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.