Конструкция панели из алюминиевого композитного материала
Сэндвич -панель — это любая конструкция, состоящая из трех слоев: сердцевины низкой плотности ( PIR , минеральная вата , XPS ) и тонкого слоя оболочки, прикрепленного к каждой стороне. Сэндвич-панели используются в приложениях, где требуется сочетание высокой структурной жесткости и малого веса.
Структурная функциональность сэндвич-панели похожа на классическую двутавровую балку , где два лицевых листа в основном противостоят нагрузкам изгиба в плоскости и по бокам (аналогично полкам двутавровой балки), в то время как материал сердцевины в основном противостоит сдвиговым нагрузкам (аналогично стенке двутавровой балки). [1] Идея заключается в использовании легкого/мягкого, но толстого слоя для сердцевины и прочных, но тонких слоев для лицевых листов. Это приводит к увеличению общей толщины панели, что часто улучшает структурные характеристики, такие как жесткость на изгиб, и сохраняет или даже снижает вес. [2]
Сэндвич-панели являются примером композита с сэндвич-структурой : прочность и легкость этой технологии делают ее популярной и широко распространенной. Ее универсальность означает, что панели имеют множество применений и выпускаются во многих формах: материалы сердцевины и оболочки могут сильно различаться, а сердцевина может быть сотовой или сплошной. Закрытые панели называются кассетами .
Приложения
Космический корабль Земля от Epcot — пример использования ACP в архитектуре. Это геодезическая сфера, состоящая из 11 324 плиток ACP.
Одно из очевидных применений — в авиации, где важны механические характеристики и экономия веса. Существуют также транспортные и автомобильные приложения. [3]
В строительстве эти сборные изделия предназначены для использования в качестве ограждающих конструкций. Они появляются в промышленных и офисных зданиях, в чистых и холодных помещениях, а также в частных домах, как в реновированных, так и в новых. Они сочетают в себе высококачественный продукт с высокой гибкостью в отношении дизайна. Они, как правило, имеют хорошую энергоэффективность и устойчивость. [4]
В упаковке применяются гофрированные полипропиленовые картоны и полипропиленовые сотовые картоны. [5]
Типы
Биополимерные панели, напечатанные на 3D-принтере
Благодаря способности 3D-принтеров изготавливать сложные сэндвич-панели, в последнее время наблюдается бурный рост исследований в этой области, охватывающих поглощение энергии, [6] натуральное волокно, [7] непрерывные синтетические волокна, [8] и вибрацию. [9] Эта технология обещает новые геометрические сложности в сэндвич-панелях, которые невозможны при использовании других производственных процессов.
Строительная панель из алюминиевого композитного материала (Дибонд)Детальный вид панели строительной площадки
Алюминиевые композитные панели ( ACP ), изготовленные из алюминиевого композитного материала ( ACM ), представляют собой плоские панели, состоящие из двух тонких алюминиевых листов с рулонным покрытием, соединенных с неалюминиевым сердечником. ACP часто используются для внешней облицовки или фасадов зданий, изоляции и вывесок . [10]
АКП в основном используется для внешней и внутренней архитектурной облицовки или перегородок, подвесных потолков, вывесок, покрытий машин, строительства контейнеров и т. д. Применение АКП не ограничивается внешней облицовкой зданий, но может также использоваться в любой форме облицовки, такой как перегородки, подвесные потолки и т. д. АКП также широко используется в индустрии вывесок в качестве альтернативы более тяжелым и дорогим основаниям.
ACP использовался как легкий, но очень прочный материал в строительстве, особенно для временных конструкций, таких как выставочные стенды и подобные временные элементы. Недавно он также был принят в качестве подложки для монтажа художественной фотографии, часто с акриловой отделкой с использованием таких процессов, как Diasec или других методов лицевого монтажа. Материал ACP использовался в таких известных конструкциях, как Космический корабль Земля , Ботанический сад Ван Дузена и Лейпцигский филиал Немецкой национальной библиотеки . [11]
Эти конструкции оптимально использовали АКП благодаря его стоимости, долговечности и эффективности. Его гибкость, малый вес и простота формовки и обработки позволяют создавать инновационные конструкции с повышенной жесткостью и долговечностью. Если материал сердцевины является воспламеняющимся, необходимо учитывать его использование. Стандартная сердцевина АКП — полиэтилен (ПЭ) или полиуретан (ПУ). Эти материалы не обладают хорошими огнестойкими (FR) свойствами, если они не обработаны специальным образом, и поэтому, как правило, не подходят в качестве строительного материала для жилых помещений; несколько юрисдикций полностью запретили их использование. [12] Arconic, владелец бренда Reynobond, предостерегает потенциального покупателя. Что касается сердцевины, она говорит, что расстояние от панели до земли является определяющим фактором того, «какие материалы безопаснее использовать». В брошюре есть изображение здания в огне с подписью «[a]clow the building over the firestairs, it should be in a concombusting material». Из него видно, что полиэтиленовый продукт Reynobond предназначен для высоты до 10 метров; огнестойкий продукт (около 70% минерального сердечника) — от этого места до высоты около 30 метров, высоты лестницы; и европейский продукт класса A2 (около 90% минерального сердечника) — для всего, что выше. В этой брошюре « Пожарная безопасность в высотных зданиях: наши решения по борьбе с огнем» технические характеристики продукта приведены только для двух последних продуктов. [13]
Облицовочные материалы, в данном случае имеющие легковоспламеняющуюся сердцевину из полиэтилена (ПЭ), были названы основной причиной быстрого распространения пламени во время пожара в башне Гренфелл в Лондоне в 2017 году. [14] Они также были задействованы в пожарах высотных зданий в Мельбурне , Австралия; Франции; Объединенных Арабских Эмиратах; Южной Корее; и Соединенных Штатах. [15] Огнестойкие сердцевины (обычно обозначаемые производителями как «FR») являются более безопасной альтернативой, поскольку они имеют максимальное содержание полиэтилена 30% и будут самозатухать при отсутствии тепла/вентиляции. [16] Как и в случае с любым строительным продуктом, пригодность к использованию зависит от множества других продуктов и методов. В случае АКП строительные нормы в США имеют много требований, связанных с монтажом стен, в зависимости от используемых материалов и типа здания. При соблюдении этих строительных норм изделия с сердцевиной FR безопасны. Обратите внимание, что термин АКП не применяется к сэндвич-панелям с наполнителем из минеральной ваты, которые относятся к категории изолированных металлических панелей (ИМП).
Алюминиевые листы могут быть покрыты поливинилиденфторидом (ПВДФ), фторполимерными смолами (FEVE) или полиэфирной краской. Алюминий может быть окрашен в любой цвет, и ACP производятся в широком диапазоне металлических и неметаллических цветов, а также с узорами, имитирующими другие материалы, такие как дерево или мрамор . Сердцевина обычно представляет собой полиэтилен низкой плотности (ПЭ) или смесь полиэтилена низкой плотности и минерального материала для проявления огнестойких свойств. [10]
3A Composites (ранее Alcan Composites & Alusuisse) изобрели алюминиевые композиты в 1964 году - как совместное изобретение с BASF - и коммерческое производство Alucobond началось в 1969 году. Продукт был запатентован в 1971 году, патент истек в 1991 году. После истечения срока действия патента несколько компаний начали коммерческое производство, такие как Reynobond (1991), Alpolic (Mitsubishi Chemicals, 1995), etalbond (1995). Сегодня, по оценкам [ кем? ] , более 200 компаний по всему миру производят ACP.
История
Технологии строительства сэндвич-панелей значительно усовершенствовались за последние 40 лет. Ранее сэндвич-панели считались изделиями, пригодными только для функциональных конструкций и промышленных зданий. Однако их хорошие изоляционные характеристики, универсальность, качество и привлекательный внешний вид привели к растущему и широкому использованию панелей в самых разных зданиях.
Кодекс практики
Для продажи в Европе сэндвич-панелям требуется маркировка CE . Европейский стандарт сэндвич-панелей — EN14509:2013 Самонесущие двухслойные изоляционные панели с металлическим покрытием. Изделия заводского изготовления. Технические характеристики.
Качество сэндвич-панелей может быть сертифицировано путем применения уровня качества EPAQ.
Характеристики
К качествам, обусловившим быстрый рост использования сэндвич-панелей, особенно в строительстве, относятся:
Термическое сопротивление
Сэндвич-панели имеют значения λ от 0,024 Вт/(м·К) для полиуретана до 0,05 Вт/(м·К) для минеральной ваты. Таким образом, они могут достигать различных значений U в зависимости от сердцевины и толщины панели.
Монтаж системы с использованием сэндвич-панелей минимизирует возникновение тепловых мостиков через стыки.
Акустическая изоляция
Оценочное значение снижения звука составляет около 25 дБ для элементов ПУ и около 30 дБ для элементов СВЧ.
Механические свойства
Расстояние между опорами может достигать 11 м (стены) в зависимости от типа используемой панели. В обычных применениях расстояние между опорами составляет примерно 3 м – 5 м.
Толщина панелей от 40 мм до более 200 мм.
Плотность сэндвич-панелей составляет от 10 кг/м2 до 35 кг/м2 в зависимости от толщины пены и металла, что сокращает время и усилия при транспортировке, погрузочно-разгрузочных работах и монтаже.
Все эти геометрические и материальные свойства влияют на глобальное/локальное поведение сэндвич-панелей при различных условиях нагрузки, таких как вдавливание, [17] удар, [18] усталость [19] и изгиб. [20]
Поведение при пожаре
Катастрофический пожар в Гренфелл-Тауэр , в результате которого погибло 72 человека, частично был вызван воспламеняемостью сэндвич-панелей, использованных в обшивке здания.
Сэндвич-панели имеют разные характеристики пожаробезопасности, огнестойкости и реакции в зависимости от: пены, толщины металла, покрытия и т. д. Пользователю необходимо будет выбирать между различными типами сэндвич-панелей в зависимости от требований.
Исследование, проведенное Ассоциацией британских страховщиков и Исследовательским институтом строительства в Великобритании, показало, что «сэндвич-панели сами по себе не вызывают пожар, и там, где эти системы были вовлечены в распространение пожара, пожар часто начинался в зонах повышенного риска, таких как зоны приготовления пищи, а затем распространялся в результате ненадлежащего управления рисками пожара, мер профилактики и сдерживания». [21]
Есть доказательства того, что когда сэндвич-панели используются для облицовки здания, это может способствовать быстрому распространению огня по внешней стороне самого здания. Как сказал архитектор, при выборе основного материала для сэндвич-панели «я использую только минеральную вату, потому что ваша интуиция подсказывает вам, что неправильно обертывать здание пластиком». [22] В 2000 году Гордон Кук, ведущий консультант по пожарной безопасности, сообщил, что «использование сэндвич-панелей с пенопластовым сердечником... трудно оправдать, если рассматривать безопасность жизни». Он сказал, что панели «могут способствовать серьезности и скорости развития пожара», и это привело к «огромным потерям от пожара». [23]
Конструкция полости между облицовкой и внешней стеной здания (или ее оболочкой изоляции) также имеет значение: пламя может занимать полость и подниматься вверх за счет конвекции, удлиняясь и создавая вторичные пожары, и делать это «независимо от материалов, используемых для облицовки полостей» [24] .
Непроницаемость
Система сборки сэндвич-панелей позволяет создавать воздухо- и водонепроницаемые здания.
^ Томсен, О.Т.; Божевольная, Э.; Ликегаард, А. (2005). Сэндвич-конструкции 7: прогресс с сэндвич-конструкциями и материалами. Springer. ISBN 978-1-4020-3444-2.
^ Aly, Mohamed F.; Hamza, Karim T.; Farag, Mahmoud M. (апрель 2014 г.). «Процедура выбора материалов для сэндвич-балок с помощью параметрической оптимизации с применением в автомобильной промышленности». Materials & Design . 56 : 219–226. doi :10.1016/j.matdes.2013.10.075.
^ "Gorcell by Renolit". Renolit.com . Получено 3 октября 2014 г. .
^ "Stinger honeycomb panel". coroplast.com. Архивировано из оригинала 27 октября 2012 г. Получено 3 октября 2014 г.
^ "Упаковка сэндвич-панелей". Karton.it . Получено 3 октября 2014 г. .
^ Яздани Сарвестани, Х.; Акбарзаде, А.Х.; Никнам, Х.; Херменеан, К. (сентябрь 2018 г.). «3D-печатные архитектурные полимерные сэндвич-панели: поглощение энергии и структурные характеристики». Композитные конструкции . 200 : 886–909. doi : 10.1016/j.compstruct.2018.04.002. S2CID 139864616.
^ Azzouz, Lyes; Chen, Yong; Zarrelli, Mauro; Pearce, Joshua M.; Mitchell, Leslie; Ren, Guogang; Grasso, Marzio (апрель 2019 г.). «Механические свойства 3-D печатных фермообразных решетчатых биополимерных нестохастических структур для сэндвич-панелей с композитными оболочками из натуральных волокон» (PDF) . Композитные конструкции . 213 : 220–230. doi :10.1016/j.compstruct.2019.01.103. hdl : 2299/21029 . S2CID 139339364.
^ Сугияма, Кентаро; Мацудзаки, Рёсукэ; Уэда, Масахито; Тодороки, Акира; Хирано, Ёсиясу (октябрь 2018 г.). «3D-печать композитных сэндвич-структур с использованием непрерывного углеродного волокна и натяжения волокон». Композиты, часть A: прикладная наука и производство . 113 : 114–121. doi :10.1016/j.compositesa.2018.07.029. S2CID 140038331.
^ Чжан, Сяоюй; Чжоу, Хао; Ши, Вэньхуа; Цзэн, Фумин; Цзэн, Хуэйчжун; Чэнь, Гэн (октябрь 2018 г.). «Вибрационные испытания спутниковой конструкции, напечатанной на 3D-принтере из решетчатых сэндвич-панелей». Журнал AIAA . 56 (10): 4213–4217. Bibcode : 2018AIAAJ..56.4213Z. doi : 10.2514/1.J057241. S2CID 125328879.
^ ab "Продукция: Алюминиевые композитные панели". Архитектурные металлические конструкции. Архивировано из оригинала 24 июля 2014 г.
^ "ALUCOBOND® A2". Alucobond . Получено 31 января 2013 г. .
^ Уокер, Алисса (6 января 2016 г.). «Когда Дубай решит проблему горящих небоскребов?». Gizmodo . Gawker Media . Получено 6 января 2016 г. .
^ "Пожарная безопасность в высотных зданиях: наши решения по борьбе с пожарами" (PDF) . Arconic Architectural Products SAS . Декабрь 2016 г. Архивировано из оригинала (PDF) 6 апреля 2019 г. Получено 23 июня 2017 г.
^ «Расследование Grenfell Tower: выводы председателя на данный момент». The Guardian . 30 октября 2019 г. Получено 8 сентября 2021 г.
^ Wahlquist, Calla (15 июня 2017 г.). «Облицовка в лондонском высотном здании также виновата в пожаре в Мельбурне в 2014 г.» The Guardian . Получено 15 июня 2017 г.
^ «Алюминиевая композитная облицовка и пожар: безопасность требует командных усилий». Январь 2019 г.
^ Раджаниш, А.; Шридхар, И.; Акисанья, А. Р. (январь 2016 г.). «Разрушение круглых композитных сэндвич-пластин при вдавливании». Материалы и дизайн . 89 : 439–447. doi : 10.1016/j.matdes.2015.09.070. hdl : 2164/7951 .
^ Раджаниш, А.; Шридхар, И.; Раджендран, С. (март 2014 г.). «Относительные характеристики металлических и полимерных пенопластовых сэндвич-пластин при ударе с низкой скоростью». Международный журнал по ударной технике . 65 : 126–136. doi : 10.1016/j.ijimpeng.2013.11.012. hdl : 10356/103635 .
^ Раджаниш, А.; Сатрио, В.; Чай, ГБ; Шридхар, И. (апрель 2016 г.). «Прогнозирование долгосрочной жизни плетеных ламинатов из углепластика при усталости при трехточечном изгибе». Композиты, часть B: Инженерное дело . 91 : 539–547. doi :10.1016/j.compositesb.2016.01.028.
^ Раджаниш, А.; Шридхар, И.; Раджендран, С. (июнь 2014 г.). «Карты режимов отказов для круглых композитных сэндвич-пластин при изгибе». Международный журнал механических наук . 83 : 184–195. doi : 10.1016/j.ijmecsci.2014.03.029.
^ Ассоциация британских страховщиков (май 2003 г.). «Технический брифинг: пожаробезопасность сэндвич-панелей» (PDF) .
↑ Бут, Роберт; Сэмпл, Ян; Пегг, Дэвид; Уотт, Холли (15 июня 2017 г.). «Эксперты предостерегают правительство от использования облицовочного материала на Гренфелле». The Guardian .
^ Гордон М. Е. Кук (ноябрь 2000 г.). «Сэндвич-панели для внешней облицовки – вопросы пожарной безопасности и их влияние на процесс оценки риска» (PDF) .
^ Пробин Майерс (зима 2016 г.). «Риски возгорания от внешних облицовочных панелей – взгляд из Великобритании». Перспектива . ( 3.3.2 Полости ).
Внешние ссылки
PPA-Europe: Европейская ассоциация панелей и профилей
IFBS: Internationaler Verband für den Metallleichtbau
SNPPA: Национальный союз профилей продуктов Plats en Acier.
.jpg/1280px-Grenfell_Tower_fire_(wider_view).jpg)