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 .
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.
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.
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 .
Рисунок 4 - Узел опирания фермы на колонну сверху:
1 – свободное опирание фермы; 2 – фасонка; 3 – опорная плита колонны
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 .
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.
Рисунок 7 - Узел опирания балок на колонну сверху:
1 – балка; 2 – колонна; 3 – опорное ребро
Рисунок 8 - Узел опирания балок на колонну сверху:
1 – балки; 2 – опорные ребра
Рисунок 9 - Узел опирания балок на колонну сверху:
1 – балки; 2 – оголовок колонны; 3 – ребро; 4 – накладка
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.
Рисунок 11 - Узел опирания балки на колонну сбоку:
1 – балка; 2 – колонна; 3 – накладки
Применяется на зданиях с балочным перекрытием.
Рисунок 12 - Узел опирания балки на балку:
1 – балки перекрытия; 2 – основные балки; 3 – ребра жесткости
Применяется на зданиях с балочным перекрытием.
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.
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).
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.