При проектировании систем фасадных теплоизоляционных композиционных (далее СФТК) одним из основных вопросов является расчет ветровых нагрузок в зависимости от вида здания, его высотности и климатического района строительства, который, в конечном итоге, предопределяет выбор схемы дюбелирования плит эффективного утеплителя, как по глади стены (рядовая зона), так и в краевой зоне.

В данном докладе рассмотрим вопросы оценки и расчета ветровых нагрузок и, как следствие, вопросы расчета количества дюбелей и выбора схемы дюбелирования плит утеплителя.

На примере типичного высотного здания (см. фото1) рассмотрим методику расчета ветровой нагрузки и обоснование схемы дюбелирования.

Расчет количества дюбелей и выбор схемы дюбелирования разделим на следующие основные этапы:

1. Построение эпюр напряжений, согласно СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия», по ветровой нагрузке с целью определения соответствующих аэродинамических коэффициентов по всем участкам фасада.

2. Определение, согласно СНиП 2.01.07-85*, величины ветровой нагрузки, как суммы средней и пульсационной составляющих для конкретного ветрового района.

3. Определение вида дюбеля и величины допустимой разрывной нагрузки на дюбель.

4. Определение минимального количества дюбелей на м2 ограждающей конструкции по всем участкам фасада.

5. Выбор схемы дюбелирования.

1 этап

При построении эпюр напряжений необходимо руководствоваться п. 6 и Приложением 4 СНиП 2.01.07-85*.

На рис. 2 представлены эпюры по ветровой нагрузке для здания на фото 1. Условные обозначения соответствуют обозначениям, принятым в СНиП 2.01.07-85*.

Согласно п. 6.6 СНиП 2.01.07-85* ширину краевой зоны на углах здания принимаем равной 1,5 м в обе стороны от угла. В литературе, посвященной СФТК, встречаются разные способы определения краевой зоны. Например, узкая сторона здания делится на 8 и получаемое число округлением приводится в диапазон [1..2] м. Такая схема нашла применение в европейских аналогах СФТК, однако, с нашей точки зрения, в связи с тем, что такая схема выбора ширины краевой зоны не подтверждена ни одним российским нормативным документом, то следует при расчетах ориентироваться, как сказано было выше, на п. 6.6 СНиП 2.01.07-85*.

Исходя из пространственной геометрии здания определяем соответствующие аэродинамические коэффициенты на всех участках фасадов здания. На боковых поверхностях фасада для нашего случая (см. рис. 2) аэродинамические коэффициенты определяем согласно схеме 2 Приложения 4 СНиП 2.01.07-85*. Отметим, что направление ветра со временем может меняться и каждая сторона здания априори должна рассматриваться как боковая.

Важным моментом является выбор участков по высоте здания (на рис. 2 это зоны I, II, III и IV), где рассчитанное на 2 этапе значение ветровой нагрузки на верхней отметке следует распространять до нижней отметки зоны. Согласно рекомендациям Федерального центра сертификации (ФЦС) минрегиона шаг принимаем равным 20 м. В нашем примере на цилиндрическом участке фасада максимальное значение ветрового отсоса распространяем на всю поверхность участка.

Результат 1 этапа. Построение эпюр. Определение аэродинамических коэффициентов на всех участках фасада (зоны I-IV).

2 этап.

Количественное значение ветровой нагрузки определяем, кПа, как сумму средней и пульсационной составляющей согласно СНиП 2.01.07-85*, учитывая возможные допущения, рекомендации и руководствуясь соответствующими формулами и таблицами.

Результат 2 этапа. Определение ветровой нагрузки, кПа, на всех участках фасада.

3 этап.

Вид дюбеля (забивной, винтовой и т.п.) и длина его распорной части зависят от материала несущей стены. Отметим, что все фасадные дюбели в соответствии с техническими свидетельствами, подтверждающими пригодность применения дюбелей при монтаже СФТК, должны иметь соответствующие протоколы, подтверждающие проведение необходимых независимых полевых сертификационных испытаний по определению допустимой нагрузки, кН/дюб., на вырыв. При проектировании рекомендуем использовать характеристики из таких протоколов, так как в них обычно заложены соответствующие коэффициенты запаса по надежности закрепления дюбелей.

Так, в нашем примере здание имеет каркасную схему, а ограждающие конструкции выполнены из газосиликатных блоков.

Кратко приведем основные положения методики полевых испытаний дюбелей на вырыв.

- Выбор количества контрольных участков, на которых производятся испытания дюбелей на вырыв, зависит от площади утепления. Их должно быть не менее:
   1 при площади утепления до 2000 м²;
   2 – 2000…5000 м²;
   3 – свыше 5000 м².
- Расположение контрольных участков выбирают по визуальному критерию «наихудшее состояние конструкции (материала) стены».
- Количество устанавливаемых дюбелей должно быть не менее 15 штук.
- В стенах из штучных материалов (кирпич, блоки) в швы необходимо устанавливать не менее 30% испытываемых дюбелей.
- Нагрузка должна действовать перпендикулярно плоскости основания.
- В результате испытаний определяются предел текучести NT , кН/дюб., и вытягивающее усилие NB , кН/дюб., дюбелей.
- Определяются средние значения NT и NB по пяти наименьшим значениям.
- Вычисляются значения NД1 = 0,23 NТ и NД2 = 0,14 NВ, которые сравниваются с допускаемым выдергивающим усилием, установленным в техническом свидетельстве ФЦС минрегиона для конкретной марки дюбеля, вида и прочности стенового материала, и за допустимую нагрузку на дюбель принимают наименьшее значение.

Аккредитованная независимая организация, проводившая испытания, оформляет протокол испытаний, внешний вид которого может выглядеть следующим образом (см. фото 4).

Результат 3 этапа. Выбор вида и длины дюбеля. Определение допустимой нагрузки на дюбель.

4 этап.

Минимальное количество дюбелей шт./м² на каждом участке фасада определяется как отношение расчетной ветровой нагрузки, кПа, определенной на 2 этапе, к допустимой нагрузке дюбель, кН/дюб., выбранного из протокола полевых испытаний на 3 этапе.

Результат 4 этапа. Минимальное количество дюбелей, шт./м², на каждом участке фасада.

5 этап.

При выборе схемы дюбелирования основным является соблюдение правила, при котором количество дюбелей, шт./м², по схеме дюбелирования должно быть не менее(!) минимального количества дюбелей, определенного на этапе 4.

Приведем общий принцип обоснования схемы дюбелирования на конкретном примере.

Предположим, что по проекту утвержден утеплитель размером 1000 х 600 мм. Схему дюбелирования на конкретном участке фасада можно выбрать, как допустимую (рис. 5), так и рекомендуемую схему (рис. 6).

В допустимой схеме часть дюбелей устанавливается по площади плиты, остальные в Т- образные стыки между плитами. Очевидно, что для отдельной плиты рядовой зоны (на рис. 5 элемент ПЭ-2) у четырех дюбелей в диагональных углах «работают» 1/4 часть шляпки, у двух – 1/2 часть шляпки и у одного полная шляпка.

Тогда на плиту площадью 0,6 м² имеем

4 * 1/4 + 2 * 1/2 +1 * 1 = 3 дюб./плиту или 3/0,6 = 5 дюб./м²

Для краевой зоны выбираем периодический элемент (на рис. 5 он помечен как ПЭ-1), площадь которого примерно равна трем полным плитам

0,6 * 2 +0,3 * 2 =1,8 м²

Количество дюбелей на м² рассчитываем аналогичным способом

2 * 1/4 + 7 * 1/2 + 6 * 1 = 10 дюб./1,8 м² или 10/1,8 = 5,6 дюб./м².

Для рекомендуемой схемы дюбелирования (рис. 6) в рядовой зоне ПЭ-2 имеем

5/0,6 = 8,3 дюб./м² и (17+0,5)/1,8= 9,7 дюб./м² для краевой зоны ПЭ-1.

При других геометрических размерах плит и схеме расположения дюбелей расчет аналогичен.

Более подробно с различными схемами дюбелирования можно ознакомиться, если обратиться к листам 2,7-2,10 Альбомов технических решений REINMANN thermosystem α и β.

Результат 5 этапа. Выбор схемы дюбелирования для всех участков фасада.