Несущая способность панелей

Несущая способность сэндвич-панелей зависит от толщины и плотности утеплителя, толщины стальных облицовок и пролёта. Сердечник из ППУ или минваты работает вместе с обшивками как трёхслойная балка: обшивки воспринимают изгиб, сердечник — сдвиг. Поэтому допустимый пролёт потолочной панели растёт с толщиной: для панели 100 мм — обычно до 5–6 м при собственном весе, при снеговой нагрузке — меньше.

Ниже мы остановимся на основных механических характеристиках трехслойных сэндвич-панелей. Отметим, что в противовес традиционным строительным технологиям где теплоизоляционные материалы служат только в качестве утеплителей, в строениях из сэндвич-панелей утеплитель используемый в качестве сердечника для сэндвич-панелей играет очень большую роль в формировании несущих свойств всей конструкции. Очевидно, что два тонких слоя металла и слой пенополиуретана, каждый в отдельности не обладают такой жёсткостью как сэндвич-панель в целом. Для описания механических характеристик сэндвич-панелей, обычно, прибегают к теории балок с некоторыми изменениями. Обычную теорию двутавровой балки нет необходимости дополнить эффектами обусловленными «сдвиговыми» характеристиками сердечника сэндвич-панели. Несушие свойства сэндвич-панелей определяется максимальным отклонением панели при разного рода нагрузках и описывается соотношением:

Δx = (K₁ · F · L³) / (E_поверх · J_поверх) + (K₂ · F · L) / (G_утепл · S_утепл)

где F - приложенная сила, (E_поверх * J_поверх произведение модуля упругости стальных обшивок на их момент инерции (иначе это произведение называется изгибной жёсткостью), G - модуль сдвига пенополиуретанового сердечника. S - площадь поперечного сечения сердечника.

Как видно из рисунка суммарное отклонение панели обуславливается изгибом и сдвигом. В приведённом выше выражении, первое слагаемое, хорошо известное из теории балок, отражает изгиб панели, а второе описывает её сдвиг, обусловленный сдвигом сердечника.

Коэффициенты и жёсткость

Коэффициенты K₁ и K₂ зависят от от формы нагружения панели и определяются из следующей таблицы:

Коэффициент сдвига стали E_сталь = 2,1 · 10⁶ кгс/см². Для момента инерции J и площади поперечного сечения утеплителя имеем: J = 2 * 118,5 * δ * ((d - δ)/2)² и S = 118,5 (d-2*δ), где 118,5- это ширина панели в см. (δ - толщина металлической обшивки, d - толщина панели. Отметим, что здесь и далее для простоты мы подразумеваем, металлические обшивки панели гладкими, т.е. непрофилированными. Момент инерции профилированных листов гораздо больше (зависит от глубины профилировки), что придаёт панелям дополнительную жёсткость. Одним из основных показателей, характеризующих упругие свойства сэндвич-панелей является модуль сдвига сердечника т.е. в данном случае ППУ.

Таблицы допустимых пролётов и нагрузок

Во всех вычислениях мы учитываем прогиб панели под воздействием равномерно распределённого собственного веса, т.е. под нагрузкой мы понимаем чисто внешнюю нагрузку действующую вертикально вниз на горизонтально расположенную панель. Температуру на поверхностях сэндвич-панели здесь мы считаем одинаковой. Согласно СНиП И-23–81 «Стальные конструкции», допустимый прогиб несущих стеновых и потолочных панелей принято считать равным L/200 (где L- длина пролёта). Принимая Δх=L/200 , для допустимой нагрузки получим следующее значения, приведённые в таблицах 1.7–1.10.

Схема нагружения: k₁ = 1/384, k₂ = 1/8 (см. таблицу коэффициентов выше).

Схема нагружения: k₁ = 5/384, k₂ = 1/8 (см. таблицу коэффициентов выше).

Схема нагружения: k₁ = 1/192, k₂ = 1/4 (см. таблицу коэффициентов выше).

Схема нагружения: k₁ = 1/48, k₂ = 1/4 (см. таблицу коэффициентов выше).

Отметим еще раз, что все приведённые выше данные в таблицах являются расчетными. Причём, везде в таблицах под нагрузкой подразумеваетея чисто внешняя нагрузка за вычетом собственного веса панели равномерно распределённой по поверхности панели. Также, считается, что адгезия пенополиуретана с металлическими листами является идеальной, что вообще говоря, является достаточно смелым предположением. Допустимым считается прогиб равный L/200, и во всех данных учтён прогиб панели под воздействием собственного веса. Приведём также велнчину прогиба панелей пол воздействием собственного веса в зависимости от длины пролёта.

Коэффициент надёжности по нагрузке для сэндвич-панелей

При проверке несущей способности сэндвич-панелей нормативные нагрузки умножают на коэффициенты надёжности по СП 20.13330: снеговая — 1,4, ветровая — 1,4, собственный вес панелей — 1,05–1,1, вес оборудования на потолке холодильной камеры — 1,05–1,2. Расчётную нагрузку сравнивают с допустимой по таблице производителя для данной толщины и пролёта.

Значения ориентировочные для панелей с гладкой обшивкой 0,5 мм и прогибом L/200 — для проектирования берите таблицы конкретного производителя. Толщину по теплотехнике выбирают отдельно — см. выбор толщины панелей для холодильной камеры.

Частые вопросы

От чего зависит несущая способность сэндвич-панели?

От толщины панели, прочности и плотности утеплителя на сдвиг, толщины металлических обшивок, пролёта и схемы опирания, а также от температурных деформаций из-за разницы температур на поверхностях.

Какой пролёт может перекрыть сэндвич-панель?

Зависит от толщины и нагрузки: потолочные панели камер 100–150 мм обычно перекрывают 5–7 м под собственным весом. При большем пролёте ставят подвесы к балкам.

Какой коэффициент надёжности по нагрузке принимают для сэндвич-панелей?

Для снеговой и ветровой нагрузки — 1,4, для собственного веса панелей — 1,05–1,1, для оборудования на потолке камеры — 1,05–1,2 (по СП 20.13330).

Читайте также

• Деформация панелей из-за разности температур на её поверхностях
• Теплофизические свойства сэндвич-панелей
• Теплопроводность сэндвич панелей
• Особенности конструкции и порядок сборки холодильной камеры