Саморезы для сэндвич-панелей: расчёт длины и шага

Введение

Самонарезающие винты (саморезы) являются основным типом крепежа для сэндвич-панелей. От правильности расчёта их длины и шага установки зависит несущая способность ограждающей конструкции, её герметичность и долговечность. Недостаточная длина самореза приводит к срыву резьбы и вырыву крепежа, избыточная — к неоправданному удорожанию. Неправильный шаг установки может стать причиной разрушения панелей под ветровой нагрузкой.

Как рассчитать длину и шаг саморезов для сэндвич-панелей?

Длина самореза рассчитывается как сумма толщины панели, толщины основания, длины сверлильной части и запаса на выход резьбы. Шаг крепления определяется расчётом на ветровую нагрузку по СП 20.13330.2016 и зависит от ветрового района, высоты здания и расположения панели на поверхности кровли или стены.

Расширенный ответ

Формула расчёта длины самореза

Полная формула расчёта длины самореза для сэндвич-панелей:

L = t_пан + t_осн + L_св + L_р + Δ

где:

L — общая длина самореза, мм
t_пан — толщина сэндвич-панели, мм
t_осн — толщина опорного элемента (полка прогона, профиля), мм
L_св — длина сверлильной части самореза, мм
L_р — длина резьбовой части, входящей в основание, мм
Δ — запас на выход резьбы (не менее 3 полных витков), мм

Длина сверлильной части L_св зависит от толщины основания:

Толщина основания, мм	L_св, мм	Тип сверлильной части
До 2,0	3–4	Стандартное сверло
2,0–4,0	5–6	Усиленное сверло
4,0–6,0	7–8	Сверло повышенной длины
6,0–12,0	9–14	Длинное сверло (WDHS)

Длина резьбовой части в основании L_р должна обеспечивать не менее 3–4 полных витков резьбы в материале основания. Для саморезов с шагом резьбы 2,5–3,0 мм это составляет 8–12 мм.

Расчёт шага крепления по ветровой нагрузке

Ветровая нагрузка на сэндвич-панели определяется по СП 20.13330.2016:

w = w₀ × k × c_p × γ_f

где:

w — расчётная ветровая нагрузка, кПа
w₀ — нормативное значение ветрового давления (табл. 11.1 СП 20.13330), кПа
k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте
c_p — аэродинамический коэффициент (для стен c_p = 0,8–1,2; для кровли c_p = −0,4…−2,0)
γ_f — коэффициент надёжности по нагрузке (1,4)

Несущая способность одного самореза на вырыв:

N_выр = min(N_р; N_см)

где N_р — несущая способность резьбового соединения, N_см — несущая способность на смятие панели под шайбой.

Шаг саморезов вдоль прогона:

a = N_выр / (w × b)

где b — ширина панели (обычно 1,0 м).

Пример расчёта шага крепления

Исходные данные:

Здание в III ветровом районе (w₀ = 0,38 кПа)
Высота здания 12 м (k = 0,85)
Стеновая панель, наветренная сторона (c_p = 0,8)
Саморез CHT 5 G19, N_выр = 2,5 кН (по данным производителя)
Ширина панели b = 1,0 м

w = 0,38 × 0,85 × 0,8 × 1,4 = 0,362 кПа

a = 2,5 / (0,362 × 1,0) = 6,9 м

Полученный шаг превышает конструктивные ограничения. Принимаем шаг по конструктивным требованиям: 400 мм для крайних прогонов, 600 мм для промежуточных.

Для кровельной панели в угловой зоне:

c_p = −2,0 (угловая зона кровли)

w = 0,38 × 0,85 × 2,0 × 1,4 = 0,904 кПа

a = 2,5 / (0,904 × 1,0) = 2,77 м

Принимаем шаг 400 мм для крайних прогонов, 500 мм для промежуточных.

Таблица типоразмеров саморезов для сэндвич-панелей

Модель	Диаметр резьбы, мм	Диаметр сверла, мм	Длина, мм	Размер головки, мм	N_выр, кН
CHT 3 G19	5,5	5,5	60–150	SW8	1,8
CHT 5 G19	6,3	6,3	80–200	SW8	2,5
CFC H G19	6,3	6,3	100–240	SW8	2,8
WDHS	6,5	6,5	120–300	SW10	4,5
CDS 3 G16	5,5	5,5	60–120	SW8	1,5
CDS 5 G16	6,3	6,3	80–150	SW8	2,2

Зонирование кровли по ветровой нагрузке

Согласно СП 20.13330.2016, кровля здания разбивается на зоны с различными аэродинамическими коэффициентами:

Зона кровли	c_p	Ширина зоны	Рекомендуемый шаг крепежа
Угловая	−2,0…−2,5	e/4 (e = min(b, 2h))	300–400 мм
Краевая	−1,2…−1,8	e/4	400–500 мм
Рядовая	−0,4…−0,8	Остальная площадь	500–600 мм

В угловых и краевых зонах количество крепежа увеличивается в 1,5–2 раза по сравнению с рядовой зоной.

Заключение

Расчёт длины и шага саморезов для сэндвич-панелей является обязательной процедурой при проектировании ограждающих конструкций. Длина самореза должна обеспечивать надёжное зацепление резьбы в материале основания (не менее 3–4 полных витков). Шаг крепления определяется расчётом на ветровую нагрузку с обязательным учётом зонирования кровли и стен. Для угловых и краевых зон шаг крепежа должен быть уменьшен в 1,5–2 раза.

Нормативные документы

СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»
СП 17.13330.2017 «Кровли»
СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции»
ГОСТ 32603-2012 «Панели металлические трёхслойные с утеплителем из минеральной ваты»
ГОСТ 11652-80 «Винты самонарезающие с потайной головкой для металла и пластмассы»
ГОСТ ISO 898-1-2014 «Механические свойства крепёжных изделий из углеродистых и легированных сталей»