Specifics of Joining of Metal Structures
Specifics of Joining of Metal Structures
Abstract
The aim of the article is to study the variety of joints that can be used to connect metal structures. As well as their systematization for more convenient selection in the design of buildings and structures made of metal elements, especially rolled sections. The article reviews the main types of element joints: connecting purlins to a truss, connecting firm elements, supporting a truss to a column, supporting beams to a column and supporting a column to a foundation. In each junction, the basic elements and how they are connected to each other are discussed, and what methods of connecting these elements are used. The advantages and disadvantages of these types of connections and where they are best applied are also reviewed.
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.