Конструкция панели SCIP

Физическое устройство сэндвич панели несъемной опалубки. Разновидности SCIP. Армирование, соединители, утеплители. Монтаж панелей

2 Сентября 2022

Время чтения: 7-9 минут

Поделиться

Разбираем варианты конструкций сэндвич-панелей SCIP. Армирование: сетка и соединители. Варианты утеплителя. Вес и размеры панелей SCIP SOTA. Краткий обзор строительно-монтажного процесса. Назначение и область применений, научные определения SCIP см. там. Всё что связано с бетонированием этих панелей здесь.

Физическая конструкция ж/б сэндвич-панели

SCIP

Стены — главный конструктивый элемент зданий и сооружений, выбор их конструкции является одним из главных вопросов проектирования, так как их стоимость составляет значительную часть стоимости всего здания. Они должны обладать необходимой прочностью, стойкостью против атмосферных воздействий и коррозии, иметь требующиеся тепло-, водо-, воздухо- и звукоизоляционные качества, должны быть теплоёмкими для создания в помещениях ровного температурного поля, достаточно долговечными и огнестойкими, а так же обеспечивать экономическую эффективность строительства объекта и его эксплуатации. Повышение нормативных требований к тепловой защите наружных стен зданий привело к тому, что вместо традиционных однослойных стен, стали широко применяться трехслойные конструкции с эффективным утеплителем (к истории вопроса).

Конструкционная бетонная сэндвич-панель с утеплителем 50-270 мм (SCIP) — авангард в строительных многослойных панелях — 3 в 1 процессе строительства: несущая стена, утеплитель и его защита. Используется для экономичного строительства высокоэффективных бетонных конструкций коммерческих, промышленных и жилых помещений.

Панели применяются в качестве строительного элемента для всех частей конструкции: строительства несущих стен, перегородок, плит перекрытия, кровли, колонн, арок, лестниц и других конструктивных элементов. Существует гибкость декоративных функций, поскольку пенополистирол можно легко обрезать до любой (плоской) формы.

Построенная с использованием SCIP конструкция имеет высокую огнестойкость, она пуленепробиваема, устойчива к достаточно сильным ударам и взрывам, ураганам, землетрясениям, грызунам, плесени и т. д., все преимущества тут. Особенно ценится за способность создавать ровное температурное поле — изолированный снаружи бетон в помещении служит тепловой массой, что создеёт приятную атмосферу (лучевое тепло полезно для здоровья) и снижает потребность в отоплении и кондиционировании. Среда становится экологически чистой, герметичной, влаго- и звуконепроницаемой, она имеет низкие эксплуатационные расходы и выгодную общую стоимость срока службы.

SCIP — это разновидность железобетонных панелей. Технология использует общедоступные цемент, сталь и утеплитель, но делает это очень эффективно, что позволяет экономить материальные ресурсы. Способность строить тонкими бетонными оболочками, открывает возможности недоступные для обычного кирпича и бетона. Технология полностью соответствует строительным нормам любой страны мира, причём уже достаточно давно.

КОНСТРУКЦИЯ SCIP

Базовый модульный элемент системы армоцементная ортотропная композитная сэндвич-панель, представляет собой плиту пенополистирола толщиной 50-270 мм, с двух сторон забранную армирующими электросварными стальными сетками. Две сетки соединены привариваемыми соединителями. Утеплитель с сеткой представляет собой лёгкую несъемную опалубку, на которую наносят высокопрочный бетон, толщиной от 15 до 50 мм (часто 35 мм) с каждой стороны. Это инкапсулирует сердцевину из термоизоляционного материала (обычно пенополистирол), чтобы получить 3-х слойную конструкцию «бетон-утеплитель-бетон». Возможно использование различных типов утеплителя и состава бетона.

Железобетонная трехслойная сэндвич-панель SCIP SOTA-2

Армированная бетонная несущая сэндвич-панель SCIP SOTA-2 с эффективным утеплителем EPS толщиной 250 мм в разрезе. От других SCIP её отличает элемент «W-образная рамочная трасса», что делает её самой прочной панелью из имеющихся SCIP, в большинстве случаев избавляя от необходимости добавлять дополнительное армирование при строительстве. Открыть изображение в новом окне

Панель используется в виде несъемной опалубки для укладки конструкционного бетона или специального раствора. До нанесения представляет собой 2 электросварные стальные сетки Ø 2,4-4 мм, жестко соединенные между собой вертикальными стальными арматурными фермами типа Уоррена (Warren), конструкцией с параллельными поясами и равносторонней треугольной решёткой; или дискретными соединителями, они могут проходить под различным углом к сетке.

Пространственный стальной каркас армированной сэндвич-панели SCIP с w-образной трассой

Термоакустический изолятор проходит внутри пространственного арматурного каркаса, который называют «three dimensional truss system steel welded» или «truss-like pattern». Все его точки контакта с сеткой должны соединяться, в зависимости от конфигурации и назначения панели это может быть электросварка, скобы или вязальная проволока.

В большинстве случаев изолятором служит пенополистирол (EPS, XPS) плотностью 10-50 кг/м³. Возможно использование других утеплителей: жесткая полиуретановая пена (PUR, PIR), MW, ICB, PET или другого утеплителя. При выборе утеплителя, кроме очевидных теплотехнических характеристик, учитывают его шумоизоляционные и гигроскопичные свойства, долговечность, а так же плотность, которой должно быть достаточно для нанесения торкретбетона или бетонной смеси. Подробнее об утеплителях в SCIP ниже, а пока отметим, что после бетонирования утеплитель оказывается зажат между двумя слоями бетона.

В зависимости от того какие характеристики сетки, соединителей, утеплителя и бетонных покрытий, панель имеет различные конструкционные характеристики и физические свойства (вес, прочность и др.). Дополнительные арматурные стержни и более толстые слои бетона используются только выборочно в ответственных частях конструкции.

David D.B. Johnson (Johnson Leifield Structural Engineers, США)

«Каждый производитель имеет свою собственную конфигурацию панелей SCIP. Поэтому их толщина, размеры проволочной арматуры, толщина бетона/раствора отличаются. В результате, вертикально и горизонтально установленные панели будут иметь различные несущие и другие способности, в соответствии с составом компонентов панели» — объясняют знаменитые в США проектировщики, неутомимые евангелисты SCIP Johnson Leifield Structural Engineers (Калифорния. США).

Согласно проф. Э. Мирнатеги (США), «в панели SCIP есть 8 проектных переменных с 3 различными вариантами параметрической оптимизации, что равно 38 = 6561 различным проектам» [ 1 ]. Вот его 8 групп переменных:

  • Секции (w-трасс, соединителей), длина.
  • Модули (сами w-трассы), ширина.
  • Диаметр соединителя (w-трассы).
  • Диаметр стальной сетки (справа).
  • Диаметр стальной сетки (слева).
  • Толщина бетона (справа).
  • Толщина бетона (слева).
  • Коэффициент стальной сетки.

МАССА И ТОЛЩИНА ПАНЕЛИ

Стандартная облегчённая стеновая панель SCIP с утеплителем из пенополистирола (EPS) плотностью 20 кг/м³, проволокой ⌀2,5-3,5 мм.

  • толщина EPS 50-250 мм.
  • толщина бетона с каждой стороны 35 мм.
  • общая толщина панели 120-320 мм.
  • масса панели 4,20-9 кг/м².
  • масса стены (панель+бетон) 148-153 кг/м².

Что касается минимальной толщины утеплителя EPS, то работать на стройплощадке с менее 50 мм неудобно, он ломается. Что насчёт максимальной толщины утеплителя, то, например панель Emmedue (PSME) имеет толщину 380 мм, при этом максимальная толщина стены 450 мм.

Армирующие сетки

Конструкция панели представляет собой лист изолятора, по обеим его сторонам расположена металлическая сетка. Эти сетки состоят из тонких проволок, обычно из высокопрочной стали, сплетенных или сваренных в сетку (сетка электросварная или тканая).

Поскольку корни SCIP в армоцементных конструкциях (ферроцемент), возможно применение подходящей полимерной сетки (углерод, кевлар, стекло, spectra), но пока SCIP-производителями она применяется очень редко. Базальтовые строительные сетки имеют ряд преимуществ, они дешевле оцинкованной сетки, но равна цене обычного черного металла. Натуральные волокна (джут, сизаль и др.), как и продукты в виде текстиля, ткани, волокнистых матов, что используются в армоцементных конструкциях, в SCIP пока не применяются вовсе.

Диаметр сетки может быть различным, в зависимости от желаемых нагрузок панели. Выбор характеристик сетки зависит от рабочих или биоклиматических условий, к которым она должна подходить для применения, и гарантировать стабильность и целостность конструкции в течение долгого времени. При выборе сетки учитываются и особенности соединителей.

Проволока может быть обычного типа — низкоуглеродистая холоднотянутая стальная ВР-1 с рифлением для улучшения сцепления с бетоном; оцинкованная; горячеоцинкованная; или нержавеющая. В популярных SCIP-системах её минимальная фактическая прочность (fy) 415 МПа (чаще более 600 МПа); предел текучести (fyk) более 600 МПа; и предел разрыва (ftk) 680-880 МПа, согласно ASTM A1064/A1064M-18a. В любом случае, сталь должна соответствовать потребностям использования и обеспечить стабильность и целостность конструкции с течением времени.

Ряд SCIP-марок работают исключительно с оцинкованной проволокой (2,2-2,5 мм). Причина этого проста, фирмы экономят на бетоне (≈30 мм) и сетка находится близко к поверхности, поэтому для защиты стали от коррозии используют оцинковку. Но цинковое покрытие может вызывать образование пузырьков водорода во время гидратации [ 2 ]. В SCIP SOTA мы рекомендуем использовать антикоррозийные добавки в бетон и обычную черную стальнкю проволоку 3 мм ВР-1, т.е. с «запасом на корозию».

Наиболее распространенными причинами разрушения железобетона являются коррозия стали и неполное проникновение раствора. По мере того как арматура ржавеет, она расширяется и даёт трещины в бетоне. Треснувший бетон позволяет большему количеству воздуха и воды достигать стали, что приводит к разрушительному кругу.

Цинк является пассивным методом борьбы с ржавением стали. Внутри обычного эл. нагревателя воды есть стальной прут называемый жертвенный анод, обычно сделанный из алюминия или магния, к которому направлен поток. Этот прут ржавеет вместо стали бака вашего нагревателя. Из-за разнообразных свойств электрохимического процесса в различных коррозионных средах, используются различные жертвенные металлы. Тот что хорошо работает в пресной воде, например алюминий, не может делать того же в соленой воде, поэтому используют другой металл, такой как цинк. Из-за того что стальная арматура особенно уязвима к хлоридам, в качестве жертвенного анода используют цинк. То есть арматура/проволока покрывается цинком и это цинковое покрытие защищает арматуру от коррозии. Даже если коррозия начинается где-то на арматуре, цинк продолжит оттягивать её от стали, даже после того, как большая часть цинка будет «принесена в жертву» в этом процессе. Как только покрытие цинка исчезнет, коррозия начинает атаковать сталь.

Есть мнение, что оцинкованием мы наносим вред окружающей среде. Насколько эта проблема серьезна судить трудно, данных недостаточно. Но мы знаем точно, что у отечественных производителей начало рулона оцинковки, середина и его конец часто совершенно разные по качеству. И оспорить что-то трудно, потому что всё в пределах ГОСТа. Попадаются рулоны, которые вообще невозможно прокатать, она просто ломается.

Стальная сетка сэндвич панели может быть от 2 мм

Диаметр проволоки сетки Ø 2,03-4 мм, бóльшая толщина возможна, Alef (2017) сообщает случаях 10,0 мм. Ячейка в сетке обычно Ø 2,5/50-65 мм. В зависимости от конструкции (назначения) панели, используются 80 мм х 75 мм, 50 мм х 100 мм, 50 мм х 150 мм, 150 мм х 150 мм и др. Встречаются варианты применения сетки с продольной проволокой Ø 3,5 мм, поперечной Ø 2,5 мм, опять же, всё зависит от желаемых прочностных характеристик панели.

Стальная сетка может быть разной, включая размеры 25 х 25 мм и толщину 1,6 мм [ 3 ].

Сетка может находиться на различном удалении от утеплителя, обычно не ближе 10 мм к краю, её положение зависит от конструктивных особенностей панели. После нанесения бетона сетки служат в качестве арматуры, «а так же, наличие металлических сеток сводит к минимуму образование трещин вызванных тепловым или механическим движением» (Novais и др., 2015).

Соединители

Сперва необходимая теория. Конструкционная целостность сэндвич-панелей является наиболее сложной проблемой, с которой часто сталкиваются инженеры в попытках обеспечить прочную связь между наружным и внутренним слоями и материалом сердцевины между ними. Поэтому все сэндвич-панели, независимо от их вида и состава (SIP, SCIP и др.), классифицируются по степени их составного действия — величине продольной поперечной силы передаваемой между слоями.

Когда сэндвич достигает 100% своей единой интеграции и конструкционной эффективности, его называют полностью композитным. В этом случае стены имеют полную передачу сдвига, бетонные слои (их называют wythes, разгородки) действуют как единое целое при изгибе. А если из-за сдвиговых соединителей панель выходит из строя до дробления бетона и деформации стальной арматуры, говорят о несоставной, некомпозитнойпанели. Такие панели имеют нулевую передачу сдвига, разгородки в них действуют независимо. Панели с передачей сдвига между этими крайними точками являются частично композитными или полукомпозитными, их степень композитного действия находится в диапазоне от 0% «несоставной» до 100% «полностью составной».

Композитными конструкциями называют набор из 2-х или более материалов, образующих единую конструктивную единицу, которые объединены так, что их механические характеристики используются в максимальной степени, компенсируя недостатки каждого из них при независимой работе. По сравнению с некомпозитными панелями, полностью композитные панели имеют преимущество, поскольку они достигают расчётных нагрузок с меньшим количеством материала [ 4 ].

Американский институт стальных конструкций (AISC) впервые одобрил перекрытия с композитными балками ещё в 1952 году, они позволили уменьшить толщину плит, и следовательно уменьшить их вес, и увеличить свободную длину между опорами. Это стало возможно благодаря свойству стальных балок: в этой композитной конструкции они работают на сопротивление растягивающим напряжениям, а бетон противостоит сжимающим.

Таким образом, чтобы гарантировать полностью композитное или полукомпозитное поведение, между прочными слоями сэндвича должно быть эффективное соединение, либо выполненное самим сердечником или посредством соединителей и ребер жёсткости. Обычно, для обеспечения совместной работы наружного и внутреннего бетонных слоёв, в заводских условиях производства панелей применяются жесткие и гибкие связи.

Жесткие связи — железобетонные шпонки (перемычки) — представляют собой железобетонный фрагмент, проходящий сквозь толщу утеплителя. В качестве гибких связей используются отдельные стержни из нержавеющей стали или композитной арматуры; диагональные связи из арматурной стали или композитной арматуры; треугольные арматурные каркасы в виде решетчатых ферм.

Согласно Bertine (2002), жесткие соединители используются когда нужно передать силы сдвига от одного слоя бетона к другому. Гибкие же соединители, предназначены для передачи нормальных сил между пластинами, и их вклад в сопротивление сдвигу незначителен. В некомпозитных панелях используются гибкие соединители, а в полукомпозитных и полностью композитных панелях используются жесткие соединители. Примерами гибких соединителей являются металлические, пластиковые или стекловолоконные штифты и деформируемые фермы.

Изучая прочность на сдвиг различных соединителей, Tomlinson и Fam (2015) считают, что стальные соединители являются наиболее распространенными и полезными для системы, так как их теплопроводность низкая, они не влияют на теплоизоляцию панели. Пластиковые соединители штыревого типа, обеспечивают низкий уровень комбинированного действия [ 5 ].

В случае SCIP, наружная и внутренняя металлические сетки сварным соединением соединяются между собой поперечными соединителями (shear connectors, truss connectors, 3D welded high tensile steel matrix) одинаковой прочности, которые проходят через утеплитель. Задача соединительных элементов заключается в том, чтобы выдерживать приложенную нагрузку и в той или иной форме передавать (поперечные силы, продольный сдвиг) нагрузку с одного бетонного слоя на другой. Благодаря этим стяжкам, пространственный стальной каркас обеспечивает необходимую прочность панели в плоскости, и вне плоскости.

«Стальные балки и бетонные плиты, соединенные в составной элемент, иногда могут выдерживать увеличение нагрузки от 33 до 50 процентов или больше, чем та, которую стальные балки могли выдержать при работе по отдельности», — сообщает McCormac/Csernak (2012).

Классические соединители в SCIP стальные, а сталь может быть проводником тепла. Однако, потери через тепловые мосты стальных соединителей оцениваются всего в 5-8%, поскольку диаметр соединителей проходящих сквозь толстый слой теплоизолятора всего Ø 2-3 мм, подробнее тут.

Предпринимаются попытки устранения и этих потерь, с одновременным сохранением конструктивной передачи сдвига между слоями бетона — разрабатываются и испытываются многочисленные новые полимерные соединители, армированные волокном, которые способствуют передаче поперечной нагрузки между слоями, а также сводят к минимуму локальные потери тепла. Главные претенденты — полимеры армированные стекловолокном (GFRP), углеродным волокном (CFRP) и базальтовым волокном (BFRP). [ 6 ]

Разрушение полимеров на разрыв намного ниже предела прочности, это объясняется тем, что соединители FRP подвергаются воздействию силы сдвига, в то время как они обычно испытываются на силу растяжения. Кроме того, проскальзывание соединения, хрупкость и расслоение являются одними из проблем их использования, это было известно ещё со времён самых первых исследований сборных железобетонных сэндвич-панелей с различными разъемами [ 7 ]. Отдельным вопросом их поведение при пожаре, отечественные проектировщики часто закладывают подстраховочные связи ПС из жароупорной стали диаметром 6 мм.

Хоть FRP и являются линейно-упругим материалом, пластичность соединителя работающего на сдвиг не требуется, потому что по мнению Ehab Hamed, панель в конечном счёте выйдет из строя из-за полного растрескивания и деформации стальной сетки до того, как произойдет податливость или разрыв работающего на сдвиг соединителя [ 8 ].

Сварные W-образные стальные соединители являются проверенным и наиболее эффективным соединением для передачи усилия сдвига. Исследовав изменения площади сдвига и подготовки поверхности 9 сборных железобетонных стен с соединителями из углепластика (CFRP), Пантелидис с коллегами выяснили, что разрушение композитного соединения из углепластика такое же, как и у стального соединения, но стальное выдерживает в 3 раза большую боковую нагрузку сдвига. Также было обнаружено, что длина проявления композитного действия панели с соединителем CFRP, в значительной степени зависит от геометрии и жесткости соединения. [ 9 ]

В зависимости от требуемой прочности, в процессе производства соединители могут получать разные размеры или различную толщину. Обычно выполняются из стальной арматурной проволоки Ø 2,3-3,67 мм (0,09–0,14 дюйма) Вр-I — низкоуглеродистой стали с пределом прочности на разрыв не менее 700 Н/мм² (выше ST52).

Многочисленные исследования [ 10 ] указывают на то, что 3 мм стальные соединители являются оптимальным вариантом. С практической точки зрения, стальной тип соединения почти безальтернативен для стартап-предприятий ведущих застройку до 10 тыс. м² в жилья в год, учитывая их ограниченность в ресурсах в заказе большой партии индивидуальных полимеров-сосединителей под требуемую толщину панели.

О виде соединителей. Работающие на сдвиг соединители, могут иметь различную конфигурацию: дискретные ортогональные, т.е. иметь вид отдельных проволок, которые предусмотренны в заранее определенных местах; или быть непрерывными, сплошной W-образной трассой (ещё говорят zig-zag), ориентированными в продольном (охватывающем) направлении (такая W-трасса используется в SCIP SОТА, в SOTA-2 она усилена рамкой). Использование наклонных соединителей придает панели бóльшую прочность на изгиб и жесткость.

«В ряде используемых сегодня систем SCIP, соединители не обеспечивают адекватной, достаточной или полной передачи сдвига. Например, системы сэндвич-панелей Schnell или Emmedue, имеют только параллельный компонент для вертикального сдвига. Однако перенос сдвига, который происходит по горизонтали, так называемый сопряженный сдвиг, который происходит одновременно с вертикальным сдвигом, в этой конструкции недоступен. Если не будет минимальной кривизны, тогда у нас будет горизонтальный компонент соединителя сдвига, передающий нагрузку. Однако к тому времени, когда сэндвич-панель достигнет требуемой кривизны, прогиб может нарушить предел прогиба, указанный строительным стандартом». [ 1 ]

Даже не смотря на то, что при использовании волнистого пенополистирола, создающего так называемые микроколонны (SCIP Emmedue и др.), Карбонари и др. (2012) обнаружили, что панели с соединителями под углом 90° демонстрируют высокую степень деформации и растрескивания даже при нормальной работе с нагрузкой. Поэтому вклад 90° соединителей в прочность системы на изгиб невелик. Эту особенность можно улучшить, если использовать соединители под углом 45°, эту особенность мы обсуждаем говоря о механическом сопротивлении панелей.

Теперь о количестве соединителей соединяющих внушнюю и внутреннюю сетку. Их плотность очень важна с экономической точки зрения, поскольку позволяет избежать перерасхода материала и потерь, так как бóльшая часть усилий передается сердечником, который будучи малоустойчивым, имеет большую площадь контакта, что способствует передаче сдвига бетонным слоям. Количество соединителей на квадратный метр в SCIP определяется на основе требуемой прочности на сдвиг, плотность электросварного соединения варьируется от 10 (SCIP SmartPanel) до 200 на м², чаще используются 40-50 шт на м². В популярных SCIP Schnell 30 соединителей, а в Emmedue 60 соединителей на м² (Ø 3 мм). Подробнее о видах соединителей см. «Анализ эффективности и стоимости системы EPS» стр. 45-48 [ 12 ].

Пространственный стальной каркас сэндвич-панели SCIP

Таким образом, так же как и с сеткой, параметры соединителей могут быть изменены в соответствии со значениями указанными в спецификациях архитектурно-строительных решений вашего рабочего проекта.

В результате соединения сетки стяжками, получается прочный пространственно-армированный каркас. Институт исследований и испытаний материалов Чилийского университета в документах называет эту стальную конструкцию «трехмерной и стереометрической» (estructura tridimensional y estereométtica). Именно здесь корни названия одной из самых популярных в мире SCIP-панелей Tridipanel (США), ещё их называют Tri-D.

Об этом же говорит и распространённое в мире название SCIP-технологии «3D Panel», «3-D wire matrix» и т.д. Сегодня по запросу «3d панель» обосновались гипсовые и пенополистирольные декоративные панели, впрочем, Ирана и ряда стран это не коснулось.

Сердечник изолятор

Как на внутри, так и снаружи здания расположен слой бетона, а между ними тепло- и холодостойкая изоляция. В качестве изолятора обычно используются пенополистирольные плиты (EPS). Они могут быть плоскими, гофрированными или ребристыми, в последнем случае, они улучшают механические характеристики всей системы за счёт увеличения сцепления со слоями покрытия и эффектом микроколон. Подробно об используемых в SCIP изоляторах говорим тут.

Панельные секции. Пространственный каркас из сеток и утеплителя изготавливаются предварительно в заводских условиях (precast), либо прямо на строительной площадке, когда в регионе нет специализированного поставщика панелей, или когда стоимость их транспортировки высока. В этом случае процесс занимает больше времени, но не влияет на характеристики сэндвич-панелей. В обоих случаях панели удобно производить с помощью предлагаемого нами оборудования для производства панелей SCIP SOTA.

Панельные модульные секции могут иметь ширину 0,9-1,4 метра, переменную высоту равную межэтажной высоте здания (обычно 3 метра), и различную толщину, которая прежде всего зависит от толщины утеплителя. Толщина утеплителя от 30 мм до 400 мм, например именно такую максимальную толщину имеет SCIP Emmedue (Италия). В последние годы всё чаще производители делают поверхность пенополистирольной плиты рифленной, что несколько облегчает процесс нанесения бетонной смеси.

Можно производить панели с особыми размерами и характеристиками, которые адаптируются к вашему специфическому проекту. Например, высотой 6 или 12 метров. Стандартные размеры SCIP SOTA составляют 1,2 м х 3 м, если нужно длинее, это легко сделать на строительной площадке путём соединения 2-х или более панелей в одну.

Монтаж панелей

Как правило, до начала работы необходимо указать материалы, стоимость квалифицированной рабочей силы и запланировать всю логистику работы. Проект должен быть отправлен поставщику панелей, который соответствующим образом разметит зазоры дверей и окон, и рассчитает необходимое количество монолитных панелей [ 13 ].

Панели обрезаются под ваш эскизный проект точно по размерам необходимым для строительства. Каждая панель нумеруется, поэтому их нельзя установить в неправильном месте. Они собираются в цеху или на месте в порядке который вам нужен, то есть технология действительно повышает производительность, это намного эффективнее, чем обычное строительство.

Складировать панели на стройплощадке следует в специально отведенном месте, где исключено их повреждение. Срок складирования и время между монтажом и нанесением бетона следует по возможности свести к минимуму. Продолжительное воздействие солнечных лучей (ультрафиолетового излучения) может повлечь изменение структуры поверхности пенополистирола, что негативно отразится на адгезии бетона.

Дополнительное армирование. Панели устанавливаются на фундамент и прикрепляются к нему стержнями «гладкой» арматуры. Эта же «гладкая» арматура используется для усиления проёмов дверей и окон, они требуют армирующую раму, которая устанавливается по углам, где происходит концентрация напряжений. Это относится и к пересечениям с плитами перекрытий, и к разрезам для прохождения труб. Основная функция этих арматурных элементов — обеспечить бóльшее сопротивление местам, которые получают большие нагрузки, которые считаются критическими.

Монтаж панелей. Панели относительно лёгкие, с ними легко обращаются сборщики, использования большого оборудования для их перемещения не требуется. Монтаж панелей простой, работы могут быть облегчены за счёт нумерации панелей. Чтобы обеспечить непрерывность проволочной конструкции, все стыки панели с обеих сторон в одной плоскости соединяются между собой либо, путём размещения плоских соединительных сеток (таких же как в самой панели) закрывающих панельные стыки, либо W-образной трассой, как например рекомендует SCIP Panel W.

В ряде SCIP в панелях изначально выступают сетки с противоположных сторон (примерно на 50 мм), непрерывность обеспечивается за счёт их наложения перекрытием друг друга без необходимости в дополнительных соединительных элементах.

По всему периметру проемов используется U-образное армирование, таким образом предотвращая нанесение покрытия непосредственно на пенополистирол, при каждом контакте перпендикулярных стен применяется L-образное армирование. Цель использования всех этих усилений — сформировать единую конструкцию, соединяющую всю сборку и укрепляющую возможные критические точки конструкции. Эти усиления увязываются с сеткой панели с помощью ручного или электрического инструмента мягкой вязальной проволоки; или с помощью пневматического крепежного инструмента скобой или клипсой-зажимом.

Коммуникации прокладываются на внутренней стороне панелей, до нанесения бетонного покрытия. Если необходимо, часть сетки на одной стороне панели могут быть разрезаны для размещения коммуникации, затем все разрезы закрываются полосами сетки. Если диаметр трубы больше толщины панели, её размещают перед панелью, так как обе сетки разрезать нельзя. Сервисные короба помещаются внутри панели и подвязываются к сеткам, чтобы надежно удерживать их на месте во время нанесения покрытия.

Монтаж панелей требует внимания к ровности и отвесу. Чтобы их установить в проектное положение, используются временные регулируемые металлические, алюминиевые или деревянные штанговые опоры.

Для быстрой и лёгкой вязки применяют автоматическую или ручную вязку вязальной проволокой (0,8 — 1,1 мм). В отличие от сварного, проволочное соединение не препятствует незначительным взаимным перемещениям скрепляемой арматуры при усадочных и температурных деформациях бетона, предотвращая, тем самым, появление внутренних напряжений и растрескивание.

Бетонные слои

Наружные поверхности SCIP-панели называют wythes (на анг. «разгородки»), мы говорим «слой бетона». Чтобы получить эти два железобетонных слоя, на каждую [сетку] сторону изолятора наносят высокофункциональный бетон или раствор, требующий для его изготовления специальных сырьевых компонентов, методов укладки и уплотнения, а также ухода за твердеющим бетоном.

Поскольку бетонирование является специфической профессиональной деятельностью, новичку SCIP-строительства мы рекомендуем на эту работу пригласить [лицензированного] подрядчика с опытом торкретирования (Shotcrete), или работой на готовых сухих смесях с пневматической укладкой (Gunite), в зависимости от желаемой отделки. Работа на сухих смесях обычно требует больше знаний и опыта, потому что оператор должен регулировать содержание воды для получения оптимальных результатов на протяжении всего процесса нанесения (требуется настройка с помощью ареометра опрыскивателя регулирующего давление воды и дозировку), ошибка оператора может испортить готовый продукт.

«После монтажа панелей, мы можем: а) сами изготовить и нанести цементную смесь, б) или можем пригласить компанию по производству готовой смеси торкретбетона, чтобы самостоятельно торкретировать поверхности панели, в) или можем нанять тех, кто занимается торкретированием. У нас всегда есть выбор» — объясняет Род Адриан-старший (Rod Hadrian, Sr.), отраслевой эксперт, основатель знаменитой американской SCIP Tridipanel (см. видео).

Бетон выполняет двойную функцию: передаёт нагрузку и обеспечивает изоляцию (герметизацию) конструкции. Но если панельная стена не является несущей, а только герметизирующей (защитная, неконструкционная, самонесущая), требования к толщине и прочности бетона могут быть снижены, в целях экономии средств может использоваться штукатурный раствор на цементной основе.

Клэй Найто, проф. Университета Лихай (Пенсильвания, США)

«Слой считается несущим, если он обеспечивает значительный вклад в устойчивость панели к нагрузкам. В полностью или частично композитных панелях, оба бетонных слоя являются конструктивными. Степень композитного, комбинированного действия бетонных слоёв зависит от типа соединителя» — объясняет Клэй Найто профессор гражданской инженерии Университета Лихай (Пенсильвания, США), исследовательские интересы которого включают экспериментальную и аналитическую оценку конструкций из ж/б, подверженных экстремальным явлениям, включая землетрясения, цунами и преднамеренные взрывы. [ 14 ].

Поскольку тема большая, подробно о бетонном покрытии мы говорим в отдельной статье, переходите сразу на интересующий вас её раздел.

Что получили в итоге

В результате соединения сетки с соединителями, утеплителя и бетона, мы получаем один из самых прочных строительных материалов, которые вы только можете найти. Поведение этой стеновой конструкции с большой несущей способностью, частично или полностью композитно. То есть мы создали новый материал с характеристиками, отличными от характеристик отдельных компонентов и не являющимися простой их суперпозицией. Количество арматуры основания, обеспечиваемой проволочной сеткой при Ø2,5/50x50 мм, вместе с типичной общей толщиной двух бетонных слоев (при 40+40 мм) — даёт коэффициент армирования равный 0,00245 (без какого-либо дополнительного армирования).

Полученные монолитные бетонные стены имеют ячеистую структуру, которая выдерживает гравитационные нагрузки, стена при этом, чтобы противостоять боковым нагрузкам, действует как диафрагма жёсткости. Таким образом, эти ж/б сэндвич-панели используются для возведения несущих наружных или внутренних несущих стен, плит перекрытий, кровли любого типа, ненесущих стен, межкомнатных перегородок, заборов и других конструктивных элементов. Если в панели ставим утеплитель толщиной 250 мм и выше, мы получаем категорию здания с ультранизким уровнем энергопотребления (low-energy, passive house).

Обратите внимание, что реализация системы проста, строительство может обойтись без сложных устройств или инструментов, только правильное обучение труду. Для этого сборщикам нужно просто следовать грамотным инструкциям, чек-листам по строительной системе (например, их вы получаете при покупке оборудования для производства SCIP-панелей SOTA).

Размеры панели

  • Каковы стандартные размеры сэндвич-панелей SCIP?

Каждый из производителей, в зависимости от предпочитаемых размеров панели, настраивает своё оборудование на желаемый размер панелей. Например, сэндвич-панели SOTA имеют ширину 1,20 м и длину 3 м. Каждая из этих величин может быть изменена по желанию. Толщина пенополистирола так же регулируемая — от 30 мм до 270 мм.

Удельный вес м² панели

  • Каков удельный вес м² этой сэндвич-панели?

Примерно 200 кг. Панель SCIP SOTA-2 размерами 1.2 м х 3 м, в зависимости от варианта состава бетона, весит от 680 до 750 кг. Панель 1,2 м х 1 м весит 226-250 кг, и соответственно 1 м х 1 м — 189-209 кг. Средний вес 1 м х 1 м панели — 200 кг. Если панель используется в качестве ограждающей ненесущей конструкции, её вес уменьшается на 20-25%, например, масса 1 м² стены панели со слоями торкретбетона 35 мм — 147 кг м².

Например, в технологии SCIP Panel W панель песит от 1,3 до 7 кг/м²; стена с цементно-песчаным раствором — от 90 до 156 кг/м²; плита с бетоном и цементно-песчаным раствором — от 173 до 190 кг/м².

SCIP, по сравнению с традиционными методами строительства, снижает до 40% общего веса конструкции. Благодаря легкому весу и простоте обращения, строительная система идеально подходит для строительства дополнительных этажей поверх существующих многоэтажных зданий без чрезмерной нагрузки на конструкцию и фундамент, без ущерба для безопасности существующей конструкции. Кроме того, создание конструкций с меньшим собственным весом позволяет экономить на строительстве фундамента. В конечном счёте, всё это способствует индустриализации жилищного строительства и экономит деньги.

Расход материала м² панели

  • Каков расход материалов на 1 м² стены SCIP SOTA?

Считаем расход материала необходимый для производства панели SCIP SOTA-2 с утеплителем 250 мм. Панель имеет ширину 1.2 м и высоту 3 м, но здесь мы считаем строго 1 м х 1 м, для неё необходимо: 2 метра стальной сетки диаметром 3 мм ячейкой 50 х 50 мм, или 50 х 100 мм, или 50 х 150 мм; пенополистирол (EPS) толщиной 250 мм 1 м х 1 м (0.25м х 1 м х 1 м); для рамок трассы подойдёт любая калиброванная проволока ВР1 диаметром 3 мм, 4 мм или 5 мм где 2 отрезка по 1 м х 8 шт = 8 метров; самих трасс ВР1 3 мм или 4 мм 1812 мм х 8 шт = 14,5 метра (из расчета разверстки на метровую длину). Осталось добавить бетон. Если наносим слой торкрета по 50 мм на сторону, то нам понадобиться 0,1 м³, а если по 30 мм на сторону, то 0,06 м³.

Теперь, зная расход материалов на 1 м стены, можно посчитать её стоимость из расчета местных цен на эти комплектующие сэндвич-панели. Не забудьте добавить стоимость их доставки в цех, стоимость услуг рабочей силы в цеху и затраты на электроэнергию. Если что-то неясно, вы можете спросить личным сообщением в Telegram, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram.

#

Если вам было интересно прочитать — шейр кнопкой Поделиться, лайк и коммент по ссылкам ниже, спасибо! Если у вас остались вопросы, вы можете спросить нас личным сообщением в Telegram, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram или YouTube.

FAQ Далее ⏩ Преимущества SCIP

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] Эхсан Мирнатеги. Оптимизация конструкции цементно-армированной ортотропной многослойной композитной системы. Диссертация, Калифорнийский Университет в Ирвайне (США). 2017 Ссылка

[ 2 ] Баладжи Балшанкар, С.С. Бендсур «Современные технологии строительства из ферроцемента в устойчивом строительстве». Журнал достижений в области науки и технологий [JAST]. Том: 19 / Выпуск: 2. Индия. DOI: 10.29070/JAST Апрель, 2022. Ссылка

[ 3 ] Fouad, F., Farrell, J., Heath, M., Shalaby, A., and Vichare, A. Behavior of the MR Sandwich Panel in Flexure. Tech. rep., June 2009

[ 4 ] PCI Committee on Precast Concrete Sandwich Panels. State-of-the-art of precast/prestressed sandwich wall panels. PCI J 1997;42(2):1–61

[ 5 ] Томлисон Дуглас, Фам Амир «Аналитический подход к реакции на изгиб частично изолированных бетонных многослойных стен» Engineering Structures, v. 122, стр. 251-266, 2016. Ссылка

[ 6 ] Einea et al., 1991; Salmon et al., 1997; Naito et al., 2011; Hodicky et al., 2014; Tomlinson & Fam, 2014, 2015; Kim & You, 2015; Choi et al., 2015; Teixeira et al., 2016; Zhi & Guo, 2017; Hamed, 2017; Frazão et al., 2018

[ 7 ] Пфайфер, Д. У. (Pfeifer, D. W.), Дж. А. Хансон (J. A. Hanson), «Сборные железобетонные стеновые панели: жесткость на изгиб многослойных панелей», SP-11, стр. 67–86. Фармингтон-Хиллз, Мичиган: Американский институт бетона (ACI), 1964

[ 8 ] Эхаб Хамед, «Несущая способность композитных сборных железобетонных сэндвич-панелей с диагональными соединителями армированных фиброй полимерными стержнями.», PCI Journal, июль-август 2017. Ссылка

[ 9 ] Пантелидес К.П. (Pantelides C.P.), Л.Д. Ривли (L.D. Reaveley), П. В. Макмаллин (P.W. McMullin), «Проектирование композитных соединителей из углепластика для сборных железобетонных элементов». Журнал армированных пластиков и композитов, т. 22, № 15: с. 1335–1351. 2003

[ 10 ] Bush & Stine, 1994; Bush & Zhiqi, 1998; Benayoune et al., 2006; Benayoune et al., 2007; Benayoune et al., 2008; Lee & Pessiki, 2008; Carbonari et al., 2012, 2013; Bai & Davidson, 2015; Hamed, 2016; Joseph et al., 2017

[ 12 ] «Анализ эффективности и стоимости системы EPS», Федеральный технологический университет г. Пато-Бранко (Парана, Бразилия), 2017 Ссылка

[ 13 ] Коста Луис Фелипе Теренчио. Дом из пенополистирола: анализ использования пенополистирольных монолитных панелей в жилищном строительстве. 2019. TCC (Graduacao em Engenharia Civil). Maceio, AL: Centro Universitario CESMAC.

[ 14 ] C.J. Naito, J. Hoemann, B.T. Bewick, M.I. Hammons, Оценка соединителей, работающих на сдвиг, для использования в изолированных бетонных сэндвич-панелях, Interim Report, Lehigh University, PA 18015, 2009

Напишите нам
Вы можете задать вопрос или написать ваше личное сообщение здесь, Telegram, WhatsApp, или электропочтой. Чтобы быть в курсе последних новостей, подпишитесь на наш канал или чат в Telegram.