Панельная конструкция из алюминиевого композитного материала
Сэндвич -панель — это любая конструкция, состоящая из трех слоев: сердцевины низкой плотности ( PIR , минеральная вата , XPS ) и тонкого слоя обшивки, приклеенного к каждой стороне. Сэндвич-панели используются там, где требуется сочетание высокой жесткости конструкции и небольшого веса.
Структурная функциональность сэндвич-панели аналогична классической двутавровой балке , где два лицевых листа в первую очередь противостоят плоскостным и боковым изгибающим нагрузкам (аналогично полкам двутавровой балки), а материал сердцевины в основном противостоит сдвиговым нагрузкам. (аналогично перемычке двутавра). [1] Идея состоит в том, чтобы использовать легкий/мягкий, но толстый слой для сердцевины и прочные, но тонкие слои для лицевых сторон. Это приводит к увеличению общей толщины панели, что часто улучшает структурные характеристики, такие как жесткость при изгибе, и сохраняет или даже снижает вес. [2]
Сэндвич-панели являются примером композита сэндвич-структуры : прочность и легкость этой технологии делают ее популярной и широко распространенной. Его универсальность означает, что панели имеют множество применений и имеют разные формы: материалы сердцевины и обшивки могут широко различаться, а сердцевина может быть сотовой или сплошной начинкой. Закрытые панели называются кассетами .
Приложения
Космический корабль «Земля » компании Epcot — пример использования ACP в архитектуре. Это геодезическая сфера, состоящая из 11 324 плиток ACP.
Одним из очевидных применений является авиация, где важны механические характеристики и снижение веса. Также существуют 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 реновируемых, так и новых. Они сочетают в себе высококачественный продукт с высокой гибкостью дизайна. Они, как правило, имеют хорошую энергоэффективность и устойчивость. [4]
В упаковке применяются рифленые полипропиленовые плиты и полипропиленовые сотовые плиты. [5]
Типы
Биополимерные панели, напечатанные на 3D-принтере
Благодаря способности 3D-принтеров изготавливать сложные сэндвич-панели в последнее время наблюдается расцвет исследований в этой области, охватывающих поглощение энергии, [6] из натуральных волокон, [7] из непрерывных синтетических волокон, [8] и вибрацию. [9] Эта технология обещает новые геометрические сложности в сэндвич-панелях, которые невозможно выполнить с помощью других производственных процессов.
Панель строительной площадки 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]
ACP в основном используется для внешней и внутренней архитектурной облицовки или перегородок, подвесных потолков, вывесок, покрытий машин, строительства контейнеров и т. д. Применение ACP не ограничивается внешней облицовкой зданий, но также может использоваться в любой форме облицовки, например, в перегородках. , подвесные потолки и т. д. ACP также широко используется в индустрии вывесок в качестве альтернативы более тяжелым и дорогим носителям.
ACP использовался как легкий, но очень прочный материал в строительстве, особенно для временных конструкций, таких как выставочные стенды и аналогичные временные элементы. Недавно он также был принят в качестве подложки для крепления художественных фотографий, часто с акриловой отделкой с использованием таких процессов, как Diasec , или других методов крепления на лицевой стороне. Материал ACP использовался в таких известных сооружениях, как космический корабль «Земля» , ботанический сад Ван Дусена и Лейпцигский филиал Немецкой национальной библиотеки . [11]
Эти конструкции оптимально использовали ACP благодаря его стоимости, долговечности и эффективности. Его гибкость, малый вес, а также простота формования и обработки позволяют создать инновационный дизайн с повышенной жесткостью и долговечностью. Если основной материал является легковоспламеняющимся, необходимо учитывать возможность его использования. Стандартный сердечник ACP изготовлен из полиэтилена (PE) или полиуретана (PU). Эти материалы не обладают хорошими огнестойкими свойствами (FR), если не подвергаются специальной обработке, и поэтому обычно не подходят в качестве строительного материала для жилищ; несколько юрисдикций полностью запретили их использование. [12] Arconic, владелец бренда Reynobond, предостерегает потенциального покупателя. Что касается ядра, в нем говорится, что расстояние панели от земли является определяющим фактором того, «какие материалы безопаснее использовать». В брошюре есть изображение горящего здания с подписью: «Как только здание окажется выше лестниц пожарных, его необходимо построить из негорючего материала». На нем видно, что полиэтиленовое изделие Reynobond рассчитано на длину до 10 метров; огнезащитный продукт (ок. 70% минерального ядра) оттуда до ок. 30 метров, высота лестницы; и европейский продукт с рейтингом A2 (около 90% минерального ядра) для всего, что выше этого. В этой брошюре « Пожарная безопасность в высотных зданиях: наши противопожарные решения » технические характеристики приведены только для двух последних продуктов. [13]
Облицовочные материалы, в данном случае имеющие легкогорючую сердцевину из полиэтилена (ПЭ), были признаны основной причиной быстрого распространения пламени при пожаре Grenfell Tower в Лондоне в 2017 году. [14] Он также участвовал в пожарах высотных зданий в Мельбурне , Австралия; Франция; Объединенные Арабские Эмираты; Южная Корея; и США. [15] Огнестойкие сердцевины (обычно обозначаемые производителями как «FR») являются более безопасной альтернативой, поскольку в них содержится максимум 30 % полиэтилена, и они самозатухают 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 ACP строительные нормы и правила США предъявляют множество требований к сборке стен в зависимости от используемых материалов и типа здания. При соблюдении этих строительных норм и правил основные огнестойкие изделия безопасны. Обратите внимание, что термин ACP не применяется к сэндвич-панелям с наполнителем из минеральной ваты, которые подпадают под категорию изолированных металлических панелей (IMP).
Алюминиевые листы могут быть покрыты поливинилиденфторидом (ПВДФ), фторполимерными смолами (FEVE) или полиэфирной краской. Алюминий можно покрасить в любой цвет, а ACP выпускаются в широком диапазоне металлических и неметаллических цветов, а также с узорами, имитирующими другие материалы, например дерево или мрамор . Сердцевина обычно представляет собой полиэтилен низкой плотности (ПЭ) или смесь полиэтилена низкой плотности и минерального материала, обеспечивающего огнезащитные свойства. [10]
Компания 3A Composites (ранее Alcan Composites & Alusuisse) изобрела алюминиевые композиты в 1964 году — как совместное изобретение с BASF, а коммерческое производство Alucobond началось в 1969 году. Продукт был запатентован в 1971 году, срок действия патента истек в 1991 году. После истечения срока действия патент несколько компаний начали коммерческое производство, таких как Reynobond (1991), Alpolic (Mitsubishi Chemicals, 1995), etalbond (1995). Сегодня это оценивается [ кем? ] что более 200 компаний по всему миру производят ACP.
История
За последние 40 лет технологии строительства сэндвич-панелей претерпели значительное развитие. Раньше сэндвич-панели считались продукцией, подходящей только для функциональных построек и промышленных зданий. Однако их хорошие изоляционные характеристики, универсальность, качество и привлекательный внешний вид привели к растущему и широкому использованию панелей в огромном разнообразии зданий.
Код практики
Для продажи сэндвич-панелей в Европе требуется знак CE. Европейский стандарт сэндвич-панелей: EN14509:2013 Самонесущие двухслойные изоляционные панели с металлической облицовкой. Продукция заводского изготовления. Технические характеристики.
Качество сэндвич-панелей можно подтвердить, применив уровень качества EPAQ.
Характеристики
К качествам, которые привели к быстрому росту 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 разных значений U в зависимости от сердцевины и толщины панели.
Монтаж системы с сэндвич-панелями сводит к минимуму тепловые мосты через стыки.
Звукоизоляция
Расчетное значение снижения шума составляет прибл. 25 дБ для элементов PU и прибл. 30 дБ для СВЧ-элементов.
Механические свойства
Расстояние между опорами может составлять до 11 м (стены) в зависимости от типа используемой панели. В обычных приложениях промежутки между опорами составляют прибл. 3 м – 5 м.
Толщина панелей от 40 мм до более 200 мм.
Плотность сэндвич-панелей варьируется от 10 кг/м 2 до 35 кг/м 2 в зависимости от толщины пенопласта и металла, что позволяет сократить время и усилия при транспортировке, погрузочно-разгрузочных работах и монтаже.
Все эти геометрические свойства и свойства материала влияют на поведение сэндвич-панелей при общем/локальном разрушении при различных условиях нагрузки, таких как вдавливание, [17] удар, [18] усталость [19] и изгиб. [20]
Поведение при пожаре
Катастрофический пожар в башне Гренфелл , в результате которого погибли 72 человека, был частично объяснен воспламеняемостью облицовки здания из сэндвич-панелей.
Сэндвич-панели имеют различное огневое поведение, стойкость и реакцию 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 Институтом строительных исследований в Великобритании, показало, что «сэндвич-панели сами по себе не вызывают пожар, а там, где эти системы участвуют в распространении огня, пожар часто начинается в зонах повышенного риска, таких как как места для приготовления пищи, которые впоследствии распространяются в результате плохого управления пожарными рисками, мер по их предотвращению и сдерживанию». [21]
Есть свидетельства того, что использование сэндвич-панелей для облицовки здания может способствовать быстрому распространению огня за пределы самого здания. Как выразился архитектор, выбирая основной материал для сэндвич-панелей, «я использую только минеральную вату, потому что интуиция подсказывает вам, что обертывать здание пластиком неправильно». [22] В 2000 году Гордон Кук, ведущий консультант по пожарной безопасности, сообщил, что «использование сэндвич-панелей с наполнителем из пенопласта… трудно оправдать с точки зрения безопасности 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 изоляционной оболочкой) также имеет важное значение: пламя может занимать полость и подниматься вверх за счет конвекции, удлиняясь, создавая вторичные пожары, и делать это «независимо от материалы, используемые для покрытия полостей». [24]
Непроницаемость
Система сборки сэндвич-панелей позволяет создавать воздухо- и водонепроницаемые здания.
^ Томсен, ОТ; Божевольная, Е.; Ликегор, А. (2005). Сэндвич-конструкции 7: развитие сэндвич-структур и материалов. Спрингер. ISBN 978-1-4020-3444-2.
^ Али, Мохамед Ф.; Хамза, Карим Т.; Фараг, Махмуд М. (апрель 2014 г.). «Процедура выбора материалов для многослойных балок посредством параметрической оптимизации с применением в автомобильной промышленности». Материалы и дизайн . 56 : 219–226. doi :10.1016/j.matdes.2013.10.075.
^ "Горсель от Ренолит" . Ренолит.com . Проверено 3 октября 2014 г.
^ "Сотовая панель Stinger" . coroplast.com. Архивировано из оригинала 27 октября 2012 года . Проверено 3 октября 2014 г.
^ «Упаковка сэндвич-панелей». Картон.it . Проверено 3 октября 2014 г.
^ Яздани Сарвестани, Х.; Акбарзаде, Ах; Никнам, Х.; Герменян, К. (сентябрь 2018 г.). «3D-печатные полимерные сэндвич-панели: поглощение энергии и структурные характеристики». Композитные конструкции . 200 : 886–909. doi :10.1016/j.compstruct.2018.04.002. S2CID 139864616.
^ Аззуз, Лайес; Чен, Юн; Зарелли, Мауро; Пирс, Джошуа М.; Митчелл, Лесли; Рен, Гоган; Грассо, Марцио (апрель 2019 г.). «Механические свойства ферменных решетчатых биополимерных нестохастических структур, напечатанных на 3D-принтере, для сэндвич-панелей с композитной обшивкой 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, Рёске; Уэда, Масахито; Тодороки, Акира; Хирано, Ёсиясу (октябрь 2018 г.). «3D-печать композитных сэндвич-структур с использованием непрерывного углеродного волокна и натяжения волокна». 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, Дымящийся; Цзэн, Хуэйчжун; Чен, Гэн (октябрь 2018 г.). «Вибрационные испытания напечатанной на 3D-принтере спутниковой конструкции из решетчатых сэндвич-панелей». Журнал АИАА . 56 (10): 4213–4217. Бибкод : 2018AIAAJ..56.4213Z. дои : 10.2514/1.J057241. S2CID 125328879.
^ ab «Продукция: Алюминиевые композитные панели». Архитектурные металлические конструкции. Архивировано из оригинала 24 июля 2014 года.
^ «АЛЮКОБОНД® А2». Алюкобонд . Проверено 31 января 2013 г.
↑ Уокер, Алисса (6 января 2016 г.). «Когда Дубай решит проблему с горящими небоскребами?». Гизмодо . Гоукер Медиа . Проверено 6 января 2016 г.
^ «Пожарная безопасность в высотных зданиях: наши противопожарные решения» (PDF) . Arconic Architectural Products SAS . Декабрь 2016 г. Архивировано из оригинала (PDF) 6 апреля 2019 г. . Проверено 23 июня 2017 г.
^ «Расследование Гренфелл-Тауэр: выводы председателя на данный момент» . Хранитель . 30 октября 2019 года . Проверено 8 сентября 2021 г.
↑ Уолквист, Калла (15 июня 2017 г.). «Облицовка лондонского высотного здания также стала причиной пожара в Мельбурне в 2014 году» . Хранитель . Проверено 15 июня 2017 г.
^ «Алюминиевая композитная облицовка и противопожарная безопасность: безопасность требует командных усилий» . Январь 2019.
^ Раджаниш, А.; Шридхар, И.; Акисанья, Арканзас (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 сэндвич-панелей из металла и пенополимера при ударе на низкой скорости». Международный журнал ударной инженерии . 65 : 126–136. дои : 10.1016/j.ijimpeng.2013.11.012. hdl : 10356/103635 .
^ Раджаниш, А.; Сатрио, В.; Чай, Великобритания; Шридхар, И. (апрель 2016 г.). «Прогноз долгосрочного срока службы тканых углепластиков при трехточечной усталости при изгибе». Композиты. Часть B: Инженерия . 91 : 539–547. doi : 10.1016/j.compositesb.2016.01.028.
^ Раджаниш, А.; Шридхар, И.; Раджендран, С. (июнь 2014 г.). «Карты режимов разрушения круглых сэндвич-плит из композитных материалов при изгибе». Международный журнал механических наук . 83 : 184–195. doi : 10.1016/j.ijmecsci.2014.03.029.
^ Ассоциация британских страховщиков (май 2003 г.). «Технический инструктаж: огнестойкость систем сэндвич-панелей» (PDF) .
^ Бут, Роберт; Образец, Ян; Пегг, Дэвид; Ватт, Холли (15 июня 2017 г.). «Эксперты предостерегли правительство от использования облицовочных материалов на Гренфелле». Хранитель .
^ Гордон М. Е. Кук (ноябрь 2000 г.). «Сэндвич-панели для наружной облицовки – вопросы пожарной безопасности и последствия для процесса оценки рисков» (PDF) .
^ Пробин Майерс (зима 2016 г.). «Пожарные риски от панелей внешней облицовки - 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 совет по профилю продукции Plats en Acier.
.jpg/1280px-Grenfell_Tower_fire_(wider_view).jpg)