автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение навесных стен зданий из синтетических материалов

Ордена Трудового Красного знамени Московский инженерно-строительный институт имени В. В. Куйбышева

На правах рукописи УДК 69.022.326:691.175

КУЛАГИН АНДРЕЙ ЯКОВЛЕВИЧ Кандидат технических наук

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ НАВЕСНЫХ СТЕН ЗДАНИЙ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 0523.01 Строительные конструкции, здания и сооружения

Диссертация в форме научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-1992

\

Работа выполнена в Центральном научно-исслзповатечьском и проектно-экспериментальном институте комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им. В.А.Кучеренко и в Госкомархигектуры.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

АНДРИАНОВ P.A.

- доктор технических наук, профессор ПРОКОФЬЕВ A.C.

- доктор технических наук, профессор САЛАМАХИН Ü.M.

Ведущая организация - ЦНИИ лромзданий

на заседании специализированного совета Д.С53.II.01 по защите диссертаций на соискание учёной степени доктора технических наук при Московском инхенерно-строительном институте им. Б.В.КуйЗыыева по специальности 05.23.01 "Строительные конструкции, здания и сооружения"по адресу: Москва, Шлюзовая наб. 8, ауц. .4 412.

Просш Вас принять участие в защите и направить отзыв на доклад по адресу: I2S337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МИСИ им. В.В.Куйбышева, Учёный совет.

Доклад разослан "К" о/ 1992 г.

Защита состоится "/я

и

Учёный секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Фролов А.К.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. разработанной в опубликованных трудах оискателп, обусловлена задачами, стоящими перед капитальным троительством на новом этале его развития. Расширение применения интетических материалов является важнейшим условием научно-тех-ического прогресса в развитии новых архитектурных идей.

Возрастающее производство синтетических смол и пластических асс сделало их использование в строительстве не только конкурента! и экономически выгодным, но в ряде отдаленных районов техни-ески необходимым из-за отсутствия базы местных материалов.

Задачи освоения новых регионов Сибири, Севера, Дальнего Восто-а, интенсификации строительного производства, необходимости до-олнительной теплозащиты и гидроизоляции наружных стен при рекон-трукции зданий в обжитых районах сделали использование синтети-еских материалов для стен еще более актуальным .

Советскими и зарубежными специалистами по прогнозированию новая роблема создания легких конструкций из синтетических материалов юпочена в перечень важнейших наряду с созданием ядерного гороте-о и экономически выгодного способа опреснения морской воды.

Разработки, исследования и опыт строительства первых зданий со зтенами из пластмасс позволили включить впервые в официальный екст "Основных направлений развития народного хозяйства СССР на

I

десятую пятилетку" Задание по организации производства новых стр^ ительных конструкций и изделий, в том числе панелей из пластмасс без применения металла. В 1985 году утверждена Комплексная Программа химизации народного хозяйства на период до 2000 года, в которой определены увеличенные в несколько раз объемы применения синтетических материалов в строительстве. В 1988 году в составе Государственных научно-технических программ утверждены комплексные задания ГНТП "Стройпрогресс-2000", включавшие использование полимеров в конструкциях стен зданий.

Актуальность исследований и разраооток по проблеме эффективного применения синтетических материалов .для создания новых типов легких ограздающих конструкций, в особенности навесных стен, в зданиях различного назначения в предстоящий период обусловлена резким повышением требований к экономии и рациональному использованию трудовых, материальных и топливно-энергетических ресурсов, к безусловному выполнению требований создания ресурсосберегающей техники и технологии, вытекающих из основных направлений "научно-технического прогресса в строительстве.

Цель исследований - создание и освоение системы навесных стен нового типа из синтетических материалов, производимых отечественной промышленностью, без применения металлов, ,цля организации индустриального изготовления, испытаний и монтаяа стен зданий различного назначения. Для достижения этой цели поставлены задачи:

- разработать и исследовать новые конструкции навесных стен зданий и сооружений из синтетических смол и пластмасс с применением волокнистой арматуры, отвечающих требованиям конструктивного и архитектурного качества, с высокой технико-экономическо'; фективностыо, в комплексе с материалами, технологией, оборудован ем, включая испытательную установку;

- обобпдать и внедрить результаты выполнениях разработок и исследований в практику экспериментального проектирования и строг-тельства, а также эксплуатации зданий различного назначения;

- по результатам строительства, эксплуатации, демонтажа и поел

■г

зплуатавдонных исследований материалов, а также технико-эконо-геского анализа, определить области эффективного применения но-¡с конструкций и дать прогноз их использовашш в строительстве. Збъект и методы исследования. Объектом исследований выбран но-1 тип оградцащих конструкций - навесные фасадные панельные зны из элементов полной заводской готовности - панелей из син-. гических материалов, в том числе полиэфирных и фенольно-фор-льдегидных смол и стекловолокна, а также крепления панелей к товам (каркасам) зданий, способы и установки .для формования палей, .для их испытаний и монтажа.

Методом работы является системный подход к экспериментальной зработке, изготовлению и исследованиям опытных образцов конст-кций, проектированию и строительству экспериментальных фрагпен-в и зданий с навесныг,1И стенами из синтетических материалов. Основными элементами системного подхода являлись: изучение и общение мировой патентной информации и литературы по отечествен-иу и зарубежному опыту конструирования, изготовления, испытании монтажа навесных стен, разработка основных требований к их про-гированию, производству, монтажу и эксплуатации, определение эномической эффективности производства л применения целыгоплас-ассовых панелей в зданиях различного назначения, разработка :1кци1шалыю новых конструкций легких стен из эффективных мате-злов, их креплений, установок для формования и испытаний пане-л, экспериментальное проектирование и строительство зданий. Заучная новизнаработы - в постановке и отыскании путей разрегсе-1 ваетхейшей межотраслевой народнохозяйственной проблемы коппле-югч использования новых материалов для создания легких стен уровне системных исследований и новой технологии, имеющих су-зтвснные отличия от известных традиционных решений (новизну), жышленнуга полезность и высокую экономическую эффективность. Тпактическое значение и апробация работы заключаются в том, з ее научные результаты явились основой .для авторжой разработ-

3

ки системы научно-технических изобретений (конструкции панелей, креплений, состав пропитки уплотнений, способ и установки для формования панелей, их испытаний и монтана), а такие ряда авторских проектов зданий различного назначения со стенами из пластмасс, часть из которых реализована в строительстве.

По теме доклада опубликовано свыше 30 работ (из них более 10 описаний к изобретениям), в том числе 30 работ (из них 10 описаний к изобретениям) объемом 15 печатных листов - без соавторов.

Результаты выполненных лично автором разработок и исследований внедрены им в авторских-Проектах: Номенклатуры ограждающих конст рукций из пластмасс для зданий общественного и промышленного наз начения; опытных образцов панелей навесных стен для этих зданий; экспериментальных установок для изготовления панелей из синтетических материалов; экспериментальной установки для испытаний панелей, а также в проектах зданий, разработанных при активном уча стии автора или под его руководством в качестве главного инженер проектов, и в зданиях со стенами из пластмассовых панелей, разра ботанных и построенных автором.

На защиту выносится концепция комплексного обоснования эффекта ности нового направления в строительстве, обусловленного примете нием новой техники, Материалов и технологии нового поколения .для создания системы ограждающих конструкций нового типа (на уровне научно-технических изобретений). В рамках этой концепции авторог. определены области технически возможного, экономически эффективного и технически необходимого применения навесных стен.

В результате исследования свойств синтетических материалов п конструкций из них (прочность, деформативность, теплопроводное?] горючесть, огнестойкость и др.) разработана система павесних фасадных панелей .для стен нового типа с высокой экономической эффективностью, подтвержденной анализом расчетов и шровым опытом применения аналогичных конструкций в зарубежном строительстве.

ПОСТАНОВКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕПЕШ

Современные здания разнообразных типов и назначешгя проектируемся и возводятся, в основном, со стенами из местных материалов - различных бетонов, железобетона и кирпича. Применезше легких навесных стен со средним слоем из пенопластов или волокнистых плит с обшивками из металлических листов ограничивается по огнестойкости и коррозиестойкости, а такие дефицитности листового проката, промышленными и сельскохозяйственными зданиями производственного типа. Соискателем с 1959 года проводится научно-исследовательская разработка цельнопластмассовых панелей без применения металла и с 1962 г. публикуются научные работы, описания авторских свидетельств на изобретения и их авторские обзоры по теме циссертации, Одновременно разрабатывалась вакная межотраслевая проблема создания легких конструкций из синтетотеских материалов.

При этом были проанализированы и обобщены научно-технический и архитектурно-строительный аспекты мирового опыта применения пластмасс и синтетических смол для изготовления и использования в гражданском и промышленном строительстве легких навесных стен.

В конце 50-х годов, когда соискатель впервые в стране исследо-зал серию опытных образцов панелей из пластмасс .для экспериментального дома с навесными стенами,в отечественном строительстве :рименялся лишь один синтетический материал - помвинилхяоридшй шнолеум, а производство смол и пластмасс не превышало 0,3 млн. тонн в год. Теперь оно составляет свыше 5 млн.тонн, а мировое про-шводство приблизилось к объему в ТОО млн.тонн. В строительстве эазличных стран, применяется от 10 до 35 процентов полимеров.

Появление нового класса материалов для строительства предопреде-шло возможности постановки и разрешения проблемы создания новых ¡троительных конструкций, которая задается как противоречивая стт-•уация вследствие, с одной стороны, быстрого развития лтмической [ауки и промышленности и, с .другой - традиционного подхода к ис-

5

пользованию традиционных материалов. Указанная проблема, решаемая на базе ресурсного и системного обоснования как в плане экономии всех видов ресурсов (материальных, трудовых, топливно-энергетических, экологических и др.), так и в плане рационально-эстетического использования этих ресурсов для получения нового конструктивного качества и выразительной архитектуры, - является следствием анализа народно-хозяйственных потребностей, в частности, создания материально-технической базы строительной индустрии в отдаленных регионах Сибири, Севера и Дальнего Востока страны.

В строительстве и реконструкции зданий и сооружений в таких видах строительных, изоляционных и отделочных работ как теплоизоляция, гидроизоляция и гидрофобизадая, герметизация, облицовка,отделка и окраска стен зданий, являющихся наиболее трудоемкими и ма-териалоемкйми, применение синтетических материалов представляется наиболее эффективным по сравнению с традиционными технологиями.

Развитие в стране крупнопанельного строительства потребовало создания производственное оазы^ в том числе цехов для производства строительных синтетических материалов .для утепления, герметизации и отделки крупнопанельных зданий из железобетона. Появились, идеи о комплексном применении синтетических материалов для изготовления наружных стен, что позволило бн значительно сократить использование кирпича и в особенности железобетона .для этой цели.

По заданию Правительства в 1961 году в Москве были построены первые дома с навесными стена1.го из пластмасс. Одновременно в Ленинграде было закончено строительство цельнопластыассового дома коробчатой структуры монолитного типа. Развитие различных систем (ГЖ1Р0ШШ, Моспроекта и НИИ пластмасс, Денлроекта и Оргтехстроя, ЦНИИЭП яилща и ВШ.О раздало новые проблемы. Их кажущиеся и действительные противоречия, несоответствие новых систем и материалов традиционным требовазшяп и технологиям, а такке потребности ускорения массового строительства прервали экспериментальное строительство новых объектов с применении пластмасс до получения

«обходимого опыта эксплуатации зданий такого типа.

Тем временем экстенсивное развитие крупнопанельного строительства привело к ежегодному использовантэ свыше 1,5 млрд. того! традиционных местных строительных материалов, в основном, керамзито->етона и кирпича. Недостаточная теплозащита и дальние перевозки -.еле зо бе тонных панелей в развивающиеся регионы еще больше обостри-и проблему стен. Если конструкции наружных стен зданий, возводи-нх за Уралом, не будут принципиально облегчены с одновременным

величением их сопротивления теплопередаче, то расход материалов а энергии значительно увеличится, а реализация программы жилищного строительства в Российской ¿я^ерацш окажется под угрозой.

Опыт исследований и строительства зданий со стенами из пласт-с ласс подтверждается результатами отечественного и зарубежного зтроительства.

ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗЛРУБЕШШ ОПЫТ В патентно-информационной литературе широко раскрыты перспек-авы применения слоистых пластиков, в ток числе армированных сте-яоволокном, и пенопластов заливочного типа, экономически доступах и применяемых для вспенивания в наружных стенах. Изготовление 5 заводе полноетьв законченных конструкций позволяет при монта-з здания ограничиться лишь их установкой и креплением. Дальней-ге развитие конструкций навесных степ неразрывно связано с внесением стандартных сисяем. В связи с полним отсутствием в стра-! подобного опыта соискателю в 1959 году были поручены Моспрое-'ом исследования, изготовление и мзятаж навесных стен из пласт-юс для первого экспериментального жилого дома в Москве. В дер-IX докладах и статьях по результатам комплексной работы автор ютематизяровал и научно обосновал требования к навесным степам пластмасс в связи с их специфическими функциями: "Для панелей из вых высокоэффективных материалов характерна трехслойная струк-ра. В идеальном случае она долота выполняться за одну операцию к целое, законченное изделие, с тем, чтобы избегать склеивания

7

слоев. В изготовленных экспериментальных панелях для наружного слоя был применен стеклопластик (полиэфирный), а для среднего слоя сотопласт, заполненный шторой, и как вариант - штатный пе-нополистирол. Вес I ьг панели составляет IB-20 кг, т.е. в 20 раз меньше, чем, например, наружная панель в жилом доме типа Гипро-строЕНдцустрии", Таким образом была сделана заявка на концепцию комплексного обоснования эффективности нового направления. Ее реализация в строительстве: протекала в состязании с .другими концепциями, прежде всего с важнейшей и ранней по времени опубликования идеей ве,цущего архитектора, изобретателя СВАМ (стекловолокни-стого анизотропного материала), доктора наук Бурова А.К. и архитекторов ЦНШЭП жилища под руководством Криппы А.И., предложивших .для навесных стен сэвдвич-панели, склееные из различных слоев.

Проект А.К.Бурова, разработанный в ГШРОНШ, предусматривал применение в трехэтажном доме клепаных несущих панелей из плит СВАЫ. Предполагалось, что они будут использованы в строительстве малоэтажных домов, которые возмогло будет собрать целиком из таких плит. Их использование проектировалось для получения сверхлегких панелек стен и перекрытий "крупнопанельного бескаркасного строительства из термо- и звукоизолирующих офактуренных строительных' элементов". Главной задачей при осуществлении проекта А.К.БзфОВ считал разработку узлов соединений и взаимной работы панелей. В связи с отсутствием этих решений проект не был реализован.

В пятиэтажном доме ЦНИИЗП жилища применены слоистые сэндвич-панели с обшивками из стеклопластика на полкуретановой смоле, приклеенными к крупноячеистому блоку из древесно-волокнистого сотопласта, заполненного крошкой ПВХ пенопласта. Со стороны по-мещешя панели облицованы гипсовой штукатуркой. Навеска панелей па каркас здания внполнена с помощью коротких оконных петель на piypynax, исключавпшх регулировку положения панели, устанавливаемой на перекрытие. Заполнение оконных проемов проведено спаренными переплетами из ало;,пищевого сплава.

8

Первым целыюпластмассовым зданием в Европе был дом, известный ж "дом-улитка" (по форме плана), построенный .для Парижской выс-1вкн 195-5 г. архитектором И.Шейном. Стены дома, выполненные из 'еклопластшса, имели в плане незначительную кривизну и, будучи плонес-лцшта, включали элементы отопления и встроенного оборудовали . Треш годаш позг.е в здании Лионского кредита архитекторами 1пезом и Реби били применены навесные стены фирмы "Битрекс" (ти. "Гелиотрекс"). Панели изготовлены из светопрозрачннх листов и ¡еют трехслойную структуру со средним гофрированным слоем. В Англии в 1959 V. .£ирш "Бакелит" построила двухэтажное коптор-

ое здание с сашнесущтши стенами из панелей в виде трехслойных

\ -

олочек об;;!ей толщиной 25 ш с облщрвкаш нз окрашенного в массе лиэдирного стеклопластика толщиной 3 ил и средним слоем из Гено-ного пенопласта толщиной 19 мл. Позднее, в 1966 г. гчфма "Иида-кс" изготовила навесные стеновые панели с облицовками из паготс-ркого стеклопластика и утеплителем из газобетона для двух 22-а":ннх г;илнх домов, возведенных в Паддингтоне, Лондон. Навесные сновке панели с размерами 2,03 х 2,65 м с оконными проемами и легшге перед поотапом собирали в трехэтакшне сетсцип по 6 штук отолкюм каркасе, с массой секции, до 3 тонн. Впоследствии "ир-ирнменяла в качестве утеплителя для аналогичных панелей- феноль-

о

пенопласт объемной массой 35 кг/м . 3 США первым опнотшм сооружением из пластмасс считается винилито-5 Д01жк, построений оирмоЗ "Меллон" .для Чикагской выставки в 32 г. сто домик каркасно-панельного типа, облицованный листовым спзинилхлоридом с теплоизоляцией из вспученного эбонита. В те ге вд пирра "Баско" построила в Бостоне здание свое:: конторы со стеЛ! т;з нолиглетилметакрилата, заполненными пенопластом, а такие гглшмтт сотами. Экспериментальное строительство возобновилось в зрике в пятидесятых годах. В 1956 г. архитектор 1.1.Гуда построил ¡иснекденде "дом будущего", состоящий из четырех одинаковых объ-

шх консолышх элементов, расположенных крестом в плане и объе-

9

доданных в центральном объеме первого эгата. В консолях размещены гостиная, столовая, спальня и детская. Конструкции заткнутых корбчатнх консольных■элементов составлены из четырех стекло-■пластиковых трехслойных изогнутых Г-образных оболочек размером 2,44 х 4,88 м, соединенных попарно. Все 16 оболочек формовались контактным способом из полиэфирного стеклопластика. Теплоизоляция выполнена путем заливки самовспенивающейся полиуретадаво;: композиции после сборки оболочек на площадке. Сопряжения оболочек были выполнены на болтах с пзолреновыми прокладками и тиоколом.

В здании экспериментальной школы, построенном М.Гуди в 1958 г. в Массачусетсе, применены слоистые панели из стеклопластика со срединной из алюминиевого ячеистого сотопласта.

I

Здание лаборатории в Сент-Луисе Сарх. А.Форте), построенное в 1957 г., имеет железобетонный каркас и стеновые слоистые панели с впниловыш облицовками. Стеновой фахверк трехэтажного здания заложен•сэндвич-панелями. На Международной выставке в Бросселе Т958 г. стены американского павильона были смонтированы из панелей, облицованных винипластом.

В последующие года в Европе и Америке было построено много зда-raiiî со степами из навесных панелей, облицованных окрашенным в массе полиэфирш.: стеклопластиком и утепленных различными пено-пласташ - псшистирольным, фенольным, полиуретановым, поливинил-хлоридным. В Нью-Йорке фирма "СОМ" спроектировала и построила в районе Бронкс здание, облицованное пластмассовыми панелями с фа-са.щаи.п: скорлупами из полиэфирного стеклопластика. В Бразилии архитектор Х.Онорко и в Уругвае архитектор Ю.Сильва применили объемно-рельефные стеновые панели из полиэфирного стеклопластика .для облицовки фасадов трех-четырехэталных лилых зданий.

Производство материалов и конструкций .для навесных стен с применением синтетических материалов стало отраслью промышленных фирм и осуществляется на поточных механизированных линиях.

Преимущественное распространение получили бескаркасные панели

ша сэндвич без обрамлешш, устанавливаемые мезду элемента!.® эхверка навесной стены, и навесные панели полной строительной этовности с объемной скорлупой.или оболочкой из стеклопластика, 1утри которой заключен плитгай или заллвочннц пенопласт. Кроме змо затухающего полиэйпрного стеклопластика в качестве облицовок шелеп в ФРГ применяют фасадные обшивки из модафицированного юром винипласта - трудносгораемого "хосталита". Толщина панелей, как правило, не превышает 8-12 ил и не бывает знее 2,5 см; масса квадратного метра панели колеблется от 15 до } кг. Этажность зданий при этом не ограничивается. Навеска пане-зй па каркасные элементы здания осуществляется на стальннх резъ-лзых гереплениях, регулируегщх в трех направлетях, допуская ре-знт и замену панелей. Уплотнещ;е и герметизация стыков мег,тгу па-злями, а тэкае между панелями и ейагверкои или оконным заполие-1ем производится с применением синтетических прокладок и мастшс ззличных типов.

В восьмидесятые годы сплошные и плоские панели навесщсс степ о тоннажу применяемых материалов вышли на первое место среда' ластмассовых элементов зданий и сооружений. Только в СМ на эти ;ели потребляется до 200 тыс.тонн синтетических материалов, пре-мущественно стеклопластиков на полиэфирных смолах холо,иного от-ерждения, а таксе пенопластов разнообразных типов.

Современные панели из синтетических материалов могут быть ис-ользованы в различных зданиях и сооружениях как ограждающие кон-трукции в виде складок, оболочек и мембран. При использовании кладчатлх панелей для фасадных стен складки могут иметь как вер-икальную, так и горизонтальную ориентацию. Лдя увеличения местом устойчивости таких облицовок из стеклопластика их поверхпос-ям придается мелкоскладчатая фэрма. Однако наибольшее распрост-аненпе полумили панели-оболочки благодаря наплучгаим конструктпв-шл качествам такой формы, т.е. отношению прочности и,жесткости I: ассе материала. Обеспечивая высокую пространственную жесткость

II

при минимальной толщине стенок, они оказались оптималыш к в технологическом отношении, поскольку новейшая одностадийная технология позволяет совместить формование оболочки с вспениванием среднего теплоизолирующего слоя. Дополнительную жесткость таким панелям придают обрамления оконных и балконных проемов.'

Для сплошных (беспроемных) панелей облицовкам из стеклопластика мо;;сет быть задано предварительное напряжение, и тогда они работают как мембраны. Напряжение облицовки может быть задано разными способагли, в том числе с использованием усадки связующего при от-веркдении стеклопластика. Долговечность и атмосферостойкость облицовке придается периодически возобновляемым силиконовым или акриловым покрытием, имеющим общее название "гель-коут".

ТРЕБОВАНИЯ К КСИСТЕЛЩИЯМ Разработке и исследовании вопросов применения пластмасс в легких навесных стенах зданий различного назначения необходимо предшествует систематизация общих и специальных требований (в особенности, к промышленным зданиям), касающихся навеенпх стен в целом, а танке к конструктивным элемента!.! стены - стеновга панелям, стыкам медду панелями, их креплениям и к синтетическим материалам, из которых принимается облицовка панели, обрамление, каркас, закладные детали, утеплитель, паройзоляция, огнезащитный- слой и .другие элементы панели.

Конструктивные решения навесных панелей разрабатывались на основе обедах требований к ограждающим конструкциям, установленных СНиП, с учетом свойств синтетических материалов. Легкие стеновые панели долины удовлетворять требования?,1 прочности, кесткости, сопротивления теплопередаче, теплоустойчивости, нормального вла-сио-стного реяима, водонепроницаемости, морозостойкости, огнестойкости, а также, в связи с использованием синтетических утеплителей -паро- и воздухонепроницаемости., во избежите влагонакопления. При проектировании навесных стен для промышленных и обществен-

т9

ных зданий, ограждающие конструкции которых подвергаются агрессивным воздействия!.!, панели и их элементы должны удовлетворять требованиям коррозиестойкости и атмосйеростоГзкости.

Применение в каркасных зданиях навесных стен из новых материалов, резко отличающихся от кирпичных и даже от современных железобетонных панельных стен, требует тщательного обоснования.

Основным признаком таких панелей является малая массивность (от

о

20 до 70 кг/м ) и незначительная толщина, что связано с применением эффективных утеплителей, обладающих большим сопротивлением теплопередаче. Панели не участвуют в работе конструкции здания в целом и не влияют на его жесткость. Они поэтому должны обладать возможностью свободных температурных деформаций по их контуру. Основной нагрузкой .для таких панелей является ветровая.

Долговечность панели и материалов, из которых она изготовлена, находится в прямой зависимости от правильного выбора материалов и решений конструкций и узлов панели. Серьезного внимания требуют возможные температурные деформации (линейные и изгибные), возникающие в панели. Линейные деформации, накапливающиеся в стыках, учитываются в связи с тем, что они в значительной мере предопределяют решение стыков и размеры панели, зависящие от температурного расширения материалов. Деформации изгиба учитываются при выборе способа формования облицовок и крепления панелей к каркасу, а также при назначении размеров оконных и балконных проемов.

Так как в связи с малой массивностью панели тлеют небольшие значения тепловой инерции, особого внимания требует обеспечение теплоустойчивости. Недостаток массивности компенсируется увеличением термического сопротивления панели.

Требования звукоизоляции легких назесных стен, хотя они и не нормируются (из-за наличия проемов, заполненных стеклом), имеют

возрастающее значение. Звукоизолирующая способность двойного ос/

теклепия с плотными притворами оценивается максимум в 30 децибел. Ддя улучшения звукоизоляции следует принимать дополнительные ме-

ры: применять легкие упругие уплотнители; закреплять облицовки и утеплитель по периметру панелей; чередовать слои разной жесткости; избегать устройства панелей в первых этажах зданий и др.

Основные требования пожарной безопасности при использовании навесных стен сводятся к тому, чтобы огонь не мог проникнуть в здание извне, распространяться изнутри здания на другие здания и с этажа на этаж или в смедные по фасаду помещения через наружную стену, включая утеплитель. В связи с этим облицовки и утеплители панелей должны быть как минимум трудногорючими.

Все вопросы, касающиеся распространения огня, периодически пересматриваемые в зависимости от накопленного опыта эксплуатации зданий с' навесными стенами из синтетических материалов, могут решаться лииь в результате экспериментальных исследований на полигонах, при этом важнейшее значение имеет разработка методики испытаний натурных фрагментов навесных стен, включающих несколько (не менее двух)ярусов смежных панелей с оконными проемами, стыками, креплениями и герметизацией. Действующие противопожарные нормы не допускают в зданиях I и Л степеней огнестойкости с навесными панелями стен распространения огня, при минимальном пределе огнестойкости в 0,5 и 0,25 часа. Область применения панелей из синтетических материалов ограничивается зданиями Ш, ША, ЗБ, 1У, ГУА и У степеней огнестойкости по распространению огня.

Одной из основных нагрузок является переменное давление ветра. Величина нагрузки при этом изменяется по высоте здания, а таюсе зависит от температуры, барометрического давления и относительной влажности воздуха.

Применение аффективных синтетических материалов приводит к пол; чению малых поперечных сечений ограждающих конструкций, что уменыпг ет сопротивляемость панелей горизонтальной ветровой нагрузке .Поэтог для легких навесных стен их расчет на ветровое давление является р< шавдим. Преобладайте частоты пульсаций ветрового давления имеют значения до 0,1 Гц. Как показали проведенные в ЦНИИСК исследования,

14

собственные частоты колебаний трехслойных панелей со средним слоем 13 пенопласта и листовыми обшивками находятся в диапазоне 10-15 Гц I более, т.е. располагаются значительно выше ветровых частот. В связи с этим ветровую нагрузку на панели можно рассматривать как квази-;татическую. Расчетная ветровая нагрузка для зданий с высотой более ) этажей принимается с учетом пульсации ветра (при частоте пульса-дай ветрового давления 1-2 ;,ган~^).

Прогибы и деформации панелей под нагрузкой не должны приводить с защемлению створок в оконных блоках, повреждать остекление и дру-ж элементы оконного проема, в том числе уплотнение и герметизацию, ге способствовать раскрытию стыков между панелями, не приводить к гх расслоению, а также не оказывать других чрезмерных влияний.

В связи с работой навесных панелей в основном на изгиб все кон-:труктивные элементы стены, непосредственно воспринимающие ветровую гагрузку, или те, на которые она передается от других частей стены, (олжны изготовляться из материалов, обладающих достаточной прочно-тыо на изгиб. Важнейшим является требование согласования величины рогибов разных конструктивных элементов навесной стены, что имеет пределяющее значение для обеспечения непроницаемости и надежности тыковых соединений.

Стыковые соединения кроме основной цели - защиты от проникно-ения осадков, паров, воздуха и огня, должны обеспечивать необходо-ый запас на конструктивные допуски в каркасе здания, которые всег-а больше, чем допуски самих стеновых панелей. Запас должен соответ-твовать деформациям элементов здания в процессе его строительства эксплуатации, их температурному расширению и сжатию. Размеры стыв должны также позволять разместить в нем уплотнение и герметиза-ию, а в случае открытого стыка - и системы водоотвода.

Навесная стена, проектируемая по принципу наружной; оболочки зда-ия, работающей отдельно от несущего каркаса, требует особой схемы решения панелей. Стальные или железобетонные каркасы не всегда «еют точные размеры; они подвержены смещениям. Навесная стена бо-

15

лее деформативна, чем традиционная несущая или самонесущая. Имея большое количество панелей, она нуждается в быстро монтируемых, надежных и дешевых.креплениях. Быстрый монтаж навесных стен является одним из их основных преимуществ. Крепления должны обладать достаточной длительной прочностью, быть коррозиеустойчивыми, допускать пригонку и монтажные перемещения панелей в трех нацравлениях (вертикальном, горизонтальном и из плоскости панелей), чтобы компенсировать неточности сборки каркаса и в размерах самих панелей. Крепления должны допускать возможность деформаций или смещений каркаса здания,и элементов стены., способствовать быстрому монтажу панелей, обладать необходимой огнестойкостью, предотвращать огасность отрыва панелей при пожаре и в то же время не служить тепловым мостиком и конденсатором паров.

Конструкция крепления должна допускать демонтаж панелей при необходимости их замены. Крепления должны быть экономически приемлемы; этому должна соответствовать простота их конструкции.

Материалы отдельных слоев навесной панели должны соответствовать требованиям, предъявляемым к этим слсям(см.. табл.1 прилож).

Наружная облицовка должна быть атмосфероустойчивой, защищать стену от проникновения внутрь влаги и воздуха, не корродировать, обладать соответствующим пределом огнестойкости, удовлетворять требованиям прочности и жесткости, быть приемлемой в архитектурном и и экономическом отношениях. Облицовка из пластмасс должна сохраняй однородные цвет и фактуру под влиянием атмосферных воздействий и не изменяться в процессе 30-летнего срока эксплуатации панелей и в пре делах температурных колебаний для различных климатических поясов страны. В соответствии с этим к ней предъявляются требования по moi зостойкости, водопоглощению, состоянию поверхности. Специфическим требованием является требование отсутствия запаха и летучих выделений в пределах допустимых концентраций.

ВЫБОР СИНТЕТИЧЕСКИХ МАГЕШМОВ Выбор и модификация синтетических материалов, применяемых для

16

изготовления навесных стен, проводились на основе требований к конструкциям и материалам для обеспечения надлежащей долговечности панелей в эксплуатационных условиях. В первом приближении материалы отбирались применительно к опытным образцам панелей, в результате испытаний которых выявлены свойства и характеристики используемых синтетических материалов - физико-механические, теплотехнические, санитарно-гигиенические, технологические, архитектурно-эстетические.

Для различных типов панелей подход к выбору материалов имеет существенные различия, например, для бескаркасных панелей с облицовкой из стеклопластика, обеспечивающей восприятие основных нагрузок и воздействий на навесную стену, выбор материалов и способа получения облицовки имеет определящее значение. Большая часть требований к материалам носит технологический характер (вопросы формования панелей, регламент и параметры процесса и др.).

Изучение опыта применения пластмасс показало, что в навесных стенах они используются, в основном, как стойкие к атмосферным воздействиям материалы лицевых слоев панелей и как эффективные утеплители. Их использование в качестве материалов для герметизации, паро-изоляции, гидрофобизации, защиты от коррозии, формования оконных и балконных дверных блоков, внутренней облицовки и отделки стеновых панелей также весьма эффективно.

Решащее значение для выбора синтетических материалов в качестве конструкционных облицовочных имеют значения их сопротивлений растяжению, сжатию и изгибу, модуля упругости и коэффициентов Пуассона и линейного расширения. При разработке конструкций учитываются данные о длительной прочности, релаксации и огнестойкости пластмасс. Термореактивные типы армированных пластмасс, в частности, полиэфирные стеклопластики, обнаруживают значительно меньшую деформативность, огнестойкость и теплостойкость, чем термопласты. Указанные характеристики, и в особенности огнестойкость, большинства пластмасс низки, и для создания огнестойких конструкций навесных стен требуется не только выбор и модификация соответствующих материалов, но и разра-

I?

ботка системы технологических и конструктивных мероприятий - от ел типирирования синтетических смол и наполнителей для пластмасс до проектирования специальных типов панелей..

Среди армированных пластмасс, применяемых в качестве облицовоу стеновых панелей, наибольший интерес представляют реактопласты, мированнне волокнами. Типы смол и армирующих наполнителей могут бь самыми разнообразными. Наиболее известными, получившими широкое рг пространение в строительстве, являются полиэфирные стеклопластики композиционные материалы на основе полиэфирных ненасыщенных смол и стеклянного волокна в виде рубленых хаотически расположенных нитей прядей, стекломатов, стеклорогожки и стеклотканей.

Связующими могут быть также фенольные, эпоксидные, силиконовы полиуретановые, алкидные и другие смолы, их композиции и модификац Среди них смолы так называемого "холодного " отверждения (эпоксидн полиэфирные), не требуицие для формования высоких температур и дав лений, привлекли наибольшее внимание строителей. Длительное время наиболее приемлемы!®по свойствам и стоимости'являются полиэфирные смолы общего назначения. Они отверздаются с помощью инициаторов и ускорителей при комнатной температуре и, будучи бесцветными (с небольшой желтизной), легко окрашиваются в'различные цвета, что чрег вычайно важно дая их применения в гражданском строительстве.

Повышение огнестойкости полиэфирных смол общего назначения дос тигается введением в состав связующего трехокиси сурьмы и поливини хлорида. Большой интерес представляют смолы, содержащие атомы хлор в цепи полиэфира. Такие смолы, полученные с использованием хлорэн-дикового или тетрахлорфталевого ангидридов (марки ПН-6, ПН-62, ПН-лучше перерабатываются и образуют стеклопластики с улучшенными сво ствами. Повышение огнестойкости смол может быть также достигнуто применением фосфорсодержащих соединений, сополимеризуемых с полиэфирами, а также добавок, не вступающих в химическое взаимодействие с компонентами смолы.

Конструкции панелей с запсищтелями из пенопласгов имеют доста-

зчную прочность и жесткость при малой массе, обладают высокими те-юизодящиошшми качествами. Связывая между собой облицовки из жестах конструкционных, в том числе синтетических, материалов, заполни-зли обеспечивают их совместную работу и препятствуют потере устой-твости при сдвиге.

По технологическому признаку пенопласта можно разделить на вспе-1ваемые в конструкции и предварительно формуемые. При использовании ¡пениваемых р конструкции пенопластов процесс заполнения состоит в том, что между облицовочными слоями вво'щтся и в процессе нагрева в случае инициируемой реакции - экзотермический нагрев) вспенивайся исходная композиция в виде таблеток, гранул, жидкости, паст. >и нагреве в результате распада газообразного вещества или химичес->й реакции выделяется газ, и композиция вспенивается, многократно «личиваясь в объеме. Образующийся пенопласт заполняет полости кон-рукции, одновременно приклеиваясь к внутренним поверхностям обдирочных слоев панели, предварительно подготовленных к адгезии.

С применением формуемых пенопластов, склеиваемых с облицовками да помощи давления, вакуумирования и других методов, также полу-ются трехслойные конструкции.

Как и все пластмассы пенопласта делятся на две группы в соответ-вии с тем, какой из двух основных классов полимеров составляет их нову - термопластичные и термореактивные. Молекулы термореактивных нопластов, имеющие трехмерное строение, со "сшитыми" цепями и зве-ями молекул, при нагреве не приобретают резиноподобных свойств и способны к высокоэластической деформаыди. Все процессы формовая изделий таких полимеров, в том числе и вспенивание, производят-в начальной стадии, когда молекулы исходной композиции способны вязкому течению. Трехмерное строение молекул обусловливает не толь-большую жесткость и хрупкость таких материалов, но и более высо-о теплостойкость.

Фенодьные пенопласты с открытой ячеистой структурой, синтезиро-нные еще в начале века, быпя применены первыми. В настоящее вре-

19

мя, наряду с подистирольным, полиуретановым и мочевино-формальдеги, нш пенопластами, фенольно-формальдегидные пенопласты в различных модификациях играют возраставшую роль.

В легких навесных стенах пенопласты на основе полистирола и полиуретана находят, однако, сравнительно ограниченное применение из-за повышающихся требований в отношении огнестойкости. Фенольные пенопласты по зарубежным стандартам относятся к первому классу огнестойкости. Конкуренция их с другими пеногшастами стала возможной в результате существенного повышения их механической прочности и усовершенствования технологии производства и вспенивания. Так, например, фенольные пенопласты зарубежных фирм "Пластимер"(Франция) и "Динамит Нобель" (ФРГ) не уступают по прочности полистирольному пенопласту типа ПС-Б и жестким пенополиуретанам.

Владимирским НИИ синтетических смол разработаны заливочные пе пласты фенсшьно-резольных модификаций различных марок (от ФРП-1 до Вмларес-400) и налажено промышленное производство смол и вспенивак щих агентов. Важнейшими преимуществами этого пенопласта, кроме 01 нестойкости и низкой стоимости исходных продуктов, является возмог ■ ность быстрого смешивания в нужном соотношении жидких компонентов и заливки формы или полости конструкции, где заливочная композит« течение нескольких минут вспенивается с выделением тепла, заполню форму, и быстро отверждается.

В зависимости от объемной массы (40-80 кг/м3) и типа вспенив; кщего агента прочность пенопласта при сжатии составляет 0,05-0,5 I

Фенсльно-резольные смолы являются смесью первичных продуктов конденсации фенола с формальдегидом в присутствии едкого натра в качестве катализатора. Вспенивающий агент (ВАГ) представляет собо! цродукт конденсации сульфофенолмочевины с формальдегидом. В соста: ВАГ для получения фенольно-резольной смолы вводится ортофосфорная кислота (для марки ФРП-1), фреон-ПЗ (для марки ФРП-4) и др. При вспенивании ФРЛ-4 и последующих марок в закрытых формах создаются меньшие давления, а прочность пенопласта выше и превосходит проч-

20

•гость пенополистщзола типа ПС-Б. Цикл изготовлении фенольно-резоль-=шх пенопластов, считая с момента смешения исходных компонентов, *е превышает 10-12 минут.

Выбор синтетических материалов проводился с учетом использования так называемой одностадийной технологии отверждения и формования всех слоев трехслойной панели одновременно и прошел несколько этапов в зависимости от применяемых на каждом этапе видов материалов и'типов конструкций, разработанных автором.

РАЗРАБОТКА. КОНСТРУКЦИЙ Конструкции, рассматриваемыев диссертации - это легкие панели «алой массивности, воспринимающие незначительную вертикальную нагрузку от собственного веса, действующую вдоль стены, где панель шеет наибольшую жесткость, и временную горизонтальную нагрузку от временного давления ветра, действующую поперек стены, где она име-¡т наименьшую жесткость. Под действием продольной силы панель рас-?ягивается, если она подвешена, или сжимается, если оперта. Бели г.е она закреплена в четырех точках, то продольные усилия в. ней незначительны до тех пор, пока под влиянием температурных деформаций з ней не возникнут соответствующие напряжения, намного превосходящие гапряжения от собственного веса. Во избежание этого панели-понизу фепятся только от перемещений из плоскости, а собственный вес пе->едается.через верхние крепежные'узлы на элементы каркаса здания -шгели и перекрытия. В овязи с рекомендацией подвешивать панели, >ни могут рассчитываться лишь на изгиб, при этом.растягивающими уси-шями пренебрегают. .

Панели конструируются с тонкими прочными облицовками из стекло-шастика и легкой, более толстой и гораздо менее прочной средишой гз конструктивных пенопластов. Обрамление, как правило, выполняется 13 того же материала, что и облицовки, и имеет защитные и несущие зункции. Внутренняя облицовка панели кроме стеклопластика в необ-содимых случаях принимается из асбестоцемента или других тонкостен-

ных несгораемых и нетеплопроводных материалов.

Облицовки воспринимают нормальные усилия растяжения и сжатия, в то время как среданка и обрамление воспринимают в основном усилия сдвига. Будучи частью облицовки, обрамление в краевых элемента: примыкающих к ней, также воспринимает усилия растяжения и сжатия, также как и примыкающие к облицовке слои утеплителя. При изменении знака нагрузки на обратный (напор-отсос) усилия в обшивкахи примы-кащих к ним частях панели знакопеременны.

В экспериментальном проектировании жилых и общественных здани: соискателем разрабатывались, после серии цредарительных испытаний отобранных вариантов, два основных типа навесных панелей из пластм I. Трехслойные навесные панели с облицовками из стеклопластик с утеплителем из пенопласта (вариант - сотопласт) для жилых зданий Панели этого типа разрабатывались в два этапа. Сначала их кон струкция была принята из условия технологии склеивания предварител: но изготовленных листовых и плитных материалов: облицовок из •стекл1 пластика (снаружи) и древесностружечной плиты (изнутри) и утеплите' ля из плит пенопласта или блоков бумажного сотопласта. Панели размером па комнату - рядовые 319 х 284 см и торцевые 500 х 284 см пр: толщине 10 см разработаны, испытаны и смонтированы авторским колле. типом институтов Мосцроект и НИИ пластмасс в I960-I96I годах в дом секции на Шепелюгинской ул.в Москве.

Облицовки панелей выполнены в виде гладкой скорлупы с отогнутыми бортами по наружному контуру и контуру оконного проема, из по лиэфирного стеклопластика на смоле ПН-I, окрашенной в массе. Рядовые проемные панели были оборудованы оконными блоками из стеклопла стика с переплетами из цельноформованннх створок, навешенных на ро яльных петлях в оконную коробку с импостами, выполненную также из стеклопластика. Панели опирались на стальные кронштейны, приваренные к плитам перекрытия, которыми они удерживались в плоскости сте В дальнейшем, на втором этапе разработки этого типа панелей, при проектировании 5-этажного экспериментального дома, панели были mopp.

дарнизированы с учетом отечественного и зарубежного опыта. Для уве-пгчения огнестойкости наружные облицовки изготовляли на антипирован-гай смоле ПН-Ic, в качестве утеплителя был выбран поливинилхлорид-гый самозатухающий плитный пенопласт ПВХ-I. Сотопласты ж древесно-;тружечные плиты были исключены. В качестве внутренней несгораемой >блицовки был применен.плоский прессованный асбестоцементный лист.

П. В основу второго типа стеновых панелей - для общественных зданий положены разработка новой одностадийной технологии получения 'рехслойных панелей непосредственно из синтетических смол и стекло-юлокна и авторские заявки соискателя. Созданы качественно новые инструкции навесных стеновых панелей из пластмасс, в частности, гредложена бескаркасная бескоробочная конструкция панели с навь жонных переплетов непосредственно на внутреннюю облицовку панели is стеклопластика, по авторским свидетельствам на изобретения соис-гателя И I97I37 и 251798. В целях унификации стеновых панелей для 5ольшинства типов зданий общественного назначения, сокращения коли-юства их типоразмеров, улучшения условий транспортировки и монтажа I получения полной строительной готовности панелей принята вертикаль-гая разрезка стены на панели, обеспечивающая получение панелей с пробами и без проемов одинакового габарита, позволяющего формовать их i кассете со сменными поддонами. Высота панелей принята равной высо-'е этажа общественных зданий - 330 и 420 см, ширина - кратная шагу солонн в любом направлении - 150 см. Толщина плоской части панели ->т 8 см определена теплотехническим расчетом и результатами лабора-■орных и стендовых испытаний.

Панели этого типа представляют собой бескаркасную конструкцию, остоящую из жесткой самонесущей стеклопласгиковой оболочки, запол-внной пенопластом, и внутренней огнестойкой облицовкой из асбесто-¡ементного листа. Формование стеклопластиковой оболочки и соедине-ие наружной и внутренней облицовок осуществляется при вспенивании енольного заливочного пенопласта в полости оболочки.

Панели оборудованы закладными деталями из стеклопластика с внут-

23

ренней резьбой, которые в комплекте со специальными монтажными дет; 'лями позволяют транспортировать и монтировать панели с их прикрешк . ниш к элементам каркаса' здания. При монтаже панель, поднятая траверсой за верхние монтажные детали, навешивается цри помощи резьбовых шпилек в прорези монтажных уголков, установленных на ригелях и; перекрытиях каркаса, и после регулировки.положения панели в трех н; правлениях производится затяжка гаек, фиксирующих шпильки в npopeej уголков (по авт.свид. Ш 228907).

В теплотехническом отношении панели рассчитаны на среднюю темп* ратуру 'самых холодных суток для г- Москвы, равную-28,5°С, и имели сопротивление теплопередаче BQ = 1,8 м^град/вт.

В статическом отношении составные панели типа I рассчитаны на действие ветровой нагрузки, равной 40 кг/м^, и имели максимальный прогиб под нормативной нагрузкой, определенный экспериментальным -путем, не превышающий 1/200 цролета панели. Расчет на прочность по несущей способности проводился,на воздействие, расчетных нагрузок, определяемых путем умножения -значений нормативное Нагрузок на соот ветствугацие коэффициенты надежности по, нагрузке.

Расчет трёхслойных цельноформованных панелей-оболочек из стек 'пластика и средним слоем из заливочного пенопласта (типа П) провод ся с учетом совместной работы обрамляющих ребер'и среднего слоя.

При относительно слабом заполнителе (при отношении модулей уп гости заполнителя и обшивки 0,00005 * 0,0005) не допускается испол зовать закон Гука для расчета трехслойных панелей. Расчет же по те рии уцругости приводит к сложной системе дифференциальных уравнею: интегрирование которых затруднено. Применение упрощающих гипотез г зволило получить приемлемое решение задачи. Расчетные формулы для изотропных материалов, выведенные в предположении линейной зависимости напряжений от деформаций, были приведены соискателем в кандг датской диссертации (МИСИ им.Куйбышева, 1970 г.). Ими, однако, не учитывалась совместная работа обрамляющих ребер и конструктивного среднего слоя пенопласта.

Дальнейшие теоретические, а также экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с участием автора,' показали, что расчет по прочности обшивок панелей с обрамлением без учета работы срединки, влияющей на распределение напряжений 'в обшивке, достаточно точен (ошибка менее 5%) при отношении модулей упругости среднего слоя и обрамления не выше примерно 0,001. Для расчета таких панелей при отношении модулей, превышением 0,001, выведены специальные формулы.

Панели рассматривались как дважды статически неопределимые конструкции, причем в качестве основной была принята система, в в которой связи сдвига между кромками обшивки и ребер и между обшивкой и средним слоем были заменены соответствующими сдвигающими'усилиями. Расчет сведен к комплексу плоских задач, решенных методами теории упругости. Рассмотрено напряженное состояние элементов панели (ребер, обшивки, элементарных пластинок-среднего слоя), определявшееся тремя функциями напряжений, заданных в виде гиперболо-тригонометрических рядов, и условия их совместной работы. Решение полу-.чено интегрированием дифференциальных уравнений изгиба ортотропных пластинок для обшивки и обрамляющих ребер и изотропной - для элементарной полоски среднего слоя; Максимальные сдвигающие напряжения по кромкам ребер^с учетом работы среднего слоя получены в виде:

^Ч^ощ^^щ ' 0)

где:. Срг = УгШр$-сЬс(У1ё ;

(Ь - погонная нагрузка в кг/см;

соответственно половины длины, ширины и высоты панели,см;

"£,(/¿2,- толщины обшивки и ребра, см;

Е, иЕут модули упругости материала ребра в продольном и поперечном направлениях;

- модуль сдвига материала ребра;

- корни дифференциального уравнения; о( - коэффициент формы сечения.

25

Используя выражение ¿-мах> дальнейший расчет ведут так же как и для панели коробчатого сечения без конструктивного среднего слоя.

Для определения прогиба панели с учетом работы срединки предложена следующая тоо.тилля: ^ - £ ^г С , (г.) -

9, = г^Мр ^ гЦр/, .с/м к <п .

Сравнение теоретических и экспериментальных величин деформаций трехслойных панелей различных размеров показало, что расчет целесообразно проводить в зависимости от геометрических характеристик панелей по формулам сопротивления материалов (при в соответствии с теорией составных стержней (при 0,04<к<с0,085) и методами теории упругости (при К^0,085), где: Е - модуль упругости обшивки;

С - модуль сдвига среднего слоя;

соответственно толщины обшивки и половина толщины слоя. Нормативные и расчетные характеристики стеклопластиков и пено-плаотов, применяемых при изготовлении навесных стен и предназначен™ для экспериментальной проверки в строительстве, получены автором в лаборатории конструкций с применением пластмасс ЦНИИСК на основе теоретических исследований лаборатории, результатов обобщения зарубежного опыта, а также данных опытного проектирования, проведенных рядом проектных организаций. В основу назначения нормативных и расче тных сопротивлений конструктивных пластмасс, использованных в построенных и демонтированных автором зданиях,положены результаты про-Бедекных им экспериментальных исследований.

Значения кратковременных нормативных сопротивлений представляют собой пределы прочности материалов при статических кратковременных испытаниях малых образцов, определенных как усредненные данные из ряда испытаний путем соответствующей вариационной обработки. Нормативные длительные сопротивления получены перемножением значений

26

кратковременных нормативных сопротивлений на коэффициенты длительного сопротивления. С целью определения коэффициентов длительного сопротивления стеклопластиков автором проведены специальные исследования образцов на установках типа БИАМ (результаты опубликованы в (21).

Расчетные сопротивления материалов получены перемножением значений нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу. Кроме того, учитываются различные коэффициенты условий работы, отражающие влияние температуры, влажности, длительности воздействия нагрузок и других факторов на прочностные и деформационные характеристики отдельных видов конструкционных пластмасс. Влияние указанных факторов учитывается путем умножения полученных коэффициентов на расчетные сопротивления, а также модули упругости и сдвига.

МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИСПЫТАНИИ ПАНЕЛЕЙ

Трехслойные бескаркасные панели с облицовками из стеклопластика, утепленные пенопластом, для первых экспериментальных объектов изготавливались с применением предварительно отформованных скорлуп из стеклопластика и плитных утеплителей из пенопласта, укладываемого на клею и запрессовываемого с внутренней обшивкой при помощи пригруза и вакуумирования- панели. Соответствующее оборудование разработано соискателем в Моспроекте в период проектирования опытных зданий.

Позднее в НИИ пластмасс разработан способ одностадийного формования трехслойных стеновых панелей с одновременным получением слоев стеклопластика и пенопласта из подготовленных компонентов: стекловолокна, связующего и вспениваемой заливочной композиции. Теплота, температура и давление, получаемые при вспенивании и отверждении фе-нольно-формальдегидной композиции, полностью используются для полимеризации и уплотнения облицовочного слоя из стеклонаполнителя со связующим. Технология производства панелей состоит из операций:

а) подготовка формы с нанесением на нее разделительного слоя,

б) нанесение на разделительный слой окрашенного в массе лицевого слоя связующего,

в) нанесение на лицевой слой стеклонаполнителя со связующим,

г) установка на стеклонаполнитель закладных деталей из пластмасс

д) заливка вспениваемой смешанной композиции в полость панели,

е) установка внутреннего облицовочного слоя панели на закладные детали из пластмасс,

ж) запирание формы и выдержка изделия при вспенивании и отвержде з) разборка формы и извлечение изделия.

Наиболее эффективны формы, выполненные в виде профилирующих поддонов из стеклопластика, дающие возможность получать панели с объемной облицовкой, профилированной поверхностью, увеличивающей жесткость и улучшающей внешний вид облицовки.

Давление прессования, развивающееся при вспенивании, порядка 0,2-0,5 МПа, способствует получению более прочного, чем изготовленного обычным контактным методом, стеклопластика.

Разделительный слой из кремний-органической смазки ( в виде 10^-ного раствора диметилдихлорсилана в толуоле или ксилоле) дает возможность снимать с поддона несколько панелей без возобновления обработки. Заливка композиции в форму производится с помощью установок непрерывного и периодического действия. Цикл изготовления панели составляет 20-30 минут.

Преимуществами одностадийной технологии являются: сокращение времени, трудоемкости и стоимости получения слоистой конструкции; исключение необходимости получения и склеивания листовых и плитных материалов; появление возможности автоматизации процесса формования слоистых-конструкций в специальных установках.

Физико-механическим испытаниям с целью определения прочности, деформативности и трещиностойкости подвергались опытные 'образцы стеновых панелей из пластмасс. Нагрузки - вертикальная от собственного веса и горизонтальная от ветрового давления; В соответствии с действительной работой панелей в здании они должны быть испытаны кратковременной равномерно-распределенной нагрузкой на поперечный изгиб. В связи с тем, что при воздействии ветровой нагрузки на вер-

28

тикально подвешенную узкую панель последняя работает как балка, опираясь короткими сторонами на перекрытия или ригели (при отношении дайны к ширине ^ и > 2) - схема испытания панелей принимается как для балки на двух опорах.

По методике физико-механических испытаний легких панелей, принятой в МНИИТЭП и ЦНИИСК, такие панели испытывались в горизонтальном положении. В дальнейшейм, с целью точного учета всех факторов действительной работы панелей на ветровую нагрузку, соискатель предложил и реализовал в ЦНИИСК способ и установку для испытания панелей в вертикальном положении, при навеске их на собственные крепежные детали (см.авторские свидетельства Ш 203996 и 232562 и публикацию 15).

Прогиб при нормативной нагрузке в середине панели не должен превышать 1/200 длины панели. Регистрации подверглись:

- величины прогибов я перемещений под нагрузкой, соответствущей нормативной;

- величина нагрузки при нормативном прогибе;

- величина нагрузки яри появлении трещин;

- величина раскрытия трещин при дальнейшем нагружеют;

- величина разрушающей на1рузки.

При достижении нормативной нагрузки панель разгружалась по этапам, замерялись остаточные деформации, после чего панель нагружалась вновь до разрушения. Загружение проводилось поэтапно, доя первых пяти этапов по 20% нормативной нагрузки, при дальнейшем загружен™ - по 10%. Каждая ступень выдерживалась не менее 30 минут, а после приложения полной нагрузки - не менее 2-х часов.

Панели устанавливались на шарнирные опоры. В соответствии со схемой расстановки приборов измерение деформаций проводилось прогибомера-ми Максимова и индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм; измерение напряжений проведено электротензодатчиками с базой 50, 20 и 10 см по показаниям автоматического электронного измерителя.

Цельноформованные стеновые панели с облицовками из стеклопластика, утепленные фенольным пенопластом, подученные методом одностадий-

29

ного формования, подвергались испытаниям от действия равномерно распределенной нагрузки на пневматической установке ЦНИИСК и на вакуумном вертикальном стенде соискателя. Результаты испытаний опубликован!

У глухих и проемных панелей, обшивки которых работали совместно как единая оболочка (три панели из четырех), нормальные напряжения в ребрах и обшивках и прогибы ребер и обшивок в середине пролета оказались близки к рассчитанным по схеме с монолитным сечением панели. При этом зависимости напряжений и прогибов от нагрузки линейны-, величина максимальных напряжений в ребрах глухой панели составила в среднем 3,0 МПа, в обшивке 2,4 Ша, у проемных панелей в ребрах в среднем 11,0 МПа. В одной из глухих панелей оболочка не работала.

Экспериментальные значения прогибов: 5 глухой панели в середине пролета 0,7 см (1/600 ) с отклонением от расчетного на 20%; прогиб по ребрам 0,85-0,9 см (1/465 ) - совпадает с расчетным; у проемных панелей прогиб по ребрам в середине пролета составил 1,76 и 2,24 см (соответственно 1/238 и 1/187 ) и 2,18 и 1,17 см (соответственно 1/192 и 1/240 ), что близко к расчетным значениям.

После разгрузки глухой панели от двойной нормативной нагрузки, прогиб под которой составил 1,96 см (1/213 ), остаточного прогиба не наблюдалось, при вторичном нагружении до учетверенной нагрузки в 160 кг/м2 прогиб составил 4,7 см (1/89 ), остаточный прогиб после разгрузки составил 0,1см или 2%.

Прогиб перед разрушением при нагрузке 400 кг/м^ у глухой панели составил 11,82 см (1/35 ). Разрушение панели произошло при нагрузке 440 кг/м^ от сдвига по месту соединения облицовок из стеклопластика. Отношение разрушающей нагрузки к расчетной составило 9.

Результаты испытаний позволили рекомендовать панели к применению в качестве навесных в стенах общественных и промышленных зданий высотой до 40 м в 1-Ш районах по ветровой нагрузке. Испытания подтвердили, что глухие панели можно рассчитывать как монолитные конструкции с учетом приведенного сечения в случае жесткого соединения скорлуп Из стеклопластика, образующих оболочку. Это же относится и

к проемным панелям при условии совместной работы скорлуп в ребрах.

Комплексные теплофизические исследования, включающие выявление микроклимата помещений, теплозащитных качеств ограждающих конструкций, теплоустойчивости здания в целом в зимних и летних условиях были организованы и проводились с участием соискателя в опытном двухквартирном доме-секции в Москве лабораторией теплофизики МНИИГЭП. Результаты исследований выявили высокие теплозащитные качества наружных стеновых панелей с облицовкой из стеклопластика, утепленных пенопластом ПС-Б ( 2,86 м^град/вт) и- бумажным сотопластом, набитым шпорой ( R0= 2,34 м'трад/вт). Результаты испытаний хорошо сходятся с расчетами и соответствуют результатам предварительных испытаний фрагментов стен в климатическом стенде МНИИГЭП.

Вместе с тем выявлены недостаточные теплозащитные качества полых оконных створок переплетов и импостов из стеклопластика, а также недопустимость применения для климатической зоны П-Б стеклопа-кетов, склеенных на алкшгаиевых профилях.

Выявлена аккумулирующая способность здания, сочетающего легкие навесные стены с тонкостенными железобетонными несущими конструкциями (поперечные балки-стенки и междуэтажные перекрытия). Экспериментальное значение коэффициента т получено равным 0,016, т.е. не ниже, чем у жилого дома со стенами из глиняного кирпича толщиной 65 см.

В летних исследованиях выявлена недостаточная теплоустойчивость наружной стеновой панели, утепленной пенопластом ПС-Б. Анализ показал, что наружный слой панели (полиэфирный стеклопластик) пропускает инфракрасные лучи, которые частично проникают и через пенопласт. Выявлен перегрев жилых помещений, ориентированных на юг, за счет увеличенной площади оконных проемов (150 х 180 см), составляющей до 40$ площади от общей площади стеновой панели.

Проверка воздухопроницаемости стыков между панелями выявила недостаточную их герметичность, вызванную неправильной технологией их герметизации (предварительная наклейка уплотнителя на торцы панели).

Воздухопроницаемость оконных проемов была выше нормы из-за при-

31

менения полиуретановых уплотнителей, пропускавших воздух при сжатия

По результатам указанных исследований герметизация стыков межд панелями была усилена постановкой нащельников из стеклопластика на тиоксловой мастике, а уплотнение оконных створок проведено губчатой резиной в два ряда. Влагопроницания стыков в эксплуатации не наблюдалось. В результате испытаний установлено также, что краевые ребрг стеновых панелей из стеклопластика по условиям теплопроводности дох жны иметь большее сечение, чем средняя часть панели.

Огневые испытания стеновых панелей с наружными облицовками из стеклопластика на различных марках полиэфирных смол с фенольно-фо! мальдегидным пенопластом в качестве среднего слоя организованы соискателем на полигоне ВНИИПО МВД СССР. Опытные образцы собирались в виде фрагментов навесной стены на установке перед огневой камерой испытательной печи. Температурный режим соответствовал требованиям СНиП до разрушения остекления, после которого температура снижалас

В качестве признаков наступления предела огнестойкости фрагментов наружных панелей стен были приняты следующие:

- потеря несущей способности одной или нескольких панелей в результате разрушения панелей или узлов их крепления к каркасу здание

- распространение горения через стык из обогреваемой панели на смежные или вышераспсложенную панель, не подвергающиеся нагреву;

Загорание наружной обшивки панелей после разрушения остекления может быть принято за цризнак наступления предела огнестойкости условно, до создания вариантов остекления, удовлетворяющих требования, неразрушения, или ограждений остекления от огня в помещении.

Контроль температуры в критических точках определялся с помощь* термопар. Результаты испытаний показали существенные преимущества стеклопластика на смоле марки ПН-6 по сравнению с таковым на смоле ПН-1с: интенсивность, продолжительность и степень выгорания значительно меньше, самозагухание после выключения печи происходит через 3-5 минут. Предел огнестойкости для фрагментов этой партии панелей получен по признаку загорания наружной облицовки через разрушенный

жонный цроем и составил при использовании смолы ПН-1с 0,15 часа, :а смоле ПН-6 - 0,4 часа. Впоследствии методика была пересмотрена(17,2.<}.

В последующие годы огневым испытаниям по новой методике, разра-5отанной во ВНШПО совместно с автором доклада, среди многих вариа-гаов слоистых панелей с пенопластмассами и другими эффективными утеплителями, по панелям с облицовками из стеклопластика были получены !олее удовлетворительные результаты. В качестве связующего для стек-юпластика использована полиэфирная смола ПН-63 с гшамягасящей хлор-гасфорной добавкой (хлор - 15/2, фосфор - 2,3%).

Соотношение связующего и стекловолокна марки ТЖСн-0,68 - 50:50.

Средний слой из пенопласта ФРП-1 в двух вариантах толщины: 76 и 'Л мм. Внутренняя (обогреваемая) обшивка панели - также в двух вари-1нтах: а) из стеклопластика приведенной рецептуры толщиной 3 мм и

0 из двух листов СПИ, склееньк полимерцементной мастикой, общей тол-даной 21 мм. Образцы представляли собой, в соответствии с условиями говой методики, фрагмент панелей размерами 1,5 х Г х ОД м, вырезайте из наружных стеновых панелей. Проем лечи размерами 0,9 х 0,9 м.

В результате огневых испытаний по стандартному режиму, с контроль-юй зоной за пределами проема печи по горизонтали рамерами 0,5 х I м, -становленной в целях фиксации распространения пламени, выявлено: го образцам первого варианта полиэфирная смола внутренней обогрева-юй обшивки выгорела через 20 минут, обнажив стекловолокно. Послед-гее, однако, продолжало защищать пенопласт и панель в целом от пря-юго огневого воздействия в течение 90 минут испытания. Температура

1 печи после воспламенения связующего повысилась; в контрольной зоне >но выгорело на длине панели 250-300 мм. Пенопласт внутри конструкции разлагался, и продукты деструкции выделялись из панели. После

зыключения печи на 90-й минуте самостоятельное горение и тление ■ генопласта в нагреваемой и контрольной зонах продолжалось в течение Ю-30 минут. За 1,5 часа испытания пенопласт в горячей зоне выгорел га глубину 60-80 мм, в контрольной зоне - на 50-70 мм. Горение по юнопласту в контрольную зону распространилось на длину 250-300 мл.

33

Из пенопласта выгорели горючие компоненты, сохранился кокс.

Наружная облицовка из стеклопластика сохранила форму, но в го] чей зоне на ней появились темные пятна, указывающие на выгорание сз зующего. Однако температура на необогреваемой стороне панели не щ высила 180°С - т.е. один из признаков предела огнестойкости не досз нут. По результатам испытаний панелей варианта К I дан вывод:

Панели с обеими обшивками из стеклопластика относятся к труднс сгораемым конструкциям со временем начала горения утеплителя в кона рольной зоне, а также начала распространения горения по внутренней облицовке более чем через 0,25 часа. Панели имеют предел огнестойкости 1,5 часа, установленный по признаку прогрева конструкции.

По результатам испытаний панелей варианта № 2 с дополнительной огнезащитой СГШ дан вывод: Панели с дополнительной защитой СШ относятся к группе трудносгораемых конструкций со временем начала., горения утеплителя в панели, а также начала распространения горения по внутренней обливке панели в контрольной зоне более чем через I ч Панели имеют предел огнестойкости I час, установленный по признаку прогрева конструкции. Таким образом, в соответствии с принятой мето дикой, панели были рекомендованы к проведению натурных испытаний.

Анализ результатов исследований воздушной среды помещений, проведенных в доме-секции московской ГорСЭС в течение двухлетнего периода, показал, что в зимний период первого года испытаний выделялись формальдегид, элихлоргидрин, стирол и гипериз в концентрациях, пре-вышаюдих предельно допустимые (ГЩК) для атмосферного воздуха, но ме! ших, чем для водоемов санитарно-бытового .водопользования. Фенол и фз фурол не обнаружены. 3 конце периода испытаний формальдегид не был обнаружен, концентрация эпихлоргидрина снизилась до предела ниже допустимого для атмосферного воздуха, резко снизилась концентрация стирола. Гипериз присутствовал в течение всего периода наблюдений.

С целью гигиенической оценки материалов стеновых панелей проведены дополнительные исследования санитарно-гигиенических характеристик стеклогшастиков и пенопластов. Для стеклопластиков на основе свя

зуадих со смолами ПН-1, ПН-Гс, ПН-6 при использовании их в навесных

о

стенах и оконных переплетах в количестве I м на кубометр объема помещения содержание стирола и гипериза превышает ПДК лишь при повышен ной ..температуре (40°С). Однако объем применения стеклопластика в натуре значительно ниже и составляет для жилых помещений 0,3, а для

п

общественных 0,1-0,2 м на кубометр объема. Стеклопластики на смолах ПН-11 и 1Ш-62 при использовании инициирующих систем, не содержащих стирола и гипериза, а также термообработанные панели имеют наиболее благоприятные санитарно-гигиенические характеристики.

При анализе фенольного пенопласта выявлено, что при насыщенности

о

в 0,6 иг пенопласта на кубометр объема помещения фенол и формальдегид в воздухе не обнаруживаются. Опыт натурных исследований в доме-секции учтен в полной мере при проведении последующих разработок, проектировании и строительстве зданий с применением пластмасс (12,15).

ЭШЕШМЕНГАЛЪНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО

В период проектирования и строительства двухквартирного дома-секции с навесными стенами из пластмасс в Моспроекте соискателем разрабатывались варианты стен с оконными переплетами дая навески панелей цри различных разрезках фасада одного и того же дома типа ЕС—V, первоначально в полностью железобетонном варианте,разработанном в мастерской 1Ь 7 Моспроекта. Предусматривалось, что при шаге несущих перегородок 320 см и высоте этажа 285 см кроме основной разрезки с панелями стен размером"на комнату',' как это принято дая дома-секции, тавесная стена проектируется в горизонтальной и вертикальном ленточном вариантах, в которых горизонтальные или вертикальные панели полосовой разрезки чередуются с соответствующим ленточным остеклением. Рассмотрев все варианты, ГлавАПУ Мосгорисполкома заказал Моспроекту разработку экспериментального проекта пятиэтажного 45-квартирного жилого дома по серии К-7-3 с широким применением пластмасс, основываясь на опыте дома-секции, уже построенного по Шепелюгинской ул.,15,

с учетом изменений, принятых по результатам научно-технологически исследований и испытаний панелей из пластмасс, проведенных автора

По решению МПС КПСС и Мосгориспсякома, опытное производство стеновых панелей и оконных блоков из пластмасс было освоено на Мытищинском комбинате стройпластмасс, изготовившем 20 панелей стен, и на ДОК-3, изготовившем около тысячи оконных створок из стеклоши тика. Несмотря на отсутствие отработанной заводской технологии, с имость панелей составила всего 57 руб.за кв.метр, а стоимость ctbi рок - 17 рублей за кв.метр, т.е.вдвое,дешевле алшиниевых изделий С применением панелей, освоенных Мытищинским комбинатом, автором совместно с арх. Гурулевым O.K. запроектировано и построено на территории комбината административное здание, одноэтажное, с п< перечными стенами из кирпича, перекрытыми железобетонными плитами, Стеновые панели из пластмасс образовали главный и дворовый фасады, Навеска панелей за верхние крепежные детали (по авт.свид.й 228907'. непосредственно на крайние плиты покрытия. Понизу панели притянут! болтами за крепежные детали к стальным закладным планкам, заанкерс ным в цоколе здания. Здание эксплуатировалось 12 лет и снесено, ш нели разобраны, опытные образцы подвергнуты исследованиям, результаты в табл. прилок.Материалы не претерпели существенных изменений, Новая технология одностадийного формования стеновых панелей i стеклопластика и вспениваемого в полости пенопласта впервые применена НШ пластмасс для изготовления стен здания строительного цехг и цеха экструзии Опытного завода института. Панели лед-точной разрезки размерами 120 х 300 и 80 х 300 см толщиной 8 см использовань в проектировании и строительстве одноэтажных зданий размерами в ш не 70 х 7 м, высотой в свету (до подвесного потолка) 3,3 м. Каждая панель оборудована двумя парами закладных деталей из стеклс пластика, уложенных и приклеенных изнутри к облицовке перед scnei ванием заливочной композиции. Болтами панели крепятся к колоннам, снабженным стальными планками с отверстиями для болтов. Здания экс плуатируются до настоящего времени в течение свыше 26 лет.

36

В ПНИЮП торгово-йытовнх зданий и туристских «омплексов автором проектировались первые в стране общественные здания с применением пластмасс в навесных стенах. Синтетические материалы широко использовались для изоляции, облицовки, герметизации и отделки панелей полной строительной готовности. По заданию Госгразданстроя разработаны проекты зданий различного назначения - магазины, кафе, комбинате бытового обслуживания с наружными ограждающими конструкциями из пластмасс и асбестоцемента, с оконными переплетами из стеклопластика. Как часть комплексных предложений института по сборным элементам каркасных конструкций общественных зданий, соискателем разработана экспериментальная номенклатура стеновых панелей из пластмасс.

Номенклатура стеновых панелей из пластмасс унифицирована и соответствует номенклатуре элементов железобетонного каркаса. Основные типоразмеры панелей могут быть широко использованы при проектировании каркасных зданий различных схем.

По условиям технико-экономической эффективности, технологии производства, транспортировки и монтажа панелей принята их поэтажная разрезка с высотой панели, равной высоте этажа (4,2 и 3,3 м) и шириной, 1фатной 15М, принятым по системе ШС для общественных зданий (1,5; 3 метра). Толщина панелей определена теплотехническим расчетом, от 8 сы Толщина вертикальных ребер принята из условий теплозащиты стыка и жесткости панели в 18 (для высоты 4,2 м) и 15 см (для высоты 3,3 м.)

С применением панелей, включенных в Номенклатуру, разработаны варианты проектного задания магазина-<5азн на 8000 заказов в день и рабочие чертежи городского молодежного клуба-кафе на 440-500 мест.

В связи с отсутствием отечественной производственной базы по выпуску панельных конструкций из пластмасс (в г.Волгограде строится экспериментальная линия для формования оконных блоков и панелей), проектирование и строительство опытных зданий в стране прекращено. Соискателей после длительной эксплуатации (в течение 12 лет) демонтированы стены двух зданий - опытного дома-секции и административного здания Мытищинского комбината стройпластмасс и проведены обследо-

Я7

вания конструкций и испытания материалов панелей из пластмасс. На основе анализа и обобщения опыта экспериментального проектирования, строительства, эксплуатации и демонтажа зданий разработаны и заявлены изобретения в области навесных стен из синтетических материалов, способов и установок для их изготовления и испытаний, а также конструкций крепления и материалов для стыкования панелей между собой и с каркасными элементами здания(перечень изобретении на c.4G-4^

В процессе комплексной разработки и исследований получены качественно новые конструкции навесных стеновых панелей, изготовленных непосредственно из синтетических смол и стекловолокна по новой технологии. Кроме проемных панелей с навеской оконных переплетов непосредственно на внутреннюю облицовку панелей, предложены беспроемные (сплошные панели)с самонапряженными оболочками, в том числе усиленными в вертикальном направлении однонаправленным стекловолокном. Самонапряженные оболочки заключают вспененный и отвервденный -фенольнкй пенопласт, поддерживая его в сжатом напряженном состоянии

у

препятствующем растрескиванию во времени от усадки.

Усиление панелей однонаправленным стекловолокном в вертикальна направлении позволяет значительно увеличить жесткость панели в пролете, а также ее огнестойкость?* Этим панели выгодно отличаются от конструкций, предложенных фирмой "Камю"(Франция), с металлическим армированием вдоль пролета.

Описанную систему панелей из пластмасс дополняет предложение нового состава пропиточной композиции для уплотняющих и герметизирующих материалов на основе эластичного пенополиуретана (поролона), которая придает легковоспламеняемому и быстроегораемому материалу свойства трудногорючести и гидровоздухоизоляции, что весьма важно для работы компактных стыков между панелями легких навесных стен,300 Для изготовления цельногогастмассовых панелей предложены и раз-

"х A.c.JJ 604937 ** A.c. & I0I5062

ХХХ A.c. й 565519

работаны установка стендового и способ непрерывного формования изделий в одностадийном процессе вспенивания заливочной композиции в одновременно отверждающихся облицовках из стеклохолста, пропитанного связующим. Для стендового производства разработано механизированное формующее устройство (ограничительная форма) с электропневматическим управлением и пистолетом для нанесения смеси связующего и . стекловолокна.х Предложен также способ автоматизированного изготовления слоистых панелей на непрерывной технологической линии, включающей посты подготовки, стабилизации и дозирования связующего, размотки, пропитки и профилирования стеклохолста, заливки вспенивающейся композиции из автоматической заливочной машины, формования и отверждения слоистой ленты в ограничительная гусеничном формующем устройстве, покрытия наружнойсблицовки гель-коутом и разрезки ленты на панели нужной длины.^

Для монтажа легких фасадных панелей из пластмасс предложен способ их установки на фасаде здания с использованием наружных и внутренних нащельников в качестве нацравляпцей обоймы при подаче

панелей с верхнего перекрытия (покрытия) с использованием крана.ххх Заводские стендовые испытания легких фасадных панелей из пластмасс могут быть организованы с использованием двух.изобретений:

способа испытаний панелей навесных стен, при создании отсоса с'

' * хххх

внутренней стороны панели при помощи вакуум-насоса- и устройства

для испытаний на изгиб несущих или ограждающих элементов с помощью ххххх„ _

вакуума. Эти изобретения бшш внедрены в ЦНИИСК при испытаниях панелей из асбестоцемента и пластмасс, навешиваемых на установку в вертикальном положении. Данные о некоторых испытаниях включены в отчеты ЦНИИСК и опубликованы. В ЦНИИЭП жилища на основе этих изобретений также разработана вакуумная установка для испытаний навес-

* A.c. Ä 850378 ,

двторская заявка ä 2793334 Авторская заявка № 3476465

я*** А.с » 203996 ххххх A.c. * 232562

ных панелей легких стен размерами "на комнату". На установке ЦНИИСК испытывались панели для общественных и промышленных зданий.

ОБЛАСТИ ЭФФЕКТИВНОГО ПНШЕНЕНШ ЙЗШТРУКЦШ Научный подход к определению перспективной потребности в легких ограждающих конструкциях из синтетических материалов предусматривает разработку вариантов потребности, позволяющих получить представление о верхней и шишей ее границах. Расчеты потребностей подотраслей строительства в синтетических материалах осйовываются на трех расчетных уровнях - технически возможном (максимальный), технически необходимом (минимальный) и экономически целесообразном -с выбором оптимального варианта(22).

Исхода из определяемых уровней потребности в конструкциях можно сгруппировать области применения конструкций из синтетических материалов в рассматриваемой отрасли строительства следующим образом:

1. Технически необходимый

- промышленные здания с химически и физически агрессивными средами (включая предприятия строительных материалов и конструкций);

- гражданские здания и сооружения с химически-и.физически агрессивными средами (водо- и грязелечебницы, бассейны на минеральных водах, морские и пресноводные бассейны, климатические корпуса).

2. Экономически целесообразный

- ограждающие конструкции массового применения (панели стен, покрытий, перегородок и подвесных потолков унифицированной номенклатуры) для зданий производственного и общественного назначения (промышленные и инженерные корпуса, административные здания, клубы, танцевальные и спортивные залы, кафе, столовые и т.п.);

- панели стен для заполнения лодаюй, а также объемные навесные эркеры и балконы спальных корпусов, гостиниц и жилых зданий;

- цельногщастмассовые объемные блоки спальных корпусов.гостиниц;

- цельнопластмассовые блок-здания вахтовых поселков, баз туризма

3. Технически возможный

- типовые конструкции массового применения для производственных

40

в том числе сельскохозяйственных) зданий и сооружений, а также для существенных и жилых зданий (навесные стены, легкие покрытия и пере-ородки, элементы пространственных конструкций, объемные блоки).

Следует отметить, что большая часть объектов из технически необ-одимой области применения в промышленных зданиях и гражданских соо-ужениях водолечебниц, грязелечебниц и бассейнов оказывается одаовре-енно и экономически эффективной, что говорит о двойном возможном редпочтении указанных областей применения конструкций.

Для технико-экономических обоснований организации производства авесных панелей из синтетических материалов в ЦНИИСК составлены прог-озы с экономическими расчетами эффективности производства и приме-ения в строительстве. Данные по стоимости панелей из пластмасс раз-абатывались Гипростройматериалами, Гицропластом и Гипростроммапшной.

Расчет годовой экономической эффективности производства цельно-дастмассовых панелей с учетом себестоимости и капитальных вложений роведен автором по формуле приведенных затрат:

Э = А /(Сг - С2) + ЕН(К1- К2)/, це: Э - годовой экономический эффект; А - годовой объем производив (мощность линии); С^ и С2 - себестоимости I м2 панелей, руб.; £ и К^ - удельные капиталовложения в производство панелей, руб.;

- нормативный коэффициент эффективности. В качестве аналога принты панели из керамзитобетона. Цены на материалы - прейскурантные.

При объеме производства (мощности линии) 500 тыс.кв.метров пане-ей в год экономический эффект составит:

= 500000 /(16,1 - 14,7) + 0,15 (17,03 - 11,36)/ = 1125000 рублей.

Значения основного показателя - приведенных затрат - для экономичен кой оценки конструкций с учетом эксплуатационных затрат при сравне-ии конструкций различной долговечности определяются по формуле:

П3 = (С + ЕдК) р + р'; , где 3 - приведенные затраты на единицу конструкции, руб.;

- коэффициент приведения единовременных затрат по разнодолговеч-ным вариантам к исходному уровню;

41

Р* - среднегодовые эксплуатационные расходы, руб/год; ^ - коэффициент приведения предстоящих эксплуатационных затрат к исходному уровню.

При сравнении конструкций необходимо сравниваемые варианты с рг ной долговечностью привести к одному и тому же сроку службы путем умножения на коэффициент срока службы (коэффициет долговечности) -Эталонным объектом по сроку службы следует считать такой вариант к< струящий, .восстановление которого потребуется через весьма отдаленный срок = I).

В настоящее время использование синтетических материалов в капитальном строительстве наиболее выгодно в самых трудоемких видах работ и при изготовлении ограждающих конструкций новых типов.

Экономический эффект от применения I тонны синтетических смол I пластмасс в зависимости от соотношения затрат на заменяемые традищ онные материалы и конструкции составляет (по приведенным затратам) в тыс .рублей: в теплоизоляции ограждающих конструкций - 0,7-2.,0; в облицовке стен - 0,7-5,0; в герметизации, гидроизоляции и химичес кой защите ограждающих конструкций - 3,0-г8,0.

ВЫВОДЫ

I. Научно-технический прогресс в строительстве возможен при условии решения задач поставленной и научно обоснованной автором комплексной проблемы рационального применения новых материалов, конструкций и технологии нового поколения - синтетических магеркатов, легких ограждающих конструкций из них и ресурсосберегающей технологии сборных панелей полной строительной готовности для монтажа стен зданий различного назначения. 2. Преимущества синтетических материалов - высокие конструктивные., архитектурные и технологические качества - малая массивность, прочность, атмос^еростойкость, высокая изоляционная способность, пластичность, полихромность и формуемость, а также экономичность - наиболее полно реализуются в предложенных автором навесных

42

стенах из панелей, воспринимающих атмосферные, огневые и эксплуатационные нагрузки, включая Физическую и химическую агрессию.

3. Основными вицами синтетических материалов, комплексно изученных автором на основе систематизации архитектурно-строительных

и технологических требований, выбранными я модифицированными для разработки и изготовления трехслойных панелей навесных стен, рекомендуются полиэфирные смолн"холодного" огверждвняя и стекловолокно, используемые для получения атмосферостойкой облицовки панелей; фенольно-формальдегидные заливочные композиции для среднего слоя панелей; синтетические каучуки я пропиточная композиция на их основе для уплотнения и герметизация стыков между панелями.

4. Наиболее эффективным является комплексное применение композиционных материалов типа стеклопластиков для получения трехслойных оболочек, предложенных автором, в которых наружные слой формуются одновременно с вспениванием среднего слоя панели из заливочной композиции. Автором разработаны, комплексно исследованы и рекомендованы к массовому внедрению несколько типов панелей из трехслойных оболочек, заполненных пенопластом.

5. Типы панелей выбраны с учетом комплекса требований в соответствии с параметрами Единой модульной системы, с различными вариантами разрезок на фасаде здания, сплошного и проемного типов,

с заполнением проемов оконными и балконными блоками из стеио-сластяков, конструкции которых разработаны и испытаны автором.

6. Конструирование и расчет .панелей навесных стен с учётом работы среднего слоя трехслойной оболочки на квазистатическую ветровую нагрузку проведены,автором с использованием результатов комплексных экспериментальных исследований: фявико-мехяическях, теплотехнических, огневых и эксплуатационных. Результаты кратковременных и длительных испытаний материалов и конструкций панелей по начала эксплуатация опытных объектов и после ёё окончания позеоли-.я определить нормативные и расчётные сопротивления

43

материалов, уточнить коэ^щдаенты условий работы, получить коэ-фициент длительного сопротивления полиэфирного стеклопластика и характеристики стеновых панелей. Для испытаний прочности и деформативности панелей автором разработаны, изготовлены и применены вертикальные установки с полным воспроизведением условий ояирания, закрепления, нагружения и разгрузки в автоматизированном непрерывном режиме имитации ветровой нагрузки.

7. В соответствии с принятой одностадийной технологией формования трехслойных панелей автором предложены и реализованы беспрессовое формующее оборудование и оснастка, включающая поддоны-матрицы из стеклопластика для получения сплошных и проёмных панелей, использованных при монтаже стен навесной схемы ряда построенных автором зданий жилшцно-гражцанского и промышленного назначения. Эксплуатация зданий в течение 10-12 и 25 лет с послеэкс-плуагационными испытаниями материалов позволила.- рекомендовать принятые конструкции панелей к широкому экспериментальному строительству в первую очередь в районах с экстремальными климатическими и эксплуатационными условиями .

8. Бри организации массового строительства капитальные вложения в производство легких навесных стен для рекомендованных областей эффективного применения окупятся в течение 2-3-х лет. Масса и материалоемкость навесных стеа из синтетических материалов в сравнении с гредиционнымл уменьшаются в 6-8 раз, соответственно транспортные и монтажные расхода в 2-4 раза. Опытно-промышленное производство панелей стен в объема, необходимом для широкого экспериментального строительства, полностью обеспечено ресурсами синтетических смол и стекловолокна в соответствии с имеющимися и вводимыми производственными мощностями.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. A.c. на изобретение Л I97I37. Крепление раскрывающейся створки (навесная стеновая панель). ЦНИИЭП торговых зданий, автор Кулагин А.Я., опубл. в Ш за 1967, № 12.

2. A.c. на изобретение № 203995. Способ испытания панелей наружных стен. ЦНИИЭП торговых зданий, авт. Кулагин А.Я., опубл. в ЕИ за 1967, & 21.

3. A.c. на изобретение J6 232562. Устройство для испытания на изгиб несущих или ограждающих элементов зданий и сооружений. ЦНИИЭП торговых зданий, авт. Кулагин А.Я., опубл.в БИ за 1968,№ I.

4. A.c. на изобретение й 228907. Стыковое соединение стеновых панелей с каркасом здания. ЦНИИЭП торговых зданий, авт. Кулагин А.Я., опубл. в БИ за 1968, № 32.

5. A.c. № 251798 на изобретение. Крепление раскрывающейся створки (навесная стеновая панель). ЦНИИЭП торговых зданий, авт. Кулагин А.Я., опубл в БИ за 1969, № 28.

6. A.c. № 530935 на изобретение. Стыковое соединение многослойных стеновых панелей с каркасом здания. ЦНИИСК им.Кучеренко, авт. Кулагин А.Я., опубл,в БИ за 1976, й 37.

7. A.c. № 565519 на изобретение. Пропиточная композиция для герметизирующих материалов на основе пенополиуретана. ЦНИИСК им. Кучеренко, авт. Кулагин А.Я. и Шнейдерова В.В., в БИ за 1977 открыто не опубликовано.

8. A.c. № 604937 на изобретение. Слоистая панель. ЦНИИСК им. Кучеренко, авт. Кулагин А.Я., опубл. в БИ за 1978, J5 16.

9. A.c. & 850378 на изобретение. Установка для изготовления строительных изделий. Союзкурортпроект, авт. Кулагин А.Я., опубл. в БИ за 1981, № 28.

10. A.c. № 994 656 на изобретение. Легкая стеновая панель. ЦНИИЭП ктк, авт. Кулагин А.Я., опубл. в Ш за 1983, № 5.

II. А.с. й 1015052 на изобретение. Слоистая панель. ЦНШЭП ктк, авт. Кулагин А.Я., опубл. в БИ за 1983, $ 16.

12. КУЛАГИН А.Я. 0'применении пластмасс в навесных стенах зданий, реф.сб. 1ЩНИС Госстроя СССР, Отеч.опыт й 6, 1970, с.11-20.

13. КУЛАГИН А.Я. Статические испытания стеновых панелей из пластмасс, реф.сб. ЦИНИС Госстроя СССР, Отеч.опыт К 12,1970,с.4-7.

14. КУЛАГИН А.Я. Полимерные материалы в легких строительных конструкциях, Пластические массы № 6, 1972, с.32-33.

15. КУЛАГИН А.Я. Навесные стены гражданских зданий с применением пластмасс, авт.обзор, изд. ЩТИ по гражд.стр-ву и арх-ре, 1973, 69 с.

16. КУЛАГИН А.Я. Установка для испытания навесных стеновых панелей, реф.сб. ЦИНИС Госстроя СССР, Отеч.опыт № 9, 1974, с.41-44.

17. КУЛАГИН А.Я. Огнестойкость стеновых панелей из пластических масс, Пластические массы Л II, 1974, с.65-67.

18. КУЛАГИН А.Я. Эффективность применения строительных конструкций из пластических масс, Пластические масс № 6, 1975, с.71-7с

19. КУЛАГИН А.Я. Дом из пластмасс (результаты одного эксперимента), Жилищное строительство № 6, 1975, с. 18-21.

20. КУЛАГИН А.Я. Огнестойкость трехслойных панелей со средним слоем из пенополиуретана, Промышленное строительство Л II, 1975, с.42-43.

21. КУЛАГИН А.Я. Результаты испытаний прочности и деформатив-н0сти строительного стеклопластика в ограждакщих конструкциях, Строительные материалы II, 1975, с.30-31.

22. КУЛАГИН А.Я. Ограждающие конструкции из синтетических материалов для курортных зданий, авт.обзор, изд. ЦНТИ по гразд. стр-ву и арх-ре, 1984 , 53 с.

23. КУЛАГИН А.Я, 0 навесных стенах из синтетических материалов, Зйшщное строительство № 4, 1989, с. 23-24.

24. КУЛАШН А.Я. Выбор синтетических материалов и разработка конструкций, Жилищное строительство й 6, 1989, с. .14-15.

Таблица I

Требования к стеновым панелям из стеклопластика и фенопенопласта

лп

Наименование показателей Значение показателя для

панели в целом стеклопластика фенопенопласта

Примечания

2.

3.

4.

5.

6. 7.

Температурные пределн применения,°С в I климатическом поясе от -70 до +50

во 2 и 3 климатических поясах от -40 до +70 в 4 климатическом поясе от -20 до +80

Морозостойкость,циклов,не менее 50 50

Группа горючести (возгораемости) Трудногорючие (трудаовозгораемые)

Предел огнестойкости,часов,не менее 0,5

Предел распространения огня,см, не

более 40 -

Коэфивдент теплопроводности, Вт/м.К (ккал/м.ч.°С), не более

Допускаемый прогиб (с учетом тем-пературно-влажностиншс деформаций)

,0,46 (0,4

0,046 0,04)

для:

жилых зданий 1/250 11

..общественных и промышленных зданий 1/200

Модуль упругости нот сжатии и растяжении, Па.Ю^Чкго/см«) ,не нвнее -

9.

10.

Предел прочности пш сжатии и растяжении, Па. 10Ь [ кгс/см*1), н<

не менее -

Коэфициент линейного расширения в пределах температур -70 +80°С, 1/°С, не более

II. Водопоглощение за 24 часа, % (по массе), не более

1£. Предельные размеры, мм

длина

ширина

толщина

13. Допуски, мм

по длине и ширине по толщине

по разности диагоналей по отклонению положения закладных деталей

по ширине, высоте и смещению осей оконного проема

Ь

60000 800

20. Ю-6 0,5

6000 3000

150 ? 5

II

± 5

± 5

100 2

30.10" 75

140

¿0,5

Ь-пролет панели

Результаты физико-механических испытаний синтетических материалов после долголетней эксплуатации навесных стен опытного дома

Таблица 2

Время эксплуатации, лет

Предел прочности при растяжении,

МПа ___

Модуль упругости при растяжении, __МПа

"] Коэффициент длительного | сопротивления

Материал

Стеклопластик на поли- Исходный эфирной смоле ПН-1 и 3 стекломате (типа ХЖН)

12

60 69-80

82-108

У4 106-113 ' 110

6000

5400-9380 -5КГО

0,35

Таблица 3

Материал

Время Предел протаости. МПа

эксплуатации,цри раСТЯЖении

при сжатии при сдвиге при растяжении

модуль упругости. МПа

при сдвиге

Пенополисти- Исходный рольный пено- то пласт ПС-Б

0,11

0.046-0.12 0,088

0,11

0,095

9,5

0.088-0.138 0.051-0,095 8.1-13.4 ■'0,Н -07Й72---9,9

3,2

1,5-3,3 2,4