Что такое Металлическая подконструкция?

Металлическая подконструкция представляет собой несущую систему из профилей, кронштейнов, направляющих и крепежных элементов, на которую устанавливают наружную или внутреннюю облицовку. В строительстве такие системы широко применяются при устройстве вентилируемых фасадов, облицовке стен металлическими панелями, металлосайдингом, профлистом, фасадными кассетами и другими материалами.

Главная задача подконструкции состоит в передаче нагрузки от облицовки на несущую часть здания. Одновременно система позволяет сформировать ровную плоскость фасада, компенсировать неровности основания и создать необходимый зазор между стеной, утеплителем и наружной облицовкой. От правильного подбора профилей, шага крепления и способа соединения элементов зависит устойчивость всего фасада к собственному весу и ветровым нагрузкам.

Из чего состоит металлическая подконструкция

Конструкция системы зависит от облицовочного материала и основания, однако принцип устройства большинства решений похож. К стене крепятся кронштейны, которые удерживают вертикальные или горизонтальные направляющие. Уже к направляющим фиксируется облицовочный материал.

Основными элементами системы являются:

• кронштейны для соединения каркаса с несущим основанием;
• металлические направляющие и профили;
• анкеры для крепления кронштейнов к стене;
• заклепки, винты или другой крепеж для соединения элементов;
• теплоизоляционные прокладки в предусмотренных конструкцией местах;
• дополнительные профили для углов, проемов и других сложных участков.

Для изготовления подконструкций применяют оцинкованную сталь, сталь с дополнительными защитными покрытиями, алюминиевые сплавы и в отдельных системах нержавеющую сталь. Выбор зависит от условий эксплуатации, массы облицовки, требуемой несущей способности и конструкции фасада.

Как работает металлическая подконструкция

Облицовка передает собственный вес и внешние воздействия на направляющие. От направляющих усилия переходят на кронштейны, а затем через анкеры передаются несущей стене. Поэтому надежность системы определяется не одним профилем, а всей цепочкой элементов.

Например, если масса облицовки составляет 15 кг/м², на фасаде площадью 200 м² только собственный вес облицовочного материала составит:

15 × 200 = 3000 кг.

К этой нагрузке необходимо добавить массу самой подконструкции и воздействие ветра. Причем ветровая нагрузка действует не так, как собственный вес. Она может создавать давление на облицовку или, наоборот, отрывающее усилие. Особенно существенным воздействие ветра становится на угловых и верхних участках здания.

Именно поэтому шаг кронштейнов и направляющих нельзя выбирать только из соображений экономии металла. Слишком большое расстояние между точками крепления может увеличить прогиб профилей и нагрузки на отдельные анкеры.

Виды металлических подконструкций

Системы различаются прежде всего расположением направляющих и количеством уровней каркаса. Выбор схемы связан с форматом и способом крепления облицовки.

Перекрестная система содержит больше металла и крепежа, поэтому обычно имеет большую массу и стоимость. Однако она позволяет получить требуемое направление наружных направляющих независимо от расположения первого уровня каркаса.

Универсальной схемы для всех фасадных материалов не существует. Например, горизонтальный металлосайдинг и вертикально установленный профлист могут требовать разного расположения несущих профилей.

Материалы подконструкции

Оцинкованная сталь является одним из распространенных материалов для фасадных каркасов. Цинковый слой защищает стальную основу от коррозии, а высокая жесткость стали позволяет получать прочные профили при сравнительно небольшом сечении.

Алюминий значительно легче стали и обладает хорошей коррозионной стойкостью. При этом его модуль упругости приблизительно втрое ниже, чем у стали. Это означает, что при одинаковой геометрии алюминиевый элемент будет менее жестким, поэтому профили рассчитывают с учетом свойств конкретного материала.

Нержавеющая сталь отличается высокой коррозионной стойкостью, однако ее применение обычно связано с более высокой стоимостью. Она востребована в отдельных узлах и системах, где условия эксплуатации предъявляют повышенные требования к долговечности металлических деталей.

При сочетании разных металлов необходимо учитывать их совместимость. Непосредственный контакт определенных металлов при наличии влаги способен создавать условия для электрохимической коррозии, поэтому конструкция соединений имеет большое значение.

Кронштейны и направляющие

Кронштейн является одним из наиболее нагруженных элементов подконструкции. Он соединяет направляющую с несущей стеной и одновременно позволяет вынести плоскость облицовки на необходимое расстояние от основания.

Размер выноса зависит от толщины теплоизоляции, вентиляционного зазора и требуемого положения облицовки. Если необходимо разместить утеплитель толщиной 150 мм и оставить дополнительное пространство между его поверхностью и облицовкой, глубина фасадной системы получается значительно больше, чем при монтаже без утепления.

Направляющие формируют плоскость, к которой крепится облицовка. Их шаг зависит от размеров панелей, допустимых пролетов и нагрузок. Для крупноформатных материалов расположение направляющих также должно соответствовать точкам крепления конкретной панели.

Важна геометрическая точность. Неровности стены можно компенсировать кронштейнами и регулировкой положения направляющих, благодаря чему наружная поверхность получается ровной даже при заметных отклонениях основания.

Подконструкция в вентилируемом фасаде

В системе вентилируемого фасада металлическая подконструкция выполняет не только несущую функцию. Она формирует пространство для размещения теплоизоляции и позволяет создать воздушный промежуток за облицовкой.

Устройство такого фасада условно можно представить следующим образом: несущая стена, теплоизоляционный слой, металлическая подсистема, воздушный зазор и наружная облицовка. Конкретное взаимное расположение элементов определяется выбранной системой.

Воздушный промежуток необходим для работы вентилируемой конструкции. Поэтому его нельзя произвольно перекрывать профилями, утеплителем или другими элементами. Также важно, чтобы теплоизоляция была надежно закреплена и не смещалась в пространство за облицовкой.

Металлические кронштейны при этом пересекают теплоизоляционный слой и создают локальные мостики холода. Для уменьшения прямой передачи тепла в предусмотренных системой местах могут использоваться специальные терморазрывающие прокладки. Однако они не полностью устраняют теплопередачу, поскольку через соединение продолжают проходить металлические анкеры и другие элементы.

Нагрузки на металлическую подконструкцию

При проектировании учитывается не только собственный вес фасада. Существенное значение имеет ветер. Его воздействие зависит от высоты здания, расположения участка фасада и других факторов. На некоторых зонах основной проблемой становится не давление облицовки к стене, а отрыв панели от каркаса.

Если условная расчетная нагрузка на участок составляет 0,8 кПа, это соответствует 0,8 кН на каждый квадратный метр поверхности. Для панели площадью 2 м² суммарное воздействие при таком упрощенном расчете составит:

0,8 × 2 = 1,6 кН.

Это примерно соответствует силе 163 кгс. При этом нагрузка распределяется между точками крепления не обязательно равномерно, поэтому простой расчет площади не заменяет расчета конкретного узла.

На систему также воздействуют температурные деформации. Металл расширяется при нагревании и сокращается при охлаждении. Для стали коэффициент линейного теплового расширения составляет приблизительно 12 × 10⁻⁶ 1/°C. При длине профиля 3 м и изменении температуры на 60 °C изменение длины можно оценить:

3 × 60 × 12 × 10⁻⁶ = 0,00216 м,

то есть около 2,2 мм. Для длинных элементов и значительных перепадов температуры такие перемещения необходимо учитывать в конструкции соединений.

Что влияет на надежность системы

Несущая способность металлической подконструкции зависит от характеристик всех ее элементов. Увеличение толщины профиля обычно повышает его жесткость, но одновременно увеличивает массу и расход металла. Поэтому задача заключается не в использовании максимально массивных деталей, а в подборе достаточного сечения.

Большое значение имеет основание. Крепление к плотному бетону и к стене из менее прочного материала требует разных решений. Несущая способность анкера определяется не только самим крепежом, но и материалом, в который он установлен.

Ошибки геометрии также способны создавать проблемы. Если кронштейны установлены с отклонениями, а профили принудительно притягиваются к ним, в системе появляются дополнительные напряжения. Неточное расположение направляющих затрудняет правильное крепление облицовки.

Отдельное внимание требуется местам вокруг оконных и дверных проемов, углам, парапетам и другим участкам, где стандартная сетка профилей изменяется. Здесь часто нужны дополнительные элементы подконструкции.

Монтаж металлической подконструкции

Монтаж начинается с проверки основания и разметки точек крепления. После установки кронштейнов размещается теплоизоляция, если она предусмотрена конструкцией, а затем монтируются направляющие. Их положение регулируется так, чтобы сформировать требуемую плоскость фасада.

После выравнивания элементы окончательно фиксируются, проверяется геометрия каркаса и выполняется монтаж облицовки. На этом этапе особенно важно соблюдать предусмотренный шаг крепления и не изменять расположение элементов без учета работы системы.

Металлическая подконструкция в итоге становится скрытой после завершения фасада, однако именно она воспринимает и передает значительную часть нагрузок. Поэтому ее надежность определяется правильным сочетанием материала профилей, размеров кронштейнов, крепежа, шага элементов и качества монтажа. Грамотно подобранная система обеспечивает стабильное положение облицовки, позволяет сформировать ровную плоскость фасада и сохраняет работоспособность при ветровых и температурных воздействиях.