2. КОНСТРУКЦИИ СТЕН

1. Виды конструкций

Конструкции легких стен можно классифицировать по многим признакам: по способу их образования, применяемым материалам обшивок (облицовок) и утеплителей, по конструкциям панелей, видам стыков между элементами и др. Классификация различных конструкций легких стен, и в частности металлических, не была до сего времени установлена.

Исследования и анализ опыта проектирования и строительства показали, что наиболее общим признаком, определяющим конструкцию, эксплуатационные качества и экономичность металлических стен, является способ их устройства. По этому признаку различают две разновидности конструкций: стены послойной (построечной) сборки (рис. 5) и панельные (рис. 6). Для стен послойной сборки могут быть выделены конструкции ригельного (см. рис. 5) и безригельного (рис. 7) типов. В первом из них ригели каркаса здания могут располагаться в толще стены — между наружной и внутренней обшивками (рис. 8) либо у ее внутренней поверхности (см. рис. 5). В зарубежной практике при благоприятных климатических условиях ригели и стойки каркаса размещаются иногда с наружной стороны стены. В большинстве случаев для стен послойной сборки наружную и внутреннюю обшивки делают металлическими. Наряду с этим имеются конструкции с односторонней (наружной) металлической обшивкой, в которых для внутренней части стены используют листы или плиты из других материалов, обладающих свойствами тепловой и звуковой изоляции (см. рис. 8).

В отечественной практике для стен, монтируемых послойно, разработана и применена конструкция укрупнительной сборки (рис. 9). В этой конструкции детали стены — листы обшивки и плиты (маты) утеплителя, монтируют в проектное (вертикальное) положение не поштучно, а (после сборки их в горизонтальном положении в укрупненные элементы («картины»). Такие элементы имеют ширину, равную расстоянию между пристенными колоннами здания, преимущественно 6 м, а длину, равную высоте глухих участков стен по фасаду, в пределах 12 м, а иногда и более. Идея укрупнительной сборки порождена стремлением к совершенствованию процесса монтажа и одновременно вносит своеобразие и в конструктивное решение по сравнению со стенами, монтируемыми из деталей поштучно.

К конструкциям послойной сборки можно отнести стены с обшивками из алюминиевых рулонированных лент (полос) длиной, превышающей в несколько раз расстояние между смежными пристенными колоннами здания. Эти ленты раскатывают вдоль фасада здания,


натягивают упором на ближайшие к их концам колонны и затем закрепляют на ригелях стен (рис. 10). Так могут устраиваться стены неотапливаемых зданий — из лент в одной плоскости или отапливаемых — из лент в двух плоскостях (по обе стороны колонн), между которыми помещается утеплитель. Подобные конструкции, работоспособность которых зависит от величины их предварительного напряжения (при натяжении лент), были использованы для нескольких зданий. Качество таких стен может со временем снижаться из-за уменьшения предварительного напряжения под воздействием температуры и знакопеременных ветровых нагрузок. Кроме того, их конструкция отличается более высокой стоимостью, чем стоимость стен из стальных листов.

Аналогичные решения применялись и в зарубежной практике, но только для неотапливаемых зданий и без предварительного напряжения конструкции. При этом использовались рулонированные ленты, имевшие поперечные выштамповки (не по всей ширине), благодаря которым они обладали достаточной жесткостью для работы на изгиб в пролете между ригелями стен.

В панельных стенах применяются два типа конструкций панелей: бескаркасные и каркасные. Бескаркасные панели, именуемые иногда панели-«сэндвич», состоят из двух облицовок и заключенного между ними утеплителя (среднего слоя). Для облицовок используется профилированный тонколистовой металл или достаточно жесткие листы из другого материала. В качестве утеплителя могут использоваться мягкие материалы на основе минерального или стеклянного волокна либо жесткие — пенопласты (пенополиуретан, пенополистирол и др.) и схожие с ними по твердости плиты. При жестком утеплителе с соответствующими механическими свойствами (сопротивление сдвигу, растяжению и др.) между ним и облицовками может быть обеспечена достаточная связь для совместной работы при изгибе всех слоев панели. В этом случае средний слой панели выполняет конструктивную функцию (наряду с теплоизоляционной). В панелях с жестким утеплителем, в которых указанной связи нет, на изгиб работают только облицовки и в некоторых случаях механические связи между ними (заклепки, болты), а средний слой выполняет функцию прокладки. Это же относится к панелям с мягкими утеплителями. По этим признакам различают две соответствующие группы конструкций бескаркасных панелей: с конструктивным (см. рис. 6) или с прокладным средним слоем (рис. 11).

Каркасная панель (рис. 12) обычно имеет ребристую конструкцию. Кроме профилированных или плоских обшивок она включает обычно два продольных и несколько поперечных ребер из горячекатаных или холодногнутых металлических профилей. Продольные ребра могут быть и решетчатого типа. Нагрузки, непосредственно воспринимаемые обшивками, передаются через поперечные ребра на продольные, а от них на ригели каркаса здания. Профилированные обшивки обеспечивают геометрическую неизменяемость системы ребер и устойчивость их в плоскости панели. При расчете панели на прочность и прогиб сечение обшивок, особенно плоских, учитывают частично или совсем не учитывают. В частности, принято, что плоские обшивки (алюминиевые) мембранных каркасных панелей под воздействием ветра испытывают только растяжение, а в работе на изгиб не участвуют. Появление мембранных панелей связано, видимо, со стремлением исключить трудности обеспечения такой связи плоских листов с каркасом, которая необходима для участия обшивок в работе панели в целом. Однако при эксплуатации мембранных панелей проявились их повышенная деформативность, большая вибрация обшивок при порывах ветра и другие недостатки [30].

В каркасных панелях утеплитель не влияет на их работу под нагрузкой. Он укладывается в полость панели и зажимается каркасом или приклеивается к внутренней обшивке. В качестве утеплителя могут быть использованы многие виды материалов, в том числе полужесткие и мягкие плиты и маты, в частности минераловатные.

В бескаркасных панелях (с жестким утеплителем) и в каркасных материал для внутренней облицовки (обшивки) может быть иным, чем для наружной, но в промышленном строительстве такие конструкции встречаются редко.

В зависимости от вида и конструкции панелей они могут образовывать стены вертикальной или горизонтальной разрезки. Бескаркасные панели используются для стен вертикальной разрезки. Это обусловливается, с одной стороны, тем, что они имеют, как правило, профилированную наружную поверхность, при которой целесообразно, чтобы гофры не противостояли стоку воды по стене и не задерживали пыль и снег во избежание усиленного вредного действия загрязненных осадков на защитно-декоративное покрытие облицовок. С другой стороны, при вертикальном расположении панелей, работающих из своей плоскости как неразрезные плиты, размеры их могут выбираться так, чтобы по статическому расчету панелей не требовалось увеличения толщины утеплителя, определенной теплотехническим расчетом. При этом не должны увеличиваться и толщины облицовок, принятые не по расчетным, а по другим условиям (долговечности, технологичности и т. п.). Обычно расстояния между ригелями при бескаркасных панелях находятся в пределах 1,8—3,6 м.

Для стен вертикальной разрезки могут использоваться и каркасные панели с профилированными обшивками. Имеются примеры применения конструкций с плоскими обшивками (панели мембранного типа). В отличие от стен из бескаркасных панелей в каркасной конструкции имеются элементы двух каркасов: панели и здания. Поэтому и расстояния между ригелями определяются по меньшему расходу металла суммарно на каркасы панелей и ригели здания. Эти расстояния бывают больше, чем при бескаркасных панелях, в связи с чем каркасные панели делаются иногда однопролетными.

Для стен горизонтальной разрезки бескаркасные панели практически не применяются, однако некоторыми организациями, в частности ЦНИИпромзданий, такие решения прорабатывались. Они предусматривали применение панелей однопролетных и двухпролетных, работающих из своей плоскости на сравнительно небольшой пролет (3 м), исходя из соображений экономного использования утеплителя. В зависимости от расстояния между пристенными колоннами каркаса здания, равного 6 или 12 м, требовалось ввести в каждом промежутке между ними одну или три фахверковые стойки. С учетом этого при использовании однопролетных панелей (длиной 3 м) значительно возрастали бы число монтажных элементов и трудоемкость работ по устройству стен, а при двухпролетных панелях (длиной 6 м) трудно было бы обеспечить гарантированное опирание их (из плоскости) по трем линиям и исключить неравномерную осадку опор (прогибы колонн и фахверковых стоек).

Вместе с тем можно было ожидать увеличения против сопоставимых конструкций не только трудоемкости, но также стоимости и металлоемкости стен. Поэтому для металлических стен горизонтальной разрезки, устроенных в отечественной практике для нескольких объектов, были использованы каркасные панели (с обычными или предварительно-напряженными обшивками), а также конструкции, называемые «панели с обрамлением», для которых тоже был разработан вариант с предварительным напряжением обшивок.

Почти во всех этих случаях для обшивок были приняты плоские листы из алюминиевых сплавов. Такие панели опираются непосредственно на колонны каркаса здания.

Из каркасных панелей с предварительно-напряженными обшивками (алюминиевыми) можно указать на две получившие применение разновидности конструкций, отличия которых определились в значительной мере технологическими условиями — способом предварительного напряжения. В первой из них (рис. 13), образуемой из двух щитов, предварительное напряжение создается так называемым «изгибным» способом. Каждая обшивка прикрепляется к предварительно выгнутому каркасу щита (с вогнутой стороны) и получает предварительное напряжение в результате последующего разгибания щитов путем притягивания друг к другу при соединении их каркасов решеткой из уголков. Во второй конструкции панелей (рис. 14) с номинальным размером 1,5x6 м обшивки напрягаются посредством стягивания их с помощью болтов, расположенных в центрах четырех квадратов, на которые делится площадь панели элементами каркаса («распорный» способ).

Панели с обрамлением (рис. 15) являются своего рода гибридом панелей бескаркасных и каркасных. В них, так же как в бескаркасных панелях, пенопласт заполняет всю полость между обшивками и склеивается с ними. Но наряду с этим в конструкции имеется и каркас (обрамление по периметру), с которым обшивки тоже скрепляются. Предполагается, что совместная работа всех элементов панели (восприятие сдвига) обеспечивается каким-то образом утеплителем и обрамлением. Одновременно утеплитель предназначен способствовать сохранению устойчивости обшивок при их сжатии и сопротивлению их местным нагрузкам. Обрамление используется для формообразования пенопласта при изготовлении панелей, для защиты его кромок от повреждений и увлажнения в предмонтажных состояниях, а также для образования стыков панелей. Конструкция панели с обрамлением в варианте с предварительно-напряженными обшивками и с утеплителем из фенольно-резольного пенопласта показана на рис. 16.

Все показанные выше типы, виды и разновидности легких металлических стен предлагается свести в обобщенную схему классификации этих конструкций (рис. 17). В схеме для классификации ее элементов различного уровня (кроме низшего — «виды конструкций») условно использованы термины (класс, подкласс, группа, подгруппа), принятые в Общесоюзном классификаторе промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП) и, в частности, в его отраслевом разделе по строительным стальным конструкциям (где прямой смысл этих терминов иной).

Кроме того, каждый из этих элементов снабжен цифровым кодом, в котором одна (или начальная) цифра обозначает класс, две (или две начальные)—подкласс, три (или три начальные) — группу и четыре цифры — подгруппу, к которым относится определенный вид ограждающей конструкции стены или ее основной металлической детали (панели, листов). Так, код 1121 обозначает стену послойной сборки (класс 1), полистовой сборки (подкласс 11), ригельного типа (группа 112), с двухсторонними металлическими обшивками (подгруппа 1121).

Вид конструкции должен обозначаться соответствующими однозначными признаками с включением кода. Так, типовая конструкция обозначается маркой, присвоенной ей в серии чертежей, номером (шифром) серии и кодом в скобках, например: панель С80-2/1,0Х6,0, шифр 773-74 (2221). Конструкция индивидуального проектирования обозначается названиями разработавшей организации, предприятия (или объекта), для которого она предназначена, и кода в скобках, например: укрупненный элемент Ленгипромеза, Череповецкий метзавод (12).

Приведенное в схеме кодирование ее элементов, выражающее числами систематизацию конструкций, классификационные разграничения и связи между ними, может быть полезным для различных целей и, в частности, для сбора и обработки современными методами информации о проектировании, производстве и применении различных конструкций металлических стен. Предложенная классификация может также послужить для ориентации дальнейших исследований и проектных разработок конструкций металлических стен.

Арон Шаевич Дехтяр

Облегченные конструкции металлических стен промышленных зданий

По материалам сайта: http://bent.ru