Анализ способов соединения элементов и металла используемого для системы НВФ с точки зрения долговечности системы
В климатических условиях России вопрос утепления стен давно уже является одним из центральных как при строительстве новых, так и при реконструкции старых жилых и офисных зданий. В последнее время он приобретает все большую актуальность в связи с постоянным ростом затрат на энергоносители. Среди существующих способов утепления можно выделить три основных методики: штукатурные системы, многослойные фасадные системы и системы навесных вентилируемых фасадов (НВФ).
Впервые технология НВФ была применена в Германии и Финляндии более 30 лет назад и сейчас успешно применяется в большинстве развитых стран Европы. В России она появилась около 15 лет назад и в настоящее время является одним из самых активно развивающихся сегментов строительного бизнеса. Реклама: монтажники вентфасадов . Принцип конструктивного решения фасадных систем с вентилируемым воздушным зазором следующий: с внешней стороны несущих конструкций наружной стены крепят металлический каркас, на который навешивают облицовочный слой – экран. Между экраном и наружной стеной монтируется слой утеплителя расчетной толщины. Между наружной поверхностью утеплителя и экраном должен оставаться воздушный зазор 40-80 мм для обеспечения надежной вентиляции.
Преимущества болтового соединения
Основным элементом, обеспечивающим надежность конструкции всего фасада в целом, является система крепления облицовочного экрана к стене здания. Изготовлением и поставками такой системы занимаются в настоящее время более 100 компаний. Предлагаемые ими конструкции отличаются как способом крепления основных элементов конструкции (кронштейны, направляющие), так и использованием различных материалов. Среди основных способов крепления кронштейнов и направляющих (заклепки, болты) большинство производителей предпочитает заклепки в силу их дешевизны. Однако с точки зрения надежности предпочтение следует отдать болтовому соединению из следующих соображений.
При монтаже фасадных систем используются вытяжные заклепки. Принцип их действия заключается в расклинивании сердечником тела заклепки с образованием бортика, который и прижимает соединяемые детали к головке тела заклепки. При этом степень надежности соединения зависит от качества материала заклепок и плотности прилегания бортика к плоскости детали, которая, в свою очередь, определяется усилием вытяжки. Если усилие будет недостаточным, то между бортиком, головкой тела заклепки и соединяемыми деталями образуется зазор, который в процессе эксплуатации под воздействием термических напряжений и ветровых нагрузок будет увеличиваться, что приведет к потере прочности соединения. К слову сказать, в заклепках классического типа, применяемых, например, в самолетостроении, этот эффект отсутствует, т.к. там ударная нагрузка, прилагаемая с обеих сторон заклепки, приводит к наклепу, который улучшает прочностные характеристики поверхностного слоя заклепки и препятствует ослаблению соединения.
Немаловажен и тот фактор, что в вытяжных заклепках силовых конструкций, к которым относятся фасадные системы, требованиями действующих нормативных документов должны использоваться сердечники из нержавеющей стали, которые в настоящее время на территории Российской Федерации не производятся. Ну, и, наконец, сама технология клепки предусматривает проведение операций разметки, накернивания, сверления и вытяжки непосредственно в рабочей зоне (леса, люлька), что значительно усложняет технологию сборки и увеличивает время монтажа, а следовательно, и стоимость всего фасада в целом.
Этих недостатков лишен способ болтового крепления кронштейна с направляющей. Во-первых, он более надежно работает на срез, т.к. диаметр сечения болта, как правило, в шесть-восемь раз больше, чем вытяжной заклепки. Во-вторых, применение гроверной шайбы предотвращает откручивание, а дополнительная квадратная шайба с рифлением, подложенная под гроверную шайбу, в совокупности с ответным рифлением на кронштейне повышает надежность его соединения с направляющей. В-третьих, в некоторых системах головка болта фиксируется в специальном пазе в направляющей, что позволяет использовать для монтажа только один гаечный ключ. И, наконец, в случае ошибок при монтаже они легко устраняются путем откручивания гайки, выравнивания плоскости экрана и закручивания гайки. В случае заклепочного соединения необходимо высверлить заклепку, заново разметить, накернить, просверлить и заклепать ее на новом месте.
Металл для НВФ
В качестве материалов навесной системы используются оцинкованная или нержавеющая сталь или алюминиевые сплавы. Рассмотрим подробнее каждый из материалов. Так, в навесной системе из оцинкованной стали в качестве исходного сырья используется оцинкованный металлопрокат. Толщина слоя цинка в сталях 1-го класса цинкования в соответствии с ГОСТ 14918-80 должна быть в диапазоне 40-60 мкм. Из практики известно, что реальная толщина не превышает 15 мкм. В условиях даже слабой агрессивности окружающей среды разрушение такого покрытия начнется уже через полтора-два года [1]. Даже если нанести на такую конструкцию затем полимерное покрытие, это удлинит срок служба на пять-семь лет, не более. Затем необходимо возобновлять покрытие, иначе начнется процесс коррозии стального основания, выполненного, как правило, из дешевой ферритной стали, и ржавые подтеки с направляющих «перетекут» на облицовочные панели (фото 1). Но это еще не все самое страшное. Ведь с целью экономии средств многие изготовители систем берут в качестве исходного сырья оцинкованный профиль, а затем его режут, сверлят, фрезеруют, варят. В этих местах в направляющих и кронштейнах защитный слой цинка будет нарушен и процессы коррозии будут происходить в них более интенсивно, чем в основании. Последующее «выкрашивание» материала в сочетании с ветровыми и температурными нагрузками неизбежно приведет к ослаблению соединения в самом ответственном узле конструкции – креплении кронштейна с направляющей. В результате произойдет потеря жесткости всей системы, фасад начнет вибрировать, возможны перекосы кассет облицовки вплоть до их отрыва.
Для устранения указанных недостатков логично и технологически необходимо в первую очередь изготовить все несущие элементы, а затем подвергнуть их процессу горячего цинкования или гальванического покрытия. Хотелось бы отметить, что предпочтительный способ защиты конструкции – это горячее цинкование, т.к. слой цинка в этом случае составит от 80 до 150 мкм. Конечно, горячее цинкование приведет к заметному увеличению стоимости конструкции. Поэтому многие недобросовестные компании эту операцию просто исключают, предлагая металлические системы из «псевдооцинкованной» стали, по ценам значительно ниже, чем изготовленные из алюминиевых сплавов или из нержавеющих сталей аустенитного класса Фактически, такой производитель сознательно вводит потребителя в заблуждение, предлагая товар, не отвечающий требованиям, предъявляемым к товарам такого рода. Несколько лучше обстоят дела в случае применения нержавеющей стали. Ее основные достоинства – это высокие прочностные характеристики и коррозионная стойкость. Но имеются и недостатки. Это большой веса конструкции (в 2,7 раза больше по сравнению с алюминиевыми сплавами), повышение стоимости на 30-40%, по отношению к тем же алюминиевым сплавам, возникновение магнитных полей, негативно отражающихся на здоровье людей, трудоемкость в обработке и т.д. Основная задача заказчика – получить действительно коррозионно-стойкую сталь с заявленными характеристиками. Здесь тоже есть проблема, и состоит она в следующем.
Ряд компаний для увеличения прибыли прибегает к элементарному подлогу, идя на подмену прописанной в собственных же ТУ коррозионностойкой нержавеющей стали аустенитного класса типа 12Х18Н10Т на более дешевую ферритную сталь, имеющую более низкую цену. При этом коррозионные процессы в таких сталях происходят, быстрее, чем даже в оцинкованных сталях, т.к. они вообще не имеют защитного слоя (фото 2). Ведь неслучайно широко применяемые такими компаниями ферритные стали типа 08Х17, согласно ГОСТу 5632, разрешены к применению только в приборах бытового назначения и кухонной утвари и имеют предел по допустимой температуре эксплуатации не ниже –20°C. Таким образом, наряду с ухудшением прочностных характеристик фасада, происходит прямое нарушение ГОСТа 5632, т.е. документа, обязательного к применению на территории Российской Федерации. Что же касается применения алюминиевых сплавов для изготовления конструкций фасадных систем, то, с точки зрения качества используемых материалов и их коррозионной стойкости, они являются предпочтительными. Так, по данным многолетних испытаний, скорость коррозии углеродистой стали в слабоагрессивной среде составляет около 50 мкм/год, цинкового покрытия – 3-5 мкм/год, алюминия – 0,5-1 мкм/год. Проведенные некоторыми компаниями исследования своих конструкций на предмет их долговечности с точки зрения коррозионной стойкости позволяют сделать заключение о надежной работе фасадных систем из алюминиевых сплавов до 50 лет, а с учетом процессов репассивации питтинговой коррозии – до 100 лет. Применяемые сплавы АД31Т1(Т6), 6063, 6060 уступают сплавам из нержавеющей стали по пределу прочности. Но комплексно, в части обеспечения надежности, прочности и технологичности всей фасадной системы, явно выигрывают.
Особо отметим низкую металлоемкость конструкций, что особенно актуально при ограниченных нагрузках на фундамент для зданий, находящихся в районах неплотных, сыпучих грунтов, таких как Краснодарский Край, и, в т.ч., в столице зимней олимпиады 2014 г. – Сочи. Пластичность алюминиевых сплавов и тот факт, что напряжения, возникающие при собственных колебаниях алюминиевых конструкций, меньше напряжений при колебании стальных сооружений из-за меньшего веса алюминиевых элементов, делают предпочтительным их применение в районах с сейсмическим воздействием. Еще одним достоинством алюминиевых сплавов является то, что при пониженных температурах они не только не ухудшают свои механические показатели, а даже становятся более прочными вследствие усиления процесса старения. Поэтому и для строительства в северных широтах предпочтительнее изготовлять конструкции из алюминиевых сплавов. Правда, здесь необходимо оговориться, что проблема должного контроля над качеством материалов имеется. В частности, все элементы конструкции должны быть получены методом экструзии, пройти термообработку и иметь заявленный состав алюминиевого сплава. Толщина основных несущих элементов-кронштейнов и направляющих, подтвержденная прочностными расчетами, должна обеспечивать надежность работы конструкции.
Вывод
Итак, какой же вывод следует из изложенного? Если рассматривать вопрос о надежности и долговечности работы фасадной системы в комплексе с вопросами технологичности сборки и стоимости, то оптимальный вариант конструкции, на наш взгляд, мог бы выглядеть следующим образом. Крепление кронштейна с направляющей должно осуществляться болтовым способом.
Количество креплений заклепками должно быть минимальным. Конструкция системы должна обеспечивать надежность при всех возможных нагрузках, сочетаясь при этом с высокой скоростью монтажа. В качестве материала конструкции целесообразнее всего использовать алюминиевые сплавы, широко применяемые в больинстве развитых стран. Наверное, у такой точки зрения найдется немало противников, поэтому предлагаем нашим оппонентам на страницах журнала завязать дискуссию, которая позволит всем участникам этого сегмента строительного рынка объективно оценить свою конструкцию, исправить имеющиеся недостатки и тем самым укрепить доверие к качеству навесных фасадных систем, слегка пошатнувшееся в последнее время из-за грубых просчетов отдельных компаний.
Ю.Н. Мамлясов, В.И. Костюков, ООО «Алюком»
Журнал «Кровля, фасады, изоляция»
Список использованной литературы 1. А.В. Казакевич. «Коррозионная стойкость и совместимость материалов несущих конструкций навесных фасадов». Журнал «Кровля, фасады, изоляция», №3, 2008 г.
