RU2398078C1

RU2398078C1 - Three-layer reinforced concrete panel

Info

Publication number: RU2398078C1
Application number: RU2009127685/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Геннадьевич Емельянов (RU); Сергей Геннадьевич Емельянов; Николай Сергеевич Кобелев (RU); Николай Сергеевич Кобелев; Алевтина Михайловна Крыгина (RU); Алевтина Михайловна Крыгина; Елена Георгиевна Храмцова (RU); Елена Георгиевна Храмцова; Алексей Олегович Алифанов (RU); Алексей Олегович Алифанов
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2010-08-27

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention refers to construction, in particular - to barrier structures of industrial buildings. Three-layer reinforced concrete panel includes heat insulation layer, external and internal reinforced concrete layers joined to each other by means of rigid links arranged in the form of reinforced concrete keys passing through heat insulation layer and reinforced concrete ribs arranged along panel perimetre. Panel is additionally provided with at least two reinforced concrete keys, which are located at opposite ends of panel, and reinforced concrete ribs in section parallel to layers of panel have area determined from the ratio of panel area, thickness of its medium layer, coefficients of conductivity of rib, panel layers, reinforcement and insulator materials, and also required resistance of heat transfer. Coefficient of heat conductivity of material of reinforced concrete keys passing through heat insulation layer 2.5-3 times exceeds coefficient of heat conductivity of material of reinforced concrete keys arranged at opposite ends of panel.

EFFECT: maintenance of panel thermal properties under variable weather conditions.

2 dwg

Description

Известна трехслойная железобетонная панель (см., например, «Типовые конструкции, изделия и узлы зданий и сооружений». Серия 1.232.1-7. «Сборные легкобетонные панели наружных стен трехслойные на сжестких связях для общественных многоэтажных каркасных зданий». Выпуск 1-1 «Панели трехслойные из легкого бетона на жестких связях с эффективным утеплителем». Рабочие чертежи, часть 1. Утверждены Госгражданстроем СССР, приказ от 17.07.85 №209, введены в действие с 01.09.85), включающая наружный и внутренний железобетонные слои и средний теплоизоляционный слой. Наружный и внутренний железобетонные слои соединены между собой жесткими связями, выполненными в виде армированных бетонных ребер (шпонок), проходящих через теплоизоляционный слой, и армированных бетонных ребер, размещенных по всему периметру панели. Последние не только выполняют роль жесткой связи между наружным и внутренним железобетонными слоями, но и герметизируют пространство между ними, обеспечивая защиту теплоизоляционного слоя от внешних механических и атмосферных воздействий в процессе хранения, транспортировки и монтажа панели. Все железобетонные элементы панели выполнены из легкого бетона на пористых заполнителях.Known three-layer reinforced concrete panel (see, for example, “Typical structures, products and units of buildings and structures.” Series 1.232.1-7. “Prefabricated lightweight concrete panels of the external walls of the three-layer on rigid bonds for public multi-story frame buildings.” Issue 1-1 “Three-layer panels of lightweight concrete with rigid bonds with effective insulation.” Working drawings, part 1. Approved by the State Civil Engineering Committee of the USSR, order No. 209 of July 17, 85, entered into force on September 1, 85), including the outer and inner reinforced concrete layers and the average thermal insulation layer. The outer and inner reinforced concrete layers are interconnected by rigid bonds made in the form of reinforced concrete ribs (dowels) passing through a heat-insulating layer, and reinforced concrete ribs placed around the entire perimeter of the panel. The latter not only play the role of a rigid connection between the outer and inner reinforced concrete layers, but also seal the space between them, protecting the heat-insulating layer from external mechanical and atmospheric influences during storage, transportation and installation of the panel. All reinforced concrete elements of the panel are made of lightweight concrete with porous aggregates.

Недостатком является то, что армированные бетонные ребра, размещенные по периметру панели, имеют толщину 45-50 мм по длинным сторонам панели и 80 мм по коротким сторонам. Такая толщина этих ребер обусловлена тем, что они выполняют роль жестких связей между наружным и внутренним железобетонными слоями панели, одновременно герметизируя пространство между ними. Но, с другой стороны, армированные бетонные ребра указанной толщины представляют собой дополнительные “Мостики холода” и снижают теплотехнические свойства трехслойной железобетонной панели на 50% и больше (в зависимости от размера панели).The disadvantage is that reinforced concrete ribs placed around the perimeter of the panel have a thickness of 45-50 mm on the long sides of the panel and 80 mm on the short sides. Such a thickness of these ribs is due to the fact that they play the role of rigid bonds between the outer and inner reinforced concrete layers of the panel, while simultaneously sealing the space between them. But, on the other hand, reinforced concrete ribs of the specified thickness represent additional “Cold bridges” and reduce the thermal properties of a three-layer reinforced concrete panel by 50% or more (depending on the size of the panel).

Известна трехслойная железобетонная панель (см. патент РФ №2274714, МПК E04C 2/00. Опубл. 20.04.2006), включающая теплоизоляционный слой, наружный и внутренний железобетонные слои, связанные между собой жесткими связями, выполненные в виде армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой и армированные бетонные ребра, размещенные по периметру панели, дополнительно снабжена, по меньшей мере, двумя армированными бетонными шпонками, которые размещены на противоположных торцах панели, а армированные бетонные ребра в сечении, параллельном слоям панели, имеют площадь, определяемую из соотношения площади панели, толщины ее среднего слоя, коэффициентов теплопроводности материалов ребер, слоев панели, арматуры и утеплителя, а также требуемого сопротивления теплопередачи.Known three-layer reinforced concrete panel (see RF patent No. 2274714, IPC E04C 2/00. Published. 04/20/2006), including a heat-insulating layer, the outer and inner reinforced concrete layers interconnected by rigid bonds, made in the form of reinforced concrete dowels passing through the heat-insulating layer and reinforced concrete ribs placed around the perimeter of the panel are additionally equipped with at least two reinforced concrete dowels, which are placed on opposite ends of the panel, and reinforced concrete ribs in section, parallel Yelnia layers panels have an area defined by the area ratio of the panel, the thickness of its middle layer, thermal conductivity of materials ribs, layers of panel reinforcement and insulation, as well as the required heat resistance.

Недостатком является снижение теплотехнических свойств трехслойной железобетонной панели особенно в осенне-зимний и зимне-весенний периоды эксплуатации, обусловленные различными периодическими в течение суток колебаниями температуры окружающей среды, что приводит к дополнительным тепловым потерям через армированные бетонные шпонки, проходящие как через теплоизоляционный слой, так и размещенные на торцах панели.The disadvantage is the reduction of the thermal properties of a three-layer reinforced concrete panel, especially in the autumn-winter and winter-spring periods of operation, due to various periodic ambient temperature fluctuations during the day, which leads to additional heat loss through reinforced concrete dowels passing both through the heat-insulating layer and placed on the ends of the panel.

Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание теплотехнических свойств трехслойной железобетонной панели в изменяющихся погодных условиях эксплуатации.The technical task of the invention is to maintain the thermal properties of a three-layer reinforced concrete panel in changing weather conditions.

Технический результат по обеспечению надежности теплотехнических свойств конструкции при эксплуатации достигается тем, что трехслойная железобетонная панель, включающая теплоизоляционный слой, наружный и внутренний железобетонные слои, связанные между собой жесткими связями, выполненные в виде армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой и армированные бетонные ребра, размещенные по периметру панели, дополнительно снабжена, по меньшей мере, двумя армированными бетонными шпонками, которые размещены на противоположных торцах панели, а армированные бетонные ребра в сечении, параллельном слоям панели, имеют площадь, определяемую из соотношения площади панели, толщины ее среднего слоя, коэффициентов теплопроводности материалов ребер, слоев панели, арматуры и утеплителя, а также требуемого сопротивления теплопередачи, при этом коэффициент теплопроводности материала армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой в 2,5-3 раза превышает коэффициент теплопдоводности материала армированных бетонных шпонок, размещенных на противоположных торцах панели.The technical result of ensuring the reliability of the thermotechnical properties of the structure during operation is achieved by the fact that a three-layer reinforced concrete panel including a heat-insulating layer, outer and inner reinforced concrete layers interconnected by rigid bonds, made in the form of reinforced concrete dowels passing through the heat-insulating layer and reinforced concrete ribs, placed around the perimeter of the panel is additionally equipped with at least two reinforced concrete dowels, which are placed on the prot the opposite ends of the panel, and the reinforced concrete ribs in the section parallel to the panel layers have an area determined from the ratio of the panel area, the thickness of its middle layer, the thermal conductivity of the rib materials, the panel layers, reinforcement and insulation, as well as the required heat transfer resistance, while the coefficient thermal conductivity of the material of reinforced concrete dowels passing through the insulating layer is 2.5-3 times higher than the coefficient of thermal conductivity of the material of reinforced concrete dowels placed on opposite ends of the panel.

На фиг.1 изображен общий вид трехслойной железобетонной панели с частичными разрезами, на фиг.2 - распределение температурных и тепловых полей в зонах контакта шпонок как в торце панели, так и в теплоизоляционном слое панели.Figure 1 shows a General view of a three-layer reinforced concrete panel with partial cuts, figure 2 - the distribution of temperature and thermal fields in the contact areas of the dowels both at the end of the panel and in the insulating layer of the panel.

Трехслойная железобетонная панель включает наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои и средний теплоизоляционный слой 3. Наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои связаны жесткими связями, выполненными в виде армированных бетонных шпонок 4, проходящих через теплоизоляционный слой 3, и армированных бетонных шпонок 5, которые размещены на противоположных торцах панели. Общее количество армированных бетонных шпонок 4 и 5 определяют расчетным путем, при этом количество шпонок 5 должно быть не менее двух. Наружный 1 и внутренний 2 железобетонные слои также связаны армированными бетонными ребрами 6, которые размещены по всему периметру панели и герметизируют пространство между слоями 1 и 2, тем самым обеспечивая защиту теплоизоляционного слоя 3 от механических повреждений и атмосферного воздействия во время хранения, транспортировки и монтажа панели. При этом материал армированных бетонных шпонок 4, проходящих через теплоизоляционный слой 3 имеет коэффициент теплопроводности в 2,5-3 раза, превышающий коэффициент теплопроводности армированных бетонных шпонок 5, размещенных на противоположных торцах панели.The three-layer reinforced concrete panel includes the outer 1 and inner 2 reinforced concrete layers and the middle heat-insulating layer 3. The outer 1 and inner 2 reinforced concrete layers are connected by rigid bonds made in the form of reinforced concrete keys 4 passing through the heat-insulating layer 3 and reinforced concrete keys 5 that are placed at opposite ends of the panel. The total number of reinforced concrete keys 4 and 5 is determined by calculation, while the number of keys 5 must be at least two. The outer 1 and inner 2 reinforced concrete layers are also connected by reinforced concrete ribs 6, which are placed around the entire perimeter of the panel and seal the space between layers 1 and 2, thereby protecting the thermal insulation layer 3 from mechanical damage and atmospheric effects during storage, transportation and installation of the panel . The material of the reinforced concrete keys 4 passing through the heat-insulating layer 3 has a thermal conductivity coefficient of 2.5-3 times higher than the thermal conductivity coefficient of the reinforced concrete keys 5 placed on opposite ends of the panel.

Теплотехнические свойства предлагаемой железобетонной панели по изобретению в условиях эксплуатации при изменяющихся погодных условиях эксплуатации проявляются следующим образом. При отрицательных температурах окружающей среды армированные бетонные ребра определенной толщины представляют собой дополнительные «Мостики холода», а устранение данного явления путем уменьшения толщин армированных бетонных ребер по периметру панели (по прототипу) конечно снижает теплопотери, но не всегда оправдано по прочности параметрам конструкции.The thermal properties of the proposed reinforced concrete panel according to the invention under operating conditions under changing weather conditions are as follows. At negative ambient temperatures, reinforced concrete ribs of a certain thickness represent additional Cold Bridges, and eliminating this phenomenon by reducing the thickness of reinforced concrete ribs around the panel perimeter (according to the prototype) certainly reduces heat loss, but structural parameters are not always justified in terms of strength.

Выполнение армированных бетонных шпонок, размещенных на противоположных торцах панели из материала с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3 раза меньшим, чем коэффициент теплопроводности материала армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой, приводит к местному перераспределению температурных и тепловых полей в местах контакта бетонных шпонок с основным материалом трехслойной панели. Температурное поле внешней окружающей среды с минусовой температурой воздействует на армированную бетонную шпонку на торце панели и температурное поле внутренней с минусовой температурой окружающей среды (например, расположение панели как перекрытия здания) с градиентом температур различной (до трехкратной) интенсивности, обусловленной теплопроводностью соответствующих материалов. В результате в месте контакта (фиг.1) для торца панели, где возможно появление «Мостиков холода», образуется температурно-тепловой пограничный слой (см., например, стр.68-77 Исаченко В.П. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981, - 416 с. ил.), обусловленный встречным направлением градиентов температур (grad t) внешней окружающей среды и теплового потока рассеивания (g_pac), определяющих тепловые потери панели от внутренней окружающей среды, например тепла помещения при использовании панели в качестве перекрытия здания. При этом толщина температурно-теплового пограничного слоя увеличивается при периодическом в течение суток разном изменении температуры воздуха окружающей среды от минусовых до нулевых и даже плюсовых. В то же время в месте контакта армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой, также образуется температурно-тепловой пограничный слой, обеспечивающий рассеивание теплового потока, определяющего тепловые потери как по внешнему и внутреннему железобетонному слою, так и теплоизоляционному слою, но со значением температурных градиентов до трехкратно меньшим, чем для наружных условий.The implementation of reinforced concrete dowels placed on opposite ends of the panel from a material with a thermal conductivity coefficient 2.5-3 times lower than the thermal conductivity coefficient of the material of reinforced concrete dowels passing through the heat-insulating layer leads to local redistribution of temperature and thermal fields at the contact points of the concrete dowels with the main material of the three-layer panel. The temperature field of the external environment with a minus temperature affects the reinforced concrete key at the end of the panel and the temperature field of the internal with a minus ambient temperature (for example, the location of the panel as a building floor) with a temperature gradient of various (up to three times) intensities due to the thermal conductivity of the corresponding materials. As a result, a temperature-thermal boundary layer is formed at the contact point (Fig. 1) for the panel end, where “Cold Bridges” may appear (see, for example, pp. 68-77 Isachenko V.P. et al. Heat Transfer. M .: Energoizdat, 1981, - 416 pp. Ill.), Caused by the opposite direction of the temperature gradients (grad t) of the external environment and the heat dissipation flux (g _pac ), which determine the heat loss of the panel from the internal environment, for example, the heat of the room when using the panel as a building floor. At the same time, the thickness of the temperature-thermal boundary layer increases with a periodically varying change in ambient air temperature from minus to zero and even plus. At the same time, at the contact point of the reinforced concrete dowels passing through the heat-insulating layer, a temperature-thermal boundary layer is also formed, which ensures the dissipation of the heat flux, which determines the heat loss both in the outer and inner reinforced concrete layer, and in the insulating layer, but with the value of temperature gradients up to three times less than for outdoor conditions.

В результате наличия местных зон (армирование бетонных шпонок на торцах панели и в теплоизоляционном слое) перераспределение температурных и тепловых полей обеспечивает повышение теплотехнических свойств трехслойной железобетонной панели в целом.As a result of the presence of local zones (reinforcement of concrete dowels at the ends of the panel and in the insulating layer), the redistribution of temperature and thermal fields provides an increase in the thermal properties of the three-layer reinforced concrete panel as a whole.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что трехслойная железобетонная панель конструктивно выполнена с армированными бетонными шпонками с коэффициентом теплопроводности в 2,5-3 раза меньшим, чем коэффициент теплопроводности материала армированных бетонных шпонок, проходящих через теплоизоляционный слой. В результате по площади и объему трехслойной железобетонной панели возникают температурно-тепловые погрешности слоя в местах контакта шпонок, обеспечивая увеличение термодинамического сопротивления, что в конечном итоге и снижает тепловые потери, т.е. улучшает теплотехнические свойства панели.The originality of the invention lies in the fact that the three-layer reinforced concrete panel is structurally made with reinforced concrete dowels with a thermal conductivity coefficient 2.5-3 times lower than the thermal conductivity coefficient of the material of reinforced concrete dowels passing through the insulating layer. As a result, the temperature and thermal errors of the layer occur at the contact points of the dowels in the area and volume of the three-layer reinforced concrete panel, providing an increase in thermodynamic resistance, which ultimately reduces heat loss, i.e. improves the thermal properties of the panel.

Claims

A three-layer reinforced concrete panel, including a heat-insulating layer, outer and inner reinforced concrete layers, interconnected by rigid bonds made in the form of reinforced concrete dowels passing through a heat-insulating layer and reinforced concrete ribs placed around the perimeter of the panel, additionally equipped with at least two reinforced concrete dowels, which are placed on opposite ends of the panel, and reinforced concrete ribs in a section parallel to the panel layers, have an area defined by from the ratio of the area of the panel, the thickness of its middle layer, the coefficients of thermal conductivity of the materials of the ribs, the layers of the panel, reinforcement and insulation, as well as the required heat transfer resistance, characterized in that the coefficient of thermal conductivity of the material of the reinforced concrete dowels passing through the thermal insulation layer in 2.5 3 times higher than the coefficient of thermal conductivity of the material of reinforced concrete dowels placed on opposite ends of the panel.