В. Астанин (Воронеж)
С каждым годом растет количество зданий, возводимых из сэндвич—панелей. Это административные корпуса, торговые павильоны, складские помещения, производственные цеха, спортивные сооружения. Казалось бы, все прекрасно. Но все чаще и чаще из разных концов страны приходят тревожные сигналы, связанные с деформацией крыш этих строений в зимнее время.
В той же Европе, откуда к нам и пришли эти строительные конструкции, ее не существует. Мы попросили рассказать о причинах ее возникновения и путях решения начальника отдела промышленных и гражданских сооружений ЦНИИПСК им. Мельникова Владислава Беляева.
— Сэндвич—панель — это композитная конструкция. Она состоит из металлических облицовок, соединенных клеем с сердечником, который состоит из минераловатных ламелей. Направление минеральных волокон в них ориентировано перпендикулярно плоскостям облицовок.
Стальная облицовка
Возникает сразу несколько факторов, влияющих на несущую способность сэндвич—панелей, что определяет сложность их расчёта при проектировании. Во-первых, это взаимодействие стальных облицовок с подкрепляющими их сердечниками из минеральной ваты.
Сами по себе облицовочные листы толщиной 0,6—0,75 мм практически не обладают несущей способностью на изгиб, но объединенные в эту единую панель и подкреплённые от потери устойчивости минераловатным сердечником, они достаточно хорошо работают, выдерживая поперечные нагрузки, которые воздействуют на сооружение при его эксплуатации.
Сложность расчёта этой конструктивной формы — во взаимодействии металла и сердечника из минеральной ваты. Возникает ряд вопросов к расчету этих конструкций. Во-первых, поведение этой панели под воздействием нагрузок, которые встречаются при эксплуатации ограждающих конструкций (стеновых и кровельных).
Требования к изоляционному материалу
Во-вторых, это механические свойства материала сердечника. К ним должны предъявляться более высокие требования, чем к жёстким минераловатным плитам, которые используют исключительно в качестве утеплителя и не участвуют в исполнении несущих функций. По-видимому, назрела необходимость в разработке стандарта технических требований к минераловатным плитам, используемым в сэндвич—панелях.
Стеновые и кровельные панели отличаются по характеру воздействия и интенсивности эксплуатационных нагрузок, а, следовательно, и по конструктивному оформлению. Стеновые панели имеют плоские, мелкогофрированные облицовки. На панели, в основном, воздействуют кратковременные ветровые нагрузки, воздействие постоянных нагрузок незначительно, а длительные нагрузки отсутствуют. Поэтому эксплуатация стеновых панелей в течение многих лет показала, что практических изменений свойств этих панелей нет, или они очень незначительны.
Кровельные панели эксплуатируются в более жёстких условиях под воздействием постоянных нагрузок, длительных снеговых нагрузок и кратковременных нагрузок. Соответственно, конструкция их несколько иная. Внешние облицовки этих панелей имеют силовую гофрировку с гофрами высотой от 30 до 40 мм, что повышает несущую способность этой панели. При расчете этих конструкций надо учитывать длительность воздействия многих нагрузок. Первое — это постоянные нагрузки (собственный вес панели), и второе — это снеговая нагрузка. Она возникает периодически, когда выпадает снег и лежит на крыше длительное время. В северных районах страны воздействие снеговой нагрузки продолжается 4—5 месяцев. Оценить воздействие длительных нагрузок на механические характеристики кровельных панелей можно лишь экспериментальным путём. Подобные эксперименты в нашей стране практически не проводились.
В европейских стандартах длительность воздействия снеговых нагрузок за сезон оценивается в размере 2000 часов, или два—три месяца. Предложены также формулы для оценки этих воздействий при расчёте кровельных конструкций для длительных нагрузок, когда возникают определенные деформации, которые необходимо учесть при расчете.
При расчёте многопролётных стеновых, а также однопролётных, и многопролётных кровельных панелей большое влияние на уровень напряжений оказывает разность температур на внешней и внутренней облицовках.
Источник проблем
В настоящее время проектирование этих панелей усложняется тем, что в нашей стране нет документа, регламентирующего расчет этих конструкций. Многие фирмы используют европейские нормы или основываются на данных испытаний небольших серий этих панелей собственного производства. В России крайне необходим такой документ. В разработке этого документа нам надо основываться на тех исследованиях, которые были проведены в этой области за рубежом. Но надо учитывать также особенности климатических воздействий в нашей стране. Поэтому нам необходимы собственные исследования.
Особое внимание следует обратить на кровельные панели, работа которых коренным образом отличаются от панелей стеновых именно тем, что в составе панели есть жесткая верхняя облицовка, и даже в однопролётном варианте панель представляет собой статически неопределимую систему. Чтобы рассчитывать такую конструкцию, надо либо иметь таблицы, либо считать эту конструкцию на машинах с помощью методов конечного элемента и условий подкрепляющего слоя в виде теплоизоляции. Для чего, в принципе, необходимо провести многочисленные эксперименты по единой согласованной методике.
Следовательно, напрашивается вывод, что необходим отечественный нормативный документ, основанный на единой методике расчёта, и государственные стандарты на трёхслойные панели при различных технологиях изготовления. Появление такого документа позволит предъявить единые требования к панелям, производимым разными изготовителями, и облегчит оценку качества панелей потребителями.
Игорь КУЗНЕЦОВ, Строительство Ру
Фото: stroy-s-umom.ru
