CC BY
267
Информация об авторах
Журавлев Евгений Геннадьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Экспертиза и управление недвижимостью», тел.: (3952) 40-54-12; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Сутырина Елена Владиславовна, эксперт-строитель; АНО ЭЦ «Регион-Эксперт», 664035, г. Иркутск, ул. Шевцова, 68, корпус 2, офис 207.
Information about the authors
Zhuravlev E.G, Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Department of Real Estate Expertise and Management; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Sutyrina E.V., Expert-builder, IIS EC «Region-Expert», 68 Shevcov St., building 2, office 207, Irkutsk, 664035.
УДК 692.232
ПРИНЦИПЫ КРЕПЛЕНИЯ И РАСЧЕТА АНКЕРОВ НАВЕСНЫХ ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ФАСАДНЫХ СИСТЕМ
А.С. Иванова, М.Е. Быкова
Рассмотрены технологии крепления облицовочных материалов в системах вентилируемого фасада. Представлена классификация анкерного крепления. Приведены различные методы расчетов анкерных креплений.
Ключевые слова: навесной вентилируемый фасад; анкер; метод расчета; классификация анкерных креплений.
PRINCIPLES OF ANCHOR FIXATION AND CALCULATION IN HIGH ANGLE
VENTILATED FACADE SYSTEMS
A.S. Ivanova, M.E. Bykova
We considered the technologies of fixation of faсade materials in the systems of ventilated facades. We also showed the classification of anchor fixation and different methods of anchor fixation calculations.
Key words: high angle ventilated faсade; anchor; calculation method; classification of anchor fixation.
В настоящее время в строительствк широкое распространение получили системы навесных вентилируемых фасадов (далее - НВФ), поэтому рассмотрение вопроса технологии крепления облицовочных материалов (далее - ОМ) в системах НВФ в сфере строительства сегодня является актуальным.
Технология крепления ОМ зависит от типа и характеристик материала, а также характера и величины действующих нагрузок.
В связи с особенностями сибирского климата - большими перепадами температур (от -30 до +35°С) при проектировании НВФ не в должной мере учитывается коэффициент
температурного расширения алюминия (данный материал применяется в системе подкон-струкции НВФ), который приводит к тому, что удлинение 3-метровых направляющих из алюминиевого сплава составляет 5-6 мм и более по сравнению со сталью 2 мм. В результате крепежные элементы, такие как кляммеры не выдерживают те нагрузки, которые на них оказывают плиты облицовки. Это вызывает разгибание лапок кляммеров и приводит к тому, что плиты облицовки сдвигаются и, соответственно, портят внешний вид фасада. В итоге это может привести к выпадению плит облицовки с наружной стороны здания (рис. 1 и 2).
Основу крепежной механической системы составляют четыре основные элемента: анкеры, кронштейны, профили, кляммеры. С помощью анкеров крепятся кронштейны к стене здания (они могут иметь широкий диапазон регулирования по выносу), кронштейны держат металлические профили, на кляммеры крепится облицовочный материал [3]. В данной статье рассмотрен один элемент - анкер.
Рис. 1. Пример выпадения плит облицовки здания г. Иркутск, ул. Чкалова, 25
Анкеры предназначены для крепления кронштейнов конструкции навесного вентилируемого фасада к стене здания. В навесных фасадах зданий могут применяться только те анкеры, которые имеют техническое свидетельство Минрегионразвития. Перегрузка анкерного крепления, неправильный монтаж и недостаточная прочность основы могут привести к отказу крепежной системы [1, 2, 4]. Причинами облома могут быть:
- слишком высокая тяговая нагрузка (превышающая расчетную);
- недостаточная прочность основного материала для заданной нагрузки;
- недостаточная глубина анкеровки.
Рис. 2. Фрагмент здания с нарушенным слоем облицовки
Крепление многих анкеров и дюбелей осуществляется за счет трения распорной части о стенки отверстия в основном материале. Высокая сила трения обеспечивается большими усилиями прижима распорной части к стенкам отверстия.
Анкерные крепления можно классифицировать по нескольким принципам:
- по виду материала базовой основы;
- по принципу крепления;
- по величине, характеру и направлению прилагаемых нагрузок;
- по конструкции анкера и его элементов;
- по материалу, из которого изготовлен анкер;
- по назначению.
Производитель анкерных креплений Fischer в своих каталогах приводит данные по минимально допустимым краевым и осевым расстояниям, а для групп анкеров - расчетные методики и таблицы для определения допустимых нагрузок для разнообразных сочетаний этих расстояний и глубин анкеровки. Кроме того, указанные методики реализованы в компьютерных программах, обладающих высокой наглядностью, удобством в работе (в том числе корреспонденцией в AutoCAD и др.) и содержат базы данных по большинству анкерам Fischer. У фирмы Hilti также существует методика расчета осевых и краевых расстояний, которая изложена в «Руководстве по анкерному крепежу». Примерные формулы для определения размеров a и s публикует и фирма Sormat (рис. 3).
У производителя Mungo для анкера m3 можно провести оценку с помощью номограмм. При отсутствии конкретных данных можно рекомендовать приблизительные эмпирические формулы:
а = 2ha.
где ha - глубина анкеровки.
Рис. 3. Программная среда фирмы Sormat
Весьма прогрессивным способом крепления является анкеровка соединением (изменение состояния связующего). Связь крепежного элемента с основой в этом случае осуществляется за счет специального состава (клеевой, искусственная смола). Такие крепления получили название «химический анкер» (реже - «клеевой анкер»).
В предварительно подготовленное и тщательно очищенное отверстие закачивается специальный состав (обычно двухкомпонентный), а затем вставляется крепежный элемент (шпилька или специальный анкер). После затвердевания состава (от 20 мин до 5 часов, в зависимости от температуры) возникает очень прочная связь крепежного элемента с базовым материалом. Основным достоинством такого способа анкеровки является отсутствие внутренних напряжений в основном материале, что позволяет устанавливать анкеры с минимальными осевыми и краевыми расстояниями. Для приблизительных расчетов можно рекомендовать формулы:
а = 1,5 ■ ьа;
* = 2,5 ■ К.
Для определения предельных нагрузок, разрушающих анкерное (дюбельное) крепление проводятся специальные эксперименты, при которых с соблюдением всех норм смонтированное анкерное крепление в материале со строго выдержанными характеристиками подвергается нагрузке до разрушения. При этом фиксируется момент разрушения и нагрузка ему соответствующая. Естественно, что при проведении серии испытаний существует определенный разброс полученных значений, это связано с неоднородностью основного материала, отклонениями в размерах отверстий под анкеровку и точностью применяемого инструмента.
Среднее значение (или математическое ожидание) разрушающей нагрузки можно принять за ту величину, которая будет использована в дальнейших расчетах и анализе прочности крепления. В этом случае с 50-процентной вероятностью крепление выдержит
нагрузку и, с той же вероятностью, разрушится до ее достижения. Такую нагрузку называют предельной средней нагрузкой (или ультимативной). Для того чтобы гарантировать прочность крепления при расчете уменьшают на коэффициент запаса прочности.
Для расчетов анкерных креплений применяется расчетная нагрузка - Rd (расчетный
показатель сопротивления), который меньше предельной, на У (коэффициент запаса
прочности крепления). Коэффициенты yM различны для разных случаев нагружения, разных условий монтажа и разных методик расчета анкерных креплений и определяются
опытным путем. Рекомендуемые минимальные значения коэффициентов yM для всех случаев разрушений приводятся в технической документации на анкеры (дюбели), так называемых технических допусках. В каталогах коэффициенты запаса прочности приводятся редко, обычно публикуются допускаемые (рекомендуемые) нагрузки Rr или расчетные Rd (Hilti). Иногда проектировщики и монтажники принимают расчетную нагрузку за допускаемую или рекомендуемую. Это не верно. Дело в том, что традиционный подход к расчету и анализу анкерного крепления в НВФ заключается в сравнении допускаемой и действующей на крепление нагрузок (действующая должна быть не больше допускаемой). При этом действующая нагрузка делится пропорционально количеству устанавливаемых анкеров, а расчет проводится на вырыв при приложении нормальной нагрузки или на срез при наличии поперечного усилия.
По методу СС Hilti расчет ведется не по восьми, а по пяти возможным случаям разрушения: разрыв анкера, вырыв анкера из основания, разрушение бетона, срез тела анкера, слом края основы.
Представленные точные методы расчетов весьма трудоемки. Компания Fischer в технической документации для расчета рекомендует применять компьютерные системы расчета, для чего разработана специальная программа СС Compfix с банком данных на основные анкеры, последняя версия которой 6.4, весьма наглядно и быстро позволяет провести все расчеты, сделать выводы и корреспондировать их в AutoCAD.
Принцип работы большинства анкеров основан на силе трения, возникающей при расклинивании распорной части анкера в просверленном отверстии при их затягивании. Если расстояние анкера от края материала основания или между анкерами слишком маленькое, то давление расклинивания может вызвать разрушение материала основания и отказ анкера. Расстояние «от края» - это минимальное разрешенное расстояние до кромки материала основания (например, бетонной плиты, стены или колонны). Под расстоянием между точками крепления понимается допустимое расстояние между анкерами в том же материале основания.
Если необходимо определить приблизительную нагрузку, которая приходится на
фасадный анкер ручным методом, то можно использовать следующую формулу:
р —
где Р- собственный вес облицовки и системы навесного фасада, (для каждого материала
он разный); \У - ветровые нагрузки; 1 - нагрузки от двустороннего обледенения конструк-^
ций фасада; - это длина кронштейна прямопропорциональна расстоянию от низа кронштейна до оси анкера, как показано на рис. 4.
Для того чтобы узнать вес фасада на 1 м2 складывается вес системы и вес материала облицовки. Эта нагрузка действует на анкер через плечи кронштейна Ll и L2 (через момент М). W- ветровые нагрузки считаются по формуле из СНиП, где ветровые нагрузки действуют непосредственно по оси анкера [3, 5, 6, 7]. Для наглядности формулы выполним расчет с конкретными значениями.
Рис. 4. Нагрузки, действующие на фасад
Исходные данные: вес системы - 5 кг/м2; облицовка (керамический гранит) - 22
2 2 кг/м ; ветровая нагрузка - 150 кг/м ; длина кронштейна - 150 мм; расстояние «до оси»
кронштейна - 45 мм, на площади в 1 м2 системы фасада приходится 2,5 шт. кронштейна;
коэффициент запаса прочности - больше в 5 раз.
F = ((5+22)450/45 + 150)/2,5 = 96 кг,
с учетом коэффициента запаса 96-5 = 480 кг.
В практике существует модель расчета для определения напряженно-деформированного состояния облицовочного слоя навесной фасадной системы, которая опирается по контуру на горизонтальные и вертикальные направляющие, прикрепленные через анкера к основной стене. Поэтому примем перемещение пластины за сумму перемещений пластины и деформации анкерных узлов под воздействием ветрового давления. Опираясь на формулу из источника [8]:
th ат + 2 rnftv -—-——--ch—-
где D - цилиндрическая жесткость пластины на изгиб; W - ветровое давление на панель облицовки, где расчетная схема облицовочного слоя - это пластина, опертая по контуру. В приведенной ниже расчетной схеме учитывается деформативность опор - анкеров под-воздействием ветровой нагрузки на выдергивание.
Прогиб в центре пластины при х=у=0 будет равен:
. т-1/
' V )
пласт ~~ з г\ ¿¿тп m5 C0S Л I1 - , )'
тг и m a Zen сrm
Деформации анкерного узла под действием ветрового давления будут равны:
заменим в формуле нормальное напряжение на отношение сосредоточенной силы к распределенной площади анкеровки:
Рс
получается:
где преобразовываем сосредоточенную силу, действующую на анкер, в ветровое давление, действующее на всю площадь облицовочной панели:
-"анкера Ес ^Д!*
Итоговую формулу для суммарного перемещения центра пластины облицовки навесной фасадной системы запишем в виде (для квадратной пластины):
Таким образом, мы определили параметры системы и предложили пример вычисления характеристик ее напряженно-деформированного состояния, а также предложили аналитическую расчетную модель наружной стены здания с навесной фасадной системой облицовки из декоративных плит, связанных с основной стеной с помощью анкерного крепежа.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Иванова А.С. Практика применения навесных фасадных систем в Иркутске // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2011. № 1. С. 160-164.
2. Иванова А.С. Анализ теплозащиты зданий с навесными фасадными системами в Иркутске с использованием термографии // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 6. С. 114-116.
3. ГОСТ 11024-84. Панели стеновые наружные бетонные и железобетонные для жилых и общественных зданий. Общие технические условия. М., 1985.
4. Калихман А.Д., Иванова А.С. Навесные фасадные системы в новом строительстве и реконструкции жилых домов в Иркутске // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2011. № 1. С. 166-173.
5. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России, ФГУПЦПП,
2003. 26 с.
6. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М.: ФГУП ЦНС,
2004. 140 с.
7. СТО НОСТРОЙ 2.14.96-2013. Навесные фасадные системы с воздушным зазором. Монтаж анкерных креплений. М.: Изд-во «БСТ». 25с.
8. Тимошенко С.П., Войковский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966.
636 с.
Информация об авторах
Иванова Анастасия Сергеевна, старший преподаватель кафедры «Архитектурное проектирование», тел.: (3952) 40-51-56, e-mail: admi-nir@mail.ru; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Быкова Марина Евгеньевна, специалист по учебной методической работе кафедры «Архитектурное проектирование», тел.: (3952) 40-51-56; Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Ivanova A.S., senior teacher, Architecture Projection Department, tel.: (3952) 40-51-56, e-mail: admi-nir@mail.ru; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Bykova M.E., specialist in educational methodical work, Architecture Projection Department, tel.: (3952) 40-51-56; Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
УДК 628.316
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИММОБИЛИЗОВАННОГО ИЛА ДЛЯ ЗАПУСКА
БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ КАНАЛИЗАЦИОННЫХ ОЧИСНЫХ
СООРУЖЕНИЙ ПОСЛЕ АВАРИЙНЫХ РАЗРУШЕНИЙ АЭРОТЕНКА
В.Н. Кульков, Е.Ю. Солопанов, А.М. Зеленин, В.М. Сосна
Изучена седиментация ила на синтетической загрузке с использованием плоскостной физической модели поперечного вертикального сечения биореактора. Предложены к рассмотрению механическая и водо-воздушная регенерации иммобилизованного ила на ершовой загрузке. Получена зависимость концентрации свободно плавающего ила от времени осаждения в объеме загрузки. Изучена кинетика осаждения ила от его дозы и вынуждающей силы электровибратора, осуществляющего механическую регенерацию. Получена эффективность водо-воздушной регенерации иммобилизованного ила от удельных интенсивностей по воде и по воздуху. Сделан вывод: применение синтетической загрузки с иммобилизованным илом позволит запустить биологическую очистку канализационных очистных сооружений в короткое время с достаточной окислительной способностью.
Ключевые слова: аэротенк-биореактор; синтетическая ершовая загрузка; водо-воздушная регенерация загрузки; механическая регенерация загрузки; иммобилизованный ил; свободно плавающий ил; эффективность регенерации.
THE USE OF IMMOBILIZED SILT TO START THE BIOLOGICAL CLEANING OF THE SEWAGE CONSTRUCTIONS AFTER THE EMERGENCY DESTRUCTION OF
THE AIRTANK
V.N. Kulkov, E.U. Solopanov, A.M. Zelenin, V.M. Sosna
We studied the silt sedimentation at the synthetic start using the flat physical model of the diametral vertical cut of the bioreactor. We also offered mechanical, water and air regeneration of immobilized silt at the start. We got the relation of concentration of silt which swims at ran-
