RU / KZ

Главное об этой технологии

Показатели и параметры технологии SCIP: конструкция сэндвич-панели, несущие способности, назначение и отличия от других систем, расход материалов и др.

9 Сентября 2021

Время чтения: 6-8 минут

Поделиться

Если вы не знакомы с домостроительной технологией SCIP, начните тут. Здесь мы говорим главное об этой строительной системе, приводим её показатели и параметры, объясняем назначение и отличие от других стройсистем, показываем конструкцию сэндвич-панели, показываем несущие способности, расход материалов и др.

  • Объясните, что такое технология SCIP?

SCIP (Structural Concrete Insulated Panels) — комплексная система сборных монолитных панелей, в виде несъемной бетонной опалубки, жилого/индустриального строительства/реконструкции зданий/сооружений. Бесшовно-герметичная конструкция максимально эффективно использует энергию отопления/кондиционирования, относится к зелёному строительству. Благодаря нашим патентованным производственно-техническим решениям, система доступна для малых и средних предприятий.

В основе технологии — железобетонные ортотропные сэндвич-панели, которые состоят из двух бетонных слоев, разделенных слоем жесткого пенопласта или другого утеплителя. Структура панелей представляет собой композит, сочетающий в себе прочность стали, изоляцию полистирольного сердечника и долговечность бетона. На месте сэндвич-панели могут выполнять двойную функцию: передавать нагрузку и обеспечивать изоляцию конструкции. Применяются в качестве наружных и внутренних стен многих типов конструкций.

Технология относится к Промышленным строительным системам (Industrialised Building System, IBS), и согласно классификации IBS CIDB принадлежит к классу «Панельные и коробчатые системы» (Panel and Box Systems), виду «Несъемная бетонная опалубка» (Permanent Concrete Formworks). Компоненты системы предварительно собираются в промышленном цехе, а затем на месте строительства с минимальным монтажом собираются в составную окончательную конструкцию. Здания построенные этим методом, строятся в более короткий срок, имеют дополнительные преимущества по прочности, целостности, долговечности, теплового комфорта в помещении и экономии рабочей силы [ 1 ]. С SCIP SOTA предварительная сборка панели может осуществляться даже на месте строительства.

Панелями можно пользоваться двумя способами: без конструктивной функции, т.е. исключительно для наружной обшивки в комбинации с другими строительными системами — панели могут быть легко прикреплены к любому типу структурного каркаса, включая конструкционную сталь, железобетон, предварительно спроектированный металл и сборный железобетон; или с конструктивной функцией, т.е. в качестве основного конструкционного элемента — стен подверженных сдвигу, несущих стен, подпорных стен и внутренних перегородок. Панели можно использовать в качестве колон, балок, покрытий и перекрытий.

В случае конструктивной функции, в здании не используются дополнительные опорные элементы (балки и столбы), а плиты перекрытия, кровля, лестничные марши и другие элементы опираются непосредственно на стены, они несут ответственность за поддержание всех нагрузок и передачу их на фундамент. Панели, не имеющие конструктивной функции, выполняют только функцию изоляции и герметизации, и должны удовлетворять только эксплуатационным требованиям, предписанным для них стандартом. Со структурной функцией сэндвич-панели в США, Италии и др. используются до 4-х этажей [ 2 ], в России, Украине и др. странах СНГ — до 3-х этажей. В высотном строительстве панель используется в качестве ограждающей конструкции; в ряде систем предлагают ещё двухпанельный вариант: между двумя панелями сохраняют пространство, туда помещается дополнительная арматура и всё заливается бетоном, получается 5-ти слойная сэндвич-панель.

Панели могут иметь различную готовность: precast или prefabricated. Пространственный стальной каркас с утеплителем может быть изготовлен как в производственных условиях, так и на строительной площадке в контролируемой среде (precast concrete). В этом виде панель используется в виде несъемной опалубки для укладки конструкционного бетона (чаще торкретированием), и тяжелая техника не нужна. Если панели бетонируются в цеховых условиях, для их транспортировки на место строительства требуется тяжелая техника: панелевоз и кран для монтажа — это уже полноценное крупнопанельное строительство (prefabricated building).

За 57 летний срок использования, технология строительства SCIP была многократно протестирована множеством университетских институтов на разные действующие строительные нормы США, Бразилии, Германии, Италии, Испании, Англии и др. И везде результат один и тот же — SCIP либо соответствует, либо их превосходит. Подробнее см. тут. Относительно традиционных в СНГ строительных материалов, это новая технология жилого/индустриального строительства/реконструкции зданий/сооружений. Обычно используется для строительства жилых домов средней этажности, подробнее о том что можно строить по этой системе см. тут.

Сборные железобетонные сэндвич-панели конструктивно и экономически эффективны, имеют высокие тепловые характеристики, позволяют строить высокоэнергоэффективные здания и сооружения теплонакопительного типа. Строительная система экономит материалы и рабочую силу, даёт более высокое качество изготовления зданий при высокой скорости строительства. Сэндвич-панели чрезвычайно гибкие в архитектурном проектировании, создают более легкую конструктивную систему, чем цельнолитая монолитная конструкция, благодаря чему имеют меньшее притяжение сейсмических сил (это сейсмоустойчивое здание, подробнее см. тут). Поскольку сборные конструкционные элементы легкие, с ними проще обращаться на строительной площадке (на строительной площадке тяжелая техника не нужна), их проще транспортировать. Всё это даёт хорошую рентабельность и открывает широкие перспективы для Предпринимательства.

  • Под какими названиями эта технология известна в мире? Научные определения?

Для описания этой технологии в академических кругах используют различные определения, наиболее часто можно встретить следующие:

SCIP (Structural Concrete Insulated Panels) — Конструкционные бетонные панели с утеплителем,
CSIP (Composite Structural Insulated Panels) — Композитные структурные панели с теплоизолятором (панели использующие в связующих и несущих элементах конструкции более одного материала называют «композитными»),
ICSP (Insulated Cementatious Sandwich Panel) — Цементная сэндвич-панель с утеплителем,
ISCP (Insulated Sandwich Concrete Panel) — Конструкционные бетонные панели с утеплителем,
SIPCSSP — суперизолированная сборная железобетонная конструкционная сэндвич-панель (если утеплитель от 250 мм),
ICSWP (Insulated Concrete Sandwich Wall Panels) — Стеновые бетонные сэндвич-панели с утеплителем,
PCSP (Precast Concrete Sandwich Panels) — Сборные железобетонные сэндвич-панели,
PLCSP (Precast Lightweight Concrete Sandwich Panel) — Сборные сэндвич-панели из бетона лёгкого веса,
SCCS (Steel-Concrete Composite Systems) — Железобетонные композитные системы,
RCSP (Reinforced Concrete Sandwich Panels) — Железобетонная сэндвич-панель,
PCF (Permanent Concrete Formworks) — Несъемная бетонная опалубка.

Но всё же это всё общие формулировки, на наш взгляд более точными будут:

CPCSIP (Concrete-Polystyrenes-Concrete Structural-Insulated Panels) — «Бетон-пенополистирол-бетон» конструкционная панель с утеплителем,
SICSP (Sprayed In-situ Concrete Sandwich Panels) — Торкретируемые на месте бетонные сэндвич-панели,
SeSyCoWa (Structural Systems composed of Cast-in-Situ Concrete Walls) — Конструкционная система состоящая из стен бетонируемых на месте,
CSW-POL (Cast in-situ Sandwich with Polystyrene core) — Бетонируемый на месте сэндвич с сердечником из полистирола,
SSP (Shotcrete Sandwich Panels) — Торкретбетонные сэндвич-панели,
PSSPHPC (Precast Structural Sandwich Panels made of HPC (highperformance concrete) — Сборные конструкционные сэндвич-панели из высокопроизводительного бетона,
PMPRPP (Prefabricated Modular Pre-Reinforced Polystyrene Panels) — Сборные модульные предварительно армированные панели из полистирола,
3DPCSP (3D Precast Concrete Sandwich Panels) — 3D сборные железобетонные сэндвич-панели,
S3DPS (Sandwich 3D Panel System) — Система 3D сэндвич-панелей,
WTRCP (Wall Three-layer Reinforced Concrete Panels) — Стеновые трехслойные железобетонные панели.

Другие определения встречаются, но они раскрывают лишь какую-то одну сторону технологии:

EPS Core Panel System (Система панелей с сердечником из пенополистирола),
EPS Sandwich Panel System (Сэндвич-панель с утеплителем из пенополистирола),
Wyred EPS Panels (Проволочные пенополистирольные панели),
Wire Mesh Panel (Панель из проволочной сетки),
3D Wirepanel (3D проволочная панель),
3D EPS Wired Mash Panel (3D EPS панель со сварной сеткой),
3D Concrete Panels (Бетонная 3D панель) и др.

Технологию встречается и под именем общей категории, что игнорирует её уникальные отличия от собратьев по классу:

CSP (Cementitious Sandwich Panel) — Цементная сэндвич-панель,
BWP (Bearing Wall Panels) — Несущая стеновая панель,
SWP (Wall Panels) — Стеновая сэндвич-панель,
PSP (Precast Sandwich Panels) — Сборные сэндвич-панели,
PRC (Prefabricated Reinforced Concret) — Сборный железобетон,
QRBP (Quake Resistant Building Panels) — Сейсмоустойчивые строительные панели),
SIP (Structural Insulated Panels) — Конструктивные панели с утеплителем (СИПы бывают не только с OSB),
SRCW (Squat Reinforced Concrete Walls) — Приземистые железобетонные стены.

Также, её нередко называют именами популярных производителей панели: Панель EVG (Австрия); M2, Emmedue (Италия); Tridipanel (США), Zenon Panel (Турция), W-panel (США), Covintec (Испания), технология Русская стена (Австрия-Россия), Монета Монолит (М2) (Италия-Россия), панель СОТА (Украина) и др.

  • Расскажите о конструкции этой ж/б сэндвич-панели.

В основе технологии — трехслойные железобетонные ортотропные сэндвич-панели, которые используются в виде несъемной опалубки для укладки конструкционного бетона (обычно торкрет-бетон). Структура панелей представляет собой композит, сочетающий в себе прочность стали, изоляцию полистирольного сердечника и долговечность бетона.

Ещё до нанесения бетона, панели представляют собой утеплитель в пространственном арматурном каркасе (truss-like pattern) из сварной проволоки. Утеплителем чаще служит пенополистирол (EPS или XPS) плотностью 12-50 кг/м³, возможно и использование других утеплителей (полиуретановая пена, MW, ICB и др.). Главным условием выбора утеплителя в SCIP кроме теплотехнических характеристик, является плотность, которой должно быть достаточно для нанесения бетонной смеси. После бетонирования, утеплитель оказывается зажатым между двумя слоями 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 «рамочная трасса» с W-образной трассой, благодаря которой мы получаем интересные возможности как в производстве панели, так и в характеристиках готового здания, они становятся более прочными. Открыть картинку в новом окне

Сетка. Конструкция панели представляет собой лист пенополистирола (EPS, XPS) или другого утеплителя (MW, ICB и др.), по обеим сторонам которого расположена электросварная стальная сетка (GI Wire) Ø 2,4-3 мм из высокопрочной (в ряде систем SCIP оцинкованной) стали, с минимально допустимым напряжением (fy) 415 МПа, минимальной упругостью 700 МПа, с пределом прочности на разрыв до 880 N/мм². Ячейка сетки может быть произвольным размером, включая 80 мм х 75 мм, 50 мм х 100 мм, 50 мм х 150 мм, 150 мм х 150 мм и др. в зависимости от конструкции/назначения панели, но обычно сетка представляет собой Ø 2,5 / 50 мм или 65 мм. Встречаются варианты, когда продольная проволока в сетке Ø 3,5 мм, а поперечная Ø 3,5 мм. После нанесения бетона сетка служит в качестве арматуры.

Соединители. Чтобы гарантировать полностью композитное или полусоставное поведение сэндвич-панели, с каждой стороны через утеплитель сварным соединением металлические сетки соединяются между собой ортогональными или w-образной трассой (orthogonal or truss) поперечными соединителями (shear connectors, truss connectors). Задача этих 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.

Соединители 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). В зависимости от требуемой прочности (которую должна выдерживать панель), в процессе производства эти соединители могут получать разные размеры или различную толщину. Количество соединителей на кв. метр определяется на основе требуемой прочности на сдвиг: от 40 до 200 на м², часто 40÷50 на м². Другими словами, так же как и с сеткой, параметры соединителей могут быть изменены в соответствии со значениями указанными в спецификациях архитектурно-строительных решений рабочего проекта.

Соединители могут иметь различную конфигурацию, например, вид отдельных проволок или одной W-образной трассы (именно такая используется в SCIP SОТА). Благодаря соединительным стяжкам, пространственный стальной каркас панели обеспечивает необходимую прочность в плоскости, и вне плоскости.

Все соединительные стяжки проходят слой теплоизолятора создавая тепловой мост, протяженность которого зависит от размера и материала соединителя. Задача состоит в том, чтобы обеспечить конструктивную передачу сдвига при минимизации теплового моста. Поэтому предпринимаются попытки использовать полимеры армированные стекловолокном (GFRP), углеродным волокном (CFRP), базальтовым волокном (BFRP) и др. [ 3 ]

Сообщается об их высокой прочности, однако наблюдаются структурные дефекты — разрушение на разрыв намного ниже предела прочности, что объясняется тем, что соединители FRP работающие на сдвиг в SCIP, подвергаются воздействию силы сдвига, в то время как обычно они испытываются на силу растяжения. Кроме того, проскальзывание соединения, хрупкость и расслоение являются одними из проблем их использования в сочетании с высокой стоимостью в сравнении с обычной сталью. Например, в одном из первых исследований сборных железобетонных сэндвич-панелей, при равномерной нагрузке были испытаны на изгиб 50 армированных сэндвич-панелей с различными разъемами [ 4 ]. Результаты испытаний показали, что сварные w-образные стальные соединители (welded truss-shaped steel connectors) являются 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. Также было обнаружено, что длина проявления композита из CFRP в значительной степени зависит от геометрии и жесткости соединения. [ 5 ]

Многочисленные исследования [ 6 ] указывают на то, что 3 мм стальные соединители являются оптимальным вариантом. Стальной тип соединения почти безальтернативен для стартап-предприятий ведущих застройку до 10 тыс. м² в жилья в год, учитывая их ограниченность в ресурсах при заказе большой партии индивидуальных полимеров-сосединителей. Подробнее о видах соединителей см. «Анализ эффективности и стоимости системы EPS» стр. 45-48 [ 13 ].

Панельные секции. Пространственный каркас из сеток и утеплителя предварительно изготавливаются (precast) в виде панельных модульных секций. Они имеют ширину 1-1,2 метра, переменную высоту, равную межэтажной высоте здания (обычно 3 метра), и толщину, которая зависит от выбора толщины утеплителя (от 30 до 350 мм). Легко изготовить SCIP высотой 6 метров и больше, всё зависит от ограничений при их транспортировке. Например, размеры SCIP SOTA составляют 1,2 м х 3 м. Если же нужна более высокая панель, её можно изготовить на строительной площадке путём соединения 2-х панелей в одну.

Панели соединяются между собой при помощи соединительной сетки с обеих сторон. Это делается с помощью ручного, электрического или пневматического крепежного инструмента.

Бетон. После того как панели установлены в проектное положение, чтобы получить железобетонную стену, на каждую сторону панели наносится бетон. Слои бетона могут быть несущими (с конструктивной функцией), и ненесущими (защитными). 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 используемого соединителя [ 7 ].

Производители SCIP сами определяют толщину каждого слоя бетона для своей практики. Она складывается в зависимости от его конструктивного назначения, бетонного покрытия, крепления соединителей, процесса разравнивания бетонной смеси и финишной отделки. Толщина бетона обычно в 2 раза превышает расстояние между полистиролом и сеткой покрытия — 35-50 мм и выше, с каждой стороны панели. Для обеспечения коррозионной стойкости, в нормальных условиях, стальная сетка должна быть покрыта не менее чем на 15 мм. В агрессивной среде (высокая атмосферная влажность, близость к морю или океану и др.), толщину бетонного покрытия увеличивают.

И хотя СП 52-103-2007 «Железобетонные конструкции зданий» рекомендуют минимальную толщину конструктивного слоя бетонной несущей стены не менее 180 мм; а Architectural PCI 1989 50 мм (2 дюйма) в случае предварительного напряжения, и 76 мм (3 дюйма) без предварительного напряжения; — толщина в SCIP Emmedue составляет всего 30 мм и этого достаточно для 6-ти этажного здания без дополнительного армирования (утверждение сотрудника Emmedue на выставке MosBild 2012), а толщина слоя бетона в несущей панели популярной в прошлом, но ныне не существующей SCIP Insteel 3D (Insteel Construction Systems, Inc. USA), составляла всего лишь 19 мм (3/4 дюйма) [ 8 ]. Но чем тоньше слой бетона, тем больше панель подвержена короблению, особенно если работающие на сдвиг соединители, не обладают достаточной жесткостью для композитного действия панели.

Верхний бетонный слой крыши или плиты перекрытий может быть нанесён вручную (заливка). Для стен и нижней стороны потолка напольных и кровельных панелей, бетон может наноситься либо пневматическим способом (торкретированием хоппер-ковшом или торкрет-установкой; или пневмонагнетателем — штукатурным оборудованием под давлением), либо вручную (нанесение вручную). Если бетон наносится техникой торкретирование (spritzbeton), то обычно это «мокрый торкретбетон», в редких случаях «сухой торкретбетон» в соответствии с «Руководством по торкрет-бетону» ACI 506 R-85 Американского института бетона.

Для несущих стен (конструктивная функция) проектный класс бетона по прочности не ниже B20 (SCIP 3D EVG B25), часто, согласно современного международного обозначения C25/30, что соответствует B30 (ближашая марка цемента М400). Бетонная смесь должна иметь размер заполнителя 5-10 мм (должна соответствовать ASTM C33; градация №1 в таблице 2.1 ACI 506R-90), однако, в ряде случаев, в целях экономии можно использовать заполнитель размером менее 5 мм (отсев), например это рекомендует Министерство жилищного строительства и борьбы с городской бедностью Правительства Индии в Руководстве по SCIP (2017).

Бетонная смесь должна иметь минимальную осадку 51 мм. При кубических испытаниях на сжатие, она должна показать минимальную прочность обычно не менее 28 МПа в течение 28 дней. В литературе встречается разброс от 20 до 35 МПа, но есть и производители у которых требование ниже — у SCIP RCG 3D/EVG диапазон 17,2-28 МПа. Согласно классификации бетона по плотности Mindess и Young (1981), бетон применяемый в SCIP относится к нормальному весу — удельный вес бетона 2100-2550 кг/м³.

Бетонная смесь обычно наносится в два этапа: первый слой наносится так, чтобы бетон покрывал сетку, затем, после того как первый слой затвердевает, наносится второй слой чтобы получить желаемую толщину. Для получения правильной толщины слоя бетона, используются штукатурные маяки, по которым вручную правилом производится выравнивание штукатурки. Часто наружные стены покрываются бетоном до завершения монтажа инженерных коммуникаций.

В результате соединения описанных выше материалов, мы имеем стеновую конструкцию с большой несущей способностью. Поведение бетонной сэндвич-панели как стены, частично или полностью композитно. То есть мы получили 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).

Предпринимаются попытки использовать пенобетон в конструкции SCIP, они отливаются в заводских условиях, и содержат w-образную трассу с высокой плотностью на м².

Отделка. После монтажа и бетонирования облицовка не обязательна, по сути панели требуют лишь незначительной отделки. «Преимущество SCIP в том, что для нанесения отделки на стены вам не требуется штукатурка как для отделки кирпича или блоков — её можно укладывать непосредственно на торкретбетон», — поясняет инженер-строитель Lourdes Cristina D. Printes из LCP Engenharia&Construções (Бразилия).

Поверхность готовой стены SCIP представляет собой бетон, который подходит для нанесения любой отделки как внутри здания, так и снаружи: мраморная крошка или плиты, декоративный камень, облицовка клинкером, включая плиты из декоративного камня или вентилированные фасады. Её можно просто покрасить традиционным способом поверх выровненной гладкой штукатурки, сделать отделку типа «короед», различные текстуры, цветовые узоры, сделать гальваническое покрытие и др. Работы по отделке начинаются сразу после схватывания второго слоя бетона.

Полученные монолитные многослойные бетонные стены дают 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 (подробнее тут). Если в панели ставим утеплитель толщиной 250 мм и выше, мы получаем категорию здания с ультранизким уровнем энергопотребления (low-energy, passive house).

  • Чем отличается строительная система SCIP от других строительных систем?

Сборный железобетон все чаще используются из-за спроса на недорогие и качественные дома, особенно он становится актуальным сегодня, когда стоимость традиционного строительства продолжает расти. Требуется большое количество быстровозводимых и экономичных домов? В сравнении со стандартными железобетонными панелями, конструкционная система SCIP экономит материалы, энергию, время и человеческие ресурсы. Она экономит деньги — у вас меньше общие капитальные вложения и более быстрая окупаемость инвестиций.

Короче говоря, это рентабельно, экономично по времени и трудозатратам и, что самое важное, энергоэффективно — модульная конструкция позволяет создать экономичную, экологичную и высокоэнергоэффективную систему здания. Строительная система SCIP чрезвычайно универсальна и подходит для творческих архитектурных проектов. Строительство из утепленных бетонных сэндвич-панелей даёт множество преимуществ, это долгосрочное вложение в комфорт и энергоэффективность, многократно возвращающее ценность для владельцев и жителей в течение срока службы здания. В следующем вопросе краткое перечисление преимуществ домостроительной системы SCIP.

  • Расскажите о вариантах применения SCIP. Как можно использовать эту строительную систему?

Эти бетонные сэндвич-панели очень многофункциональны. Чаще всего они используются в качестве наружных несущих стен многоквартирных малоэтажных жилых, коммерческих и складских зданий. Стройте из неё несущие стены в зданиях до 3-х этажей, любую кровлю, плиты перекрытия, плитные фундаменты, межкомнатные перегородки, сборные лестничные марши и консольные площадки, балконы, козырьки, ригеля и др.

Сетка в панели, может также служить в качестве нижнего или верхнего армирования плит перекрытия. Этого усиления достаточно для пролетов примерно до 3,0 м. Можно устанавливать дополнительные арматурные стержни для пролетов, примерно до 5,0 м. Плиты с безопорными пролетами более 5,0 м должны быть оснащены ребрами, усиленными ферменными балками и дополнительными арматурными стержнями.

SCIP используется при возведении коммерческой недвижимости (производственные помещения, склады, ангары, магазины, торговые и фермерские комплексы, офисные помещения, гостиницы, АЗС, СТО, автомойки и др.), общественных зданий (школ, больниц, церквей, культурных центров и др.), при реконструкциях зданий (надстройка дополнительных этажей), а так же для строительства бассейнов, домов на воде, стен подвалов, бункеров, блиндажей и др.

Если панель выполняет конструктивную функцию, в здании не используются такие конструктивные элементы, как балки и колонны — стены являются единственным элементом, отвечающим за приём и передачу нагрузок от здания на фундамент. Поэтому эта строительная система широко используется в малоэтажном строительстве. Из неё строят индивидуальные дома, таунхаусы, дачные домики и др. В высотном строительстве, панель используется в качестве ограждающей конструкции (каркасное здание). В этом случае, она имеет множество достоинств, одним из которых является возможность заполнения больших вертикальных промежутков между опорами.

  • Каковы несущие способности железобетонной сэндвич-панели SCIP?

SCIP — самая прочная строительная система из доступных на рынке. Есть множество лабораторных испытаний проведенных в разных странах мира, которые говорят о высокой физической прочности этих панелей при воздействии нагрузок различного типа.

Так, для анализа SCIP-панелей Benayoune [ 1 ], использовали уравнение Американским Институтом Бетона (ACI), и выражения предложенные различными исследователями для расчета прочности стен ЖБИ. Исследователями был сделан вывод, что эти сэндвич-панели можно безопасно использовать для малоэтажного строительства, поскольку при осевых и эксцентрических нагрузках их предел прочности был как минимум в 4 раза выше чем требуется, чтобы выдерживать максимальные расчетные нагрузки типовых 5-этажек. Было установлено, что максимальная прочность SCIP-панели сопоставима с прочностью композитных панелей. Панели достигали высококомпозитного действия, а на последнем этапе действовали частично композиционно.

Так же было обнаружено, что предельная нагрузка уменьшалась с увеличением коэффициента гибкости (H/ ). Было обнаружено, что прочность панелей регулируется либо разрушением материала в результате раздавливания, либо короблением. Изгиб может быть ниже чем сдавливание, если соединители, работающие на сдвиг, не обладают достаточной жесткостью, ведущей к преждевременному их выходу из строя. На прочность на изгиб значительно влияет коэффициент гибкости (slenderness ratio). Метод расчета сплошных стен (solid walls), рекомендованный уравнением ACI и выражениями предложенными другими исследователями, оказался очень консервативным по сравнению с результатами конечно-элементного анализа (FEA). [ 1 ]

Прочность на осевое сжатие в SCIP, зависит от: а) прочности на сжатие бетона, б) соотношения сторон стеновой панели, в) параметров размещенной на обеих сторонах сварной сетки, г) количества и параметров соединителей сетки, д) и процента дополнительного армирования всей конструкции здания. Например, чтобы понять поведение этих сэндвич-панелей, Карбонари и др. [ 9 ] провели экспериментальную программу на небольших и тонких панелях. Несмотря на ограниченное количество испытаний, результаты показали, что прочность бетонной смеси на сжатие и толщина панели являются основными аспектами, которые влияют на максимальную нагрузку какую выдерживают панели. Такая нагрузка растёт с увеличением прочности на сжатие и с уменьшением толщины панели. Все эти наблюдения хорошо согласуются с результатами, полученными при аналитическом формулировании.

Стены металлического или деревянного каркаса, газобетонных блоков, кирпича и другие традиционные строительные системы не могут сравниться с прочностью SCIP. Например, исчерпывающая серия испытаний на сжатие, изгиб и сдвиг SCIP была проведена И. М. Демердаш в UCI Structural lab. Калифорнийского Университета [ 10 ]. Также, обратите внимание на исследование, опубликованное в Александрийском инженерном журнале в 2018 г.

Систему SCIP можно охарактеризовать как стену, состоящую из микроколонн. Кроме того, стены здесь не являются независимыми, напротив, они дополняют друг друга образуя целостную систему, которая распределяет нагрузки на бóльшие площади. Это обуславливает поведение конструкции как единого целого (коробки). Именно поэтому здания и сооружения выполненные по этой системе выдерживают самые сильные землетрясения планеты, подробнее см. тут.

Несущий вес, который выдерживает стандартная стена SCIP потрясает. Испытания SCIP Durapanel показали, что стены выдерживают нагрузку до 600 кг/см². Испытания на сжатие под воздействием, выполненное на готовой одинарной панели SCIP Emmedue высотой 270 см показали, что максимальная нагрузка на разрушение панели составляет 156 т/м (≈ 1530 кН/м). Испытания самого распространённого в мире варианта этой сэндвич-панель EVG-3D в исполнении SCIP Tridipanel с сердечником из полистирола 63,5 мм (2,5 дюйма) с использованием проволоки 2.3 мм (Nr. 11 awg) и высотой 2,43 м (8 футов) показали более 35,38 тонн (78 000 фунтов) при вертикальной нагрузке на конструкцию, диаграмму полной нагрузки Tridipanel предоставляет по запросу.

Мы так же испытывали серии образцов своих вариантов SCIP SOTA. Ниже мы приводим результаты испытаний на сжатие и на изгиб панели Центра НТТМ по архитектуре и строительству Академии строительства Украины (гослицензия АВ №190421), г. Одесса (ОГАСА).

Испытание на сжатие. Образец имел габаритные размеры 1,2 м х 1,0 м и общую номинальную толщину 200 мм. В качестве среднего слоя использовался пенополистирол марки ПСБ С-15 толщиной 100 мм. Наружные слои панели — мелкозернистый бетон. Проектный класс бетона B20 (согласно ГОСТ 26633-91) средняя прочность бетона должна составлять 261,93 кг/см²). Сетка и соединительные элементы выполнены из арматурной проволоки Ø3 Вр-I. Нагрузка прикладывалась ступенями, величина ступени составляла 10 тс (≈100 kH), на каждой ступени делалась выдержка 10 мин.

В процессе испытаний разрушение образцов происходило вследствие смятия и полного раздробления бетона в различных частях железобетонных слоёв с оголением и выходом из своей плоскости арматурной сетки. Среднее значение общей нагрузки при разрушении составило N = 87 тс (≈870 kH). В предположении равномерного распределения напряжений по всей площади поперечного сечения 2-х железобетонных слоёв, величина нормальных напряжений в них при разрушении составила 72,5 кг/см² (среднее значение по серии испытанных образцов).

Графики зависимости деформаций от внешней нагрузки для серии испытанных образцов на сжатие (вверху), и зависимости взаимного смещения слоев и прогибов от внешней загрузки (внизу) SCIP SOTA

На рисунке приведены обобщенные графики зависимости деформаций от внешней нагрузки для серии испытанных образцов на сжатие (вверху), и зависимости взаимного смещения слоев и прогибов от внешней загрузки (внизу) SCIP SOTA. Открыть картинку в новом окне

Испытание на изгиб. Прочность на изгиб SCIP, зависит от степени композитного действия панели. Испытываемый нами образец, имел габаритные размеры 2.0 м × 0.92 м общей номинальной толщиной 200 мм. В качестве среднего слоя использовался пенополистирол марки ПСБ С-15 толщиной 100 мм. Сетка и соединительные элементы изготовлены из арматурной проволоки Ø3 Вр-I. Наружные слои панели — мелкозернистый бетон. Проектный класс бетона B20. Армирование верхней и нижней зон испытываемой плиты перекрытия было принято комбинированным — использовалась арматурная проволока Ø3 Вр-I и Ø4 Вр-I. Соединительные трассы, установленные с шагом 150 мм, выполнены из арматурной проволоки Ø4 Вр-I.

Для измерения взаимного горизонтального смещения железобетонных слоев панели друг относительно друга на их внешние грани были установлены индикаторы часового типа Т1 … Т8 (0.001 мм). При испытании также проводился контроль величины прогибов, измеренных в середине пролета плиты — приборы Т9, Т10 (0.01 мм). Нагрузка на опытный образец предавалась при помощи гидравлического домкрата через распределительную металлическую траверсу ступенями. Контроль за величиной нагрузки велся при помощи образцового динамометра ДОСМ-3-5. Величина ступени составляла 0,5 тс (≈ 5 кН). На каждом этапе нагружения плиты делалась выдержка 10 мин.

При разрушении образца была потеряна устойчивость сжатыми элементами соединительных трасс. Среднее значение общей нагрузки при разрушении составила N = 4.1 тс (≈ 41 кН). Среднее максимальное значение прогиба составило 4.5 мм или 1/400 относительно пролета при допустимом значении прогиба 1/200 (графики см. выше).

Данное испытание образцов панелей SCIP SOTA на сжатие и на изгиб показало, что крепость и жесткость панелей комплексной конструкции позволяет использовать эту систему домостроения в жилищном и гражданском строительстве малоэтажных зданий до трех этажей включительно. Конструкции отвечают всем требованиям СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» и СНиП 2.03.01-85 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Испытания в Европе конструкции из панелей SCIP Emmedue показали, что она имеет прочность на сжатие 1200 фунтов на квадратный дюйм или более, в то время как ненесущие бетонные пустотные блоки (concrete hollow blocks) всего 400 фунтов на квадратный дюйм.

Вопрос: «А что снаружи бетон держит пока он свежий»? Ответ: Пока бетон не набрал прочность, он не может нести никакой нагрузки. До нанесения торкретбетона, каркас из соединённых между собой панелей имеет определённую жесткость, которой более чем достаточно для нанесения слоёв защитного торкретбетона снаружи и внутри здания.

Для справки: Предел прочности при сжатии SCIP (ГОСТ 1018040): система является опалубкой, основой для нанесения бетонов м300 (28-32 Мпа). Прочность на растяжение: система является опалубкой, основой для нанесения бетонов м300 (28-32 Мпа). Паропроницаемость сэндвич-панели: __, водопоглощение: 0%, эксплуатационная влажность: __, морозостойкость: не менее 300 Мрз.

  • Каков расход материалов на 1 м² стены SCIP?

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, Viber, WhatsApp, написать электропочтой или в форму обратной связи (в нижней части страницы). Также вы можете задать вопрос публично в Чат Telegram.

  • 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.

По сравнению с традиционными методами строительства, SCIP 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.

  • Какова допустимая нагрузка на перекрытия SCIP?

Вы можете использовать сэндвич-панель SCIP в качестве плиты перекрытия, об этом мы говорили выше. Многие вопросы, связанные с поведением при изгибе и проектированием этой сэндвич-панели в качестве плиты перекрытия, рассмотрены А. А. Бенаюн и др. [ 1 ] «Испытания под нагрузкой, проведенные на полу полномасштабного макета показали, что при обрушении была достигнута адекватная несущая способность и удовлетворительное поведение в условиях эксплуатационной нагрузки» — говорится на стр. 268 исследования кафедры гражданского и строительного проектирования и архитектуры Политехнического университета Марке (г. Анкона, Италия). [ 11 ].

Как и во всём жилищном строительстве, разнесённая нагрузка на 1 м² должна составлять от 250 кг и SCIP отвечает этим требованиям. При желании, с помощью конструктивных решений можно увеличить допустимую нагрузку до 400 кг. Возможно увеличить эту нагрузку, есть много вариантов: т-образная балка, перекрытие кессонного типа и др. Расчёт балки ведётся на требуемую нагрузку: изменяется сечение балки, сечение арматуры, тип армирования.

  • 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.

  • Кто и когда изобрел домостроительную технологию SCIP?

Бетон впервые был запатентован в 1824 г, его начали применять в строительстве уже в середине века. Сталь, чёрный металл с высоким сопротивлением разрыву при растяжении или сжатии, впервые массово в гражданском строительстве стали применять в Англии в 1860-70-х гг. Что касается пенополистирола, то по данным Бразильской ассоциации пенополистирола (ABRAPEX), EPS впервые появился в Германии в 1949 г., в первую очередь благодаря изоляционным характеристикам, лёгкости, прочности и невысокой стоимости, сегодня он прочно занял своё место в гражданском строительстве. Таким образом SCIP не радикальная новация, а оптимизирующая — как мы видим, панельное строительство, бетон, сталь и утеплитель существовали в строительстве и раньше.

Самое раннее использование сэндвич-панелей относится к Первой мировой войне, когда использовался сердечник из ДВП и асбестовые поверхности с двух сторон. Появление различных типов клеев в США и Англии в начале 1930-х годов проложило путь к использованию клееных сэндвич-панелей, например, их массово использовали в легких самолетах во время Второй мировой войны. В строительстве же зданий, сэндвич-панели впервые использовали в 1930 году в домах Usonian, спроектированных Фрэнком Ллойдом Райтом, эту технологию назымали «конструктивными панелями с изолятором» (Structural Insulated Panels, SIPs). Они состояли из 3-х слоев фанеры, склеенных двумя слоями смолы между ними. Они не давали достаточной теплоизоляции, поэтому впоследствии ученик Райта Олден Б. Доу (Alden B. Dow) между торцами фанеры включил сердечник из пенополистирола (EPS), панели использовались для несущих стен.

Стеновая сэндвич-панель из сборного железобетона «бетон-утеплитель-бетон» впервые появилась в 1960-х г. В свой самый первый вариант SCIP, сталь, бетон и утеплитель пенополистирол, сложил Виктор Пол Вейсманн (Víctor Paul Weismann), 14 декабря 1964 года получив в США патент US3305991A «Усиленная модульная панель с пеной» (Reinforced Modular Foam Panels). Впоследствии им были зарегистрированы ещё ряд патентов. Услуги строительства на основе SCIP в США начала предлагать в начале 1970 г, Калифорнийская компания Impac, связан ли с ней Виктор Пол Вейсманн нам неизвестно. Затем последовали бесконечные улучшения, как от самого Вейсманна, например, US4079560A, US4336676A «Wire truss and apparatus for manufacturing a wire truss» от Ричарда Ф. Арцера (Richard F. Artzer) в 1977 г., и др.

Первым конструкциям панели требовался стопор предотвращающий смещение утеплителя при набрызгивании бетона, но для их изготовления было достаточно сборочного приспособления (усовершенствованное устройство предлагает SCIP SOTA), тогда как для последующих модификаций этой панели уже требуется дорогостоящее оборудование.

Интересно, что в 1976 году Колин Дж. Маклауд (Colin J. MacLeod) и Леонард Р. Кризи (Leonard R. Creasy) от лица компании Caledonian Moroccan Construction Ltd., S.A. (Танжер, Марокко) подали заявку и получили в США патент US4125981A на подобную Вейсманну панель, но вместо утеплителя в их конструкции была… пустота, в которой они предлагали циркуляцию горячего воздуха.

3D EVG панель

Одним из тех кто первый предложил такой выпуск, стала компания EVG, Entwincklungs-und-Verwertungs-Gesellschaft mbH (Рааба, Австрия), именно использование их варианта панели, через свой благотворительный фонд продвигал для малообеспеченного жилья в 1970-е гг. бывший президент США Джимми Картер.

Вариант EVG-3D панели очень распространён, производственные цеха EVG есть во многих странах. Именно их производственное оборудование и панель, несмотря на международныt патентs копируют в Китае 40 лет. В России EVG-3D известна как панель Русская стена, в 2008 году арестом оборудования, банкротством и обманутыми вкладчиками компания прекратила своё существование.

Ещё один популярный вариант SCIP стартовал в 1980 году в Италии, с целью дать пользователю комфорт и безопасность ​​в регионе известным суровыми зимами и землетрясениями — отличительной особенностью панели компании Monolite, стал узнаваемый волнистый профиль пенополистирола (для увеличения сцепления с бетоном). В 1995 году её наследие поделила компания Nidyon (Италия) и Emmedue (Италия). Оборудование Emmedue было поставлено в 30 стран, сегодня известно о действующих 15 производствах в Англии, Испании, США, Перу, Панаме, Боливии, Колумбии, Аргентине, Филлипинах, Малайзии и др. Есть производство Emmedue и в России (Кабардино-Балкария).

Первый завод в России от Monolite появился в 1993 году в г. Магнитогорск. Затем, уже под брендом Emmedue (руководитель Angelo Candiracci), была поставка оборудования в г. Тольятти (1999), и в г. Курган (2007). Все эти производства не получили развития — в Магнитоговске умер энтузиаст-основатель, то же самое случилось и с основателем в Кургане. Из действующих заводов Emmedue в России сегодня лишь один, в г. Прохладное (Кабардино-Балкария), поставка оборудования которого состоялась в 2018 году. Но и этот завод имеет серьезные проблемы, в первую очередь из-за проработки планов реализации продукции — завод расположен в глухих горах, вдалеке от источников сырья, и главное покупателей (Урал). Если вы интересуетесь покупкой оборудования Emmedue, вам стоит знать, что комплект стоит 7-8 млн евро, а также то, что согласно договора переносить его в другую геолокацию нельзя, поскольку теряется техническая гарантия (установлен GPS-трекер). Кроме того, согласно контракта, с каждого проданного метра панели Emmedue требует % роялти.

В наши дни на территории СНГ SCIP используется всё ещё мало, что ряд ряд специалистов объясняет трудностью внедрений любых новых технологий в гражданское строительство по «культурным» причинам: привычку строить по шаблону, незнании новых материалов и конструкционных систем, новых методов строительства.

  • Являются ли SCIP технологией современного «зелёного» строительства (Green Building)?

Да, если мы используем утеплитель типа EPS, XPS, MW, ICB и другие с высокими теплоизоляционными характеристиками достаточной толщиной. При использовании утеплителя EPS или MW толщиной от 270 мм, панели рекомендованы для зеленого строительства класса пассив-хаус. О теплопроводности SCIP см. здесь.

Недвижимость — крупнейший потребитель энергии и главная статья расхода государств. По данным Международного энергетического агентства здания используют 40% всей энергии произведенной в мире [ 12 ]. По данным НИИСФ цифра по России ещё выше — 45% [ 13 ]. 2/3 энергии в зданиях тратится на отопление и кондиционирование и большая её часть теряется через потолок, стены и окна, поэтому главное внимание уделяется оболочкам здания, а не инженерному оборудованию.

Здания в России тратят в 2-5 раз больше энергии на отопление, чем в Европе. Наибольший объем тепловых потерь через ограждающие конструкции здания приходится на стены зданий — до 70% [ 14 ]. Причем расход (денег) энергии на отопление и вентиляцию одноквартирного малоэтажного дома гораздо выше, чем в квартире. Если в многоквартирном доме в отдельно взятой неугловой квартире имеется всего одна наружная стена, то хозяину частного дома приходится сложнее, ведь дом площадью 200-250 м² это четыре стены и в общей сложности — около 600 м² ограждающих конструкций.

Чем выше уровень теплоизоляции наружных ограждающих конструкций, тем меньшими оказываются потери тепловой энергии в здании через оболочку. Чем меньше потери тепловой энергии, тем меньше энергии требуется подвести к зданию, тем меньшими окажутся платежи жителей за тепловую энергию, тем большее количество энергетических ресурсов будет сэкономлено. Таким образом, потери тепловой энергии напрямую зависят от уровня теплоизоляции наружных ограждающих конструкций (стен, окон и балконных дверей, перекрытий над проездами и под эркерами, полов по грунту, покрытий). Таким образом, скромное энергопотребление малоэтажного жилого дома и комфорт его жильцов напрямую связано с энергосберегающими свойствами стен, перекрытия и кровли.

Во всех странах существуют нормативные требования к теплозащите, которые отличаются в зависимости от климатических условий и государственной политики в области энергосбережения. В связи с постоянным ростом цен на энергоресурсы и связанным с этим ростом тарифов за тепло, а также сокращением невозобновляемых ресурсов (нефти, газа) в большинстве развитых стран нормативы потребления зданиями энергии постоянно уменьшаются, а требования к уровню теплозащиты увеличиваются. Строительство в соответствии с этими требованиями называют Зелёным.

Зеленое строительство (Green Building, Sustainable Design) — это подход к проектированию, строительству и эксплуатации зданий, содержащий ряд решений, мер, материалов и оборудования, нацеленных на энерго- и ресурсоэффективность. Оценка эффективности зеленых зданий уществляется третьей стороной с помощью рейтинговой системы, содержащейся в отраслевых стандартах.

Интересно, что понятием зеленое строительство в США и Европе называют не экологичность материалов, а чрезмерное потребление энергии и связанные с этим выбросы в атмосферу. Как глобальное явление зеленое строительство зародилось в середине 1970-х годов в странах Европы и США. В результате нефтяного кризиса цены на энергоносители стремительно выросли, таким образом, сформировалась новая энергетическая политика: появились связанные с энергоэффективностью дотации, льготные кредиты и налоговые вычеты для потребителей. В Европе и США стали активно реализовываться программы энергосбережения и выдаваться гранты на соответствующие исследования. В результате, к 2000-м годам в этих странах экотехнологии стали массовыми, а масштаб таких проектов увеличился настолько, что начали возводить целые экогорода. Россия, как и другие страны СНГ в 70-е и 90-е годы упускала тренд энергоэффективности, ситуация начала меняться только c 2010 г., но процесс идёт тяжело и медленно — энергопассивные дома, дома с нулевым энергопотреблением, как и дома «плюс энергия» в наших странах пока большая редкость. Технологии SCIP могут и должны быть использованы для инновационного прорыва.

Например, работающая по системе SCIP бразильская компания LCP Engenharia&Construcoes гордится тем, что первой в Латинской Америке получила сертификат жилого дома от GBC Brasil Reference House и сертификат LEED FOR HOMES от USGBC. Хотите получать престижные эко-сертификаты?

  • Какой вес можно закрепить на стене? Можно ли на стену из этих сэндвич-панелей повесить кондиционер, кухонный шкаф, полки и другое?

Да, а также турник и т. д., поскольку на обеих поверхностях стены SCIP расположен бетон на цементной основе, объединенный с сеткой толщиной 3 мм. С помощью 3 см дюбелей (он может быть длиннее, он войдёт в утеплитель), на стену можно повесить тяжелые грузы. Анализ проведённый Федеральным технологическим университетом г. Пато-Бранко (Парана, Бразилия), в 2017 г. показал, что с точки зрения устойчивости к действию подвешенных частей, SCIP намного выше в сравнении с керамическими блоками. [ 15 ].

В новом окне открыть испытаний SCIP Monopainel на устойчивость к действию подвешенных частей

На рисунке изображена таблица с результатами и фотографии испытаний SCIP на устойчивость к действию подвешенных частей. Открыть картинку в новом окне

Сверлом 10 мм в стене SCIP Monopainel (35 мм каждый слой бетона) сделали отверстие, куда вставили втулки и винты, отвечающие за фиксацию устройства, имеющего две опоры для подвешивания грузов с датчиками веса (см. рис.). На противоположной стороне разместили 3 индикатора локального измерения горизонтальных смещений из-за приложенной нагрузки так, чтобы любое движение можно было измерить этим оборудованием. Нагрузки прикладывали в каждой точке от 50 N до 800 N согласно регламента Бразилии NBR 15575-4 (2013).

Для каждой приложенной нагрузки горизонтальные смещения (d) были измерены в трех разных точках, где были стрелочные индикаторы, а также остаточное горизонтальное смещение (d), то есть было ли какое-либо изменение смещения за 3-минутный интервал времени между нагрузкой. Помимо измерения перемещений, было проанализировано наличие трещин для каждой приложенной нагрузки.

Максимальное смещение которое испытывал прототип 1, составило 0,34 мм в центральной точке стены; максимальное смещение которое испытывал прототип 2, составило 0,24 мм в точке расположенной на расстоянии 3H/4 от земли. Эти значения смещения находятся в пределах 5,4 мм, установленных NBR 15575-4, что составляет около 7% и 5% от этого значения для прототипов 1 и 2. В точке 1, расположенной на высоте H/4 от земли, измеренное смещение было нулевым для прототипа 1, и 0,01 мм для прототипа 2. Нагрузка 800 N оставалась приложенной к двум прототипам в течение 24 часов, после чего смещения снова были измерены, они дали незначительные значения.

Для 2-х испытанных прототипов ожидалось бóльшее горизонтальное смещение в центральной области стены (точка 2), поскольку это та область где были приложены нагрузки, и наиболее удаленное место от опор, балок и колонн. В прототипе 1 наибольшее смещение произошло в точке 2, однако в прототипе 2 наибольшее смещение произошло в точке 3. Такое изменение результатов можно отнести к факту бóльшей толщины слоя торкретбетона в некоторых точках стены из-за его неровности; В центральной части Прототипа 2 слой торкретбетона имеет бóльшую толщину и, следовательно, бóльшую прочность. Однако похоже что смещение в точке 3 для обоих прототипов, имеет одинаковые значения. Кроме того, было обнаружено, что две устойчивые поверхности работали вместе, при этом адгезия торкретбетона к плите из пенополистирола и стяжки соединяющие экраны слои бетона, могли передавать напряжения которым подвергалась один слой другому. Не было ни перекоса, ни отслоения лица, на котором держалась устройства для подвешивания грузов. Что касается анализа растрескивания уплотнения во время испытаний, трещин в соединительных элементах, между колоннами/панелями и панелью/балкой обнаружено не было. Внутри трещин тоже не было.

Единственная трещина в прототипе 2, возникла из-за плохой фиксации втулок винтов — при просверливании отверстия для фиксации анкера точки фиксации 1 просверлили отверстие бóльшего размера чем необходимо, и когда мы приложили нагрузку в 700 N, втулка этой точки крепления начала отрываться и выпадать из стены. Ослабление втулки в точке 1 вызвало перегрузку в точке крепления 2. Когда к системе прилагалась нагрузка 800 N и начиналось распространение трещины.

На основании измеренных перемещений и проанализированных трещин исследователи сделали вывод, что стена SCIP соответствует требованиям NBR 15575-4 в отношении требования устойчивости к действию подвешенных частей, удовлетворяя установленным условиям эксплуатации, с очень высокой степенью защиты. Горизонтальные перемещения ниже установленных пределов. Кроме того, имеющаяся трещина, возникшая из-за плохой фиксации винтовых втулок, не нарушила структуру уплотнения.

Таким образом, SCIP обеспечивает адекватные конструктивные характеристики при воздействии подвешенных нагрузок, с большим запасом отвечая требованиям, предписанным NBR 15575-4, поскольку смещения, измеренные в испытанных прототипах, намного ниже. чем разрешено; поэтому его можно использовать в зданиях, в которых есть шкафы, раковины, полки и другие подвесные детали. Эти значения смещения также согласуются с представленными в литературе, например, подобные значения получили исследователи из Пенсильвании (США) в 1996 г. [ 16 ]. По в СНГ по ГОСТу, одна точка минимально должна держать вес 60 кг. Как мы видим, SCIP перекрывает это требование выдерживая бóльший вес.

FAQ Далее ⏩

К Содержанию FAQ

Используемые источники

[ 1 ] А. А. Бенаюн (A. A. Benayoune) и др. 2004.

[ 2 ] Бертольди, Ренато Х. «Характеристики конструктивной системы с утеплителем, состоящей из торкретбетона покрывающего сердцевину из пенополистирола и стальной сетки: два тематических исследования во Флорианополисе». 127 с. Диссертация. UFSC, Флорианополис, Южная Каролина, 2007.

[ 3 ] 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

[ 4 ] 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

[ 5 ] 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

[ 6 ] 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

[ 7 ] C.J. Naito, J. Hoemann, B.T. Bewick, M.I. Hammons, Evaluation of Shear Tie Connectors for Use in Insulated Concrete Sandwich Panels, Interim Report, Lehigh University, PA 18015, 2009

[ 8 ] Цитата по P. Poluraju, G. Appa Rao «Поведение 3D-панелей для строительных конструкций при общей нагрузке: современное состояние», стр. 175. Департамент гражданского строительства, Индийский технологический институт Мадрас, Индия, 2014. Ссылка

[ 9 ] Carbonari and al. 2013.

[ 10 ] Ибрагим М. Эль Демердаш, «Оценка конструктивной устойчивости ортотропной трехмерной системы сэндвич-панелей», Калифорнийский университет, Ирвин, 2013 г. 534 стр.

[ 11 ] Фабрицио Гара, Лаура Рагни, Давиде Роя, Луиджино Дези, «Экспериментальное поведение и численный анализ напольных сэндвич-панелей», Кафедра гражданского и строительного проектирования и архитектуры Политехнического университета Марке, улица Бречче Бьянке, 60131 Анкона, Италия. 2011 sciencedirect.com

[ 12 ] Из преамбулы к Европейской Директиве 2010/31/ ЕС (ЕРВЭ) «Об энергетической эффективности зданий», на основе которой в государствах ЕС внедрены нормы, способствующие повышению энергоэффективности вновь возводимых и существующих зданий

[ 13 ] Из книги Ю.А. Матросова «Энергосбережение в зданиях. Проблема и пути ее решения»

[ 14 ] Приложение В, «Правила расчета приведенного сопротивления теплопередаче», Министерство регионального развития РФ, НИИСФ, И.Л. Шубин. Москва 2013

[ 15 ] «Анализ эффективности и стоимости системы EPS», Федеральный технологический университет г. Пато-Бранко (Парана, Бразилия), 2017 repositorio.roca.utfpr.edu.br

[ 16 ] Оливейра (Oliveira), Фабиана (Fabiana), «Оценка конструктивных характеристик инновационных строительных систем: тематическое исследование». 108 с. Диссертация. Инженерная школа Сан-Карлос, г. Сан-Карлос, штат Пенсильвания, США. 1996 г.

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