Ko dar nežinojote apie daugiasluoksnes konstrukcines plokštes. III dalis

Daugiasluoksnės konstrukcinės plokštės (angl. sandwich panels) gaminamos pagal pažangiausias gamybos technologijas (angl. Advanced Structural Technology). „Paroc Panel System" nuosekliai tobulina nuo sprogimo bangos atsiskiriančių sienų sistemą, sėkmingai spręsdama tokiam konstruktyvui keliamų priešgaisrinės saugos reikalavimų problemą. Straipsnyje pateikiamos sąvokos ir akcentuojami pagrindiniai momentai, papildant STR 2.02.07:2004 reikalavimus ir pateikiant galimus sprendimus.

Per pastaruosius 20 metų dulkių ir dujų mišinių sprogimai pramonėje nusinešė tūkstančius gyvybių visame pasaulyje ir draudimo bendrovėms kainavo šimtus milijonų dolerių. Kiekvienais metais pramonėje įvyksta vidutiniškai 50 didesnių ir mažesnių sprogimų, pradedant nežymiais ir baigiant visiškai sugriaunančiais pastatus. Nepaisant to, tai turbūt bene mažiausiai ištirta grėsmė pramoniniams pastatams.

Sprogimų tipai, stiprumas ir poveikis

Galima įvardyti du pagrindinius sprogimų tipus pramoniniuose pastatuose – tai dulkių ir dujų sprogimai. Sprogimų intensyvumas taip pat būna skirtingas: užsidegus dujų ar dulkių oro mišiniui, ugnies plitimo greitis gali svyruoti nuo kelių m/s iki kelių šimtų (sprogimas) ar net kelių tūkstančių m/s (detonacija). Sprogimo bangos sukeltas slėgis taip pat svyruoja nuo kelių kPa iki kelių tūkstančių kPa.

Sprogimo stiprumas priklauso nuo daugelio veiksnių: dulkių (dujų) medžiagos degumo (degimo metu išsiskiriančios energijos kiekio), dulkių (dujų) ir oro mišinio debesies dydžio ir tolygumo, patalpos dydžio ir formos, dulkių (dujų) koncentracijos ore, užsidegimo šaltinio stiprumo ir padėties, patalpos sandarumo ir t. t.

Labai svarbi patalpų forma ir jose esančių objektų dydis, forma bei kiekis. Pavojingiausios pailgos formos ir sandarios su daug kliūčių (įrenginių, vamzdynų ir t. t.) patalpos. Kai susidaro sprogi terpė ir ji užsidega, degančios dujos plečiasi ir vis greičiau stumia dar neužsidegusių dujų (dulkių) mišinį išilgai patalpos ašies. Patalpoje esančios kliūtys sukelia turbulenciją, o tai dar labiau intensyvina degimą ir didina sprogimo greitį. Sprogimas gali pereiti į detonavimą ir visiškai sugriauti pastatą.

Sprogimo sukelto slėgio apkrova per atitvarus (sienas ir perdangas) persiduoda laikančiosioms konstrukcijoms ir jas suardo. Taip sugriaunamas pastatas.

Lengvai nuo smūgių atsiskiriančios sienos

Vienas iš būdų sumažinti sprogimo poveikį pastatui yra lengvai nuo smūgių atsiskiriančios sienos – savotiški vožtuvai, neleidžiantys susidaryti kritiniam slėgiui. Jie yra analogiški apsauginiams vožtuvams aukšto slėgio induose. Įvykus sprogimui, dalis sienų plokščių dėl padidėjusio slėgio apkrovos turi atsiskirti nuo karkaso ir atsivėrusi ertmė leis pašalinti slėgio perteklių į išorę. Taip konstrukcijos bus apsaugotos nuo suardymo.

Pagal Europos normų (ENV 1991-2-7) reikalavimus visos pastato laikančiosios konstrukcijos turi atlaikyti sprogimo sukelto slėgio skaičiuojamąją apkrovą pd=20 kN/m2. Patalpose su lengvai atsiskiriančiomis sienomis laikančiosios konstrukcijos turi atlaikyti nominalų išskirstytą statinį slėgį pd pagal išraišką 1 arba 2 (parenkama pagal didesnį):

pd = 3 + pv (1)
pd = 3 + pv/2 + 0,04/(Av/V)2 (2)
pv – vienodai išskirstytas statinis slėgis, kuriam esant nukrinta lengvai atsiskiriančios sienos (kN/m2 )
Av – lengvai atsiskiriančių sienų plotas (m2)
V − patalpos tūris (m3)

Nuo smūgio atsiskiriančių sienų ir patalpos tūrio santykis turi tenkinti trečią sąlygą:

0,05(1/m)≤Av/V≤0,15(1/m) (3);

Šios išraiškos galioja patalpoms, kurių tūris nedidesnis nei 1 000 m3.

Lengvai atsiskiriančių sienų plokščių duomenų skaičiavimas

Lengvai atsiskiriančių sienų plokščių rodikliai visų pirma turi būti skaičiuojami pagal eksploatacines apkrovas: vėjo slėgį, siurbimą, temperatūrų apkrovas, t. y. jos turi atlikti savo pagrindinę atitvaro funkciją. Tada skaičiuojama sprogimo atveju išryškėjanti atsiskiriančių sienų plokščių laikanti galia – esant tam tikram slėgiui iš vidaus jos turi netekti laikančios galios ir atitrūkti nuo laikančiųjų konstrukcijų. Dažniausiai praktikoje skaičiuojama, kad suirimas turėtų įvykti esant 3kPa vidiniam slėgiui. Suirimo mechanizmas atrodo taip – veikiant slėgio apkrovai vidinis plokštės lakštas gniuždomas ir suklumpa, plokštė nebeveikia kaip kompozicinis elementas. Dabar abu jos dengiantys plieno lakštai veikia kaip vantinė konstrukcija, t. y. juose atsirado tempimo įrąžos. Veikiant tempimui tvirtinimo elementai nuglemžia plokštės išorinį ir vidinį plieno lakštą ir plokštė atitrūksta nuo laikančiosios konstrukcijos.

Atsiskiriančių plokščių išdėstymas ir tvirtinimas

Pagal normų reikalavimus apskaičiavus reikalingą atsiskiriančios sienos dalies plotą, plokštes reikia išdėstyti pastato fasaduose.

Lengvai atsiskiriančias plokštes reikėtų grupuoti bent jau po keturis vienetus, nes siūlė tarp plokščių yra pakankamai standi, ir tam, kad iš vienos sienos išsprūstų viena ar dvi plokštės, reikia daug didesnės apkrovos.

Lengvai atsiskiriančių plokščių grupės neturėtų būti išdėstomos pastato kampuose (čia jas veikia žymiai didesnė vėjo siurbimo apkrova), cokolio ir parapeto zonose (dažniausiai plokštės būna pakankamai standžiai sujungiamos su parapetu ir cokoliu, tai trukdo joms atitrūkti). Skardinimo elementai tarp lengvai atsiskiriančių ir stacionarių plokščių taip pat turėtų būti atskiri.

Kad atitrūkusios plokštės nenukristų ir nesužalotų apačioje esančių žmonių, kiekviena jų grupė lanksčiai tvirtinama prie laikančiosios konstrukcijos.

Plokštės tvirtinamos plieniniu trosu (mažiausiai 8 mm skersmens), ties kiekviena plokšte paliekant 50 cm ilgio kilpą laisvumui.

Dažnai pasitaiko situacijų, kai plokštės tarpatramis yra nedidelis ir plokštės laikančioji galia yra pakankama, kad atlaikytų sprogimo bangos skaičiuojamąjį slėgį (slėgį, kuriam esant plokštės turėtų būti nuplėštos, – 2–3 kPa).

Šiuo atveju galima susilpninti kompozicinės plokštės laikančiąją galią, žinoma, ji turi būti pakankama, kad atlaikytų eksploatacines apkrovas. Tam reikia susilpninti (įpjauti) plokštės vidinį plieno lakštą. Paprastai esant išskirstytai apkrovai vidutinio ir didelio ilgio kompozitinės plokštės praranda laikančiąją galią, kai suklumpa gniuždomas plieno lakštas. Kai veikia išorinis vėjo slėgis, gniuždomas išorinis, neįpjautas plieno lakštas, tad plokštės laikančioji galia išlieka praktiškai nepakitusi. Kai veikia vidinis (sprogimo sukeltas) slėgis, gniuždomas vidinis, susilpnintas plieno lakštas. Taigi įpjovos ilgis sprogimo atveju nulemia plokštės laikančiąją galią. Pagal nustatytą vidinį slėgį (kuriam veikiant plokštės turėtų atitrūkti) apskaičiuojamas reikalingas vidinio lakšto įpjovos ilgis. Skaičiuojant būtina atsižvelgti į ilgalaikį kompozitinių plokščių laikančiosios galios mažėjimą laikui bėgant.

„Paroc AST“ gamybos technologija garantuoja, kad sukibimo tarp akmens vatos ir plieno lakšto stipris bet kuriame pjūvyje yra ne mažesnis nei 150 kPa. Tai yra pagrindinė sąlyga, leidžianti modeliuoti tokio tipo nuo sprogimo bangos atsiskiriančių sienų plokštes.

Stacionarios plokštės

Dažniausiai skaičiuojama, kad visos kitos stacionarios, sprogią patalpą ribojančios sieninės plokštės turi atlaikyti didesnį – 5 kPa – vidinį slėgį. Kitaip tariant, turi nukristi tik lengvai atsiskiriančios plokštės, visos kitos turi likti savo vietose. Turi būti patikrinta jų laikančioji galia tokiai apkrovai. Prireikia daug daugiau tvirtinimo elementų (varžtų, smeigių), papildomų apkabų. Esant dideliam tarpatramiui, gali prireikti jį sumažinti, įrengiant papildomas sijas plokštėms tvirtinti.

Liutauras Bajarskas,
„Paroc Panel System“ projektų inžinierius