Расчёт вентфасада: нагрузки, ветер, шаг кронштейнов

Расчёт вентилируемого фасада — это прочностной расчёт подсистемы на собственный вес облицовки, ветровое давление и отсос, температурные воздействия, с проверкой несущей способности кронштейнов, направляющих, крепежа и анкеров в конкретном основании. Результат — шаг кронштейнов и направляющих, типы элементов и анкеров для каждой зоны фасада.

Главный критерий корректного расчёта — реальные исходные данные: фактическая масса облицовки, район и высота здания, результаты испытаний анкеров на объекте. Типовой шаг «из каталога» без расчёта подходит не всегда, особенно для тяжёлых облицовок — камня и СФБ. Статья для проектировщиков, экспертов, технадзора и заказчиков, проверяющих проект НВФ.

Общая логика систем — в разделе Навесные вентилируемые фасады.

Расчёт начинается со сбора исходных данных. Ошибка на этом этапе переносится во все последующие результаты.

• Геометрия здания: высота, размеры в плане, форма, наличие выступов, парапетов, углов.

• Район строительства: ветровой район, тип местности (открытая, городская застройка), для ряда регионов — сейсмичность.

• Основание: материал стены (монолит, кирпич, газобетон, пустотелые блоки), толщина, положение перекрытий.

• Облицовка: материал, формат, толщина, масса элемента и квадратного метра, способ крепления.

• Подсистема: выбранная система, её альбом технических решений и характеристики элементов.

• Утеплитель и вентзазор: определяют вынос кронштейна, а значит, изгибающий момент.

• Результаты испытаний анкеров на вырыв в разных зонах фасада.

Для индивидуальных элементов — карнизов, пилястр из СФБ, крупных каменных плит — нужны рабочие чертежи с массой и положением центра тяжести: без этого расчёт узла невозможен.

Ветровая нагрузка — главная переменная нагрузка на НВФ. Её определяют по СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия».

• Нормативное значение ветрового давления — по ветровому району строительства.

• Высота и тип местности — с высотой давление растёт; в открытой местности выше, чем в плотной застройке.

• Аэродинамические коэффициенты — учитывают форму здания. На фасаде действует не только давление, но и отсос; у углов и парапетов пиковый отсос существенно больше, чем в середине стены.

• Пульсационная составляющая — для высоких зданий.

Поэтому фасад делят на зоны: рядовая часть, угловые и краевые зоны, верхние этажи. В краевых зонах шаг кронштейнов и направляющих обычно меньше, крепление облицовки чаще. Упрощение «один шаг на весь фасад» либо перерасходует металл в рядовой зоне, либо недооценивает нагрузку на углах.

Собственный вес облицовки — постоянная нагрузка. Он создаёт в кронштейне изгибающий момент, пропорциональный выносу, поэтому толстый утеплитель при тяжёлой облицовке — нагруженное сочетание.

Значения ориентировочные; в расчёт берут массу по паспорту изделия или рабочим чертежам. Для СФБ Техноформы масса каждого элемента определяется в рабочей документации производителя и передаётся в расчёт подсистемы — проектирование изделий и подсистемы ведётся в одном контуре.

Анкер — самое слабое звено системы, если основание неизвестного качества. Несущая способность анкера зависит от материала стены, прочности, глубины анкеровки, расстояния до края и между анкерами.

• Для бетона и полнотелого кирпича паспортные значения производителя анкеров — ориентир, но их подтверждают на объекте.

• Для пустотелых блоков, газобетона и старой кладки паспортные значения недостоверны — решает только испытание на вырыв.

• Расчётное значение принимают с понижающими коэффициентами к результатам испытаний.

Если несущая способность низкая, увеличивают число анкеров, меняют их тип (химический анкер, анкер для пустотелых материалов) или переносят несущие кронштейны на перекрытия. Каждое из решений меняет раскладку, поэтому испытания проводят до выпуска рабочей документации.

Результат расчёта — раздел проекта НВФ, включающий:

• схемы раскладки кронштейнов по зонам с шагами по вертикали и горизонтали;

• типы несущих и опорных кронштейнов, направляющих, крепёжных элементов;

• типы анкеров и требуемую несущую способность;

• проверки прочности и прогибов элементов подсистемы;

• узлы крепления облицовки и индивидуальных элементов;

• указания по контролю при монтаже.

Шаг кронштейнов НВФ — не фиксированная величина: он может отличаться по высоте и зонам одного здания. Типичные значения по вертикали для рядовой зоны — порядка 0,6–1,2 м, в угловых зонах меньше; окончательные — только по расчёту.

Помимо прочности, расчёт проверяет деформации. Прогиб направляющих между кронштейнами ограничивается, чтобы плоскость облицовки не «гуляла» и швы не раскрывались. Температурное удлинение направляющих учитывают при назначении длины профиля и зазоров в стыках: алюминиевая направляющая длиной в несколько метров при перепаде температур между зимой и летом меняет длину на несколько миллиметров, и если этому препятствует жёсткое крепление, в узлах возникают дополнительные усилия.

Проверка расчёта при экспертизе и технадзоре обычно сводится к нескольким вопросам: откуда взяты масса облицовки и ветровой район, учтены ли краевые зоны, есть ли протоколы испытаний анкеров и совпадают ли элементы в расчёте с альбомом системы. Если хотя бы на один вопрос нет ответа, расчёт стоит вернуть на доработку до начала монтажа.

Облицовки разной массы на одном здании требуют раздельного расчёта. В проектах Техноформы это, например, клубный дом «Династия» в Кисловодске: СФБ 6 000 м², керамогранит 700 м² и гранит 700 м² — три облицовки с разной массой и узлами крепления. Другой пример — ЖК «Золотые ключи» в Махачкале: 13 этажей, 3 корпуса, 12 000 м² СФБ, проектирование и монтаж 2016–2017.

Как проверить несущую способность анкеров на площадке, описано в статье «Испытание анкеров на вырыв перед монтажом фасада».