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

Центральныйнаучно-исследовательский и проектно-экспериментальный институтпромышленных зданий и сооружений

(ЦНИИпромзданий)

Пособие

попроектированию анкерных болтов для крепления строительных конструкцийи оборудования

(к СНиП2.09.03)

Рекомендовано к изданию решением секции несущих конструкцийнаучно-технического совета ЦНИИпромзданий.

Содержит основные положения по расчету болтов и крепленийстроительных конструкций и строительного оборудования. Рассмотреныпрогрессивные типы болтов и даны рекомендации по их применению.Отражены вопросы, касающиеся образования скважин в бетоне ижелезобетоне, установки и затяжке болтов, выверки оборудования иконструкций.

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

1. Общиеуказания

1.1. Настоящее Пособие составлено к СНиП 2.09.03 "Сооруженияпромышленных предприятий" и применяется при креплении анкернымиболтами (далее болтами), включая болты и дюбели распорного типа,строительных конструкций и оборудования к бетонным, железобетонным икирпичным элементам (фундаментам, силовым полам, стенам и т.д.),эксплуатируемых при расчетной температуре наружного воздуха до минус65 включительно и при нагреве бетона фундамента до 50°С.

Примечание. Расчетная зимняя температура наружного воздухапринимается как средняя температура воздуха наиболее холоднойпятидневки в зависимости от района строительства согласно СНиП2.01.01.

Расчетные технологические температуры устанавливаются заданием напроектирование.

1.2. При нагреве бетона фундамента свыше 50°Св расчетах должно учитываться влияние температуры на прочностныехарактеристики материала фундамента, болтов, подливок, клеевыхсоставов и т.п.

1.3. Болты, предназначенные для работы в условиях агрессивной среды кповышенной влажности, должны проектироваться с учетом дополнительныхтребований, предъявляемых СНиП 3.04.03.

1.4. Требования настоящего Пособия не исключают, при наличиисоответствующего обоснования, применение других способов закрепленияоборудования на фундаментах (например, на виброгасителях, на клею идр.).

1.5. Рекомендации настоящего Пособия должны также соблюдаться привыполнении работ по установке и закреплению строительных конструкцийи технологического оборудования в процессе монтажа.

2.Основные типы болтов и область их применения

2.1. По конструктивному решению болты подразделяются на следующиетипы: 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 добетонирования фундаментов и устанавливаемые на готовые фундаменты илидругие конструктивные элементы в просверленные или готовые "колодцы".

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

Рис. 1. Болты, устанавливаемые в фундаменты до бетонирования

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

Болты съемные, устанавливаемые после бетонирования фундаментов вспециальные анкерные устройства, заранее предусмотренные в телефундамента, приведены на рис. 2.

Рис. 2. Болты съемные, устанавливаемые после бетонированияфундаментов

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

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

Рис. 3.Болты, устанавливаемые в "колодцах", заранеепредусмотренных в фундаментах

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

Рис. 4. Болты прямые, устанавливаемые в просверленные скважиныготовых фундаментов

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

Болты распорного типа с коническим концом, устанавливаемые впросверленные скважины готовых фундаментов и закрепляемые с помощьюразжимных цанг или цементно-песчаным раствором способомвибропогружения, приведены на рис. 5.

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

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

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

Рис. 6.Дюбели распорные, устанавливаемые в просверленные скважины готовыхконструкций

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

2.3. По условиям эксплуатации болты подразделяются на расчетные иконструктивные.

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

К конструктивным относятся болты, предусматриваемые для креплениястроительных конструкций и оборудования, устойчивость которых противопрокидывания или сдвига обеспечивается собственным весом конструкцииили оборудования. Конструктивные болты предназначаются для рихтовкистроительных конструкций и оборудования во время их монтажа и дляобеспечения стабильной работы конструкций и оборудования во времяэксплуатации, а также для предотвращения их случайных смещений.

Уровень динамичности устанавливается в зависимости от типа ихарактера оборудования.

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

Классификация болтов в соответствии с указанными стандартамиприведена в табл. 1.

Таблица 1

2.5. Болты изогнутые (см. рис. 1, а) предназначаются для креплениястроительных конструкций и технологического оборудования в техслучаях, когда высота фундамента не зависит от глубины заделки болтовв бетон.

2.6. Болты с анкерной плитой (см. рис. 1, б, в, г), имеющие меньшуюглубину заделки по сравнению с болтами изогнутыми, рекомендуетсяприменять в тех случаях, когда высота фундамента определяетсяглубиной заделки болтов в бетон.

2.7. Болты составные с анкерными плитами (см. рис. 1, д, е)применяются в случаях установки оборудования методом поворота илинадвижки (например, при монтаже вертикальных цилиндрических аппаратовхимической промышленности). В этих случаях муфта и нижняя шпилька санкерной плитой устанавливается в массив фундамента во времябетонирования, а верхняя шпилька ввертывается в муфту на всю длинурезьбы после установки оборудования через отверстия в опорных частях.

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

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

2.9. Болты съемные (см. рис. 2) рекомендуется применить главнымобразом для крепления тяжелого прокатного, кузнечно-прессового,электротехнического и другого оборудования, вызывающего большиединамические нагрузки, а также в тех случаях, когда болты в процессеэксплуатации оборудования подлежат возможной замене.

При установке съемных болтов в массив фундамента закладывается толькоанкерная арматура (анкерные устройства), а шпилька устанавливаетсясвободно в трубе после устройства фундамента.

2.10. Болты изогнутые, устанавливаемые в "колодцах" готовыхфундаментов (см. рис. 3) с последующим замоноличиванием колодцабетоном, рекомендуются для крепления оборудования и строительныхконструкций в тех случаях, когда не могут быть установлены болты впросверленные скважины.

2.11. Болты прямые на синтетических клеях (эпоксидном илисилоксановом) и закрепляемые с помощью цементно-песчаной смесиспособом виброзачеканки (см. рис. 4) рекомендуются для креплениястроительных конструкций и технологического оборудования с уровнемасимметрии цикла r ³0,6 ¾ для болтов насинтетических клеях и r ³0,8 ¾ для болтов навиброзачеканке.

Болты, закрепляемые с помощью эпоксидного клея, могутэксплуатироваться при расчетной температуре наружного воздуха доминус 40°С и при нагреве бетонадо 50°С, болты, закрепляемыесилоксановым клеем, ¾соответственно до минус 40°С идо 100°С.

2.12. Болты распорного типа, закрепляемые с помощью разжимной цанги(см. рис. 5, а), и распорные дюбели (см. рис. 6) предназначаются длякрепления строительных конструкций и оборудования, испытывающихстатические и вибрационные нагрузки (r³ 0,9).

2.13. Болты с коническим концом, закрепляемые цементно-песчанымраствором способом вибропогружения (см. рис. 5, б, в), рекомендуютсядля крепления строительных конструкций и технологическогооборудования, за исключением оборудования, вызывающего значительныединамические и ударные нагрузки (кузнечно-прессовое оборудование,прокатные клети, электродвигатели большой мощности и др.).

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

2.14. Болты, устанавливаемые в просверленные скважины готовыхфундаментов, не допускается применять для крепления несущих колоннзданий, оборудованных мостовыми кранами, а также для высотных зданийи сооружений, для которых ветровая нагрузка является основной.

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

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

При мероприятиях, обеспечивающих надежность и долговечностьанкеровки (увеличенная глубина заделки, дополнительныеанкерующие устройства и т.д.), допускается крепление указанныхконструкций болтами других типов,устанавливаемыми в просверленные скважины готовых фундаментов, посогласованию с организацией ¾разработчиком этих болтов.

2.15. Для крепления технологического оборудования допускаетсяустанавливать в скважинах болты диаметром свыше 48 мм присоответствующем технико-экономическом обосновании и при наличиибурового оборудования.

2.16. Распорные дюбели предназначаются для закрепления главнымобразом сантехнического, электротехнического и вентиляционногооборудования, а также элементов отделки, облицовки и пр.

Конструкции и размеры распорных дюбелей приведены в прил. 1.

2.17. Дюбели предназначаются для конструктивного закрепленияразличного мелкого оборудования, а также металлоконструкций, деталейдекоративной отделки и других элементов на фундаментах, стенах идругих строительных конструкциях из бетона, железобетона и кирпича.

Техническая документация на дюбели разработана ВНИИмонтажспецстроем.

2.18. Узлы крепления болтами с разжимной цангой и распорными дюбелямидопускается вводить в эксплуатацию сразу после установки болтов идюбелей.

3. Расчетболтов

3.1. Нагрузки, действующие на болты, по характеру воздействияподразделяются на статические и динамические. Величина, направление ихарактер действующих нагрузок от оборудования на болты должны бытьуказаны в задании на проектирование фундаментов под оборудование.

3.2. Мака сталей расчетных болтов, эксплуатируемых при расчетнойзимней температуре наружного воздуха до минус 65°Свключительно, 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, указанныхв табл. 2.

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

Для болтов диаметром 56 мм и более допускается применять при тех жетемпературных условиях низколегированную сталь марок 09Г2С-2 и10Г2С1-2 (ГОСТ 19281).

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

3.5. При расчетной зимней температуре наружного воздуха до минус 65°Снизколегированные марки сталей 09Г2С-8 и 10Г2С1-8 должны иметьударную 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 изстали марки ВСт3кп2 по ГОСТ 380.

3.7. Расчетные сопротивления металла болтов растяжению R_васледует принимать по табл. 3.

Таблица 3

3.8. Все болты должны быть затянуты на величину предварительнойзатяжки F, которая для статическихнагрузок должна приниматься равной: f= 0,75 Р, для динамических нагрузок F= 1,1р, где Р ¾ расчетнаянагрузка, действующая на болт.

Для строительных конструкций (стальных колонн зданий и т.п.) затяжкуболтов допускается осуществлять стандартными ручными инструментами спредельным усилием (до упора) на болт.

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

A_sa = к_о Р/R_ва(1)

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

Для съемных болтов с анкерными плитами, устанавливаемых свободно втрубе, коэффициент к_о для динамических нагрузокпринимается равным 1,15.

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

A_sa = 1,8 cm к_о Р/ aR_ва(2)

где c¾ коэффициент нагрузки,принимаемый по табл. 4, зависящий от конструкции болта;m ¾коэффициент, учитывающий масштабный фактор, принимаемый по табл. 5, взависимости от диаметра болта; a¾ коэффициент, учитывающийчисло 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 усилиепредварительной затяжки и площадь сечения болтов следует определятькак для статических нагрузок, если в проекте нет специальныхуказаний.

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 ¾расчетная нормальная сила; М ¾расчетный изгибающий момент; n¾ общее количествоболтов; y₁ ¾расстояние от оси поворота до наиболее удаленного болта в растянутойзоне стыка; y_i¾ расстояние отоси поворота до i-го болта,при этом учитываются как растянутые, так и сжатые болты.

Рис. 7. Расчетная схема определенияусилий при групповой установке болтов для крепления технологическогооборудования

Ось поворота, допускается принимать проходящей через центр тяжестиопорной поверхности оборудования.

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

Р = (М  Nв) / nh, (4)

где М и N¾ изгибающий момент ипродольная сила в сквозной колонне на уровне верха фундамента; h¾расстояние между осями ветвей колонны; n¾ количество болтовкрепления ветви колонны; в ¾расстояние от центра тяжести сечения колонны до оси сжатой ветви.

3.14. Для баз стальных колонн сплошного типа (рис. 8) величинурасчетной нагрузки, приходящейся на один растянутый болт, следуетопределять по формуле

Р = (R_вв_s x   N)/ n (5)

где N ¾продольная сила в колонне; R_в¾ расчетноесопротивление бетона фундамента осевому сжатию, принимается взависимости от класса бетона по табл. 7; n¾ количество растянутыхболтов, расположенных с одной стороны базы колонны;в_s¾ ширина опорной плиты базыколонны; x ¾высота сжатой зоны бетона под опорной плитой базы колонны,определяется по формуле

, (6)

где l_a¾ расстояние отравнодействующей усилий в растянутых болтах до противоположной граниплиты; С ¾ расстояние от осиколонны до оси болта; е₀ ¾эксцентриситет приложения нагрузки.

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

Таблица 7

Высота сжатой зоны х ограничиваетсяусловием

х £ x_Rl_a, (7)

где

x_R= . (8)

В формуле (8) R_ви R_вав МПа.

В тех случаях когда х >x_Rl_a, следует повысить класс бетонафундамента либо увеличить опорную плиту, либо предусмотреть косвенноеармирование.

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

F₁ = к(Q   Nf) / nf (9)

где Q ¾расчетная сдвигающая сила, действующая в опорной плоскости; N¾ нормальная сила; f¾ коэффициент трения,принимаемый равным 0,25; n¾ количествоболтов; к ¾коэффициент стабильности затяжки, принимаемый по табл. 4.

3.16. При совместном действии вертикальных и горизонтальных(сдвигающих) сил величину усилия затяжки F₀следует определять по формуле

F₀ = F+ F₁ /к. (10)

Площадь поперечного сечения болта по резьбе в этом случаеопределяется по формуле

А_sa =(к к_о Р + F₁)/ к R_ва (11)

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

3.17. В сдвигодопускающих соединениях сдвигающая сила Qвоспринимается за счет сопротивления стержня болта срезу иопределяется по формуле

Q £0,6 А_sa R_ваn. (12)

При совместном действии осевых Р исдвигающих Qусилий их допустимые величины могут быть определены по формулам:

Р £0,6 А_sa R_ваn; (13)

Q £0,4 А_saR_ва n; (14)

где n ¾количество болтов.

Величина усилия предварительной затяжки болтов F₂в этом случае должна назначаться по формуле

F₂= кА_sa R_ва/ 2. (15)

3.18. Сдвигающую силу Q,действующую в плоскости изгибающего момента, для сквозных стальныхколонн, имеющих раздельные базы под ветви колонны, допускаетсявоспринимать силой трения под сжатой ветвью колонны и определять изусловия

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 сквозныхколонн при действии сдвигающей силы перпендикулярно плоскостиизгибающего момента (связевые колонны) допускается воспринимать силойтрения от действия продольной силы и силы затяжки болтов и определятьпо формуле

Q £f (п А_saR_ва / 4 +N), (17)

где N ¾минимальная продольная сила, соответствующая нагрузкам, от которыхопределяется сдвигающая сила; п¾ количество болтов длякрепления сжатой ветви колонны или количество сжатых болтов,расположенных с одной стороны базы колонн (для колонн сплошноготипа); f ¾коэффициент трения, принимаемый равным 0,25; А_sa¾ площадь сечения одногоболта.

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

М_кр = Fx, (18)

где F ¾усилие предварительной затяжки болтов; x¾ коэффициент,учитывающий геометрические размеры резьбы, трение на торце гайки и врезьбе, принимаемый по табл. 8.

Таблица 8

3.20. Минимальную глубину заделки болтов из стали марки ВСт3кп2 вфундаменте (размер Н) для бетона класса В12,5 следует принимать потабл. 4.

При других марках сталей болтов или другом классе бетона глубинузаделки Н_о следует определятьпо формуле

Н_о³Н т₁. т₂, (19)

где т₁ ¾отношение расчетного сопротивления растяжению бетона класса В12,5 красчетному сопротивлению бетона принятого класса; т₂¾ отношение расчетногосопротивления растяжению металла болтов принятой марки стали красчетному сопротивлению растяжению стали марки ВСт3кп2.

Для болтов диаметром 24 мм и более, устанавливаемых в скважинахготовых фундаментов, коэффициент т₁следует принимать равным единице.

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

Таблица 9

Для тех же материалов минимальную глубину заделки дюбель-втулкираспорной (см. рис. 6,в) следует принимать H= 6 d, с учетом величин следующих расчетных параметров: коэффициентанагрузки c= 0,4; коэффициента стабильности затяжки к =1,3 (при динамических воздействиях к = 1,9); расстояниямежду осями дюбелей ¾ неменее 5 d,от края фундамента до оси дюбеля ¾6 d.

3.21. Глубина заделки распорных дюбелей, устанавливаемых в мягкиематериалы (кирпич, керамзитобетон), должна быть увеличена на 2d 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 бетондопускается принимать равной 15 d,для болтов с анкерными плитами ¾10 d, а для болтов, устанавливаемыхв скважины, ¾ 5d.

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

Расстояния между болтами, а также от оси болтов до грани фундаментадопускается уменьшать на 2 d присоответствующем увеличении глубины заделки на 5 d.

Расстояния от оси болта до грани фундамента допускается уменьшить ещена один диаметр при наличии специального армирования вертикальнойграни фундамента в месте установки болта.

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

3.24. При установке спаренных болтов, например для закреплениянесущих стальных колонн зданий и сооружений, должна предусматриватьсяобщая анкерная плита с расстоянием между отверстиями, равнымпроектному размеру между осями болтов, или следует устанавливатьодиночные болты с "разбежкой" по глубине. Глубину заделкиспаренных болтов при расстоянии между их осями 8 dи более следует назначать 15 d, прирасстоянии менее 8 d ¾равной 20 d.

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

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

Таблица 10

3.26. Диаметры конструктивных болтов должны быть указаны в задании напроектирование фундаментов. При отсутствии указаний диаметрыконструктивных болтов назначаются в соответствии с диаметромотверстий в опорных частях оборудования.

Примеры расчета болтов даны в прил. 2 настоящего Пособия.