Закладные детали навесной стены | Литые анкеры и кронштейны

Для чего использовались навесные стены — от средневековой обороны до современных фасадов

Термин «навесная стена» возник в средневековой военной архитектуре. Навесная стена представляла собой участок внешней оборонительной стены, проходящий между двумя укрепленными башнями или бастионами, — «занавес», подвешенный между опорными точками конструкции. Он не нес нагрузки на крышу или пол; его роль заключалась исключительно в ограждении и защите. Эта определяющая характеристика — стена, которая проходит между структурными опорами, но сама по себе не является структурной — переносится непосредственно в современное архитектурное определение.

В современном строительстве навесная стена представляет собой легкую ненесущую систему облицовки, которая закрывает внешнюю часть здания, но не передает никакой нагрузки на пол и крышу здания. Это стало практичным в начале 20 века благодаря разработке стальных и железобетонных структурных каркасов, которые позволяли зданиям полностью стоять на своем внутреннем каркасе, не требуя, чтобы внешняя стена несла какую-либо структурную нагрузку. Первый полностью застекленный фасад навесной стены в современной архитектуре появился в здании Халлиди в Сан-Франциско (1918 г.). К 1950-м годам технология экструзии алюминия сделала эту систему универсальной, и сегодня системы навесных стен облицовывают большинство коммерческих высотных зданий по всему миру.

Закладные детали, которые прикрепляют эти системы к структурному каркасу, представляют собой техническую преемственность между средневековым принципом — охватывающей ненесущей обшивкой, удерживаемой точками крепления в конструкции — и его современным инженерным выражением.

Является ли металл навесной стены — материалы, компоненты и состав системы

Современная система навесных стен содержит значительное количество металла, но не является металлической стеной в однородном смысле. Это композитная сборка, в которой металлические элементы каркаса несут структурную нагрузку внутри системы, а различные заполняющие материалы — стекло, алюминиевые композитные панели, камень, терракота или изолированные перемычки — заполняют пустоты между элементами каркаса, обеспечивая защиту от атмосферных воздействий.

Система каркаса — стойки и фрамуги — в современной практике почти всегда изготавливается из алюминия. Экструдированные профили из алюминиевого сплава 6063 сочетают в себе высокое соотношение прочности и веса, отличную коррозионную стойкость и неограниченную сложность поперечного сечения при использовании одной экструзионной головки. Стандартный импост навесной стены с пролетом между плитами длиной 4 метра выдерживает ветровые нагрузки 1,5–3,0 кПа в секции весом примерно 3–5 кг/м — структурная эффективность, с которой не может сравниться ни один другой металлический экструзионный материал при сопоставимой стоимости.

Является ли навесная стена структурной — пути нагрузки и проектирование закладных деталей

Навесная стена не является структурной в строгом инженерном смысле: она не несет нагрузки на пол, крышу или вес других элементов здания. Основной структурный каркас — бетонный или стальной — стоит и функционирует совершенно независимо от навесной стены. Однако «ненесущее» не означает «ненагруженное» — система навесных стен несет в себе значительные расчетные нагрузки, которые необходимо тщательно спроектировать и передать в конструкцию через закладные детали и систему кронштейнов.

Закладные детали навесных стен — типы, конструкция и требования к установке

Закладные детали для навесных стен — это не отдельная категория продукции, а семейство типов анкеров, выбранных на основе несущей конструкции, величины расчетной нагрузки, требуемого диапазона регулировки и ограничений программы строительства. В современной практике используются следующие четыре основных типа:

• Литые каналы (Halfen, Jordahl или аналогичные): Непрерывный горячекатаный стальной швеллер с Т-образными пазами для болтов, залитый в бетонную плиту или грань колонны во время заливки. Швеллер обеспечивает плавную позиционную регулировку по длине и определенную грузоподъемность на единицу длины. Литые каналы являются предпочтительной закладной деталью для высотных блочных навесных стен в новом строительстве — они позволяют точно отрегулировать положение кронштейна после обследования каркаса, адаптируя его к фактическому положению конструкции. Грузоподъемность варьируется от Срез от 25 до 80 кН на анкерный болт в зависимости от сечения канала и прочности бетона.
• Втelded plate embedded parts (steel face plate with shear studs or anchor bars): Плоская стальная пластина с приваренными срезными шпильками или деформированными стержневыми анкерами, помещенная в опалубку и залитая в элемент конструкции. Кронштейн впоследствии приваривается к лицевой панели на месте. Сварные пластинчатые системы используются там, где концентрируются высокие точечные нагрузки — опоры фасада на переходных балках, фасады с крупноформатными каменными панелями или места, где геометрия кронштейнов не позволяет использовать швеллерные системы. Они требуют высочайшей точности позиционирования при установке, поскольку регулировка после отливки невозможна без структурных изменений.
• Постустановленные анкеры (химическое или механическое расширение): Анкеры устанавливаются путем сверления затвердевшего бетона после завершения строительства каркаса. Анкеры из химической смолы и анкеры с механическим расширением выдерживают нагрузки, сравнимые с монолитными системами, при условии, что бетон имеет достаточную прочность и краевые расстояния соблюдаются в соответствии с одобрением производителя ETA (Европейская техническая оценка) или ICC-ES. Анкеры, установленные после установки, используются в проектах реконструкции, изменениях конструкции, пропущенных позициях заливки и в конструкциях, в которых доступ к опалубке для заливки деталей был невозможен. Они вводят существенные требования к контролю качества на объекте — угол сверления, чистота отверстия и температура смолы — все это влияет на достигаемую грузоподъемность.
• Сборные закладные вставки: Стальные вставки, отлитые на заводе, в сборные железобетонные элементы — используются в зданиях со сборным каркасом, где кромка сборной колонны или плиты изготавливается в контролируемых заводских условиях. Заводская настройка обеспечивает позиционные допуски ±2 мм , значительно более плотный, чем монолитный бетон (±10 мм), и обеспечивает неизменно надежную геометрию анкера, что упрощает конструкцию кронштейна. Вставки обычно представляют собой запатентованные продукты из стандартного ассортимента производителя сборного железобетона.

Допуски установки и структурное согласование закладных деталей

Точность позиционирования закладных деталей имеет решающее значение для стоимости и программы установки навесной стены. Система кронштейнов для навесных стен обеспечивает ограниченный диапазон регулировки — обычно от ±20 до ±30 мм по трем осям — для учета строительных допусков в каркасе конструкции. Если закладные детали выходят за пределы этого диапазона, необходимо исправить ситуацию, прежде чем можно будет приступить к установке фасада, что увеличивает затраты и задержки.

Стандартный подход к управлению допусками для крупных проектов навесных стен включает в себя трехэтапная программа обследования : обследование перед заливкой (проверка опалубки перед заливкой бетона), обследование после распалубки (фиксация фактического положения после снятия опалубки) и обследование разметки (обследование фасада подрядчиком перед установкой для выявления любых мест, требующих исправления). В проектах высотных зданий данные обследования после прокладки передаются непосредственно изготовителю навесных стен — смещения кронштейнов корректируются в программе изготовления, чтобы компенсировать положение конструкции в исходном состоянии, а не пытаться переместить закладные детали.

Спецификация материала и коррозионная стойкость закладных деталей

Закладные детали навесных стен работают на границе между щелочной средой бетона (рН 12–13) и зоной внешнего кронштейна, подверженной воздействию влаги и атмосферных загрязнителей. Выбор материала должен учитывать обе среды. Двумя основными материалами являются горячеоцинкованная углеродистая сталь и нержавеющая сталь, каждая из которых имеет особые условия применения:

• Горячеоцинкованная углеродистая сталь (HDG по ISO 1461): Стандартная спецификация для закладных пластин, каналов и анкерных стержней для внутреннего применения или эксплуатации в условиях умеренного воздействия. Цинковое покрытие (минимум 85 микрон по ISO 1461 для сечений более 6 мм) обеспечивает примерно 40–60 лет защиты в среде с коррозионной активностью C3 (городская/промышленная атмосфера) посредством протекторной катодной защиты. Закладные детали HDG не следует использовать в прямом контакте с разнородными металлами (алюминием, медью) без изоляции — разность гальванических потенциалов вызывает ускоренное растворение цинка.
• Сtainless steel (Grade 316L / EN 1.4404): Требуется для прибрежных и морских применений, сред химической обработки, ограждений бассейнов и любого применения, где вероятно осаждение хлоридов на поверхности закладных деталей. Содержание молибдена в 316L обеспечивает критическую устойчивость к хлоридной точечной коррозии, отсутствующую в стандартной марке 304. Все открытые компоненты кронштейнов в морской среде (в пределах примерно 1 км от побережья в открытых местах) должны быть изготовлены как минимум из стали 316L. Дуплексная нержавеющая сталь (марка 2205) предназначена для применений, требующих как высокой прочности, так и повышенной устойчивости к хлоридам — подводные фасадные конструкции, архитектура приливных зон.
• Требования к биметаллической изоляции: Там, где алюминиевые кронштейны для навесных стен соприкасаются со стальными закладными деталями, необходимо установить изолирующую шайбу или прокладку из ПТФЭ, неопрена или анодированного алюминия, чтобы предотвратить гальваническую коррозию. Разность гальванических потенциалов между сталью и алюминием в электролитической среде (влага с растворенными солями) вызывает ускоренную коррозию алюминия — анодного материала в этой паре. Это требование указано в BS EN 1999-1-1 (Еврокод 9) и руководствах AAMA для соединений алюминиевых фасадов и не подлежащий обсуждению в прибрежных приложениях.