§ 5. Основные виды конструктивных решений

Пластмассы находят применение во многих видах строительных конструкций, причем по мере развития химической промышленности и увеличения производства полимеров область применения их все более расширяется. Ниже в табл. 2 перечислены основные виды строительных конструкций и частей зданий, в которых пластмассы находят наибольшее применение. При этом указаны и другие материалы, более всего пригодные к использованию в данном виде конструкций в сочетании с пластмассами.

Таблица 2. Основные виды строительных конструкций с применением пластмасс

Нужно иметь в виду, что с одной стороны непрерывно выдвигаются новые виды пластмасс, а с другой - новые конструктивные решения, наиболее отвечающие их свойствам. Поэтому приведенные в табл. 2 сведения не являются окончательно установившимися и тем более обусловленными нормами. Однако они могут оказаться полезными при выборе материала и конструкции в учебно-методическом отношении, когда читатель не имеет еще достаточного опыта проектирования.

В малонапряженных конструкциях наибольшее применение получают древесностружечные плиты и другие древесные пластики (БСП, ПД). В качестве среднего слоя, обеспечивающего звукоизоляцию, используются пенопласты (рис.^20) и соты, а также неполимерные материалы. Очень красивый внешний вид имеют перегородки из пенопласта с обшивками жестким цветным винипластом, допускающим мытье поверхности в процессе эксплуатации. Хороши также и гигиеничны перегородки с обшивками из бумажного декоративно-слоистого пластика. При более простом среднем слое наружные обшивки перегородок выполняются из древесностружечных и древесно-ф волокнистых плит.

Рис. 20. Фрагмент перегородки: а - древесностружечная пли та; б - пенопласт; в - вини пласт жесткий

Для полов наряду с линолеумами выпускается специальная древесноволокнистая плита с пропиткой смолами или полимеризующимися маслами. Организуется также выпуск древесностружечных плит с повышенным содержанием смолы, придающей им достаточную водостойкость и прочность. Такая древесностружечная плита заменяет полностью деревянный пол, т. е. может нести определенную нагрузку.

Реже пластмассы используются в настилах и в качестве остающейся опалубки. Здесь находят применение стеклопластики, древесностружечные плиты и другие листовые пластмассы.

Колонны, балки, плиты покрытий, резервуары, коллекторы из сталепластбетона находят применение пока еще в опытном порядке в тех случаях, когда от конструкции требуется повышенная химическая стойкость, водонепроницаемость и прочность. При применении сталепластбетона надо иметь в виду, что стоимость его в 3-4 раза выше цементного специального железобетона соответствующей марки.

Балки и колонны из других видов пластмасс большого распространения не получили. Иногда применяется бакелизированная фанера в стенках клеефанерных балок. Фанеру могут заменять также древесноволокнистые плиты.

Светопроницаемые конструкции с применением пластмасс во многих случаях могут успешно обеспечивать естественную освещенность промышленных и гражданских зданий и сооружений.

Для изготовления светопроницаемых конструкций стен и покрытий, как показывает зарубежный опыт и исследования, проведенные в нашей стране, наиболее целесообразно применять стеклопластики на полиэфирной смоле. Кроме стеклопластиков иногда применяются для этой цели жесткий прозрачный винипласт и оргстекло.

Конструкции выполняют из одного или из нескольких слоев стеклопластика с обрамлением по контуру.

Для обшивок трехслойных панелей и плит используют в большинстве случаев плоские или волнистые листы полиэфирного стеклопластика с неориентированным расположением стекловолокна. В качестве среднего слоя применяют соты с крупными или мелкими ячейками, ребра из профильных элементов различной формы из стеклопластика, алюминия, древесины и других материалов, волнистый полиэфирный стеклопластик (рис. 21).

Элементы в конструкциях соединяются на клею, иногда дополнительно используют заклепки или болты.

При разработке панелей и плит из полиэфирных стеклопластиков прежде всего следует иметь в виду низкий модуль деформаций материала, а также малую местную устойчивость и жесткость тонких сжатых элементов конструкций. При проектифровании эти факторы должны быть компенсированы увеличением "момента инерции сечения за счет рационального расположения материала и соответствующего конструирования среднего слоя, связывающего обшивки, а также неразрезностью и частичной заделкой конструкций на опорах. Прочность стеклопластиков и клеевых швов, как это показывают расчеты и экспериментальные исследования, в большинстве случаев не является решающим условием.

Наибольшая светопроницаемость слоистых панелей и плит достигается тогда, когда на пути светового потока находится минимальное количество материала. Таким образом, наибольшей светопроницаемостью обладают конструкции с одним-двумя слоями материала (обшивки). Значительно меньшую светопроницаемость имеют кострукции с тремя или четырьмя слоями.

Светопроницаемость слоистых конструкций из стеклопластиков выше, чем светопроницаемость стеклоблоков, и не уступает светопроницаемости двойного остекления.

Теплоизолирующая способность слоистых конструкций из стеклопластиков эквивалентна примерно двойному остеклению. Вес светопроницаемого покрытия из стеклоблоков в 10-15 раз выше веса конструкций из стеклопластиков. Стоимость светопроницаемых конструкций при их массовом механизированном производстве и дальнейшем увеличении производства стеклопластиков ниже стоимости аналогов из традиционных .материалов.

Применение легких конструкций из стеклопластиков приведет к значительному снижению нагрузок на несущие конструкции покрытия, колонны, фундаменты, что должно вызвать снижение веса этих конструкций и дополнительное удешевление стоимости строительства.

Рис. 21. Фрагмент светопроницаемой панели из полиэфирного стеклопластика

Кроме слоистых панелей для холодных помещений применяют панели с одним слоем стеклопластика. Обрамление устраивают из металла, древесины, железобетона и других материалов. Листы волнистого светопроницаемого стеклопластика в стенах и покрытиях могут также укладываться непосредственно по обвязке или обрешетке. В этом случае листы стеклопластика вписываются в холодную кровлю или стену, выполненную из волнистого асбестоцемента или стали, для этого необходимо, чтобы у сопрягаемых материалов совпадали размеры волн.

Для обеспечения верхнего света в зданиях различного назначения вместо традиционных фонарей могут успешно применяться зенитные фонари куполообразного или пирамидального типа, выполняемые из полиэфирного стеклопластика или из органического стекла (рис. 22). Имея обтекаемую форму и относительно небольшие размеры, зенитные фонари предотвращают образование больших снеговых мешков, обеспечивая в то же время достаточное освещение, так как сами они не подвержены заносам снега и загрязнению.

Рис. 22. Зенитные фонари из оргстекла [11]

Для создания сплошных светопрозрачных ограждений здании тепличного типа в зарубежной строительной практике довольно широко применяются светопрозрачные пластмассы, особенно оргстекло.

Кроме обычного освещения они обеспечивают также ультрафиолетовое облучение, для которого пластмассы препятствием не являются. В конструктивном отношении светопрозрачные ограждения таких зданий представляют собой арки, своды и своды-оболочки.

Стеновые панели (рис. 23, 24) для многоэтажного строительства выполняются навесными. Они служат заполнением металлического или железобетонного каркаса, причем прикрепление их к каркасу является не жестким, позволяющим избежать передачи усилий с каркаса на панели. Это дает возможность конструировать очень легкие панели (в 20-30 раз легче железобетонных) и обеспечивать достаточную герметичность стыков их между собой. Навесные стеновые панели воспринимают в основном ветровую нагрузку.

Средний слой панели выполняется сплошным из пенопласта, из мелкоячеистого сотопласта, заполненного порошкообразным утепляющим материалом, или ребристым. Для ребер используются чаще всего сверхтвердые древесноволокнистые плиты, причем образующиеся крупные соты заполняются утеплителем, например шлаковатой. Общая толщина панели обычно составляет 8-12 см.

Обшивки панелей выполняются из асбестоцемента, алюминиевых сплавов, стеклопластика, древесных пластиков и других листовых материалов, применяемых в различной комбинации. Наиболее практичным являются обшивки из асбестоцемента, как огнестойкого и более дешевого материала. Для защиты асбестоцемента от воды и уменьшения хрупкости наружные обшивки покрываются напылением стеклопластика.

Панели с обшивками из алюминиевых сплавов обладают исключительной легкостью, их целесообразно применять для промышленного строительства в удаленных районах. Применение их в гражданском строительстве ограничивается трудностью окраски.

Рис 23. Фрагмент стеновой панели: а - асбестоцемент; б - пенопласт; в - древесноволокнистая плита

Рис. 24. Фрагменты стеновых панелей: а - алюминий листовой; б - пенополистирол; в - плакированная сталь; г - строительная фанера

Более экономичными, чем алюминиевые, являются обшивки из плакированной (т. е. покрытой полимерной пленкой) стали. При этом панели может придаваться различный цвет.

Обшивки из стеклопластиков находят наименьшее применение ввиду большой стоимости. Их можно рекомендовать для условий сильной химической агрессии.

Из древесных пластиков для обшивок панелей применяется декоративный бумажный слоистый пластик, древеснослоистый пластик ДСП, бакелизированная фанера, древесностружечная и древесноволокнистая плита. Они не устойчивы против атмосферных воздействий, поэтому применять их следует в качестве внутренних обшивок помещений, но и здесь они понижают в значительной степени общую огнестойкость здания. Поэтому применение обшивок из древесных пластиков, за исключением специальных огнестойких их видов, допустимо только в малоэтажном строительстве, преимущественно гражданском.

Стеновые панели могут иметь обрамление, выполняемое обычно из материала обшивки, или (во избежание образования "мостиков холода") из какого-либо другого малотеплопроводного материала: сверхтвердой древесноволокнистой плиты, бакелизированной фанеры, антисептированных брусков и т. д. Обрамление защищает средний слой при перевозке и монтаже, улучшает стык, усиливает панель при работе ее на изгиб. В тех случаях, когда обрамление отсутствует, окаймляющие части среднего слоя выполняются из жесткого конструкционного пенопласта типа ПВХ-1 и ПС-1. В обрамлении устраиваются крепления панелей друг с другом и к каркасу. Обрамление обязательно делается вокруг проемов, если они имеются.

Наиболее надежным типом соединения элементов панелей между собой при заводском их изготовлении является комбинированное: клеезаклепочное или клеесварное.

Генеральные размеры панелей назначаются исходя из модульной системы. Сечения определяются расчетом.

Плиты покрытий плоские, трехслойные, имеют конструкцию, аналогичную стеновым панелям. Но поскольку плиты воспринимают снеговую нагрузку, более интенсивную, чем ветровая, они имеют большую толщину, достигающую 20-30 см.

Как указывалось, плиты могут быть ребристыми или сплошными. В первом случае средний слой состоит из продольных и поперечных ребер, во втором-из пенопласта или сотопласта. Определенная расчетом толщина теплоизоляционного слоя в плитах, как правило, меньше общей толщины плиты, поэтому пенопласт или другой утеплитель распределяется в промежутке между обшивками не сплошь. Плиточный утеплитель меньшей толщины, чем сама плита, приклеивается к внешней обшивке, или же применяется многопустотный пенопласт на всю толщину плиты. Это дает значительную экономию материала.

Алюминиевые и стеклопластиковые наружные обшивки плит одновременно служат кровлей. Алюминиевые листы стыкуются в фальц, стеклопластиковые - наклейкой лентообразных полос.

Другие обшивки требуют защиты кровельными материалами, обычно оклеенными (рубероид, алюминиевая фольга. ГМП, пленки ПВХ и т. д.).

Крепление плит к прогонам, фермам и между собой производится с помощью винтов, кляммеров, шурупов и накладок. Крепежные элементы ставятся на упругих прокладках.

Пролеты плит определяются расчетом. Обычно они не выходят за пределы 6 м.

Плиты для пространственных конструкций, сводчатые и двоякой кривизны в поперечном разрезе имеют такой же вид, что и плоские плиты. Принципиальное отличие покрытия большого пролета из сводчатых плит или плит двоякой кривизны заключается в устройстве стыка, который должен помимо хорошей герметизации воспринимать поперечные силы и изгибающий момент. На рис. 25 приведена фотография здания с покрытием сводчатой формы из пластмассовых плит.

Рис. 25. Спортивное здание с покрытием из пластмассовых плит (Москва)

Усиленные трехслойные плиты применяются с целью увеличения перекрываемого пролета до 12 м. Усиление плит достигается устройством поддерживающих их легких сквозных балок из трубчатого алюминия.

Плиты подвесных потолков имеют такую же конструкцию, что и плиты покрытий, но с большим применением для обрамления дерева и для обшивок древесных пластиков и винипласта.

Пространственные конструкции зданий и сооружений выполняются из полиэфирного стеклопластика и конструкционных пенопластов целиком.

Относительно большое применение получили купольные и шарообразные здания для радиотелевизионных устройств, радарных установок и т. д. Сборные купола из пластмасс, главным образом из стеклопластиков, нашли особенно широкое применение в строительной практике. Пролеты купольных пластмассовых покрытий в настоящее время достигают 50 м. Купола легки, обладают радио- и светопроницаемостью. Кроме укрытий радарных установок, они применяются также в оранжереях и других гражданских и промышленных зданиях и сооружениях.

Помимо куполов из плит в развитых капиталистических странах встречаются купола, составленные из пространственных пирамидальных элементов с шестиугольным или пятиугольным основанием. Наряду с куполами применяются также пространственные элементы лотковой и складчатой формы для сводов воронкообразной формы для школьных зданий, крытых рынков и зданий павильонного типа.

Следует также отметить применение пластмассовых труб для устройства стержневых радиомачт и решетчатых башен и кольцевых крупноразмерных элементов для дымовых труб, силосов, телевизионных башен и т. д. Все эти решения учитывают особенности пластмасс - легкость и высокую прочность. Относительно низкая жесткость пластмассы компенсируется приданием конструктивному элементу пространственной формы [3].

Пневматические конструкции являются разновидностью пространственных. Они имеют купольную или цилиндрическую форму, реже - какую-либо другую. Различаются две разновидности пневматических конструкций: воздухоопорные и пневмокаркасные.

Воздухоопорные конструкции требуют незначительного избыточного давления внутри помещения. Они состоят из оболочки- ткани или пленки, герметически сопрягаемых с землей.

В пневмокаркасных конструкциях ограждающая оболочка укладывается на каркас из пневматических баллонов, которым придается обычно арочная форма. В баллонах создается значительное избыточное давление, обеспечивающее предварительное напряжение растяжения в оболочке баллона.

Пневматические конструкции применяются для складов, крытых токов, временных мастерских, резервуаров, катков, бассейнов, укрытий от непогоды и холода в зимнее время и т. д. Известны случаи применения пневматических конструкций взамен лесов при возведении сборных металлических и железобетонных оболочек и куполов.