Алюминий для вентилируемого фасада

Навесной вентилируемый фасад

Каждый навесной вентилируемый фасад включает обычно, как минимум, следующие компоненты (рисунок 1):

• подконструкцию – несущий каркас для облицовочных панелей;
• кронштейны для крепления подсистемы к стене, на которую устанавливается вентилируемый фасад;
• крепежные изделия – винты, саморезы, дюбеля, заклепки для крепления элементов подконструкции друг с другом, подконструкции – к стене, облицовочных панелей – к подконструкции;
• утеплитель.

1– внутри
2 – снаружи
3 – утеплитель
4 – паропроницаемый барьер
5 – крепежный элемент
6 – крепежный элемент
7 – подконструкция
8 – зазор
9 –  вентиляционная полость (зазор)
10 – наружная облицовка
11 – несущая стена
12 – терморазрыв
13 – анкер

Рисунок 1 – Устройство навесного вентилируемого фасада (по DIN 18516-1)

Сущность вентилируемого фасада

Сущность вентилируемого фасада заключается в том, что утеплитель и паропроницаемый барьер, с одной стороны, и наружная облицовка, с другой стороны, конструкционно разделены вентилируемым зазором. Эта вентиляционная полость между компонентами фасада регулирует влажность внутри здания: вся влага надежно удаляется через вентилируемый зазор. Влажная наружная сторона несущей стены высыхает очень быстро. Все это обеспечивает оптимальный климат внутри здания.

Рисунок 2 – Принцип работы вентилируемого фасада

Подконструкция или подсистема?

Термин «подконструкция» совпадает с английским термином «substructure» и немецким термином «Unterkonstruktion», которые применяется в зарубежных нормативных документах по вентилируемым фасадам.  Вместе с тем, в англоязычной технической литературе часто употребляются и такие термины, как «supporting structure», «support system», «subframe» и «base frame». В русскоязычной среде специалистов по навесным фасадам вместо термина «подконструкция» часто применяют термин «подсистема», а также термин «несущий каркас».

Материалы для подконструкции вентилируемых фасадов

Международный авторитет по вентилируемым фасадам – DIN 18516-1  – устанавливает требования к материалам для навесных вентилируемых фасадов, которые могут применяться без специального подтверждения их коррозионной стойкости, в том числе, для:

• облицовочных панелей,
• подконструкции и
• крепежных изделий.

Для изготовления подконструкций, в частности, рекомендуются:

• коррозионностойкие стали;
• алюминиевые сплавы;
• медные сплавы;
• конструкционные стали толщиной не менее 3 мм с коррозионной защитой лакокрасочным покрытием.

Применение подконструкций из других материалов, например, из древесины, требует специального подтверждения и разрешения.

Алюминиевые сплавы для подконструкций

Для алюминиевых подконструкций рекомендуется применять алюминиевые сплавы, которые перечислены в европейском стандарте EN 1999-1-1 (Еврокод 9 «Проектирование алюминиевых конструкций»). Обычно для подконструкций вентилируемых фасадов применяются алюминиевые сплавы 6060 и 6063 в состояниях Т6 и Т66.

Алюминиевая подконструкция вентилируемого фасада

Алюминиевая подконструкция навесного вентилируемого фасада состоит из алюминиевых анкеров и профилей, а также различного крепежа (винтов, саморезов, заклепок), которые образуют каркас для установки облицовочных плит на наружной или внутренней стене новых или существующих зданий.

Рассмотрим требования к алюминиевой подконструкции вентилируемого фасада на примере подконструкции известного вентилируемого навесного фасада Hilti EuroFox, которая широко применяется по всей территории Европейского Союза. Ниже представлены технические характеристики алюминиевой подконструкции вентилируемого фасада из сертификата, который дает право применять ее в нормальных климатических условиях по всей территории Великобритании, от Уэльса до Шотландии и Северной Ирландии.

Материал алюминиевых кронштейнов и направляющих

Алюминиевая подсистема Hilti EuroFox включает в себя:

• алюминиевые кронштейны различной формы и размеров;
• алюминиевые направляющие (профили) различной формы.

Все алюминиевые компоненты подсистемы изготавливаются из алюминиевого сплава 6063-Т66. Заметим, что минимальная прочность алюминиевых профилей из сплава 6063 в состоянии Т66 составляет 245 МПа. Состояние Т66 обозначает, что для достижения такой высокой прочности при производстве профилей были предприняты специальные меры. Эти меры могут, например, заключаться в жестком контроле температуры исходной заготовки, температуры профиля на выходе из матрицы и ускоренного охлаждения профиля на прессе.

Защита алюминиевой подконструкции от коррозии

Никаких специальных мер по защите поверхности алюминиевых компонентов подконструкции не предусмотрено. Вместе с тем, в условиях повышенной влажности взаимодействие незащищенного алюминия с материалами на основе цемента приводит к его сильной коррозии. Поэтому алюминиевые кронштейны при установке их на бетонные и кирпичные стены должны обязательно иметь подкладки из полипропилена или поливинилхлорида.

Нержавеющий крепеж

Направляющие алюминиевые профили соединяются с алюминиевыми кронштейнами с помощью самонарезающих винтов (саморезов) 5.5х19 мм из коррозионностойких аустенитных (нержавеющих) сталей EN 1.4567 (AISI 304) и EN 1.4578 (AISI 316). Эти винты маркируют  А2 и А4, соответственно. Это аналоги аустенитных коррозионностойких сталей 08Х18Н10 и 08Х18Н10М2.

Рисунок 3 – Самонарезающиеся винты из коррозионностойких аустенитных сталей для соединения алюминиевых профилей с алюминиевыми кронштейнами

Вспомогательные компоненты

Вспомогательные компоненты алюминиевой подсистемы включают:

• крепежные винты – самонарезающиеся винты (саморезы) из коррозионностойкой стали или термически упрочненной стали для крепления кронштейнов к несущей стене;
• специальные анкеры, состоящие из полиамидного рукава и специального винта из оцинкованной стали или из коррозионностойкой стали. Эти анкеры применяются для крепления подсистемы к бетонной или кирпичной несущей стене.

Рисунок 4 – Вертикальная и горизонтальная установка направляющих

Нагрузки от подсистемы к несущей стене

Алюминиевая подсистема Hilti EuroFox применяется при строительстве вентилируемых фасадов как несущий каркас для облицовки наружных или внутренних стен новых и существующих зданий. Она предназначена для эффективной передачи ветровой нагрузки и веса облицовки к несущей, бетонной или кирпичной, стены.

Теплоизоляционные подкладки кронштейнов

Предельные ветровые нагрузки на стену с установленным вентилируемым фасадом должны быть рассчитаны в соответствии с национальными нормами. В Великобритании, например, предельные ветровые нагрузки рассчитывают в соответствии с Еврокодом 9 (EN 1991-1-4), но при окончательном назначении предельной ветровой нагрузки применяют повышающий коэффициент 1,5.

Алюминиевые кронштейны

Количество кронштейнов, с помощью которых алюминиевая подсистема крепится к несущей стене, должно зависеть от веса выбранного типа облицовки и определяться на этапе проектирования вентилируемого фасада. Детали кронштейнов и их проектная прочность показаны на рисунке 4. Проектная нагрузка на крепления между различными компонентами алюминиевой подсистемы должна быть ниже, чем их расчетная прочность.

Рисунок 5 – Алюминиевые кронштейны

Алюминиевые профили

Конструкция направляющих профилей и способ их крепления к кронштейнам  должны удовлетворять требованиям национальных строительных норм, с учетом минимальных механических свойств применяемых алюминиевых сплавов в их заданном состоянии, например, 6063-Т66 или 6060-Т66. Максимальный прогиб направляющих (алюминиевых профилей) между двумя опорами должен составлять на более одной двухсотой доли длины пролета (L/200), а для консольных элементов – одной стопятидесятой их длины (L/150).

Как правило, алюминиевые профили подсистемы неподвижно закрепляют посередине их длины с применением обычных круглых отверстий. При этом остальные точки крепления профилей выполняют скользящими на удлиненных отверстиях, что позволяют профилям удлиняться или укорачиваться при изменениях температуры (см. рисунок 4).

Рисунок 6 – Алюминиевые направляющие профили

Чтобы обеспечивать свободное термическое расширение необходимо обеспечит зазор длиной 2,5 мм на каждый метр длины. Для стандартных направляющих длиной 3 м ширина зазора 8 мм между смежными направляющими считается достаточной. При расчетах коэффициент термического расширения алюминия обычно принимают 23х10^-6 1/К. Это значит, что, например, при разнице температур в 100 градусов Кельвина (или Цельсия) каждый метр алюминиевого профиля изменит свою длину на 2,3 мм.

Огнестойкость алюминиевой подсистемы

Алюминиевые кронштейны, направляющие и крепления их друг к другу являются негорючими. Поэтому можно считать, что по британским строительным нормам они имеют класс 0 или «низкий риск».

Кронштейны алюминиевой подсистемы включают подкладки из полиуретана или поливинилхлорида для того, чтобы снизить риск возникновения «мостиков холода» через контакт кронштейн-стена. Поскольку эти кронштейны в основном «спрятаны» за облицовочными панелями и, кроме того, присутствуют в относительно малом количестве, то они вряд ли могут оказывать значительное влияние на общее возгорание облицовки фасада.

Вместе с тем, для каждой системы вентилированного фасада обязательно делается заключение об ее огнестойкости на основании испытаний, которые проводит специальная аккредитованная лаборатория.

Дренаж и вентилирование

Минимальная ширина вентиляционного зазора между задней стенкой облицовочных панелей и утеплителем или стеной (при отсутствии утеплителя) зависит от высоты здания и климатических особенностей местности, в которой устанавливается фасад. Системы Hilti Eurofox имеет вентиляционный зазор не менее 38 мм для облицовочных панелей с заглушенными или лабиринтными стыками и 50 мм – для открытых стыков.

Техническое обслуживание

Алюминиевая подконструкция сама по себе не требует специального технического обслуживания. Вместе с тем, вся система навесного вентилируемого фасада должна ежегодно инспектироваться, чтобы убедиться, что внутренние элементы фасада находятся в порядке и хорошо вентилируются, а облицовочные панели находятся на своем месте и надежно закреплены.

Срок службы алюминиевой подконструкции

Алюминиевая подсистема Hilti Eurofox в нормальных климатических условиях Великобритании рассчитана на предельный срок службы не менее 35 лет.

Защита от коррозии алюминиевых строительных конструкций

Заметим, что нормальные условия в различных регионах Великобритании  значительно отличаются друг от друга, например, по годовому количеству осадков (рисунок 7).

Рисунок 7 – Годовое количество осадков в Европе и прилегающих регионах

Можно видеть, что по количество осадков на европейской части России, а также в Украине и Белоруссии составляет 500-800 мм, что в 2-2,5 раза меньше, чем в половине регионов Великобритании.

Это обстоятельство учитывается, в разной степени, при назначении защиты алюминиевых строительных конструкций от коррозии как в отечественных строительных нормах, так и в новейших европейских строительных нормах для алюминиевых конструкций EN 1999 (Еврокод 9).

• Поэтому в сухих и нормальных регионах могут допустить к применению в строительных конструкциях незащищенный алюминий даже в условиях загрязненной городской атмосферы.
• С другой стороны, во влажных регионах, а также в прибрежных районах, алюминий может потребовать коррозионной защиты даже в чистых от загрязнений (сельских) районах.

Источники:
1) Сертификат вентилируемого фасада HILTI EUROFOX, 2013
2) Sustainable refurbishment of exterior walls and building facades, Final report, Part A, 2012