Przy projektowaniu elewacji w technologii suchego montażu należy uwzględnić wszystkie składowe:
- ocieplenie
- rodzaj materiału kamiennego
- rodzaje obciążeń statycznych
- dobór kotew konstrukcyjnych do montażu elewacji
Ocieplenie ściany konstrukcyjnej
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 kołków, 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 ciągłość i szczelność izolacji.
Osadzanie kotew
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 zaznaczyć, że w obliczeniach współczynnika przenikania ciepła U dla ściany trzeba 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.
Płyty kamienne i obciążenia
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.
Cechy te, w powiązaniu z odległością płyty elewacyjnej od ściany konstrukcyjnej, w której osadzone są kotwy (tzw. wysięg), stanowią podstawę do obliczenia i doboru odpowiednich kotew do elewacji. Elementem łączącym kotwę z kamienną płytą jest bolec, który poprzez tulejkę z tworzywa ABS tworzy elastyczne połączenie, pozwalające kompensować ruchy płyty w trakcie eksploatacji elewacji.
Obciążenie wiatrem
Bardzo istotnym obciążeniem elewacji są siły wywołane parciem i ssaniem wiatru. Parcie wywołane jest uderzeniem wiatru w zewnętrzną płaszczyznę płyty kamiennej, a ssanie wynika z ruchu powietrza w szczelinie wentylacyjnej. Czynniki te się sumują. Obciążenie wiatrem (W) określa wzór: W = Cp x Q, gdzie Q [kN/m2] to ciśnienie wiatru zależne od jego prędkości i wysokości budowli, a Cp to współczynnik aerodynamiczny ciśnienia.
Współczynnik aerodynamiczny zależy od kąta natarcia strumienia powietrza na płyty kamienne, ekspozycji elewacji (narożniki lub płyty środkowe) oraz jej wysokości. Dla elewacji wentylowanych jest on na ogół wyższy dla ssania niż dla parcia i mieści się w przedziale od -3,2 do +1,0. Aby go osiągnąć, należy zachować odpowiedni stosunek powierzchni otwartych fug do powierzchni elewacji. Normy niemieckie określają tę wartość na minimum 0,75 procent, co zapewnia fuga o szerokości 8 mm.
Ciśnienie wiatru na wysokościach powyżej 100 m przy huraganie wiejącym 165 km/h wynosi 1,3 kN/m2. Te obciążenia dynamiczne nie są tak istotne dla doboru kotew, są jednak niezwykle ważne przy obliczaniu właściwej grubości płyt kamiennych.
Różne kamienie mają różną elastyczność i bardzo różną wytrzymałość na zginanie. Najbardziej wytrzymałe są diabazy, ze współczynnikiem od 15 do 25 N/mm2. Najsłabsze pod tym względem są tufy i wapienie, dla których współczynnik wynosi od 2 do 8 N/mm2. Piaskowce, dolomity i marmury mają współczynniki od 6 do 15 N/mm2, a wszystkie granity, gabra, sjenity, dioryty i kwarcyty od 10 do 22 N/mm2. Obliczenia prowadzi się jak dla belki podpartej dwustronnie, obciążonej siłą w środku rozpiętości.
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.
W poniższej tabeli przykładowo przedstawiono siły niszczące kamień przy różnych grubościach ścianki otworu (b) w płycie elewacyjnej. Są to tylko wielkości pomocnicze, gdyż rzeczywistą wartość określa się każdorazowo, przeprowadzając odpowiednie badania techniczne na próbkach konkretnego materiału kamiennego, z którego będzie budowana elewacja.
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.
Schemat obliczeniowy
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 tę przedstawia poniższy schemat.
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 kotew wraz z ich oznakowaniem, odległości otworów pod bolce od narożnika płyty i rozmieszczenie kotew rusztowaniowych.