Анкер-шпильки: как подобрать оптимальное безопасное решение

Анкерный крепеж в бетоне – это одна из наиболее часто упускаемых из виду деталей на этапе проектирования. Между тем эта малая часть проекта. с точки зрения объемов и затрат на реализацию, способна существенно повлиять на надёжность и безопасность проекта в целом.

Всем нам хорошо известно, что это не просто «деталь»: анкер (или система анкерного крепления) играет важную роль в соединении двух различных материалов – стальной опорной пластины и бетонного основания, которые изначально не были соединены друг с другом. К тому же, данное соединение нередко подвергается влиянию сложных условий крепления:

• часто силы, передаваемые от присоединяемого элемента к материалу основания, оказываются максимальными в узле анкерного крепления конструкции;
• геометрические формы узла часто неудобны и допускают лишь крепление в ограниченном пространстве при малых краевых расстояниях, что дополнительно затрудняет правильный подбор анкера и конфигурации анкерной группы (и оказывает влияние на несущую способность материала основания).

Существует несколько доступных решений для покрытия потребностей различных областей применения. В этой и последующих статьях мы рассмотрим наиболее распространенные из них. Начнем с одной из самых распространенных технологий анкерного крепления: анкер-шпилька или, говоря техническим языком, анкер с контролем момента затяжки.

Анкеры-шпильки: широко известная технология крепления

Анкер-шпилька состоит из резьбового болта с конусом на конце, распорной гильзы, шайбы и гайки для затяжки (как показано на рисунке для анкера-шпильки HST3).

Для понимания принципа действия полезно разобраться с тем, как анкер устанавливается в основание. В случае предварительного монтажа анкера – после сверления и очистки отверстия в него забивают шпильку (вручную молотком или с помощью установочных устройств, например, монтажной насадки HS-SC). Затем на анкеры устанавливают опорную пластину присоединяемого элемента и завершают установку, затягивая гайку до требуемого момента затяжки, предписанного производителем (установочный момент затяжки Tinst): крутящий момент приводит к взаимному смещению распорного конуса и гильзы, которая при этом расширяется в направлении бетона. Благодаря радиальному давлению, создаваемому гильзой, и трению между гильзой и бетоном обеспечивается высокое сопротивление анкера на растяжение.

График напряжений в бетоне,

обусловленных расширением гильзы

Не все распорные анкеры ведут себя одинаково, особенно в бетоне с трещинами

В бетоне с трещинами крепежные элементы без специально разработанной гильзы могут потерять предварительное натяжение и выскользнуть. Это может происходить, например, в тех случаях, когда трещины открываются и закрываются в течение всего срока эксплуатации бетонной конструкции. В наиболее сложных условиях это может привести к неконтролируемому поведению анкера или даже обрушению закреплённой металлической конструкции.

Как справиться с этой проблемой? Для начала стоит рассмотреть возможность использования только тех систем анкерного крепления, которые прошли соответствующие испытания и для которых была подтверждена пригодность для применения в строительстве (в бетоне с трещинами, в частности). Иначе будет сложно спрогнозировать реальное поведение крепления в проектных условиях.

На практике это означает, что для указанных условий следует выбирать только анкеры, разрешенные для применения в бетоне с трещинами, если только вы не можете гарантировать, что в бетоне не возникает трещин, путём проведения визуального обследования конструкции и расчёта по трещиностойкости, согласно СП 63.13330. Если ваш проект реализуется в сейсмоопасной зоне, следует использовать сертифицированные для данного типа нагрузок анкеры.

Просто обратитесь к Технической оценке ФАУ «ФЦС» (приложение к Техническому свидетельству, которое является обязательным документом для применения в строительстве на территории РФ анкеров любого производителя) на анкер, который вы собираетесь использовать в своем проекте. Для анкеров Hilti вы также можете обратиться к Руководству по анкерному крепежу, в котором представлены данные Технических оценок (например, HST3 – анкер, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками при установке в бетон с трещинами и без трещин и демонстрирующий значительное сопротивление при сейсмической нагрузке – отличный выбор для сложных условий крепления, подтвержденный данными российских и европейский технический оценок). 

Затем вам нужно рассчитать анкерное крепление вручную или с помощью надежного и сертифицированного программного обеспечения, в соответствии с актуальными нормативными документами, например, PROFIS Engineering.

Соблюдайте момент затяжки

Когда дело доходит до монтажа анкера, необходимо соблюдать регламентированный инструкцией производителя момент затяжки для того, чтобы распорный конус и гильза анкера заняли проектное положение и “включили в работу” анкер.

Недостаточный момент затяжки приведет к неправильному положению конуса, то есть конус будет недостаточно втянут в распорную гильзу. Это в свою очередь приведёт к тому, что анкер при приложении к нему нагрузки значительно сместится относительно проектного положения, что может привести к отказу конструкции в целом. Стоит отметить, что максимальное значение сопротивления анкера, тем не менее, также может быть достигнуто, но уже после смещения. 

Чрезмерный момент затяжки приводит к тому, что конус втягивается слишком далеко в распорную гильзу, что может привести к негативным последствиям. Если чрезмерно затянутый анкер находится близко к краю, создаваемая дополнительная сила расширения может привести к разрушению бетона даже до того, как крепеж будет нагружен.

Чрезмерное затягивание при установке анкера близко к краю

может привести к раскалыванию основания

Если чрезмерно затянутый анкер находится вдали от края плиты, такой момент затяжки может привести к нарушению характеристик анкера и даже к его разрушению, в результате чего под угрозой окажется надёжность и безопасность конструкции в целом.  

Помните, что многие монтажники могут не осознавать риски, связанные с несоблюдением требуемого момента затяжки анкера. Для обеспечения безопасности всегда указывайте требуемый момент затяжки в своих проектных чертежах или даже документируйте его во время монтажа анкера.
Также для затяжки анкера может быть использован модуль контроля момента затяжки АT, который регистрирует момент затяжки для каждого установленного анкера и имеет функцию составления отчета для проверки.

Советы по применению

Анкеры-шпильки обычно используются в ненесущих и несущих узлах, где необходимо обеспечить высокое сопротивление при ограниченной глубине установки (до 150 мм) средних и тяжелых креплений. Такой крепеж предпочтительнее клеевых анкеров, потому что при установке не требуется дожидаться полного отверждения (с другой стороны, клеевые анкеры лучше подходят в тех случаях, когда требуется более глубокая установка).

Если вы недостаточно уверены в своих навыках расчета анкерного крепления, после прочтения этой статьи, возможно, вы сможете без труда реализовать свой первый проект с нашими анкерами-шпильками HST3, а поможет вам в этом программа PROFIS Engineering.