Дехтяр - Облегченные констукции металлических стен промышленных зданий

Дехтяр А. Ш.

Д 39 Облегченные конструкции металлических стен промышленных зданий. — М.: Стройиздат, 1979. — 160 с, ил.

Изложены сведения по проектированию и строительству стен из металлических, преимущественно стальных и  алюминиевых, листов и различных эффективных утеплителей. 

Приведены научные разработки в этой области. Даны расчет, сравнительные характеристики и примеры практического  применения конструкций металлических стен. Освещен  зарубежный опыт проектирования и. устройства металлических стен.

Книга предназначена для инженерно-технических  работников проектных и строительных организаций.

© Стройиздат, 1979

 

ВВЕДЕНИЕ

Принятые XXV съездом КПСС «Основные направления  развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» определили в качестве важного пути ускорения технического прогресса  капитального строительства широкое внедрение облегченных конструкций.

Для этого созданы все необходимые предпосылки — построены специализированные предприятия, выделяются материальные ресурсы, выполнены и продолжаются соответствующие научные  исследования, разработки типовых и индивидуальных проектных  решений.

Основным путем облегчения строительных конструкций  является снижение веса ограждающей части покрытий и стен зданий, что в наибольшей мере достигается применением слоистых конструкций, в которых для внешних слоев использованы листовые  конструкционные материалы, а для внутреннего — эффективные легкие теплозвукоизоляционные материалы. Конструкции, созданные на основе стальных или алюминиевых листов, относятся к легким, если в них для теплоизоляции принят материал с объемной массой в пределах 300 кг/м3.

В отечественной и зарубежной практике в качестве  конструкционных материалов для слоистых ограждающих конструкций  промышленных зданий применяются преимущественно металлы и  прежде всего сталь. Другие листовые материалы используются  значительно реже и главным образом для зданий иного назначения, так что в отечественном промышленном строительстве понятие «облегченные или легкие ограждающие конструкции» фактически означает  металлические конструкции.

В настоящее время в отечественной литературе книг, посвященных легким конструкциям стен, практически нет. Отдельные,  относящиеся к этой проблеме вопросы затронуты в нескольких книгах [5, 30], но очень ограниченно, поскольку эти работы посвящены в основном другим темам (алюминиевые конструкции, конструкции с применением пластмасс). В переводных книгах [36, 42],  описывающих стены гражданских зданий (многоэтажных), многие сведения устарели, так как были написаны до появления современных  конструкций и способов их устройства. Настоящая книга является  попыткой восполнить этот пробел. Так, в главе I приведены сведения об основных материалах для металлических стеи, глава II посвящена описанию Металлических конструкций стен, используемых многими фирмами за рубежом (в ГДР, ПНР, ВНР, ЧССР, Франции, ФРГ, Италии, Англии, Голландии, Швеции, США), где в этой области имеется значительный опыт, а также применению этих конструкций в отечественной практике. В результате обобщения этих данных предложена схема классификации конструкций металлических стен.

В главе III изложены основные условия (теплотехнические, противопожарные, долговечности, архитектурные и расчетные) применения различных конструкций. В главе IV по основным показателям дана техническая и экономическая оценка конструкций.

Используемые в книге термины в большинстве своем  общеизвестны или понятны из изложения, но некоторые из них необходимо пояснить, так как они отражают определенные условности,  вытекающие из решающего влияния метода устройства стен на их конструкцию. Так, под стенами послойной сборки, которые можно было назвать точнее стенами построечной послойной сборки,  подразумеваются конструкции, слои которых формируются (из отдельных  металлических листов, плит утеплителя и др.) и скрепляются между собой на строительной площадке. Панельными стенами названы  конструкции, для которых указанные работы производятся вне  стройплощадки— на предприятиях, с образованием элементов стен  (панелей) высокой готовности (габаритных для внепостроечного  транспорта), которые в построечных условиях нужно только закрепить в проектном положении с соответствующей заделкой стыков между ними.

Необходимо также указать, что для конструкций, которые  обшиваются (крепятся болтами, винтами и т. п.) металлическими  листами, последние названы обшивками, а в панелях, слои которых скрепляются адгезией пенопласта или склеиванием, — облицовками.

Автор выражает благодарность товарищам Ю. М. Солюсу, Г. М. Смилянскому и Н. М. Ляндрес за ценные замечания по  рукописи и помощь в оформлении ряда иллюстраций.

 

Глава I

СВЕДЕНИЯ ОБ ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛАХ

1. Металлические листы для обшивок стен и облицовок панелей

Металлические листовые профили для стен  изготовляют преимущественно из углеродистой стали. В  зарубежной практике имеются случаи использования других видов стали — нержавеющей и атмосферостойкой  (марки «Кор-тен»). Для стен также применяют некоторые цветные металлы, в основном алюминиевые сплавы.  Одно из .предприятий в США производит панели,  облицованные с наружной стороны закаленными медными  листами. Для стальных, обшивок и облицовок используют в отечественном строительстве сталь углеродистую  обыкновенного качества, относящуюся по ГОСТ 380—71 к группе Б, т. е. поставляемую по химическому составу.

Как правило, применяется сталь БСтЗ, которая по  степени раскисления изготовляется кипящей и имеет  обозначение БСтЗкп. Этот материал поступает для  изготовления элементов стен в виде рулонов холоднокатаной тонколистовой оцинкованной стали, которая по ГОСТ 14118—69 относится тоже к группе Б (предназначенной для холодного профилирования) и имеет цинковое  покрытие класса 1, толщиной от 20 до 50 мкм (вес  покрытия, нанесенного с двух сторон, в пределах от 285 до 712,5 г/м2). Толщина рулонированной полосы равна обычно 0,8 мм. Поверхность оцинкованной стали должна быть в  соответствии со стандартом чистой, ровной и гладкой С равномерным и сплошным покрытием. Допускаются  местные мелкие наплывы цинка и крупинки железоцинкового сплава на обеих сторонах листа, следы канавок  регулирующих роликов, неравномерность кристаллизации цинка, местная шероховатость покрытия, легкие  царапины и потертость, не нарушающие сплошности  цинкового покрытия. Оцинкованная сталь толщиной до 1 мм должна выдерживать испытание на прочность сцепления покрытия с основным металлом (изгиб на 180°). В Месте изгиба не должно быть отслоения цинкового покрытия, обнажающего поверхность стального листа. 

Допускаются мелкая сетка трещин по всей длине изгиба и  отслоение покрытия на расстоянии до 6 мм от краев. По требованию потребителя завод-поставщик оцинкованной стали должен проводить испытание ее на плотность  цинкового покрытия в растворе медного купороса. После испытания на поверхности не должно быть омедненных мест или точек на расстоянии более 6 мм от края. Оцинкованная сталь группы Б должна иметь предел текучести не менее 23 кгс/см2 (при расчете на толщину без цинкового покрытия) и подлежит испытанию на  перегиб, при котором образцы толщиной 0,5—0,8 мм  должны выдерживать до излома 8 перегибов, а толщиной свыше 0,8 до 1,2 мм — 5 перегибов. Для этой стали  стандартом установлены и требования к форме полосы  металла: на 1 м длины отклонение по плоскостности не должно превышать 10 мм, а ребровая кривизна (сабельность) — 1 мм.

В последние годы листовые профили изготовляют (главным образом для внешних поверхностей стен) из стали, защищенной не только цинком, но и покрытием из другого материала, преимущественно из пластмасс, о чем подробно будет описано ниже. Технические  условия на изготовление из указанной стали стеновых  профилей разработаны применительно к каждому  предприятию, но в значительной мере схожи. Они  устанавливают длину профилей в пределах 2—12 м с допуском±20 мм и обусловливают ряд требований к их форме.

Так, ребровая кривизна профилей не должна превышать 1 мм на 1 м длины. На плоских участках профилей не допускается волнистость высотой более 2 мм на длине 1 м, причем расстояние между волнами может быть не менее 300 мм. На поверхности профилей не допускаются отслоения, трещины и другие дефекты,, нарушающие целостность цинкового покрытия; допускаются отдельные риски,  потертости, царапины глубиной менее толщины цинкового покрытия, мелкие крупинки и наплывы цинка, следы от изгибов листа, легкие отпечатки от роликов, не  нарушающие целостности цинкового покрытия. На торцах  профилей в местах перегиба допускаются мелкие трещины длиной не более 5 мм вдоль профилей. На отдельных профилях допускаются смятие торцов и загнутые углы в пределах допуска на длину, а также на крайних  боковых участках профиля в отдельных местах.

Формы стальных профилей весьма многообразны, но по основным своим элементам они сводятся в  значительной мере к нескольким типам, показанным на рис. 1. Наиболее употребительными являются  трапециевидные профили в различных вариантах. Стеновые  профилированные листы, изготовляемые отечественными предприятиями, показаны на рис. 2. В качестве примера из зарубежной практики на рис. 3 показан сортамент стеновых профилей, производимых шведской фирмой NIA.

Алюминиевые сплавы, используемые для стеновых профилированных листов, различаются рядом признаков, в частности системой (видами компонентов), маркой данной системы (соотношением компонентов) и  состоянием поставки, которое выражается степенью нагартовки (холодного упрочнения) или термического  упрочнения. Из отечественных видов сплавов для указанных  листов могут применяться система алюминий—магний (магналий) в виде марок АМг2 и АМгЗ и система  алюминий—магний—кремний в виде марок АВ (авиаль) и АДЗЗ.

Обе указанные системы относятся к деформируемым алюминиевым сплавам (в отличие от литейных).  Получение из них соответствующих полуфабрикатов —  плоских листов, стержневых профилей — возможно с  применением технологии прокатки или 'Прессования. Эти  сплавы делятся на два вида: термически неупрочняемые и термически упрочняемые. Система алюминий—магний относится к первому виду. Ее прочностные  характеристики зависят от соотношения компонентов (марки) и степени нагартовки, т. е. состояния поставки, которое для стеновых листов может быть мягкое (отожженное), обозначаемое М, или полунагартованное, обозначаемое при характеристике заказываемого сплава индексом П.

Сплав алюминий—магний—кремний относится к  термически упрочняемым сплавам, для которых прочностные характеристики повышаются посредством закалки с  последующим старением: естественным (индекс Т) или  искусственным (индекс Т1). Несмотря на то что стеновые листовые профили из алюминиевых сплавов  применяются значительно меньше, чем стальные, формы этих  профилей в строительстве различных стран многообразны.

Сортамент алюминиевых стеновых профилей,  установленный для производства на отечественных  предприятиях, показан на рис. 4.

 

2. Теплоизоляционные материалы

В конструкциях металлических стен для  теплоизоляции используют главным образом пенопласты и изделия из минерального и стеклянного волокна. Другие  материалы, среди которых можно назвать сотопласты с  различными заполнениями сот я пеностекло, применяют значительно реже. Из различных видов пенопластов  наибольшее применение в стенах получили пенополиуретан и пенополистирол. В редких случаях использовался фенольно-резольный пенопласт, широкому применению  которого препятствуют такие его свойства, как большое влагопоглощение, хрупкость, недостаточные морозостойкость и механические показатели. Требования к физико-механическим свойствам пенопласта в большой мере  определяются видом конструкции стен, для которого он предназначается. В частности, для бескаркасных  панелей, в которых пенопласт служит не только  теплоизоляционным, но и конструкционным материалом  (работающим под нагрузкой совместно с облицовками), к нему предъявляют нормативные требования, приведенные в табл. 1.

Теплоизоляционно-конструктивные пенопласты  образуются преимущественно путем введения их  компонентов в полость между облицовками панели, где  происходит вспучивание я отверждение этих смесей.  Пенополиуретан получают из жидких компонентов и по этому  признаку его называют «заливочной композицией», а пенополистирол изготовляют из твердых полуфабрикатов в виде гранул.

На основных отечественных предприятиях приняты способы производства панелей, основанные на  использовании пенополиуретана в виде заливочной композиции. Такие способы преобладают и в других развитых  странах. В отечественном строительстве для значительной части изготовляемых панелей применяют выпускаемый в ГДР полиуретан марки «Сиспур» 4050/1,  характеристика которого приведена ниже.

В последние годы расширяется отечественное  производство материалов для заливочного пенополиуретана марки ППУ-ЗС, характеристика которого приведена ниже.

Пенополиуретан быстро занимает господствующее положение в кругу других теплоизоляционных  материалов для бескаркасных панелей, изготовляемых в разных странах. При малой объемной массе D0—60 кг/м3) он обладает достаточной прочностью на сдвиг, хорошей адгезией к металлу, низким водопоглощением, малой теплопроводностью. Но главное достоинство  пенополиуретана то, что он обладает высокой технологичностью, позволяющей использовать высокопроизводительное  автоматизированное оборудование для поточного  производства панелей. Высокая технологичность выражается в свойстве пенополиуретана быстро (но не слишком)  вспучиваться я отвердевать при естественной температуре и давлении, а также плотно заполнять профили облицовок.

Однако, существенным недостатком является  сгораемость этого материала, его низкое сопротивление  огневому воздействию, даже при введении в его состав  специальных пламегасящих добавок. В связи с этим в ряде стран для пенопласта изыскивают рецептуры,  повышающие сопротивление огню. Необходимо отметить два  возможных способа повышения сопротивления огню. 

Первый — создание новой разновидности пенополиуретана — пенополиизоцианурата (ПИР), значительно более  огнестойкого при 'пожаре, вследствие чего он по нормам ФРГ, например, определяется как материал трудновоспламеняемый. Второй способ -повышения огнестойкости пенополиуретана — это введение в него минерального наполнителя — пеностекла, перлита, керамзита и др.

Исследованиями таких материалов занимался ряд  организаций, в частности ВНИИстройполимер и завод  «Электрощит» (г. Куйбышев). Опыт промышленного  применения пенополиуретана с минеральными наполнителями имеется в Польской Народной Республике и в ряде  других стран. При введении наполнителей некоторые свойства материала (объемная масса, теплопроводность)  несколько ухудшаются (в приемлемых пределах), но  улучшаются его огнестойкость и теплостойкость. По  некоторым зарубежным данным [46], предел огнестойкости  панелей со стальными облицовками, утеплителем которых служит пенополиуретан с наполнителем, может  достигать 90 мин. Применение пенополиуретана с  наполнителями возможно при производстве панелей как стендовым, так и непрерывным способом.

Можно считать, что второе место среди пенопластов по распространенности в стеновых 'панелях занимает пенополистирол. Для вспучивания между облицовками панелей он используется значительно реже, чем  пенополиуретан, но довольно широко применяется в виде  заранее изготовленных плит, служащих теплоизоляционным слоем или конструктивно-теплоизоляционным, если он хорошо соединен с облицовками панели с помощью- клея.

Для конструктивно-теплоизоляционного слоя  используется преимущественно пенопласт объемной массой 40 кг/м3 и более, а для теплоизоляционного — более легкий. Другие характеристики пенополистирола,  изготовляемого беспрессовым способом из суспензионного вспенивающегося полистирола, связаны с его объемной массой (табл. 2).

...