Узлы крепления модулей к фундаменту: сравнение анкерных болтов и сварных закладных

При соединении объёмных конструктивных элементов с основанием применяются разные типы фиксации, но чаще всего монтаж осуществляется с помощью либо анкерных болтов, либо закладных элементов с применением сварных швов. Каждый способ имеет особенности как в исполнении, так и в расчётах, что важно при проектировании и строительстве.

Тип фиксации подбирается в зависимости от типа фундамента, массы секций и требований к транспортной нагрузке.

В случае с анкерными болтами применяются два основных варианта: распорные и химические. Для временных конструкций чаще используют механические анкеры с гильзой, выдерживающие усилия до 25 кН на срез и до 35 кН на вырыв.

При этом важна длина заделки. Для прочного закрепления рекомендуется заглубление не менее 10 диаметров болта. Для болта М16 это не менее 160 мм, а для М20 — не менее 200 мм.

Закладные сварные узлы изготавливаются заранее, размещаются в теле фундамента при бетонировании, после чего с ними свариваются закладные части рам модуля. Преимущество — высокая жёсткость узла и способность воспринимать значительные горизонтальные и вертикальные нагрузки.

При сварке обеспечивается прочное соединение не только за счёт сцепления, но и за счёт замоноличивания в тело бетона. Толщина листа в закладном элементе должна быть не менее 10 мм, ребра жёсткости — не менее 8 мм.

В сравнении двух типов крепления различие проявляется в скорости монтажа. Болтовые соединения требуют точного совпадения отверстий, но допускают корректировку на месте, особенно если применяются регулируемые опоры.

Сварка требует точной подготовки закладных частей, а при наличии отклонений сопряжение затрудняется. Однако жесткость сварного узла выше при прочих равных условиях, особенно если высота фундамента превышает 400 мм.

Если рассматривать нагрузки, допустимые усилия при сварке зависят от типа шва. Для углового шва с катетом 6 мм и длиной 100 мм допускаемая сила на срез составляет порядка 20 кН при одностороннем шве, и около 40 кН при двустороннем.

Протяжённость сварки определяется расчётной нагрузкой с коэффициентом запаса не менее 1.3. При этом важно контролировать не только длину, но и качество провара, особенно на морозе.

При применении анкерных соединений важно контролировать тип основания. Если бетон имеет класс ниже В20, то использовать стандартные анкеры не рекомендуется — сцепление будет недостаточным.

Для слабых оснований применяются химические анкеры с инъекционным составом. В случае с растворами на основе эпоксидных смол прочность сцепления достигает 40–60 Н/мм², при этом глубина заделки может быть уменьшена до 8 диаметров болта.

Для ускорения работ применяются монтажные шаблоны, в которые заранее устанавливаются втулки под болты или закладные пластины. Эти шаблоны фиксируются на армокаркасе при бетонировании, обеспечивая точную геометрию.

При использовании сварных закладных важно соблюдать вылеты: торец пластины должен выступать за уровень фундамента на 10–15 мм, чтобы обеспечить качественное наложение шва и исключить подрез.

Материалом для закладных, как правило, служит сталь не ниже С245. Для болтов — сталь класса 5.8 или 8.8, в зависимости от расчетных усилий.

Применение крепежа ниже класса 5.8 не допускается при креплении несущих конструкций. В условиях низких температур используется сварка с электродами типа УОНИ-13/55 или аналогичными, обеспечивающими прочность соединения при отрицательных температурах.

Монтаж на болтах часто используется при модульных зданиях на временных фундаментах из блоков или винтовых свай. В таких случаях применяются пластины с отверстиями и регулировочными шайбами.

Регулировка осуществляется до выравнивания горизонта модуля, после чего болты затягиваются с усилием не менее 120 Н·м для резьбы М16. Указанное значение подбирается исходя из коэффициента трения между сталью и бетоном порядка 0.4.

В случае с фиксированными фундаментами из монолитного бетона предпочтение часто отдается сварке, поскольку сварное соединение обеспечивает большую жёсткость и минимальный люфт при вибрационных нагрузках. Особенно это важно при устройстве модульных зданий с техническими помещениями, в которых присутствует оборудование с циклической динамикой.

Болтовые соединения со временем могут требовать дополнительной подтяжки.

При проектировании узлов необходимо учитывать температурные компенсации. Для болтов применяются овальные отверстия или шайбы с возможностью скольжения.

Сварные узлы таких компенсаций не допускают, поэтому деформационные швы в фундаменте должны быть заранее предусмотрены. Расстояние между ними — не более 15 м для наружных температур от -40 до +40 °C.

Сварка требует квалификации. В большинстве случаев применяется ручная дуговая сварка.

Длина одного непрерывного шва — не более 200 мм, с обязательным чередованием сторон. При необходимости выполняется провар обратной стороны для исключения непровара. Если модуль монтируется в стеснённых условиях, где доступ к месту соединения ограничен, болтовое крепление предпочтительнее.

Стыковка болтовых соединений допускает демонтаж, что удобно при перемещении здания. Сварные соединения требуют отрезки и последующей зачистки, что увеличивает время демонтажа.

Поэтому при временном характере здания рекомендуется использовать болтовые узлы с антикоррозионной обработкой. Для оцинкованных болтов стандартного исполнения допускается использование без дополнительной обработки в зонах с умеренной влажностью.

Для расчета прочности болтов применяется формула: N = (π * d² / 4) * σ, где d — диаметр стержня, σ — допускаемое напряжение на растяжение. Для стали 8.8 σ = 640 Н/мм².

Для М20 допустимая сила составляет около 201 кН. Однако это значение справедливо при растяжении, при срезе используется коэффициент 0.6. Получается фактическая несущая способность порядка 120 кН на один болт.

На практике при креплении одного угла модуля применяются две точки фиксации, что позволяет обеспечить устойчивость к кручению. Сварка по диагонали допустима при наличии рёбер жёсткости и дополнительного уголка.

При болтовом соединении используется монтажная пластина толщиной не менее 8 мм с двумя отверстиями диаметром 18 мм для болтов М16. Расстояние между центрами отверстий — не менее 60 мм.

При наличии неровностей в плоскости фундамента до 10 мм используются регулировочные клинья. В случае превышения указанных допусков применяется шлифовка плоскости основания или устройство выравнивающей подливки.

Подливка выполняется на основе безусадочного цементного состава толщиной от 20 до 50 мм.