Изделия из алюминия

Изделия из алюминия в соответствии со СНиП II-24-74 применяют для строительства и реконструкции зданий и сооружений в качестве несущих и ограждающих конструкциях с целью значительного снижения массы, а также обеспечения повышенных архитектурных требований и надежности эксплуатации за счет повышенной коррозионной стойкости, сохранения прочностных характеристик при низких температурах, отсутствия искрообразования и магнитных свойств.

Содержание  статьи:

1. Алюминий в строительстве

2. Изделия из алюминия (Алюминиевые строительные конструкции из сплавов).

3. Изготовление алюминиевых конструкций 

4. Алюминиевые фасады

Алюминий по объему производства занимает среди металлов первое место после стали. Быстрый рост его производства сопровождается снижением себестоимости и ростом использования в строительстве. В конструкциях и изделиях алюминий применяют главным образом в виде сплавов, которые отличаются малой плотностью, достаточно высокой прочностью и коррозионной стойкостью особенно в агрессивных средах, а также повышенными пластическими характеристиками при низких температурах.

Таблица-1. Физико-механические свойства алюминиевых сплавов, рекомендуемые для строительных конструкций и изделий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изготовление алюминиевых конструкций

Изделия и конструкции из алюминиевых сплавов при ударе не дают искр, обладают антимагнитностью, огне и сейсмостойкостью. Они экономичны по профилю имеют хороший внешний вид и не требуют дополнительной отделки лицевой поверхности, легко обрабатываются резанием. Алюминиевые сплавы применяют в ограждающих и несущих конструкциях, для окон, дверей, солнцезащитных дверей и др.

Высокая стоимость алюминиевых сплавов к коррозии позволяет назначать минимальную толщину элементов конструкций, работающих в агрессивной среде, соответствующую требованиям прочности или устойчивости, а не требованиям защиты против коррозии. Небольшая масса несущих конструкций дает возможность уменьшать размеры и массу поддерживающих элементов (колонн и фундаментов), сокращать транспортные расходы, шире применять новые виды подъемно-транспортных средств.

Высокая хладостойкость алюминиевых сплавов имеет большое значение для строительства в северных и восточных  районах. Недостатки алюминиевых сплавов являются следующими:

1. Сравнительно низкий модуль упругости ( 7,1 х 10⁴ МПа)
2. Высокий коэффициент линейного расширения (21·10^-6…26·10^-6 град ^-1).

3. Относительная сложность выполнения соединений.

Вследствие сравнительно низкого модуля упругости необходимо принимать специальные меры для обеспечения жесткости, общей и местной устойчивости элементов конструкций. К числу таких мер относятся, в частности, выбор и разработка новых систем сооружений, имеющих повышенную жесткость. Однако пониженный модуль упругости является дополнительным отрицательным фактором влекущим за собой снижение сейсмостойкости алюминиевых конструкций.

Таблица-2. Профили алюминиевых сплавов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение таблицы-2.

Высокий коэффициент линейного расширения может быть учтен при проектировании конструкций опор, ферм и деформационных швов в конструкциях. Выполнение соединений можно упростить, увеличив размеры прокатных листов, применив длинные крупногабаритные профили, прессованные панели или высокопрочные болты.

Не следует ограничивать применение алюминиевых сплавов в строительных конструкциях из-за их недостатков. Применением алюминиевых сплавов можно уменьшить массу стен и кровли в 10…80 раз, сократить трудоемкость монтажа и его сроки в 2…3 раза, затраты на ремонт зданий в 2…3 раза. Учитывая перспективу снижения стоимости полуфабрикатов на заводах, стоимость изделий и сооружений из алюминиевых сплавов будет значительно снижена.

По способу производства алюминиевые сплавы подразделяются на четыре группы:

1. Деформируемые-для изготовления полуфабрикатов при помощи обработки под давлением.

2. Литые-для производства фасонных отливок.

3. Спекаемые-для изготовления полуфабрикатов и изделий из порошков.

4. Пено-алюминиевые.

В свою очередь деформируемые сплавы также делятся на два вида:-неупрочненные и упрочненные термической обработкой. Их чаще других применяют в строительном производстве. Способом ковки и штамповки из них изготовляют листы, прессованные профили, трубы, прутки и другие детали. Для изготовления строительных конструкций в зависимости от марки сплава рекомендуется применять следующие алюминиевые полуфабрикаты:

1. Листы -АД1 и АМц;

2. Листы, плиты,трубы-АМг2; прутки,

3. Профили, трубы -АД31 и 1915;
4. Профили, трубы-1925.

Алюминиевые фасады

В соответствии со СНиП II-24-74 алюминиевые фасады применяют для строительства и реконструкции зданий и сооружений в качестве ограждающих и несущих конструкциях при соответствующем технико-экономическом обосновании в следующих случаях:
1. При необходимости значительного снижения массы ограждающих и несущих конструкций зданий и сооружений, например в сейсмических и труднодоступных районах.

2. С целью обеспечения повышенных архитектурных требований к конструкциям зданий и сооружений.

3. Для строительства зданий и сооружений в отдаленных подрайонах северной строительно-климатической зоны.

4. При необходимости обеспечения надежности эксплуатации конструкций за счет повышенной коррозионной стойкости, сохранения прочностных характеристик при низких температурах, отсутствия искрообразования и магнитных свойств.

Легкие стеновые алюминиевые навесные панели

 

 

 

 

 

 

Высокая эффективность использования легких стеновых алюминиевых навесных панелей в строительном производстве обусловлена рядом фактором:

1. Возможностью улучшения теплоизоляции наружных стен путем применения наиболее рациональных теплоизоляционных материалов, что обеспечивает экономию за счет снижения расхода на отопление зданий в процессе эксплуатации.

2. Увеличением полезной кубатуры здания за счет более теплых и тонких стен.

3. Выбором способа монтажа стен изнутри здания без применения дорогостоящих лесов.

4. Исключением мокрых процессов при производстве монтажных работ.

5. Экономией средств за счет покраски навесных стен в процессе эксплуатации.

6. Облегчением конструкций зданий и фундамента за счет снижения массы навесной стены.

7. Минимальным количеством работ по заделке стыков между панелями.

8. Максимальным снижением стоимости панелей за счет организации изготовления их на высокомеханизированных заводах.

9. Выбором разнообразной декоративной отделки наружных стеновых панелей.

Каркасные алюминиевые  панели представляют собой полносборные заводские изделия с отделкой хорошего качества, антикоррозионной защитой, высоким классом точности, что выгодно отличает их от других видов стеновых панелей и является неоспоримым преимуществом для выполнения высококачественных монтажных работ в сжатые сроки.

По конструктивному решению каркасы стеновых панелей наиболее эффективны с вставной облицовкой из штампованного или формованного алюминия. Для обшивок трехслойных панелей приняты листы из алюминиевых сплавов толщиной 0,8 мм( допускается до 1,5 мм). Слой утеплителя определяется оптимальным термическим сопротивлением, обеспечивающим экономичность конструкций.

Легкие алюминиевые ограждения панельного типа состоят из двух наружных тонких листов алюминия, между которыми прокладывается утеплитель. Панель по контуру в большинстве случаев имеет окаймляющие ребра. Один из способов повышения устойчивости тонкого листа -его профилирование. Такие панели состоят из каркаса и гофрированной верхней обшивки, укладываемой  по продольным ребрам или по специальной балочной обрешетке.

Длина волнистых листов колеблется от 3 до 7 м, ширина 1,06 и 1,25 м а также 1,35 м. Толщина 0,8 ; 1; 1,2; 1,5; 1,8 и 2 мм.Высота и шаг волны соответственно 35 и 125 мм. В качестве утеплителя применяют обычно минераловатные плиты.Учитывая что стоимость профилированных листов на 20…30 % выше гладких, разработаны клеевые трехслойные панели типа «сандвич » с применением верхних гладких листов, жесткость которых обеспечивается приклеиванием их к утеплителю из жесткого пенопласта.

В этом случае утеплитель  участвует в работе конструкции. Размеры панелей 180 х 1500 х 5000 мм. Обрамление стеновой панели со средним слоем из полистирольного и фенольного пенопласта принимают из гнутых клеефанерных или пластмассовых швеллеров. Соединение обшивок с обрамлением выполняется с помощью завальцовки. Надежность клеевых соединений алюминиевых листов обшивки со слоем утеплителя можно повысить, придавая листу небольшое профилирование с волной  порядка 1,5 …2 мм и перенеся вспенивание утеплителя в саму панель.

Для ограждения одноэтажных производственных и жилых зданий в северных районах страны применяют стеновые панели размером 1,32 х 3,5 и 4,5 мм с верхней и нижней обшивки  из алюминиевого листа толщиной 1.5 мм. Утеплителем служит эластичный пенополиуретан плотностью 40 кг/м³ и толщиной 150 мм.

Панели для покрытия ангаров

 

 

 

 

 

 

Для покрытия ангаров применяют панели размером 3 х 12 м, состоящие из стального каркаса (гнутый профиль) усиленного шпренгелем и алюминиевой мембраны  из листа толщиной 0,8 мм, которая поперечными элементами разбивается на четыре ячейки размером 3 х 3 м. соединение мембраны с каркасом осуществляется алюминиевыми заклепками. Используют утеплитель в виде плит ПСБ толщиной 40 мм.

Предварительно напряженная обшивка резко увеличивает жесткость панели в целом а также жесткость собственно листа между поперечными ребрами, что позволяет увеличивать расстояние между ними. Предварительное напряжение помогает ликвидировать технологические несовершенства листового алюминия. Разработаны три способа придания обшивкам предварительного напряжения: изгибный. линейный и распорный.

При изгибном способе вначале изгибают каркас, затем к нему приваривают нижнюю и верхнюю обшивки, затем специальным приспособлением приводят каркас с обшивками в плоское положение , отчего в обшивках возникают предварительные растягивающие напряжения.

При линейном способе натягивается одна верхняя обшивка при помощи специальной щеколды. При распорном способе напряжение в обшивках достигается ввинчиванием болта, при этом обшивка втягивается внутрь ячеек. Такой способ позволяет не делать отверстий под болты в наружной обшивке.

Кровельные панели

Кровельные панели выпускают следующих размеров (м): 3 х 12; 1,5 х 12; 3 х 6 и 1,5 х 6, а стеновые -1,2 х 12; 1,8 х 12; 1,2 х 6; 1,8 х 6. панели состоят из двух щитов, соединенных с помощью решетки. Каждый щит в свою очередь состоит из каркаса и прикрепленной к нему точечной сваркой обшивки толщиной 1 мм( верхняя обшивка) и 0,8 мм( нижняя обшивка). Между уголками и стенками  каркаса ставят прокладки из прессованного картона, обе стороны которых смазывают эпоксидным клеем.

В качестве утеплителя применяют стекловатные маты. Расход алюминия в кровельных панелях 10…11 кг/м², в стеновых-8…9 кг/м².

Несущие конструкции

 

 

 

 

 

 

Несущие конструкции из алюминиевых сплавов эффективно применять в промышленных зданиях с агрессивными средами, возводимых в отдельных районах страны, а также в районах с высокой сейсмичностью. В этом случае уменьшение собственной массы конструкции резко сокращает сейсмические  нагрузки на здание в целом и исключает возможность разрушения расположенных ниже несущих конструкций, выполненных из более тяжелых материалов.

Хорошо себя зарекомендовали покрытия больше пролетных гражданских и промышленных зданий, выполняющие несущие и ограждающие функции, в виде листовых оболочек, а также покрытия в виде пространственной решетчатой конструкции. Они легче и экономичнее равновеликих покрытий обычной конструкции.

Окна,балконные двери, витражи и витрины

 

 

 

 

 

 

Окна,балконные двери, витражи и витрины изготовляют в соответствии с ГОСТ 21519-84. Они предназначены для устройства каркасно-филенчатых конструкций стеновых ограждений жилых, общественных и производственных зданий. Окна, балконные двери, витражи и витрины классифицируются по назначению, конструкции, виду филенок, заполняющих каркас и створные элементы, а также по степени заводской готовности.

По назначению различают изделия для жилых, общественных и производственных зданий. По конструкции каркаса различают одинарные, одинарные из комбинированных профилей, спаренные и раздельные. Комбинированный профиль состоит из двух наружных алюминиевых профилей и находящегося между ними вкладыша из материала малой теплопроводности.

По виду филенок заполняющих каркас и створные элементы, изделия подразделяют на светопрозрачные( одно, двух- и трехслойные). А также не светопрозрачные (одно- и многослойные), комбинированные (включающие сочетание свето-несветопрозрачных филенок). По степени заводской готовности изделия бывают рамные, линейные и рамно-линейные.

Створные элементы окон, балконных дверей, витражей и витрин (фрамуги, створки и дверные полотна) по степени открывания подразделяют на неоткрываемые, распашные, верхнеподвесные, нижнеподвесные, комбинированные, среднеподвесные, среднеповоротные, подъемно-опускные, раздвижные и складывающиеся.

Вкладыши для комбинированных профилей изготовляют из материалов которые могут обеспечивать прочность и долговечность а также теплоизоляционные свойства каркасов. Для вкладышей применяют текстолит по ГОСТ 16338-85*Е. Разработаны рабочие чертежи для  алюминиевых оконных блоков (альбомы 896-70 и 1033-70).

Ширина проемов 620…1820 мм и высота 620…1220 мм. Блоки изготовляют из длинных профильных полос. Для увеличения жесткости и уменьшения теплопроводности вместо открытых профилей часто используют закрытые или пустотелые. Путем выдавливания алюминия легко получить прессованные профили профили самых сложных форм.

Из всего многообразия конструктивных решений систем подвижных элементов оконных переплетов наибольшее распространение получили створные открывающиеся переплеты со средним импостом и без него, среднеподвесные, поворотные на средней вертикальной оси с опрокидывающимися, открытыми и с параллельно выдвижными на фасад створками.Все соединения переплетов выполняют сварными (сварка преимущественно контактная).

Профили из алюминия очень экономичны, сечения их меньше чем деревянных. Это повышает светопропускную способность и улучшает внешний вид окон. Алюминиевые детали пустотелые и имеют небольшое сечение, масса их створок не больше чем у деревянных. Щели и зазоры в них небольшие, так как алюминий не разбухает и не коробиться подобно древесине. Поэтому воздухопроницаемость их в два раза меньше а срок службы в два раза продолжительнее чем деревянных, при малых эксплуатационных затратах. Анодированные алюминиевые блоки не окрашивают.

Алюминиевые блоки дороже деревянных, однако благодаря более длительному сроку службы и уменьшению расходов на окраску стоимость их эксплуатации во много раз  меньше, чем деревянных. Ажурные тщательно отделанные переплеты придают окнам красивый вид. Витражами называют навесные стены со сплошным остеклением.

Их применение позволяет создавать хорошие интерьеры и улучшает внешний вид здания, упрощает решение ряда вопросов, связанных с эксплуатацией ограждающих конструкций и ограждающих ими помещений. Наименьший расход алюминия на единицу площади имеют витражи с подвесным каркасом или двухслойным остеклением.

Раздвижные конструкции с окатными стеклопакетами неэффективны ввиду перерасхода алюминия. Увеличение высоты витражей приводит к повышению расхода алюминиевых сплавов из-за высокой деформативности конструкций. Его можно сократить в каркасе высоких витражей до 10 кг на 1 м², применяя стальной несущий элемент импоста.

Покрытия из алюминиевых сплавов

 

 

 

 

 

 

 

 

Покрытия из алюминиевых сплавов в зависимости от назначения зданий могут быть плоскими, скатными, купольными в виде сводов решетчатой пространственной конструкции. Эффективность их применения определяется :

1. Облегчением  а следовательно и удешевлением остальных несущих конструкций, уменьшением затрат за счет исключения работ по устройству рубероидного ковра на битумной мастике,

2. Уменьшением эксплуатационных расходов за счет исключения частых текущих и капитальных  ремонтов кровли, использованием покрытий на предприятиях с агрессивными средствами.

3. Способностью отражать солнечные лучи, что имеет значение для южных районов страны а также высокой индустриальностью изготовления и монтажа.

Сравнительные данные показывают что масса 1 м² панели из алюминиевого сплава Д16-Т размером 1,5 х 6 м из несущего гнутого листа толщиной 1,5 мм, утепленного слоем пенопласта  ПХВ-1( ρ=100 кг/м³, λ=0,041 Вт/(м·°С) толщиной 4 см, стянутого алюминиевыми болтами с верхним водоизоляционным листом толщиной 0,5 мм из сплава  АМг2П, составляет 11,2 кг.

Железобетонные плиты ПКЛ размером 1,5 х 6 м с утеплителем из пенобетона и с трехслойным изоляционным ковром имеют массу 1 м² по 261 кг. Следовательно масса алюминиевых плит ограждения в 24 раза меньше железобетонных, что значительно удешевляет и облегчает конструкцию здания.Панели покрытия из рулонных алюминиевых листов с предварительно напряженными обшивками размером 3000 х 3000 х 1750 мм и массой 2000 кг выпускают серийно.

Они предназначены для покрытия отапливаемых производственных и гражданских зданий. Эти панели состоят из двух ферм, соединенных между собой по верхнему и нижнему поясам поперечными по которым располагаются обшивки. Нижний напрягаемый лист включается в работу растянутого пояса и обеспечивает общую устойчивость конструкции в процессе сборки и эксплуатации.

Для включения верхней обшивки в работу сжатого пояса ее прикрепляют к каркасу после предварительного растяжения, что обеспечивает жесткость и устойчивость тонкого листа при работе на сжатие. Верхняя обшивка служит одновременно гидроизолирующим слоем, а нижняя выполняет функции подвесного потолка.

Предварительное натяжение обшивок позволяет резко увеличивать жесткость панели, снизить расход алюминия, максимально используя прочностные свойства материала, повысить надежность конструкции, упростить и ускорить монтаж покрытия. Панель выполняется из наиболее дешевых рулонных листов и прессованных уголков. Она позволяет перекрывать пролеты до 30 м и более без устройства несущих элементов шатра. Расход алюминиевых сплавов на 1 м² панели составляет 12 кг.

Подвесные потолки

 

 

 

 

 

 

 

Подвесные потолки из алюминиевых сплавов рационально применять в цехах точных производств для защиты людей от шума, а также в общественных зданиях и сооружениях как декоративные, акустические и эстетические конструкции. Такие потолки позволяют скрыть за ними все сантехнические и электротехнические коммуникации и светильники. Они придают помещениям красивый вид и снижают затраты на ремонт.

Подвесной потолок выполняют из горизонтального несущего каркаса, который подвешивается на специальных регулируемых тяжах к строительным или междуэтажным конструкциям здания, который образует решетку с необходимым пролетом. Основной несущий каркас заполняют материалами, отвечающими функциональному назначению подвесного потолка.

Конструктивную решетку выполняют из алюминиевого сплава АВ-1 в виде профилей таврового сечения. Конструкция тяжей дает возможность регулировать высоту подвески каркаса, выверять горизонтальность потолка, а также устраивать проходной подвесной потолок. Для устройства подвесного потолка :

1. Из ленточного заполнения основного несущего каркаса рулонным гофрированным светопрозрачным материалом из полимерной пленки на 1 м² расходуется 0,95 кг алюминиевого сплава и 0,18 кг стали. Основной несущий каркас изготовляют из прессованных алюминиевых профилей, крестовины литые -из алюминиевого сплава.

2. Из крупных панелей, изготовляемых из звукопоглощающих, несгораемых и декоративных материалов, на 1 м² расходуется 1,27 кг алюминиевых сплавов  и 0,18 кг стали . Основной несущий каркас выполняется таким же, а подвески -стальные.

3. Из звукопоглощающих мелкоштучных плиток при открытом или закрытом каркасе расходуется на 1 м² потолка 1,94 кг алюминиевых сплавов и 0,24 кг стали.