Анкер-шпильки с распорными элементами: для сквозного монтажа
Анкер-шпильки с распорными элементами: конструкция, применение для сквозного монтажа и расчёт длины
Что такое анкер-шпилька и для каких задач применяется сквозной монтаж?
Анкер-шпилька (through-bolt anchor, stud anchor) — это механический анкер, представляющий собой резьбовую шпильку с распорным элементом на одном конце, предназначенный для сквозного монтажа — крепления детали к бетонному основанию, когда анкер проходит через отверстие в прикрепляемой детали и фиксируется гайкой с лицевой стороны. В отличие от забиваемого анкера-втулки, где распорный элемент и резьбовая часть разделены, анкер-шпилька является цельной деталью, что упрощает монтаж и повышает надёжность.
Конструкция анкер-шпильки
Элементы конструкции
Анкер-шпилька состоит из следующих элементов:
- Резьбовая шпилька — стальной стержень с метрической резьбой по всей длине или на части. Изготавливается из углеродистой стали класса прочности 5.8 или 8.8, нержавеющей стали А2 или А4;
- Распорный конус — конический участок на нижнем конце шпильки, который при затяжке входит в распорную втулку и разжимает её;
- Распорная втулка (цанга) — цилиндрическая втулка с 2–4 продольными прорезями, надетая на шпильку над конусом;
- Гайка и шайба — стандартные, для затяжки анкера и фиксации прикрепляемой детали.
Типоразмеры
| Диаметр резьбы | Диаметр отверстия, мм | Мин. глубина анкеровки hef, мм | Длина шпильки L, мм | Макс. толщина детали tfix, мм |
|---|---|---|---|---|
| M6 | 6 | 35 | 50–120 | 5–75 |
| M8 | 8 | 45 | 60–150 | 5–95 |
| M10 | 10 | 55 | 75–190 | 10–125 |
| M12 | 12 | 70 | 90–240 | 10–160 |
| M16 | 16 | 85 | 110–300 | 15–205 |
| M20 | 20 | 105 | 130–350 | 15–235 |
| M24 | 24 | 125 | 160–400 | 25–265 |
Применение для сквозного монтажа
Типовые узлы сквозного монтажа
Сквозной монтаж применяется в следующих случаях:
- Крепление стальных колонн к фундаменту — анкер-шпильки проходят через опорную плиту базы колонны и фиксируются гайками. Согласно СП 16.13330.2017, анкерные болты для баз колонн рассчитываются на совместное действие продольной силы и изгибающего момента;
- Крепление фасадных кронштейнов НФС — анкер-шпильки проходят через кронштейн и фиксируют его к бетонному основанию (стене или плите перекрытия);
- Монтаж технологического оборудования — станки, насосы, вентиляторы крепятся к фундаменту анкер-шпильками через монтажные отверстия в раме;
- Крепление ограждающих конструкций — перила, лестничные марши, балконные ограждения.
Преимущества сквозного монтажа
- Возможность демонтажа прикрепляемой детали без извлечения анкера из бетона;
- Визуальный контроль затяжки (гайка доступна с лицевой стороны);
- Возможность подтяжки в процессе эксплуатации;
- Совместимость с любыми прикрепляемыми деталями, имеющими сквозные отверстия.
Расчёт длины анкер-шпильки
Формула расчёта
Общая длина анкер-шпильки определяется по формуле:
L = hef + tfix + tw + tn + Δ
где:
- hef — эффективная глубина анкеровки (по каталогу производителя), мм;
- tfix — толщина прикрепляемой детали, мм;
- tw — толщина шайбы (обычно 2–4 мм);
- tn — высота гайки (≈ 0,8d);
- Δ — запас резьбы на выходе из гайки (1–2 витка, ≈ 1,5–3 мм).
Пример расчёта
Исходные данные: анкер-шпилька M12, hef = 70 мм, опорная плита колонны tfix = 20 мм.
tw = 3 мм; tn = 0,8 · 12 = 9,6 ≈ 10 мм; Δ = 3 мм.
L = 70 + 20 + 3 + 10 + 3 = 106 мм.
Принимается ближайшая стандартная длина L = 110 мм.
Фактический запас резьбы: 110 − 70 − 20 − 3 − 10 = 7 мм (достаточно).
Проверка глубины отверстия
Глубина отверстия должна быть не менее:
h0 ≥ hef + 5 мм
Дополнительные 5 мм — запас для буровой муки, которая не позволяет анкеру войти на полную глубину. При недостаточной глубине отверстия анкер не достигает проектного положения, и эффективная глубина анкеровки снижается.
Расчёт несущей способности
Проверка стали анкера на растяжение
NRd,s = As · fuk / γMs
Для анкер-шпильки M12 класса 5.8 (As = 84,3 мм², fuk = 500 МПа, γMs = 1,5):
NRd,s = 84,3 · 500 / 1,5 = 28 100 Н = 28,1 кН.
Проверка на срез (при наличии поперечной нагрузки)
VRd,s = 0,5 · As · fuk / γMs
Для M12 класса 5.8: VRd,s = 0,5 · 84,3 · 500 / 1,25 = 16 860 Н ≈ 16,9 кН.
При совместном действии растяжения и среза проверяется условие:
(NEd/NRd,s)² + (VEd/VRd,s)² ≤ 1,0
Заключение
Анкер-шпильки с распорными элементами — это универсальный крепёж для сквозного монтажа ответственных конструкций к бетонному основанию. Их ключевое преимущество — возможность демонтажа и визуального контроля затяжки. При проектировании необходимо правильно рассчитать длину шпильки по формуле L = hef + tfix + tw + tn + Δ и обеспечить глубину отверстия h0 ≥ hef + 5 мм. Расчёт несущей способности выполняется по ETAG 001/EN 1992-4 с проверкой стали на растяжение и срез, а также бетона на вырыв конуса.
Нормативные документы
- ETAG 001 «Guideline for European Technical Approval of Metal Anchors for Use in Concrete»
- EN 1992-4:2018 «Eurocode 2: Design of concrete structures — Design of fastenings»
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»
- СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции»
- СП 70.13330.2012 «Несущие и ограждающие конструкции»
- ГОСТ 24379.0-2012 «Болты фундаментные. Общие технические условия»
- ГОСТ 24379.1-2012 «Болты фундаментные. Конструкция и размеры»
- EN ISO 898-1:2013 «Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel»
