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 и формы тонколистовой фасадной панели повышенной длины при уменьшении ее общей высоты.
Указанный технический результат достигается тем, что в тонкостенной фасадной панели, выполненной из алюминий содержащего сплава, содержащей срединную часть в виде пластины с плоской лицевой поверхностью, выполненной с отогнутыми по ее длине в направлении от лицевой поверхности к тыльной поверхности 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 имеющий на свободном крае выступ, используемый 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 изогаутый участок, образующий впадину, направленную в сторону первой боковой стороны и используемую для ввода выступа другой смежно располагаемой панели, второй плоский участок, имеющий на свободном крае выступ, в месте соединения с первым плоским участком выполнен с выступом в виде продолжения второго плоского участка, направленного в сторону другой боковой стороны и расположенного между первыми плоскими участками обеих боковых сторон, высота выступа выполнена не менее ширины впадины, ширина которой по длине пластины выполнена больше толщины пластины и равной ширине выемки между тыльной поверхностью пластины и стенкой выемки, при этом расстояние от лицевой поверхности пластины до второго плоского участка со стороны впадины выполнено больше расстояния от лицевой поверхности пластины до второго плоского участка со стороны выступа на толщину пластины, а глубина впадины выполнена не менее половины длины второго плоского участка, имеющего выступ.
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;
фиг. 2 - стыкование панелей по фиг. 1.
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 алюминий содержащего материала содержит срединную часть в виде плоской пластины 1 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).
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 пластины 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 4, перпендикулярный поверхности лицевой стороны пластины (этот участок отогнут в направлении от лицевой стороны панели), от которого отходит второй плоский участок 5, перпендикулярный первому. Этот плоский участок на свободном крае выполнен с выступом 6, который используется для ввода его во впадину смежно располагаемой с этого края панели. Второй плоский участок 5, отогнутый в сторону от первого участка 4, по своему расположению используется в качестве элемента позиционирования стыкуемых панелей между собой, как это показано на фиг. 2.
Этот второй плоский участок 5, имеющий на свободном крае выступ 6, в месте соединения с первым плоским участком 4 выполнен с выступом 7 в виде продолжения второго плоского участка 5 по его длине, направленного в сторону другой боковой стороны 3 и расположенного между первыми плоскими участками обеих боковых сторон.
С другой боковой стороны отогнутый край 3 содержит первый плоский участок 8, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины 1 (этот участок отогнут в направлении от лицевой стороны панели). От него отходит второй плоский участок 9, перпендикулярный первому с направлением, противоположным направлению участка 5 на крае 2. В месте перехода участка 8 в участок 9 имеется изогнутый участок, образующий впадину 10 для выступа другой смежно располагаемой при стыковании панели.
Таким образом, на краях 2 и 3 длинномерной панели по всей ее длине сформированы выступ (на одном крае 2) и впадина (на другом крае 3), используемые для стыкования фасадных панелей при организации облицовки.
Особенностью заявленного решения является то, что высота выступа 6 выполнена не менее ширины впадины 10, ширина которой по длине пластины 1 выполнена больше толщины пластины 1 и равной ширине выемки 11 между тыльной поверхностью пластины 1 и близлежащей стенкой выемки 10. Кроме того, в заявленной панели расстояние от лицевой поверхности пластины 1 до второго плоского участка 9 со стороны впадины выполнено больше расстояния от лицевой поверхности пластины 1 до второго плоского участка 5 со стороны выступа 6 на толщину пластины, а глубина впадины 10 выполнена не менее половины длины второго плоского участка 5, включая его выступ.
Эти условия позволяют получить уплощенный вариант панели, то есть панель с небольшой высотой. Известно, что при уменьшении высоты (толщины) тонкостенной панели резко уменьшается ее сопротивление таким деформациям как продольному изгибу и кручению. В рамках настоящей полезной модели повышение сопротивление конструктивно достигнуто за счет применения следующих технических приемов.
Наличие на свободно конце второго участка 5 выступа 6 приводит к тому, что сформирован силовой угол, препятствующий деформации этого участка в продольном направлении (вдоль длины панели). При этом в сочетании с первым участком 4 так же образован силовой угол. В итоге на краю 2 сформирована ступенчатая конструкция, являющаяся опорой для пластины 1, препятствующей ее деформации в продольном направлении (изгиб). Выполнение выступа направленным в сторону пластины 1 позволяет из силовой конструкции сформировать незаконченный П-образный профиль на краю 2, в котором силы продольного изгиба не реализуются в плоскостях выступа и первого участка 4. Снабжение второго участка 5 выступом 7 позволяет на месте сопряжения СП первыми участком 4 получить Т-образный элемент с высоким сопротивлением деформациям как продольным, так и изгибным. Используемые конструктивные особенности обеспечили усиление сопротивления края 2, препятствующее изменению формы панели при переноске и складировании.
На стороне края 3 зигзагообразной формы контур перехода участка 8 в участок 9 формирует усиленное ребро жесткости, препятствующее деформациям пластины с этого края 3. Выбор условий:
- высота выступа 6 выполнена не менее ширины впадины 10, ширина которой по длине пластины 1 выполнена больше толщины пластины 1 и равной ширине выемки 11 между тыльной поверхностью пластины 1 и близлежащей стенкой выемки 10%
- расстояние от лицевой поверхности пластины 1 до второго плоского участка 9 со стороны впадины выполнено больше расстояния от лицевой поверхности пластины 1 до второго плоского участка 5 со стороны выступа 6 на толщину пластины;
- глубина впадины 10 выполнена не менее половины длины второго плоского участка 5, включая его выступ,
Позволяет оптимизировать размеры панели и расход материала на изготовление панели с сохранением высокого сопротивления деформациям и сохранения формы панели.
Данные особенности позволили существенно повысить изгибную прочность панели. В данном случае, способность сопротивления изгибу можно 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).
Для прямоугольных форм осевой момент инерции равен  (относительно продольной оси) или  (относительно поперечной оси), где b - длина стороны прямоугольника, h - высота прямоугольника. Указанные условия позволяют привести к равенству моменты инерции на краях панели. 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.
Заявленная конструкция фасадной панели по сравнению с прототипом обладает достаточным сопротивлением как продольному изгибу, так и винтовому изгибу, при том, что панель выполнена уплощенной, что позволяет эту фасадную панель одному монтажнику поднимать без потери формы и ставить ее на посадочное место.