Заклёпки с увеличенным бортиком: для тонколистовых материалов
Заклёпки с увеличенным бортиком: преимущества для тонколистовых материалов, расчёт на смятие и типовые узлы
Зачем нужен увеличенный бортик и когда стандартного недостаточно?
Заклёпки с увеличенным бортиком (large flange blind rivets) имеют диаметр заводской головки, в 2,5–3 раза превышающий диаметр тела заклёпки (против 1,6–1,8 у стандартного). Это обеспечивает увеличение площади опирания в 2,5–3,5 раза, что критически важно при соединении тонколистовых материалов (t < 0,7 мм), мягких металлов, пластиков и композитных панелей. Увеличенный бортик предотвращает вырыв заклёпки сквозь тонкий лист и снижает контактные напряжения до безопасного уровня.
Геометрические параметры увеличенного бортика
Размеры по ISO 15981 (large flange)
| Диаметр заклёпки d, мм | Диаметр бортика dk, мм | Высота бортика k, мм | dk/d | Площадь опирания*, мм² |
|---|---|---|---|---|
| 3,0 | 8,0–9,0 | 1,0–1,4 | 2,67–3,00 | 42–56 |
| 3,2 | 9,0–10,0 | 1,0–1,4 | 2,81–3,13 | 55–70 |
| 4,0 | 10,0–11,5 | 1,2–1,6 | 2,50–2,88 | 65–90 |
| 4,8 | 13,0–15,0 | 1,4–1,8 | 2,71–3,13 | 110–155 |
| 5,0 | 14,0–16,0 | 1,5–2,0 | 2,80–3,20 | 130–175 |
| 6,0 | 16,0–18,0 | 1,8–2,4 | 2,67–3,00 | 170–225 |
| 6,4 | 17,0–19,0 | 2,0–2,6 | 2,66–2,97 | 195–250 |
* Площадь опирания рассчитана для среднего значения dk и dh = d + 0,2 мм.
Расчёт на смятие тонкого листа под увеличенным бортиком
Критерий вырыва (продавливания) бортика
Для тонколистовых материалов критическим расчётным случаем является не смятие в классическом понимании, а вырыв (продавливание) бортика сквозь лист. Условие прочности:
Nt ≤ π · dk · t · τu / γM
где Nt — растягивающее усилие; dk — диаметр бортика; t — толщина листа; τu — предел прочности материала на срез (τu ≈ 0,6 · Rm); γM — коэффициент надёжности (1,25).
Пример расчёта: профнастил Н75-750-0,8
Исходные данные: заклёпка А/УС d=4,8 мм с увеличенным бортиком dk=14 мм, профнастил из стали С255 (Rm=380 МПа), t=0,8 мм.
Предел прочности на срез: τu = 0,6 · 380 = 228 МПа.
Несущая способность на вырыв:
Nt,max = 3,1416 · 14 · 0,8 · 228 / 1,25 = 6 420 Н ≈ 6,4 кН.
Сравнение со стандартным бортиком (dk=8,2 мм):
Nt,max,std = 3,1416 · 8,2 · 0,8 · 228 / 1,25 = 3 760 Н ≈ 3,8 кН.
Увеличенный бортик повышает несущую способность на вырыв на 71%.
Пример расчёта: алюминиевая фасадная кассета 1,0 мм
Исходные данные: заклёпка А/УС d=4,8 мм с увеличенным бортиком dk=14 мм, алюминиевый сплав АМг2Н (Rm=185 МПа), t=1,0 мм.
τu = 0,6 · 185 = 111 МПа.
Nt,max = 3,1416 · 14 · 1,0 · 111 / 1,25 = 3 910 Н ≈ 3,9 кН.
При стандартном бортике: Nt,max,std = 3,1416 · 8,2 · 1,0 · 111 / 1,25 = 2 290 Н ≈ 2,3 кН.
Увеличение несущей способности — 70%.
Типовые узлы применения
Узел 1: Крепление профнастила к стальному прогону
При креплении профнастила толщиной 0,5–0,7 мм к стальным прогонам заклёпки с увеличенным бортиком устанавливаются в нижнюю часть гофры. Увеличенный бортик распределяет нагрузку от ветрового отсоса на большую площадь, предотвращая вырыв крепежа. Рекомендуемый шаг заклёпок — не более 333 мм (3 шт./м²) для рядовых зон и 200 мм (5 шт./м²) для краевых зон согласно СП 17.13330.2017.
Узел 2: Крепление алюминиевых фасадных кассет
Алюминиевые кассеты толщиной 0,7–1,2 мм крепятся к направляющим подконструкции НФС заклёпками А/УС с увеличенным бортиком. Бортик располагается со стороны кассеты, замыкающая головка — со стороны направляющей. Увеличенный бортик предотвращает деформацию тонкого алюминия при температурных расширениях и ветровых нагрузках.
Узел 3: Крепление пластиковых и композитных панелей
При монтаже панелей из ПВХ, поликарбоната или алюминиевых композитных панелей (АКП) заклёпки с увеличенным бортиком обязательны. Низкий модуль упругости этих материалов требует максимальной площади опирания для предотвращения ползучести и релаксации напряжений в соединении. Рекомендуется дополнительная установка пластиковой шайбы под бортик для компенсации температурных расширений.
Узел 4: Крепление водосточных систем
При монтаже водосточных желобов и труб из ПВХ или оцинкованной стали толщиной 0,5–0,7 мм заклёпки с увеличенным бортиком обеспечивают надёжное соединение без деформации тонкостенных элементов. Для ПВХ-водостоков обязательна установка с зазором на температурное расширение.
Сравнение несущей способности: стандартный vs увеличенный бортик
| Материал листа | Толщина, мм | Nt (станд.), кН | Nt (увел.), кН | Прирост, % |
|---|---|---|---|---|
| Сталь С255 | 0,5 | 2,35 | 4,01 | +71% |
| Сталь С255 | 0,7 | 3,29 | 5,62 | +71% |
| Алюминий АМг2Н | 0,8 | 1,83 | 3,13 | +71% |
| Алюминий АМг2Н | 1,2 | 2,75 | 4,69 | +71% |
| ПВХ (жёсткий) | 2,0 | 0,82 | 1,40 | +71% |
| Поликарбонат | 3,0 | 1,03 | 1,76 | +71% |
Примечание: расчёт для заклёпки d=4,8 мм, dk,станд=8,2 мм, dk,увел=14,0 мм.
Заключение
Заклёпки с увеличенным бортиком — это технически обоснованное решение для соединения тонколистовых (t < 0,7 мм) и мягких материалов. Увеличение площади опирания в 2,5–3,5 раза обеспечивает прирост несущей способности на вырыв на 70% и более, что позволяет применять их в кровельных системах из профнастила, фасадных кассетах, композитных панелях и водосточных системах. При проектировании узлов с увеличенным бортиком необходимо выполнять проверку на вырыв (продавливание) по формуле Nt ≤ π · dk · t · τu / γM.
Нормативные документы
- СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*»
- СП 17.13330.2017 «Кровли. Актуализированная редакция СНиП II-26-76»
- СП 128.13330.2016 «Алюминиевые конструкции. Актуализированная редакция СНиП 2.03.06-85»
- СП 260.1325800.2016 «Конструкции стальные тонкостенные из холодногнутых оцинкованных профилей»
- ISO 15981:2002 «Open end blind rivets with break pull mandrel and protruding head — A/St, large flange»
- ISO 15983:2002 «Open end blind rivets with break pull mandrel and protruding head — St/St, large flange»
- ISO 14589:2000 «Blind rivets. Mechanical testing»
