Основные типы соединений в стальной каркасной конструкции
В каркасных конструкциях детализация соединений балок с колоннами включает различные типы соединений для учёта действующих усилий. В общем случае соединения балок с колоннами выполняются болтовыми или сварными способами либо с применением жёстких соединений типа I/J. Выбор типа соединения зависит от требований, предъявляемых к конструкции. Например, для нераскреплённого каркаса, подверженного изгибающим моментам, могут применяться полностью сварные соединения типа I/J. Для мобильных конструкций соединения с использованием болтов класса прочности 8.8 могут обеспечивать ограничение перемещений, аналогичное действию ремней безопасности. Такие соединения легко демонтируются и заменяются. Аналогичный подход к проектированию может быть применён при устройстве соединений, компенсирующих возможные перемещения, например, шарнирных соединений. В мостовых конструкциях для компенсации перемещений также применяются шарнирные соединения. Жёсткие соединения в каркасах используются в мегакаркасах и небоскрёбах для обеспечения сопротивления боковым нагрузкам. С экономической точки зрения другие каркасы могут предусматривать меньшую степень детализации. С эстетической точки зрения мегакаркасы характеризуются высоким уровнем детализации. Для элементов большого диаметра сварные соединения удовлетворяют большему числу требований стандарта EN 1993-1-8 по сравнению с болтовыми соединениями.
Использование сварных швов в соединениях стальных балок с колоннами повышает общую жёсткость каркаса и способствует равномерному распределению нагрузок по каркасу. При сварных швах полного проплавления такое соединение считается монолитным. Нагрузки прикладываются к соединению в течение длительного времени и сохраняются продолжительное время. Поэтому предпочтительнее применять сварные швы полного проплавления, а не большое количество болтов. Фраза «Положения EN 1993-1-8 поддерживают привлечение компетентных лиц» означает, что привлечение таких лиц является желательным. Компетентные лица несут ответственность за определение и проверку соответствия выполнения сварного шва установленным стандартам. На производстве могут проводиться ультразвуковые испытания для выявления возможных дефектов в сварном шве. Такие сварные соединения устраняют проблемы, связанные с использованием болтов. Однако с точки зрения ответственности и управления стрессом сотрудники должны проявлять особую осторожность из-за влияния окружающей среды и погодных условий, особенно изменений, возникающих в процессе сварки.
Соединения: торцевые плиты, опорные соединения, соединения с фланцевыми пластинами
При сборке стальных каркасов болтовые соединения обеспечивают множество преимуществ. Основные используемые сегодня системы:
— соединения с торцевыми плитами, обеспечивающие передачу изгибающего момента от нижней к верхней растянутой или от нижней к верхней сжатой полке.
— опорные соединения, обеспечивающие вертикальную опору при помощи нижнего углового крепёжного элемента.
— соединения с фланцевыми пластинами получили определённую популярность. Утверждается, что такие соединения сокращают время монтажа элементов на строительной площадке.
Как указано выше, основная цель всех этих систем соединений — снизить требования к точности проектирования и строительства, которые могут быть нарушены различными изменениями на месте. Совершённые недавно испытания удлинённых торцевых плит (EEP) показали повышение несущей способности по изгибающему моменту до 15 % по сравнению с расчётом для плиты нулевой толщины. Степень изменчивости полевых корректировок превышает ту, которая обычно допускается в расчётах строительных конструкций.
Тип соединения: сварное / болтовое
Скорость монтажа: высокая (сборные элементы), низкая (сварка на месте)
Гибкость модификации: ограничена (сварка), высокая (сборные элементы)
Сложность контроля: требует неразрушающего контроля, визуальный осмотр (сборные элементы)
Повышенная устойчивость к вибрации требует использования контргаек
Различные аспекты проектирования для эффективных и экономичных стальных соединений (сборные элементы)
Передача моментов, пластичность и эффективность соединения
В каркасах с жёсткими узлами необходима пластичность для контроля величины боковой деформации каркаса. Для ограничения прогиба жёстких узлов пластичность узла должна быть достаточной, чтобы компенсировать деформацию каркаса. Узлы должны проектироваться с обеспечением требуемого уровня пластичности. Во время сейсмического события чрезмерно жёсткие узлы могут разрушиться хрупко и преждевременно. Это не означает, что рекомендуются чрезмерно гибкие узлы. Необходим компромиссный вариант.
Проектирование и сборка элементов Н-образного сечения
При монтаже на строительной площадке применяется протокол, согласно которому высокопрочные крепёжные элементы затягиваются болтами до приблизительно 70 % от полного крутящего момента, а балки выравниваются с точностью до предела L/500. До тех пор пока 75 % соединений не достигнут полной прочности, конструкции требуют временного раскрепления. Это помогает минимизировать трудности при монтаже на площадке. Равномерное распределение нагрузки способствует повышению эксплуатационных характеристик конструкции.
Часто задаваемые вопросы
Какие существуют типы соединений в стальной каркасной конструкции?
К различным типам соединений в стальных каркасных конструкциях относятся, в частности, сварные, болтовые, заклёпочные и шарнирные соединения.
Каковы преимущества применения сварного соединения в стальной каркасной конструкции?
Применение сварного соединения обеспечивает значительно большую жёсткость узла, что играет ключевую роль в эксплуатационных характеристиках каркасной конструкции. Кроме того, узел каркаса позволяет равномерно распределять нагрузку по всей площади соединения.
Каковы преимущества применения болтовых соединений в стальной каркасной конструкции?
Главное преимущество болтового соединения заключается в том, что каркасную конструкцию можно легко собрать, разобрать и транспортировать. Болтовые соединения элементов каркаса легко транспортируются, если конструкция имеет крупные габариты.
Какие типы соединений используются в каркасных стальных конструкциях и как они проектируются?
Изгибающие моменты от нагрузок, действующих на конкретный каркас, передаются на смежные элементы. Узлы стальных конструкций проектируются с целью обеспечения удобства и экономичности при строительстве.