Обратная связь
RUS
+7 (495)669-78-83
Заказать звонок
г. Москва,
ул Поварская 10 стр 1 офис 403
Представительства в регионах
Главная / Информация / Статьи / О сейсмостойкости сэндвич-панелей и их анкерных креплений к металлическому каркасу зданий
О сейсмостойкости сэндвич-панелей и их анкерных креплений к металлическому каркасу зданий
04.12.2014

Изобретенные в 1930 году американским ученым Ф. Райном сэндвич-панели появились в России только в 1980-х. Собственно производство было начато только в 1990 году, и в настоящее время в РФ функционирует более 130 производителей отечественных сэндвич-панелей.

По данным журнала «Складской комплекс», по состоянию на 2007 год объем российского рынка сэндвич-панелей составлял 1,1666 млрд долларов США или, в натуральном выражении, 23,3 млн м3. После кризиса 2008 года объем рынка сэндвич-панелей в 2011 году составил 17 млн м2. Согласно маркетинговым исследованиям специалистов фирмы ООО «Гуннебо Индастриз», доля сэндвич-панелей при строительстве торговых, офисных и складских зданий возрастает ежегодно на 5–10%.

Конструктивно сэндвич-панели выполняются из двух наружных металлических слоев: из оцинкованной стали или алюцинка толщиной 0,5–0,8 мм, между которыми укладывается утеплитель. Наиболее широкое применение в качестве утеплителя получила минераловатная плита на основе базальтового волокна. Толщина панелей изменяется в интервале от 15 до 20 см.

Такие преимущества сэндвич-панелей перед другими стеновыми конструкциями из различных материалов, как быстрые сроки возведении, практически отсутствующая нагрузка на фундаменты, высокие показатели тепло- и звукоизоляции и низкая стоимость, по сравнению с традиционными стенами из кирпича, бетона и дерева, делают сэндвич-панели конкурентоспособными на строительном рынке РФ.

И если при использовании сэндвич-панелей в зданиях, возводимых в обычных условиях, особых проблем в части эксплуатационной надежности как самих конструкций, так и их анкерных креплений к стальным и железобетонным элементам зданий, не возникает, то при применении сэндвич-панелей в сейсмоопасных регионах РФ перед проектировщиками возникает ряд вопросов, от решения которых зависит безопасность сооружений при землетрясениях:
■ необходимость специальных методов крепления сэндвич-панелей в сейсмически опасных зонах;
■ надежность анкерных креплений сэндвич-панелей к металлическому (железобетонному) каркасу здания при действии на панели динамической нагрузки;
■ поведение сэндвич-панелей толщиной 200–250 мм при закрепленном внутреннем металлическом слое и отсутствии надежных связей (кроме сквозных анкерных шпилей) между металлическими слоями панели.

В Центре исследований сейсмостойкости сооружений ЦНИИСК имени В.А. Кучеренко (далее ЦИСС) выполнено экспериментальное исследование по оценке сейсмостойкости конструкций навесных стеновых сэндвич-панелей и их узловых креплений к стальному каркасу с помощью специальных саморезов производства «Gunnebo industries» для крепления сэндвич-панелей в металлический каркас. Для проведения динамических испытаний в ЦИСС были доставлены сэндвич-панели с размерами 200х1200х2200 мм производства ЗАО «Самарский завод «Электрощит» – Стройиндустрия» и самосверлящие самонарезающие винты «Gunnebo» серии GT 12SP и GT16SP (далее саморезы), которые использовались для крепления сэндвич-панелей к стальному каркасу экспериментальной рамы.

Указанный крепеж имеет европейский сертификат ЕОТА и техническое свидетельство ФГУ «ФЦС» № 2878-10.

Общий вид панели и саморезов

Рис. 1. Общий вид панели и саморезов.


Толщина стенок профилей каркаса составляла 6 мм. На рис. 1 показан общий вид панели и саморезов. Крепление каждой панели к элементам стального каркаса осуществлялось в 9 точках по длине и высоте панели. На рис. 2 показан общий вид экспериментальной рамы с навешенными на ней панелями.

Экспериментальная рама с навешанными панелями

Рис. 2. Экспериментальная рама с навешанными панелями.


Программа испытаний. Программа экспериментальных исследований по оценке сейсмостойкости конструкций навесных стеновых сэндвич-панелей и их узловых креплений к стальному каркасу с использованием самосверлящих самонарезающих винтов «Gunnebo» включает в себя следующие этапы.
■ Подготовка вибростенда и измерительного оборудования для проведения динамических испытаний.
■ Назначение режимов нагружения фрагмента фасадной системы динамической нагрузкой, соответствующей силовым воздействиям на сооружения при землетрясениях различной интенсивности (от 7 до 9 баллов).
■ Обработка и анализ результатов экспериментальных исследований фасадной системы с использованием навесных сэндвич-панелей.

Методика испытаний. При проведении динамических испытаний возбуждение колебаний осуществлялось с помощью вибромашины ВИД-12М, установленной на специальную виброплатформу маятникового типа (рис. 3).

Оборудование для проведения динамических испытаний

Рис. 3. Оборудование для проведения динамических испытаний.


С учетом отмеченного выше, программа динамических испытаний фасадной системы из сэндвич-панелей на виброплатформе включает в себя следующие этапы:

Проводятся испытания системы с изменением частотного спектра от 0 до 10 Гц при фиксированной амплитуде перемещения виброплатформы. Далее изменяется значение амплитуды и осуществляется задание частот в указанном выше спектре. Длительность каждого из указанных этапов динамического нагружения (при фиксированных амплитуде и частоте) системы составляет от 20 до 25 сек.

По результатам первого этапа испытаний устанавливаются уровни воздействий, соответствующие резонансным колебаниям системы, и уровни ускорений виброплатформы, соответствующие 7–9-балльным воздействиям по шкале MSK-64.

Регистрация и измерение сигналов проводились при помощи специализированного измерительно-вычислительного комплекса MIC-036, предназначенного для сбора, преобразования, регистрации, обработки, передачи и представления информации, поступающей с датчиков.

Для измерения ускорений, частот колебаний, а также динамических перемещений применяются однокомпонентные датчики – акселерометры АТ 1105–10 м.

Испытания фрагментов фасадной системы проводились вибрационным (резонансным) методом, который позволяет измерить количественно силовую нагрузку, имитирующую сейсмическое воздействие в широком диапазоне частот.

По данным вибрационных испытаний для конкретных уровней нагружения были определены амплитудно-частотные характеристики испытуемого фрагмента, представляющие зависимость амплитуд колебаний сооружения от частоты гармонического воздействия.

По результатам обработки на ЭВМ с использованием специального программного комплекса «WinПОС» были построены графики зависимости изменения ускорений в различных точках модели от времени.

Этапы загружения опытного образца динамической нагрузкой приведены в таблице. Они выбраны так, чтобы иметь возможность оценить поведение навесных фасадных сэндвич-панелей и анкерного крепежа из винтов «Gunnebo» (тип GTSP, GTRSP) при резонансе. Указанные в таблице амплитудно-частотные характеристики и соответствующие им величины ускорений соответствуют значениям, полученным по данным акселерометров, установленных на виброплатформе.

Параметры динамического нагружения платформы

 № режима

 Частота f (Гц)

 Амплитуда А (мм)

Ускорение а (м/с2

Балльность 

 1

 2.4

 7.6

1.73 

7.8

 2

 3.6

 6.6

 3.26

8.7

 3

 5.2

 3.8

 4.07

9.0

 4

 2.5

 8.1

 1.99

8

 5

 5.5

 4.6

 5.45

9.4

 6

 3.3

 4.3

 1.79

7.8

 7

 3.8

 4.6

 2.6

8.4

 8

 1.2

 11.3

 0.62

6.3

 9

 3.8

 4.6

 2.65

8.4

 10

 4.5

 5.7

 4.64

9.2

 11

 1.9

 7.9

 1.1

7.1

 12

 2.9

 6.6

 2.13

8.1

 13

 3.7

 8.4

 4.44

9.2

 14

 2

 8.0

 1.21

7.3

 15

 2.8

 8.2

 2.61

8.4

 16

 3.3

 10.4

 4.32

9.1

 17

 2.1

 10.1

 1.72

7.8

 18

 2.9

 9.7

 3.18

8.7

 19

 3.1

 13.6

 5.11

9.4

 20

 1.8

 12.5

 1.67

7.7

 21

 2.3

 12.8

 2.64

8.4

 22

 2.8

 13.6

 4.09

9.0

 23

 1.6

 11.6

 1.11

7.1

 24

 2

 14.9

 2.45

8.3

 25

 2.7

 17.7

 5.19

9.4

 26

 1.3

 10.3

 0.63

6.3

 27

 1.9

 14.6

 2.18

8.1

 28

 2.4

 15.2

 3.53

8.8

 29

 2.6

 18.8

 4.85

9.3

 30

 1.8

 17.6

 2.30

8.2

 31

 2.4

 17.2

 3.82

8.9

 32

 2.4

 18.2

 4.13

9.1

 33

 1.9

 21.5

 2.93

8.6

 34

 2.2

 20.8

 4.11

9

 35

 1.6

 16.8

 1.66

7.7

 36

 2.1

 21.4

 3.79

8.9

 37

 2.2

 21.2

 4.10

9

 38

 2.3

 24.5

 5.18

9.4

 39

 2.3

 21.3

 4.57

9.2

 40

 2.4

 24

 5.37

9.4

 41

 2.4

 24.8

 5.75

9.5

 42

 2.6

 24.7

 6.39

9.7

 43

 2.6

 29.8

 7.67

9.9

 44

 2.7

 30.5

 9.04

10.2


Приведенные в таблице значения по цветовой гамме соответствуют зонам сейсмичности, указанным на карте сейсмического районирования территории РФ (рис. 4).

Карта сейсмического районирования территории РФ

Рис. 4. Карта сейсмического районирования территории РФ.


Анализ результатов лабораторных динамических испытаний фасадной системы с использованием стеновых сэндвич-панелей и анкерных винтов «Gunnebo» позволяет отметить следующее.

В процессе испытаний ускорение виброплатформы по данным акселерометров, установленных на ней, изменялось в интервале от 0,89 до 9,44 м/с2 (что превышает значение ускорения, соответствующее 9 баллам – 4 м/с2). Частоты колебания системы изменялись в интервале от 1,3 до 9 Гц, амплитуды колебаний системы – от 2,5 до 20,9 мм. При этом ускорение в разных точках фасадной системы (на панелях) изменялось (по данным акселерометров, установленных на сэндвич-панелях) в интервале от 1,2 до 12,1 м/с2.

Во время испытаний в момент, когда собственные частоты колебаний фасадной системы совпали с вынужденными частотами колебаний виброплатформы, фасадная система вошла в резонанс. Это явление наблюдалось на разных этапах при частотах f=5.7÷6.4 Гц. При резонансе эксплуатационная надежность фасадной системы не была нарушена.

На основе анализа результатов динамических испытаний фасадной системы с использованием навесных стеновых сэндвич-панелей производства ЗАО «Самарский завод «Электрощит» – Стройиндустрия», закрепленных к стальному каркасу с помощью самосверлящих самонарезающих винтов «Gunnebo» серии GT6SP, GTR6SP, GT12SP, GTR12SP, GTR16SP, можно отметить следующее:
■ фасадная система с использованием навесных сэндвич-панелей производства ЗАО «Самарский завод «Электрощит» – Стройиндустрия» и анкерного крепежа в виде самосверлящих самонарезающих винтов «Gunnebo» серии GT6SP, GTR6SP, GT12SP, GTR12SP, GTR16SP, а также аналогичных винтов серии GTXSP производства «Gunnebo Industries», может быть рекомендована для применения в сейсмических районах при балльности площадки строительства до 9 баллов;
■ установка сэндвич-панелей может производиться путем закрепления их саморезами непосредственно в стеновые ригели фахверка. Также, применяя данное решение, нет необходимости крепить сэндвич-панели, навешивая их на горизонтальные стеновые ригели фахверка при помощи системы «болт, гайка, спецскоба», без непосредственного закрепления в ригели фахверка, как того требует серия 1.432.2-24 «Стены из металлических трехслойных панелей с теплоизоляцией» и «Пособие по проектированию каркасных промзданий для строительства в сейсмических районах» (ЦНИИПромзданий).

При этом должны соблюдаться требования, касающиеся долговечности, коррозионной и огнестойкости элементов фасадной системы и анкерного крепежа.


А.В. Грановский, канд. техн. наук, инженер,
А.И. Доттуев, инженер, ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко,
Г.Ю. Краснощеков, директор по развитию представительства ООО «Гуннебо Индастриз»