В данной статье рассмотрены аспекты применения навесных вентилируемых фасадов
Аннотация:
В этой статье рассмотрены аспекты применения навесных вентилируемых фасадов. Также рассмотрен программный комплекс Hilti PROFIS Façade, который позволяет оперативно и безошибочно рассчитывать все виды фасадных подсистем.
Программный комплекс HILTI PROFIS Façade
Для автоматизации процессов расчета и сокращения времени, которое уходит на прочностные расчеты основных элементов фасадных систем VFH, а также уменьшения риска допустить ошибку при ведении расчетов, компанией Hilti был разработан программный комплекс HILTI PROFIS Façade. Который позволяет за считанные минуты сделать расчет основных элементов как классической, так и тяжелой подсистем.
Программа позволяет формировать отчеты, в которых подробно отражен ход расчета, показано изображение элементов и их расчетные схемы. При этом HILTI PROFIS Façade так же удобен для быстрого подбора применяемых элементов, шага кронштейнов и направляющих, так как в онлайн режиме наглядно отображается на сколько процентов загружен тот или иной элемент. Имея данную информацию пользователю не составляет труда перераспределить нагрузку с перегруженных элементов (например, кронштейнов) на слабонагруженные.
Интерфейс программы подразделяется на 4 вкладки, в которые пользователь вводит необходимую информацию для расчету:
- первая вкладка включает в себя общую информацию о проекте;
- во второй вкладке вводится информация по зданию и облицовочному материалу.
Особое внимание при вводе данных для здания следует уделить высотности (так как это напрямую влияет на ветровую нагрузку), типу базового материала и толщине ненесущего слоя базового материала, в том случае если крепление кронштейнов будет осуществляться через строительные конструкции, неспособные воспринимать необходимые нагрузки. Последние два пункта являются релевантными для определения несущей способности анкерного крепления.
Основным параметром при вводе облицовочного материала является его вес кв. метра, формирующий основную вертикальную нагрузку на подконструкцию;
- далее вводится информация касательно действующих нагрузок, путем ввода ветровых и гололедных районов строительства, а также сейсмичности территории, если строительство объекта планируется в сейсмоопасном регионе;
- четвертая вкладка посвящена вводу информации, касающейся элементов подконструкции.
В данном разделе вводятся марки применяемых кронштейнов, направляющих, метизов и анкеров. Также указывается количество кронштейнов, их шаг, а также шаг направляющих, зависящий от выбранного типа и размеров облицовки;
результаты расчета выводятся непосредственно в самой программе в онлайн режиме.
Более подробная информация по полученным данным отображается в соответствующей вкладке и подробном отчете, формирующемся автоматически после завершения расчета.
Программа Profis Façade является абсолютно бесплатной и распространяется через инженеров компании Hilti. При этом клиенты компании получают полную инженерную поддержку, как по обучению применения программного комплекса, конструктивным решениям, проработке чертежей, так и по шеф-монтажу.
В настоящее время российскими инженерами фасадного направления компании Hilti разработаны альбомы технических решений, согласно которых получены все необходимые документы (Технические свидетельства) для применения фасадных подсистем VFH в строительстве.
Пример расчета элементов классической системы (VFH Light)
Исходные данные: |
|
Тип облицовки: | Керамогранит |
Нагрузка от облицовки: | qобл.=25,0 кгс/м2 |
Коэффициент надежности: | kn=1,1 |
Расчетная нагрузка от облицовки: | qк.расч.=27,5 кгс/м2 |
Район строительства: | Москва |
Ветровой район: | I |
Тип местности: | B |
Ветровая нагрузка в угловой зоне, согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» | Wm= 145 кгс/м2 |
Расчет вертикальной направляющей TL-профиль 60х82х2,2
|
Исходные данные: |
|
|
Максимальная длина направляющей TL-профиль |
Lнапр.=2800 мм |
|
Максимальный шаг направляющих |
bнапр.=608 мм |
|
Количество кронштейнов
в пределах одной направляющей |
Nk=3 шт. |
|
Максимальный шаг кронштейнов |
bкр.=730 мм |
|
Вылет кронштейна от строительного основания |
Lкр=220 мм |
|
Плечо вертикальной силы от собственного веса облицовки |
Lmax=250 мм |
|
Площадь сечения направляющей |
Анапр=2,44 см2 |
|
Момент сопротивления сечения направляющей |
Wнапр=1,7 см3 |
|
Момент инерции сечения направляющей |
Iнапр=8,27 см4 |
|
Модуль упругости алюминиевого сплава |
Е=7,1*103 МПа |
|
Удельная плотность алюминиевого сплава 6063 Т6 |
ρ=2710 кг/м3 |
|
Расчетное сопротивление алюм. сплава 6063 Т6 |
R=1350 кгс/м2 |
Ход расчета:
Ветровая нагрузка на направляющую:
qw=Wm*bнапр=87 кгс/м
Нагрузка от веса облицовки, действующая на направляющую:
qобл=qк.расч*bнапр=16,5 кгс/м
Нагрузка от собственного веса направляющей:
qнапр=ρ*Анапр*kn=0,8 кгс/м
где:
kn – коэффициент надежности по нагрузке.
Эксцентриситет приложения нагрузки от центра тяжести сечения направляющей до центра тяжести сечения облицовочного материала:
е = 3,5 см
Общий вес облицовки, действующий на направляющую:
Рс.вес.обл.=qобл*Lнапр=46,2 кгс
Вертикальная сила:
N=(qнапр+qобл)*Lнапр=48,4 кгс
Момент от веса облицовки:
Мобл= Рс.вес.обл*е=161,7 кгс*см
Момент от ветровой нагрузки:
Мветер=0,1*qw*bкр2 =773 кгс*см
Сумма моментов:
Мсум= Мобл+ Мветер=934,7 кгс*см
Проверка направляющей на сочетание нагрузок:
σнапр=Mсум/W+N/A=569 кгс/см2< R= 1350 кгс/см2
Проверка направляющей на максимальный прогиб:
fmax=(qw∙l4)/185EI=0,0003 м < freq=l/200=0,004 м
Вывод: прочность направляющей обеспечена.
Расчет несущего кронштейна MacFOX L-220
|
Исходные данные: |
|
|
|
Толщина кронштейна в сечении 1-1 |
t1-1=0,25 см |
|
|
Высота кронштейна в сечении 1-1 с учетом ослаблений |
h1-1=5,4 см |
|
|
Площадь сечения в сечении 1-1 |
A1-1=1,22 см2 |
|
|
Моменты сопротивления в сечение 1-1 |
Wx1-1=9,38 см3 |
Wу1-1=0,16 см3 |
|
Толщина кронштейна в сечение 2-2 |
t2-2=0,38 см |
|
|
Высота кронштейна в сечении 2-2 |
h2-2=15 см |
|
|
Площадь сечения в сечении 2-2 |
А2-2=5,7 см2 |
|
|
Момент сопротивления в сечении 2-2 |
Wx2-2=14,25 см3 |
Wy2-2=0,36 см3 |
|
Толщина подошвы кронштейна |
t=0,4 см |
|
|
Высота подошвы кронштейнов за вычетом высоты отверстий |
h=11,7 см |
|
|
Площадь сечения |
А=4,7 см2 |
|
|
Момент сопротивления сечения подошвы |
Wy=0,31 см3 |
|
Расчет в сечении 1-1:
Горизонтальная сила от действия ветровой нагрузки:
R=qw*bкр*bнапр=63,5 кгс
Эксцентриситет, равный расстоянию от центра стенки направляющей до центра стенки кронштейна:
е1=0,235 см
Момент от горизонтальной силы:
Мгор=R*e1=14,9 кгс*см
Эксцентриситет, равный расстоянию от сечения 1-1 до центра тяжести облицовки:
е3= 4,5 см
Момент от вертикальной нагрузки:
Мверт= Рс.вес.обл*е3=46,2*4,5=207,9 кгс*см
Проверка сечения 1-1 на сочетание нагрузок:
σ(1-1)=R/A(1-1) +Mверт/W(x1-1) +Mгор/W(y1-1) =167 кгс/(см2)< R=1350 кгс/см2
Прочность кронштейна в сечении 1-1 обеспечена.
Расчет в сечениях 2-2, 3-3:
Эксцентриситет, равный расстоянию от центра стенки направляющей до оси дюбеля:
e2=2,08 см
Момент от горизонтальной силы в сечении 3-3:
Мгор1=R*e2=132,1 кгс*см
Эксцентриситет, равный расстоянию от начала консоли кронштейна до центра облицовки:
е4=22,5 см
Момент от вертикальной силы:
Мверт= Рс.вес.обл*е4=1040 кгс*см
Проверка сечения 2-2 на сочетание нагрузок:
σ(2-2)=R/A(2-2) +Mверт/W(x2-2) +Mгор1/W(y2-2) =451,1 кгс/(см2 )< R= 1350 кгс/см2
Проверка сечения 3-3 на сочетание нагрузок:
σ(3-3)=P/A_+Мгор1/Wy =436 кгс/(см2 )< R= 1350 кгс/см2
Прочность кронштейна в сечении 2-2, 3-3 обеспечена.
Расчет несущего кронштейна MacFOX М-220
|
Исходные данные: |
|
|
|
Толщина кронштейна в сечении 1-1 |
t1-1=0,25 см |
|
|
Высота кронштейна в сечении 1-1 с учетом ослаблений |
h1-1=2,7 см |
|
|
Площадь сечения в сечении 1-1 |
A1-1=0,68 см2 |
|
|
Моменты сопротивления в сечение 1-1 |
Wx1-1=0,30 см3 |
Wу1-1=0,03 см3 |
|
Толщина подошвы кронштейна |
t=0,4 см |
|
|
Высота подошвы кронштейнов за вычетом высоты отверстий |
h=6,4 см |
|
|
Площадь сечения |
А=2,6 см2 |
|
|
Момент сопротивления сечения подошвы |
Wy=0,17 см3 |
|
Расчет в сечении 1-1:
Горизонтальная сила от действия ветровой нагрузки:
R=qw*bкр*bнапр=63,5 кгс
Момент от горизонтальной силы:
Мгор=R*e1=14,9 кгс*см
Проверка сечения 1-1 на сочетание нагрузок:
σ(1-1)=R/A(1-1) +Mгор/W(y1-1) =590 кгс/(см2 )< R= 1350 кгс/см2
Прочность кронштейна в сечении 1-1 обеспечена.
Расчет в сечениях 3-3:
Момент от горизонтальной силы в сечении 3-3:
Мгор1=R*e2=13,2 кгс*см
Проверка сечения 3-3 на сочетание нагрузок:
σ(1-1)=R/A_ +Mгор1/Wy =101 кгс/(см2 )< R= 1350 кгс/см2
Прочность кронштейна в сечении 3-3 обеспечена.
Расчет заклепок на срез в месте крепления кронштейна и направляющей.
Расчет заклепок на несущем кронштейне:
Несущая способность заклепка 4,8х12 Al/А2 на срез Rсрез=187 кгс
Количество заклепок на кронштейне
n=4 шт.
Nзаксрез=√(Nгор2+Nверт2 )/(γf∙n)=24 кгс< R= 187 кгс
Несущая способность обеспечена.
Расчет вырывающей нагрузки, действующей на анкер.
Расчет нагрузки на вырывающее усилие от действия ветровой нагрузки и момента от собственного веса конструкции (на несущем кронштейне):
Nанкер=Nвес+R/nb +(R∙e2)/((nb∙c) )=132 кг≤Fанкермонолит=460 кг
где
Nвес = Mвес * (AВ/(AВ2+AН2)) – нагрузка от собственного веса конструкции, кгс
где
AВ = 12,5 см – расстояние от нижней точки кронштейна до верхнего анкера
AН = 2,5 см – расстояние от нижней точки кронштейна до нижнего анкера
Mвес= P*e4=1040 кг*см
nb – количество кронштейнов, шт. (2 для несущего кронштейна, 1 – для опорного)
с=1,9 см - расстояние от центра анкера до крайней точки опорной пяты кронштейна
Fанкер – расчетное сопротивление анкера на вырыв, кгс
Fанкерпеноблок = 0,14*Fисп=140 кгс– расчетное сопротивление на вырыв для пластиковых дюбелей (HRD) – для ячеистого бетона
где:
Fанкермонолит = 0,14*Fисп=460 кгс– расчетное сопротивление на вырыв для пластиковых дюбелей (HRD) – для монолитного бетона
где:
Fисп – ультимативная нагрузка на вырыв, полученная при испытаниях, кгс
Расчет нагрузки на вырывающее усилие от действия ветровой нагрузки (на опорном кронштейне):
Nанкер=R+(R∙e2)/((nb∙c) )=100 кг≤Fанкерпеноблок=140 кг
Вывод:
в качестве вертикальной направляющей принимается T-профиль 60х82х2,2, устанавливаемый с шагом не более 608 мм. Марка несущего кронштейна MacFOX L-220, опорного – MacFOX M-220. Максимально допустимый шаг кронштейнов не более 730 мм. Для анкерного крепления принимаются пластиковые фасадные дюбели типа HRD диаметром 10 мм.
Данные авторов:
Самсонов Александр Дмитриевич, Руководитель группы инженеров компании Hilti. Фасадное направление
Рихтер Денис Андреевич, Руководитель группы инженеров компании Hilti
Список литературы:
1. ГОСТ 22233-01 «Профили прессованные из алюминиевых сплавов для светопрозрачных ограждающих конструкций»
2. Альбомы технических решений HILTI VFH Ceramics, VFH Composite, VFH Fibrocement, VFH HPL, VFH Stone
3. СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия»
4. В.Ф.Беляев, «Экспертное заключение по несущей способности каркаса вентилируемых фасадных систем HILTI VFH Ceramics и VFH Composite», ЦНИИПСК им.Мельникова, 2012
5. Гарет Проссер, МЕНЕДЖЕР
компании Хилти по направлению металлоконструкции, регион Северная Европа, статья “Innovation is a key”, журнал “Cladding and Sheeting”, 2012
компании Хилти по направлению металлоконструкции, регион Северная Европа, статья “Innovation is a key”, журнал “Cladding and Sheeting”, 2012Подписи к рисункам:
Рис. 4. Отображение вкладки для принятия расчетной схемы и выбора рассчитываемых элементов подконструкции Hilti VFH
Рис. 5. Отображение результатов расчета в Profis Facade
Рис. 6. Система VFH Ceramics с облицовкой керамогранитными плитами
Рис. 7. Расчетная схема направляющей от действия горизонтальной ветровой нагрузки.
Рис. 8 Сечение 1-1
www.hilti.ru
Russia@hilti.com
Единый бесплатный номер
8 (800) 700-52-52
