Во многих строительных конструкциях нужно заранее предусмотреть точки крепления для металлических элементов, оборудования, ограждений и других конструкций. После бетонирования создать надежное соединение значительно сложнее, поэтому такие узлы предусматривают еще на этапе изготовления железобетонных изделий.
Для этого используют закладные детали — металлические элементы, которые создают точки крепления в железобетонной конструкции и передают нагрузку от присоединяемых конструкций на основание. Разберем, как устроены закладные детали, какими они бывают и как выбрать подходящее решение для конкретного узла.
Что такое закладные детали и зачем они нужны?
Закладные детали — это металлические элементы, которые устанавливают в железобетонную конструкцию до бетонирования или в процессе ее изготовления. Они создают заранее предусмотренные точки крепления для металлических конструкций, оборудования, ограждений и других элементов.
Часть детали закрепляют внутри бетона, а наружную часть оставляют доступной для последующего монтажа. После набора бетоном прочности к ней присоединяют нужный элемент — например, сваркой или болтовым соединением.
Закладные детали используют для разных строительных задач:
- соединения сборных железобетонных конструкций между собой;
- крепления металлических балок, каркасов и других элементов;
- монтажа инженерного оборудования и коммуникаций;
- устройства лестниц, ограждений и других конструкций;
- создания опорных и монтажных узлов.
Главное преимущество закладного элемента в том, что точку крепления предусматривают заранее и связывают с железобетонной конструкцией еще на этапе ее изготовления. Это позволяет не сверлить готовый бетон для установки крепежа и заранее учесть конструктивные и монтажные требования узла.
Как устроена закладная деталь?
Конструкция закладной детали зависит от назначения и расчетных нагрузок. В наиболее распространенном исполнении она состоит из металлической пластины и анкерной части, которую заделывают в бетон. Элементы детали соединяют между собой сваркой.
Основные части закладной работают совместно:
- металлическая пластина образует наружную монтажную поверхность и воспринимает усилия от присоединяемой конструкции;
- анкеры и анкерующие стержни связывают пластину с бетоном и передают на него возникающие усилия;
- сварные соединения объединяют элементы детали в единую конструкцию и должны выдерживать расчетные нагрузки.
При нагрузке усилие проходит через всю систему: от присоединенной конструкции — к пластине, от пластины — к анкерам, а затем — в железобетонное основание. Поэтому надежность узла зависит не от одного элемента, а от их совместной работы.
При проектировании учитывают:
- площадь и толщину металлической пластины;
- количество, диаметр и расположение анкеров;
- глубину их заделки в бетон;
- прочность бетона в зоне анкеровки;
- характеристики и качество сварных соединений.
Закладная деталь может воспринимать растягивающие, срезающие и изгибающие усилия, причем на практике они часто сочетаются. Например, консольная конструкция может одновременно создавать нагрузку на отрыв и изгибающий момент. Поэтому параметры детали определяют по расчетной схеме конкретного узла, а не только по внешним размерам изделия.
Виды закладных деталей
Одна и та же деталь может одновременно относиться к нескольким категориям.
По назначению
По выполняемой функции выделяют:
- Скрепляющие — соединяют строительные элементы между собой, в том числе сваркой. Их применяют в узлах сборных железобетонных конструкций.
- Опорные — создают точки опирания для железобетонных и металлических конструкций и передают нагрузку на основание.
- Соединительные — используют для болтового или резьбового крепления присоединяемых элементов.
- Подъемные — предназначены для подъема, перемещения и монтажа железобетонных изделий и воспринимают кратковременные монтажные нагрузки.
Назначение детали определяет ее конструкцию и требования к анкеровке. Для крепления ограждения и подъема железобетонного элемента нужны разные решения.
По расположению анкерных элементов
По направлению анкеров выделяют:
- с нормальными анкерами — стержни расположены перпендикулярно опорной пластине;
- с наклонными анкерами — стержни размещены под углом к пластине;
- с комбинированным расположением — в одной детали используют анкеры разного направления.
Схему анкеровки выбирают с учетом расчетной схемы и характера нагрузок. Поэтому детали с похожей внешней формой могут иметь разную конструкцию анкерной части.
По конструкции
По конструкции закладные детали делят на:
- Открытые — имеют рабочую металлическую пластину с закрепленными на ней анкерами. После бетонирования пластина остается доступной для последующего соединения.
- Закрытые — состоят из двух пластин, соединенных анкерными элементами. Их используют в узлах со специальной схемой передачи усилий или фиксации конструкции.
При выборе учитывают не только количество пластин, но и их размеры, толщину, количество и расположение анкеров.
По способу защиты от коррозии
Способ защиты выбирают с учетом условий эксплуатации, особенно если часть детали после монтажа остается недоступной для осмотра и ремонта.
- С лакокрасочным покрытием — применяют в условиях, где покрытие можно контролировать и при необходимости восстанавливать. Для наружных конструкций требуется более стойкая система защиты, чем для сухих помещений.
- С цинковым покрытием — используют для защиты стали от коррозии, в том числе при воздействии влаги и атмосферных факторов. Требования к покрытию зависят от условий эксплуатации.
- С другими видами защитной обработки — применяют в агрессивных средах и других особых условиях, когда стандартного покрытия недостаточно.
По способу изготовления
По способу изготовления выделяют:
- Типовые — используют в повторяющихся узлах с заранее определенными конструктивными параметрами. Они подходят для стандартных задач, не требующих индивидуальной разработки.
- Индивидуальные — изготавливают по рабочим чертежам для конкретного объекта. Такие детали применяют при нестандартной геометрии, особых нагрузках или специфическом способе соединения.
Таким образом, одну закладную деталь можно одновременно описать по нескольким признакам: например, как открытую опорную деталь с комбинированным расположением анкеров, изготовленную по индивидуальному проекту.
На какие нагрузки работают закладные детали:
- Растягивающие стремятся вырвать деталь из бетона. Здесь особенно важны количество и расположение анкеров, глубина их заделки и прочность бетона.
- Сжимающие возникают при передаче давления от присоединяемой конструкции на основание. При этом учитывают прочность и жесткость пластины и бетона.
- Срезающие действуют параллельно поверхности пластины и стремятся сместить деталь относительно основания. Например, они возникают при передаче горизонтальных усилий.
- Изгибающие появляются, когда нагрузка приложена на расстоянии от точки крепления и создает изгибающий момент. Это характерно для консолей, площадок, кронштейнов и других конструкций с выносом от основания.
- Комбинированные включают несколько видов усилий одновременно. Например, консоль может создавать растяжение, срез и изгибающий момент.
Поэтому несущую способность закладной детали нельзя оценивать только по размерам пластины. В работе узла участвуют пластина, анкеры, сварные соединения и бетонное основание, и каждый из этих элементов должен соответствовать расчетной нагрузке.
На итоговую несущую способность влияют:
- характеристики и толщина металлических элементов;
- количество, диаметр и расположение анкеров;
- глубина их заделки в бетон;
- прочность железобетонного основания;
- величина, направление и сочетание нагрузок.
Закладные детали с одинаковыми внешними размерами могут иметь разную несущую способность. Поэтому при выборе учитывают расчетную схему всего узла, а не только геометрию изделия.
Как выбрать закладные детали?
Закладную деталь выбирают не по внешнему виду или размеру металлической пластины. Сначала определяют, какую задачу решает конкретный узел, какие нагрузки он воспринимает и в какой конструкции будет установлен. После этого выбирают конструкцию детали, схему анкеровки и характеристики металла.
Назначение элемента. Характер нагрузки и требования к соединительному узлу зависят от того, что именно будет крепиться к закладной детали.
Для легких ненесущих конструкций — например, ограждений или декоративных элементов — обычно требуются менее массивные решения, чем для металлических балок, лестничных площадок или элементов несущего каркаса. Если деталь должна воспринимать вес конструкции, горизонтальные усилия или нагрузку от консольного элемента, возрастают требования к пластине, анкерам и их заделке в бетон.
При выборе важно заранее определить:
- какую конструкцию будут крепить;
- будет ли нагрузка постоянной или переменной;
- является ли присоединяемый элемент несущим;
- в каком направлении будут передаваться усилия;
- действует ли нагрузка непосредственно на узел или с выносом от точки крепления.
Например, деталь, подходящая для легкого ограждения, может оказаться недостаточной для консольной площадки. Поэтому назначение узла определяют до выбора конкретного изделия.
Тип и величина нагрузки. Важно учитывать не только общий вес присоединяемой конструкции, но и направление и характер действующих усилий.
Если нагрузка действует на отрыв, особенно важны количество, диаметр и расположение анкеров, а также глубина их заделки в бетон. При срезающих нагрузках оценивают способность узла воспринимать горизонтальное смещение. Если конструкция создает изгибающий момент, учитывают совместную работу пластины, анкеров и бетонного основания.
Особого внимания требуют комбинированные нагрузки, когда на один узел одновременно действуют несколько усилий. Такая ситуация характерна для консолей, площадок, кронштейнов и других элементов с выносом от точки крепления.
При выборе необходимо определить:
- величину расчетной нагрузки;
- направление действия усилий;
- наличие растяжения, среза или изгиба;
- возможные динамические воздействия;
- сочетание нескольких видов нагрузок.
Для ответственных и нагруженных узлов параметры закладной детали определяют расчетом.
Характеристики железобетонной конструкции. Закладная деталь должна соответствовать железобетонному элементу, в который ее устанавливают. Одна и та же анкерная схема может работать по-разному в конструкциях разной толщины и из бетона разной прочности.
При выборе учитывают:
- класс и характеристики бетона;
- толщину железобетонного элемента;
- размеры зоны, в которой размещается закладная деталь;
- расположение рабочей арматуры;
- расстояние от анкеров до края конструкции.
Например, нельзя просто увеличить длину анкеров, если толщина железобетонного элемента не позволяет обеспечить необходимую глубину заделки. Расположение анкеров также заранее увязывают с армированием, чтобы не нарушить проектную схему и не создать конфликт с рабочими стержнями.
Поэтому параметры закладной детали определяют с учетом конкретного железобетонного элемента, а не выбирают независимо от него.
Условия эксплуатации. Среда, в которой работает закладная деталь, прежде всего влияет на выбор материала и антикоррозионной защиты.
Для внутренних конструкций в сухих отапливаемых помещениях требования будут одними. Если же деталь находится на открытом воздухе, подвергается воздействию влаги, перепадов температуры или агрессивных веществ, требования к защите возрастают.
При оценке условий эксплуатации обращают внимание на:
- постоянную или периодическую влажность;
- воздействие атмосферных осадков;
- циклы замораживания и оттаивания;
- перепады температур;
- контакт с химически активными веществами.
В сложных условиях заранее выбирают подходящую систему антикоррозионной защиты, поскольку после монтажа и бетонирования доступ к части детали может быть ограничен.
Способ соединения с присоединяемой конструкцией. Его определяют до изготовления железобетонного элемента, а не после бетонирования.
Наиболее распространенные варианты:
- сварное соединение — требует достаточной рабочей поверхности пластины и учета характеристик сварного соединения;
- болтовое соединение — предусматривает соответствующие отверстия и крепежные элементы;
- специальные соединения — применяют в нестандартных инженерных и архитектурных узлах.
Например, деталь, рассчитанная на сварное соединение, не всегда подойдет для болтового крепления без изменения конструкции. Способ соединения влияет на геометрию наружной части детали, расположение крепежных элементов и схему передачи нагрузки.
Типовое или индивидуальное изготовление. Типовые закладные детали подходят для повторяющихся узлов с заранее определенными параметрами. Их используют, если конструкция имеет стандартную геометрию, известную схему нагрузок и не требует нестандартного способа соединения.
Индивидуальное изготовление необходимо, если:
- узел имеет нестандартную форму;
- закладная деталь воспринимает значительные или комбинированные нагрузки;
- требуется особое расположение анкеров;
- стандартные размеры не соответствуют конструкции;
- необходимо учесть специфический способ крепления;
- деталь работает в особых условиях эксплуатации.
Главное правило при выборе — не искать универсальную закладную деталь «под задачу вообще». Сначала определяют параметры конкретного узла: что крепится, какие усилия возникают, в какой бетон устанавливается деталь и как будет выполняться соединение. Только после этого выбирают типовую конструкцию или разрабатывают изделие по рабочим чертежам.
Особенности монтажа закладных деталей
Закладные детали устанавливают до бетонирования железобетонной конструкции. Важно не только выбрать подходящий элемент, но и точно разместить его в проектном положении: после набора бетоном прочности изменить положение анкеров или рабочей пластины без вмешательства в конструкцию уже нельзя.
Перед бетонированием закладную деталь надежно фиксируют, чтобы она не сместилась под давлением бетонной смеси или во время виброуплотнения. Способ фиксации зависит от конструкции детали и технологии изготовления, но элемент должен сохранять заданное положение до завершения бетонирования.
Перед бетонированием контролируют:
- расположение детали — она должна находиться в точке, предусмотренной проектом;
- высотную отметку — от нее зависит положение присоединяемой конструкции;
- геометрию и ориентацию — пластина должна находиться в заданной плоскости и под нужным углом;
- положение рабочей поверхности — она должна оставаться доступной для последующего соединения;
- надежность фиксации — деталь не должна смещаться при бетонировании.
Отклонение от проектного положения может осложнить монтаж присоединяемой конструкции или нарушить расчетную схему узла. Например, смещенная пластина может потребовать дополнительной подгонки, а изменение положения анкеров — повлиять на их работу под нагрузкой.
После набора бетоном необходимой прочности монтируют присоединяемые конструкции. Перед соединением наружную часть закладной детали очищают от загрязнений и проверяют ее положение.
При сварном соединении отдельно контролируют качество сварного шва. Он участвует в передаче нагрузки, поэтому при выполнении работ учитывают:
- характеристики соединяемых материалов;
- тип и размеры сварного соединения;
- требования рабочей документации;
- технологию выполнения сварочных работ.
Точная установка закладной детали и качественное выполнение последующего соединения — два ключевых условия надежности готового узла.
Итоги
Закладная деталь — конструктивный элемент, от которого во многом зависит надежность соединительного узла. При ее выборе учитывают характер и величину нагрузки, свойства железобетонной конструкции, способ соединения, условия эксплуатации и требования проекта.
Для стандартных повторяющихся узлов подходят типовые решения, а при нестандартной геометрии или сложных нагрузках деталь разрабатывают индивидуально. Главное — рассматривать ее как часть всей конструкции и подбирать параметры с учетом работы всего узла на протяжении срока эксплуатации здания.