполнена так, что утеплитель образует по длине панели отдельные блоки, разделенные между собой зазорами, а держатель располагается в середине длины каждого блока, и в зазорах между блоками размещен эластичный паротеплоизоляционный материал, причем модули Е_1,2^ипродольной упругости материала паротеплоизоляции удовлетворяют условиям:

E^и_1,2 lR^и_1,2/ [(- ) + (_i- _j) + 60 (l + ^иl^и)] мин (3)

Е_1,2^u 0,3Е_1,2 ^мин/(a/l^u - 1) (4) где Е₁^u и Е₂^u - модули упругости при растяжении и сжатии материала паротеплоизоляции, соответственно; l^u - длина паротеплоизоляции; R₁^u и R₂^u - расчетные сопротивления материала паротеплоизоляции при растяжении и сжатии соответственно; и - углы наклона касательной к изогнутой нейтральной оси профилированной обшивки в местах крепления к ней, соответственно смежных блоков i и j утеплителя при действии нагрузки на панель; и - углы поворота соседних торцов смежных блоков i и j утеплителя; - расстояние от собственной нейтральной оси поперечного сечения профилированной обшивки до крайних фибр по высоте паротеплоизоляции в зоне растяжения или сжатия ; z_1,2^u - расстояние от собственной нейтральной оси поперечного сечения утеплителя до крайних фибр про высоте паротеплоизоляции в зоне растяжения z₁^u или сжатия z₂^u; и ^u - коэффициенты линейного расширения материала, соответственно утеплителя и паротеплоизоляции (1/^oC). Выражение в фигурных скобках принимается по его минимальному значению.

Кроме того, держатели могут иметь возможность перемещения относительно профилированной обшивки, причем величина продольного перемещения держателя относительно мест крепления держателя к профилированной обшивке от действия продольного усилия удовлетворяет условию:

3 U ( T ) (5)

= n, где U(T) - величина продольного перемещения; Т - продольное усилие, приложенное к стенке держателя; Т == 0,01Еаh²lb x xId⁴y/dx⁴ I;

- максимальный угол наклона касательной к изогнутой нейтральной оси профилированной обшивки; h - расстояние между собственными нейтральными осями профилированной обшивки и утеплителя;

Е = (Е + Е)/2; l - величина пролета панели или максимального из пролетов панели; b - ширина держателя. - функция от координаты прогиба профилированной обшивки при действии нагрузки на панель.

На фиг.1 и 2 изображена панель, вид сбоку (фрагменты); на фиг.3 - сечение А-А на фиг.1 и 2; на фиг.4 - узел I на фиг.1 и 2; на фиг.5, 6, 7 и 8 - различные компоновки положения держателя и виды его крепления.

Панель ограждения включает профилированную обшивку 1, утеплитель 2, держатели 3 с полкой 4, отгибами 5 и стенками 6, защитный слой 7, паротеплоизолирующий слой 8 в зазорах между блоками 9 утеплителя 2, заклепочные, болтовые, винтовые или сварные соединения 10.

В качестве материала профилированной обшивки 1 могут использоваться металлы (сталь, алюминий) и полимерные конструкционные композиты пониженной горючести, например, фенолформальдегидные, фосфатные стеклопластики.

Держатели -образной конфигурации поперечного сечения изготовляются в виде стержней и крепятся к профилированной обшивке 1 соединениями в одном или нескольких местах. В качестве материала держателя 3 могут использоваться также композитные материалы или металлы. При обеспечении требования относительно продольных перемещений u держателя 3 оно может выполняться за счет сдвига держателя 3 относительно профилированной обшивки 1 вследствие того, что в полке 4 держателя 3 сделаны продольные пазы так, что держатель 3 может перемещаться относительно болтового соединения 10, крепящего держатель 3 в этом месте к обшивке 1. При этом продольные зазоры в пазе между держателем 3 и стержнем болта в месте соединения 10 должны составлять каждый величину не менее и не более 3 . Требование относительно перемещения u может также выполняться за счет упругих свойств (изгиба) конструкции держателя 3, а также за счет поворота конструкции держателя 3 относительно мест его соединения с профилированной обшивкой.

Утеплитель 2 образуется из полимерной, полимерминеральной или минеральной композиции при его формовании и отверждении непосредственно из профилированной обшивке 1 панели. При этом утеплитель 2 соединяется с держателями 3, ранее прикрепленными соединениями 10 к профилированной обшивке 1, за счет замоноличивания держателя 3 в объеме утеплителя 2. Утеплитель 2 может быть цельноформованным (фиг.1) или отформованным в виде отдельных блоков 9 с зазорами между ними (фиг.2). В качестве утеплителя 2 используются трудносгораемые и несгораемые пенопласты, обладающие повышенной хрупкостью. Например, полистиролцемент плотностью 180-110 кг/м³.

Зазоры ориентированы поперек панели и выполнены на все поперечное сечение утеплителя 2. Зазоры заполняют эластичными материалами (прокладками, герметиками и др.) в процессе формования или после отверждения утеплителя 2 с образованием паротеплоизоляционного слоя 8.

В качестве защитного слоя 7 могут применяться рубероид на битумной мастике, в том числе защищенный гравием, полимерные материалы, например армогидробутил, кровлелон, а также металлические защитные слои и др.

Цель достигается за счет выбора рациональной формы поперечного сечения держаталей и мест их расположения, а также за счет снижения напряжений в утеплителе при работе панели на эксплуатационные нагрузки при поперечном изгибе.

Форма поперечного сечения держателя диктуется условиями его работы и требованиями технологичности его изготовления. Держатели работают на поперечный изгиб из плоскости панели от усилий отрыва утеплителя, а также на поперечный изгиб в плоскости панели от сдвигающих усилий вдоль панели. Отрыву утеплителя препятствуют отгибы и полки держателей, воспринимающие усилия от местного поперечного сжатия (смятия) утеплителя. Продольному сдвигу утеплителя препятствуют стенки держателей, воспринимающие усилия от местного продольного сжатия (смятия) утеплителя. При этом должны быть обеспечены прочность и устойчивость элементов держателя (отгибов, полок, стенок), его жесткость при поперечном изгибе и прочность закрепления держателя на профилированной обшивке.

Шаг держателей "а" определяют из условий (1) и (2), основанных на требованиях по прочности и жесткости утеплителя при его работе на поперечный изгиб при заданном пролете.

За счет выбора более рациональных формы и мест расположения держателей по сравнению с держателями из полосы, применяемых в конструкции панели-прототипа, экономится материал держателя. Так, для стальных держателей расход стали снижается на 0,5 кг/м² панели.

Снижение напряжений в утеплителе рационально в случаях, когда несущая способность при поперечном изгибе двухслойных панелей с цельноформованным утеплителем, соединенным с обшивками жесткими связями сдвига, например, клеевым составом или малоподатливыми на сдвиг держателями, определяется прочностью утеплителя. Это прежде всего прочность на изгиб (на растяжение и сжатие), то есть снижения требуют продольные нормальные напряжения в утеплителе.

Снижение этих напряжений осуществляется за счет уменьшения в утеплителе продольных сдвигающих усилий при поперечном изгибе панели. Конструктивно это достигается либо за счет растяжения утеплителя на отдельные по длине панели части (блоки) с расположением держателя посередине блока, либо - при цельноформованном (неразрезном) утеплителе - за счет определенной податливости держателей на сдвиг. В этих случаях снижение максимальных напряжений в утеплителе происходит за счет того, что утеплитель изгибается уже не относительно нейтральной оси всего поперечного сечения панели, а относительно собственной нейтральной оси, Держатели, как и в панели-прототипе, располагаются в зоне нейтральной оси блока утеплителя и поэтому ослабление поперечного сечения утеплителя стенкой держателя является не существенным.

Основным требованием к материалу паротеплоизоляционного слоя, расположенному в зазорах между блоками утеплителя, является требование к повышенной по сравнению с утеплителем его деформативности. Это требование является прямым следствием разделения утеплителя на автономно работающие блоки и определяется условием (4) для модуля упругости Е_1,2^u. Другое условие (3) основано на требовании к необходимой прочности материала паротеплоизоляции.

Требование к необходимой податливости на сдвиг держателя, характеризуемой величиной продольного перемещения u, определяется условием (5).

Соблюдение условий (3), (4) и (5) позволяет уменьшить материалоемкость панелей за счет возможности использования менее жестких, а следовательно, и более легких профилированных листов. Например, для панелей с обшивками из стальных профилированных листов по ГОСТ 24045-86 экономия стали при применении вместо листов Н75-750-0,8 и Н75-750-0,9 листов Н57-750-0,7 и Н60-845-0,7 составляет, соответственно, примерно 30 и 40%.Основные области применения панелей предлагаемой конструкции: элементы покрытия, стен и перегородок здания с ориентацией утеплителя внутрь или наружу помещения. При использовании трудносгораемого утеплителя - здания преимущественно с каркасной конструктивной схемой, относящиеся к IIIa степени огнестойкости. Предел огнестойкости панелей 0,25 ч, предел распространения огня - менее 25 см (для панелей покрытия и менее 40 см для стеновых панелей; при использовании несгораемого утеплителя - здания, относящиеся к II степени огнестойкости. Предел огнестойкости панелей 0,25 ч, предел распространения огня 0.