Какая грузоподъёмность обычно у резьбовых шпилек?

Что такое резьбовые шпильки? Основные типы и ключевые технические характеристики

Определение и распространённые названия (например, шпильки, шпильки с полной резьбой)

Резьбовые шпильки — это прямые крепёжные изделия из металла без головки, имеющие сплошную наружную резьбу по всей длине. Их также называют шпильками-стержнями или все-резьбовыми стержнями; гайки можно навинчивать в любой точке стержня, что обеспечивает регулируемые, обратимые и длиннопролётные соединения в строительстве, машиностроении и инфраструктурных проектах.

Варианты материалов (сталь, нержавеющая сталь, цинковое покрытие, марки ASTM)

Выбор материала определяет прочность, коррозионную стойкость и рабочую температуру. Основные варианты включают:

• Углеродистую сталь сталь: высокая предельная прочность при растяжении для общестроительных несущих каркасов
• Нержавеющая сталь (марки 304/316) превосходная коррозионная стойкость в химических, прибрежных или санитарных средах
• Углеродистая сталь с цинковым покрытием экономически выгодная защита для помещений с низкой влажностью, например, при монтаже электрических кабельных каналов или опор водопроводных труб
• Сплавы по стандартам ASTM (например, A193 B7, F1554 Grade 105) специально разработаны для анкерных соединений при высоких температурах или повышенных механических нагрузках в соответствии с признанными стандартами механических свойств

Критические размеры: диаметр, длина, шаг резьбы и класс (например, UNC, UNF, метрическая резьба M)

Три взаимосвязанных параметра определяют эксплуатационные характеристики:

1. Диаметр (¼"–4" или M6–M100): напрямую коррелирует с пределом прочности на растяжение и срез
2. Длина : доступен в стандартных отрезках длиной от 1 до 6 метров — либо по индивидуальному заказу с точной выдержкой допусков
3. Спецификация резьбы :
   • Питч : грубая резьба (UNC) — для скорости и удобства сборки; мелкая резьба (UNF) — для повышенной устойчивости к вибрации и более точного регулирования нагрузки
   • Стандарты : UNC/UNF — для проектов в Северной Америке; метрическая резьба (серия M) — для обеспечения глобального соответствия и совместимости с системами, соответствующими стандартам ISO

Установка болтов с грубой резьбой занимает примерно на 30 % меньше времени по сравнению с болтами с мелкой резьбой, однако их сопротивление динамическому самоотвинчиванию ниже — это критически важный компромисс при применении в сейсмоопасных зонах или в подвесных системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Основные промышленные области применения резьбовых шпилек

Конструкционный каркас и сейсмическое крепление

Стальные каркасные здания, особенно расположенные в районах, подверженных землетрясениям, используют резьбовые шпильки в качестве критически важных элементов растяжения, соединяющих балки, колонны и различные конструкционные раскосы. Ценность этих шпилек заключается в их способности немного удлиняться при сотрясении грунта, что способствует поглощению сейсмических волн и предотвращает внезапные катастрофические разрушения, характерные для хрупких материалов. Особую эффективность обеспечивает выбор инженерами сталей марок ASTM A193 B7 или F1554 класса 105 для данных применений. Эти конкретные марки гарантируют, что шпильки не разрушатся даже после многократных циклов нагрузки, вызванных землетрясениями. Данная спецификация соответствует важнейшим строительным нормам, таким как Международный строительный кодекс (IBC) и руководящие указания Американского института стальных конструкций (AISC 341), обеспечивая безопасность зданий во время сейсмических событий.

Подвесные системы для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), электроснабжения и водоснабжения и канализации

Резьбовые шпильки необходимы для создания регулируемых систем подвесной верхней поддержки. Эти шпильки служат для крепления таких элементов, как воздуховоды, кабельные лотки, электротехнические короба и трубы, подвешиваемых к потолкам зданий или балкам. Такая конструкция позволяет точно выровнять всё по вертикали при первоначальном монтаже и обеспечивает возможность последующей регулировки при необходимости. Возможность точной настройки этих опор снижает передачу механических напряжений на другие части системы. При правильном использовании — с контргайками и с соблюдением рекомендованного шага расстановки распорок — они также уменьшают проблемы, вызванные вибрациями в течение длительного времени.

Крепление в бетон и послепроизводственное армирование

Резьбовые шпильки выполняют функцию прочных точек крепления при использовании в качестве анкерных дюбелей, закрепляемых эпоксидной смолой в затвердевшем бетоне. Эти шпильки отлично подходят для соединения оснований оборудования, гильз колонн и даже сложных анкеров фасадов. При монтаже с применением сверления и методов адгезионного крепления в соответствии с требованиями Приложения D стандарта ACI 318 такие шпильки эффективно передают растягивающие и срезающие усилия непосредственно в бетонное основание. Для кладочных работ, требующих усиления, заполнение шпилек раствором в стенах фактически повышает их способность воспринимать срезающие нагрузки без разрушения конструкции. Данный метод соответствует строительным нормам и требованиям Главы 14 Международного строительного кодекса (IBC), касающимся сейсмических улучшений, что делает его разумным выбором для структурных усовершенствований.

Как выбрать подходящую резьбовую шпильку для вашего проекта

Требования к нагрузке и подбор по пределу прочности на растяжение

Начните с проверенного анализа нагрузок — с учётом постоянных, временных, ветровых и сейсмических воздействий. Подберите класс шпильки в соответствии с расчётными требованиями:

• Класс 4.6 / Стандарт F1554 Класс 36 : Легкие конструкции, не несущие нагрузки
• Класс 8.8 / F1554 Класс 55 : Общее крепление строительных конструкций
• ASTM A193 B7 / F1554 Класс 105 : Соединения, подверженные высоким нагрузкам, температурам или сейсмическим воздействиям

Избыточная спецификация увеличивает стоимость и вес; недостаточная спецификация чревата катастрофическим разрушением соединения.

Факторы окружающей среды: устойчивость к коррозии и предельные температуры

Выберите материал в зависимости от условий эксплуатации:

• Нержавеющая сталь (316) или горячее оцинкование (HDG) для морских, промышленных или наружных применений
• Цинковое покрытие только для сухих внутренних установок
• Подтвердите тепловые пределы: сталь ASTM A193 B7 сохраняет прочность до 750 °F (399 °C); жаропрочные свойства сталей из нержавеющей стали зависят от конкретного сплава и продолжительности воздействия температуры

Соображения, связанные с соблюдением требований: стандарты ASTM, ISO и строительные нормы

Всегда проверяйте соответствие применимым стандартам:

• ASTM F1554 : Обязателен для анкерных стержней, заделываемых в конструкционный бетон
• ISO 898-1 : Определяет механические характеристики метрических крепёжных изделий
• IBC и AISC 341 : Требуют проведения специальных испытаний и обеспечения прослеживаемости компонентов сейсмических креплений

Использование несоответствующих стержней делает инженерные одобрения недействительными и может привести к отказу при проверке.

Рекомендации по монтажу и типичные ошибки, которых следует избегать

Правильная резка, нарезка резьбы и рекомендации по использованию гаек/момента затяжки

При резке стержней используйте абразивные пилы или инструменты для холодной резки вместо газопламенных методов, поскольку нагрев может ослабить материал в области реза. Всегда тщательно зачищайте острые кромки после резки перед тем, как приступить к нарезке резьбы. Убедитесь, что используемые плашки соответствуют правильным классам резьбы — будь то UNC, UNF или метрические стандарты. Это помогает предотвратить такие проблемы, как срыв резьбы или прихватывание металла во время установки. Особое внимание также требуется при затяжке моментом. Следуйте рекомендациям производителя по усилию затяжки. Если болты будут недостаточно затянуты, они со временем ослабнут. Однако чрезмерное затягивание создаёт реальную угрозу повреждения резьбы или разрушения материала. Согласно последним данным Совета по безопасности в строительстве, опубликованным в прошлом году, около четверти всех случаев отказа крепёжных элементов в строительных конструкциях связаны с неправильным моментом затяжки, применённым при сборке.

Почему чрезмерное затягивание или недостаточная поддержка приводят к отказу

Когда болты затягиваются за предел текучести, в металле начинают образовываться микротрещины, что ускоряет разрушение конструкции со временем, особенно при постоянных колебаниях, вызванных землетрясениями или вибрациями. С другой стороны, оставление слишком большого расстояния между точками крепления — например, более чем в шесть раз превышающего диаметр стержня по вертикали — позволяет конструкции отклоняться вбок. Такое боковое отклонение создаёт напряжения в соединениях и в конечном итоге приводит к преждевременным отказам. Подобные случаи мы довольно часто наблюдаем в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), где установлено недостаточно распорок. Примерно один из шести отказов систем на самом деле связан с проблемами резонансных вибраций, вызванных неправильным шагом установки опор. Для правильного монтажа убедитесь, что каждый стержень комплектуется хомутами для балок, рассчитанными на фактические нагрузки, и устанавливается строго в соответствии с инженерными требованиями. Не забудьте использовать специальные контргайки, предназначенные для гашения вибраций, там, где в системе возможны какие-либо перемещения.