Трехслойные панели с применением пластмасс. Их типы и принципы расчета.

Трехслойные панели для стен и покрытий начали применять в США и западноевропейских странах в послевоенные годы вначале для одноэтажного стандартного домостроения и временных зданий, а затем в качестве навесных панелей в промышленных и общественных зданиях.

Все многообразные варианты таких панелей объединяются по одному главному признаку: наличию двух разнесенных слоев (обшивок), выполненных из жестких листовых материалов (металла, асбестоцемента, стеклопластика) и включенного между ними легкого тепло- и звукоизолирующего среднего слоя.

Все три слоя выполняют и несущие функции. Небольшая собственная масса панелей и плит со средним слоем из пенопласта (200—700 кг/м²) обеспечивает эффективность их применения в первую очередь для зданий, строящихся в отдаленных и труднодоступных районах.

Классификация панелей. Трехслойные панели могут быть разделены на четыре конструктивных типа (рис.

Панели I типа. Нормальные усилия в этих панелях воспринимаются жесткими ребрами (из металла, дерева, пластмасс и т. д.) и обшивками. Для панелей I типа не­обходимо выполнение условия, чтобы отношение суммар­ной жесткости ребер к жесткости двух обшивок было больше 0, 8 а//, где а —шаг продольных ребер, см; I — расчетный пролет панели, см.

Панели II типа. К этому типу относятся ребристые панели с малой изгибной жесткостью ребер, для которых отношение жесткостей ребер и обшивок меньше или равно 0, 8а//. При расчете панелей II типа можно при­нять, что нормальные усилия воспринимаются только обшивками.

Панели III типа имеют ребра и сплошной средний слой из пенопласта, приклеиваемый к верхней и нижней обшивкам.

Панели IV типа имеют сплошной средний слой, но выполняются без ребер, поэтому они характеризуются большой деформативностью.

В панелях III и IV типа обшивки воспринимают нор­мальные напряжения, вызванные изгибающим моментом, при этом в панели, работающей по схеме простой балки' нерхняя обшивка сжата, а нижняя — растянута

Металлические и стеклопластиковые обшивки также выполняют роль гидро- и пароизоляции.

Для среднего слоя рекомендуется применять пено-нласты беспрессового изготовления, вспениваемые непо­средственно в полости панели или в виде готовых блоков размером на панель или часть панели.

Трехслойные панели рассчитывают по двум предель­ным состояниям (по прочности и деформативности). Кро­ме этого, обшивку проверяют на устойчивость и местный изгиб от кратковременного действия сосредоточенной на­грузки 1000 Н, с коэффициентом перегрузки 1, 2 распре­деленной равномерно по площадке 10X10 см.

Р_{М =} 1000-1, 2 =12 Н/см²,

10-10

где Рм — интенсивность местной нагрузки, Н/см².

При расчете на поперечный изгиб трехслойные пане­ли рассматривают как плиты, свободно опертые по двумсторонам или опертые пб контуру. Если панели IV типа С металлическими обшивками оперты по контуру и для

НИХ

Где q — равномерно распределенная нагрузка, Н/см²; G — модуль Сдвига среднего слоя, Па; с = С₀ + б — расчетная высота сечения, см; 6 — толщина обшивки, см,

то их следует рассчитывать как гибкие пластины. Расчетными нагрузками для панелей покрытия будут собственный вес и снег, а для стеновых панелей — собст­венный вес (при расчете в их плоскости) и ветер (при расчете из плоскости).

Основой является синтети­ческий полимер, называемый также синтетическим связующим или просто полимером. К конструкционным пластмассам относят те пластмассовые материалы, которые по сочетанию присущих им эксплуатационных свойств могут быть использованы в несущих элементах конструкций.

Достоинствами явля­ются:

высокая прочность; небольшая плотность (объемная масса; химическая стойкость, т. е. способность сохранять эксплуата­ционные свойства в средах, в которых другие конструкционные материалы корродируют; биостойкость — неподверженность гниению и воздействию дру­гих разрушительных факторов биологического происхождения; простота формообразования; сочетание свойств, не встречающееся у других; легкая обрабатываемость;

возможность применения клееных и сварных соединений; возможность получения тонких прочных элементов из пленок и тканей.

Недостатки: невысокий модуль упругости, вследствие чего пластмассовые элементы более деформативны, чем элементы из других материалов; ползучесть, и падение прочности при длительных нагрузках; невысокая поверх­ностная твердость и вследствие этого легкая повреждаем-есть по­верхности элементов и изделий; сгораемость; старение (ухудшение-эксплуатационных свойств во времени под действием тепла, сол­нечной радиации, влаги и т. п.).

Термопластичные смолы используют для изготовления листовых: материалов (органическое стекло, винипласт), клеев для их скле­ивания, пенопластов, пленок.

Термореактивные смолы переходят из вязкотекучего в твердое состояние только один раз — в процессе отверждения: феноло-формальдегидные, полиэфирные, эпоксидные^ мочевино-формальдегидные.

Термореактивные смолы находят широкое применение для из­готовления фанеры, стеклопластиков, пенопластов, клеев, древесных пластиков, различных фасонных деталей.

Наполнители — компоненты, вводимые в пластмассовый мате­риал с целью улучшения его механических и технологических свойств, повышения теплостойкости, снижения стоимости

Красители. Окраска пластмассовых материалов осуществляет­ся не путем окраски поверхности изделия, а путем введения кра­сителей в массу материала

Порообразователи — добавки, применяемые для 'получения га­зонаполненных материалов — пенопластов.

Основными полимерными материалами, используемыми в кон­струкциях с применением пластмасс, являются стеклопластики, пенопласты, оргстекло, винипласт, древесные пластики, воздухоне­проницаемые ткани и пленки, синтетические клеи.

Стеклопластик — материал, состоящий из двух основных ком-шонентов: синтетического связующего и стеклянного волокна (на-лолнителя). Стеклопластики обладают всеми достоинствами, присущими конструкционным пластмассам, отличаясь наиболее высокими из всех пластмасс прочностью и модулем упругости, а также нали­чием светопропускания, химической стойкости и радиопрозрачно­сти (т. е. способности пропускать радиоволны). Недостатками стеклопластика являются старение и горючесть.

В строительных конструкциях стеклопластики находят следу­ющее применение: а) в качестве светопроницаемого материала — для несущих элементов светопропускающих панелей стен и покры­тий, для покрытий типа оболочек и т. п.; б) в качестве материала, «стойкого в химически агрессивных средах, — для несущих элементов ограждающих конструкций, емкостей, газоводов, труб, и т. п.; д) в качестве материала, обладающего радиопроницаемостью, — для конструкций, ограждающих радиоприборы от атмосферных воздействий,

Независимо от вида стекловолокнистого наполнителя все стек­лопластики, армированные в одном или по двум взаимно перпен­дикулярным направлениям, являются материалами анизотроп­ны м, и.

Изотропными являются стеклопластики, армированные рубленым стекловолокном. Одинаковая прочность этого материала по всем направлениям достигается за счет хаотического располо­жения отрезков волокон.

Светопроницаемость, или светопрозрачность. Некоторые марки стеклопластиков обладают высоким коэффициентом светопропус-кания (до 0, 85).

Атмосферостойкость (стойкость против старения) характеризу­ется скоростью снижения механических свойств, ухудшением ка­чества поверхности, появлением трещин и раковин, снижением светопроницания. Чтобы предотвратить старение, в материал вво­дятся, различные добавки

В зависимости от состава стеклопластики являются материалом? сгораемым или трудносгораемым.