МНОГОСЛОЙНАЯ СТЕНОВАЯ ПАНЕЛЬ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ "ЭФ-ПАНЕЛЬ" (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для сборного строительства общественных и гражданских зданий. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик, повышении прочности, долговечности, надежности и безопасности, особенно сооружений повышенной этажности и (или) эксплуатирующихся в сложных условиях и (или) сейсмически опасных районах.
Известно, что конструктивной особенностью сборных многослойных стеновых панелей является использование для обеспечения несущей способности зданий в основном одного слоя, чаще всего - внутреннего, исполняемого из затвердевшего текучего прочного материала (тяжелый бетон и его аналоги). Наружный слой многослойных стеновых панелей обычно обеспечивает в основном защитные функции и не имеет, как правило, достаточных прочностных характеристик и надежных, прочных связей с внутренним несущим слоем, обеспечивающих их совместную работу. Это приводит к тому, что в ряде случаев не обеспечивается долговечность стеновых панелей, необходимый запас их несущей способности и безопасность при особых нагрузках (сейсмика, неравномерные осадки фундаментов, крен здания и т.п.). Затраты на ремонт и восстановление зданий при этом часто становятся сопоставимыми со стоимостью нового строительства, а не редко, по сути, лишены смысла. Это обстоятельство становится особо актуальным при современной тенденции строительства домов повышенной этажности, необходимости проведения антитеррористических мероприятий и обеспечении повышенной надежности, безопасности и долговечности зданий и сооружений, как это диктуют общемировые тенденции, так как для пользователя очевидна
целесообразность вложения нескольких % в стоимость здания при первоначальном строительстве с целью обеспечения его дальнейшей долговечности и безопасности, в том числе при экстремальных воздействиях. Здания должны долгие десятилетия и даже столетия обеспечивать комфортное и безопасное проживание и работу людей и служить им защитой, а не быть источником бесконечных ремонтов, усилений, беспокойств, страхов и дополнительных затрат для собственника.
В данном изобретении предлагаются варианты конструктивных решений и способы обеспечения совместной работы наружного и внутреннего слоя многослойных стеновых панелей за счет использования эффективного металлического термопрофиля или других профилей, забетонированных или прикрепленных как к наружному, так и к внутреннему рабочим слоям, и одновременно проходящих через слой пористого материала (утеплителя). Совместное использование для обеспечения несущей способности наружного и внутреннего слоя панели позволяет эффективно противодействовать внецетренному сжатию и изгибающей нагрузке за счет более полного включения в работу арматуры и металла, расположенных в этих слоях по аналогии с работой двухветьевой колонны.
При определенных значениях расчетной прочности утеплителя, он может выполнять или дополнять функцию рабочих слоев.
Известно, что особенностью эффективного термопрофиля является то, что его стойки за счет своего конструктивного решения (наличие продольных прорезей) в малой степени являются проводниками тепла и звука и, следовательно, их присутствие в теле пористого материала не значительно отразится на его суммарных тепло- и звукоизоляционных характеристиках.
Таким образом, за счет реализации предлагаемых конструктивных решений эффективно решаются обозначенные выше проблемы и задачи. Технический результат выражается в обеспечении совместной работы наружного и внутреннего слоев и вследствие этого обеспечения высокой
надежности данной конструкции от возможных видов разрушений в соответствии с требованиями современных Российских и зарубежных строительных норм.
Стеновая, многослойная панель повышенной прочности "Эф-панель" включает наружный и (или) внутренний, или только наружный, слои (слой) из затвердевшего текучего прочного материала с размещением или изготовлением между ними или соединением с ними (ним) утеплителя (пористого затвердевшего материала). Слои из затвердевшего текучего прочного материала соединены между собой посредством стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой.
Для зданий, не предназначенных для высотного строительства, возможно исполнение "Эф-панелей" в двухслойном варианте, когда изготавливается только один несущий слой из затвердевшего текучего прочного материала, а стальные, гнутые, перфорированные термопрофили, или металлические балки с перфорированной стенкой, или металлические балки с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлические балки с гофрированной стенкой используются в основном как средство для надежного присоединения утеплителя. В данном случае целесообразно покрывать наружную сторону утеплителя защитным покрытием любого типа.
В качестве утеплителя может использоваться пенобетон, пенопласт, полистирол и (или) их технические долговечные модификации и (или) аналоги, предпочтительно с фибровым наполнением, или другие виды затвердеваемого текучего пористого материала, способные образовывать пористую структуру в процессе твердения при заливке или заполнении в составе конструкции.
Возможно применение комбинированного варианта, заключающегося в том, что плиты утеплителя укладываются между стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой, а затем производится дополнительная заливка образовавшихся в местах стыков пустот утеплителем любого вида, способным обеспечивать необходимое сцепление и заполнение пространства между ранее уложенными плитами утеплителя и стальными, гнутыми термопрофилями и (или) их аналогами.
Наиболее близким по технической сущности к полезной модели является многослойная стеновая панель, принятая за прототип [авторское свидетельство №990997 от 1983.01.23 классиф. (51)5 Е04С 2/46]. Основным признаком аналога, совпадающим с существенными признаками заявленной модели, является наличие пористого материала в ее составе и металлических каркасов, связывающих наружный и внутренний несущие слои.
Недостатками прототипа являются:
- не предусматривается возможность обеспечения совместной работы утеплителя и несущих железобетонных слоев плиты;
- изначальная ориентированность на использование в качестве утеплителя только пенопласта;
- затруднительность обеспечения надежной анкеровки арматуры, связующей внешние бетонные слои, в том числе наличие сварных швов в местах возможного появления конденсата при колебаниях температуры около 0°С, что может отразиться на долговечности сварных стыков и, соответственно, на заданных свойствах данной конструкции;
- пористый утеплитель не сможет противодействовать потере местной устойчивости арматуры, связующей внешние бетонные слои вследствие малой площади их взаимного соприкосновения. Связующая арматура будет
"разрезать" утеплитель, и тогда для обеспечения местной устойчивости будет необходимо существенно увеличивать ее диаметр, что приведет к существенному перерасходу стали и к резкому увеличению потери тепла через мостики холода, созданные увеличенным диаметром данной арматуры и воздушными прослойками около каркасов. Этот фактор станет также препятствием для увеличения толщины панели в тех случаях, когда это необходимо для обеспечения теплотехнических характеристик, так как увеличение расстояния между местами закрепления арматуры приводит к значительному снижению ее местной устойчивости;
- отсутствует изначальная ориентированность на различные конструктивно-технологические варианты создания данных конструкций;
- изначально не предусматривается и технически отсутствует возможность создания одного несущего слоя, работающего совместно с утеплителем;
- невозможно создание предварительно-напряженных конструкций вследствие использования сварных каркасов;
- недостаточное обеспечение совместной работы наружного и внутреннего слоев панели;
- затруднительна индустриализация изготовления панелей и подготовка металлических, связывающих каркасов;
- затруднительно создание однородно армированной конструкции;
- наличие мостиков холода через металл связующих каркасов.
Сущность изобретения выражается следующими признаками:
1. Обеспечение совместной работы наружного и внутреннего слоя, исполняемых из затвердевшего текучего прочного материала при помощи стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и ребрами жесткости или металлических балок с гофрированной стенкой при одновременном обеспечении тепло- и звукоизоляционных
характеристик за счет включения в состав панели пористого, затвердевшего материала любого типа (утеплителя).
2. Обеспечение совместной работы пористого материала (утеплителя) и более прочных слоев из затвердевшего текучего прочного материала, вследствие наличия стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и ребрами жесткости или металлических балок с гофрированной стенкой, используемых для сцепления и совместной работы слоев используемых материалов.
3. Возможность, как варианты, создания конструкции, имеющей только один слой из затвердевшего текучего прочного материала, а также возможность создания короткого фрагмента (фрагментов) любого из слоев в опорной части панели.
4. Плотность и прочность пористого, затвердеваемого материала подбирается расчетом и контролируется при производстве работ исходя из обеспечения расчетной безопасности конструкции посредством недопущения потери местной устойчивости, выгиба из плоскости стоек и полок стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой.
5. Повышается прочность конструкции по наклонному сечению за счет наличия стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой, а также возможности изменять их количество, вид, толщину, способы их крепления и способы взаимного сочетания.
6. Обеспечивается надежная анкеровка стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с
перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой в торцевых участках и по длине панели.
7. Эффективное использование свойств материалов.
8. Возможность модификации и увеличения количества вариантов конструктивных решений в рамках предлагаемой идеи.
9. Возможность индустриализации производства данных конструкций.
Задачей изобретения является:
1. Повышение несущей способности, надежности и безопасности стеновых многослойных панелей, используемых для сборного строительства.
2. Рациональное использование свойств материалов для обеспечения задачи создания комфортного и безопасного жилища.
3. Обеспечение совместной работы между наружным и внутренним слоями, созданными из прочного затвердевшего текучего материала или между каким-либо одним прочным слоем и утеплителем при помощи стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой.
4. Возможность, как варианты, создания одного слоя из затвердевшего текучего прочного материала, а также возможность создания короткого фрагмента (фрагментов) любого из слоев в опорной части панели.
5. Повышение прочности конструкции по наклонному сечению за счет наличия стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой, а также возможности изменять их
количество, вид, толщину, способы их крепления и способы взаимного сочетания.
6. Обеспечение надежной анкеровки стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой в торцевых участках и (или) по длине панели.
7. Эффективное использование свойств материалов.
8. Возможность модификации и увеличения количества вариантов конструктивных решений в рамках предлагаемой идеи.
9. Возможность индустриализации технологии производства данных конструкций.
Существенным признаком изобретения является возможность практической реализации всех вышеперечисленных особенностей и технических задач. Все указанные признаки отличают ее от наиболее близкого аналога.
Признаки, характеризующие изобретение:
1. Обеспечение совместной работы утеплителя и несущих слоев (слоя) вследствие наличия стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой.
2. Назначение плотности утеплителя, обеспечивающего при действии расчетной нагрузки предотвращение потери местной устойчивости, выгиба из плоскости стоек и полок стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой.
3. Возможно скрепление друг с другом в любом сочетании всех видов и типоразмеров стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой как непосредственно, так и через разделительную прокладку.
4. Арматура может быть расположена по толщине наружного и внутреннего слоев или отсутствовать в них и (или) грани полок стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой могут быть как соединены с ней любым образом, так и не соединены.
5. Арматуру, как сетчатую, так и стержневую с целью обеспечения эффективной работы при воздействии на панель усилий среза, целесообразно располагать под углом 45 градусов к вертикали. Возможно также расположение арматуры параллельно вертикальной и горизонтальной осям.
6. Стальные, гнутые, перфорированные термопрофили, и (или) металлические балки с перфорированной стенкой, и (или) металлические балки с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, и (или) металлические балки с гофрированной стенкой и арматура, расположенные по толщине верхнего и нижнего слоев, могут быть предварительно напряжены.
7. Повышенная прочность конструкции по наклонному сечению, в том числе и за счет наличия стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой, а также возможность изменять их количество, вид, способы крепления и взаимного сочетания.
8. Анкеровка стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой выполняется и (или) в торцевых участках и (или) по длине плиты и может производиться любым способом. Возможные варианты: загиб (фиг.4) и последующее замоноличивание бетоном, замоноличивание без загиба на торцах и (или) по длине панели, а также любые виды соединений с распределительной арматурой, каркасами, анкерами.
9. Способы технологического разграничения пространства для бетонирования утеплителя и боковых и торцевых ребер жесткости могут быть любые, например, подстановка съемных, временных разграничительных вкладышей или устройство несъемной внутренней опалубки, включающейся далее в единую работу совместно с затвердевшим текучим прочным материалом.
10. Наружные и внутренние слои, опорные фрагменты могут изготавливаться как на месте, так и заранее для последующего монтажа в составе конструкции.
11. Скрепление стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей, или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой между собой можно производить любым технически удобным способом.
12. Наличие или отсутствие оконных или дверных проемов в конструкции данной панели является однородными, по сути, вариантами реализации данной конструкции и идеи и не вносит принципиальных отличий в характер и особенности работы данной конструкции.
На представленных рисунках изображены варианты конструктивных решений.
На фиг.1 изображено решение стеновой панели с железобетонными ребрами жесткости, вид по внутренней или наружной плоскости; на фиг.2 - то же, поперечный разрез данного конструктивного варианта; на фиг.3 - фрагмент совмещенного стального, гнутого, перфорированного термопрофиля, представленного в данном варианте, без разделительной прокладки; на фиг.4 - вариант концевого загиба стального, гнутого, перфорированного термопрофиля для обеспечения анкеровки в теле опорного железобетонного контура; на фиг.5 - предпочтительные варианты торцевых стыков наружного и внутреннего несущих слоев, обеспечивающие перераспределение усилий при сосредоточенном приложении нагрузки.
В варианте, представленном на фиг.1 и 2, стеновая панель содержит наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои, соединенные между собой посредством стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей 3. Ребра жесткости 4 и 5 могут быть исполнены в составе конструкции панели, а также могут и отсутствовать, например, все сразу, или только торцевые, или только продольные. Между слоями 1 и 2 заливается для последующего твердения или размещается утеплитель 6. В случае размещения заранее изготовленного утеплителя, образовавшиеся пустоты заполняются пористым текучим, затвердеваемым материалом. Наружный и внутренний железобетонные слои содержат арматурные сетки или распределительную арматуру 7 и (или) анкеры, соединяющие эффективные термопрофили и (или) их аналоги. В вариантах конструктивного решения, когда один из железобетонных слоев отсутствует, арматурные сетки или распределительная арматура 7 и (или) анкеры, соединяющие эффективные термопрофили и (или) их аналоги, могут устанавливаться в теле утеплителя. В ребрах жесткости целесообразно устанавливать плоские и (или) пространственные арматурные каркасы 8. Возможна установка плоских арматурных каркасов 8 из конструктивных соображений и при отсутствии ребер жесткости в конструкции плиты. При отсутствии ребер жесткости
допускается, как вариант, не устанавливать арматурные каркасы 8. Возможность установки монтажных петель не зависит от наличия или отсутствия железобетонных ребер жесткости, однако, при отсутствии ребер жесткости. Монтажные петли желательно располагать или в непосредственной близости от устанавливаемых стальных, гнутых, перфорированных термопрофилей или металлических балок с перфорированной стенкой или металлических балок с гибкой стенкой и ребрами жесткости или металлических балок с гофрированной стенкой или непосредственно соединять с ними. Возможно произвольное расположение монтажных петель и (или) соединение их с распределительной арматурой 7.
Осуществление изобретения:
Последовательность изготовления стеновой панели зависит от выбранного конструктивного решения, а также от наличия или отсутствия боковых ребер жесткости. Основные варианты изготовления плиты состоят в следующем:
Вариант 1 - Отсутствие боковых и торцевых ребер жесткости при наличии двух несущих слоев из затвердевшего, прочного материала. В очищенную и смазанную форму устанавливают на фиксаторах арматурную сетку 7 для образования внутреннего или наружного несущего слоя 2 плиты, стальные, гнутые, перфорированные термопрофили 3 или металлические балки с перфорированной стенкой, или металлические балки с гибкой стенкой и ребрами жесткости или металлические балки с гофрированной стенкой. Арматурные каркасы 8 возможно, как вариант, устанавливать, так и не устанавливать. Затем укладывают и вибрируют затвердеваемый, текучий материал внутреннего или наружного несущего слоя 2. При этом нижняя полка стального, гнутого, перфорированного термопрофиля или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой должна быть погружена во внутренний или наружный создаваемый несущий слой. После затвердения
или начала схватывания или, как вариант, не дожидаясь этого, например после вибрирования, заливают или устанавливают слой утеплителя 6. Твердение заливаемого утеплителя может быть как автоклавным, так и не автоклавным. Начиная с того момента времени, когда прочность утеплителя становится достаточной, чтобы выдержать вес верхнего слоя, возможно производить установку на фиксаторах арматурной сетки 7 и укладывать, и вибрировать верхний слой 1. Последующее твердение материала может производиться любым способом. Во всех случаях и во все вариантах возможно дополнительное включение в работу закладных деталей, имеющих любую конфигурацию, любое количество и любое местоположение.
Вариант 2. Отличается от варианта 1 тем, что отсутствует наружный слой.
Вариант 3. Отличается от варианта 1 тем, что отсутствует внутренний слой.
Вариант 4. Отличается от варианта 2 и 3 тем, что в торцевой части панели создается короткий фрагмент второго слоя, воспринимающий опорные усилия и одновременно выполняющий функцию анкеровки и перераспределения усилий как для арматуры или арматурной сетки, так и стального, гнутого, перфорированного термопрофиля или металлических балок с перфорированной стенкой, или металлических балок с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлических балок с гофрированной стенкой. При этом фрагмент второго слоя может быть исполнен как по всей ширине плиты, так и локально, например, под стальными, гнутыми, перфорированными термопрофилями или металлическими балками с перфорированной стенкой, или металлическими балками с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлическими балками с гофрированной стенкой.
Вариант 5. Отличается от варианта 4 тем, что в торцевой части панели вместо короткого фрагмента нижнего слоя крепится закладная деталь, или закладные детали.
Вариант 6. Отличается от варианта 1 тем, что создаются торцевые и (или) боковые ребра жесткости из затвердеваемого прочного материала.
Вариант 7. Отличается от варианта 2 тем, что создаются торцевые и (или) боковые ребра жесткости из затвердеваемого прочного материала.
Вариант 8. Отличается от варианта 3 тем, что создаются торцевые и (или) боковые ребра жесткости из затвердеваемого прочного материала.
Вариант 9. Отличается от варианта 1 тем, что стальные, гнутые, перфорированные термопрофили, или металлические балки с перфорированной стенкой, или металлические балки с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлические балки с гофрированной стенкой не заливаются в тело наружного и (или) внутреннего слоя затвердеваемого материала, а прикрепляются к нему. Крепление может осуществляться любым способом. При этом возможно, как вариант, что наружный и (или) внутренний слои могут быть изготовлены заранее и скрепляться в данной конструкции через стальные, гнутые, перфорированные термопрофили, или металлические балки с перфорированной стенкой, или металлические балки с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлические балки с гофрированной стенкой. В этом случае возможно, как вариант, нагнетание под давлением жидкой массы утеплителя любого вида в полость между верхним и нижними слоями. Возможна также укладка или заливка утеплителя послойно на нижний, при изготовлении, слой с последующей заливкой или укладкой верхнего слоя.
Вариант 10. Отличается от варианта 1 и 9 тем, что является комбинацией этих двух вариантов, а именно: один слой текучего затвердеваемого прочного материала заливается на месте, а другой прикрепляется к стальным, гнутым, перфорированным термопрофилям или
металлическим балкам с перфорированной стенкой или металлическим балкам с гибкой стенкой и с ребрами жесткости или без них, или металлическим балкам с гофрированной стенкой. При этом возможно как одновременное формирование, так и отсутствие опорных и (или) боковых ребер жесткости.
Вариант 11. Является комбинацией вариантов 2 или 3 с вариантом 9 или 10.
Вариант 12. Является комбинацией варианта 4 с вариантом 9 или 10.
В общем случае возможное количество вариантов конструирования и технологии исполнения может быть бесконечно велико за счет включения и (или) исключения тех или иных конструктивных элементов, фрагментов и решений в составе конструкции, однако это не изменяет сути предлагаемой идеи.