Особенности соединения металлических конструкций
Особенности соединения металлических конструкций
Аннотация
Целью статьи является исследование разнообразия узлов, которые можно использовать для соединения металлических конструкций. А также их систематизация для более удобного подбора при проектировании зданий и сооружений из металлических элементов в особенности прокатного профиля. В статье рассмотрены основные виды сопряжения элементов: соединение прогонов с фермой, соединения элементов фирмы, опирание фермы на колонну, опирание балок на колонну и опирание колонны на фундамент. В каждом узле рассмотрены основные элементы и то, как они соединяются между собой, какие использованы способы соединения этих элементов. А также рассмотрены достоинства и недостатки таких видов соединений и где их лучше применять.
1. Введение
Существуют различные виды соединений металлических конструкций. Для разного рода элементов есть несколько различных способов, которые отличаются надёжностью, долговечностью, лёгкостью монтажа и экономичностью. Рассмотрим какие бывают способы соединения металлических элементов, а также конкретные узлы, которые применяются при возведении зданий и сооружений.
Способы соединений металлоконструкций:
· Сварной – это неразборный способ соединения металлических деталей, за счет оплавления кромок этих элементов вместе с присадочным материалом, образованием сварочной ванны с последующим ее затвердеванием и кристаллизацией .
· Болтовые соединения. С помощью болтов собирают быстровозводимые здания и сооружения. Для ненагруженных конструкций используются обычные болты. Чаще всего используются высокопрочные или фрикционные болты .
· Заклепочные – неразъемное соединение на заклепках (скобах). Заклепки реже используются для ответственных сооружений, но в некоторых случаях предпочтителен именно такой способ соединения .
Соединение строительных стальных конструкций регламентируется отдельными требованиями ГОСТ 23118.
2. Основные узлы
2.1. Узлы соединения прогонов с фермой
Стальной прогон в виде швеллера (4) крепится к большей полке не равнополочного уголка (2) болтами (3). Уголок меньшей стороной приваривается к стальной ферме (1). Отличается тем, что прогон поднят над фермой, а не крепится к ней. Достоинством является точная центрация усилия от прогона относительно точки пересечения осей, проходящих по центрам тяжести стержней фермы.
Недостатком является необходимость, в зависимости от нагрузок и профилей прогонов, осуществлять центрацию усилия от прогона относительно точки пересечения осей.
Использование: в большепролетных зданиях .
![Узел опирания прогона на ферму: 1 – стальная ферма; 2 – большая полка не равнополочного уголка; 3 – болты; 4 – швеллер](/media/images/2023-05-17/6c9f2254-6505-4638-b362-e2ac6354360b.png)
Рисунок 1 - Узел опирания прогона на ферму:
1 – стальная ферма; 2 – большая полка не равнополочного уголка; 3 – болты; 4 – швеллер
При наклонном опирании швеллерные и профили в виде швеллера должны быть направлены концами полок вверх по склону, поскольку такое расположение обеспечивает лучшие условия для крепления и снижает крутящий момент прогона, возникающий при внецентренно приложенной нагрузке относительно центра изгиба сечения.
![Узел опирания прогона на ферму: 1 – швеллер; 2 – стальная ферма; 3 – меньшая полка неравнополочного уголка](/media/images/2023-05-17/61b26054-8ecd-4d95-96c4-41c0e11e3112.png)
Рисунок 2 - Узел опирания прогона на ферму:
1 – швеллер; 2 – стальная ферма; 3 – меньшая полка неравнополочного уголка
2.2. Узлы стропильных ферм
Стандартная сборка фермы состоит из равнополочных уголков (1). Уголки, привариваются к фасонке (2), заведённой между ними.
Фасонки ферм с треугольной решеткой должны быть оформлены с прямоугольным контуром, а с диагональной решеткой в виде прямоугольной трапеции.
Применяются в фермах из парных равнополочных уголков.
![Узлы соединения решетки фермы с поясами: 1 – равнополочные уголки; 2 – фасонка](/media/images/2023-05-17/9d54d82e-c494-4338-8950-06dc2cdf15cf.png)
Рисунок 3 - Узлы соединения решетки фермы с поясами:
1 – равнополочные уголки; 2 – фасонка
2.3. Узлы сопряжения стропильной фермы с колонной
Свободное опирание фермы (1), из парных стальных уголков, на колонну. Фасонка (2) приваривается к опорной плите колонны (3).
Применяется при опирании стальной фермы на железобетонную колонну .
![Узел опирания фермы на колонну сверху: 1 – свободное опирание фермы; 2 – фасонка; 3 – опорная плита колонны](/media/images/2023-05-17/fe4e2c88-fbbe-453c-a35a-d37b2b89a2c1.png)
Рисунок 4 - Узел опирания фермы на колонну сверху:
1 – свободное опирание фермы; 2 – фасонка; 3 – опорная плита колонны
![Узел опирания фермы на колонну сверху над колонной стойкой: 1 – ферма; 2 – дополнительная стойка; 3 – колонна; 4 – фасонка](/media/images/2023-05-17/75d3d247-c190-4fd7-aa6e-0ca810d772ab.png)
Рисунок 5 - Узел опирания фермы на колонну сверху над колонной стойкой:
1 – ферма; 2 – дополнительная стойка; 3 – колонна; 4 – фасонка
Для использования такого вида соединения, как шарнир, необходимо фланец верхнего узла сделать очень тонким (= 8 – 10 мм) и небольшой длины, а расстояние между болтами сделать очень большим (= 160 – 200 мм).
Применяется при опирании стальной фермы на стальную колонну, для уменьшения высоты здания .
![Узел опирания фермы на колонну сбоку: 1 – стропильная ферма; 2 – колонна; 3 – опорный столик; 4 – фасонка](/media/images/2023-05-17/f1ae479b-eb4d-4943-844e-d824e204c518.png)
Рисунок 6 - Узел опирания фермы на колонну сбоку:
1 – стропильная ферма; 2 – колонна; 3 – опорный столик; 4 – фасонка
2.4. Узлы сопряжения балок с колонной
Опирание балки (1) на колонну (2) сверху. Нагрузка на колонну передается через опорное ребро (3), которое приваривается к балке. Для правильной передачи нагрузки ребро выступает на 15-20 мм.
Применяется в зданиях с балочным перекрытием и покрытием.
![Узел опирания балок на колонну сверху: 1 – балка; 2 – колонна; 3 – опорное ребро](/media/images/2023-05-17/216a09cd-7903-4a6b-909c-2e3d4771f931.png)
Рисунок 7 - Узел опирания балок на колонну сверху:
1 – балка; 2 – колонна; 3 – опорное ребро
![Узел опирания балок на колонну сверху: 1 – балки; 2 – опорные ребра](/media/images/2023-05-17/c8b262b6-4d2e-45e9-a1b9-6823e3df63fd.png)
Рисунок 8 - Узел опирания балок на колонну сверху:
1 – балки; 2 – опорные ребра
![Узел опирания балок на колонну сверху: 1 – балки; 2 – оголовок колонны; 3 – ребро; 4 – накладка](/media/images/2023-05-17/fef97503-2565-4fea-a75d-9a413309c550.png)
Рисунок 9 - Узел опирания балок на колонну сверху:
1 – балки; 2 – оголовок колонны; 3 – ребро; 4 – накладка
![Узел опирания балки на колонну сбоку: 1 – балка; 2 – колонна; 3 – опорный стол; 4 – балочное ребро](/media/images/2023-05-17/3f61929f-1543-44f6-98f6-efdc525fddb7.png)
Рисунок 10 - Узел опирания балки на колонну сбоку:
1 – балка; 2 – колонна; 3 – опорный стол; 4 – балочное ребро
Применяется на зданиях с балочным перекрытием, рамной и рамно-связевой каркасной системой.
![Узел опирания балки на колонну сбоку: 1 – балка; 2 – колонна; 3 – накладки](/media/images/2023-05-17/82b6718c-7512-4fcb-95d5-ec0c89169eef.png)
Рисунок 11 - Узел опирания балки на колонну сбоку:
1 – балка; 2 – колонна; 3 – накладки
Применяется на зданиях с балочным перекрытием.
![Узел опирания балки на балку: 1 – балки перекрытия; 2 – основные балки; 3 – ребра жесткости](/media/images/2023-05-17/4b824d13-f738-43ee-933c-148cd13a63cd.jpg)
Рисунок 12 - Узел опирания балки на балку:
1 – балки перекрытия; 2 – основные балки; 3 – ребра жесткости
Применяется на зданиях с балочным перекрытием.
![Узел опирания балки на балку: 1 – двутавровая балка перекрытия; 2 – накладка; 3 – основная балка; 4 – ребра жесткости](/media/images/2023-05-17/4865b068-4266-4b95-b9bf-d75b63e4ce72.jpg)
Рисунок 13 - Узел опирания балки на балку:
1 – двутавровая балка перекрытия; 2 – накладка; 3 – основная балка; 4 – ребра жесткости
2.5. Узлы базы колонны
Двутавровая колонна (1) крепится к фундаменту через металлическую плиту (2). Сама плита крепится к фундаменту болтами. Колонна к плите приваривается, помимо этого по центру полок устанавливаются траверсы (3) для равномерной передачи нагрузки и большей устойчивости.
![Узел опирания балки на балку: 1 – двутавровая колонна; 2 – металлическая плита; 3 – траверсы](/media/images/2023-05-17/ba71f0b9-7c95-4c6a-9a95-5a2ffff65ac5.jpg)
Рисунок 14 - Узел опирания балки на балку:
1 – двутавровая колонна; 2 – металлическая плита; 3 – траверсы
Данное закрепление используется при больших высотах колонны и наличии грузоподъёмного оборудования, так как на опорах в таком случае повышенные изгибающие моменты.
Используется для колонн подверженных большим внецентренным нагрузкам (краны высокой грузоподъёмностью).
![Узел опирания балки на балку: 1 – двутавровая колонна; 2 – металлическая плита; 3 – траверсы; 4 – пластины](/media/images/2023-05-17/b7111b74-8888-4ed0-b04f-451db43fafdc.jpg)
Рисунок 15 - Узел опирания балки на балку:
1 – двутавровая колонна; 2 – металлическая плита; 3 – траверсы; 4 – пластины
3. Заключение
Были рассмотрены узлы соединения прокатных профилей, которые имеют большое распространение в строительстве промышленных зданий. Они способны выдержать огромные нагрузки от работающего оборудования, а правильно подобранные виды соединения помогают передавать эти нагрузки с наибольшей эффективностью.