Крепежные изделия в навесных вентилируемых фасадах

Каждый вентилируемый фасад состоит из нескольких функциональных компонентов-слоев: облицовка, воздушный зазор, подконструкция, утеплитель, основа (несущая стена). Крепежные изделия соединяют все компоненты фасада в единое целое. Их способность сопротивляться нагрузкам, механическим и климатическим, обеспечивает эффективность и долговечность работы фасада как единой конструкции.

Материалы крепежных изделий

Технические требования к крепежным изделиям являются важной частью общих исходных требований к конструкции навесного вентилируемого фасада. При проектировании фасада необходимо обеспечить, чтобы материалы всех крепежных изделий соответствовали заданному сроку его службы в конкретных условиях эксплуатации, в том числе, с учетом климатических условий и степени химического загрязнения окружающей атмосферы.

Ниже представлен обзор основных принципов и практики применения крепежных изделий в навесных вентилируемых фасадах в Великобритании. Он основан на руководящих материалах британской отраслевой ассоциации производителей навесных вентилируемых фасадов — MCRMA [1], а также данных производителя крепежа для навесных фасадов, британской фирмы EJOT [2].

В Великобритании крепежные изделия для навесных вентилируемых фасадов изготавливают из:

• коррозионностойких («нержавеющих») сталей;

• алюминиевых сплавов и

• пластмасс.

Крепежные изделия, которые обеспечивают конструкционную прочность и долговечность фасада изготавливают из аустенитных коррозионностойких (нержавеющих) сталей, таких как марки 304 (А2) и 316 (А4). К ним относятся анкеры для крепления кронштейнов, самонарезающие винты для монтажа подконструкции, вытяжные заклепки, а также, частично, тарельчатые дюбели для крепления утеплителя.

Алюминиевые крепежные изделия — это обычно вытяжные заклепки. Для материала корпуса заклепки применяют алюминиево-магниевый сплав (серии 5ххх), а для сердечника — стали 304 или 316. Ширина головки (борта, фланца) заклепки может достигать 16 мм. Алюминиевые заклепки применяют, главным образом, для крепления элементов облицовки к подконструкции.

Полиамид, полиэтилен и другие пластмассы применяются в вентилируемых фасадах, как для крепления утеплителя, так и в виде пластмассовых дюбелей в составе анкерных креплений для установки кронштейнов.

Коррозионностойкие стали

Ржавеют ли нержавеющие стали?

Коррозионностойкие стали подразделяют на три основных группы:

• ферритные;

• мартенситные;

• аустенитные.

Нередко все коррозионностойкие стали называют «нержавеющими». Однако коррозионностойких сталей в мире насчитывается более 200. Все ли они по-настоящему нержавеющие?

Сталь становится «нержавеющей» при легировании хромом в количестве не менее 11-12 %. Содержание хрома до 17 % обеспечивает стойкость к коррозии только в сухих и нормальных условиях, свыше 17 % — уже в более агрессивных средах. Добавки никеля делают сталь более стойкой к кислотам. Дополнительное легирование молибденом еще более увеличивает стойкость к коррозии.

В отечественных стандартах основным термином является «коррозионностойкая сталь». Выражение «нержавеющая сталь» применяется только для пояснений. Вместе с тем, когда более короткое выражение «нержавеющие стали» не вносит путаницы, то его часто применяют для обозначения только аустенитных коррозионностойких сталей, таких как стали 304, 321 и 316.

Ферритные коррозионностойкие стали

• Содержат не менее 12 % хрома. Пример — сталь 12Х13 (аналог — ANSI 410)

• Более низкая пластичность, чем у аустенитных сталей

• Не подвергаются термическому упрочнению

• Склонны к охрупчиванию

Мартенситные коррозионностойкие стали

• Содержат не менее 11 % хрома. Пример — сталь 20Х13 (аналог — ANSI 420)

• Относительно низкая коррозионная стойкость

• Склонны к коррозии под напряжением

• Термически упрочняемые

• Довольно высокая теплопроводность (как у углеродистой стали)

• Магнитные

Аустенитные коррозионностойкие стали

• Содержат не менее 17 % хрома

• Содержат не менее 8 % никеля

• Могут содержать молибден для повышенной коррозионной стойкости

• Термически неупрочняемые

• Немагнитные

• Пониженная теплопроводность (на 25 % ниже, чем у мартенситных и углеродистых сталей)

• Самые известные марки: ANSI 304 и ANSI 316 (классы А2 и А4). Аналоги — стали 08Х18Н10 и 08Х17Н13М2

• Очень высокая коррозионная стойкость

Только аустенитные стали

Ни ферритные, ни мартенситные стали не применяются как материал крепежных изделий для навесных вентилируемых фасадов. В качестве высокопрочного крепежа в ответственных несущих компонентах навесных вентилируемых фасадов с длительным сроком службы применяют только крепеж из аустенитных сталей, обычно это стали 304, 321 или 316.

При задании технических требований к крепежным изделиям мало указания на то, что сталь должна быть коррозионостойкой. Необходимо указать конкретную марку или класс: например, 304 или 316, А2 или А4, 08Х18Н10 или 08Х17Н13М2.

Где и какой крепеж

Все крепежные изделия навесного вентилируемого фасада подразделяются на четыре основных области применения (рисунок 1):

• установка кронштейнов к основе (несущей стене);

• монтаж подконструкции (несущего каркаса);

• крепление утеплителя;

• крепление элементов облицовки.

Рисунок 1 — Виды крепежа навесного вентилируемого фасада [1]

Крепление кронштейнов

Выбор типа крепежа для крепления кронштейнов к основе (несущей стене), конечно, зависит от ее механических характеристик. Это может быть кладка, кирпичная или каменная, различные по классу прочности виды бетона, стальной каркас, композитные плиты и другие материалы.

Крепление к бетону и кладке

Для установки кронштейна на плотные полнотелые материалы (кирпич, бетон, природный камень) типичным является комплект анкерного крепежа, который включает винт из стали 304 или 316 (рисунок 2). В более сложных случаях, например, для пустотелого кирпича или газобетона, применяются другие типы анкерных креплений, такие как анкерные болты с распорной втулкой и химические (клеевые) анкеры, а также самонарезающие винты (рисунок 3).

Рисунок 2 — Фасадный дюбель с нейлоновой (полиамидной) втулкой

Рисунок 3 — Самонарезающий винт крепления кронштейна

Крепление к стальным конструкциям

Для крепления кронштейнов к стальным конструкциям чаще всего применяют самосверлящие винты (рисунок 4). Самосверлящие винты — это обычно биметаллические винты, которые состоят из собственно винта (нержавеющие стали) и сверлящего наконечника (углеродистая сталь). Для более толстой стали применяют самонарезающие винты.

Рисунок 4 — Самосверлящие винты для крепления кронштейнов к стальным конструкциям [2]

Монтаж подконструкции

Подавляющее большинство подконструкций навесных вентилированных фасадов в Великобритании являются алюминиевыми. Применяют различный алюминий — от марки алюминия 1050 до среднепрочного алюминиевого сплава 6063 в состоянии Т6.

Для крепления элементов алюминиевых подконструкций обычно применяются самосверлящие винты из аустенитных сталей 304 (А2) или 316 (А4). Форма головки винта может быть различной, от шестигранника с фланцем до плоской головки, в зависимости от особенностей фасадной системы (рисунок 5).

Рисунок 5 — Самосверлящие винты для монтажа элементов подконструкции

Крепление утеплителя

Обычно считается, что крепление теплоизоляционных плит не является несущим. Однако утеплитель подвергается ветровым нагрузкам в ходе строительства фасада, а также воздействию потока воздуха в воздушном зазоре. Кроме того, к нему предъявляются прочностные требования и с точки зрения пожарной безопасности.

Так, британские нормы требуют, чтобы наряду с пластмассовыми тарельчатыми дюбелями, на каждом квадратном метре был хотя бы один металлический тарельчатый дюбель. Обычно на теплоизоляционную плиту с размерами 1200×2400 мм приходится минимум 9 дюбелей — по 3 пластиковых вдоль каждой длинной стороны и 3 металлических посередине. Дюбели должны располагаться не ближе 50 мм и не дальше 150 мм от краев и углов.

Рисунок 6 — Крепление плиты утеплителя

Минимальная ширина тарелки дюбеля зависит от типа теплоизоляционного материала: она составляет 25-40 мм для более жесткого утеплителя, например, пенополиуретана, тогда как для более мягкой минеральной ваты может потребоваться ширина тарелки 70-90 мм.

Крепление облицовки

Фасадные системы применяют большое количество различных видов облицовки. Многие фасадные системы имеют свои крепежные приспособления для крепления элементов облицовки, например, в виде крючков, скоб или специальных профилей. Однако немало систем применяют для установки панелей облицовки механическое крепление с помощью вытяжных (слепых) заклепок, а также самосверлящих или самонарезающих винтов (саморезов) (рисунок 7). Корпус заклепки обычно изготавливают из алюминиево-магниевых сплавов, сердечник заклепки и саморезы — стали 304 или 316.

Рисунок 7 — Два варианта крепления облицовочных плит: на саморезах и на заклепках

Источники:

1. MCRMA Guidance Document, Fixing and Fasteners for Rainscreen Systems, 2014

2. Материалы фирмы EJOT (Великобритания), 2016