Основні типи з’єднань у сталевих каркасних конструкціях
У каркасних конструкціях деталізація з’єднань балок із колонами передбачає різноманітні типи з’єднань для врахування діючих навантажень. Загалом, з’єднання балок із колонами виконують за допомогою болтів або зварювання, а також за допомогою жорстких з’єднань типу I/J. Вибір з’єднань залежить від вимог до конструкції. Наприклад, у непідсиленому каркасі, що піддається згинальним моментам, можуть застосовуватися повністю зварні з’єднання типу I/J. У пересувних конструкціях з’єднання болтами класу міцності 8.8 можуть забезпечувати обмеження руху, подібне до ременів безпеки. Такі з’єднання легко демонтуються й замінюються. Аналогічний підхід до проектування може застосовуватися й для з’єднань, які враховують потенційні переміщення, наприклад, шарнірні з’єднання. Для переміщень у мостових конструкціях використовують шарнірні з’єднання. Жорсткі з’єднання в каркасі застосовують у мегакаркасах та хмарочосах для забезпечення опору бічним навантаженням. З економічної точки зору інші каркаси можуть мати меншу деталізацію. З естетичної точки зору мегакаркаси передбачають високий рівень деталізації. Для елементів великого діаметра зварні з’єднання задовольняють більше вимог EN 1993-1-8, ніж болтові з’єднання.
Використання зварних швів у з’єднаннях стальних балок із колонами підвищує загальну жорсткість каркасу й сприяє рівномірному розподілу навантажень по всьому каркасу. У разі повного проплавлення зварного шву таке з’єднання вважається монолітним. Навантаження прикладаються до з’єднання протягом тривалого часу й зберігаються тривалий час. Тому перевага надається зварним швам повного проплавлення замість використання великої кількості болтів. Фраза «Положення EN 1993-1-8 передбачають залучення кваліфікованих осіб» означає, що таке залучення є бажаним. Відповідальність за визначення й підтвердження того, чи виконано зварний шов згідно з встановленими стандартами, покладається на цих кваліфікованих осіб. На підприємстві можуть проводити ультразвукові випробування для виявлення можливих дефектів у зварному шві. Такі зварні шви усувають проблеми, пов’язані з використанням болтів. Однак з точки зору відповідальності та управління стресом працівники мають дотримуватися особливої обережності через вплив оточуючого середовища й погодних умов, зокрема через коливання, які виникають під час процесу зварювання.
З’єднання: кінцеві плити, сидячі з’єднання, системи з’єднань з приливними плитами
При збиранні сталевих каркасів болтові з’єднання забезпечують багато переваг. Основні системи, що використовуються сьогодні, такі:
— з’єднання з кінцевими плитами, які сприяють передачі згинального моменту від нижньої до верхньої розтягнутої або від нижньої до верхньої стиснутої полички.
— сидячі з’єднання, які забезпечують вертикальну опору за допомогою нижнього кутового кріплення.
— з’єднання з приливними плитами набули певної популярності. Вважається, що такі з’єднання скорочують час, необхідний для монтажу елементів на будмайданчику.
Як зазначено вище, головна мета всіх цих систем з’єднань — зменшити вимоги до точності проектування та будівництва, що виникають через різноманітні коригування. Недавно проведені випробування розширених кінцевих плит (EEP) показали підвищення міцності на згин до 15 % порівняно з розрахунком для плит нульової товщини. Ступінь варіації коригувань на будмайданчику перевищує звичайно допустимий у проектуванні конструкцій.
Коефіцієнт з’єднання Зварне Болтове
Швидкість монтажу: швидка (заздалегідь виготовлена), повільна (зварювання на місці)
Гнучкість модифікації: обмежена (зварювання), гнучка (заздалегідь виготовлена)
Складність інспекції: вимагає НКТ, візуальна перевірка (заздалегідь виготовлена)
Підвищена стійкість до вібрації вимагає використання контргайок
Різні аспекти проектування для ефективних і економічних сталевих з’єднань (заздалегідь виготовлені)
Передача моментів, пластичність та ефективність вузла
У рамах з моментними з’єднаннями потрібна пластичність, щоб контролювати величину бічної деформації каркасу. Щоб контролювати прогин моментних з’єднань, пластичність з’єднання має бути достатньою для компенсації деформації каркасу. З’єднання слід проектувати так, щоб забезпечити необхідний рівень пластичності. Під час сейсмічної події, якщо з’єднання спроектовані надто жорстко, вони можуть руйнуватися крихко й передчасно. Це не означає, що слід рекомендувати надмірно гнучкі з’єднання. Необхідний оптимальний компроміс.
Проектування та збирання перерізу у формі літери H
Під час збирання на місці дотримуються такого протоколу: високоміцні кріплення затягують болтами до приблизно 70 % повного моменту затягування, а балки вирівнюють із точністю до L/500. Доки 75 % з’єднань не набудуть повної міцності, конструкції потребують тимчасового підкосу. Це допомагає уникнути ускладнень під час робіт на місці. Рівномірний розподіл навантаження сприяє покращенню експлуатаційних характеристик конструкції.
Поширені запитання
Які існують різні типи з’єднань у сталевих каркасних конструкціях?
Різні типи з’єднань у сталевих каркасних конструкціях включають, зокрема, зварювання, болтові з’єднання, заклепкові з’єднання та шарнірні з’єднання.
Які переваги використання зварного з’єднання в сталевій каркасній конструкції?
Застосування зварного з’єднання забезпечує з’єднання зі значно більшою жорсткістю, що відіграє ключову роль у роботі каркасної конструкції. Крім того, каркасне з’єднання дозволяє рівномірно розподіляти навантаження по всій площі з’єднання.
Які переваги використання болтових з’єднань у сталевій каркасній конструкції?
Основною перевагою використання болтового з’єднання є те, що каркасну конструкцію можна легко збирати, розбирати та транспортувати. Болтові з’єднання елементів каркасу легко транспортувати, якщо конструкція має великі розміри.
Які типи з’єднань використовуються для каркасу сталевої конструкції й як їх проектують?
Моменти навантаження, що діють на певний каркас, передаються сусіднім елементам. Вузли сталевих конструкцій проектують так, щоб забезпечити простоту й економічність у будівництві конструкцій.