Если вы когда-либо следили за дискуссиями по проектированию конструкций, вы, вероятно, слышали один и тот же вопрос, повторенный по крайней мере сто раз: «Можно ли использовать анкерные болты в сейсмической зоне?» Для человека, который последние десять лет работал с анкерными болтами — сначала в качестве инженера, а теперь в качестве поставщика — этот вопрос не просто гипотетический. Это первое, о чем я спрашиваю каждого инженера, подрядчика или владельца здания, который обращается ко мне по поводу своего следующего проекта, особенно тех, которые расположены в зонах с высокой сейсмичностью, таких как Северо-Запад Тихого океана, Калифорния или некоторые части Среднего Запада. Короткий ответ — да, но только если вы выберете правильный тип, правильно установите его и спроектируете в соответствии со строгими сейсмическими стандартами. Давайте разберемся в этом, потому что это нечто большее, чем просто вбить болт в бетон и сказать, что все готово.
Я начал работать в этой отрасли, потому что увидел, как один неправильный крепеж может поставить под угрозу все здание. В начале своей карьеры я работал над небольшой коммерческой модернизацией в Орегоне, которую пришлось переделывать, поскольку подрядчик использовал болты стандартного класса вместо сейсмостойких. Когда в 2014 году произошло землетрясение в Напе (мощность М6,0), несейсмические болты вырвались из бетона, в результате чего стальной каркас здания сместился на несколько дюймов. Никто не пострадал, но ущерб мог быть катастрофическим. Этот опыт научил меня тому, что анкерные болты в сейсмических районах — это не просто «хорошая идея» — они являются непреложным компонентом системы сопротивления боковой нагрузке здания.
Сначала поговорим о том, почему сейсмические зоны такие разные. Землетрясения создают два типа сил, которые испытывают анкерные болты: сдвиг (сила из стороны в сторону) и растяжение (сила тяги вверх или вниз). Болт, который подходит для малоэтажного здания в несейсмической зоне, может выйти из строя при воздействии повторяющихся интенсивных срезающих усилий от сотрясений земли. Ключевым моментом является выбор анкерного болта, который спроектирован так, чтобы противостоять этим динамическим, циклическим нагрузкам — нагрузкам, которые действуют не один раз, а снова и снова по мере движения земли.
За прошедшие годы я видел много дезинформации о том, какие типы болтов подходят для сейсмических исследований. Например, некоторые люди доверяют J-болтам, но не просто J-болтам, а только тем, которые проверены на сейсмостойкость. Внесем ясность: J-болты — одни из наиболее распространенных анкерных болтов, которые используются для всего: от крепления подоконников до бетонных фундаментов и анкерного оборудования. Но стандартные J-образные болты (обычные без покрытия, которые можно купить в крупном магазине) не предназначены для сейсмических зон. Вот почему, когда мы говорим о сейсмостойких J-образных болтах, мы имеем в виду болты, которые были протестированы на соответствие таким стандартам, как ACI 318 (Требования строительных норм для конструкционного бетона) и ICC-ES (Международная служба оценки норм и правил). Если вам нужен надежный вариант J-образного болта для сейсмических условий, загляните на нашу страницу J-образного болта, где все наши модели проходят сторонние испытания на боковые и циклические сейсмические нагрузки:Джей Болт.
Другой тип, который часто встречается, — это болт L. Подобно болтам J, болты L имеют форму, позволяющую зацепляться за бетон, но их прямой изгиб на 90 градусов отличает их. Болты L часто используются в случаях, когда высота по высоте ограничена, например, при креплении к толстым бетонным плитам. Опять же, не все болты L имеют сейсмостойкость. Болты L, предназначенные для сейсмостойкости, которые мы производим, имеют более толстый хвостовик, кованый изгиб (а не изогнутый сварной шов, который может сломаться при циклической нагрузке) и имеют покрытие, устойчивое к коррозии, что критически важно для сейсмических характеристик, поскольку коррозия ослабляет прочность болта. Для проектов, в которых болты L имеют больше смысла, чем болты другой формы, стоит обратить внимание на нашу линейку сейсмических болтов L:л магазин.
А как насчет анкерных болтов для более тяжелых нагрузок, таких как опоры стальных колонн или крупногабаритного оборудования в сейсмических зонах? Вот тут-то и приходят на помощь пластинчатые анкерные болты. Пластинчатые анкерные болты имеют широкую плоскую пластину на одном конце, которая прилегает к бетону, распределяя нагрузку по большей площади, а не концентрируя ее в одной точке. Это меняет правила игры в сейсмических исследованиях, поскольку при сотрясении грунта нагрузка на анкер представляет собой не просто сдвиг или растяжение — часто это комбинация того и другого (так называемая комбинированная нагрузка). Широкая пластина не дает болту прорваться сквозь бетон под такой совокупной нагрузкой. Мы тестируем наши пластинчатые анкерные болты на устойчивость к сдвиговым нагрузкам до 50 тысяч фунтов и растягивающим нагрузкам до 30 тысяч фунтов, что делает их идеальными для сейсмических проектов с высокими требованиями. Если вы работаете на складе, больнице или другом крупном коммерческом сооружении в сейсмической зоне, обычно вам подойдут пластинчатые анкерные болты:Пластинчатый анкерный болт.
У меня также были клиенты, которые спрашивали меня об анкерных болтах с ручкой зонта для использования в сейсмических условиях. Эти болты получили свое название от расширенного анкера в форме зонтика на конце, который после установки распространяется внутри бетона. Это делает их идеальными для тех случаев, когда нет доступа к нижней части бетона (например, при креплении к существующему фундаменту). Но даже анкерные болты ручки зонта должны быть рассчитаны на сейсмическое использование. Наши сейсмические анкерные болты с ручкой-зонтом спроектированы таким образом, чтобы равномерно расширяться в бетоне, создавая механическую блокировку, которая препятствует выдергиванию даже при сильных трясках грунта. Их часто используют в проектах модернизации, где невозможно просверлить нижнюю часть фундамента, поэтому их используют многие инженеры-сейсмологи, работающие над старыми зданиями:Анкерный болт ручки зонта.
Анкерные болты с когтями — еще один вариант, который я бы порекомендовал для сейсмических применений, особенно для временных конструкций или проектов, где быстрая установка имеет решающее значение. Коготь на конце болта врезается в бетон, обеспечивая надежную фиксацию без необходимости расширения болта. Наши сейсмостойкие кулачковые анкерные болты были протестированы на устойчивость как к сдвиговым, так и к растягивающим нагрузкам в ходе циклических сейсмических испытаний, и их можно быстро установить с помощью стандартной ударной дрели — никаких специальных инструментов не требуется. Это делает их популярными на строительных площадках, где необходимо закрепить временные ограждения, леса или опалубку в сейсмической зоне. Для получения более подробной информации посетите нашу страницу с анкерными болтами с когтями:Анкерный болт с когтем.
Но вот в чем дело: даже самый лучший в мире анкерный болт не будет работать, если его установить неправильно. Я видел, как подрядчики срезали углы при установке — сверлили неправильную глубину, не очищали бетонное отверстие, пропускали спецификации крутящего момента — и все потому, что они думали, что «болт есть болт». В сейсмических зонах установка так же важна, как и выбор правильного типа болта. Позвольте мне привести вам пример: несколько лет назад я работал над модернизацией школы в Калифорнии, где подрядчик использовал правильные пластинчатые анкерные болты, но они просверлили отверстия на 1 дюйм слишком мелко. Когда инженер-строитель провел испытание под нагрузкой, болт вытянулся на 70% от номинальной мощности. Землетрясение было бы катастрофой.
Еще одна распространенная ошибка – не учитывать коррозию. Сейсмические зоны часто бывают прибрежными или имеют повышенную влажность, и даже небольшое количество ржавчины на болте может снизить его прочность до 30%. Вот почему все наши сейсмостойкие анкерные болты имеют горячеоцинкованное или эпоксидное покрытие, соответствующее стандартам ASTM A153 по коррозионной стойкости. Это небольшая дополнительная плата, которая имеет огромное значение для долгосрочной безопасности.
Вас также может заинтересовать разница между залитыми анкерными болтами и анкерными болтами, установленными после установки, поскольку это вызывает большие споры в сейсмическом сообществе. Закладные болты устанавливаются при первой заливке бетона, поэтому болт врезается непосредственно в фундамент. После установки болты сверлятся в существующий бетон после затвердевания бетона. Оба могут использоваться в сейсмических зонах, но они должны соответствовать разным стандартам. Литые болты часто предпочтительнее для новых конструкций, поскольку они имеют более надежный путь нагрузки, но болты, установленные после установки (например, наши анкерные болты для ручки зонта, которые проходят испытания на возможность использования после установки), необходимы для модернизации. Для сейсмических применений после установки вы должны убедиться, что болт указан для использования после установки в соответствии с главой 17 ACI 318, которая включает испытания на сопротивление выдергиванию, сдвигу и циклической нагрузке.
Давайте поговорим о реальных данных сейсмических испытаний, подтверждающих это. В прошлом году мы передали нашу линию J Bolt в независимую стороннюю лабораторию для испытаний на сейсмическую циклическую нагрузку. Испытание имитировало силы землетрясения М7,0, которое примерно соответствует землетрясению в Нортридже 1994 года. Наши J-образные болты выдержали 50 циклов поперечной сдвиговой нагрузки при 80 % номинальной нагрузки без каких-либо признаков растрескивания или выдергивания. Именно такая производительность вам нужна в сейсмической зоне. Если бы болт был обычным J-образным болтом без номинала, он бы вышел из строя всего через несколько циклов.
Я также хочу упомянуть сочетание нагрузок, потому что именно здесь многие инженеры спотыкаются. При сейсмическом проектировании нельзя просто учитывать статическую нагрузку на болт — ее необходимо объединить с сейсмической нагрузкой. Например, болту, удерживающему подоконную пластину весом 1000 фунтов, возможно, потребуется выдержать только 1000 фунтов в несейсмической зоне, но в сейсмической зоне эта нагрузка может удвоиться или даже утроиться из-за ускорения грунта. Вот почему сейсмостойкие болты имеют более высокую предельную грузоподъемность и рассчитаны на комбинированные статические и динамические нагрузки.
Итак, если сложить все воедино: да, анкерные болты абсолютно можно использовать в сейсмических зонах, но только если вы выберете болты, которые прошли сторонние испытания и рассчитаны на сейсмические характеристики, установите их правильно в соответствии с рекомендациями производителя и нормами, а также учтете коррозию и комбинации нагрузок. Не существует универсального решения, поэтому важно работать с поставщиком, который знает сейсмические нормы и может помочь вам выбрать правильный болт для вашего конкретного проекта.
Если вы работаете над проектом в сейсмической зоне — будь то новое коммерческое здание, реконструкция жилого дома, больница или склад — и вы не уверены, какой анкерный болт вам подойдет, я бы посоветовал вам обратиться к нашей команде. Мы работали над тысячами сейсмических проектов в США и можем помочь вам выбрать правильный тип болта, подтвердить его соответствие местным строительным нормам и даже предоставить данные нагрузочных испытаний для поддержки вашего проекта. Не рискуйте с сейсмической безопасностью — выбирайте анкерные болты, которые рассчитаны на работу в наиболее важные моменты.
Ссылки:
ACI 318-19, Требования строительных норм к конструкционному бетону и комментарии. Американский институт бетона.
ICC-ES AC193, Критерии приемки клеевых анкеров, устанавливаемых после установки в бетон. Служба оценки Международного совета по нормам и правилам.
FEMA 450, NEHRP Рекомендуемые правила сейсмостойкости для новых зданий и других сооружений. Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям.
ASTM F1554, Стандартные спецификации для анкерных болтов, сталь, предел текучести 36, 55 и 105 фунтов на квадратный дюйм. Американское общество испытаний и материалов.