Przy projektowaniu elewacji w technologii suchego montażu należy uwzględnić wszystkie składowe:
- ocieplenie
- rodzaj materiału kamiennego
- rodzaje obciążeń statycznych
- dobór kotew konstrukcyjnych do montażu elewacji.
Ważnym elementem elewacji kamiennej jest ocieplenie ściany konstrukcyjnej. Jako materiał izolacyjny stosuje się najczęściej płyty z wełny mineralnej skalnej formatu 100 x 60 cm
(np.: Venti Max firmy Rockwool). Płyty wełny są pokryte jednostronnie welonem z czarnego włókna szklanego.
Mocuje się je na ścianach konstrukcyjnych, czarnym welonem na zewnątrz, za pomocą kołków fasadowych z wbijanym trzpieniem z talerzykami. Każda płyta wełny mineralnej powinna być przytwierdzona do podłoża odpowiednią ilością kołów , zgodnie z wytycznymi producenta wełny mineralnej. W przypadku montażu elewacji na kotwach osadzanych na zaprawie założenie ocieplenia powoduje zakrycie w ścianie konstrukcyjnej dziur wywierconych pod kotwy. Aby osadzić kotwę w ścianie, w wełnie mineralnej należy wyciąć otwór średnicy ok. 15 cm. Po zamontowaniu kotwy wycięty fragment wełny mineralnej wraca na swoje miejsce, zapewniając tym samym ciągłość i szczelność izolacji.
Kotwy osadzane są w ścianach konstrukcyjnych na zaprawach z cementów szybkowiążących. Głębokość ich osadzenia wynosi minimum 8 cm i zależy od ich wysięgu oraz materiału, z jakiego zbudowana jest ściana. Dla ścian żelbetowych głębokość ta nie przekracza na ogół 10 cm, dla murów z cegły – 12 cm. Kotwy wykonane są ze stali nierdzewnej, co gwarantuje bezpieczeństwo i trwałość okładziny kamiennej przez dziesiątki lat. Należy w tym miejscu zaznaczyć, że w obliczeniach współczynnika przenikania ciepła UC(max) dla ściany należy uwzględnić mostki termiczne, powstające na skutek zakotwienia płyt elewacyjnych. Kotwy osadzane na cementach szybkowiążących, w skrajnych przypadkach, przy dużym ich zagęszczeniu, mogą znacznie zredukować izolacyjność ściany.
Głównym elementem elewacji są jednak płyty kamienne. To one powodują obciążenie statyczne dla całej ściany, jak również przenoszą obciążenia dynamiczne wywołane parciem i ssaniem wiatru. Najważniejszym obciążeniem, jakie należy uwzględnić przy obliczeniach elewacji, jest jednak ciężar samych płyt kamiennych. Poniższa tabela przedstawia ciężary właściwe poszczególnych rodzajów kamienia.
Tabela nr 1. Ciężary właściwe kamienia
Elementem łączącym kotwę z kamienną płytą jest bolec, który poprzez tulejkę z tworzywa ABS tworzy elastyczny przegub umożliwiający kompensację wszelkich ruchów, jakich może doznać płyta w czasie eksploatacji elewacji.
Bardzo istotne obciążenie elewacji stanowią siły wywołane parciem i ssaniem wiatru. Parcie powodowane jest uderzeniem wiatru o płaszczyznę zewnętrzną płyty kamiennej, ssanie zaś to skutek ruchu powietrza w pustce wentylacyjnej. Siły te sumują się. Obciążenie wiatru (W) określa się wzorem: W = Cp x Q gdzie: Q [kN/m2] – ciśnienie wiatru zależne od prędkości wiatru i wysokości budowli; Cp – aerodynamiczny współczynnik ciśnienia.
Aerodynamiczny współczynnik ciśnienia wiatru zależy od kąta uderzenia strumienia powietrza w płyty kamienne, ekspozycji elewacji (narożnik elewacji czy płyty środkowe) oraz wysokości elewacji. Generalnie, dla elewacji wentylowanych jest on wyższy dla ssania wiatru niż dla parcia i zawiera się w przedziale od –3,2 do +1,0. Aby ten współczynnik został osiągnięty, musi być zachowana odpowiednia proporcja powierzchni fug otwartych do powierzchni elewacji. Normy niemieckie określają tę wartość na minimum 0,75%, co gwarantuje fuga o szerokości 8 mm.
Ciśnienie wiatru na wysokości powyżej 100 m przy huraganie wiejącym z prędkością 165 km/godz. wynosi 1,3 kN/m2. Te obciążenia dynamiczne nie są aż tak istotne dla doboru kotw, na których montowane są płyty kamienne. Są one natomiast niezwykle ważne przy wyliczaniu prawidłowej grubości płyt kamiennych.
Wiemy, że poszczególne skały charakteryzują się różną sprężystością i posiadają bardzo różną odporność na zginanie. Najbardziej sprężyste są diabazy, ich współczynnik odporności na zginanie wynosi od 15 do 25 N/mm2. Najsłabsze w tym względzie są tufy i wapienie, dla których współczynnik ten waha się od 2 do 8 N/mm2. Piaskowce, dolomity i marmury posiadają współczynniki od 6 do 15 N/mm2, natomiast dla wszelkich granitów, gabro, sjenitów, diorytów i kwarcytów współczynnik ten wynosi od 10 do 22 N/mm2. Obliczenia należy prowadzić tak, jak dla belki dwustronnie podpartej, obciążonej siłą F w połowie jej rozpiętości.
Rys.2. Schemat obciążenia belki
Siły obciążenia wiatrem są również bardzo istotne dla określenia wytrzymałości płyty kamiennej na wyrywanie bolca kotwy. Siły te są przenoszone bezpośrednio z całej płyty na cztery bolce osadzone w jej bokach. Schemat niszczącego wyrywania bolca przedstawia rysunek.
Rys.1. Schemat zniszczeń przy wyrwaniu bolca
Tabela nr 2. Siły niszczące kamień w zależności od grubości ścianki otworu.
Często więc bywa, że zbyt długie lub zbyt wysokie płyty montowane na narożnikach elewacji, a zwłaszcza na wysokościach powyżej 20 m, wymagają właśnie z tych dwóch powodów większej grubości.
Do obliczania elewacji kamiennych służą odpowiednie programy komputerowe.
Schemat obliczeniowy jest zawsze ten sam. Kotwa nośna umiejscowiona w fudze pionowej (kotwienie boczne) przenosi obciążenie połowy lewej i połowy prawej płyty. Kotwa nośna umiejscowiona w fudze poziomej (kotwienie dolne) przenosi obciążenie od brzegu płyty do połowy odległości do drugiej kotwy nośnej dla tej płyty. Zasadę tą przedstawia poniższy schemat.
Rys.3. Schemat obciążenia kotwy płytami elewacyjnymi
Drugim istotnym elementem dla obliczeń jest wysięg kotwy, czyli odległość osi bolca kotwy od lica muru, w którym jest osadzona kotwa. Mając powyższe dane, kotwy dobiera się z katalogu produktów Roko Systems. Na gotowym
rysunku projektowym naniesione są wymiary płyt kamiennych, numery tych płyt, rozmieszczenie kotw wraz z ich oznakowaniem, odległości otworów pod bolce od narożnika płyty i rozmieszczenie kotw rusztowaniowych.