2. КОНСТРУКЦИИ СТЕН

3. Конструкции панельных стен

Бескаркасные панели. В мировой строительной технике для панельных металлических стен применяются преимущественно бескаркасные панели — типа «сэндвич». Они- различаются главным образом размерами по фасаду и толщине, облицовками (их количеством, материалом, формой и отделкой), материалом утепляющего слоя и формой стыкуемых продольных кромок. Встречаются панели шириной менее 1 м и длиной в пределах 2 м. Они предназначены обычно для так называемых вставок или филенок под и над окнами многоэтажных зданий, преимущественно гражданских, а также одноквартирных жилых домов. Часто для таких объектов и небольших одноэтажных зданий производственного назначения применяются панели шириной 1—1,5 и длиной порядка 3 м. Но преимущественно для одноэтажных промышленных зданий основного и вспомогательного назначения используются панели больших размеров: длиной до 12 м, а шириной в пределах до 1 м. По толщине размеры панелей тоже меняются в широких пределах: от 25 до 100 мм, а иногда и более.

В большинстве случаев панели имеют трехслойную конструкцию с двумя жесткими облицовками среднего теплоизоляционного слоя. Но встречаются и конструкции с одной облицовкой, например панели марки «Пурклед» английской фирмы «Ай-Си-Ай», у которых утеплитель из жесткого пенополиуретана облицован с наружной стороны профилированным двухволновым металлическим листом с фирменной маркой «Калеркот», а с внутренней — белым поливинилхлоридом по алюминиевой фольге.

Ширина панели 762, а длина от 1219 до 4572 мм. Толщина пенополиуретана (объемной массой 32 кг/м³) равна 25,4, а стального листа — 0,55 мм. В трехслойных панелях обе облицовки чаще делают из одного и того же материала преимущественно листового. Но нередко для внутренней и наружной облицовок используют различные материалы. Иногда для наружной облицовки используют плитные материалы, что принято, в частности, для панелей марки «Дервимап» (Англия) (рис. 46).

Из числа листовых материалов для облицовок довольно часто применяется асбестоцемент, реже древесностружечные и древесноволокнистые плиты, а также стеклопластики. Во Франции для нескольких видов панелей, и в частности для конструкции, называемой «Изоглас», наружная облицовка принята из эмалированного стекла. Изнутри эти панели облицованы оцинкованном сталью, а утеплителем служит пенополиуретан. Наиболее распространены облицовки из защищенного от коррозии черного металла — стали, в меньших масштабах используются алюминиевые сплавы, атмосферостойкая («Кор-тен») и нержавеющая стали. Металлические облицовки иногда бывают плоскими, что свойственно главным образом панелям малых размеров, в частности подоконным и надоконным в многоэтажных гражданских зданиях. В большинстве же случаев облицовки имеют гофрированную поверхность, причем разнообразие профилей очень велико.

По материалу теплоизоляционного слоя в основном различают панели с пенопластами, с минераловатными и стекловолокнистыми утеплителями и с пеностеклом. Встречаются и другие виды материалов, в частности на основе асбестового или древесного волокна, а также сотопласты (значительно реже). В панелях небольших размеров неволокнистые теплоизоляционные материалы используют часто в виде заранее изготовленных плит, к которым облицовка приклеевается. Для производства панелей средних (длиной 3—6 м) и больших размеров (до 12 м) быстро распространяются методы, при которых утеплитель в виде пенопласта образуется вспениванием его компонентов в полости между облицовками. Для механизации этих методов подходящим видом пенопласта является пенополиуретан, технологические свойства которого определяют высокую производительность оборудования и его рентабельность. При вспенивании полиуретана адгезия со стальными облицовками обеспечивается без склеивания. При алюминиевых облицовках склеивание необходимо.

По сравнению с комплексно-механизированными методами, основанными на свойствах пенополиуретана, изготовление бескаркасных панелей средних и больших размеров с использованием других утеплителей менее производительно, более трудоемко и не гарантирует в такой же мере необходимого качества изделий. Это относится в первую очередь к утеплителям в виде заранее изготовленных плит, а также к тем пенопластам, которые могут быть образованы вспениванием исходного материала в полости панели, но при условиях и режимах, менее благоприятных, чем это имеет место при использовании полиуретановых композиций. Поэтому можно ожидать, что в дальнейшем панели массового применения не будут отличаться утеплителями. В то же время очевидно, что будут изыскиваться другие виды пенопластов, обладающих достоинствами пенополиуретана, но без его недостатков: сгораемости, высокой стоимости и др.

По форме продольных стыкуемых кромок бескаркасные панели можно разделить на две группы со значительным числом разновидностей. Панели одной группы имеют обе кромки одинаковой формы, другой — различной, что соответствует двум видам стыков — с нащельниками или без них. Примером конструкций первой группы могут служить панели, изготовляемые в ГДР под маркой «Ал-Пур-Ал» (рис. 47). У них обе кромки имеют одинаковую специфическую форму, определившуюся видом стыка, условиями размещения и закрепления нащельников. Эти панели предназначены для стен вертикальной разрезки и выполняются с алюминиевыми облицовками (толщиной 0,8 мм), но в дальнейшем предполагается перейти к использованию стальных листов. Внутренняя облицовка принята гладкой, а наружная — с пятью неглубокими гофрами, обращенными к утеплителю. Утеплителем служит жесткий пенополиуретан объемной массой 45 кг/м³, образуемый в полости панели из жидких компонентов. Номинальная ширина панелей 1000, толщина 50 или 80 мм, длина до 15,4 м. Панели толщиной 50 мм имеют массу 6,3 кг/м², коэффициент теплопередачи К=0,5 ккал/(ч•м²•град) и могут, в соответствии с нормами ГДР, работать под ветровой нагрузкой 55 кгс/м² в пролете (расстояние между ригелями) до 3 м. Для панелей толщиной 80 мм масса равна 7,5 кг/м², К=0,306 ккал/(ч•м²•град), пролет — до 4,2 м. Номенклатура изделий предприятия-изготовителя включает панели рядовые различной длины с градацией 300 мм, доборные — для участков стен, примыкающих к углам здания и воротам, а также фронтонные элементы для торцовых стен, получаемые путем косой резки рядовых панелей.

Конструкции «Ал-Пур-Ал» характерны интересным решением стыка, но в целом они менее рациональны, чем панели со стальными облицовками.

Соединение с помощью нащельников предусмотрено и для панелей, разработанных и применяемых в Польской Народной Республике (рис. 48) (облицовки панелей — стальные). Они могут применяться как при вертикальной, так и при горизонтальной разрезке стен; при вертикальной разрезке расстояние между ригелями принимается в пределах 2,4—3,6 м, при горизонтальной расстояние между стойками 3 м. Формы наружной и внутренней облицовок отличаются только на участках, примыкающих к стыку, на остальной площади они имеют одинаковую профилировку небольшой глубины (5 мм). Толщина листов облицовок 0,55 мм. У продольной кромки панели облицовкам придана форма, предусматривающая размещение утеплителя стыка и установку снаружи нащельника, который может быть плоским или выпуклым — трапецеидальным. С внутренней стороны стык герметизируется мастикой типа «Олькит» или тиоколовой. Утеплителем панели служит жесткий пенополиуретан объемной массой около 50 кг/м³. Средняя толщина панелей 55 мм, длина находится в пределах от 3 до 12 м, масса их равна 12 кг/м², коэффициент теплопередачи 0,38 ккал/(ч•м²•град). Недостатком этой конструкции является не вполне надежное крепление нащельников вертикальных стыков.

В ряде стран распространены конструкции панелей, сопрягаемые без нащельников — в шпунт. Это относится, в частности, к производимым во Франции фирмой «Куврасье» панелям «Ондатерм» (рис. 49). Они предназначены для стен вертикальной разрезки. Обе их облицовки имеют одинаковый профиль из стального оцинкованного листа толщиной 0,75 мм, причем наружная поверхность защищена и отделана пластмассовым лаком, пленкой либо эмалью. Для среднего слоя панели принят жесткий пенополиуретан, образуемый в полости между облицовками. Кромки панели имеют разную форму — одна из них образует паз, другая — гребень. В обе кромки при изготовлении панелей уставляются пластмассовые профили, образующие форму пенопластового слоя. Между этими профилями при монтаже зажимается помещенная встык упругая герметизирующая и теплоизолирующая прокладка. Пластмасса, прерывающая металлические облицовки менее теплопроводным материалом, способствует улучшению теплового режима стен в местах стыков панелей. По данным фирмы, в конструкции с пластмассовыми профилями не образуются «мостики холода». Размеры панели: ширина номинальная 910, фактическая 937, толщина 38 мм, длина до 6 м. При указанной толщине коэффициент теплопередачи равен 0,65 ккал/(ч•м²•град), а масса — 10 кг/м². В сортамент конструкций, кроме рядовых, входят угловые панели и тавровые (для примыканий внутренних стен к наружным). В конструкциях «Ондатерм» не полностью решен вопрос об огнестойкости крепления панелей, от которой во многом зависит при пожаре жизнеспособность стен в целом.

Сопряжение в шпунт с использованием для его образования пластмассового профиля принято и для конструкций панелей, называемых «Люксалон» или «Люксафор», производимых в Голландии фирмой «Хюнтер Дуглас». Они различаются по типам, имеющим числовые индексы в которых в сотнях выражена ширина панели, а последней цифрой условно обозначена ее толщина — 50 или 35 мм. Так, рядовая панель типа 605 имеет ширину 600 и толщину 50 мм, а типа 603 — соответственно 600 и 35 мм. В номенклатуру изделий фирмы входят также панели доборные типов 305, 303, 205 и 203 и угловые для каждой толщины, имеющие размеры в плане 150X150 мм. Длина панелей может достигать 10 м (рис. 50).

Для облицовок панелей используются листы алюминиевомагниевого сплава, внешняя поверхность которых имеет цветное эмалевое или полимерное покрытие (гладкое или рельефное — под штукатурку). Утеплителем служит пенополиуретан, образуемый вспениванием в полости панели смеси жидких компонентов.

Наиболее специфичным для конструкций «Люксалон» является способ крепления панелей к ригелям с помощью элементов, показанных (в установленном виде) на рис. 51. Использование этих зажимов, снабженных натяжными винтами, исключает необходимость сверления отверстий для крепления панелей, на что затрачивается значительная доля труда при монтаже других конструкций. Изготовители панелей рекомендуют вводить уплотняющую прокладку в стык между панелями только для зданий с кондиционированием воздуха. Для зданий без кондиционирования такой стык без прокладки должен (если судить по рисунку) существенно снижать термическое сопротивление и воздухонепроницаемость стены.

Однако данные испытаний, сообщаемые фирмой, не подтверждают такого предположения. Так, при температуре воздуха на одной стороне панели —24°С, а на другой + 21 °С; температура по полю стены (с теплой стороны) равнялась +19°С, а в зоне стыка +18°С. Испытание на воздухопроницаемость при разности давлений с обеих сторон стены, соответствующей действию ветра со скоростью 90 км/ч, показало величину инфильтрации воздуха через стык, равную 0,9 м³/(м•ч), что считается хорошим показателем. Ограждающая часть стены из панелей типа 605 имеет массу около 8 кг/м² и коэффициент теплопередачи 0,43 ккал/(ч•м²•град), а из панелей типа 603 — соответственно 7 кг/м² и 0,6 ккал/(ч•м²•град).

В конструкциях «Люксалон» представляет интерес способ крепления панелей к ригелям, но из-за малой ширины панелей трудоемкость стен оказывается сравнительно большой.

В Италии, Болгарии и Англии применяют стеновые панели «Соматерм» итальянской фирмы «Метекно» (рис. 52). Их устанавливают вертикально и сопрягают продольными кромками в своеобразный шпунт. Как и в конструкции «Люксалон», каждая панель крепится к ригелям каркаса здания по одной только кромке, после того как другая закреплена в пазу панели, смонтированной ранее. Панели изготовляют с образованием в их полости жесткого пенополиуретана объемной массой 40 кг/м³, имеющего фирменное название «Сомафоум». Взаимное положение облицовок фиксируется специальными пластмассовыми коротышами. Облицовки панелей приняты из стального листа толщиной 0,8 мм, но могут быть сделаны и из алюминиевого сплава. Они имеют три неглубоких гофра, между которыми сделано рифление. Наружная поверхность внешней облицовки отделана защитным и декоративным пластмассовым покрытием. Панели имеют номинальную ширину 900 мм, длина их может быть до 8 м, а толщина 35 (тип «35») или 50 мм (тип «50»), При этих толщинах и указанной объемной массе пенополиуретана коэффициент теплопередачи равен соответственно 0,62 и 0,44 ккал/(ч•м²•град).

Теплоизоляция и герметизация продольного стыка панелей обеспечиваются прокладками, которые могут быть из различных материалов.

Фирма применяет преимущественно прокладки из мягкого пенополиуретана специальной марки, пропитанного составами на основе битума. Этот материал обладает значительной упругостью и при обжатии более чем на половину толщины может через 8—10 мин или более восстановить исходную форму. Однако в конструкциях «Соматерм», так же как и в панелях «Ондатерм», не решен вопрос об огнестойкости крепления панелей.

Фирма «Метекно» производит и другие стеновые элементы, называемые «Монопанель» (рис. 53), из которых могут образовываться стены вертикальной разрезки толщиной в один или два таких элемента (рис. 54)

В последнем случае панели двух слоев могут при соответствующем конструктивном решении стен соединяться болтами, но при этом образуются нежелательные теплопроводные включения в конструкцию, на которых вероятно появление конденсата.

«Монопанели» для стен (их не надо смешивать с элементами того же наименования, предназначенными для покрытий) состоят из слоя пенополиуретана и односторонней наружной металлической облицовки. Стены типа «Моноуолл» состоят по толщине из одной панели, внутренняя поверхность которой отделана неметаллическими листовыми материалами, что для стен, состоящих из сдвоенных панелей — типа «Моносупер», не требуется. Ширина панелей 450, толщина 25 мм и длина до 8 м. В отличие от панелей «Соматерм» элементы

«Монопанель» стыкуются не в шпунт, а с нащельником за щелкивающегося типа. Такой стык значительно ухудшает теплотехническую характеристику стены, так как полноценная теплоизоляция ее в этом месте невозможна. Масса стены «Моноуолл» равна 8,5 кг/м², ее панели могут работать под ветровой нагрузкой 80 кгс/м² в пролете до 2,5 м. Для стен «Моносупер» масса равна 16,5 кг/м² средний коэффициент теплопередачи — 0,6 ккал/(ч•м² х град), возможный пролет при той же нагрузке—до 3 м.

В Федеративной Республике Германии находя применение различные виды трехслойных панелей и, частности, описанные выше панели «Ондатерм» и «Люк салон». Одной из первых в ФРГ начала выпуск трех слойных панелей металлургическая фирма «Хоеш» при участии химической фирмы «Байер». Панели для стен покрытий изготовляют со стальными облицовками средним слоем из пенополиуретана под общим названием «Фепур», при этом стеновые панели отдельно именуются «Изованд». Ширина панелей 1 или 1,25 м, толщи на 35 и 60 мм, при различной длине. Для их облицовки используют стальные листы толщиной от 0,5 до 1,25 мм оцинкованные с обеих сторон, а внешнюю поверхность наружной облицовки покрывают еще синтетическим лаком. Соединение панелей осуществляется в шпунт.

Одна из фирм ФРГ «Кунсштоф ферфаренстехни д-р инж. Эрнст ГМБХ» производила и комплектовали оборудование технологических линий для непрерывное автоматизированного производства трехслойных панелей с различными формами продольных кромок для образования нескольких видов стыков, показанных на рис. 55. Переналадка оборудования позволяет изготовлять панели не только с различными кромками, но и разной ширины (от 0,8 до 1,2 м) и толщины (от 25 до 200 мм). Длина их равна от 2 до 10 м. Облицовки могут быть стальными или алюминиевыми толщиной до 1 мм. Профиль облицовок варьируется соответственно кромкам, а по основным поверхностям имеет обычно одну форму. Для среднего слоя панелей используется самозатухающий пенополиуретан объемной массой 40—60 кг/м³.

Оборудование для непрерывного автоматизированного производства трехслойных панелей наряду с упомянутой фирмой в ФРГ поставляют другие компании в разных странах. Однако создаваемые таким оборудованием возможности производства панелей с несколькими видами стыков используются редко. Обычно фирмы выбирают какой-нибудь один вид стыка, применительно к которому изготовляют конструкции, различающиеся иногда другими признаками.

Американская фирма «Глерос» производит под общим названием «Инсьюл—Лэп» стальные и алюминиевые трехслойные панели нескольких типоразмеров (отличающихся профилем наружной облицовки), каждому из которых присвоена своя марка (рис. 56).

Для всех панелей одинакова толщина продольных кромок и принят один вид стыка (рис. 57).

Фирма считает этот стык главным достоинством своей конструкции. Стык представляет собой двойное сопряжение в «четверть», форма которого способствует удлинению и осложнению пути проникания через него влаги и воздуха. Кроме того, для герметизации стыка имеется не одна, как обычно, а две прокладки, устанавливаемые в панели при изготовлении их на заводе. Из приводимых фирмой отчетных данных об испытаниях по методам, установленным нормами США, следует, что проникание влаги через стык не имело места вообще, а его воздухопроницаемость оказалась меньше, чем кирпичных или блочных стен (при принятой в США сравнительно малой их толщине). Что касается указываемых фирмой прочих достоинств ее конструкций: скрытое крепление панелей к несущим элементам, прерывность металлических облицовок панелей в зоне стыка (устраняющая «мостик холода»), то они не столь специфичны, так как достаточно распространены и в других конструкциях стен.

Для панелей фирмы «Глерос» принята ширина 40 и толщина (габаритная) 5 см. Они могут иметь длину при стальных облицовках до 9,15 м, при алюминиевых — 5,5 м. Фирма указывает, что предельная длина панелей должна определяться с учетом цвета наружной облицовки, влияющего на степень ее нагрева под воздействием солнца и на связанные с этим температурные деформации конструкции.

Металл облицовок панелей «Инсьюл-Лэп» может быть защищен от коррозии различными защитными покрытиями. Внешние поверхности покрывают полимерными смолами, виды которых подбирают в зависимости от ожидаемых агрессивных воздействий на панели в условиях их эксплуатации. Цвет покрытия определяется архитектурными требованиями, поверхность его может быть гладкой или рельефной.

Для среднего слоя панелей предлагаются на выбор два вида пенополиуретана: один из них определяется как самозатухающий, а другой как невоспламеняемый. Материал второго вида дороже материала первого вида и уступает ему в том, что его прочность на сдвиг ниже на 20%, а на растяжение — на 25%. Пенополиуретан испытывают на старение по методам, установленным нормами США: при повышенной влажности (относительная влажность 100%) и температурах + 84 и —30°С.

Фирма «Глерос» рекомендует при применении панелей с алюминиевыми облицовками изолировать их поверхности от других материалов, с которыми они соприкасаются. Нед опускается также складирование панелей под открытым небом, так как небольшое их коробление, вызванное солнечным нагревом, может исключить возможность или затруднить стыкование панелей при монтаже. Достоинством панелей «Инсьюл-Лэп» является рациональная форма стыка, а недостатком — малая их ширина.

Фирма «Батлер» (США) изготавливает и использует в строительстве в основном только один тип трехслойных панелей с пенополиуретаном, образуемым в полости между обшивками (рис. 58). Эти панели, имеющие фирменную марку «F-103 II», предназначены для стен и покрытий зданий. Для наружной облицовки панелей «F-103 II» в качестве полуфабриката используются металлические профилированные листы, выпускаемые фирмой под маркой «Батлериб II» также в качестве законченной продукции, предназначенной для неутепленных ограждающих конструкций зданий. Эти листы изготовляют из различной стали: малоуглеродистой, низколегированной, атмосферостойкой («Кор-тен»). Защиту металла (кроме «Кор-тен») от коррозии производят для листов толщиной 0,5—0,55 мм путем нанесения непрерывным горячим способом алюминиевого покрытия (230 г/м²) или комбинированного (55 и 45%) алюминиево-цинкового (110 г/м²). Выпускаются также профили из стального гальванизированного и окрашенного листа толщиной 0,5 и 0,65 мм и из алюминиевого листа с заводской отделкой толщиной 0,65 мм. Профиль листа «Батлериб II» шириной 900 мм имеет три ребра высотой 38 мм, в промежутках между которыми расположено по два мелких гофра высотой 3 мм. В одном из крайних ребер имеется углубление для шнура, герметизирующего стык панелей. Внутреннюю облицовку панелей делают из мелкогофрированных листов, преимущественно из малоуглеродистой стали. Панели выпускают различной длины — до 9,75 м, с утеплителем толщиной 25 мм.

Очень своеобразна форма панелей и их сопряжений (стыков) в другой конструкции фирмы «Батлер», называемой «Монопэнл», в которой утеплителем служат стекловолокнистые маты (рис. 59). Панель шириной 300 мм имеет форму сечения с уступом, причем меньшим размером уступа определяется толщина утеплителя. В продольных кромках панели имеются пазы одинаковых размеров, отстоящие на неодинаковых расстояниях от ее внутренней плоскости. У каждого паза наружная и внутренняя стальные облицовки выпущены раздельно за грань панели и охватывают пластмассовый (поливинилхлоридный) вкладыш, с которым облицовки сшиты металлической нитью. Вкладыши одной панели расположены в разных плоскостях, благодаря чему они образуют стык в двойной шпунт с двойным уплотнителем, что обеспечивает повышенную непроницаемость конструкции для влаги и воздуха.

Толщины листов наружной и внутренней облицовок могут быть одинаковыми или различными. В сортаменте панелей предусмотрены следующие, толщины листов (в числителе наружных, в знаменателе внутренних) мм: 0,5/0,5; 0,65/0,5; 0,5/0,65; 0,65/0,65; 0,8/65; 1/0,65. 

Этот сортамент предусматривает возможность использования панелей для достаточно широкого диапазона нагрузок при различных размерах и числе пролетов. Панели выпускают с облицовками, имеющими гальваническое и лакокрасочное покрытие. Крепятся панели к ригелям за внутреннюю обшивку с помощью фирменных заклепок «лепесткового» типа. Прогрессивной особенностью обеих конструкций фирмы «Батлер» является применение более тонких металлических листов, чем для многих других. Несмотря на то что панели «Монопэнл» имеют рациональный стык и дают возможность использовать несгораемый утеплитель, предпочтительнее панели «F-103 II», так как они в 3 раза шире панелей «Монопэнл».

В США наряду с показанными выше панелями, сопрягаемыми в шпунт, находят применение различные конструкции, стыкуемые с помощью нащельников. Панели такого рода под маркой «Элпли» (рис. 60, а) производит фирма «Алкоа». Их изготовляют с двумя алюминиевыми облицовками либо с одной — наружной, а второй служат листы асбестоцемента, фанеры или картона. Для наружной облицовки используют листы толщиной 0,6; 0,8 и 1 мм из твердых алюминиевых сплавов, применяемых для предотвращения появления вмятин на поверхности панелей. В качестве утеплителя служит плитный пенополистирол, соединяемый с облицовками путем склеивания. Клеи выбирают с учетом требуемой прочности соединения, водостойкости и поведения при изменениях температуры.

При изготовлении панелей у каждой сопрягаемой кромки образуют полость между облицовками по всей толщине панели (рис. 60,б) либо две полости, расположенные у каждой облицовки и разделенные слоем утеплителя (рис. 60,в). При монтаже на отогнутые в эти полости крайние участки облицовок смежных панелей надевают сверху нащельники из прессованных алюминиевых профилей, в которых предусмотрены для этого соответствующие пазы. В нащельники вставляют профили из хлоропренового каучука, герметизирующие стык. Фирма изготовляет нащельники различных форм, а стыки с их применением имеют общее название «Снаг-Сим», к которому для обозначения конкретного вида стыка добавляется соответствующий буквенный индекс. Панели «Элпли» имеют ширину 1,5 м, а длину обычно до 3, но не более 5,5 м. Толщина их может быть от 25 до 200 мм с интервалом в 25 мм. Внешнюю поверхность панелей отделывают обычным анодированием или по способу «Дьюранодик», либо покрывают эмалью или пластмассами.

Панели «Элпли» не могут широко применяться в промышленном строительстве ввиду их малой длины, определяющейся технологией изготовления (склеивание облицовок с утеплителем), а также из-за использования для облицовок алюминия.

На рис. 61, а показан принцип устройства стыков стеновых панелей с нащельниками в виде прессованных профилей из алюминиевого сплава, изготовляемых и применяемых в США фирмой «Джонс—Менвилл». Нащельники служат также элементами фахверка, через которые стена крепится к ригелям каркаса здания. В сортаменте фирмы имеются нащельники для рядовых и угловых стыков панелей, а также для примыканий их к другим конструкциям.

Способом склеивания облицовок с утеплителем изготовляются и панели, производимые под маркой «Порселен» американской фирмой «Элаенс уолл корп». Как и все клееные панели, они имеют небольшую длину — 3,6 м при ширине 1,2 м. Под указанной маркой выпускается 11 видов панелей с различными материалами облицовочных и теплоизоляционных слоев. В варианте с металлическими облицовками для них используются листы толщиной 0,35—0,4 мм из стали или 0,5—0,6 мм из алюминия, а утеплителем служат плиты стекловолокнистые, пенополистирольные или пенополиуретановые толщиной 10, 15, 20, 25, 40 или 45 мм. Характерным для этого вида конструкции является наличие между облицовкой и утеплителем промежуточного слоя в виде асбестоцементного или древесноволокнистого листа, который введен для уменьшения толщины металлической облицовки и повышения надежности склеивания всех слоев панели. Такие же листы используются в других вариантах конструкции взамен металла для внутренней облицовки, сочетаясь, при необходимости, с пароизоляцией из алюминиевой фольги.

Все слои конструкции соединяются методом горячего прессования с применением клеев или эластичных мастик на основе неопрена или латексов. К клеевым швам предъявляют требование по прочности на сдвиг, величина которой должна быть не меньше, чем у теплоизоляционного материала. Панели «Порселен» крепятся по контуру к вспомогательным элементам каркаса здания, которые, в свою очередь, прикрепляются к основным его ригелям. Стыки между панелями образуются с применением нащельников в виде профилей из алюминия или пластмассы.

Из приведенных зарубежных конструкций трехслойных панелей видно, что при их разработке особое внимание уделяется обеспечению необходимых эксплуатационных качеств стыков. Эта задача еще более актуальна для строительства в нашей стране, поскольку на значительной части ее территории климатические условия более суровы и к ограждающим конструкциям должны предъявляться повышенные требования. Для применения в отечественном строительстве трехслойных панелей первыми были одобрены два типа конструкций металлических стен (альбомы с шифром 773-74), различающихся главным образом видами стыков панелей. Эти конструкции были разработаны ЦНИИпромзданий с участием ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко и НИИСФ.

Оба типа панелей разработаны для производства на автоматизированных технологических линиях непрерывного действия. Для них приняты профилированные облицовки из стального листа толщиной 0,8 мм с пластмассовым покрытием, а в качестве утеплителя — пенополиуретан объемной массой 60 кг/м³. Их номинальная ширина равна 1000 мм, наибольшая длина, показанная в чертежах,— 7,2 м, но по данным зарубежного опыта она может достигать 12 м. Стыки панелей уплотняются и утепляются прокладками из эластичного пенополиуретана.

Для первого типа панелей (рис. 62) принят стык в шпунт. Толщина их (номинальная) 60 мм. Обе облицовки имеют одинаковый профиль. Крепление к ригелям каркаса осуществляется сквозными болтами, расположенными вне стыков.

Панели второго типа (рис. 63) сопрягаются с помощью нащельников и могут иметь толщину 50 и 80 мм. Профили их двух облицовок различны. По оси стыка расположены болты, которые с помощью специальных шайб связывают панели через 0,9— 1,2 м и служат также для крепления их к ригелям.

В альбомах шифра 773-74 наряду с рядовыми разработаны и угловые панели различных размеров, а также конструкции ригелей и монтажные детали стен.

Каркасные панели. За рубежом каркасные панели с металлическими обшивками используются для стен очень редко. В странах, где создана современная производственная база для устройства стен послойной сборки и изготовления бескаркасных панелей, каркасные панели вообще не применяются. На рис. 64 показаны каркасные панели, разработанные в Чехословакии и примененные в экспериментальном строительстве одного из корпусов автомобильного завода. Панели имеют ширину 600 или 1000 мм, длину от 1000 до 4000 мм, а толщину 140 мм. Их стальные обшивки имеют различный профиль: наружная — высотой 50 мм, а внутренняя — 30 мм. Каркас состоит из двух стальных швеллеров, расположенных в торцах панели. Между ними и листами наружной обшивки помещена прокладка из твердой пластмассы пониженной теплопроводности. Утеплителем служат минераловатные плиты, имеющие первоначальную толщину 80 мм, а после обжатия обшивками 60 мм. Обшивки к каркасу, а панели к ригелям стен крепятся болтами. Продольный стык панелей осуществляется нахлесткой обшивок.

Номенклатура панелей включает 8 типоразмеров, различающихся в зависимости от их положения в стене: в нижнем, промежуточных или верхнем ярусе, под и над окнами, на фронтоне. Возможности применения таких панелей ограничены из-за их малой длины и недостаточной антикоррозионной защиты обшивок. Недостатком конструкции является также недоступность элементов каркаса панели для периодических антикоррозионных покрасок при эксплуатации зданий.

Другим примером может служить конструкция каркасных панелей марки «Фем-Алу I» (рис. 65), применяемых в Венгерской Народной Республике. Эти панели шириной 1, длиной до 12 м (кратно 1,2 м) и толщиной 100 мм состоят из двух алюминиевых обшивок одинакового профиля (высота профиля 20 мм) и минераловатного утеплителя толщиной 60 мм. Обшивки связаны между собой Z-образными профилями каркаса, расположенными через 1200 мм по длине панели. В продольном стыке панелей обшивки сопрягаются внахлест профилей. При такой конструкции несущая способность панелей сравнительно невелика и требуется достаточно частое расположение ригелей каркаса здания. Существенным недостатком этой конструкции является то, что Z-образные профили каркаса могут образовывать протяженные «мостики холода».

Каркасные панели и панели с обрамлением, использованные для некоторых объектов отечественного строительства, изготовлялись по различным индивидуальным проектам.

Возникновение и применение каркасных панелей относятся к началу 70-х годов, когда еще не были созданы материальные условия для устройства стен послойной сборки современных конструкций и не существовало производственной базы для изготовления крупноразмерных бескаркасных панелей. Тогда единственным прогрессивным направлением развития стеновых конструкций было применение железобетонных панелей (из легких и ячеистых бетонов), по подобию которых пытались делать металлические панели, что не соответствовало природе тонколистового металла и приводило к введению каркаса.

В то время из каркасных панелей были устроены стены здания кислородно-конвертерного цеха № 2 Западно-Сибирского металлургического завода, блюминга «1500» Нижне-Тагильского металлургического завода, главного корпуса Усть-Илимского целлюлозного завода, отделения непрерывной разливки стали и склада слябов кислородно-конвертерного цеха № 2 Новолипецкого металлургического завода. Наряду с этим построены здания Байкальской ТЭЦ, Селенгинского целлюлозно-картонного комбината и Якутской ГРЭС со стенами из каркасных панелей с предварительно-напряжёнными обшивками, а также ряд электростанций и среди них Бурштынская, Киришская, Сыктывкарская, для которых стены, в том числе временные (со стороны расширения), устроены из каркасных панелей мембранного типа. Панели с обрамлением были применены для стен зданий обогатительных фабрик № 3 и 7 в г. Мирном, закрытых распред-устройств Вилюйской ГЭС, производственного здания в г. Айхале (Якутия) и для нескольких мелких объектов на Крайнем Севере.

Здание конвертерного цеха № 2 Западно-Сибирского металлургического завода было одним из первых, на котором были осуществлены металлические стены с минераловатным утеплителем. Они выполнены по проекту Сибирского Промстройпроекта (совместно с ЦНИИпромзданий) из каркасных панелей заводского изготовления размером 3х12 м (рис. 66), которые навешиваются на ригели фахверка пролетом 12 м, расставленные по высоте через 6 м. Каркас панели состоит из двух продольных и ряда поперечных (с шагом 2 м) холодногнутых швеллеров сечением 160x60x5. Посередине между поперечными элементами расположены гнутые швеллеры сечением 100x40x3, служащие дополнительными опорами (в горизонтальном направлении) внутренней обшивки из листов С 10-891-0,8 (ТУ 34-5898-73 Минэнерго). Каркас панели сконструирован так, что вес наружной обшивки и примыкающего к ней слоя минераловатных плит передается на верхний (в проектном положении) поперечный элемент, который образуется сдвоенными швеллерами.

Утеплитель панели выполнен из двух слоев полужестких минераловатных плит толщиной по 50 мм. Его общая толщина после обжатия обшивками составляет 75 мм. Между утеплителем и наружной обшивкой помещен стеклохолст. Для удержания плит утеплителя по вертикали (во время эксплуатации) предназначены гнутые уголки и вспомогательные ригели. К последним крепилась также наружная обшивка из листов С50-749-0,8 (по ТУ 34-5898-73). Проект здания и, в частности решения фасадов недостаточно учитывали характер материала и конструкции стен, вследствие чего количество типоразмеров панелей оказалось очень большим — более 200.

При строительстве здания из панелей формировались укрупненные монтажные элементы стен, площадь которых составляла в основном 144 м² (а как исключение, достигала 316 м²). Следует отметить, что при таких крупных элементах крайние профилированные листы стыковали внахлест, без применения каких-либо нащельников, усложняющих конструкцию и ее монтаж. В то же время необходимо отметить высокую металлоемкость стен этого здания.

Конструкции стен здания блюминга «1500» Нижне-Тагильского металлургического завода были разработаны трестом Тагилстрой с участием Уральского политехнического института им. Кирова и Уральского Пром- стройниипроекта. Элементы этих стен (рис. 67) представляют собой промежуточную конструкцию между каркасной панелью и стеной укрупнительной послойной сборки. Так же как у каркасных панелей, ширина этих элементов составляет около 3 м, а между обшивками расположены стержневые Z-образные профили. Но основной рабочей частью стен является внутренняя обшивка, а не каркас, а Z-образные профили служат в основном прокладками, передающими нагрузку от наружной обшивки на внутреннюю, что более характерно для стен послойной сборки, чем для каркасных панелей.

Принятая конструктивная схема элементов стен обусловила применение для внутренней обшивки чрезмерно тяжелого стального листа (профиля Н79-680-1,0 по ТУ 34-5831-71 Минэнерго), предназначенного для покрытий. Для наружной обшивки был использован более мелкий профиль, волнистый, высотой 35 мм из алюминиевого листа. Наличие линейных (протяженных) «мостиков холода» делает конструкцию неприемлемой для отапливаемых зданий.

В зданиях Байкальской ТЭЦ и Селенгинского целлюлозно-картонного комбината стены горизонтальной разрезки были устроены из каркасных предварительно-напряженных панелей с алюминиевыми обшивками (см. рис. 13). Панели той же конструкции, но другой ширины, были использованы в покрытиях этих объектов. Обследованием здания ТЭЦ при эксплуатации было установлено неудовлетворительное состояние ограждающих конструкций [31]: большая воздухопроницаемость стен в стыках и многочисленные протечки в покрытии, которые, несмотря на принимавшиеся меры, не удавалось устранить в течение нескольких лет.

Возникновение дефектов стен и покрытий связано с недостатками в конструкции и изготовлении панелей, а также с большими температурными деформациями алюминия, приводившими к значительному раскрытию стыков. Установлено, что предварительное напряжение обшивок было в основном потеряно уже через 2—3 года после изготовления панелей под влиянием температуры и знакопеременности нагрузок. Это явилось одной из главных причин, вследствие которой обшивки панелей сильно покоробились, что определило неприемлемость таких конструкций с архитектурной точки зрения (рис. 68). Конструкция панелей оказалась очень трудоемкой в изготовлении, что в сочетании с применением алюминия обусловило высокую стоимость стен, которая оказалась в 2—3 раза выше стоимости традиционных конструкций.

Другой вид предварительно-напряженных панелей с алюминиевыми обшивками (см. рис. 14) был использован по проекту Ленинградского отделения Теплоэлектропроекта) при строительстве Якутской ГРЭС. Каркас этих панелей образован швеллерами составного сечения — со стенками из бакелизированной фанеры и полками из алюминиевых уголков. Элементы панели — обшивки с уголками и уголки с бакелизированной фанерой — скрепляли алюминиевыми заклепками диаметром 5 мм и эпоксидным. клеем. Число заклепок в одной панели составляло около 1000, что вместе со склеиванием и другими операциями по изготовлению панелей сделало конструкцию очень трудоемкой в изготовлении. В качестве утеплителя панелей были использованы полужесткие минераловатные плиты. Можно ожидать, что при эксплуатации здания стяжные болты (с помощью которых создавалось предварительное напряжение обшивок) проявят себя как «мостики холода». В конструкции стен не обеспечена герметичность горизонтальных стыков панелей. После транспортирования и других операций вследствие невысокой прочности алюминия на поверхности обшивок появилось много вмятин и неровностей.

При стягивании обшивок их поверхность во многих места: стала бугристой в результате сопротивления утеплителя обжатию. Все это придало многим панелям неудовлетворительный внешний вид. В некоторых панелях задуманная форма поверхности — в виде четырех пирамид - выражена более четко, в других — менее, а во многих — обшивки совершенно потеряли форму.

Стены зданий ряда электростанций выполнены и: каркасных панелей различных конструкций, разработанных институтом Теплоэлектропроект и его отделениями. Эти конструкции основаны на общих принципах, но имеют детальные отличия.

Характерной для них является панель (рис. 69), разработанная Горьковским отделением указанного института для временных торцовых стен главных корпусов ТЭС. В каркасе панели стойки выполнены из горячекатаного швеллера № 16, а ригели (кроме нижнего), расположенные через 1,5 м, — из горячекатаных швеллеров № 6,5. Нижний ригель образован из двух холодногнутых профилей, соединенных планками через 250 мм. К ригелям с обеих сторон прикреплены обшивки одинакового профиля С10-891-0,8 (ТУ 34-5898-73 Минэнерго), между которыми зажат утеплитель из минераловатных полужестких плит на фенольной связке объемной массой 150 кг/м³. Между всеми элементами каркаса и наружной обшивкой проложены полосы из пластмассы ПХВ-1.

В порядке опытного строительства на Крайнем Севере; для стен и покрытий нескольких зданий были применены панели с обрамлением (см. рис. 15). Для одного из таких зданий (обогатительной фабрики № 3 в г. Мирном) стены были спроектированы ЦНИИпроектстальконструкцией из панелей длиной 6, шириной 1,5 м и толщиной 180 мм, имеющих плоские алюминиевые облицовки, приклеенные к утеплителю из плитного пенополистирола и прикрепленные к обрамлению. Обрамление панели выполнено из швеллеров составного сечения (на заклепках). Опыт эксплуатации этого здания показал большую водопроницаемость стыков панелей покрытия, а также стыков стеновых панелей.

Еще до монтажа ограждающих конструкций обогатительной фабрики № 3 и особенно в первые годы эксплуатации здания обнаружились многочисленные и развивающиеся со временем расслоения панелей с обрамлением. Это явление (отклеивание обшивки от утеплителя) значительно снижает долговечность панелей и недопустимо также с архитектурной точки зрения. Расслоения объясняются иногда низким качеством изготовления панелей, однако тот факт, что они имеют место практически на всех объектах, где применены довольно крупные клееные панели с обрамлением (рис. 70), говорит также о несовершенстве самой конструкции, о ее нетехнологичности и склонности к появлению дефектов при воздействиях ветра и температуры.

Арон Шаевич Дехтяр
Облегченные конструкции металлических стен промышленных зданий
1979