23 февраля 2016г.
Актуальным направлением в области ресурсоэнергоэффективного домостроения является использование трехслойных стеновых панелей индустриального производства с повышенными теплотехническими характеристиками.
Одним из возможных вариантов является использование трехслойных железобетонных стеновых панелей с применением композитных гибких связей в качестве соединительных элементов наружного и внутреннего слоев.
Научно-исследовательские работы по обоснованию возможности применения композитных гибких связей в качестве соединительных элементов наружного и внутреннего слоев стеновых панелей, применяемых Томской домостроительной компанией, выполнялись в 2012-2014 годах. Основным направлением было выбрано разработка конструктивно-технологического решения трехслойных стеновых панелей для строительства каркасно-панельных зданий с применением композитных гибких связей [2], выполненных с применением стеклопластиков, что позволило исключить из существующих решений конструкций стеновых панелей соединительные жесткие связи, представляемые в виде железобетонных ребер или дискретных связей – шпонок.
В качестве основных рассматриваемых композитных гибких связей были приняты стеклопластиковые Бийского завода стеклопластиков (ООО «БЗС»). Такие связи состоят из стекловолокон, скрепленных затвердевшим термореактивным связующим с образованием на поверхности стержней ребристым покрытием для сцепления с бетоном, имеют круглый профиль и цилиндрически-конусное утолщение на анкерующих участках. Определение физико-механических параметров стеклопластиковых гибких связей проводилось рядом экспериментальных исследований в соответствии с ГОСТ 31938-2012, которые включали: определение прочности при растяжении, определение прочности анкеровки в бетоне. Результаты испытаний приведены в Табл.1. Гибкие связи рассматривались как исходного состояния, так и выдержанные в щелочной среде по ускоренной методике в соответствии с ГОСТ.
Таблица 1
|
Марка мате- риала
|
Вид щелоч- ного раствора
|
Обозначе- ние НД на продукцию
|
Обозначение НД на метод испытания
|
Начальный модуль упругости, МПА
|
Среднее значение предела прочности, МПа
|
Остаточная прочность, %
|
|
СПГС Ø7,5
|
Исходное состояние
|
ТУ 2296-001-
20994511
|
ГОСТ 31938-
2012, прил. Б
|
41300
|
1240
|
100%
|
|
СПГСщ
|
Раствор
|
35150
|
1054
|
85%
|
|
Ø7,5
|
щелочи по рецепту ГОСТ 31938
|
|
|
|
|
|
Таким образом, несмотря на слабое сопротивление стеклянных волокон агрессивному воздействию щелочной среды, являющихся основой стекплопластиковых гибких связей, связующая эпоксидная смола в значительной мере обеспечивает сохранность стекловолокон в щелочной среде, аналогичной среде бетона [1].
С учетом полученных физико-механических характеристик композитных гибких связей определено минимальное количество гибких связей для проектируемой трехслойной стеновой панели. Далее проведены численные исследования напряженно-деформированного состояния трехслойных стеновых панелей с применением композитных гибких связей методом конечных элементов. Расстановка композитных гибких связей принята с учетом рекомендаций [3]. Для расчетов принята рядовая навесная стеновая панель. Общий вид исследуемой стеновой панели приведен на Рисунке 1.
Статический расчет производится в линейной постановке на статические нагрузки (собственный вес; сдвигающие усилия, действующие на наружный железобетонный слой относительно внутреннего), ветровые нагрузки, и специальные нагрузки, возникающие при температурных деформациях, в соответствии с СП 20.13330.2011. Схема расстановки гибких связей и разбивка на конечные элементы представлена на Рисунке 2.
Результаты численных расчетов представлены в виде изополей
главных растягивающих напряжений на внешней
поверхности наружного
слоя трехслойной стеновой
панели от температурных нагрузок при разности летней и начальной зимней температур, так как они, согласно
результатам расчетов, имеют наибольшее влияние на напряженно-деформированное состояние
конструкции (Рисунок 3).
На Рисунке 3 наглядно
продемонстрировано, что главные растягивающие напряжения по полю панели не превышают 0,95 МПа, что значительно ниже, чем в стеновых панелях
с жестким соединением слоев [4], при этом максимальное вертикальное смещение наружного
слоя относительно внутреннего не превышает 1,48 мм.
Обоснование энергоэффективности разрабатываемых конструкций численным методом
для города Томска проводилось в программе Temper3D, основанной на методе конечных
элементов, производящей расчеты трехмерных температурных полей, в том числе нелинейных с фазовыми переходами.
Исходные данные
для создания граничных условий приняты
в соответствии с СП 131.13330.2012 для г.Томска. При этом требуемое сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций для жилых зданий г.Томска составляет Ro =2,37 м ·°С/Вт.
Результаты расчета в Temper3D представлены в виде таблицы с данными о тепловом потоке, проходящем как со стороны холодной
поверхности, так и в обратном
(по аналогии как с улицы в квартиру
и наоборот) (Рисунок 4).
Приведенное сопротивление теплопередаче Ro неоднородной ограждающей конструкции определялось по известной формуле:
Выполнение условия
Ro ≥ R
тр с превышением
в
10%
позволяет
сделать вывод о достаточном сопротивлении теплопередаче исследуемой ограждающей конструкции, что соответствует определению энергоэффективности. Температурные поля трехслойной стеновой
панели с применением стеклопластиковых гибких связей и с учетом контурных железобетонных ребер приведены на
Рисунке 5.
Анализируя результаты проведенных численных исследований трехслойных стеновых панелей
для строительства каркасно-панельных зданий, выполненных с применением композитных стеклопластиковых гибких связей, можно сделать вывод
о том, что применение стеклопластиковых гибких связей в трехслойных стеновых панелях является
эффективным методом повышения эксплуатационной надежности и энергетической эффективности.
Статья подготовлена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 02.G.25.31.0022)
Список литературы
1.
Блазнов А.Н., Волков Ю.П., Луговой А.Н., Савин В.Ф. О химической стойкости
стеклопластиковой арматуры
// Проектирование и строительство в Сибири. 2003. № 3. С. 34-37.
2.
Патент РФ на полезную модель № 35119. Слоистая
стеновая панель здания / Шапиро Г.И., Ярмаковский В.Н., Рогинский
С.Л. и др.; Заявл. 21.05.2003. Опубл. 27.12.2003. Бюл. № 36.
3.
Рекомендации к применению стеклопластиковой арматуры (СПА) в качестве гибких связей трехслойных стеновых панелей / Рук. тем. В.И. Устинов. - Новосибирск: СГУПС, 1999.-41 с.
4.
Матвеев А.В., Овчинников А.А. Разработка энергоэффективных крупнопанельных ограждающих конструкций // Научно-технический и производственный журнал «Жилищное
строительство». 2014. №10. С. 19-23.
