ТРЕХСЛОЙНАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ПАНЕЛЬ
THREE-LAYER REINFORCED CONCRETE PANEL

Известна трехслойная железобетонная панель (см., например, «Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений». Серия 1.232.1-7. «Сборные легкобетонные панели наружных стен трехслойные на сжестких связях для общественных многоэтажных каркасных зданий». Выпуск 1-1 «Панели трехслойные из легкого бетона на жестких связях с эффективным утеплителем». Рабочие чертежи, часть 1. Утверждены Госгражданстроем СССР, приказ от 17.07.85 №209, введены в действие с 01.09.85), включающая наружный и внутренний железобетонные слои и средний теплоизоляционный слой. Наружный и внутренний железобетонные слои соединены между собой жесткими связями, выполненными в виде армированных бетонных ребер (шпонок), проходящих через теплоизоляционный слой, и армированных бетонных ребер, размещенных по всему периметру панели. Последние не только выполняют роль жесткой связи между наружным и внутренним железобетонными слоями, но и герметизируют пространство между ними, обеспечивая защиту теплоизоляционного слоя от внешних механических и атмосферных воздействий в процессе хранения, транспортировки и монтажа панели. Все железобетонные элементы панели выполнены из легкого бетона на пористых заполнителях.
Недостатком является то, что армированные бетонные ребра, размещенные по периметру панели, имеют толщину 45-50 мм по длинным сторонам панели и 80 мм по коротким сторонам. Такая толщина этих ребер обусловлена тем, что они выполняют роль жестких связей между наружным и внутренним железобетонными слоями панели, одновременно герметизируя пространство между ними. Но, с другой стороны, армированные бетонные ребра указанной толщины представляют собой дополнительные “Мостики холода” и снижают теплотехнические свойства трехслойной железобетонной панели на 50% и больше (в зависимости от размера панели).
Известна трехслойная железобетонная панель (см. патент РФ №2274714, МПК E04C 2/00. Опубл. 20.04.2006), включающая теплоизоляционный слой, наружный и внутренний железобетонные слои, связанные между собой жесткими связями, выполненные в виде армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой и армированные бетонные ребра, размещенные по периметру панели, дополнительно снабжена, по меньшей мере, двумя армированными бетонными шпонками, которые размещены на противоположных торцах панели, а армированные бетонные ребра в сечении, параллельном слоям панели, имеют площадь, определяемую из соотношения площади панели, толщины ее среднего слоя, коэффициентов теплопроводности материалов ребер, слоев панели, арматуры и утеплителя, а также требуемого сопротивления теплопередачи.
Недостатком является снижение теплотехнических свойств трехслойной железобетонной панели особенно в осенне-зимний и зимне-весенний периоды эксплуатации, обусловленные различными периодическими в течение суток колебаниями температуры окружающей среды, что приводит к дополнительным тепловым потерям через армированные бетонные шпонки, проходящие как через теплоизоляционный слой, так и размещенные на торцах панели.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание теплотехнических свойств трехслойной железобетонной панели в изменяющихся погодных условиях эксплуатации.
Технический результат по обеспечению надежности теплотехнических свойств конструкции при эксплуатации достигается тем, что трехслойная железобетонная панель, включающая теплоизоляционный слой, наружный и внутренний железобетонные слои, связанные между собой жесткими связями, выполненные в виде армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой и армированные бетонные ребра, размещенные по периметру панели, дополнительно снабжена, по меньшей мере, двумя армированными бетонными шпонками, которые размещены на противоположных торцах панели, а армированные бетонные ребра в сечении, параллельном слоям панели, имеют площадь, определяемую из соотношения площади панели, толщины ее среднего слоя, коэффициентов теплопроводности материалов ребер, слоев панели, арматуры и утеплителя, а также требуемого сопротивления теплопередачи, при этом коэффициент теплопроводности материала армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой в 2,5-3 раза превышает коэффициент теплопдоводности материала армированных бетонных шпонок, размещенных на противоположных торцах панели.
На фиг.1 изображен общий вид трехслойной железобетонной панели с частичными разрезами, на фиг.2 - распределение температурных и тепловых полей в зонах контакта шпонок как в торце панели, так и в теплоизоляционном слое панели.
Трехслойная железобетонная панель включает наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои и средний теплоизоляционный слой 3. Наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои связаны жесткими связями, выполненными в виде армированных бетонных шпонок 4, проходящих через теплоизоляционный слой 3, и армированных бетонных шпонок 5, которые размещены на противоположных торцах панели. Общее количество армированных бетонных шпонок 4 и 5 определяют расчетным путем, при этом количество шпонок 5 должно быть не менее двух. Наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои также связаны армированными бетонными ребрами 6, которые размещены по всему периметру панели и герметизируют пространство между слоями 1 и 2, тем самым обеспечивая защиту теплоизоляционного слоя 3 от механических повреждений и атмосферного воздействия во время хранения, транспортировки и монтажа панели. При этом материал армированных бетонных шпонок 4, проходящих через теплоизоляционный слой 3 имеет коэффициент теплопроводности в 2,5-3 раза, превышающий коэффициент теплопроводности армированных бетонных шпонок 5, размещенных на противоположных торцах панели.
Теплотехнические свойства предлагаемой железобетонной панели по изобретению в условиях эксплуатации при изменяющихся погодных условиях эксплуатации проявляются следующим образом. При отрицательных температурах окружающей среды армированные бетонные ребра определенной толщины представляют собой дополнительные «Мостики холода», а устранение данного явления путем уменьшения толщин армированных бетонных ребер по периметру панели (по прототипу) конечно снижает теплопотери, но не всегда оправдано по прочности параметрам конструкции.
pac
Выполнение армированных бетонных шпонок, размещенных на противоположных торцах панели из материала с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3 раза меньшим, чем коэффициент теплопроводности материала армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой, приводит к местному перераспределению температурных и тепловых полей в местах контакта бетонных шпонок с основным материалом трехслойной панели. Температурное поле внешней окружающей среды с минусовой температурой воздействует на армированную бетонную шпонку на торце панели и температурное поле внутренней с минусовой температурой окружающей среды (например, расположение панели как перекрытия здания) с градиентом температур различной (до трехкратной) интенсивности, обусловленной теплопроводностью соответствующих материалов. В результате в месте контакта (фиг.1) для торца панели, где возможно появление «Мостиков холода», образуется температурно-тепловой пограничный слой (см., например, стр.68-77 Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981, - 416 с. ил.), обусловленный встречным направлением градиентов температур (grad t) внешней окружающей среды и теплового потока рассеивания (g), определяющих тепловые потери панели от внутренней окружающей среды, например тепла помещения при использовании панели в качестве перекрытия здания. При этом толщина температурно-теплового пограничного слоя увеличивается при периодическом в течение суток разном изменении температуры воздуха окружающей среды от минусовых до нулевых и даже плюсовых. В то же время в месте контакта армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой, также образуется температурно-тепловой пограничный слой, обеспечивающий рассеивание теплового потока, определяющего тепловые потери как по внешнему и внутреннему железобетонному слою, так и теплоизоляционному слою, но со значением температурных градиентов до трехкратно меньшим, чем для наружных условий.
В результате наличия местных зон (армирование бетонных шпонок на торцах панели и в теплоизоляционном слое) перераспределение температурных и тепловых полей обеспечивает повышение теплотехнических свойств трехслойной железобетонной панели в целом.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что трехслойная железобетонная панель конструктивно выполнена с армированными бетонными шпонками с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3 раза меньшим, чем коэффициент теплопроводности материала армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой. В результате по площади и объему трехслойной железобетонной панели возникают температурно-тепловые погрешности слоя в местах контакта шпонок, обеспечивая увеличение термодинамического сопротивления, что в конечном итоге и снижает тепловые потери, т.е. улучшает теплотехнические свойства панели.