Сотовые и гофрированные алюминиевые панели: как выбрать сердечник

Две алюминиевые фасадные панели могут иметь одинаковую массу, одинаковую цену и одинаковую отделку — и вести себя на стене совершенно по-разному: всё решает то, что внутри. Сотовая панель и панель с гофрированным сердечником — это сэндвичи: две тонкие алюминиевые обшивки, склеенные с существенно более толстым сердечником. Сердечник почти не работает на растяжение и сжатие и работает полностью на сдвиг. Разведите обшивки — и панель перестанет изгибаться.

Эта одна мысль объясняет почти все решения по спецификации: почему панель толщиной 20 мм может быть жёстче сплошного листа 3 мм при меньшей массе, почему большая плоская панель «волнит» там, где тонкий лист — нет, и почему панель, отличная в одном направлении пролёта, оказывается слабой в другом. В этом руководстве — четыре конструкции, между которыми придётся выбирать, и детали (кромки, крепления, водоотвод), от которых зависит, проживёт ли выбор десять лет под погодой. Отделки описаны в нашем руководстве по отделкам и цветам, а классы огнестойкости — в сравнении по пожарной безопасности.

Зачем вообще сердечник в панели

Жёсткость плоской пластины на изгиб растёт как куб её толщины. Значит, сплошной лист должен быть толстым, а толщина прямо пропорционально увеличивает массу: плотность алюминия около 2 700 кг/м³, то есть сплошной лист 3 мм весит примерно 8,1 кг/м² ещё без отделки.

Склейте две обшивки по 0,5 мм через сердечник 20 мм — и арифметика меняется. Тот же 1 мм алюминия распределён по толщине 21 мм, и теоретическая жёсткость сечения на изгиб возрастает более чем на два порядка при доле массы. На практике сердечник сам деформируется на сдвиг, поэтому реальный выигрыш меньше — именно поэтому пролёт сэндвич-панели нужно рассчитывать, а не предполагать, и поэтому тип сердечника важен не меньше его толщины.

Четыре конструкции, между которыми придётся выбирать

Таблица ниже — это шорт-лист. Всё остальное (цвет, модуль, тип крепления) следует из того, в какую строку попадает проект.

Читайте первый и последний столбцы вместе — обычно они и определяют проект. Сплошной лист верен, когда панель нужно отгнуть в трёхмерную форму, когда её кромки видны или когда модуль настолько мал, что жёсткость вообще не является определяющим фактором. Композитная панель верна, когда панель крупная и плоская, когда важна масса и когда пролёт нельзя сократить.

Гофрированный сердечник: дешёвая жёсткость в одном направлении

Гофрированная панель имеет трапециевидный, синусоидальный или линейный сердечник из алюминиевой фольги, обычно 0,3–0,5 мм, склеенный между двумя тонкими обшивками. Это самый быстрый и дешёвый способ разнести обшивки, и для длинного плоского пояса облицовки он часто оказывается правильным инженерным ответом.

Подвох — в направлении. Гофры несут нагрузку вдоль своей длины и почти ничего не дают поперёк, поэтому панель жёсткая в одну сторону и мягкая в другую. Отсюда три следствия:

• Сердечник должен идти поперёк пролёта. Ставьте направление гофр перпендикулярно опорам и не позволяйте разворачивать ту же панель на площадке без проверки расчётом.
• Опоры идут в одном направлении. Длинные горизонтальные пояса, фасадные ленты и подшивки подходят для гофрированного сердечника. Крупная квадратная панель с пролётом в двух направлениях — нет.
• Сосредоточенные нагрузки требуют подкладки. У крепления, попавшего между гофрами, за собой ничего нет, что держало бы вырыв. Либо крепление садится на ребро или на несущий профиль, либо сердечник локально заполняют наглухо.

Задавайте направление сердечника на чертеже панели, а не только в общем примечании, и маркируйте его на самой панели. Это как раз то, что очевидно в проектном отделе и невидимо на лесах.

Сотовый сердечник: плоскостность и нагрузка в любом направлении

Алюминиевые соты — шестигранная ячеистая структура из фольги толщиной 0,05–0,07 мм, обычно с ячейкой 6, 10 или 19 мм. Поскольку ячейки поддерживают друг друга во всех направлениях, жёсткость панели на изгиб почти однородна в плоскости — именно это позволяет крупной квадратной панели работать на пролёт в двух направлениях без видимой слабой оси.

Соты обычно покупают по одной из двух причин. Первая — плоскостность: крупная панель с плотным сердечником сопротивляется местной потере устойчивости, из-за которой тонкий сплошной лист выглядит волнистым. Вторая — локальная нагрузка: с залитой втулкой сотовая панель принимает крепление или сосредоточенную нагрузку почти в любом месте, чего гофрированный сердечник обещать не может. Втулка распределяет нагрузку в сердечник; панель не становится прочнее «под болтом», как лист 6 мм, но ведёт себя предсказуемо.

Платить приходится ценой и обработкой кромки. Соты дороже гофрированного сердечника той же толщины, а открытые ячейки на кромке панели нужно закрывать — отгибом, П-образным профилем или сплошной вставкой. Открытая сотовая кромка — это ряд маленьких трубок, направленных навстречу погоде.

Плоскостность, тепловой изгиб и «эффект жестяной банки»

Когда крупная плоская панель «волнит» на солнце, это обычно не производственный дефект, а разница перемещений. Алюминий расширяется примерно на 23 × 10^-6 на °C, поэтому лицевой лист длиной 1,5 м удлиняется примерно на 0,9 мм при нагреве на 25 °C. Если лицо нагревается быстрее сердечника или крепления слишком жёстко фиксируют панель, этому миллиметру нужно куда-то уйти — и единственное доступное направление — из плоскости.

Четыре вещи удерживают крупную панель плоской в эксплуатации:

• Сердечник, сопротивляющийся местной потере устойчивости — соты или более плотный гофрированный сердечник, а не пустая полость.
• Модуль, соответствующий толщине. Удвоение размера панели в плане при сохранении толщины — самая частая причина видимой волнистости.
• Плавающие крепления. Одна фиксированная точка на панель, остальные — овальные или увеличенные отверстия, чтобы панель двигалась, а не выгибалась собственными креплениями.
• Ровная температура поверхности. Вентилируемая или вентилируемая сзади полость отводит тепло из сечения, а светлый цвет снижает пик, который лицо вообще видит.

Плоскостность обычно задают допуском на метр и измеряют на установленной панели в её рабочем положении. Какая бы цифра ни была записана, договоритесь, как и когда её будут измерять: панель, оценённая лёжа на солнце после полудня, не пройдёт допуск, который спокойно выполняет на стене.

Пожарная безопасность: что такое панель класса A2

В композитной фасадной панели класс огнестойкости определяет сердечник, а не обшивка. Полиэтиленовый сердечник горюч и добавляет топливо к фасадному пожару; алюминиевый сотовый или гофрированный сердечник — металл и гореть не может; минеральный сердечник наполнен материалом, который при нагреве выделяет воду и подавляет реакцию.

На большинстве высотных и общественных фасадов в спецификацию записывают требование A2-s1,d0 по EN 13501-1 или A2 по GB 8624-2012. Про этот класс стоит прямо сказать две вещи, поскольку на площадке их часто понимают неверно:

• A2 не означает «без органики». Клей и покрытие органические, а класс ограничивает, сколько тепла может внести вся сборка, — он этого не исключает.
• Негорючесть не означает огнестойкость. Алюминий плавится при температуре около 660 °C и теряет большую часть прочности задолго до этого. Панель A2 — это фасад, который не будет питать пожар; это не конструктивная противопожарная преграда.

Классификация должна быть указана на панели и в сертификате, а не только в брошюре, и относиться к панели в поставляемом виде — тот же сердечник, те же обшивки, та же толщина.

Кромки, крепления и водоотвод

Композитные панели отказывают не в середине листа. Они отказывают на кромке, в креплении и внизу стены. Пять деталей несут почти весь риск.

• Закрывайте каждую кромку. Отгиб-возврат или сплошной П-образный профиль закрывает сердечник от погоды. Открытая кромка капиллярно затягивает воду и хлориды в сердечник и корродирует панель изнутри — там, где никто не смотрит, пока не станет поздно.
• Изолируйте разнородные металлы. Нержавеющие крепления в алюминиевой панели образуют гальваническую пару. Применяйте нержавеющую сталь A2 вдали от моря и A4 в зоне действия соли, с изолирующей шайбой под каждой головкой, и не допускайте контакта панели с оцинкованной или чёрной сталью.
• Дайте панели двигаться. Одна фиксированная точка на панель, остальное — овальные отверстия. На участке 6 м при расчётной температуре 45 °C размах от прохладной ночи составляет примерно 4 мм, и панели, жёстко закреплённой с двух концов, девать это некуда.
• Отводите воду и вентилируйте полость. Вода попадёт за любой вентилируемый фасад. Дайте ей путь вниз и наружу: дренируемый горизонтальный стык, капельник внизу и никакого герметика, закрывающего полость.
• Защищайте кромки резов и отверстия на площадке. Любой рез через панель обнажает алюминий или сердечник. Кромки уходят под отгиб; просверленные отверстия получают защитную или нержавеющую втулку; на анодированных поверхностях рез не подкрашивается, поэтому его не должно быть видно.

Композитные панели в приморском и влажном климате

В приморском проекте конструкция панели и отделка — это одно решение, а не два. Отложения хлоридов разрушают пассивную оксидную плёнку алюминия и вызывают точечную коррозию там, где стоит вода; выживает панель, чья отделка противостоит хлориду, а детали не удерживают воду. Анодированная обшивка сохраняет металл на кромке реза — это важно везде, где панели перфорируют или часто берут руками; высокоэффективное покрытие PVDF даёт более широкий диапазон цветов при более длительной стойкости в соляном тумане. Работает и то и другое — при условии, что кромки закрыты, крепления из нержавеющей стали A4 изолированы, а полость дренируется. Классы воздействия и циклы обслуживания подробно разобраны в нашем руководстве по приморским проектам Западной и Восточной Африки.

Что записать в спецификацию

Вставьте этот список в ведомость панелей — и большинство споров закончится, не начавшись:

• Конструкция по месту: сплошной лист, гофрированный сердечник, сотовый сердечник или минеральный сердечник A2.
• Общая толщина, толщина обшивки, сплав и состояние, а также спецификация сердечника — толщина фольги и размер ячейки для сот, направление гофр для гофрированного.
• Модуль панели и пролёт, на который он рассчитан, вместе с расчётным ветровым давлением и отрывом там, где панель является подшивкой.
• Предельный прогиб, заданный явно и проверенный против этого давления.
• Допуск плоскостности с заранее согласованными методом, положением и моментом измерения.
• Класс огнестойкости на панели и в сертификате — для панели в поставляемом виде.
• Система отделки — класс анодной плёнки либо система покрытия и толщина сухой плёнки — с эталоном цвета в виде физического образца.
• Узел закрытия кромок и водоотвода, в виде чертежа, включая верх и низ.
• Материал креплений, изолирующие шайбы и обеспечение подвижности.
• Регламент очистки и осмотра, соответствующий классу воздействия площадки.

Частые вопросы

Сотовая панель прочнее сплошного алюминиевого листа? На изгиб при равной массе — да, с большим запасом. В креплении — нет: там решают местное смятие и вырыв, и сотовой панели нужна залитая втулка, чтобы распределить нагрузку в сердечник. Сравнивайте панели по пролёту, который они реально дают при расчётном давлении, а не по одной цифре прочности.

Можно ли ставить панель с гофрированным сердечником в любом положении? Смонтировать можно в любом, но рассчитывать нужно именно под то положение, в котором она стоит. Жёсткость направленная, поэтому направление гофр должно идти поперёк опор, а панель нельзя разворачивать на площадке. Там, где нужен пролёт в двух направлениях, соты — более надёжный вариант.

Чем панель A2 отличается от панели с сердечником PE? Сердечником. Полиэтиленовый сердечник горит и добавляет топливо к фасадному пожару; у панели A2 сердечник минеральный или металлический, что ограничивает вклад сборки в тепловыделение. Там, где применяется класс фасадной пожарной безопасности — то есть на большинстве высотных и общественных объектов, — панель A2 и есть соответствующее решение.

Почему крупные плоские панели волнит? Обычно из-за разницы температурных перемещений и слишком жёстких креплений, а не из-за дефекта листа. Лицо расширяется быстрее сердечника, и если панель зафиксирована слишком плотно, перемещение уходит из плоскости. Более жёсткий сердечник, меньший модуль, плавающие крепления и согласованный допуск плоскостности, измеряемый на месте, это уменьшают.

Какая конструкция подходит для приморской площадки? Сотовый или гофрированный композит с анодированными или высокоэффективными покрытыми обшивками, крепления из нержавеющей стали A4 с изолирующими шайбами, закрытые кромки и дренируемая вентилируемая полость. Тип сердечника меняет работу конструкции; отделка и деталировка решают, будет ли панель на месте через двадцать лет.