Анкерные болты для кронштейнов вентфасада: расчёт по СП 20.13330

Как рассчитать анкерные болты для кронштейнов вентилируемого фасада по СП 20.13330?

Расчёт анкерных болтов для кронштейнов НФС выполняется по СП 20.13330.2016 с определением расчётных нагрузок (ветровой отсос, собственный вес облицовки, гололёд) и последующей проверкой несущей способности анкера по трём механизмам разрушения: вырыв из основания, разрушение краевого конуса бетона и разрыв стального тела анкера. Расчётное сопротивление анкера принимается по протоколам испытаний с коэффициентом надёжности γ_m = 1,5–2,0. Минимальное краевое расстояние для анкеров диаметром 10–12 мм составляет 100–150 мм, межосевое — 200–300 мм.

Типы анкерных болтов для кронштейнов НФС

Клиновые анкеры

Принцип работы: при затяжке гайки конусообразный хвостовик втягивается в распорную втулку, расклинивая её в отверстии. Обеспечивают высокую несущую способность в бетоне (до 15–25 кН для M12). Применяются в полнотелых основаниях: бетон классов B15–B30, полнотелый кирпич. Не рекомендуются для пустотелых материалов и оснований с трещинами.

Материал: углеродистая сталь с цинковым покрытием (толщина ≥ 5 мкм), нержавеющая сталь A2 или A4. Диаметры: M8, M10, M12, M16.

Забивные анкеры

Принцип работы: анкер забивается в отверстие, после чего расклинивается ударом по сердечнику. Отличаются простотой и скоростью монтажа. Несущая способность ниже, чем у клиновых (до 5–10 кН для M12). Применяются для крепления ветровых кронштейнов и ненагруженных элементов.

Химические анкеры

Принцип работы: фиксация шпильки в отверстии за счёт адгезии химического состава (эпоксидного, винилэфирного или полиэфирного) к материалу основания. Обеспечивают максимальную несущую способность в пустотелых и пористых основаниях. Подробно рассмотрены в статье 44.

Расчёт нагрузок на анкерный болт по СП 20.13330

Ветровая нагрузка

Расчётное значение ветровой нагрузки w_p определяется по формуле (11.1) СП 20.13330.2016:

w_p = w₀ × k(z_e) × c_p × γ_f

Для НФС аэродинамический коэффициент c_p принимается по приложению Д СП 20.13330 в зависимости от конфигурации здания. Для вертикальных стен c_p = –0,5 (отсос) для рядовой зоны и c_p = –1,0…–1,8 для угловой зоны.

Нагрузка от веса облицовки

Нормативная нагрузка от собственного веса облицовки g_n определяется по фактической массе облицовочных панелей:

g_n = ρ × t

где ρ — плотность материала облицовки, кг/м³; t — толщина панели, м.

Типовые значения g_n:

Анкерные болты для кронштейнов вентфасада: расчёт по СП 20.13330

Керамогранит 10 мм: 0,25 кН/м².
Фиброцемент 8 мм: 0,15 кН/м².
HPL-панели 8 мм: 0,12 кН/м².
Алюминиевые композитные панели 4 мм: 0,05 кН/м².
Металлические кассеты 0,7 мм: 0,08 кН/м².

Расчётная нагрузка: g = g_n × γ_f, где γ_f = 1,1 (для собственного веса).

Гололёдная нагрузка

Согласно разделу 12 СП 20.13330.2016, для зданий в III–V гололёдных районах учитывается нагрузка от обледенения фасада. Нормативное значение поверхностной гололёдной нагрузки i_n принимается по табл. 12.1 СП 20.13330. Расчётная нагрузка: i = i_n × γ_f, где γ_f = 1,3.

Проверка несущей способности анкерного болта

Расчётное усилие в анкерном болте N_Ed определяется из условия равновесия кронштейна:

N_Ed = (w_p × A_гр × e_w + G_обл × e_g) / (n × z)

где:

A_гр — грузовая площадь кронштейна, м².
e_w — эксцентриситет ветровой нагрузки, м.
G_обл — вес облицовки на кронштейн, кН.
e_g — эксцентриситет веса облицовки (вылет консоли), м.
n — количество анкеров в узле (обычно 2).
z — расстояние между анкерами в узле, м.

Условие прочности: N_Ed ≤ N_Rd, где N_Rd = min(N_Rd,p; N_Rd,c; N_Rd,s).

Требования к краевым и межосевым расстояниям

Параметр	Клиновой анкер M10	Клиновой анкер M12	Химический анкер M12
Минимальное краевое расстояние c_min, мм	100	120	80
Критическое краевое расстояние c_cr, мм	150	180	120
Минимальное межосевое расстояние s_min, мм	200	240	160
Критическое межосевое расстояние s_cr, мм	300	360	240
Минимальная толщина основания h_min, мм	120	150	100
Глубина анкеровки h_ef, мм	60–80	70–100	80–120

При расстояниях менее критических (c < c_cr, s < s_cr) несущая способность анкера снижается пропорционально отношению фактического расстояния к критическому.

Пример расчёта анкерного болта

Исходные данные: здание высотой 30 м, III ветровой район, облицовка керамогранитом 10 мм, шаг кронштейнов 1,2×0,6 м, вылет консоли 200 мм, основание — бетон B25, анкер клиновой M10 (2 шт. в узле, z = 150 мм).

Ветровая нагрузка: w_p = 380 × 0,95 × 1,0 × 1,4 = 505 Па = 0,505 кПа.
Грузовая площадь: A_гр = 1,2 × 0,6 = 0,72 м².
Вес облицовки на кронштейн: G_обл = 0,25 × 0,72 × 1,1 = 0,198 кН.
Усилие в анкере: N_Ed = (0,505 × 0,72 × 0,2 + 0,198 × 0,2) / (2 × 0,15) = 0,374 кН.
Несущая способность анкера M10 в бетоне B25: N_Rd = 4,0 кН (по протоколу испытаний).
Проверка: 0,374 ≤ 4,0 — условие выполняется с большим запасом.

Заключение

Расчёт анкерных болтов для кронштейнов НФС — обязательная процедура, регламентированная СП 20.13330.2016 и СП 70.13330.2012. Ключевыми факторами, определяющими выбор анкера, являются материал основания, расчётные нагрузки и геометрические ограничения (краевые и межосевые расстояния). Применение анкеров без подтверждённой протоколами испытаний несущей способности не допускается. Для объектов с высокими ветровыми нагрузками (V–VIII районы) рекомендуется проведение натурных испытаний на вырыв.