Ak ste niekedy sledovali diskusie o stavebnom inžinierstve, pravdepodobne ste už aspoň stokrát počuli rovnakú otázku: „Dajú sa kotviace skrutky použiť v seizmickej oblasti?“ Ako niekto, kto strávil posledné desaťročie prácou s kotviacimi skrutkami – najprv ako inžinier, teraz ako dodávateľ – táto otázka nie je len hypotetická. Je to prvá vec, na ktorú sa pýtam každého inžiniera, dodávateľa alebo vlastníka budovy, ktorý ma osloví ohľadom ich ďalšieho projektu, najmä tých, ktoré sa nachádzajú v oblastiach s vysokou seizmickou mierou, ako je severozápadný Pacifik, Kalifornia alebo časti Stredozápadu. Krátka odpoveď je áno – ale iba ak si vyberiete správny typ, správne ho nainštalujete a navrhnete tak, aby spĺňal prísne seizmické normy. Poďme si to rozobrať, pretože je toho oveľa viac, než len zatĺcť skrutku do betónu a nazvať to hotové.
Začal som v tomto odvetví, pretože som videl, ako jediný zlý spojovací prvok môže ohroziť celú budovu. Na začiatku svojej kariéry som pracoval na malej komerčnej rekonštrukcii v Oregone, ktorú bolo potrebné prerobiť, pretože dodávateľ použil skrutky štandardnej triedy namiesto seizmických. Keď v roku 2014 zasiahlo zemetrasenie Napa (udalosť M6.0), neseizmické skrutky sa vytiahli z betónu a oceľový rám budovy sa posunul o centimetre. Nikto sa nezranil, ale škody mohli byť katastrofálne. Táto skúsenosť ma naučila, že kotviace skrutky v seizmických oblastiach nie sú len „dobrým nápadom“ – sú neoddeliteľnou súčasťou systému odolnosti budovy voči priečnemu zaťaženiu.
Najprv si povedzme, prečo sú seizmické zóny také odlišné. Zemetrasenia vytvárajú dva typy síl, ktoré testujú kotviace skrutky: šmyk (sila zo strany na stranu) a napätie (ťahová sila, buď nahor alebo nadol). Skrutka, ktorá funguje pre nízkopodlažnú budovu v neseizmickej zóne, môže zlyhať pri náraze opakovanými, intenzívnymi šmykovými silami spôsobenými otrasmi zeme. Kľúčom je výber kotviacej skrutky, ktorá je navrhnutá tak, aby odolala týmto dynamickým, cyklickým zaťaženiam – zaťaženiam, ktoré nepôsobia len raz, ale znova a znova, keď sa zem hýbe.
V priebehu rokov som videl veľa dezinformácií o tom, ktoré typy skrutiek fungujú pre seizmické aplikácie. Niektorí ľudia napríklad prisahajú na J Bolts, ale nie hocijaký J Bolt – iba na tie, ktoré boli testované na seizmickú výkonnosť. Ujasnime si to: J Skrutky sú jednou z najbežnejších kotevných skrutiek, ktoré sa používajú na všetko od zaistenia parapetných dosiek cez betónové základy až po kotvenie strojov. Ale štandardné skrutky J (nepotiahnuté, všeobecné, ktoré si môžete vyzdvihnúť v obchode s veľkými krabicami) nie sú určené pre seizmické zóny. To je dôvod, prečo, keď hovoríme o seizmicky hodnotených J skrutkách, máme na mysli skrutky, ktoré boli testované, aby spĺňali normy ako ACI 318 (Požiadavky stavebného predpisu pre stavebný betón) a kritériá ICC-ES (International Code Council Evaluation Service). Ak potrebujete spoľahlivú možnosť J Bolt pre seizmické aplikácie, pozrite si našu stránku J Bolt, kde sú všetky naše modely testované treťou stranou na priečne a cyklické seizmické zaťaženie:J Bolt.
Ďalším typom, ktorý sa často objavuje, je L Bolt. Podobne ako J Bolts, L Bolts sú tvarované tak, aby sa zachytili do betónu, ale ich rovný, 90-stupňový ohyb ich odlišuje. L Skrutky sa často používajú v aplikáciách, kde je obmedzená svetlá výška, napríklad pri kotvení do hrubých betónových dosiek. Opäť nie všetky skrutky L majú seizmickú odolnosť. Seizmicky špecifické L skrutky, ktoré vyrábame, majú hrubší driek, kovaný ohyb (nie ohnutý zvar, ktorý sa môže pri cyklickom zaťažení zlomiť) a sú potiahnuté tak, aby odolali korózii, čo je kritické pre seizmický výkon, pretože korózia oslabuje pevnosť skrutiek. Pre projekty, kde majú skrutky L väčší zmysel ako iné tvary, sa oplatí vyskúšať náš rad seizmických skrutiek L:L Obchod.
A čo kotviace skrutky pre väčšie zaťaženie, ako sú nosné oceľové stĺpy alebo veľké zariadenia v seizmických zónach? To je miesto, kde prichádzajú na scénu tanierové kotviace skrutky. tanierové kotviace skrutky majú na jednom konci širokú plochú platňu, ktorá je v jednej rovine s betónom a rozdeľuje zaťaženie na väčšiu plochu namiesto toho, aby sa sústredilo na jeden bod. Toto je zmena hry pre seizmické aplikácie, pretože keď sa zem trasie, zaťaženie kotvy nie je len šmyk alebo ťah – často je to kombinácia oboch (nazývaná kombinované zaťaženie). Široká doska bráni pretiahnutiu skrutky cez betón pod týmto kombinovaným zaťažením. Naše kotevné skrutky testujeme, aby odolali šmykovému zaťaženiu do 50 kipov a ťahovému zaťaženiu do 30 kipov, vďaka čomu sú ideálne pre seizmické projekty s vysokým dopytom. Ak pracujete na sklade, nemocnici alebo inej veľkej komerčnej stavbe v seizmickej zóne, tanierové kotviace skrutky sú zvyčajne tou správnou voľbou:Kotviaca skrutka taniera.
Klienti sa ma pýtali aj na kotviace skrutky na rukoväti dáždnika na seizmické použitie. Tieto skrutky dostali svoje meno podľa svojej rozšírenej kotvy v tvare dáždnika na konci, ktorá sa po inštalácii rozprestiera vo vnútri betónu. Vďaka tomu sú ideálne pre aplikácie, kde nemôžete získať prístup k spodnej časti betónu (napríklad pri kotvení k existujúcemu základu). Ale aj kotviace skrutky rukoväte dáždnika musia byť ohodnotené na seizmické použitie. Naše seizmické kotviace skrutky rukoväte dáždnika sú navrhnuté tak, aby sa rovnomerne rozpínali v betóne, čím vytvárajú mechanické spojenie, ktoré odoláva vytiahnutiu aj pri silnom otrase zeme. Často sa používajú pri projektoch modernizácie, kde nie je možné vŕtať cez dno základov, takže sú obľúbeným miestom pre mnohých seizmických inžinierov pracujúcich na starších budovách:Kotviaca skrutka rukoväte dáždnika.
Claw Anchor Bolts sú ďalšou možnosťou, ktorú by som odporučil pre seizmické aplikácie, najmä pre dočasné konštrukcie alebo projekty, kde je kľúčom rýchla inštalácia. Dizajn pazúrov na konci skrutky sa zarýva do betónu a vytvára bezpečné uchytenie bez potreby roztiahnutia skrutky. Naše seizmické kotviace skrutky s pazúrikom boli testované tak, aby odolávali zaťaženiu v šmyku aj ťahu pri cyklickom seizmickom testovaní a rýchlo sa inštalujú pomocou štandardnej príklepovej vŕtačky – nie sú potrebné žiadne špeciálne nástroje. Vďaka tomu sú obľúbené na staveniskách, kde potrebujete ukotviť dočasné oplotenie, lešenie alebo debnenie v seizmickej zóne. Viac podrobností nájdete na našej stránke Claw Anchor Bolt:Claw Anchor Bolt.
Ale tu je vec: ani tá najlepšia kotviaca skrutka na svete nebude fungovať, ak je nainštalovaná nesprávne. Videl som dodávateľov, ktorí pri inštalácii strihali rohy – vŕtali nesprávnu hĺbku, nečistili betónový otvor, preskakovali špecifikáciu krútiaceho momentu – všetko preto, že si myslia, že „skrutka je skrutka“. V seizmických zónach je inštalácia rovnako dôležitá ako výber správneho typu skrutky. Dovoľte mi uviesť príklad: Pred niekoľkými rokmi som pracoval na rekonštrukcii školy v Kalifornii, kde dodávateľ použil správne kotevné skrutky, ale vyvŕtali otvory 1 palec príliš plytké. Keď statik vykonal zaťažovaciu skúšku, skrutka sa vytiahla na 70 % svojej menovitej kapacity. To by bola katastrofa pri zemetrasení.
Ďalšou častou chybou je nepočítanie s koróziou. Seizmické zóny sú často pobrežné alebo majú vysokú vlhkosť a dokonca aj malé množstvo hrdze na skrutke môže znížiť jej pevnosť až o 30%. To je dôvod, prečo sú všetky naše kotviace skrutky so seizmickou odolnosťou vybavené žiarovo pozinkovaným alebo epoxidovým náterom, ktorý spĺňa normy ASTM A153 pre odolnosť proti korózii. Ide o malé dodatočné náklady, ktoré predstavujú obrovský rozdiel v dlhodobej bezpečnosti.
Môžete sa tiež čudovať rozdielu medzi zaliatymi kotviacimi skrutkami a dodatočne nainštalovanými kotviacimi skrutkami, pretože to je veľká diskusia v seizmickej komunite. Zaliate skrutky sa inštalujú pri prvom naliatí betónu, takže skrutka je zapustená priamo do základu. Dodatočne nainštalované skrutky sa po vytvrdnutí betónu zavŕtajú do existujúceho betónu. Oba môžu byť použité v seizmických zónach, ale musia spĺňať rôzne normy. Zaliate skrutky sú často uprednostňované pri novej konštrukcii, pretože majú spoľahlivejšiu dráhu zaťaženia, ale dodatočne nainštalované skrutky (ako naše kotviace skrutky na rukoväti dáždnika, ktoré sú testované na použitie po inštalácii) sú nevyhnutné pre dodatočné vybavenie. Pri seizmických aplikáciách po inštalácii sa musíte uistiť, že skrutka je uvedená na použitie po inštalácii podľa ACI 318, kapitola 17, ktorá zahŕňa testovanie odolnosti proti vytiahnutiu, šmyku a cyklickému zaťaženiu.
Poďme sa porozprávať o skutočných údajoch seizmického testovania, aby sme to podporili. Minulý rok sme odovzdali našu linku J Bolt do nezávislého laboratória tretej strany na testovanie seizmickej cyklickej záťaže. Test simuloval sily zemetrasenia M7.0, čo je zhruba veľkosť zemetrasenia v Northridge v roku 1994. Naše J skrutky vydržali 50 cyklov bočného šmykového zaťaženia pri 80 % ich menovitej kapacity, bez známok prasknutia alebo vytrhnutia. Presne taký výkon potrebujete v seizmickej zóne. Ak by bola skrutka generickou skrutkou J bez hodnotenia, zlyhala by už po niekoľkých cykloch.
Chcem spomenúť aj kombináciu zaťaženia, pretože tu sa veľa inžinierov zakopne. V seizmickom dizajne sa nemôžete len pozerať na statické zaťaženie skrutky – musíte ho skombinovať so seizmickým zaťažením. Napríklad skrutka, ktorá drží prahovú dosku s hmotnosťou 1 000 libier, môže potrebovať zvládnuť iba 1 000 libier v neseizmickej zóne, ale v seizmickej zóne sa toto zaťaženie môže zdvojnásobiť alebo dokonca strojnásobiť v dôsledku zrýchlenia zeme. To je dôvod, prečo majú seizmické skrutky vyššiu únosnosť a sú navrhnuté tak, aby zvládli tieto kombinované statické a dynamické zaťaženia.
Takže, keď to všetko zhrnieme: áno, kotevné skrutky je možné absolútne použiť v seizmických zónach – ale iba ak vyberiete skrutky, ktoré sú testované treťou stranou a majú seizmickú výkonnosť, nainštalujete ich správne podľa pokynov výrobcu a kódu a zohľadníte koróziu a kombinácie zaťaženia. Neexistuje žiadne univerzálne riešenie, a preto je dôležité spolupracovať s dodávateľom, ktorý pozná seizmické kódy a môže vám pomôcť vybrať správnu skrutku pre váš konkrétny projekt.
Ak pracujete na projekte v seizmickej zóne – či už ide o novú komerčnú budovu, rekonštrukciu obytných budov, nemocnicu alebo sklad – a nie ste si istí, ktorá kotviaca skrutka je pre vás tá pravá, odporúčam vám osloviť náš tím. Pracovali sme na tisíckach seizmických projektov po celých USA a môžeme vám pomôcť vybrať správny typ skrutky, potvrdiť, že spĺňa miestne stavebné predpisy, a dokonca poskytnúť údaje o záťažových testoch na podporu vášho návrhu. Neriskujte so seizmickou bezpečnosťou – vyberte si kotviace skrutky, ktoré sú skonštruované tak, aby fungovali vtedy, keď je to najdôležitejšie.
Referencie:
ACI 318-19, Požiadavky stavebného zákona na stavebný betón a komentár. Americký betónový inštitút.
ICC-ES AC193, Akceptačné kritériá pre dodatočne inštalované lepiace kotvy do betónu. Hodnotiaca služba International Code Council.
FEMA 450, NEHRP odporúčané seizmické predpisy pre nové budovy a iné konštrukcie. Federálna agentúra pre núdzový manažment.
ASTM F1554, štandardná špecifikácia pre kotviace skrutky, oceľ, medza klzu 36, 55 a 105 ksi. Americká spoločnosť pre testovanie a materiály.