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 (facade), 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 (фиг. 1), содержащая срединную часть в виде пластины с отогнутыми по ее длине от нее в направлении от лицевой поверхности панели к тыльной боковыми краями по двум боковым сторонам, при этом с одной боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины, от которого отходит второй плоский участок, перпендикулярный первому и образующий выступ для ввода его во впадину одной смежно располагаемой панели (с этой боковой стороны), а с другой боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины, от которого отходит изогнутый участок, образующий впадину для выступа другой смежно располагаемой панели (с другой боковой стороны), а пластина срединной части выполнена с выступом в центральной зоне по всей длине пластины в виде выдавленной на лицевую сторону панели П-образной формы выдавки, в которой длина полки между боковыми стенками выступа выполнена больше высоты его боковых стенок, а между этим выступом и отогнутыми боковыми краями панели участки срединной части выполнены плоскими и лежащими в разных параллельно расположенных плоскостях (см. «Алюминиевые панели RWC 43» в разделе «Алюминиевые фасадные конструкции» на сайте «AFK LEADER» компании ООО «АФК Лидер», представленный в сети Интернет по адресу: https://afkleader.ru/.», копия прилагается).
Это решение принято в качестве прототипа.
Выступ в форме П-образной выдавки предназначен для повышения пространственной жесткости панели длиной 7 м. Но этот выступ функционально реализуется только для уменьшения прогиба панели по ее длине в связи с тем, что нагрузки, вызывающие продольный прогиб, действуют вдоль боковых стенок этого выступа и поэтому либо нейтрализуются, либо существенно уменьшают прогиб. Но такой центрально расположенный на пластине срединной части выступ не обеспечивает сопротивление панели изгибу в силу того, что изгибающий момент действует на участки вокруг выступа в зоне отогнутых боковых краев, что приводит к угловому выворачиванию боковых стенок выступа и деформации полки между ними. Некоторое сопротивление изгибу все-таки выступ оказывает, но оно незначительно, чтобы говорить о нем как о свойстве конструкции панели.
Из уровня техники известно, что выполнение тонкостенной выдавки П-образной формы создает в конструкции усилительный элемент. Но этакая выдавка работает как усилительный элемент (элемент сопротивления какой-либо нагрузке) лишь при условии, что возмущающие силы действуют на боковые стенки выдавки такой формы. В этом случае каждая из стенок является опорой для смежной стенки, на которой вектор воздействия силы переходит в плоскость стенки. Это и позволяет повысить сопротивление конструкции в целом воздействию внешней нагрузки.
В случае конструкции по прототипу вектор нагрузки, приводящей к винтовому изгибу, расположен поперечно плоским участкам вокруг выступа и совпадает с направлением боковых стенок прямоугольной по форме выдавки.
В результате вся нагрузка переходит на полку между боковыми стенками выдавки, которая, как плоский элемент поверхности, начинает изгибаться.
Для длинномерных фасадных панелей (длиной до 7 м) это выражается в том, что при переноске панель закручивается и после этого начинает прогибаться (так как выдавка теряет прямоугольность форму и перестает работать как элемент сопротивления продольному изгибу/прогибу).
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении пространственной прочности тонколистовой фасадной панели повышенной длины за счет увеличения ее сопротивления прогибу и изгибу.
Указанный технический результат достигается тем, что в тонкостенной фасадной панели, выполненной из алюминийсодержащего сплава, содержащей срединную часть в виде пластины с отогнутыми по ее длине от нее в направлении от лицевой поверхности панели к тыльной боковыми краями по двум боковым сторонам, при этом с одной боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины, от которого отходит второй плоский участок, перпендикулярный первому и образующий выступ для ввода его во впадину одной смежно располагаемой панели, а с другой боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины, от которого отходит изогнутый участок, образующий впадину для выступа другой смежно располагаемой панели, а пластина срединной части выполнена с выступом по всей длине пластины в виде выдавленной на лицевую сторону панели П-образной формы выдавки, в которой длина полки между ее боковыми стенками выполнена больше высоты ее боковых стенок, одна боковая стенка П-образной формы выдавки является первым плоским участком отогнутого края срединной части, образующего выступ для соединения со смежно располагаемой панелью, а другая боковая стенка П-образной формы выполнена высотой, меньшей высоты первого плоского участка отогнутого края со стороны выступа и соединена с другим отогнутым краем срединной части, который образует впадину, через плоский участок, наружная поверхность которого параллельна наружной поверхности полки выдавки.
В панели ширина полки П-образной формы выдавки может быть выполнена меньше половины ширины срединной части панели, при этом высота боковой стенки этой выдавки со стороны впадины выполнена больше высоты отогнутого края срединной части со стороны впадины. Или в панели ширина полки П-образной формы выдавки может быть выполнена больше половины ширины срединной части панели, при этом высота боковой стенки этой выдавки со стороны впадины выполнена меньше высоты отогнутого края срединной части со стороны впадины.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не является единственно возможными, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - уровень техники - профиль длинномерной фасадной панели из алюминийсодержащего материала;
фиг. 2 - профиль фасадной панели по первому примеру исполнения;
фиг. 3 - профиль фасадной панели по второму 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 6ххх 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 долины, 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, 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 по двум боковым сторонам (фиг. 2 и 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, отогнутые от срединной части 1, используются в качестве элементов соединения панелей в облицовке при формировании общей облицовочной поверхности.
С одной боковой стороны отогнутый край 2 содержит первый плоский участок 3, перпендикулярный поверхности лицевой стороны пластины (этот участок отогнут в направлении от лицевой стороны панели), от которого отходит второй плоский участок 4, перпендикулярный первому. Этот плоский участок образует выступ для ввода его во впадину смежно располагаемой с этого края панели. Этот плоский участок 4 отогнут в сторону от первого участка 3 и по своему расположению используется в качестве выступа.
С другой боковой стороны отогнутый край 2 содержит первый плоский участок 5, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины срединной части 1 (этот участок отогнут в направлении от лицевой стороны панели). От него отходит изогнутый участок 6, образующий впадину 7 для выступа другой смежно располагаемой панели. Таким образом, на краях 2 длинномерной панели по всей ее длине сформированы выступ (на одном крае 2) и впадина (на другом крае 2), используемые для стыкования фасадных панелей при организации облицовки.
Пластина срединной части 1 выполнена с выступом по всей длине пластины в виде выдавленной на лицевую сторону панели П-образной формы выдавки 8, в которой длина полки 9 между ее боковыми стенками выполнена больше высоты ее боковых стенок.
Особенностью заявленного решения является то, что одна боковая стенка П-образной формы выдавки 8 является первым плоским участком 3 отогнутого края 2 срединной части 1, со стороны которого образован выступ (участок 4) для соединения со смежно располагаемой панелью. Таким образом, плоский участок 3 отогнутого края 2 со стороны выступа, по сути, является боковой стенкой выдавки 8.
Другая боковая стенка 10 П-образной формы выполнена высотой, меньшей высоты первого плоского участка 3 отогнутого края со стороны выступа и соединена с другим отогнутым краем срединной части, который образует впадину 7, через плоский участок 11, наружная поверхность которого параллельна наружной поверхности полки 9 выдавки 8.
Изменение схемы расположения выдавки П-образной формы позволило существенно повысить изгибную прочность панели. В данном случае, способность сопртотиволеничя изгибу модно рассматривать как способность тела выйти из состояния покоя, при котором оно сохраняет равновесную устойчивую форму. В физике способность тел сохранять состояние покоя или движения в отсутствие действия внешних сил называется инерцией тела. Как пример, можно указать, что чем больше масса, тем большее внешнее воздействие необходимо, чтобы изменить состояние равновесного положения в сторону изменения формы или изменения движения. Характеризуется моментом инерции - мера инертности во вращательном движении вокруг оси, подобно тому, как масса тела является мерой его инертности в поступательном движении. Характеризуется распределением масс в теле: момент инерции равен сумме произведений элементарных масс на квадрат их расстояний до базового множества (точки, прямой или плоскости).
3
3
Для 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, что она из сторон выдавки. имеющей форму прямоугольника, по сути равна высоте самой панели (это участок 3, являющийся и краем срединной части и стороной выдавки). Это указывает, что заявленная фасадная панель как длинномерное плоское тонкостенное изделие если и будет винтообразно изгибаться, то это будет в диапазоне небольших изгибов и без практически без потери формы.
а
b
c
Конструктивно выдавка представляет собой открытый короб, деформация которого, то есть прочность (жесткость) на изгиб (FS) определяют по формуле Мак-Ки (на основе классической теории изгиба тонких пластин, которая представляет собой классический подход к оценке поведения исходных материалов в механике при прогнозировании сопротивления изгибу (жесткости). Сопротивление коробки сжатию = К×ЕСТ×FS×D, где D - периметр коробки; FS - жесткость материала на изгиб; ЕСТ - сопротивление материала торцевому сжатию, K, a, b и c - эмпирические коэффициенты. Эта жесткость так же определяется моментом инерции материала.
При этом, учитывая структуру формулы Мак-Ки существенным является общая периметра открытого короба. В заявленном решении участок 3, который является боковой стороной выдавки, всегда больше любых других вариантов исполнения (как, например, в прототипе), так как равен, по сути, общей толщине панели. Но при этом для сохранения прочностных качеств панели необходимо поддерживать длину периметра выдавки на максимальной в заданных размерах панели. Здесь возможны два крайних случая выполнения выдавки. Согласно первого примера исполнения (первый случай) ширина полки П-образной формы выдавки выполнена больше половины ширины срединной части панели, при этом высота боковой стенки этой выдавки со стороны впадины выполнена меньше высоты отогнутого края срединной части со стороны впадины (фиг. 2). Согласно второго примера исполнения (второй случай) ширина полки П-образной формы выдавки может быть выполнена меньше половины ширины срединной части панели, при этом высота боковой стенки этой выдавки со стороны впадины выполнена больше высоты отогнутого края срединной части со стороны впадины (фиг. 3).
Заявленная конструкция фасадной панели по сравнению с прототипом обладает упрощенной конструкцией, технологически удобной при изготовлении методом порошковой металлургии из алюминийсодержащего сплава, и обладает достаточным сопротивлением как продольному изгибу, так и винтовому изгибу, что позволяет эту фасадную панель одному монтажнику поднимать без потери формы и ставить ее на посадочное место.