СТЕНОВАЯ КАРКАСНАЯ ПАНЕЛЬ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к стеновым каркасным панелям малоэтажных сборных, преимущественно жилых и административных, зданий, в том числе возводимых в короткие сроки.
2
Основными критериями при создании стеновых панелей и выборе материалов для них являются высокие прочность и жесткость, эксплуатационные, тепло- и звукоизоляционные свойства, удельная (на 1 м) масса и размеры, ресурс, пожаробезопасность, экологическая безопасность, паропроницаемость, способ и технология изготовления, время и трудоемкость монтажа, стоимости изготовления панели и ее монтажа.
В качестве аналога полезной модели выбрана стеновая каркасная панель в виде прямоугольной рамы с вертикальными стойками и горизонтальными связями, а также внутренней и внешней обшивками, между которыми расположен тепло- и звукоизоляционный материал полистиролбетон [«Рядовая, угловая и промежуточная стеновые панели сборного малоэтажного здания и стеновое ограждение этого здания», патент на полезную модель RU №79590, кл. МПК 7 Е04С 2/00, приоритет 27.06.2008 г.,].
Указанная стеновая каркасная панель характеризуется небольшой стоимостью, хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, промышленной технологией изготовления каркаса панели, простотой и малой стоимостью монтажа каркаса панели.
Основные недостатки этой панели заключаются в следующем.
Рама каркаса панели, горизонтальные связи, вертикальные стойки изготовлены из деревянных брусьев, т.е. из горючего и непрочного материала, что делает панель пожароопасной, не обеспечивает ее высоких жесткости и прочности. Ресурс такой панели ограничен и определяется долговечностью деревянных брусьев.
Внешняя обшивка панели выполнена из листов асбестоцементного материала, что приводит к повышенной массе панели.
Завершение комплектации панели осуществляется путем установки внешней обшивки панели после монтажа всех каркасов панелей по периметру стены здания. Такая технология создания стеновой панели требует дополнительных и в основном ручных операций, что усложняет процесс строительства стен и увеличивает его время и стоимость.
Использование листов полистиролбетона в качестве тепло- и звукоизоляционного материала создает пониженную паропроницаемость панели, что может привести к «парниковому» эффекту помещений.
В случае пожара или при локальном повышении температуры стен в помещении, полистирол, несмотря на его замоноличивание в бетоне, выделяет в паровой фазе токсичные вещества (стирол, бензол, ацетон, фенол и др.), что является экологически опасным.
Названные недостатки панели по аналогу устраняются в стеновой каркасной панели SPANSTM (Simplex Panel System), разработанной предприятием ООО SPANS Simplex Group для энергосберегающих домов [«Ограждающая конструкция Simplex Panel System (стеновые и межкомнатные панели с ТЕХФОМом) для энергосберегающих домов» (ООО SPANS Simplex Group, г. Челябинск), Сайт www.simplex-system.com/spans-technology, дата обращения 08.02.2016 г.].
Название и свойства материала ТЕХФОМ приведены на сайте http://tehfom.com (дата обращения 16.02.2016 г.).
Этот тип стеновой каркасной панели выбран в качестве прототипа.
Стеновая панель по прототипу содержит каркас из перфорированных профилей из оцинкованной стали, включающий прямоугольную раму с горизонтальными связями, образующими и внутренними вертикальными стойками, а также закрепленные на каркасе внутреннюю и внешнюю обшивки.
Между обшивками расположен негорючий тепло- и звукоизоляционный материал ТЕХФОМ.
Данная конструкция панели имеет улучшенные по сравнению с аналогом такие важные характеристики, как прочность и жесткость конструкции из перфорированных профилей из оцинкованной стали, эксплуатационные, тепло- и звукоизоляционные свойства, ресурс, пожаробезопасность, экологическая безопасность, паропроницаемость, промышленная технология изготовления каркаса. Тем самым такая конструкция в значительной мере удовлетворяет требованиям к стеновым панелям.
Однако указанная панель, выбранная в качестве прототипа, имеет ряд существенных недостатков.
3
Стеновая каркасная панель обладает повышенной массой, что обусловлено применением в качестве внутренней обшивки панели тяжелой (плотность - 1100 кг/м) и толстой (толщина 80 мм) пазогребневой гипсовой плиты.
Тепло- и звукоизоляция панели уменьшаются из-за обрамления тепло- и звукоизоляционного материала рустами, выступающими за наружную плоскость каркаса.
Использование в конструкции панели элементов из нержавеющей стали приводит к увеличению ее стоимости.
Конструкция панели, промышленная технология изготовления только полуфабриката панели в виде ее каркаса и технология ее монтажа приводят к увеличению времени, трудоемкости и стоимости установки панели. Это обусловлено необходимостью установки сначала каркасов панелей по всему периметру стены здания и только затем «ручная» комлектация панели до законченного состояния, включающая крепление «по месту» тяжелой внутренней и внешней обшивок, а также навесного вентилируемого фасада.
Следовательно, возведение стен здания с использованием описанной выше панели и технологии ее установки нельзя считать сборочным строительством.
Стеновая панель по полезной модели устраняет значительную часть недостатков панели по прототипу.
2
Техническим результатом, достигаемым в полезной модели, является повышение жесткости и прочности панели, позволяющих использовать ее в качестве несущей конструкции стены здания, уменьшение ее материалоемкости и удельной (на 1 м) массы, повышение степени пожаробезопасности при высоком уровне экологичности, улучшение паропроницаемости, повышение теплоизоляции. Панель изготавливается в виде готового к установке изделия по высокопроизводительной технологии, обеспечивающей уменьшение времени, энергозатрат и стоимости. Названные выше преимущества и особенности конструкции панели по полезной модели обеспечивают привлекательный для малоэтажного сборного домостроения показатель «цена-качество».
Указанный технический результат достигается тем, что в стеновой каркасной панели по полезной модели, содержащей каркас из перфорированных профилей оцинкованной стали, включающий прямоугольную раму с горизонтальными связями, образующими и внутренними вертикальными стойками, а также закрепленные на каркасе внутреннюю и внешнюю обшивки, между которыми расположен слой тепло- и звукоизоляционного материала, рама каркаса выполнена толщиной 100-350 мм, длиной 600-6000 мм и высотой 300-3000 мм, профили рамы выполнены толщиной 1.5-2.5 мм. Горизонтальные связи рамы каркаса выполнены из П-образного профиля, вертикальные образующие стойки рамы каркаса выполнены из Z-образного профиля, а внутренние вертикальные стойки выполнены из С-образного профиля. Между вертикальными стойками и горизонтальными связами установлены диагональные связи, выполненные из оцинкованной стальной полосы шириной 25-35 мм и толщиной 1.0-1.5 мм. На внутренних поверхностях профилей образующих вертикальных стоек рамы с шагом 300-600 мм по высоте установлены закладные пластины с гайками. Внутренняя обшивка панели выполнена в виде слоя листов огне- и влагостойкого материала, внешняя обшивка панели выполнена из слоя листов влагостойкого гипсо-волокнистого материала толщиной 6-12 мм, при этом между тепло- и звукоизоляционным слоем и внешней обшивкой расположена паропроницаемая диффузионная пленка.
Слой тепло- и звукоизоляционного материала может быть выполнен из негорючих материалов, таких как ТЕХФОМ, многокомпонентное гранулированное пеностекло, пеностеклобетон, пенобетон, газобетон.
Внутренняя обшивка панели может быть выполнена в виде слоя листов гипсо-картонного материала толщиной 6-12 мм или слоя негорючих стекломагнизитовых листов 3-15 мм.
Внешняя обшивка панели может быть дополнена вторым слоем листов огне- и влагостойкого гипсо-волокнистого материала толщиной 6-12 мм, расположенных в шахматном порядке по отношению к листам первого слоя.
Наружная поверхность гипсо-волокнистого слоя внешней обшивки панели может быть покрыта слоем влагостойкой и термостойкой штукатурки толщиной 3-10 мм, которая окрашена влагостойкой краской.
Повышение жесткости и прочности панели достигается за счет выбора оптимальных размеров рамы и ее профилей из указанных выше диапазонов в зависимости от требований текущего проекта по результатам проектных расчетов.
Проектными расчетами определяются также формы и размеры профилей для образующих и внутренних вертикальных стоек и горизонтальных связей, обеспечивающих необходимые по проекту прочность и жесткость панели. Этой же цели служит установка диагональных связей, выполненных из оцинкованной стальной полосы шириной 25-35 мм и толщиной 10-15 мм. При этом выбор конкретных значений определяется расчетным путем в соответствии с требованиями текущего проекта.
3
3
Уменьшение материалоемкости панели и удельной массы панели обеспечиваются применением в качестве внутренней обшивки панели относительно тонких (до 12 мм) и легких листов материала (плотность ≈700 кг/м), а в качестве внешней обшивки - тонких (до 12 мм) листов из гипсо-волокнистого материала (плотность ≈1200 кг/м).
Повышение степени пожаробезопасности панели достигается за счет применения негорючих тепло- и звукоизоляционных материалов, таких как пеностекло, пеностеклобетон, пенобетон, газобетон, ТЕХФОМ, а также внутренней обшивки панели из негорючих стекломагнезитовых листов или огнестойких гипсо-картонных листов.
Улучшение паропроницаемости панели достигается за счет установки паропроницаемой диффузионной пленки между слоем тепло- и звукоизоляционного материала и слоем листов внешней обшивки панели.
Повышение теплоизоляции панели обусловлено отсутствием в ее конструкции металлических элементов, выступающих за пределы каркаса и создающих «мостики холода».
Высокопроизводительная и энергосберегающая технология изготовления панели в виде готового изделия достигается за счет ее изготовления в промышленных условиях с применением отработанных и экономичных способов гибки профилей, роботизированной электросварки каркаса, изготовления и заливки тепло- и звукоизоляционных материалов, установки внешней и внутренней обшивок.
Уменьшение количества и времени ручных операций при монтаже панели достигается за счет ее установки в виде готового изделия и крепления ее к несущим элементам каркаса здания с помощью болтовых соединений с гайками на закладных пластинах, расположенных на внутренних поверхностях профилей образующих вертикальных стоек рамы.
Указанные выше отличительные признаки панели по полезной модели обеспечивают привлекательные технико-экономические характеристики, оптимальный показатель «цена/качество» и делают ее перспективной для применения в строительстве сборных малоэтажных зданий.
Конструкция стеновой каркасной панели по полезной модели показана на фиг. 1-3, где фиг. 1 - каркас панели из перфорированных профилей различной формы из оцинкованной стали, фиг. 2 - структура стеновой панели, фиг. 3 - узел крепления панели к несущему элементу каркаса здания.
На указанных фигурах:
1 - каркас стеновой панели;
2 - прямоугольная рама каркаса;
3 - горизонтальные связи рамы каркаса;
4 - вертикальные образующие стойки рамы каркаса;
5 - внутренние вертикальные стойки рамы каркаса;
6 - диагональные связи рамы каркаса;
7 - слой тепло- и звукоизоляционного материала;
8 - закладная пластина с гайкой;
9 - внутренняя обшивка каркасной панели;
10 - паропроницаемая диффузионная пленка;
11 - внешняя обшивка каркасной панели;
12 - несущий элемент каркаса здания;
13 - закладная пластина с гайкой для болтового соединения рамы каркаса панели с несущим элементом каркаса здания.
Стеновая каркасная панель состоит из каркаса 1 (фиг. 1) в виде перфорированных профилей из оцинкованной стали. Каркас включает прямоугольную раму 2 с горизонтальными связями 3 из П-образного профиля, вертикальными образующими 4 из Z-образного профиля и внутренними вертикальными стойками 5 из С-образного профиля. Между вертикальными стойками и горизонтальными связями установлены диагональные связи 6, выполненные из оцинкованной стальной полосы шириной 25-35 мм и толщиной 1.0-1.5 мм.
Слой тепло- и звукоизоляционного материала 7 (фиг. 2) заполняет заподлицо полости каркаса панели. В качестве тепло- и звукоизоляционного материала могут использоваться ТЕХФОМ или более прочные и дешевые многокомпонентное пеностекло, пеностеклобетон, пенобетон, газобетон.
На внутренних поверхностях Z-образных профилей вертикальных образующих стоек 4 рамы 2 каркаса 1 (фиг. 1) с шагом 300-600 мм по высоте установлены закладные пластины с гайками 8 (фиг. 2).
К внутренней, т.е. в сторону помещений здания, поверхности каркаса 1 панели крепится внутренняя обшивка 9 (фиг. 2), которая выполнена из слоя огне- и водостойкого гипсо-картонного материала толщиной 6-12 мм. Для увеличения степени пожаробезопасности внутренняя обшивка панели может быть выполнена в виде слоя негорючих (до 1200 C) стекломагнезитовых листов толщиной 3-15 мм.
На тепло- и звукоизоляционный слой 7 (фиг. 2) накладывается паропроницаемая диффузионная пленка 10 (фиг. 2), которая предотвращает накопление влаги в объеме панели и исключает возникновение «парникового» эффекта в помещениях здания.
К паропроницаемой диффузионной пленке примыкает и крепится к каркасу внешняя обшивка 11 (фиг. 2) панели из слоя листов влагостойкого гипсо-волокнистого материала толщиной 6-12 мм. Для увеличения ресурса и влагостойкости панели этот слой может быть дополнен вторым слоем листов влагостойкого гипсо-волокнистого материала толщиной 6-12 мм, расположенных в шахматном порядке по отношению к листам первого слоя.
Для названных выше целей, а также для последующего декорирования стены здания, наружная поверхность внешней обшивки панели покрыта слоем влаго- и термостойкой штукатурки толщиной 3-10 мм, на которую наносится слой влагостойкой краски требуемого цвета.
Стеновая каркасная панель крепится к несущим элементам 12 (фиг. 3) каркаса здания с помощью болтовых соединений 13 (фиг. 3).
Расположение вертикальных стоек 4, 5 и горизонтальных связей 3 рамы 2 каркаса 1 (фиг. 1), размеры и толщины их С-, П- и Z-профилей и диагональных связей 6, толщины слоев тепло- и звукоизоляционного материала 7 (фиг. 2), внешней 8 и внутренней 9 (фиг. 2) обшивок и другие параметры панели рассчитываются в зависимости от статических и динамических нагрузок на стены здания, условий окружающей среды и эксплуатации, размера панели и в соответствии со строительными нормами и правилами для каждого конкретного проекта.
Расчеты и эксперименты на крупномасштабных моделях панели показали, что указанные в описании профили элементов каркаса, диапазон их размеров и толщины слоев тепло- и звукоизоляционного материала, внешней и внутренней обшивок обеспечивают необходимые характеристики стеновой панели и соответствуют требованиям строительных норм и правил к стеновым панелям одно- и двухэтажных быстровозводимых зданий бытового и (или) административного назначений.
Так, для двухэтажного каркасного здания для средней полосы РФ размером 11 м × 9 м в плане для стеновой каркасной панели размером 4 м × 2.8 м размеры профилей составляют: для С-профиля - 150 мм × 60 мм при толщине стали 2.0 мм, для П-образного - 150 мм × 60 мм при толщине 1.5 мм, для Z-образного - 60 мм × 150 мм × 60 мм при толщине 2.0 мм, ширина и толщина диагональных связей 30 мм и 1.5 мм соответственно. Толщина слоя тепло- и звукоизоляционного материала ТЕХФОМ составляет 150 мм.
Таким образом, устройство по полезной модели позволяет повысить жесткость и прочность панели и тем самым использовать ее в качестве несущей конструкции стены здания, уменьшить ее материалоемкость и удельную массу, повысить степень пожаробезопасности при высоком уровне экологичности, улучшить паропроницаемость, повысить тепло- и звукоизоляционные свойства, использовать высокопроизводительную промышленную технологию изготовления панели в виде готового к установке изделия, уменьшить время и энергозатраты на изготовление панели, сократить количество и время ручных операций при монтаже и удельную стоимость изготовления и монтажа.
Указанные преимущества стеновой каркасной панели обеспечивают привлекательный для малоэтажного сборного домостроения показатель «цена-качество».