Фасадная панель

Полезная модель относится к области промышленного и гражданского строительства, а именно к устройству вентилируемой облицовки зданий и сооружений, навешиваемой как при строительстве новых зданий, так и при реконструкции ранее эксплуатируемых сооружений для придания им эстетических качеств и повышения степени теплоизоляции и защиты от внешних атмосферных воздействий. В частности, полезная модель относится к устройству элементов облицовки стен, называемых фасадными панелями, и предназначена, преимущественно, для использования в качестве наружной фасадной панели на внешней стене здания.
Фасадные панели - общий емкий термин, обозначающий в международной терминологии (ISO 6707-1) и действующем отечественном стандарте-словаре (ГОСТ Р 58033-2017) заполнение на каркасе (panel) внешней стены дома, здания (iacade), а в Британской энциклопедии облицовку фасада (Paneling, или panelling - буквально облицовка, обшивка). Т.е. по факту это материал любой формы, размеров, свойств, используемый в наружной облицовке фасада на каркасе или (формально) в экране навесной фасадной системы (НФС). В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция фасадной тонколистовой панели, выполненной полностью из алюминиевого сплава (алюминийсодержащего материала).
Фасадные панели - это универсальный функционально-декоративный облицовочный материал, применяемый преимущественно в системе вентилируемого фасада. Панели одновременно защищают ограждающие конструкции от внешних атмосферных факторов и механических воздействий и повышают презентабельность дома.
Фасадные панели для создания вентилируемой облицовки наружных стен здания представляют собой современное технологическое решение, позволяющее не только защитить поверхности наружных стен от воздействия внешней среды, но и в короткие сроки декорировать здание без отделки самих наружных стен. Это экономически выгодная технология обеспечивает быструю замену вышедших их строя панелей и имеет достаточно короткие сроки по созданию облицовки здания. Система обустройства вентилируемого фасада на любом здании состоит из каркасной основы, которую монтируют на наружных стенках, и набора фасадных панелей, которые закрепляются на этой каркасной основе.
Сами панели относятся к категории простых по конструкции и изготовлению деталей, которые при монтаже на каркасной основе стыкуются между собой, в основном, по принципу введения торцевого выступа одной панели в торцевое углубление на другой, смежно закрепляемой, панели. При таком закреплении панели выравниваются между собой в общей вертикально ориентированной плоскости. При небольших размерах фасадных панелей работа по их монтажу требует уплотненного расположения реек каркасной основы и их выравнивания в общей вертикально ориентированной плоскости и большого количества мелких работ, связанных с закреплением на каждой рейке элементов крепления и закрепления на каждой панели ответных элементов крепления. В целях сокращения сроков создания на здании облицовки стали использовать фасадные панели повышенных габаритов, в частности панели с длиной до 7 м при ширине панели до 25 см. Это позволило сократить трудозатраты на монтаж каркасной основы под панели и время монтажа самих панелей. Такие длинномерные панели выпускаются из алюминиевых сплавов и получают их либо методом изгиба краевых участков листовой панели или методом порошковой металлургии.
Так, известна тонкостенная фасадная панель из алюминийсодержащего сплава, содержащая срединную часть в виде пластины с чередующимися по ее ширине остроконечными выступами и впадинами, протянутыми по длине пластины, и которая выполнена с отогнутыми по ее длине от нее в направлении от лицевой поверхности пластины к тыльной боковыми краями по двум боковым сторонам, при этом с одной боковой стороны отогнутый край содержит плоский участок, расположенный поперечно лицевой поверхности пластины, свободный конец которого отогнут с образованием перпендикулярно расположенного по отношению к этому участку загибаа, направленного от пластины и используемого для ввода его во впадину одной смежно располагаемой панели, с другой боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, расположенный поперечно лицевой поверхности пластины и от которого перпендикулярно ему отходит второй плоский участок, между которыми в зоне перегиба образована впадина, направленная вдоль второго плоского участка для размещения плоского участка другой смежно располагаемой панели (см. «Алюминиевая панель RWC 44» в разделе «Алюминиевые фасадные конструкции» на сайте «AFK LEADER» компании ООО «АФК Лидер», представленный в сети Интернет по адресу: hnps://afkieader.ru/», копия прилагается, обнаружено в декабре 2021 г.).
Это решение принято в качестве прототипа.
Известная панель выполнена длинномерной (7 м) из тонколистового алюминийсодержащего сплава толщиной 1,5-2 мм. Особенностью ее исполнения является то, что пластина, то есть ее лицевая поверхность, выполнена в виде чередующихся остроконечных выступов и впадин, образующих фактуру, на которой хорошо видна игра света от падающих солнечных лучей. Для самой пластины данные чередования формируют структуру, в которой прилагаемые деформационные усилия раскладываются на составляющие в системе декартовых координат, что повышает жесткость панели. Но при монтаже облицовки тонкостенные длинномерные панели проявляют такие свойства как шумность и виброподвижность, обусловленные большой площадью панели. Этот шум и вибрация являются следствием разницы давления снаружи панели и за панелью, ударов капель дождя, от давления и порывов ветра. Под воздействием этих явлений панель начинает функционировать как чувствительная мембрана. Эти проявления для жильцов здания или посетителей здания гасятся за счет того, что на стене здания закрепляются звуко- шумоизолирующие плиты, которые не пропускают в помещения шум не только с улицы, но и от самих панелей. Но эти меры не касаются чувствительности панели к внешнему воздействию. Наличие вибрационных реакций на панели приводит так же к снижению долговечности облицовки. Одним из приемов гашения такой чувствительности является прижатие панели к звуко- шумоизоляционным плитам. Но если облицовка относится к вентилируемым типам, то панели крепятся на расстоянии от этих плит для образования полости, прокачиваемой вентилятором. А в этом случае уже нагнетаемый в эту полость воздух формирует область пониженного давления по отношению к давлению снаружи панели, что и является причиной повышения шумности панелей в облицовке здания.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в снижении шумовибрационных свойств тонколистовой фасадной панели при ее расположении в вентилируемой облицовке здания.
Указанный технический результат достигается тем, что в фасадной панели, выполненной из алюминийсодержащего сплава, содержащей срединную часть в виде пластины с чередующимися по ее ширине остроконечными выступами и впадинами, протянутыми по длине пластины, и которая выполнена с отогнутыми по ее длине от нее в направлении от лицевой поверхности пластины к тыльной боковыми краями по двум боковым сторонам, при этом с одной боковой стороны отогнутый край содержит плоский участок, расположенный поперечно лицевой поверхности пластины, свободный конец которого отогнут с образованием перпендикулярно расположенного по отношению к этому участку загиба, направленного от пластины и используемого для ввода его во впадину одной смежно располагаемой панели, с другой боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, расположенный поперечно лицевой поверхности пластины и от которого перпендикулярно ему отходит второй плоский участок, между которыми в зоне перегиба образована впадина, направленная вдоль второго плоского участка для размещения плоского участка другой смежно располагаемой панели, загиб, со стороны противоположной размещению впадины, выполнен удлиненным и с двумя поперечно ему расположенными на расстоянии друг от друга выступами, направленными в сторону пластины и с высотой не более ширины впадины на другом краю, при этом высота первого плоского участка до двух выступов на удлиненном загибе выполнена меньше высоты первого плоского участка вместе с впадиной до второго плоского участка на другой боковой стороне пластины на величину не менее толщины пластины, а глубина впадины выполнена равной длине загиба.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не является единственно возможными, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - профиль фасадной панели по первому примеру исполнения;
фиг. 2 - профиль фасадной панели по второму примеру исполнения;
фиг. 3 - профиль фасадной панели по третьему примеру исполнения.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция разработанной фасадной панели, используемой для организации вентилируемой облицовки здания. В рамках настоящей полезной модели рассматривается конструкция металлической фасадной панели, выполненной из алюминийсодержащего материала, в частности, из алюминиевого сплава серии бххх в состоянии Т6: 6060 (AlMgSi0.5) или А6063 (AlMgSi0.7) по EN 573 или АД31 по ГОСТ 4784-2019 (в новой модификации с 2000) или алюминиевый сплав 606035. Выбор этих сплавов обусловлен необходимость поддержания прочностных качества панелей при тонколистовом их изготовлении прессованием и возможностью термического упрочнения. Алюминиевые сплавы серии 6ххх относительно легко прессуются и подвергаются закалке прямо на прессе с достижением максимально прочного состояния Т6. При этом исключается из технологии производства алюминиевых профилей операции закалки с отдельного нагрева - это большая экономия для производства.
В последнее время широкое применение находят фасадные панели увеличенной длины, например, до 7 м по отношению к высоте/ширине, составляющей при толщине 2-4 мм, примерно, 180-250 мм. Такие панели при такой длине позволяют существенно сократить объем работ и плотность укладки реек каркасной основы системы облицовки. Но при такой длине и небольшой высоте/ширине такие панели подвержены изгибу под нагрузкой собственного веса и продольным прогибам. Отгибы на боковых сторонах панели (образующие элементы соединения панелей между собой) не являются элементами, повышающими жесткость панели. В рамках настоящей полезной модели речь идет именно о таких панелях.
В общем случае, тонкостенная фасадная панель из алюминийсодержащего сплава представляет собой гнутый или отформованный профиль, содержащий срединную часть в виде пластины с чередующимися по ее ширине остроконечными выступами и впадинами, протянутыми по длине пластины. Таким образом лицевая сторона пластины представляет собой фактур но проработанную поверхность, на которой плоскости сторон углов выполняют функцию отравжения светоывого потока и придания облицовке декоративности. Кроме того, такая поверхность создает сопротивление продольному изгибу за счет множества продольных ребер жесткости треугольной формы в сечении.
Пластина выполнена с отогнутыми по ее длине от нее в направлении от лицевой поверхности пластины к тыльной боковыми краями по двум боковым сторонам.
С одной боковой стороны отогнутый край содержит плоский участок, расположенный поперечно лицевой поверхности пластины, свободный конец которого отогнут с образованием перпендикулярно расположенного по отношению к этому участку загиба, направленного от пластины и используемого для ввода его во впадину одной смежно располагаемой панели.
С другой боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, расположенный поперечно лицевой поверхности пластины и от которого перпендикулярно ему отходит второй плоский участок, между которыми в зоне перегиба образована впадина, направленная вдоль второго плоского участка для размещения плоского участка другой смежно располагаемой панели.
Загиб со стороны, противоположной размещению впадины, выполнен удлиненным и с двумя поперечно ему расположенными на расстоянии друг от друга выступами, направленными в сторону пластины, и с высотой не более ширины впадины на другом краю.
Высота первого плоского участка до двух выступов на удлиненном загибе выполнена меньше высоты первого плоского участка вместе с впадиной до второго плоского участка на другой боковой стороне пластины на величину не менее толщины пластины, а глубина впадины выполнена равной длине загиба.
Ниже рассматривается пример конкретного исполнения полезной модели (фиг. 1-3).
Тонкостенная фасадная панель из алюминийсодержащего материала содержит срединную часть 1 в виде пластины с отогнутыми от нее в направлении от лицевой поверхности срединной части панели к тыльной ее стороне боковыми краями 2 и 3 по двум боковым сторонам (фиг. 1-3).
Сама фасадная панель - это защитно-декоративный элемент наружной отделки стен здания (облицовки). Лицевая сторона срединной части в системе облицовки обращена наружу и представляет собой декоративную часть облицовки. Тыльная сторона срединной части обращена к стенам здания. Боковые края 2 и 3, отогнутые от срединной части 1, используются в качестве элементов соединения панелей в облицовке при формировании общей облицовочной поверхности.
Срединная часть 1 выполнена в виде пластины с чередующимися по ее ширине остроконечными выступами 4 и впадинами 5, протянутыми по длине пластины. При этом вершины смежно расположенных выступов 4 обращены в разные стороны, что позволяет использовать срединную часть в качестве элемента отражения солнечных лучей. В этом заключается декоративная функция срединной части. В то же время эти выступы протянуты по длине срединной части и являются ребрами жесткости, которые обеспечивают сопротивление пластины деформациям продольного прогиба. Эти выступы реализуют функцию ребер жесткости, так как усилия деформации раскладываются на сторонах треугольников (форма сечения выступов), перенося часть усилия в направлении к боковым сторонам панели. Так как вершины выступов направлены в разные стороны, а углы при вершинах так же отличаются друг от друга, то не происходит суммирования усилий, которые переводятся в плоскость срединной части. Это позволяет при сохранении длины панели до 7 м перейти от толщины листа панели с 2 мм до 1,5 мм. Облегчение веса панели позволяет снизить влияние веса на пространственную деформацию формы панели при ее переноске.
С одного бокового края 2 отогнутая часть содержит первый плоский участок 6, который отогнут поперечно лицевой поверхности пластины (идеальным является перпендикулярный отгиб, но в силу того, что срединная часть может иметь изогнутый профиль, как это показано на фиг. 1 и 2, выполнить отгиб строго перпендикулярно затруднительно и не требуется в отношении скрепления панелей между собой при облицовке). От участка 6 отходит второй плоский участок 7, перпендикулярный первому. Его направление - в сторону от срединной части. Этот плоский участок 7 используется в качестве выступа для ввода его во впадину смежно располагаемой с этого края панели.
В прототипе свободный конец участка 6 так же отогнут с образованием перпендикулярно расположенного по отношению к этому участку загиба, направленного от пластины и используемого для ввода его во впадину одной смежно располагаемой панели. Но этот плоский загиб имеет небольшой размер с тем, чтобы зафиксировать сторону панели в ответной впадине. А в заявленном решении загиб выполнен удлиненным в виде пластинчатого края - плоского участка 7 по длине панели. Его особенность заключается не только в увеличении длины загиба, но в том, что он выполнен с двумя поперечно ему расположенными на расстоянии друг от друга выступами 8, направленными в сторону срединной части 1 пластины и с высотой не более ширины впадины 9 на другом краю панели.
С другого бокового края 3 отогнутая часть содержит первый плоский участок 10, расположенный поперечно срединной части 1 (этот участок отогнут в направлении от лицевой стороны панели). От него отходит второй изогнутый участок 11, образующий в зоне перегиба (зона перехода участка 10 в участок 11 перпендикулярной направленности) впадину 9 для введения в нее участка 7 с выступами 8 другой смежно располагаемой панели. Таким образом, на краях 2 и 3 длинномерной панели по всей ее длине сформированы выступ в виде плоского участка 7 (на одном крае 2) и впадина 9 (на другом крае 3), используемые для стыкования фасадных панелей при организации облицовки.
3
3
При этом глубина впадины выполнена равной длине загиба - плоского участка 7. А высота первого плоского участка до двух выступов на удлиненном загибе выполнена меньше высоты первого плоского участка вместе с впадиной до второго плоского участка на другой боковой стороне пластины на величину не менее толщины пластины. Это позволяет обеспечить пространственную жесткость панели за счет выравнивания моментов инерции по боковым сторонам панели. Д ля прямоугольных форм осевой момент инерции равен Jx=(b⋅h)/12 (относительно продольной оси) или Jy=(h⋅b)/12 (относительно поперечной оси), где b - длина стороны прямоугольника, h - высота прямоугольника. Видно, что по отношению к прототипу моменты инерции заявленной фасадной панели существенно выше за счет того, действующие моменты на первых участках 6 и 10, как на сторонах открытого прямоугольника, выровнены конструктивно не за счет выравнивания высот этих участков, а за счет придания им форм, реализующих одинаковые моменты сопротивления. Это указывает, что заявленная фасадная панель как длинномерное плоское тонкостенное изделие если и будет винтообразно изгибаться, то это будет в диапазоне небольших изгибов и практически без потери формы.
При стыковании панелей в момент монтажа облицовки плоский участок с выступами углубленного входит в выполненную по его размеру впадину, где заклинивается из-за того, что выступы по-разному контактируют со стенкой впадины (независимо от способа изготовления панели стенки впадины имеют наклоны, то есть незначительно расширяются к входу в падину).
Анализ возникновения шума и вибрации в панели показал, что эти явления возникают не только вследствие разницы давлений за панелью и с наружи панели, но и из-за конструктива самой панели. При монтаже панели по прототипу зацеп в виде плоского загнутого кончика входит в неглубокую впадину и находится в ней в свободном положении. При появлении разницы давлений панель начинает «ходить» в зазорах во впадине, что и приводит к появлению так называемого конструктивного шума. При этом панель находится в изолированном положении и не имеет контактной связи со смежно расположенными панелями. При вводе зацепа в виде плоского участка 7 с выступами 8 происходит силовое замыкание двух рядом расположенных панелей, при котором отсутствуют технологические зазоры в зоне «зацеп-впадина». Приходящееся на одну панель ветровое давление или при появлении разницы давлений нагрузка, вызывающая колебания панели, переходящие или сопровождающиеся шумовым эффектом, перераспределяется на рядом находящуюся панель, в которой происходит гашение колебаний. Таким образом, стало возможным конструктивно за счет правильного выбора размеров элементов присоединения панели снизить колебательные процессы в панелях в облицовке и понизить шумовой эффект.
Заявленная конструкция фасадной панели по сравнению с прототипом обладает при сохранении общей формы и конструкции более высоким сопротивлением как продольному изгибу, так и винтовому изгибу, а также позволяет существенно снизить колебательные процессы в самой панели для уменьшения шумо- и звукопроявлений под действием внешних сил.