СП 362.1325800.2017 «Ограждающие конструкции из трехслойных панелей. Правила про»

4.1Общие положения

где γf - коэффициент надежности по нагрузкам; γc коэффициент условий работы; γn коэффициент надежности по ответственности сооружений; ψ - коэффициент сочетаний нагрузок;

S 1 d - обобщенное значение внешних силовых воздействий;

Ryn -нормативное или экспериментальное значение сопротивления материала; γm - коэффициент надежности по материалу.

Правила расчета, приведенные в настоящем своде правил, применимы для панелей с листами металлических обшивок толщиной от 0,5 до 2 мм и для панелей общей толщиной от 50 до 300 мм (без учета высоты гофра).

Внутренний слой (сердцевина) может быть изготовлен из полимерного пенопласта, например: полиуретана, полистирола, полиизоцианурата, фенолальдегида, минеральной ваты и другого материала, обладающего достаточной механической прочностью и жесткостью, а также высокими теплоизоляционными характеристиками.

Панели должны представлять собой единое целое обшивок и сердечника, надежно соединенных клеевым слоем и способное воспринимать как кратковременные, так и длительные нагрузки с минимальным изменением механических свойств во времени.

При расчете панелей следует учитывать:

• коэффициенты надежности по ответственности сооружений γ n , принимаемые по ГОСТ 27751;
• коэффициенты условий работы элементов панелей γ с , принимаемые по таблице 1.

Таблица 1

Для ограждающих конструкций из трехслойных панелей, эксплуатируемых в условиях температур ниже минус 45 о С в обшивках, работающих в контакте с отрицательными температурами следует применять сталь групп прочности ОК300В, ОК360В и ОК400В по ГОСТ 16523-97 из стали марок Ст3сп, Ст3Гпс и Ст3Гсп по ГОСТ 380-2005.

4.2Материалы и их механические свойства

Значения несущей способности панели, необходимые для расчета, должны быть определены в соответствии с принятым предельным состоянием панели согласно настоящему пункту. Для выполнения расчетов проектировщику необходимы параметры панели, приведенные на рисунках 1 и 2 и в таблице 2.

В миллиметрах

Рисунок 1 - Параметры гладких и слабопрофилированных обшивок

Рисунок 2 - Параметры профилированных обшивок

Таблица 2 Параметры панели

Геометрические характеристики панелей t 1 , d 1 , d 11 , d 12 , b 11 , b 12 , AF 1 , lF 1 , d c , t 2 , d 2 , d 21 , d 22 , b 22 , b 21 , AF 2 , lF 2 , φ 1 , φ 2 .

Таблица 3 Физико-механические характеристики материалов панелей с сердцевиной из минераловатного утеплителя

Таблица 4 Физико-механические характеристики материалов панелей с сердцевиной из пенополистирола

Таблица 5 Физико-механические характеристики сердцевины панели из пенополиуретана (ППУ) и пенополиизоцианурата (ППИ)

5.2Сочетания расчетных нагрузок

Сочетания нагрузок приняты в соответствии с СП 20.13330. Однако при назначении коэффициентов сочетания и частных коэффициентов материала следует учитывать специфичные для трехслойных панелей погодные факторы и их влияние на нагрузки и напряженное состояние, а также значительную изменчивость механических характеристик материала сердцевины вследствие ползучести слоя утеплителя.

5.3Предельное состояние по потере несущей способности

Предельное состояние первой группы определяет несущую способность панелей, вследствие возникновения повреждений конструкций под внешними воздействиями, при которых дальнейшая эксплуатация панели невозможна. В панелях могут возникать следующие предельные состояния:

• текучесть в обшивках панелей с последующим их разрушением;
• выпучивание обшивок панели с последующим разрушением панели;
• разрушение профилированной обшивки вследствие местной потери устойчивости стенок и полок профиля;
• разрушение сердечника в результате сдвига утеплителя;
• разрушение профилированной обшивки вследствие сдвига;
• разрушение сердечника или профилированной обшивки на контакте с сосредоточенной линейной нагрузкой;
• разрушение панелей в месте контакта с опорной конструкцией.

5.4Предельное состояние по деформации панелей

Проверку предельного состояния по деформациям панелей проводят путем расчета на воздействие нормативных нагрузок. Прогибы панелей не должны превышать значений расчетных прогибов по СП 20.13330.

6.1Расчет в упругой стадии

Внутренние силы в сечениях панели (изгибающие моменты, нормальная и сдвигающая силы) - результат комбинации всех воздействий, приложенных к трехслойным панелям, следует находить применением теории упругости с учетом податливости материала заполнителя при сдвиге.

Формулы расчета панелей должны соответствовать приведенным в таблице А.1 для панелей с гладкими и слабопрофилированными поверхностями и в таблице А.2 для панелей с профилированными поверхностями (приложение А).

6.2Расчет с учетом развития пластических деформаций

6.3Общие предпосылки расчета

• материалы заполнителя и поверхностей для диапазона рассматриваемых деформаций остаются линейно упругими;
• продольные деформации сердцевины настолько малы в сравнении с деформациями обшивок, что влиянием продольных нормальных напряжений в заполнителе можно пренебречь, за исключением случая, когда расчет проводят в пластической стадии и пластические шарниры допускаются в расчетной схеме панели;
• внутренний слой панели (сердцевина) настолько податлива, что при определении равнодействующих напряжений нельзя пренебрегать влиянием деформаций сдвига;
• при длительном воздействии поперечных нагрузок (постоянная и временная нагрузки, снег и т. п.) в покрытиях и перекрытиях зданий, в потолочных панелях ползучесть внутренних слоев панелей от напряжений сдвига вызывает образование дополнительных прогибов и изменение внутреннего напряженного состояния. Это следует принимать во внимание при расчетах по предельным состояниям первой и второй групп;
• в трехслойных панелях температура представляет собой, в ряде случаев, доминирующий случай нагрузки, что создает изгибающие моменты в сечениях панелей. При расчете панелей стен и кровли следует обязательно учитывать температурные воздействия вследствие разности температур на наружной и внутренней обшивках. Температуры на внешней и внутренней обшивках определяют в соответствии с СП 20.13330.

Примечания

1 Нормальные силы NF 1 и NF 2 вызывают равномерное распределение сжимающих и растягивающих напряжений во внешних и внутренних слоях панели, в то время как изгибающие моменты МF 1 и МF 2 вызывают нормальные напряжения, которые изменяются линейно по глубине слоя сердцевины. Местная потеря устойчивости сжатой обшивки панели делает распределение нормальных напряжений на поверхности нелинейным.

• 2 Поперечная сила QS вызывает равномерное распределение сдвигающих напряжений τ c по высоте сердцевины панели. В этом случае жесткость слоя сердцевины при сжатии и растяжении в направлении вдоль трехслойной панели не принимается во внимание. Поперечные силы QF 1 и QF 2 вызывают сдвигающие напряжения τ F 1 и τ F 2 на слоях обшивки с конечной изгибной жесткостью.

• от изгибающих моментов:
• момента МF на металлических обшивках панели и момента МS (многослойная часть), который возникает от нормальных сил NF 1 и NF 2 на поверхностях, умноженных на расстояние между центрами тяжести е ;
• от поперечных сил:
• сдвигающей силы QF на металлических обшивках панели и компонента сдвигающей силы QS в многослойной части профиля.

Следует допустить, что сдвигающие напряжения τ F 1 и τ F 2 постоянны по высоте стенок профилей металлической обшивки (рисунок 6).

Рисунок 3 - Схема внутренних усилий в сечении в панели со слабопрофилированными обшивками

Рисунок 4 - Схема внутренних напряжений в сечении панели со слабопрофилированными обшивками

где МS и QS - изгибающий момент и поперечная сила в сердцевине панели;

МF 1 и QF 1 - изгибающий момент и поперечная сила в верхней обшивке панели;

МF 2 и QF 2 - изгибающий момент и поперечная сила в нижней обшивке панели.

См. также рисунки 5 и 6 и формулы (7)-(9).

Рисунок 5 - Схема внутренних усилий в сечении панели с профилированными обшивками

Рисунок 6 - Схема внутренних напряжений в сечении панели с профилированными обшивками

где АF 1 , АF 2 - площади поперечного сечения профилированных обшивок;

IF 1 , IF 2 - моменты инерции профилированных обшивок.

Касательные напряжения в сердцевине и на обшивках должны быть вычислены по формулам (7) и (8) соответственно:

где sw 1 и sw 2 - высота стенок профилированных обшивок; t 1 и t 2 - толщина стенок профилированных обшивок; n 1 и n 2 - число стенок в гофрах профилированных обшивок панели на единицу ширины панели.

7.1Основные положения

Расчетную толщину стального поверхностного листа следует принимать как t d = t ном -t цинк - 0,5 t допуск , где t ном - номинальная толщина стального листа, t цинк -общая толщина цинковых слоев (или аналогичного защитного покрытия) и t допуск - нормальный или высокий допуск согласно ГОСТ 19904. Расчетную толщину обшивок из других металлов: алюминия, нержавеющей стали или меди, должны определять таким образом, чтобы они представляли статистически надежные минимальные значения толщины. Для этих материалов расчетную толщину t следует принимать как td = t ном -t цинк - 0,5 t допуск во всех уравнениях, приведенных в настоящем своде правил.

7.2Панели с плоскими или слабопрофилированными поверхностями

7.2.1 Однопролетные панели

• 7.2.1.1 Трехслойные панели при эксплуатации в составе ограждающих конструкций зданий и сооружений испытывают преимущественно воздействие внешних сил в виде равномерно распределенной нагрузки и воздействие разности температур на обшивках. Однопролетные панели с плоскими или слабопрофилированными обшивками на практике преимущественно испытывают воздействие внешних сил в виде равномерно распределенной нагрузки. Воздействия разности температур на обшивках не вызывают развития в поперечных сечениях однопролетных панелей внутренних изгибающих моментов продольных и поперечных сил и создают лишь дополнительный прогиб в середине пролета. Внутренние силы в сечениях панели определяют далее на единицу ширины панели.
• 7.2.1.2 Параметры, характеризующие жесткости элементов панели:
• жесткость обшивок:

• жесткость панели:

GS модуль сдвига материала сердцевины панели;

Bs жесткость при изгибе на единицу ширины панели;

As площадь сердцевины на единицу ширины панели A s = e ;

B ширина панели; kt коэффициент сдвиговой податливости слоев панели c тонкими обшивками.

Для панелей с одинаковым материалом обшивок жесткость панели на единицу ширины определяют по формуле

• 7.2.1.3 Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях панели определяются по формулам:

7.2.2 Неразрезные многопролетные панели с тонкими обшивками

• 7.2.2.1 Внутренние силы в сечениях неразрезных трехслойных панелей следует определять посредством выражений для изгибающего момента, опорной реакции и сдвигающей силы на промежуточной опоре и прогибов в пролетах, вызванных равномерно распределенной нагрузкой и перепадом температур на сплошной двух- или трех пролетной панели.
• 7.2.2.2 Внутренние силы, возникающие в сечениях двухпролетной панели от воздействия внешней равномерно распределенной нагрузки, вычисляют по формулам:

где M F1 = MF2 изгибающие моменты в обшивках;

MS -изгибающий момент в сечении панели в пролете;

MSB изгибающий момент в сечении панели на промежуточной опоре В ;

F B опорная реакция на промежуточной опоре;

QSB - поперечная сила на промежуточной опоре В ; kt см. формулу (10).

• 7.2.2.3 Максимальные внутренние силы, возникающие в сечениях двухпролетной панели от воздействия разности температур на обшивках панели, определяются по формулам:

где θ = α(T 2 -T 1 ) e ; kt см. формулу (10).

• 7.2.2.4 Внутренние силы, возникающие в сечениях трехпролетной панели от воздействия внешней равномерно распределенной нагрузки, вычисляют по формулам:

где kt см. формулу (10).

7.2.2.5 Внутренние силы, возникающие в сечениях трехпролетной панели от воздействия разности температур на обшивках панели, вычисляют по формулам:

где θ = α(T 2 -T 1 ) e ; kt см. формулу (10).

7.3Трехслойные панели с профилированными поверхностями обшивок

7.3.1 Однопролетные панели

• 7.3.1.1 При расчете однопролетных панелей жесткость профилированных листов обшивки существенно влияет на распределение усилий в сечениях панели. В общем случае применяются численные методы расчета, например, с помощью метода конечных элементов.
• 7.3.1.2 При расчете панелей с профилированными обшивками принимают следующие характеристики жесткости обшивок и панелей в целом:
• при профилированных обшивках различной формы с обеих сторон панелей жесткость на единицу ширины панели:

• при одной профилированной и одной гладкой или слабо профилированной обшивках панелей

• коэффициент сдвиговой податливости слоев панели с профилированными обшивками

где G - модуль сдвига слоев панели.

• 7.3.1.3 Изгибающие моменты и поперечные силы от равномерно распределенной нагрузки для однопролетных панелей с жесткими обшивками вычисляют по формулам:

где kp см. формулу (24).

7.3.2 Неразрезные многопролетные панели с профилированными обшивками

• 7.3.2.1 Напряжения в сечениях панелей и прогибы сплошных многослойных панелей с толстыми обшивками можно определить аналитически для часто встречающихся простых случаев.
• 7.3.2.2 Эпюры внутренних сил от воздействия внешней равномерно распределенной нагрузки и разности температур на обшивках в двухпролетных панелях приведены на рисунке 7. а - усилия в панели от постоянной нагрузки; б - усилия в панели от разности температур на обшивках; 1 , 2 - пролеты

Рисунок 7 - Эпюры M и Q в трехслойных панелях и их обшивках от равномерно распределенной нагрузки

• 7.3.2.3 Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях двухпролетной неразрезной панели, в пролетах и на опорах А (крайняя) и В (промежуточная) от равномерно распределенной нагрузки вычисляют по формулам:

где kp см. формулу (24);

MS1 изгибающий момент в пролете панели с профилированной обшивкой;

MSB изгибающий момент на опоре панели с профилированной обшивкой;

MFB изгибающий момент в профилированной обшивке панели;

QSA поперечная сила в панели на опоре А ;

QSB1 поперечная сила в панели на опоре В ;

BSp жесткость на единицу ширины панели;

BF1p жесткость профилированной обшивки на единицу ширины панели;

F A и F B опорные реакции на опорах А и В.

• 7.3.2.4 Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях двухпролетной неразрезной панели, в пролетах и на опорах А (крайняя) и В (промежуточная) от разности температур на обшивках панели вычисляют по формулам:

где θ = α(T 2 -T 1 ) e ; kp см. формулу (24).

• 7.3.2.5 Эпюры внутренних сил от воздействия равномерно распределенной нагрузки и разности температур на обшивках в трехпролетных панелях приведены на рисунке 8. Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях трехпролетной неразрезной панели, в пролетах и на опорах А (крайняя) и В (промежуточная) от равномерно распределенной нагрузки определяются по формулам:

где kp см. формулу (24). а - усилия в панели от постоянной нагрузки; б - усилия в панели от разности температур на обшивках; 1 , 2 , 3 - пролеты

Рисунок 8 - Эпюры M и Q в трехслойных панелях и их обшивках от поперечной равномерно распределенной нагрузки и разности температур на обшивках панели

• 7.3.2.6 Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях трехпролетной неразрезной панели, в пролетах и на опорах А (крайняя) и В (промежуточная) от разности температур вычисляют по формулам:

8.2Учет местной потери устойчивости полок и стенок профилированной обшивки панелей

Стальные профилированные обшивки вычисляют по формуле

Для полок и полностью сжатых стенок профилированного листа k σ = 4,0.

• коэффициент влияния напряженного состояния полок и профилированной обшивки на местную устойчивость k формуле

8.3Расчет стенок профилированных обшивок на поперечную силу

где γ c - коэффициент условий работы; hw -высота стенки между срединными плоскостями полок;

RS -расчетное сопротивление при сдвиге, учитывающее потерю устойчивости стенки, приведенное в таблице 5;

• α -угол наклона стенки относительно полок.

Таблица 5

8.3.2 Условную гибкость стенки вычисляют по формуле

где sw -наклонная высота стенки гофрированного профиля.

13.1Однопролетные панели с тонкими обшивками

;

Gs модуль сдвига материала сердцевины панели;

Bs жесткость при изгибе на единицу ширины панели, Bs = EFAF1AF2e 2 AF1+AF2 ;

As площадь сердцевины на единицу ширины панели.

Прогиб в середине пролета f T от действия разности температур Δ T = T 2 -T 1 на обшивках вычисляют по формуле где θ = α(T 2 -T 1 ) e .

13.2Неразрезные многопролетные панели с тонкими обшивками

где k - см. формулу (60).

где θ = α(T 2 -T 1 ) e ; k - см. формулу (60); α коэффициент линейного расширения стали.

Максимальный прогиб в пролете панели с тремя пролетами от разности температур на обшивках панели вычисляют по формуле

где θ = α(T 2 -T 1 )

k - см. формулу (60); α коэффициент линейного расширения стали.

13.3Однопролетные панели с гофрированными обшивками

где BSp = EFAF1AF2e 2 AF1+AF2 +EFIF1 жесткость поперечного сечения панели;

BF1 = EF1IF1 -жесткость верхней обшивки панели;

GS - модуль сдвига материала сердцевины панели; е - расстояние между центрами тяжести стальных обшивок.

Примечание - Для панелей с верхней жесткой профилированной обшивкой и нижней гладкой или слабо профилированной IF 2 = 0.

13.4Неразрезные многопролетные панели с профилированными обшивками

13.5Деформации панелей при длительном воздействии нагрузок

Коэффициент ползучести φt определяют на основании экспериментальных исследований по длительному загружению панелей.

15.1Общие положения по проведению испытаний

• от плюс 2 % до минус 4 % - по толщине сердечника;
• ± 10 % - по плотности внутреннего слоя;
• ± 10 % - по толщине материала обшивки;
• от минус 5 % до плюс 25 % - по пределу текучести металла обшивки.

15.2Испытания натуральных образцов панелей на длительное приложение нагрузок

где f 1 - прогиб, измеренный на конец испытаний; f p - начальный прогиб, измеренный при t = 0; f b - прогиб, вызываемый упругим удлинением обшивок.

Рисунок 18 - Пример прямолинейной регрессии

где kw = 1,2 к оэффициент, учитывающий не восстанавливаемую часть деформаций материала сердцевины при снятии нагрузки.

15.3Напряженное состояние в зоне промежуточной опоры

Рисунок 19 - Схема приложения нагрузки при испытаниях

где σ k 2 - напряжение местного изгиба более толстой обшивки толщиной t 2 ; σ k 1 - напряжение местного изгиба самой тонкой обшивки толщиной t 1 ; kу - коэффициент уменьшения, определяемый по формуле

где A 1 , I 1 - площадь поперечного сечения и момент инерции обшивки толщиной t 1 ;

• A 2 , I 2 - площадь поперечного сечения и момент инерции обшивки толщиной t 2 .

где kкi - результат i -го номера испытания; kmi -результат испытания, модифицированный для достижения соответствия расчетным значениям толщины и напряжения пластического течения;

Ryn - предел текучести металла;

Ry 0 - предел текучести металла, измеренный в опытном образце; t - расчетная толщина металла; t о - толщина металла, измеренная в опытном образце. α = 0, если Ry 0 < Ryn ; α = 1, если Ry 0 > Ryn .

Обычно β = 1,0, если t о ≤ t

где t b = отношение ширины к толщине самой широкой полки профилированной обшивки.

где Е 80 - модуль упругости поперек панели при растяжении при температуре 80 °C;

Е 20 - модуль упругости поперек панели при растяжении при температуре 20 °C.

Во всех других случаях k 1 = 1,0.

где Ryрс - прочность на растяжение поперек панели, МПа.

Коэффицент k 2 следует использовать только в случае испытаний при равномерно распределенной нагрузке, т. е. при применении вакуумной камеры, воздушного мешка или аналогичного устройства.

15.4Испытания панелей на температурные воздействия

15.5Испытания на воздействие сосредоточенных сил и повторных нагрузок

15.5.1 Панели, подвергаемые действию сосредоточенных нагрузок

15.5.1.1 Испытания позволяют проверить безопасность и эксплуатационную надежность панелей крыш и потолков при воздействии сосредоточенной нагрузки, например: от веса одного человека, нерегулярно передвигающегося по крыше, во время монтажа и при эксплуатации.

15.5.1.2 Опытным образцом должна быть штучная панель полной ширины. Пролет панели должен быть максимальным из применяемых в практике строительства. К наружной поверхности панели следует прикладывать нагрузку 1,5 кН в середине пролета на заднем ребре или на кромке плоской панели через деревянный блок размерами 100 × 100 мм. Между деревянным блоком и металлической обшивкой панели следует поместить слой резины или войлока толщиной 10 мм.

15.5.1.3 При испытании панели на сосредоточенную нагрузку, возможны три результата:

• если панель выдерживает приложенную нагрузку без видимого внешнего повреждения, то ограничения для случайного доступа на крышу или потолок как во время, так и после монтажа отсутствуют;
• если панель выдерживает нагрузку, но возникают неустраняемые видимые повреждения, следует рекомендовать дополнительные конструктивные мероприятия, чтобы избежать повреждений во время монтажа (например, использовать пешеходные настилы). Доступ на крыши или потолки после завершения строительных работ должен быть запрещен;
• если панель разрушается при приложении нагрузки, то ее следует использовать только на крышах или потолках, куда невозможен (не разрешен) доступ. Это ограничение следует указать на панели (или в сопроводительной документации).

15.6Испытания элементов крепления панелей

а - крепление на крайней опоре; б - крепление на средней опоре; е 1 - минимальное расстояние от кромки панели; е 2 ≥ 100 мм; е 3 ≥ В /4; В - ширина панели; е 4 ≥ 100 мм

Рисунок 20 - Схема испытания крепления панели винтами, проходящими сквозь панель а

а - крепление на крайней опоре; б - крепление на средней опоре; е 1 - минимальное расстояние от кромки панели; е 2 ≥ 100 мм; е 3 ≥ В /4; В - ширина панели; е 4 ≥ 100 мм

Рисунок 21 - Схема испытания специального крепления панели в стыках

а - крепление винтом; б - специальное крепление панели

Рисунок 22 - Схема испытания панели на сдвиг