Аспирант Сусаров А. В.

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

Совершенствование конструктивных свойств фасадных систем

Многообразие архитектурных форм современных зданий, высокие требования, предъявляемые к их внешнему виду и фактуре отделочных материалов обязывают по новому отнестись к проблеме выбора отделочных материалов фасада здания. С одной стороны отделочные материалы для фасада должны удовлетворять полному спектру предъявляемым к ним требованиям (архитектурная выразительность, ремонтопригодность, температура эксплуатации, воздействие агрессивных сред, атмосферные нагрузки и воздействия), с другой - высокая стоимость материалов и работ заставляет экономить средства, что влечет за собой сокращение срока безопасной эксплуатации отделочных элементов фасада. Таким образом, перед инженерами встает очень важная и ответственная задача при проектировании фасада будущего здания.

В последнее десятилетие на строительном рынке в нашей стране появилось очень большое количество навесных фасадных систем, большая доля которых - это зачастую системы, заимствованные из за рубежа. Ситуация усугубляется также отсутствием в России нормативной базы для расчета и проектирования навесных фасадных систем.

В рамках исследования несущей способности систем навесных вентилируемых фасадов, применяемых для зданий с высотой до 75 м, для получения реальной картины поведения основных несущих элементов в узлах конструкции нами была проведена серия натурных испытаний фрагментов фасадных систем «Союз-5000».

Методика проведения испытаний фасадной системы «Союз-5000»

Для определения фактической несущей способности навесной фасадной системы были проведены экспериментальные исследования каркаса системы, выполненного по различным расчетным схемам.

Вертикальную нагрузку на образец прикладывали к направляющей с помощью подвешенной к ней грузовой платформы и штучных грузов. Увеличивали нагрузку ступенями по 5 кг до расчетного максимального (минимального) значения 53,7 кг/м² (30,3кг/м²). После приложения каждой ступени нагрузки измеряли вертикальное перемещение направляющей прогибомерами 6-ПАО.

После приложения нагрузки и снятия показаний приборов нагрузка снималась для определения остаточных деформаций. Нагружение образца продолжалось до достижения вертикальной направляющей предельного перемещения, равного 1/75 вылета консоли несущего кронштейна.

Рис. 1. Напряженно-деформированное состояние опорной части кронштейна при использовании стандартной усиливающей шайбы

Таким образом, как видно из графика на рис. 4 предельные деформации каркаса фасадной системы были достигнуты при нагрузке, составляющей 58% от расчетной величины, т.е. несущая способность системы по второму предельному состоянию не обеспечена.

С целью повышения несущей способности фасадной системы были разработаны различные конструктивные решения. Для определения напряженно-деформированного состояния узлов конструкции при введении новых конструктивных элементов и прогнозирования результатов экспермента был проведен расчет в ПК «ANSYS 14.0» как отдельных узлов системы, так и фрагмента системы в целом.

Для повышения жесткости каркаса фасадной системы нами было предложено два варианта:

1) введение дополнительных крепежных элементов (вытяжных заклепок) в узел крепления направляющего профиля к кронштейну.

Рис. 2. Расчетная модель и экспериментальный образец с двумя заклепками в узле крепления направляющего профиля к кронштейну

В ходе исследования выявлено, что наиболее оптимальным является использование минимум двух крепежных элементов с каждой стороны при креплении направляющего профиля к консолям кронштейна. Заклепки, поставленные в узел таким образом, обеспечивают передачу изгибающего момента и сопряжение элементов соответствует жесткому рамному узлу.

2) использование специальной усиливающей шайбы в опорной части кронштейна, способной воспринять максимум усилий, повышая тем самым жесткость кронштейна фасадной системы.

Рис. 3. Напряженно-деформированное состояние опорной части кронштейна при использовании стандартной усиливающей шайбы первого типа

Рис. 4. Графики зависимости деформаций от нагрузки при испытании каркаса фасадной системы в различных исполнениях

Рис. 5. Напряженно-деформированное состояние опорной части кронштейна при использовании стандартной усиливающей шайбы второго типа

Сравнивая деформации каркаса фасадной системы при использовании усиливающих шайб первого и второго типа (см. рис. 4), самой эффективной из них является усиливающая шайба второго типа, применение которой увеличивает несущую способность фасадной системы на 63%.

Таким образом, в ходе экспериментально-теоретического исследования системы «Союз-5000» выявлен ряд недостатков, негативно влияющих на несущую способность системы. Для устранения данных недостатков предложены и исследованы (теоретически и экспериментально) способы увеличения несущей способности фасадной системы:

1) использование специальной усиливающей шайбы в опорной части кронштейна;

2) использование двух крепежных элементов (вытяжных заклепок) с каждой стороны при креплении направляющего профиля к консолям кронштейна.

Применение первого способа обеспечивает восприятие фасадной системой расчетной нагрузки с коэффициентом запаса 1,3. Применение второго способа позволяет увеличить расчетную нагрузку в 3,5 раза, позволяя тем самым использовать в качестве облицовочных элементов более тяжелые материалы - натуральный камень, а также монтировать различные декоративные элементы фасадов.

Литература

1. СП 20.13330.2011. Нагрузки и воздействия. – М., 2011. – 76 с.

2. Фасадные теплоизоляционные системы с воздушным зазором. Рекомендации по составу и содержанию документов и материалов, представляемых для технической оценки пригодности продукции. – М., Госстрой России, 2004.– 59 с.

3. Справочник проектировщика. Металлические конструкции. – М., 1998. – 575 с.