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, содержащая срединную часть в виде пластины с плоской лицевой поверхностью 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 в срединной части выполнена с выступом с тыльной стороны с двумя выступами, протянутыми параллельно друг другу по длине панели и которые расположены на расстоянии друг от друга и от отогнутых от центральной части участков краев (см. «Алюминиевая панель RWP 250Н» в разделе «Алюминиевые фасадные конструкции» на сайте «AFK LEADER» компании ООО «АФК Лидер», представленный в сети Интернет по адресу: https://afkleader.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 2 мм. При таких габаритных размерах панель представляет собой конструкцию, которая легко прогибается по длине под собственными весом и скручивается при приложении нагрузки к одному краю. Для уменьшения прогиба по длине на тыльной стороне параллельно расположенные выступы выполняют функцию ребер жесткости. Сопротивление прогибу от применения таких выступов тем больше, чем больше высота ребер, но в известном решении высота ребер незначительная и практически равна толщине пластины в ее центральной части. При таком исполнении ребра проявляют эффект сопротивления прогибу тем больший. Чем меньше длина пластины. Для длинномерных панелей такие ребра не оказывают ощутимого эффекта.
Усиление сопротивления прогибу так же поддерживается отогнутыми краевыми частями пластины, так как отогнутая часть проявляет свойство ребра жесткости за счет перевода вектора деформирующей нагрузки в перпендикулярно расположенную плоскость, то есть в плоскость отогнутого края. Для получения ощутимого результата в части повышения сопротивления прогибу (изгиб по длине панели) необходимо, чтобы отогнутые участки (края пластины) были протяженными и чем они длиннее, тем сильнее проявляется эффект сопротивления. Но в известном решении панели эти отогнутые участки имеют незначительную длину (примерно 21 мм при ширине панели 295 мм).
Отогнутые участки панели так же являются элементами сопротивления изгибу, так как известно, что П-образная форма сечения позволяет повысить сопротивление изгибающему моменту. Но этот эффект проявляется ощутимо только тогда, когда эти участки имеют развитую ширину, которая должна быть тем больше, чем длиннее пластина.
В итоге можно прийти к выводу, что имеющиеся в панели средства повышения ее сопротивления прогибу и изгибу недостаточно проработаны для того, чтобы проявлять эффект наличия этого сопротивления. Для длинномерных фасадных панелей (длиной до 7 м) это выражается в том, что при переноске панель закручивается и после этого начинает прогибаться (так как панель теряет прямоугольность формы и перестает сопротивляться 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 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 перпендикулярно ему отходит второй плоский участок, при этом вторые плоские участки параллельны лицевой поверхности, а на одном боковом краю между первым плоским участком и перпендикулярным ему вторым плоским участком в зоне перегиба образована впадина для размещения плоского участка другой смежно располагаемой панели, а пластина в срединной части выполнена с тыльной стороны с двумя выступами, протянутыми параллельно друг другу по длине пластины и которые расположены на расстоянии друг от друга и от отогнутых от срединной части первых плоских участков краев, концевая часть свободного края второго плоского участка, со стороны противоположной размещению впадины, по его длине выполнена с загибом, высота которого выполнена не более ширины впадины и который направлен в сторону лицевой поверхности пластины, при этом высота первого плоского участка до второго плоского участка с одной боковой стороны пластины выполнена меньше высоты первого плоского участка вместе с впадиной до второго плоского участка на другой боковой стороне пластины на величину не менее толщины пластины.
Как вариант исполнения, на концевой части свободного края второго плоского участка, со стороны противоположной размещению впадины, по его длине может быть выполнен выступ, имеющий высоту, равную высоте загиба, и который по длине этой концевой части расположен на расстоянии от загиба и параллельно ему.
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 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 содержит 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.
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 другой боковой стороны отогнутый край содержит первый плоский участок, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины, от которого перпендикулярно ему отходит второй плоский участок.
Вторые плоские участки параллельны лицевой поверхности.
На одном боковом краю между первым плоским участком и перпендикулярным ему вторым плоским участком в зоне перегиба образована впадина для размещения плоского участка другой смежно располагаемой панели.
Пластина в срединной части выполнена с тыльной стороны с двумя выступами, протянутыми параллельно друг другу по длине пластины и которые расположены на расстоянии друг от друга и от отогнутых от срединной части первых плоских участков краев.
Концевая часть свободного края второго плоского участка, со стороны противоположной размещению впадины, по его длине выполнена с загибом, высота которого выполнена не более ширины впадины и который направлен в сторону лицевой поверхности пластины,
Высота первого плоского участка до второго плоского участка с одной боковой стороны пластины выполнена меньше высоты первого плоского участка вместе с впадиной до второго плоского участка на другой боковой стороне пластины на величину не менее толщины пластины.
Ниже рассматривается пример конкретного исполнения полезной модели (фиг. 1-3).
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.
С одного бокового края 2 отогнутая часть 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 5 образует выступ для ввода его во впадину смежно располагаемой с этого края панели. Этот плоский участок 5 отогнут в сторону от первого участка 4 и по своему расположению используется в качестве выступа.
С другого бокового края 3 отогнутая часть содержит первый плоский участок 6, перпендикулярный поверхности лицевой поверхности пластины срединной части 1 (этот участок отогнут в направлении от лицевой стороны панели). От него отходит второй изогнутый участок 7, образующий впадину 8 для выступа другой смежно располагаемой панели. Таким образом, на краях 2 и 3 длинномерной панели по всей ее длине сформированы выступ (на одном краю 2) и впадина 8 (на другом краю 3), используемые для стыкования фасадных панелей при организации облицовки. Впадина 8 образована в зоне перегиба участков 6 и 7 относительно друг друга.
Пластина в срединной части 1 выполнена с тыльной стороны с двумя выступами 9, протянутыми параллельно друг другу по длине пластины и которые расположены на расстоянии друг от друга и от отогнутых от срединной части первых плоских участков 4 и 6 краев 2 и 3, соответственно. Данные выступы используются для уменьшения деформации прогиба панели по ее длине при переноске или складировании.
Вторые плоские участки 5 и 7 направлены в противоположные стороны и расположены параллельно лицевой поверхности пластины. При этом высота первого плоского участка 4 до второго плоского участка 5 с одной бокового края 2 пластины выполнена меньше высоты первого плоского участка 6 вместе с впадиной 8 до второго плоского участка 7 на другом боковом краю 3 пластины на величину не менее толщины пластины. Данная особенность исполнения необходима, чтобы при стыковании панелей участок 5 (одной панели) располагался на поверхности участка 7 (другой панели) с вводом его свободного края во впадину 8. При этом участок 7 является опорой для участка 5 и соответственно для панели, которой принадлежит этот участок 5. Кроме того, расположение участков 5 и 7 у одной панели на разных высотах относительно лицевой поверхности этой же панели используется для повышения сопротивления изгибу панели.
Для решения задачи повышения сопротивления изгибу и прогибу концевая часть свободного края второго плоского участка 5, со стороны противоположной размещению впадины, по его длине выполнена с загибом 10, высота которого выполнена не более ширины впадины 8 и который направлен в сторону лицевой поверхности пластины.
Вторые участки 5 и 7 в прототипе не участвуют в решении задачи повышения изгиб ной жесткости в силу того, что их поверхности лежат в плоскости действия вектора изгибающего момента. Сопротивление изгибному моменту реализуется первыми участками 4 и 6, которые расположены перпендикулярно лицевой поверхности пластины и образуют ребра жесткости. При возникновении изгибного момента вектор этого момента расположен в плоскости лицевой поверхности самой пластины, а на участки 4 и 6 этот момент не действует, так как плоскости их поверхностей расположены вне плоскости действия вектора момента. В связи с этим эти участки (поз. 4 и 6) оказывают сопротивление действующей на них деформации. Но участок 6 вместе с впадиной имеет большую высоту, чем участок 4, что приводит к разнице моментов сопротивления из-за того, что на одном краю момент имеет направление, противоположное направлению момента на другом краю пластины. Эта разница формирует дополнительный крутящий момент, который вносит деформацию в пластину. Чтобы это исключить, необходимо приравнять момент сопротивления, возникающий на боковом краю 2 к моменту сопротивления, реализуемому на боковом краю 3.
В рамках настоящей полезной модели выравнивание осуществляется за счет того, что на концевой части свободного края второго плоского участка 5 по его длине выполняется загиб 10 или изгиб или образуется выступ, предпочтительно направленный в в сторону лицевой части пластины. При таком исполнении второй участок 5 становится усилительным элементом для первого участка 4, так как участок 5 в силу изменения формы приобретает способность сопротивления крутящему моменту, возникающему на стенке участка 4.
Этот эффект сопротивления усиливается, если на концевой части свободного края второго плоского участка 5 по его длине выполняется выступ 11, имеющий высоту, равную высоте загиба 10, и который по длине этой концевой части расположен на расстоянии от загиба и параллельно ему (см. фиг. 3).
В рассматриваемом 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).
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, действующие моменты на первых участках 4 и 6, как на сторонах прямоугольника, выровнены конструктивно не за счет выравнивания высот этих участков. А за счет приданетия 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 без практически без потери формы.
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, что позволяет эту фасадную панель одному монтажнику поднимать без потери формы и ставить ее на посадочное место.