Podkład rdzeniowy Niezbrojona wysokowytrzymała podkładka elastomerowa Przekładka termiczna w konstrukcjach stalowych
Wzory do wymiarowania Spis treści Strona Opis produktu 2 Wzory do wymiarowania 2 Właściwości materiału 2 Dane do specyfikacji i kalkulacji 3 Współczynnik kształtu 3 Odkształcenie 1 4 Odkształcenie 2 5 Tabela do wymiarowania 1 (t = 5,10 mm) 6 Tabela do wymiarowania 2 (t = 15,20 mm) 7 Przykład obliczeniowy styk blach czołowych 8 Reakcje sprężyste 10 Charakterystyka 11 Obszary zastosowania 11 Materiał 11 Dostępne wymiary i formy dostawy 11 Raporty z badań, świadectwa techniczne 12 Odporność ogniowa 12 Standardowe otwory 12 Opis produktu Podkład rdzeniowy Calenberg jest niezbrojoną wysokowytrzymałą podkładką elastomerową o gładkiej powierzchni kontaktowej. Charakterystyczna, czerwono-brązowa barwa materiału, pozwala na łatwą identyfikację tej podkładki. Wymiarowanie z uwzględnieniem wartości charakterystycznych, zgodnie z normą DIN 4141, cz. 3 Dopuszczalne średnie naprężenie ściskające Odkształcenie sprężyste podkładki dop. σ m = S² + S +1 30 N/mm² 0,70 Patrz także na tabele do wymiarowania 1 i 2 Patrz rysunek 3 i 4 Właściwości materiału Twardość materiału 40 ± 5 [Shore-D]; t = 5, 10, 15 mm 60 ± 5 [Shore-D]; t = 20 mm Przewodność cieplna λ 0,2 [W/m K] Zakres temperatur od 20 do +70 C Opór powierzchniowy według normy DIN 20284 7,5 1010 Ω Opór właściwy (rezystywność) według normy DIN IEC 93 2,1 1012 Ω cm 2
Współczynnik kształtu d d t t b l t l D b bez otworu: S = z otworem: S = I b 2 t (l + b) 4 l b π d² 4 t (2 l + 2 b + π d) S = b 2 t bez otworu: S = z otworem: S = D 4 t D - d 4 t Współczynnik kształtu podkładki prostokątnej Współczynnik kształtu podkładki pasmowej Współczynnik kształtu podkładki okrągłej Dane do specyfikacji i kalkulacji Podkład rdzeniowy Calenberg jest niezbrojoną, jednorodną podkładką elastomerową, odpowiednią do zastosowania w 2 klasie oparcia wg normy DIN 4141, cz. 3, o barwie czerwono- brązowej i gładkiej powierzchni kontaktowej, z możliwością przekazywania dopuszczalnych średnich naprężeń ściskających do 30 N/mm 2 według świadectwa technicznego nr P- 852.0448. a) standardowe zastosowanie długość: szerokość: grubość: ilość: cena:.......... mm........... mm........... mm............. szt......... zł/szt b) w osłonie z polistyrenu lub ognioochronnej wełny mineralnej Ciflamon szerokość łączna podkładki b:.......... mm szerokość rdzenia elastomerowego b e :........... mm grubość:........... mm ilość:............. szt cena:......... zł/szt Producent: Calenberg Ingenieure GmbH Am Knübel 2-4 31020 Salzhemmendorf Tel. +49(0)5153/9400-0 Fax +49(0)5153/9400-49 info@calenberg-ingenieure.de www.calenberg-ingenieure.de 3
Odkształcenie 1 0,8 0,7 Wymiary: Powierzchnia przyłożenia obciążenia: 195 mm x 150 mm blacha walcowana 0,6 5 mm 10 mm 15 mm 20 mm Ściśnięcie podkładki Dt [mm] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Naprężenia ściskające σ m [N/mm 2 ] 4
Odkształcenie 2 1,0 0,9 300 x 220 x 20 mm 3 beton 300 x 220 x 20 mm 3 stal 0,8 0,7 Ściśnięcie podkładki Dt [mm] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Naprężenia ściskające σ m [N/mm 2 ] 5
Tabela do wymiarowania 1 Podkład rdzeniowy, grubość 5 i 10 mm Grubość t [mm] 5 10 Szerokość b [mm] Dopuszczalne średnie naprężenie ściskające σ m [N/mm 2 ] Długość l [mm] 50 60 70 80 90 100 120 130 150 170 180 200 250 300 350 400 450 500 50 13,9 16,0 17,7 19,3 20,8 22,1 24,3 25,2 26,9 28,3 28,9 60 16,0 18,6 21,0 23,1 25,1 26,9 70 17,7 21,0 23,9 26,7 29,2 80 19,3 23,1 26,7 90 20,8 25,1 29,2 100 22,1 26,9 110 23,2 28,5 120 24,3 130 25,2 140 26,1 150 26,9 160 27,6 170 28,3 180 28,9 200 50 5,4 6,0 6,6 7,0 7,4 7,8 8,4 8,7 9,1 9,5 9,7 10,0 10,6 11,0 11,4 11,7 11,9 12,1 60 6,0 6,8 7,5 8,1 8,6 9,1 10,0 10,4 11,0 11,6 11,9 12,3 13,2 13,9 14,5 14,9 15,2 15,5 70 6,6 7,5 8,3 9,1 9,8 10,4 11,6 12,1 13,0 13,8 14,1 14,7 16,0 17,0 17,7 18,4 18,9 19,3 80 7,0 8,1 9,1 10,0 10,9 11,7 13,1 13,7 14,9 15,9 16,3 17,2 18,9 20,2 21,2 22,1 22,8 23,3 90 7,4 8,6 9,8 10,9 11,9 12,8 14,5 15,3 16,7 18,0 18,6 19,6 21,8 23,5 24,8 26,0 26,9 27,7 100 7,8 9,1 10,4 11,7 12,8 13,9 16,0 16,9 18,6 20,1 20,8 22,1 24,8 26,9 28,6 150 9,1 11,0 13,0 14,9 16,7 18,6 22,1 23,7 26,9 29,8 200 10,0 12,3 14,7 17,2 19,6 22,1 26,9 29,2 250 10,6 13,2 16,0 18,9 21,8 24,8 300 11,0 13,9 17,0 20,2 23,5 26,9 350 11,4 14,5 17,7 21,2 24,8 28,6 400 11,7 14,9 18,4 22,1 26,0 450 11,9 15,2 18,9 22,8 26,9 500 12,1 15,5 19,3 23,3 27,7 600 12,3 16,0 19,9 24,3 28,9 6
Tabela do wymiarowania 2 Podkład rdzeniowy, grubość 15 i 20 mm Grubość t [mm] 15 20 Szerokość b [mm] Dopuszczalne średnie naprężenie ściskające σ m [N/mm 2 ] Długość l [mm] 50 60 70 80 90 100 120 130 150 170 180 200 250 300 350 400 450 500 100 4,8 5,4 6,1 6,7 7,2 7,8 8,7 9,2 10,0 10,7 11,0 11,7 12,9 13,9 14,7 15,4 16,0 16,4 110 4,9 5,7 6,4 7,0 7,7 8,3 9,4 9,9 10,8 11,7 12,1 12,8 14,3 15,5 16,5 17,4 18,0 18,6 120 5,1 5,9 6,6 7,4 8,1 8,7 10,0 10,6 11,7 12,6 13,1 13,9 15,7 17,2 18,4 19,3 20,2 20,9 130 5,2 6,1 6,9 7,7 8,5 9,2 10,6 11,2 12,4 13,6 14,1 15,0 17,1 18,8 20,2 21,4 22,4 23,2 140 5,3 6,2 7,1 8,0 8,8 9,6 11,1 11,9 13,2 14,4 15,0 16,1 18,5 20,4 22,1 23,4 24,6 25,6 150 5,4 6,4 7,3 8,2 9,1 10,0 11,7 12,4 13,9 15,3 16,0 17,2 19,8 22,1 23,9 25,5 26,9 28,1 200 5,9 7,0 8,2 9,3 10,5 11,7 13,9 15,0 17,2 19,2 20,2 22,1 26,3 250 6,2 7,4 8,8 10,1 11,5 12,9 15,7 17,1 19,8 22,5 23,8 26,3 300 6,4 7,8 9,2 10,8 12,3 13,9 17,2 18,8 22,1 25,3 26,9 350 6,6 8,0 9,6 11,3 13,0 14,7 18,4 20,2 23,9 27,7 29,5 400 6,7 8,2 9,9 11,7 13,5 15,4 19,3 21,4 25,5 29,7 450 6,8 8,4 10,1 12,0 13,9 16,0 20,2 22,4 26,9 500 6,9 8,5 10,3 12,3 14,3 16,4 20,9 23,2 28,1 550 6,9 8,7 10,5 12,5 14,6 16,8 21,5 24,0 29,1 600 7,0 8,7 10,7 12,7 14,9 17,2 22,1 24,6 100 3,6 4,0 4,4 4,8 5,1 5,4 6,0 6,3 6,8 7,2 7,4 7,8 8,5 9,1 9,6 10,0 10,3 10,6 110 3,7 4,2 4,6 5,0 5,4 5,7 6,4 6,7 7,3 7,8 8,0 8,5 9,4 10,1 10,7 11,2 11,6 11,9 120 3,8 4,3 4,8 5,2 5,6 6,0 6,8 7,1 7,8 8,4 8,6 9,1 10,2 11,0 11,7 12,3 12,8 13,2 130 3,9 4,4 4,9 5,4 5,9 6,3 7,1 7,5 8,2 8,9 9,2 9,8 11,0 12,0 12,8 13,5 14,1 14,6 140 4,0 4,5 5,0 5,6 6,1 6,6 7,5 7,9 8,7 9,4 9,8 10,4 11,8 13,0 13,9 14,7 15,4 16,0 150 4,0 4,6 5,2 5,7 6,3 6,8 7,8 8,2 9,1 9,9 10,3 11,0 12,6 13,9 15,0 16,0 16,7 17,4 200 4,3 5,0 5,7 6,4 7,1 7,8 9,1 9,8 11,0 12,2 12,8 13,9 16,4 18,6 20,4 22,1 23,5 24,8 250 4,5 5,2 6,1 6,9 7,7 8,5 10,2 11,0 12,6 14,2 14,9 16,4 19,8 22,9 25,6 28,1 300 4,6 5,4 6,3 7,2 8,2 9,1 11,0 12,0 13,9 15,8 16,7 18,6 22,9 26,9 350 4,7 5,6 6,6 7,5 8,6 9,6 11,7 12,8 15,0 17,2 18,3 20,4 25,6 400 4,8 5,7 6,7 7,8 8,9 10,0 12,3 13,5 16,0 18,4 19,6 22,1 28,1 450 4,8 5,8 6,9 8,0 9,1 10,3 12,8 14,1 16,7 19,4 20,8 23,5 500 4,9 5,9 7,0 8,1 9,3 10,6 13,2 14,6 17,4 20,3 21,8 24,8 550 4,9 6,0 7,1 8,3 9,5 10,8 13,6 15,1 18,0 21,1 22,7 25,9 600 5,0 6,0 7,2 8,4 9,7 11,0 13,9 15,4 18,6 21,8 23,5 26,9 7
Przykład obliczeniowy Wymiarowanie połączeń blach czołowych z przekładkami elastomerowymi (Według opracowania dr inż. L. Nasdala; dr inż. B. Hohn; R. Rühl z Instytutu Badań Konstrukcji Politechniki w Hannoverze, Wydział Inżynierii Budownictwa i Geodezji, publikacja w Bauingenieur 12/2005). W przypadku zastosowania dźwigarów stalowych w budownictwie, w miejscach, w których przenikają one przez ściany zewnętrzne budynku powstają mostki termiczne. Oprócz związanej z tym utraty ciepła, bardzo często dodatkowym efektem jest powstawanie pleśni po wewnętrznej stronie ścian budynku, z powodu kondensacji pary wodnej. W przypadku kiedy izolacja cieplna znajdujących się na zewnątrz elementów stalowych np. z przyczyn architektonicznych jest wykluczona, wymagana jest przekładka termiczna pomiędzy wewnętrznymi i zewnętrznymi elementami konstrukcyjnymi. Izolacja termiczna może być zapewniona poprzez zastosowanie podkładki elastomerowej, której przewodność cieplna wynosi l 0,2 W/(mK), która wprawdzie jest 5 10 razy większa niż przewodność typowych materiałów izolacyjnych takich jak wełna szklana lub polistyren, ale ponad 200 razy mniejsza niż konstrukcji stalowej bez izolacji. Najważniejszą zaletą podkładu rdzeniowego w odniesieniu do powszechnie stosowanych materiałów izolacyjnych jest jego wysoka nośność. Rysunek 1 pokazuje klasyczne połączenie doczołowe belek, z podkładką elastomerową pomiędzy blachami czołowymi. Szczegółowe przykładowe obliczenia przedstawiono na kolejnej stronie. Wszystkie wymiary w mm Rys. 1: Wymiary złącza doczołowego przykład obliczeniowy Rys. 2: Wpływ grubości podkładki na zachowanie się konstrukcji obliczenia z wykorzystaniem MES (Metody Elementów Skończonych) 8
Przykład obliczeniowy Dla podkładki prostokątnej z 2 lub 4 otworami współczynnik kształtu wynosi: S = [2] h m b e π d 2 /2 jeśli hm 2 he 2 t e (h m + b e + π d) 3 Siły zewnętrzne Liniowy rozkład naprężeń Stały rozkład naprężeń ściskających Rys. 3: Określenie naprężeń ściskających w podkładce elastomerowej Blachy czołowe dźwigarów IPE 300 w połączeniu doczołowym wykonane są ze stali S 235. Przyjęte wymiary elastomeru to: wysokość h e = 320 mm, szerokość b e = 130 mm oraz grubość t e = 10 mm. Jako łączniki stosuje się 4 śruby M20 o klasie wytrzymałości 10.9 z 1 mm tolerancją. Projektowanie złącza bez podkładek elastomerowych według EC 3 nie będzie rozważane w dalszej części. Elastomery są materiałami prawie nieściśliwymi, co oznacza, że pod wpływem obciążenia zachowują swoją objętość i wybrzuszają się na boki. W związku z tymi cechami materiału podkładki o dużej grubości nie mogą przenieść tak dużych obciążeń jak podkładki cieńsze. Biorąc pod uwagę współczynnik kształtu S, wymiary podkładki elastomerowej oraz Liniowy rozkład naprężeń ściskających i rozciągających Stały rozkład naprężeń ściskających liczbę i średnicę otworów na śruby, można określić dopuszczalne średnie naprężenie ściskające. Współczynnik kształtu jest definiowany jako stosunek powierzchni efektywnej A podkładki do przynależącej powierzchni bocznej A s. S = Am A s [1] Ponieważ nie jest znany dokładny rozkład naprężeń ściskających, wstępnie w obliczeniach zakłada się liniowy rozkład naprężeń w podkładce. Jak zostało przedstawione na rysunku 3, istnieje możliwość wyliczenia średniego naprężenia σ m oraz wysokości efektywnej h m na podstawie stanu równowagi sił osiowych i momentów. Liczba otworów na śruby, którą należy uwzględnić jest zależna od wysokości h m. S = [3] h m b e π d 2 jeśli hm > 2 he 2 t e (h m + b e + 2 π d) 3 Dopuszczalne średnie naprężenie ściskające w podkładzie rdzeniowym oblicza się następująco: dop. σ m = S2 + S + 1 30 N/mm 2 0,70 [4] Liniowy rozkład naprężeń Przy pominięciu otworów i założeniu liniowego rozkładu, naprężenia oblicza się według wzoru: 12 my σ (z) = N 4 Fs + 3 b e h e b e h e z naprężeniami krawędziowymi σ o = σ ( h e /2) i σ u = σ (+h e /2) z [5] Ewentualne, pojawiające się w obliczeniach naprężenia rozciągające prowadzą do powstania sił F rozciągających śruby. 9
Przykład obliczeniowy W miejscu zo = 4 Fs N he 2 12 M y he ; + he 2 2 [6] przy dużych momentach M y dochodzi do zmiany znaku σ (z o ) = 0. Naprężenia ściskające Dla zo he ; + he 2 2 obowiązuje: 2 M hm = he + y i N 4 F s σ m = i 4 Fs > N (N 4 Fs) 2 b e [h e (N 4 Fs) + 2 M y ] Naprężenia ściskające i rozciągające Dla zo he ; + he i My > 0 2 2 [7] [8] siły rozciągające śrubę oblicza się według wzoru: F = N 4 Fs h e + 6 M y h z e 2 [9] o z h e 2 o 2 h e 3 4 Kolejno obowiązuje: hm = he + 2 My F e 2 i N 4 F s F σ m = (N 4 Fs F) 2 b e [h e (N 4 Fs F) + 2 M y F e 2 ] Przykładowe obliczenia [10] [11] Moment zginający M y = 30 knm Siła osiowa N= 20 kn Siła sprężająca śruby F s = 80 kn/śrubę zo = 4 80 ( 20) 0,32 2 = 0,097 m 12 30 Ponieważ M y > 0, siły rozciągające śruby oblicza się według wzoru [9] F = ( 20) 4 80 0,32 + 6 30 0,097 0,32 2 0,32 3 0,32 2 0,097 2 4 F = 22 kn zaś wysokość h m według wzoru [10] hm = 0,32 + 2 30 22 0,21 = 0,167 m 20 4 80 22 Średnie naprężenie ściskające według wzoru [11] wynosi σ ( 20 4 80 22) m = 2 10 3 0,13 [0,32 ( 20 4 80 22) + 2 30 22 0,21] σ m = 16,67 N/mm 2 Mając daną wysokość h m = 0,167 m < 2 0,32 = 0,21 m 3 współczynnik kształtu oblicza się według wzoru [2] S = 167 130 π 21/2 2 10 (167 + 130 + π 21) = 2,9 Dopuszczalne naprężenie w podkładce według [4] wynosi dop. σm = 2,92 + 2,9 + 1 = 17,58 N/mm 2 30 N/mm 2 0,70 Wniosek: istniejące σ m = 16,67 N/mm 2 dop. σ m = 17,58 N/mm 2 10
Charakterystyka Charakterystyka Dzięki dużej twardości, podkład rdzeniowy w przeciwieństwie do innych, bardziej miękkich podkładek elastomerowych ulega niewielkiemu odkształceniu pod wpływem obciążenia. W praktyce oznacza to, że: QQ z uwagi na dużą sztywność materiału podkładki nie są odpowiednie w przypadku konieczności zapewnienia odkształcenia w wyniku przesuwu lub obrotu elementu QQ dzięki bardzo dużej stabilności kształtu podkładki, odkształcenie poprzeczne jest minimalne QQ momenty są przekazywane bez dużych odkształceń QQ dzięki małej odkształcalności oraz wysokiej oporności cieplnej, podkładki są szczególnie odpowiednie do zastosowania jako przekładki termiczne w połączeniach doczołowych elementów stalowych Obszary zastosowania Podkład rdzeniowy jest stosowany w obszarze konstrukcji stalowych, w celu zapewnienia izolacji termicznej, np. w przypadku fasad budynków, wyposażenia do pozyskiwania energii słonecznej na dachach, połączeń balkonów, daszków, etc. z elementami głównej konstrukcji nośnej. Materiał Tworzywo elastomerowe na bazie kauczuku butadienowo-akrylonitrylowego, o czerwono-brązowej barwie (oznaczenie chemiczne NBR). Podkład rdzeniow jest odporny na działanie olejów, tłuszczów i smarów. Jest także odporny na ścieranie i starzenie. Formy dostawy Podkład rdzeniowy jest dostarczaneyjako przycięty na wymiar i w ilościach zgodnych z zapotrzebowaniem dla konkretnych obiektów budowlanych (Rys.4). Może być wykonany z otworami, wycięciami i nacięciami pod śruby i trzpienie montażowe. Wymiary QQ QQ Grubość podkładu: 5,10,15,20 mm Maksymalne wymiary: 1200 mm x 1200 mm 11
Badania, świadectwa techniczne Raporty z badań, Świadectwa techniczne QQ QQ Świadectwo techniczne nr P-852.0448 Badanie naprężeń ściskających, naprężeń poprzecznych i pełzania na podkładkach stosowanych w budownictwie NBR Podkład rdzeniowy, Instytut Badań Materiałowych dla Przemysłu Maszynowego i Tworzyw Sztucznych, TU Hannover, 2003 Świadectwo odporności ogniowej Nr 3799/7357- AR; Ocena podkładów elastomerowych Calenberg w kierunku klasyfikacji do klasy odporności ogniowej F 90 lub F 120 wg DIN 4102 część 2 (wydanie 9/1977); Akredytowane laboratorium Wydziału Kontroli Materiałów dla Budownictwa przy Instytucie Materiałów Budowlanych i Ochrony Przeciwpożarowej, TU Braunschweig, 2005 Odporność ogniowa Raport Ocena techniczna odporności ogniowej Nr 3799/7357-AR sporządzony przez TU Braunschweig obowiązuje dla podkładek elastomerowych stosowanych w sytuacji wymaganej odporności ogniowej. W dokumencie tym podane są minimalne wymiary podkładek oraz inne ograniczenia pozwalające zakwalifikować je do odpowiedniej klasy odporności ogniowej według normy DIN 4102-2: Ognioodporność materiałów budowlanych i elementów budowlanych, 1977-09. Standardowe otwory: Otwór okrągły Wycięcie narożne Wycięcie owalne Wycięcie prostokątne Otwór podłużny Otwór prostokątny Wycięcie ukośne Podkładka punktowa i pasmowa do zastosowania w konstrukcjach monolitycznych (podkładki mogą być dostarczone w osłonie z polistyrenu lub ognioochronnej wełny mineralnej Ciflamon, z przekryciem tekturowym) Podkładka punktowa lub pasmowa do zastosowania w budownictwie prefabrykowanym Rys. 4: Calenberg Podkład rdzeniowy standardowe otwory i formy dostawy Przedruk, kopie oraz rozpowszechnianie - również w części - tylko za pisemnym upoważnieniem Calenberg Ingenieure GmbH. Niniejsza publikacja jest rezultatem wieloletnich badań i doświadczeń w stosowaniu technologii. Wszystkie informacje opracowano na podstawie najnowszego stanu wiedzy w tym zakresie; nie zwalniają one użytkownika z obowiązku sprawdzania przydatności produktów, również pod względem ochrony praw osób trzecich. Wyklucza się jakąkolwiek odpowiedzialność za uszkodzenia powstałe w wyniku zastosowania materiału jedynie na podstawie porad przedstawionych w niniejszej publikacji. Zastrzega się możliwość zmian technicznych związanych z rozwojem produktu. Przedstawiciel: Jordahl & Pfeifer Technika Budowlana Sp. z o.o. ul. Wrocławska 68 55-330 Krępice k/wrocławia tel. +48 71 39 68 364 fax +48 71 39 68 106 e-mail: biuro@jordahl-pfeifer.pl www.jordahl-pfeifer.pl 09.2012