АНКЕРНОЕ КРЕПЛЕНИЕ НАВЕСНОГО ВЕНТИЛИРУЕМОГО ФАСАДА

Полезная модель относится к реконструкции зданий и может быть использована при утеплении зданий с помощью навесного вентилируемого фасада, наружные ограждающие конструкции которых являются трехслойными (с внутренним утеплителем), выполненные, например, из трехслойных стеновых железобетонных панелей.
Предпосылкой для создания полезной модели является широкомасштабное утепление существующих зданий, при их реконструкции, с помощью навесных вентилируемых фасадов с целью повышения фактического сопротивления теплопередачи до требуемого. При этом возникает необходимость обеспечения долговечности наружного слоя ограждающих трехслойных конструкций, имеющих внутренний теплоизоляционный слой, в частности трехслойных стеновых панелей, наружный слой которых является несущим для анкера. При этом в реальных климатических условиях России актуально учитывать условия, влияющие на деструкцию материала стены, утепляемой с помощью навесного вентилируемого фасада, для сведения к минимуму факторов, способствующих снижению долговечности. Существенной причиной снижения долговечности является возникновение локальной зоны пониженных температур вблизи анкерного крепления металлического фахверка навесного вентилируемого фасада, в которой материал стены испытывает большое количество циклов попеременного замораживания и оттаивания. Этот процесс происходит из-за появления мостика холода и в конечном итоге вызывает деструкцию материала стеновой конструкции, что негативно сказывается на долговечности как крепления навесного вентилируемого фасада вследствие нарушения прочности заделки анкеров, так и всего здания.
На практике широко известно использование анкеров в виде комбинированного крепежного средства, состоящего из пластикового дюбеля со стальным винтом, способного закрепляться в материале стены. Так, например, известно применение указанного анкерного крепления при монтаже навесных фасадов инжиниринговой фасадной компанией ВС-Проект. Анкерное крепление, выполненное в виде установленного в отверстии стены дюбеля с ввинчиваемым в него шурупом, обеспечивает механическое крепление кронштейнов подоблицовочной конструкции к стене (эл. рес.: http://vs-proekt.com/montaj-navesnih-fasadov/, дата просмотра 30.10.2015).
Известна также система крепления облицовки фасада, устанавливаемая на стене с помощью штырей-анкеров, закрепляемых в дюбелях, и содержащая запорные элементы, удерживающие облицовку (Патент РФ №2523907 С1, дата приоритета 27.03.2013, дата публикации 27.07.2014, автор Безрук А.И., RU).
Недостатком известного аналога является ограниченная область использования, преимущественно для маловесных конструкций.
В качестве прототипа принято анкерное крепление фасадного навесного вентилируемого ограждения зданий, включающего фасадные плиты, теплогидроизоляцию и анкерные стержни, установленные с помощью дюбелей в стену здания и имеющие на свободных концах фиксирующие элементы, обеспечивающие установку и закрепление плит, причем анкерные стержни закреплены между собой в вертикальных рядах тягами, прикрепленными к ограждающей стене здания и образующими силовые конструкции для обеспечения надежности крепления фасадного ограждения (Патент №2446258 С2, дата приоритета 05.07.2010, дата публикации 27.03.2012, авторы: Аксенов А.В. и Безрук А.И., RU, прототип).
Общим недостатком известных аналогов и прототипа является низкая эффективность использования известных анкерных креплений при установке фасада на ограждающие конструкции с внутренней теплоизоляцией, например, на трехслойные железобетонные стеновые панели в связи с наибольшей подверженностью к образованию в них локальной зоны пониженных температур вблизи анкерного крепления. Вследствие того, что внутренний теплоизоляционный слой обладает высоким сопротивлением теплопередачи, он препятствует передаче тепла от внутренней части стены к наружной, что является причиной повышенного количества циклов замораживания-оттаивания вблизи анкера, вызывающих деструкцию материала стеновой конструкции, что снижает долговечность крепления навесного вентилируемого фасада и всего здания.
Задачей полезной модели является повышение долговечности анкерного крепления навесного вентилируемого фасада зданий с внутренней теплоизоляцией ограждающих конструкций путем уменьшения локальной зоны пониженных температур и снижения количества циклов замораживания и оттаивания, испытываемых материалом в данной зоне.
Для решения поставленной задачи предложено анкерное крепление навесного вентилируемого фасада, содержащее анкер, распорный узел крепления которого
расположен в несущем наружном слое трехслойной стены здания с внутренним теплоизоляционным слоем. Согласно полезной модели, металлический анкер, состоящий из стержня и элементов распорного узла, заглублен во внутренние слои стены с возможностью расположения конца стержня во внутреннем несущем слое стены на глубину не более 2 см.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении долговечности анкерного крепления навесного вентилируемого фасада зданий путем уменьшения локальной зоны пониженных температур вблизи анкера и снижения количества циклов замораживания и оттаивания, испытываемых материалом в данной зоне. При этом технический результат достигается за счет конструктивного выполнения и расположения металлических анкеров, углубленных во внутренние слои стеновой конструкции для обеспечения частичной передачи компенсационного тепла от внутренней части стены к охлаждаемой снаружи зоне анкерного крепления. Достигаемый вследствие этого процесса технический результат способствует уменьшению деструкции материала стены вблизи анкера.
В конструкции однослойных стен уменьшение толщины стеновой конструкции ведет к уменьшению зоны относительно пониженных температур, а значит и к уменьшению негативного влияния на деструкцию материала стены. Это происходит из-за высокой теплопроводности анкера и низкого сопротивления теплопередачи части стены между анкером и внутренней поверхностью стеновой конструкции. Благодаря такому сочетанию, к анкеру подводится большое количества тепла с внутренней поверхности стеновой конструкции, что препятствует образованию повышенному количеству циклов замораживания-оттаивания вблизи анкерного крепления.
В стеновых же конструкциях с внутренним утеплителем и навесным вентилируемым фасадом для увеличения долговечности материала вблизи анкерного крепления целесообразно увеличивать длину металлического анкера на столько, чтобы он проходил слой внутреннего утеплителя и даже часть несущего внутреннего слоя стены для подвода дополнительного тепла с внутренней поверхности в охлаждаемую снаружи зону анкерного крепления.
На фиг. 1(а, б, в, г, д) схематично изображено анкерное крепление навесного вентилируемого фасада (НВФ) в конструкции с внутренней теплоизоляцией, на примере трехслойной стеновой панели, а также показаны варианты установки анкера, где а) - базовый вариант установки стандартного анкера длиной 100 мм; б) - вариант
установки удлиненного анкера длиной (L) 190 мм; в) - вариант установки удлиненного анкера длиной 180 мм; г) - вариант установки удлиненного анкера длиной 170 мм; д) -вариант установки удлиненного анкера длиной 160 мм; на фиг. 2 схематично показан анкер, общий вид. При этом варианты б) и в) установки анкера являются наиболее оптимальными для осуществления рациональной теплопередачи от внутреннего слоя стены через теплоизоляцию к наружному слою стены. Остальные варианты приведены для сравнения эффективности конструкции со стандартным анкером, а также с анкерами разной длины, когда конец стержня анкера расположен на границе теплоизоляционного и внутреннего слоев, или в теплоизоляционном слое вблизи этой границы с удалением на 1 см.
Схематично изображенная на фиг. 1 конструкция содержит внутренний несущий слой 1 из керамзитобетона, внутренний теплоизоляционный слой 2, наружный слой 3 из тяжелого бетона, либо раствора (в соответсвии с ГОСТ 11024-84, ГОСТ 17078-71), теплоизоляционный материал 4 НВФ, воздушный зазор 5, облицовочный слой 6 НВФ, кронштейн крепления НВФ 7 и анкер 8.
Схематично изображенный на фиг. 2 анкер 8 выполнен в виде металлического сборного элемента с распорным узлом крепления в наружном несущем слое 3 стены. При этом анкер содержит корпус 9 с прорезями 10 на конце. В корпусе 9 установлен стержень 11 с резьбой. В качестве стержня анкера может быть шпилька с гайкой или болт. На резьбе стержня 11 анкера установлен конус 12, взаимодействующий при закручивании стержня с концом корпуса 9, снабженным прорезями 10, и обеспечивающий увеличение диаметра корпуса и фиксацию распорного узла крепления в несущем слое 3 стены.
Для установки анкера 8 с возможностью частичной передачи тепла от внутренней части стены с целью компенсации охлаждения зоны заделки анкера в наружной части стены предложены рациональные варианты удлинения стержня 11 анкера, представленные на фиг. 1(б, в, г, д). Выбор конкретной длины анкера основан на результатах расчетов по прогнозированию долговечности материалов наружной ограждающей конструкции. Для прогнозирования долговечности материалов наружной ограждающей конструкции был выбран феноменологический метод, в основе которого лежит теория, разработанная С.В. Александровским (Александровский С.В. Долговечность наружных ограждающих конструкций. М.: НИИСФ РААСН: 2004 г. С: 333). Долговечность определялась по степени деструкции наружного промерзающего слоя, для климатических условий г. Красноярска, с учетом допущений, по формуле:
, где
F - выдерживаемое материалом ограждения или соответственно его наружным слоем число циклов попеременного замораживания при стандартных испытаниях на морозостойкость, (табличная величина для каждого вида материала);
H
W - массовое отношение влаги в материале, соответствующее его естественному полному водонасыщению без вакуумирования, (табличная величина для каждого вида материала);
p
W - равновесное массовое отношение влаги в материале, ниже которого при температуре - 20°С лед в нем не образуется, (табличная величина для каждого вида материала);
,  - массовые отношения влаги в материале в зоне промерзания ограждения в условиях его эксплуатации на зимне-весеннем и летне-осеннем интервалах года соответственно при расчетах на долговечность, учитывая, что летом влажность воздуха выше, а следовательно и бетона наружного бетонного слоя, необходимо считать, что . При этом ,  - являются табличными величинами для каждого вида материала;
- переменные коэффициенты льдистости, принимаемые в зависимости от достигаемой материалом отрицательной температуры t в каждом отдельном случае i ее перехода через 0°С ниже температуры начала замерзания t; в нем жидкой влаги, являются табличной величиной для каждого вида материала;
;
,  - число таких случаев i достижения температуры t в году на этих интервалах соответственно, при расчетах в реальных условиях обычно не бывает совпадающих циклов, наблюдается только один цикл при данной температуре tj поэтому,
На основании экспериментальных и полученных расчетных данных было установлено положительное влияние увеличения длины анкера на долговечность, определяемую по степени деструкции наружного промерзающего слоя и обеспечивающую долговечность заделки анкера крепления НВФ. Для подтверждения этого результаты расчета долговечности крепления анкера НВФ в наружном несущем слое трехслойной стеновой панели с учетом морозостойкости материала (F), северной и южной ориентации стен, а также длины анкера и соответствующей схемы расположения, приведены в следующей таблице:
Из приведенной таблицы также следует, что для всех рассмотренных вариантов длин анкеров, северных и южных стен крепления анкера НВФ в несущем или защитном слое трехслойной стеновой панели, при его марке по морозостойкости F75 и выше, выполненном как из тяжелого бетона, так и из цементно-песчаного раствора, долговечность сроком более 50 лет обеспечена. Для южных стен долговечность крепления анкера НВФ в несущем или защитном слое стеновой панели, выполненном из тяжелого бетона и обладающим маркой по морозостойкости F50, обеспечена сроком более 50 лет.
Таким образом, при проектировании навесных фасадных систем, монтируемых на существующие здания, выполненные из трехслойных железобетонных стеновых панелей по ГОСТ 11024-84, ГОСТ 17078-71, для обеспечения долговечности заделки анкерного крепления НВФ, исходя из условия деструкции материала стены, рекомендуется использовать приведенную таблицу расчета долговечности.