Пособие к СНиП 2.09.03 по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования

Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений

(ЦНИИпромзданий)

Пособие

по проектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкций и оборудования

(к СНиП 2.09.03)

Рекомендовано к изданию решением секции несущих конструкций научно-технического совета ЦНИИпромзданий.

Содержит основные положения по расчету болтов и креплений строительных конструкций и строительного оборудования. Рассмотрены прогрессивные типы болтов и даны рекомендации по их применению. Отражены вопросы, касающиеся образования скважин в бетоне и железобетоне, установки и затяжке болтов, выверки оборудования и конструкций.

Для инженерно-технических работников проектных институтов, монтажных и строительных организаций, а также заводов изготовителей.

1. Общие указания

1.1. Настоящее Пособие составлено к СНиП 2.09.03 "Сооружения промышленных предприятий" и применяется при креплении анкерными болтами (далее болтами), включая болты и дюбели распорного типа, строительных конструкций и оборудования к бетонным, железобетонным и кирпичным элементам (фундаментам, силовым полам, стенам и т.д.), эксплуатируемых при расчетной температуре наружного воздуха до минус 65 включительно и при нагреве бетона фундамента до 50°С.

Примечание. Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в зависимости от района строительства согласно СНиП 2.01.01.

Расчетные технологические температуры устанавливаются заданием на проектирование.

1.2. При нагреве бетона фундамента свыше 50°С в расчетах должно учитываться влияние температуры на прочностные характеристики материала фундамента, болтов, подливок, клеевых составов и т.п.

1.3. Болты, предназначенные для работы в условиях агрессивной среды к повышенной влажности, должны проектироваться с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП 3.04.03.

1.4. Требования настоящего Пособия не исключают, при наличии соответствующего обоснования, применение других способов закрепления оборудования на фундаментах (например, на виброгасителях, на клею и др.).

1.5. Рекомендации настоящего Пособия должны также соблюдаться при выполнении работ по установке и закреплению строительных конструкций и технологического оборудования в процессе монтажа.

2. Основные типы болтов и область их применения

2.1. По конструктивному решению болты подразделяются на следующие типы: изогнутые; с анкерной плитой; составные с анкерной плитой; съемные с анкерным устройством; прямые; с коническим концом.

2.2. По способу установки болты подразделяются на устанавливаемые до бетонирования фундаментов и устанавливаемые на готовые фундаменты или другие конструктивные элементы в просверленные или готовые "колодцы".

Болты изогнутые и с анкерной плитой, устанавливаемые в фундаменты до бетонирования, приведет на рис. 1.

Рис. 1. Болты, устанавливаемые в фундаменты до бетонирования

а ¾ изогнутые; б, в, г ¾ с анкерной плитой; д, е ¾ составные с анкерной плитой

Болты съемные, устанавливаемые после бетонирования фундаментов в специальные анкерные устройства, заранее предусмотренные в теле фундамента, приведены на рис. 2.

Рис. 2. Болты съемные, устанавливаемые после бетонирования фундаментов

а ¾ с плоской анкерной плитой (М12 М48); б ¾ с литой анкерной плитой (М56 М125); в ¾ со сварной анкерной плитой (М56 М100)

Болты изогнутые, устанавливаемые в колодцах, приведены на рис 3.

Рис. 3. Болты, устанавливаемые в "колодцах", заранее предусмотренных в фундаментах

Болты прямые, устанавливаемые в просверленные скважины готовых фундаментов и закрепляемые синтетическим клеем (эпоксидным, силоксановым) или с помощью цементно-песчаной смеси методом виброзачеканки, приведены на рис. 4.

Рис. 4. Болты прямые, устанавливаемые в просверленные скважины готовых фундаментов

а ¾ закрепляемые синтетическим клеем (а. с. № 209305); б ¾ закрепляемые с помощью цементно-песчаной смеси способом виброзачеканки (а. с. № 419305)

Болты распорного типа с коническим концом, устанавливаемые в просверленные скважины готовых фундаментов и закрепляемые с помощью разжимных цанг или цементно-песчаным раствором способом вибропогружения, приведены на рис. 5.

Рис. 5. Болты, распорного типа с коническим концом, устанавливаемые в просверленные скважины готовых фундаментов

а ¾ закрепляемые с помощью разжимной цанги (а .с. № 539170); б, в ¾ закрепляемые цементно-песчаным раствором способом вибропогружения (а. с. № 737573 и а. с. № 763525)

Распорные дюбели (далее дюбели), устанавливаемые в просверленные скважины строительных элементов (стены, колонны и т.п.) и закрепляемые с помощью распорных устройств, приведены на рис. 6.

Рис. 6. Дюбели распорные, устанавливаемые в просверленные скважины готовых конструкций

а, б ¾ дюбель-шпильки распорные (М8-М24) (а.с. №1225936); в ¾ дюбель-втулка, распорная (М6-М20); 1 ¾ распорная шпилька; 2 ¾ разжимная цанга; 3 ¾ гайка; 4 ¾ распорная втулка; 5 ¾ разжимная пробка; 6 ¾ крепежный болт

2.3. По условиям эксплуатации болты подразделяются на расчетные и конструктивные.

К расчетным относятся болты, воспринимающие нагрузки, возникающие при эксплуатации строительных конструкций или работы оборудования.

К конструктивным относятся болты, предусматриваемые для крепления строительных конструкций и оборудования, устойчивость которых против опрокидывания или сдвига обеспечивается собственным весом конструкции или оборудования. Конструктивные болты предназначаются для рихтовки строительных конструкций и оборудования во время их монтажа и для обеспечения стабильной работы конструкций и оборудования во время эксплуатации, а также для предотвращения их случайных смещений.

Уровень динамичности устанавливается в зависимости от типа и характера оборудования.

2.4. Болты для крепления конструкций и оборудования должны изготавливаться в соответствии с ГОСТ 24379.0 "Болты фундаментные. Общие технические условия" и ГОСТ 24379.1 "Болты фундаментные. Конструкция и размеры".

Классификация болтов в соответствии с указанными стандартами приведена в табл. 1.

Таблица 1

2.5. Болты изогнутые (см. рис. 1, а) предназначаются для крепления строительных конструкций и технологического оборудования в тех случаях, когда высота фундамента не зависит от глубины заделки болтов в бетон.

2.6. Болты с анкерной плитой (см. рис. 1, б, в, г), имеющие меньшую глубину заделки по сравнению с болтами изогнутыми, рекомендуется применять в тех случаях, когда высота фундамента определяется глубиной заделки болтов в бетон.

2.7. Болты составные с анкерными плитами (см. рис. 1, д, е) применяются в случаях установки оборудования методом поворота или надвижки (например, при монтаже вертикальных цилиндрических аппаратов химической промышленности). В этих случаях муфта и нижняя шпилька с анкерной плитой устанавливается в массив фундамента во время бетонирования, а верхняя шпилька ввертывается в муфту на всю длину резьбы после установки оборудования через отверстия в опорных частях.

Длина ввинчивания шпильки в муфту должна быть не менее 1,6 диаметра резьбы болта.

2.8. Болты изогнутые и с анкерной плитой устанавливаются до бетонирования фундаментов на специальных кондукторных устройствах, строго фиксирующих их проектное положение в процессе бетонирования.

2.9. Болты съемные (см. рис. 2) рекомендуется применить главным образом для крепления тяжелого прокатного, кузнечно-прессового, электротехнического и другого оборудования, вызывающего большие динамические нагрузки, а также в тех случаях, когда болты в процессе эксплуатации оборудования подлежат возможной замене.

При установке съемных болтов в массив фундамента закладывается только анкерная арматура (анкерные устройства), а шпилька устанавливается свободно в трубе после устройства фундамента.

2.10. Болты изогнутые, устанавливаемые в "колодцах" готовых фундаментов (см. рис. 3) с последующим замоноличиванием колодца бетоном, рекомендуются для крепления оборудования и строительных конструкций в тех случаях, когда не могут быть установлены болты в просверленные скважины.

2.11. Болты прямые на синтетических клеях (эпоксидном или силоксановом) и закрепляемые с помощью цементно-песчаной смеси способом виброзачеканки (см. рис. 4) рекомендуются для крепления строительных конструкций и технологического оборудования с уровнем асимметрии цикла r ³ 0,6 ¾ для болтов на синтетических клеях и r ³ 0,8 ¾ для болтов на виброзачеканке.

Болты, закрепляемые с помощью эпоксидного клея, могут эксплуатироваться при расчетной температуре наружного воздуха до минус 40°С и при нагреве бетона до 50°С, болты, закрепляемые силоксановым клеем, ¾ соответственно до минус 40°С и до 100°С.

2.12. Болты распорного типа, закрепляемые с помощью разжимной цанги (см. рис. 5, а), и распорные дюбели (см. рис. 6) предназначаются для крепления строительных конструкций и оборудования, испытывающих статические и вибрационные нагрузки (r ³ 0,9).

2.13. Болты с коническим концом, закрепляемые цементно-песчаным раствором способом вибропогружения (см. рис. 5, б, в), рекомендуются для крепления строительных конструкций и технологического оборудования, за исключением оборудования, вызывающего значительные динамические и ударные нагрузки (кузнечно-прессовое оборудование, прокатные клети, электродвигатели большой мощности и др.).

Примечание. Болты с коническим концом исполнения 2 изготовляются высадкой, исполнения 3 ¾ навинчиванием конической втулки.

2.14. Болты, устанавливаемые в просверленные скважины готовых фундаментов, не допускается применять для крепления несущих колонн зданий, оборудованных мостовыми кранами, а также для высотных зданий и сооружений, для которых ветровая нагрузка является основной.

Для крепления указанных конструкций допускается применять болты с коническим концом, устанавливаемые способом вибропогружения.

При этом глубина заделки болтов должна быть не менее 20 d.

При мероприятиях, обеспечивающих надежность и долговечность анкеровки (увеличенная глубина заделки, дополнительные анкерующие устройства и т.д.), допускается крепление указанных конструкций болтами других типов, устанавливаемыми в просверленные скважины готовых фундаментов, по согласованию с организацией ¾ разработчиком этих болтов.

2.15. Для крепления технологического оборудования допускается устанавливать в скважинах болты диаметром свыше 48 мм при соответствующем технико-экономическом обосновании и при наличии бурового оборудования.

2.16. Распорные дюбели предназначаются для закрепления главным образом сантехнического, электротехнического и вентиляционного оборудования, а также элементов отделки, облицовки и пр.

Конструкции и размеры распорных дюбелей приведены в прил. 1.

2.17. Дюбели предназначаются для конструктивного закрепления различного мелкого оборудования, а также металлоконструкций, деталей декоративной отделки и других элементов на фундаментах, стенах и других строительных конструкциях из бетона, железобетона и кирпича.

Техническая документация на дюбели разработана ВНИИмонтажспецстроем.

2.18. Узлы крепления болтами с разжимной цангой и распорными дюбелями допускается вводить в эксплуатацию сразу после установки болтов и дюбелей.

3. Расчет болтов

3.1. Нагрузки, действующие на болты, по характеру воздействия подразделяются на статические и динамические. Величина, направление и характер действующих нагрузок от оборудования на болты должны быть указаны в задании на проектирование фундаментов под оборудование.

3.2. Мака сталей расчетных болтов, эксплуатируемых при расчетной зимней температуре наружного воздуха до минус 65°С включительно, должна назначаться в соответствии с указаниями табл. 2.

Таблица 2

Примечание. Болты допускается изготовлять из других марок сталей, механические свойства которых не ниже свойств сталей марок, указанных в табл. 2.

3.3. Болты для крепления строительных конструкций при температуре наружного воздуха от минус 40° С и выше должны изготовляться из углеродистой стали марки ВСт3кп2 (ГОСТ 380), а для крепления оборудования ¾ из углеродистой стали марки ВСт3пс2 (ГОСТ 380) или из конструкционной стали марки Ст20 (ГОСТ 1050).

Для болтов диаметром 56 мм и более допускается применять при тех же температурных условиях низколегированную сталь марок 09Г2С-2 и 10Г2С1-2 (ГОСТ 19281).

3.4. Для крепления сосудов и аппаратов, предназначенных для обработки и хранения взрывоопасных продуктов, а также для крепления аппаратов колонного типа при расчетной зимней температуре наружного воздуха до минус 30°С включительно, следует применять сталь марки ВСт3пс3 (вместо стали марки ВСт3пс2); при температуре наружного воздуха от минус 31 до 40°С ¾ сталь марки Ст20 по ГОСТ 1050.

3.5. При расчетной зимней температуре наружного воздуха до минус 65°С низколегированные марки сталей 09Г2С-8 и 10Г2С1-8 должны иметь ударную вязкость не ниже 30 Дж/см² (3 кгс×м/см²) при температуре испытания минус 60°С.

3.6. Конструктивные болты во всех случаях допускается изготовлять из стали марки ВСт3кп2 по ГОСТ 380.

3.7. Расчетные сопротивления металла болтов растяжению R_ва следует принимать по табл. 3.

Таблица 3

3.8. Все болты должны быть затянуты на величину предварительной затяжки F, которая для статических нагрузок должна приниматься равной: f = 0,75 Р, для динамических нагрузок F = 1,1р, где Р ¾ расчетная нагрузка, действующая на болт.

Для строительных конструкций (стальных колонн зданий и т.п.) затяжку болтов допускается осуществлять стандартными ручными инструментами с предельным усилием (до упора) на болт.

3.9. Площадь поперечного сечения болтов (по резьбе) должна определяться из условия прочности по формуле

A_sa = к_о Р/ R_ва (1)

где к_о = 1,35 ¾ для динамических нагрузок; к_о = 1,05 ¾ для статических нагрузок.

Для съемных болтов с анкерными плитами, устанавливаемых свободно в трубе, коэффициент к_о для динамических нагрузок принимается равным 1,15.

3.10. При действии динамических нагрузок сечение болтов, вычисленное по формуле (1), следует проверить на выносливость по формуле

A_sa = 1,8 c m к_о Р/ a R_ва (2)

где c ¾ коэффициент нагрузки, принимаемый по табл. 4, зависящий от конструкции болта; m ¾ коэффициент, учитывающий масштабный фактор, принимаемый по табл. 5, в зависимости от диаметра болта; a ¾ коэффициент, учитывающий число циклов нагружения, принимаемый по табл. 6.

Таблица 4

* В скобках дана глубина заделки для болтов диаметром менее 16 мм.

* В скобках даны значения коэффициента к статических нагрузок.

Таблица 5

Таблица 6

3.11. При расчете креплений строительных конструкций усилие предварительной затяжки и площадь сечения болтов следует определять как для статических нагрузок, если в проекте нет специальных указаний.

3.12. При групповой установке болтов для крепления оборудования (рис.7) величина расчетной нагрузки Р, приходящаяся на один болт, должна определяться для наиболее нагруженного болта по формуле

, (3)

где N ¾ расчетная нормальная сила; М ¾ расчетный изгибающий момент; n ¾ общее количество болтов; y₁ ¾ расстояние от оси поворота до наиболее удаленного болта в растянутой зоне стыка; y_i ¾ расстояние от оси поворота до i-го болта, при этом учитываются как растянутые, так и сжатые болты.

Рис. 7. Расчетная схема определения усилий при групповой установке болтов для крепления технологического оборудования

Ось поворота, допускается принимать проходящей через центр тяжести опорной поверхности оборудования.

3.43. Для сквозных стальных колонн, имеющих раздельные базы, величину расчетной растягивающей нагрузки, приходящейся на один болт, следует определять по формуле

Р = (М   Nв) / nh, (4)

где М и N ¾ изгибающий момент и продольная сила в сквозной колонне на уровне верха фундамента; h ¾ расстояние между осями ветвей колонны; n ¾ количество болтов крепления ветви колонны; в ¾ расстояние от центра тяжести сечения колонны до оси сжатой ветви.

3.14. Для баз стальных колонн сплошного типа (рис. 8) величину расчетной нагрузки, приходящейся на один растянутый болт, следует определять по формуле

Р = (R_в в_s x   N) / n (5)

где N ¾ продольная сила в колонне; R_в ¾ расчетное сопротивление бетона фундамента осевому сжатию, принимается в зависимости от класса бетона по табл. 7; n ¾ количество растянутых болтов, расположенных с одной стороны базы колонны; в_s ¾ ширина опорной плиты базы колонны; x ¾ высота сжатой зоны бетона под опорной плитой базы колонны, определяется по формуле

, (6)

где l_a ¾ расстояние от равнодействующей усилий в растянутых болтах до противоположной грани плиты; С ¾ расстояние от оси колонны до оси болта; е₀ ¾ эксцентриситет приложения нагрузки.

Рис. 8. Расчетная схема усилий в опорном сечении для стальных колонн сплошного типа

Таблица 7

Высота сжатой зоны х ограничивается условием

х £ x_R l_a, (7)

где

x_R = . (8)

В формуле (8) R_в и R_ва в МПа.

В тех случаях когда х > x_R l_a, следует повысить класс бетона фундамента либо увеличить опорную плиту, либо предусмотреть косвенное армирование.

3.15. Величину усилия предварительной затяжки болтов ¾ для восприятия горизонтальных (сдвигающих) усилий в плоскости сопряжения оборудования с фундаментом для сдвигоустойчивых соединений (не допускающих смещения опорной конструкции на величину зазора между стержнем болта и стенками отверстия в стакане) следует определять по формуле

F₁ = к (Q   Nf) / nf (9)

где Q ¾ расчетная сдвигающая сила, действующая в опорной плоскости; N ¾ нормальная сила; f ¾ коэффициент трения, принимаемый равным 0,25; n ¾ количество болтов; к ¾ коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по табл. 4.

3.16. При совместном действии вертикальных и горизонтальных (сдвигающих) сил величину усилия затяжки F₀ следует определять по формуле

F₀ = F + F₁ / к. (10)

Площадь поперечного сечения болта по резьбе в этом случае определяется по формуле

А_sa = (к к_о Р + F₁) / к R_ва (11)

где к ¾ коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по табл. 4.

3.17. В сдвигодопускающих соединениях сдвигающая сила Q воспринимается за счет сопротивления стержня болта срезу и определяется по формуле

Q £ 0,6 А_sa R_ва n. (12)

При совместном действии осевых Р и сдвигающих Q усилий их допустимые величины могут быть определены по формулам:

Р £ 0,6 А_sa R_ва n; (13)

Q £ 0,4 А_sa R_ва n; (14)

где n ¾ количество болтов.

Величина усилия предварительной затяжки болтов F₂ в этом случае должна назначаться по формуле

F₂ = к А_sa R_ва / 2. (15)

3.18. Сдвигающую силу Q, действующую в плоскости изгибающего момента, для сквозных стальных колонн, имеющих раздельные базы под ветви колонны, допускается воспринимать силой трения под сжатой ветвью колонны и определять из условия

Q £ f [M + N (h   в)] / h, (16)

где обозначения те же, что в формуле (4).

Сдвигающую силу стальных колонн сплошного типа, а также для сквозных колонн при действии сдвигающей силы перпендикулярно плоскости изгибающего момента (связевые колонны) допускается воспринимать силой трения от действия продольной силы и силы затяжки болтов и определять по формуле

Q £ f (п А_sa R_ва / 4 +N), (17)

где N ¾ минимальная продольная сила, соответствующая нагрузкам, от которых определяется сдвигающая сила; п ¾ количество болтов для крепления сжатой ветви колонны или количество сжатых болтов, расположенных с одной стороны базы колонн (для колонн сплошного типа); f ¾ коэффициент трения, принимаемый равным 0,25; А_sa ¾ площадь сечения одного болта.

3.19. Болты необходимо затягивать, как правило, с контролем величины крутящего момента М_кр, Н×м, значение которого следует определять по формуле

М_кр = F x, (18)

где F ¾ усилие предварительной затяжки болтов; x ¾ коэффициент, учитывающий геометрические размеры резьбы, трение на торце гайки и в резьбе, принимаемый по табл. 8.

Таблица 8

3.20. Минимальную глубину заделки болтов из стали марки ВСт3кп2 в фундаменте (размер Н) для бетона класса В12,5 следует принимать по табл. 4.

При других марках сталей болтов или другом классе бетона глубину заделки Н_о следует определять по формуле

Н_о ³ Н т₁. т₂, (19)

где т₁ ¾ отношение расчетного сопротивления растяжению бетона класса В12,5 к расчетному сопротивлению бетона принятого класса; т₂ ¾ отношение расчетного сопротивления растяжению металла болтов принятой марки стали к расчетному сопротивлению растяжению стали марки ВСт3кп2.

Для болтов диаметром 24 мм и более, устанавливаемых в скважинах готовых фундаментов, коэффициент т₁ следует принимать равным единице.

Значения расчетных сопротивлений бетона растяжению R_вt в зависимости от класса бетона даны в табл. 9.

Таблица 9

Для тех же материалов минимальную глубину заделки дюбель-втулки распорной (см. рис. 6,в) следует принимать H = 6 d , с учетом величин следующих расчетных параметров: коэффициента нагрузки c = 0,4; коэффициента стабильности затяжки к = 1,3 (при динамических воздействиях к = 1,9); расстояния между осями дюбелей ¾ не менее 5 d, от края фундамента до оси дюбеля ¾ 6 d.

3.21. Глубина заделки распорных дюбелей, устанавливаемых в мягкие материалы (кирпич, керамзитобетон), должна быть увеличена на 2 d по сравнению с глубиной заделки аналогичных дюбелей, устанавливаемых в конструкции из бетона класса В12,5.

3.22. Для конструктивных болтов с отгибами глубину заделки в бетон допускается принимать равной 15 d, для болтов с анкерными плитами ¾ 10 d, а для болтов, устанавливаемых в скважины, ¾ 5 d.

3.23. Наименьшие допустимые расстояния между осями болтов и от оси крайних болтов до граней фундамента приведены в табл. 4.

Расстояния между болтами, а также от оси болтов до грани фундамента допускается уменьшать на 2 d при соответствующем увеличении глубины заделки на 5 d.

Расстояния от оси болта до грани фундамента допускается уменьшить еще на один диаметр при наличии специального армирования вертикальной грани фундамента в месте установки болта.

Во всех случаях расстояние от оси болта до грани фундамента не должно быть меньше 100 мм для болтов диаметром до 30 мм включительно, 150 мм для болтов диаметром до 48 мм и 200 мм для болтов диаметром более 48 мм.

3.24. При установке спаренных болтов, например для закрепления несущих стальных колонн зданий и сооружений, должна предусматриваться общая анкерная плита с расстоянием между отверстиями, равным проектному размеру между осями болтов, или следует устанавливать одиночные болты с "разбежкой" по глубине. Глубину заделки спаренных болтов при расстоянии между их осями 8 d и более следует назначать 15 d, при расстоянии менее 8 d ¾ равной 20 d.

Расстояние от края плиты до оси болта следует назначать не менее 2 d, при этом площадь анкерной плиты должна быть не менее 32 d².

3.25. Расчетные площади поперечных сечений болтов (по резьбе) в зависимости от их диаметра приведены в табл. 10.

Таблица 10