Основные параметры.Выбор крепежного элемента.

Особенности закрепления любых конструкций определяются тремя основными элементами:

• основание (материал, в который производится закрепление);
• закрепляемый элемент (что закрепляется) – сокращенно ЗЭ;
• крепёжный элемент (чем закрепляется) – сокращенно КЭ.

Вместе они образуют устойчивую к нагрузкам и воздействию внешней среды крепежную систему.

В этой системе выбор третьего элемента определяется характеристиками первых двух, хотя далеко не всегда однозначно. Тем не менее, логика выбора КЭ всегда состоит в поиске ответов как минимум на 2 вопроса:

• К какому материалу проводится закрепление?
• Что будет закрепляться к основанию?

Дополнительная уточняющая информация об особенностях среды в месте закрепления, о нагрузках и особенностях внешнего вида монтируемой конструкции помогает выбрать несколько, а иногда и единственно применимый в данном случае типоразмер КЭ.

Прежде всего особенности монтажа обуславливаются спецификой материала, в который производится закрепление – т.е. характеристиками материала основания. Материалы, которые чаще всего используются в качестве основания при закреплении различных конструкций, можно объединить в следующие группы (по убыванию прочности):

Увеличивающееся разнообразие видов закрепляемых элементов и материалов основания приводит к появлению новых групп КЭ. Так, наиболее инновационной группой КЭ является аэрокосмический крепеж, в котором применяются последние достижения науки в области сверхпрочных материалов, защитных покрытий и т.д.

В приведенной ниже таблице мы обращаем Ваше внимание на некоторые группы крепежа, широко применяемые в современном строительстве и выделенные в силу особенностей материала основания или закрепляемых элементов.

Как уже упоминалось выше, дополнительная информация об условиях дальнейшей эксплуатации закрепляемой конструкции позволяет выделить несколько подходящих КЭ из определенной группы. Базовыми эксплуатационными характеристиками являются нагрузки на КЭ и агрессивность внешней среды.

Нагрузка, действующая на установленный КЭ, в самом простом виде может быть представлена как результирующая от воздействия двух составляющих - продольной нагрузки (другими словами – нагрузки на вырыв, действующей вдоль оси КЭ) и поперечной нагрузки (нагрузки на срез, действующей перпендикулярно оси КЭ). Также следует выделить момент вращения (изгибающую нагрузку), действующий на КЭ при вкручивании. В отличие от продольной и поперечной нагрузки, измеряемых в килоньютонах (кН), момент вращения измеряется в ньютон-метрах (Нм). Синонимом величины момента вращения является момент затяжки. Предельные значения этих параметров оказывают те нагрузки, при достижении которых КЭ разрушается либо оказывается не в состоянии удерживать соединение закрепляемого элемента с основанием. Следует обратить внимание, что предельные нагрузки указываются для определенного основания, поэтому достижение этих значений может также привести к разрушению материала основания. Кроме того, надо помнить, что при закреплении в пустотелые или недостаточно изученные материалы целесообразно провести серию стендовых испытаний на объекте и исходить из величины предельных нагрузок, полученных экспериментальным путем.

Более подробный анализ нагрузок предусматривает выделение составляющей нагрузки на сжатие (эта составляющая действует в направлении, противоположном действию нагрузки на вырыв), а также определение точки воздействия нагрузки на КЭ. Не менее важен характер действующей нагрузки: статическая нагрузка остается постоянной в течение всего периода эксплуатации закрепленной конструкции, а динамическая изменяется. Большинство нагрузок, действующих на КЭ, являются статическими, или сосредоточенными. Однако следует помнить, что статическая нагрузка может считаться динамической, будучи постоянной по модулю силы,если она имеет меняющийся со временем угол между линией своего действия и осью КЭ.

При этом очень важно выбрать правильный коэффициент запаса прочности. С его помощью определяется главный эксплуатационный показатель КЭ для определенного материала основания – максимальная допустимая нагрузка. Чтобы определить ее, надо разделить предельную (разрушающую) нагрузку на упомянутый выше коэффициент запаса прочности. Стальные КЭ более прочные, чем аналогичные по типу пластмассовые КЭ, поэтому они имеют меньший коэффициент запаса прочности: рекомендуемые коэффициенты запаса прочности для стальных КЭ должны быть не менее 4, для пластмассовых КЭ – не менее 7.

Пример: при закреплении рамы в бетон с помощью стального рамного анкера, принимая во внимание предельную поперечную нагрузку 4,9 кН и рекомендуемый запас прочности 4, получаем максимальную допустимую нагрузку на срез 1,2 кН. Учитывая, что нагрузка в 1,2 кН обычно создается массой около 122,45 кг (см. справочную таблицу перевода единиц измерений и производных физических величин), становится, ясно, что на каждые 122,45 кг веса рамной конструкции понадобится по крайней мере один стальной рамный анкер.

Особенности среды, в которой будет эксплуатироваться закрепляемая конструкция, определяет выбор защитного покрытия КЭ. За исключением крепежа из нержавеющей стали, все стальные КЭ должны быть защищены от коррозии каким-либо покрытием. Так, для эксплуатации в обычных атмосферных условиях (в неагрессивной среде), КЭ покрывают цинком с последующим хроматированием. Хроматирование (т.е. пассивирование в растворах хромовой кислоты или ее солей) обеспечивает защиту, устойчивую к дальнейшим механическим повреждениям (царапинам и т.д.) и к коррозии, так как цинковое покрытие, защищая сталь, коррозирует само. В зависимости от влажности воздуха в месте закрепления конструкции можно подобрать КЭ с необходимой толщиной оцинковки согласно значениям, указанным в следующей таблице:

Для защиты КЭ от воздействия более агрессивной среды (вода, соляные растворы и т.п.) используют покрытие кадмием от 7 до 50 мкм либо изготавливают КЭ из нержавеющей стали. Поскольку кадмий является токсичным веществом, для эксплуатации в водной среде, как правило, используют КЭ из нержавеющей стали. Необходимую защиту КЭ в экстремальных условиях эксплуатации (воздействие серной кислоты, ее солей или сернистых соединений и т.п. едких веществ) может обеспечить свинцовое покрытие толщиной от 30 до 1000 мкм. Однако на практике необходимость в таких покрытиях возникает крайне редко; поэтому проблема выбора вида покрытия сводится к описанному выше определению толщины цинкового покрытия КЭ и его цвета (покрытие может иметь блестящий желтый, серебристо-белый или серебристо-голубой цвет), исходя из эстетическо-декоративных свойств закрепляемого элемента. Отдельной группой следует выделить фосфатированные КЭ, используемые для закрепления к гипсокартонным основаниям. Покрытие этих КЭ фосфатной пленкой обусловлено ее электроизоляционными и защитными свойствами, а главным образом - ее высокой адгезионной способностью, обеспечивающей высокую прочность сцепления лакокрасочных веществ с КЭ. При монтаже гипсокартонных конструкций прочное сцепление шпаклевки с КЭ, находящимся под ней, является одним из признаков качественного выполнения отделочных работ. Фосфатированные, а затем хроматированные КЭ более устойчивы к коррозионным воздействиям внешней среды.