книги / Светопрозрачные конструкции. (Результаты исследований)

Г О С С Т Р О Й С С С Р

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ

И СООРУЖЕНИИ

(ЦНИИПРОМЗДАНИИ)

СВЕТОПРОЗРАЧНЫЕ

КОНСТРУКЦИИ

(результаты исследований)

Под редакцией канд. техн. наук В. А. Д р о з д о в а

ИЗДАТЕЛЬСТВО ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ

М о с к в а — 1970

УДК 628.928 : 6S.024.&

В сборнике изложены основные результаты теоретических и экс­ периментальных исследований новых типов светопрозрачных кон­ струкций, которые проведены в лаборатории светопрозрачиых ограж­ дений ЦНИИПромзданий в течение двух лет. Особое внимание уде­ лено конструкциям зенитных фонарей из органического стекла, как наиболее эффективным светопрозрачным конструкциям, нашедшим уже в настоящее время широкое применение в практике строитель­ ства.

Книга предназначена для инженерно-технических работников и архитекторов.

3- 2 - 5

70—98

П Р Е Д И С Л О В И Е

Фонари и окна промышленных зданий среди других типов ограждающих конструкций занимают особое место. Помимо выполнения таких обычных функций ограждений зданий, как тепло-и звукоизоляция, эти конструкции должны пропускать световую энергию для обеспечения естественного освещения зданий. Из-за сложности конструкций фонарей и окон многие из применяемых типов светопрозрачных ограждений не удовлетворяют требованиям современного промышлен­ ного строительства. В последние годы в СССР и зару­ бежных странах появляется большое число новых кон­ структивных решений фонарей и окон с применением эффективных светопропускающих и герметизирующих материалов. Всесторонняя проверка этих предложе­ ний, изучение основных свойств новых материалов и конструкций являются основанием для определения области рационального применения новых конструкций.

В предлагаемом сборнике изложены основные ре­ зультаты теоретических и экспериментальных исследо­ ваний фонарей и окон промышленных зданий, выпол­ ненных в лаборатории светопрозрачных ограждений ЦНИИПромзданий под руководством В. А. Дроздова. Основное внимание в статьях сборника уделено резуль­ татам исследований конструкций для зенитного естест­ венного освещения.

В ЦНИИПромзданий разработаны и всесторонне исследованы оригинальные конструкции зенитных фо­ нарей с применением органического стекла. Эти конст­ рукции проверены в экспериментальном строительстве на ряде промышленных объектов. В статье «Натурные исследования зенитных фонарей из органического сте­ кла на объектах экспериментального строительства» обобщены результаты экспериментального строитель­ ства на трех первых объектах (Полтавском заводе ис­ кусственных алмазов и алмазного инструмента, машзаводе в Крыму и лаборатории Института металлургии им. А. А. Байкова). Результаты эксперимента оказались положительными, и на их основе удалось разработать более совершенные конструкции зенитных фонарей из органического стекла.

Перспективным полимерным светопропускающим

материалом являются также и стеклопластики на поли­ эфирных смолах. В статье «Исследования зенитных фонарей со светопропускающими заполнениями из стеклопластика» показано, что по своим прочностным и теплотехническим свойствам конструкции из этого ма­ териала превосходят традиционные.

В 1964 г., по предложению ЦНИИПромзданий, Гос­ строй СССР временно запретил применение стекложе­ лезобетонных конструкций в покрытиях зданий, так как обычные конструкции в процессе эксплуатации ведут себя неудовлетворительно. В статье «Исследование стекложелезобетонных панелей с эластичным слоем и типы зенитных фонарей с их применением» приведены основные результаты экспериментальных исследова­ ний новых типов панелей, в которых стеклоблоки час­ тично освобождены от совместной статической работы с бетоном. Разработанные в ЦНИИПромзданий конструк­ ции зенитных фонарей применены в экспериментальном строительстве на ряде промышленных объектов.

Большое внимание в сборнике уделено вопросам ис­ следования долговечности светопрозрачных конструк­ ций. В течение трех лет изучалась атмосферостойкость и светостойкость различных зенитных фонарей, установ­ ленных в покрытии одного из заводов, расположенных на полуострове Мангышлак Казахской ССР. Были так­ же проведены обширные экспериментальные исследова­ ния долговечности светопропускающих полимерных материалов на везерометре. Наилучшие показатели по долговечности получены для конструкций из органичес­ кого стекла.

В условиях эксплуатации светопропускающие запол­ нения зенитных фонарей криволинейного очертания имеют ряд преимуществ перед плоскими конструкциями. Однако теплопередача через криволинейные конструк­ ции и условия теплообмена у их поверхностей до настоя­ щего времени мало изучена. Статья «Некоторые вопро­ сы конвективного теплообмена в светопропускающих заполнениях криволинейного очертания», в которой изложены результаты проведенных совместно с лабора­ торией тепломассообмена НИИСФ (руководитель — д-р техн. наук П. М. Брдлик) исследований, восполняет этот пробел. Результаты изменения теплотехнических характеристик зенитных фонарей криволинейного очер­ тания при применении обдува или дополнительного обо­

4

грева подфонарного пространства, как методов борьбы с образованием конденсата на внутренней поверхности светопропускающего заполнения, изложены в статье «Влияние обдува и дополнительного обогрева подфонар­ ного пространства на теплотехнические характеристики зенитных фонарей». Экспериментальными исследовани­ ями установлено, что воздухопроницаемость стыков фонарей сильно зависит от формы и размеров уплотня­ ющих прокладок («Воздухопроницаемость стыков зе­ нитных фонарей»).

Для теплотехнических расчетов светопрозрачных конструкций важно знать достоверные значения их коэф­ фициентов пропускания суммарной солнечной радиации. В статье «Коэффициенты пропускания суммарной сол­ нечной радиации светопропускающими заполнениями зе­ нитных фонарей» приведены экспериментальные данные о коэффициентах пропускания криволинейных светопро­ пускающих заполнений, а также изложена методика оп­ ределения этих коэффициентов в натурных условиях.

В статье «О статическом расчете светопропускающих заполнений криволинейного очертания» показана .воз­ можность и целесообразность применения безмоментной теории для расчета светопропускающих заполнений из полимерных материалов.

Большое внимание в сборнике уделено вопросам ис­ следования эффективности применения светопрозрачных конструкций. Рассматриваются два аспекта этого важ­ ного вопроса.

В ЦНИИПромзданий разработан метод оценки свето­ прозрачных конструкций, основанный на сравнении по­ ступающей через конструкцию суммарной энергии, от­ несенной к единице световой энергии. Методика оценки энергетической эффективности светопрозрачных конст­ рукций и результаты оценки по этой методике солнцеза­ щитных светопропускающйх материалов приводятся в соответствующих статьях сборника.

Технико-экономическая оценка светопрозрачных кон­ струкций также имеет свои особенности. Изменение кон­ струкций фонарей влияет на технико-экономические пока­ затели здания в целом. Поэтому и определение техни­ ко-экономических показателей необходимо производить с учетом капитальных и эксплуатационных затрат на здание. В сборнике приведены методика технико-эконо­ мического сравнения фонарных и бесфонарных зданий

5

и результаты исследований (согласно этой методике) эффективности применения новых типов фонарей для естественного освещения промышленных зданий. Прове­ денные исследования убедительно показывают преиму­ щества и эффективность естественного освещения зенит­ ными фонарями.

Разработке беспереплетных вертикальных конструк­ ций из профильного стекла и изучению их основных свойств посвящена статья «Исследования светопрозрач­ ных ограждений из профильного стекла». Профильное стекло является перспективным светопропускающим изделием и в промышленном строительстве в ближай­ шие годы, по-видимому, найдет широкое применение.

Известно, что остекление является наиболее эффек­ тивным легкосбрасываемым ограждением взрывоопас­ ных производств. В статье «О работе остекления под статической и динамической нагрузками» показано, что во многих случаях при взрывах газовоздушных смесей в цехах стекло разрушается не мгновенно, и вследствие этого через него передается дополнительная нагрузка на несущие конструкции здания.

В ЦНИИПромзданий ведутся систематические инст­ рументальные наблюдения за микроклиматом бесфонарных зданий, получивших в последние годы распро­ странение в СССР. В статье «Натурные исследования микроклимата бесфонарных зданий» приведены первые результаты этих исследований. Показано, что для соз­ дания удовлетворительных условий труда необходимо всемерно совершенствовать отопительно-вентиляцион­ ное и электроосветительное оборудование зданий.

Не все проблемы, поднятые в статьях сборника, име­ ют окончательные результаты. По многим из них в ин­ ституте продолжаются исследования. Однако уже на этой стадии они представляют определенный интерес для проектных, строительных и научно-исследовательских организаций.

Все отзывы и замечания по книге просьба направлять по адресу: Москва И-238, Дмитровское шоссе, дом 606, ЦНИИПромзданий, отдел научных изданий.

Директор ЦНИИПромзданий заслуженный деятель науки и техники

К. Карташов

Кандидаты техн. наук В. А. ДРОЗДОВ, Ю. П. АЛЕКСАНДРОВ, А. Г. ГИНДОЯН, М. И. КРАСНОВ, инж. Б. П. СЕРКОВ

НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗЕНИТНЫХ ФОНАРЕЙ ИЗ ОРГАНИЧЕСКОГО СТЕКЛА

НА ОБЪЕКТАХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

В ЦНИИПромзданий разработаны новые типы конст­ рукций зенитных фонарей из полимерных материалов и, в частности, из органического стекла. Положительные результаты проведенных исследований позволили ре­ комендовать эти конструкции для применения в экспе­ риментальном строительстве на промышленных объектах. Внедрение новых типов зенитных фонарей из пластмасс потребовало решения ряда технических вопросов, связан­ ных с изготовлением и монтажом экспериментальных конструкций.

Для оценки влияния физико-климатических воздей­ ствий на элементы конструкций и микроклимат помеще­ ний объекты экспериментального строительства были выбраны в различных климатических зонах страны (табл. 1).

7

Продолжение табл. 1

Целью экспериментального строительства являлась проверка в натурных условиях физико-технических и эксплуатационных качеств зенитных фонарей из орга­ нического стекла.

1. Конструкция зенитных фонарей

Было рассмотрено несколько вариантов светопроз­ рачных конструкций из полимерных материалов и приме­ нены зенитные фонари со светопропускающими элемен­ тами в виде двухслойных куполов из органического сте­ кла с габаритными размерами 920x1250 мм. Изготовле­ ние таких элементов предусматривалось из стандартных листов органического стекла.

Несущей конструкцией фонаря является железобе­ тонная ребристая плита покрытия с двумя проемами размером 1200x1200 мм, образованными в полях между продольными и поперечными ребрами. Основные эле­ менты зенитного фонаря: стакан, опорная рама и купол. Стакан выполняет несущие, ограждающие и светонапра­ вляющие функции. Для увеличения световой активности зенитного фонаря боковые грани стакана выполнены на­ клонными.

Основание под рулонную кровлю в местах расположе­ ния стаканов выполняют в виде асфальтовой или цемент-

8

ной стяжки толщиной 15—25 мм. Для гидроизоляции откосов предусматривают не менее двух дополнительных слоев из рулонного материала кровли (т. е. при трех­ слойной кровле на откосах устраивают пять слоев). В местах примыкания к стакану гидроизоляционный ко­ вер приподнимают над уровнем кровли не менее чем на 150 мм. Гидроизоляционный ковер, наклеенный на наруж­ ные откосы стаканов, прижимают опорной рамой, служа­ щей основанием для крепления куполов. Опорную раму изготавливают из антисептированной древесины хвой­ ных пород с влажностью не более 12—15%. Для защиты опорной рамы и гидроизоляционного ковра, расположен­ ного на откосах стакана, от атмосферных воздействий устраивают фартук из оцинкованной стали толщи­ ной 0,7 мм.

Купол из органического стекла представляет собой двухслойную конструкцию с герметически замкнутой воздушной прослойкой. Толщина наружного слоя купо­ ла принята равной 5 мм, а внутреннего — 3 мм. По пе­ риметру купола предусмотрены наклонные опорные пло­ щадки шириной 30 мм.

Купола для экспериментального строительства изго­ товляли в основном по методу свободного выдувания в лаборатории светопрозрачных ограждений ЦНИИПромзданий и на экспериментальном предприятии киевского отделения ВНИИНСМ на специально приспособленных формовочных машинах.

Для создания герметичной воздушной прослойки между наружным и внутренним слоем купола их соеди­ няли между собой по периметру клеями, подбор и испы­ тания которых производили по специально разработан­ ной методике. В процессе исследований на образцах определяли оптимальные соотношения компонентов, сроки отверждения и набора прочности во времени, из­ менение прочности клеевого шва на сдвиг при воздейст­

оказался клей АСТ-Т, который и был принят для склеи­ вания большей части куполов. Клей приготавливается непосредственно перед склейкой смешиванием моно­ мера (метилметакрилата) с порошком полиметилме­ такрилата. Клей наносится с помощью шприца и хорошо заполняет зазоры. Полимеризация происходит при ком­

9

натной ^температуре в течение 15—40 мин в зависимости от соотношения смешиваемых компонентов.

Однако наряду с перечисленными выше достоинст­ вами в процессе экспериментальных склеек куполов был выявлен основной недостаток АСТ-Т — способность образовывать микротрещины на поверхности оргстекла, так называемое «серебрение». Микротрещины при склеивании возникают при одновременном действии двух факторов — агрессивной среды, растворяющей стек­ ло, и растягивающих напряжений на склеиваемой по­ верхности. Под действием растворителя поверхность оргстекла размягчается до такой степени, что его проч­ ность на поверхности становится ниже растягивающих напряжений, которые возникают при изготовлении лис­ тов и формовании оболочек. Для удаления паров мономе­ ра и осушения воздушной прослойки двухслойных купо­ лов полость между оболочками склеенного купола проду­ вали осушенным воздухом через специальные отверстия, после чего в нее засыпали гранулы селикагеля.

2. Объекты экспериментального строительства

Завод искусственных алмазов и алмазного инстру­ мента в г. Полтаве явился первым в СССР промышлен­ ным предприятием, где для естественного освещения применены зенитные фонари из органического стекла.

Естественное освещение помещений корпуса осуще­ ствляется также с помощью бокового ленточного остекле­ ния. Однако для большинства помещений основным источником естественного освещения являются зенитные фонари (рис. 1). В покрытии производственного корпуса эти фонари располагают равномерно с осевым шагом в продольном и поперечном направлении около 3 м. Осно­ ванием металлических стаканов фонарей служат железо­ бетонные плиты с двумя проемами. Всего в покрытии корпуса установлено 1500 куполов (рис. 2).

Лабораторные корпуса института металлургии им. А. А. Байкова являются пристройками к зданию инсти­ тута. Единственно возможный вариант освещения этих помещений — зенитные фонари, располагаемые в пок­ рытии. Проект строительной части лабораторных кор­ пусов разработан Гипронии. С помощью зенитных фонарей обеспечено естественное освещение четырех лабораторных корпусов, размеры каждого из которых

10