.

.

Профильный свод правил,положений по проектированию ограждающих элементов светопрозрачных конструкций и точечного планарного остекления

Светопрозрачные конструкции, навесные вентилируемые фасады (НВФ) и точечное планарное остекление постоянно применяются в качестве основных фасадных элементов современного здания. Объединяя в себе функции тепловой и акустической защиты, их качества должны дополняться надёжной работой под действием внешних нагрузок. Граничное положение конструкций требует особого подхода к определению действующих на них силовых факторов и оценке их влияния.

Однако в нормативной литературе при отсутствии единого профильного свода правил, положения по проектированию современных ограждающих элементов требуется обобщать с требованиями к несущим и фахверковым конструкциям, что приводит к многочисленным вопросам, ошибкам и выявляет несоответствие документов друг другу. Результатом такого положения дел является снижение качества и увеличение затрачиваемых на фасад денежных средств.

Проведённый в статье анализ научной и нормативной литературы, указывает на необходимость проведения дополнительных расчётов, оказывающих влияние на работу конструкции, вносит ясность в части назначения коэффициентов надёжности по нагрузке, обращает внимание на специфику расчёта козырьков (в том числе, набравших в России популярность, козырьков с точечным креплением) и фасадов на снеговые и ветровые воздействия, соответственно. На основе отечественного и зарубежного опыта делается предположение о методе оценки второго предельного состояния облицовочных элементов, выполненных из различных материалов. Материалы данной статьи могут быть использованы в качестве основных положений при проектировании ограждающих конструкций, а приведённые примеры расчётов использоваться в методических целях.

Широкое применение современных фасадных конструкций, таких как, светопрозрачные стеновые элементы (в России их не совсем корректно принято называть «витражами», хотя фр. vitrage – произведение изобразительного декоративного искусства сюжетного или орнаментального характера из цветного стекла, рассчитанное на сквозное освещение, навесные вентилируемые фасады и точечное планарное остекление, требует повышенного внимания к качеству их проектирования. В первую очередь, это связано с необходимостью сочетания в себе несущих, ограждающих, теплоизолирующих и эстетических качеств. Однако, на сегодняшний день, инженерную работу по данному направлению сложно назвать выверенной и однозначной, что непосредственно влияет на качество и стоимость фасадных конструкций. Особенно это становится актуальным в сегодняшних условиях масштабной экономии, когда на первый план выходит необходимость в оптимизации проектов, которые напрямую связаны с использованием текущей нормативной документации, регламентирующей работу конструкторов. Со времени принятия актуализированных СП (сводов правил), значительно изменивших методологию расчёта ограждающих конструкций, прошло уже четыре года. Ряд экспертов, специализирующихся по вопросам фасадных конструкций, высказывал свои замечания, предложения и даже критику определённых положений данных документов в своих статьях, но никакой положительной динамики в решении актуальных проектных задач до сих пор нет. В данной статье автор предлагает рассмотреть и обсудить с читателями ряд нормативных вопросов, напрямую касающихся технико-экономических показателей проектов ограждающих конструкций.


Для более детального освещения проблемы, давайте рассмотрим алгоритм проектирования строительных конструкций:

1. Создание конструктивной формы (схемы) и её преобразование в расчётную схему.

2. Сбор нагрузок на конструкцию.

3. Статический расчёт по правилам строительной механики (получение усилий в элементах конструкции).

4. Подбор сечений.

5. Проверка конструкции по второму предельному состоянию (т.н. проверка по жёсткости включает в себя оценку прогибов, кренов и т.п.).

6. Проверка конструкции по первому предельному состоянию (т.н. проверка по несущей способности оценивает прочность, устойчивость и долговечность конструкции).

7. Конструирование узлов (расчёт соединений элементов: подбор и проверка количества болтов, заклёпок, определение длины и катета сварного шва; оценка местной устойчивости сечений конструкции при действии сосредоточенных сил).


Первым очевидным недостатком существующей системы проектирования является отсутствие единого нормативного документа, включавшего бы в себя как особенности конструирования ограждающих конструкций, так и опыт применения и результаты апробации научных разработок в области фасадного строительства. На данный момент, каждый из вышеперечисленных пунктов должен соответствовать определённому набору действующих строительных норм. К примеру, позиции алгоритма №2, 5 и 6 напрямую зависят от СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*», но тем не менее часть требований в реальных проектах либо не выполняется, либо неоднозначна, и, как следствие, трудновыполнима. Рассмотрим данные аспекты подробнее.


Сбор нагрузок на НВФ (навесные вентилируемые фасады) и светопрозрачные ограждающие конструкции

Собственный вес металлических фасадных конструкций Зачастую, собственный вес фасадных металлических конструкций не включают в расчёт ввиду своей малости. Действительно, масса одного погонного метра алюминиевой фасадной стойки варьируется от 1 до 5 кг, а, к примеру, один погонный метр межэтажной оцинкованной направляющей для НВФ не превышает по массе 2,5 кг. Тем не менее, учёт данной нагрузки вести необходимо, так как она существенно влияет на результат расчёта анкерного крепления каркаса к основанию:

Пример расчёта значения вырывающего усилия в анкерном дюбеле от действия собственного веса металлических конструкций :

Расчётная схема, рассматриваемой нами межэтажной системы НВФ, представляет собой внецентренно растянутую направляющую и изгибаемый кронштейн, работающий как консоль и передающий нагрузку на несущее основание через анкерное крепление и подошву опоры. В данной конструкции неизвестной расчётной величиной является значение вырывающего усилия фасадного дюбеля, определяемое экспериментальным способом на объекте строительства согласно СТО 44416204-010-2010 «Крепления анкерные. Метод определения несущей способности по результатам натурных испытаний». Полученная величина несущей способности должна быть выше значения внешней силы, приходящей на

соответствующее анкерное крепление, значение которой определяется на основании алгоритма.


Вывод: 3 метра направляющей (массой 2,5 кг/п.м.) на относе 300 мм от стены требуют от анкера несущей способности на вырыв не менее 28 кгс (а с учётом коэффициента надёжности по нагрузке для фасадного дюбеля, при натурных испытаниях, вырывающее усилие должно быть показано не менее 140,6 кгс). Также необходимо заметить, что конструктивное решение несущих кронштейнов для НВФ подразумевает наличие двух-трёх отверстий под анкеры (рис. 4), при этом, важной особенностью является полноценная работа только одного верхнего фасадного дюбеля (или клинового анкера). Нижний анкер либо выключен из работы (при тяжёлых облицовках в зоне его установки происходит работа кронштейна на смятие из-за действия изгибающего момента), либо, при малом собственном весе облицовки, работает на вырыв, но значительно меньший по значению в сравнении с верхним дюбелем. Логичным конструктивным решением для данного узла является применение полноценного крепления в верхней части кронштейна (например, дюбель 10х100 или 10х120) и уменьшенного прижимающего (дюбель 10х80) для компенсации возможных деформаций при навеске облицовки. Допускается не устанавливать нижний анкер в случае, если просадка системы от собственного веса облицовки незначительна или корректируется при монтаже.


Собственный вес заполнения

Данный тип нагрузки является определяющим для НВФ и немаловажным для светопрозрачных конструкций, но и он учитывается в расчётах не всегда корректно и в полной мере. Чаще всего заполнение участвует в определении сечения ригеля по результатам анализа чистого изгиба балки, вызванного приложением сосредоточенных сил в местах расположения подкладок под стеклопакеты (рис. 5). В то же время, зачастую упускается расчёт соединения фербиндера со стойкой, который, в конечном итоге, может являться определяющим при выборе сечения ригеля. Также, аналогично с собственным весом металлических конструкций, нагрузка от заполнения становится основной при подборе анкерных креплений.


Нормативные показатели массы облицовочных материалов указываются в паспортах на данные изделия. Масса стеклопакетов определяется по плотности стекла, которая зависит от его химического состава. Плотность обычных натрий-кальций-силикатных стёкол, в том числе оконных, колеблется в пределах 2500—2600 кг/м3 . Плотность керамического гранита, основного материала для облицовки несветопрозрачных элементов фасада, составляет 2400 – 2500 кг/м3 .


Снеговая нагрузка

Учёт снеговой нагрузки характерен для наклонных участков фасада или зенитных фонарей. Алгоритм сбора данной нагрузки является стандартным, но есть и характерные особенности, присущие ограждающим конструкциям. В первую очередь – это учёт сноса снеговых массивов с кровель зданий при проектировании лоджий с остеклённой кровлей или, в особенности, козырьков. Данный фактор способен увеличивать снеговую нагрузку в 1,5-2 раза, что является определяющим при расчёте данных конструкций.


Ветровая нагрузка

Ситуация с определением ветровой нагрузки на ограждающие конструкции коренным образом изменилась с 2011 года, введением в действие СП 20.13330.2011, и до сих пор вызывает немало споров в сообществе инженеров-проектировщиков. Справедливости ради стоит отметить, что для навесных вентилируемых фасадов ещё в 2004 году были выпущены «Рекомендации по составу и содержанию документов и материалов, представляемых для технической оценки пригодности продукции», предвосхищавшие появление более жёстких требований по учёту ветровой нагрузки. Но в результате, на текущий момент, действуют нормы заведомо превышающие и рекомендации5 . Заранее необходимо отметить, что по теме ветровых нагрузок на фасадные конструкции настало время посвятить отдельную статью или свод рекомендаций, как в 70-е годы появились соответствующие труды6,7 . Тем не менее, начать обзор данного вопроса необходимо с того, что до 2011 года, несмотря на упоминание в СНиП «Нагрузки и воздействия» о необходимости учёта пульсационной

Нет комментариев Добавить комментарий