Технологии соединений элементов ЛСТК

Соединения элементов ЛСТК весьма разнообразны и обладают различными характеристиками, на основании которых на стадии проектирования осуществляется выбор его типа, что является неотъемлемой частью процесса совершенствования конструктивной формы металлоконструкций ЛСТК и быстровозводимых зданий в целом.

Соединения элементов ЛСТК

Сварные соединения - это наиболее распространенный тип соединений. Но для ЛСТК такой способ не подходит вследствие разрушающего действия сварочной дуги на цинковое покрытие и термических напряжений в металле, что при его толщине около 3 мм вызывает локальные деформации ("ведет" металл).

Многие проекты быстровозводимых зданий из ЛСТК предусматривают соединения на самонарезающих винтах, поскольку они самые недорогие, легкие и быстрые в монтаже, однако они обладают малой несущей способностью, чувствительны к переменным нагрузкам, вибрациям.

Соединение элементов ЛСТК каркаса на самонарезающих винтах

Болтовые соединения на болтах нормальной точности в ЛСТК как разновидность фрикционных (сдвигоустойчивых) соединений применяются чаще всего. Они прочны и надежны.

Все узловые соединения элементов ЛСТК необходимо выполнять на оцинкованных болтах или самонарезающих винтах, так как применение сварки без разрушения защитного цинкового покрытия затруднительно.

Отличительной особенностью конструкций быстровозводимых зданий с применением ЛСТК является ограниченный шаг рам, как правило, не превышающий 5 м. Такой шаг обусловлен, главным образом, несущей способностью соединений элементов рам, собирающихся с применением болтов нормальной точности и самонарезающих винтов, т.е. несущая способность узлов ограничивает генеральные размеры, шаг и пролет элементов каркаса быстровозводимого здания. Это обстоятельство в значительной степени мешает более широкому применению быстровозводимых металлоконструкций и делает проектирование несущих систем из ЛСТК сложным, а в некоторых случаях нерациональным.

На основании вышесказанного возникла необходимость разработки, исследования и применения узловых соединений элементов ЛСТК для быстровозводимых зданий с большей несущей способностью, что послужило толчком к применению фрикционных сдвигоустойчивых соединений.

Передача усилий в таких соединениях происходит не по тонким торцевым поверхностям кромок отверстий соединяемых элементов, а по плоскостям их соприкосновения в пакете за счет сил трения. Основным критерием несущей способности становится не прочность соединяемых элементов на смятие кромок отверстий, а преодоление сил трения по соприкасающимся поверхностям.

Для металлоконструкций из ЛСТК более рационально с точки зрения несущей способности, применять фрикционные сдвигоустойчивые соединения, по сравнению с обычными болтовыми, работающими на смятие элементов. Такие соединения обладают значительно большей (примерно в 5 раз для болтов M8 класса прочности 8.8) несущей способностью в сравнении с соединениями, работающими на смятие.

При проектировании фрикционных болтовых соединений наиболее выгодно с точки зрения распределения напряжений применять высокопрочные болты М8, М10 и М12. Перечисленные болты наиболее равномерно распределяются по ширине сечения профилей с учетом требований норм. Такое распределение болтов по ширине сечения профиля приводит к более равномерному распределению напряжений на границе первого ряда болтоконтактов.

Современные проектные решения, используемые компанией "Метимарт" в проектах быстровозводимых зданий, предусматривают использование фрикционных сдвигоустойчивых соединений элементов ЛСТК, и позволяют реализовывать проекты быстровозводимых зданий из ЛСТК пролетом до 24 м с шагом рам до 6 м.
Наши проекты быстровозводимых зданий из ЛСТК предусматривают также все рекомендации по конструированию болтовых соединений элементов ЛСТК, обобщающих современный отечественный и зарубежный опыт проектирования быстровозводимых зданий:
- применение шайбы под головкой болта и гайкой.
- применение только оцинкованных болтов.
- количество болтов в первом сечении со стороны усилия не менее 2-х.
- расстановка болтов по элементу производится с соблюдением требований норм.
- при расстановке болтов по ширине сечения они располагаются ближе к оси симметрии сечения (что снижает напряжения на границе крайних болтоконтактов по первому сечению).

Фрикционные сдвигоустойчивые соединения элементов ЛСТК

Также следует отметить, что шаг рам менее 6 м, не является недостатком в чистом виде, о котором заявляют противники внедрения технологии ЛСТК (производители "черного" проката, каменных материалов). Безусловно, количество фундаментных опор возрастает, например, при шаге 4,5 м (по сравнению с шагом 6 м) на 33%. Однако важно иметь ввиду, что вместе с этим на 33% снижается нагрузка на ростверк фундамента, а значит он может быть меньше (на самом деле снижается больше, чем на 33%, поскольку сами рамы ЛСТК при шаге 4,5 м гораздо легче, чем рамы из "черного" проката при шаге 6 м) или при той же величине фундамента более чем на 33% снижается нагрузка на грунт, что позволяет строить в сложных геологических условиях, где другое здание не построить без массивного фундамента.
И во всех случаях, чем меньше шаг рам, тем более равномерно распределение нагрузок по периметру здания, что является положительным фактором.
Что касается материалов и работ по устройству таких фундаментов, то выйдет, безусловно, больше, но не намного, гораздо меньше 33%, рассмотренных в этом примере, что с лихвой компенсируется в экономическом выражении на последующих этапах строительства вследствие уникальных преимуществ технологии ЛСТК.

Соединения профилированных листов


Для соединения профлистов , используемых в проектах быстровозводимых зданий используются несколько способов.

Сварные соединения дают многочисленные преимущества для соединения тонколистовых элементов. Электродуговая сварка хотя и технологична, однако практически не применяется для сваривания оцинкованных тонколистовых элементов из-за тонкостенности листов, нарушения защитного цинкового покрытия и выделения вредных газов при го рении цинкового покрытия.

Пока не находят достаточно большого применения в строительстве быстровозводимых зданий из ЛСТК, но являются перспективными электроконтактные способы сварки, основанные на нагреве деталей теплотой от протекания по ним электрического тока и их запрессовывании (сварка проплавлением). Для нахлёсточных соединений может применяться шовная, точечная (электрозаклёпки) и рельефная сварка. Вокруг зоны контактной сварки образуется сплошное кольцо из расплавленного цинка, вытесненного из места сварки, которое является хорошей защитой соединения от коррозии. При правильном выборе режима сварки почти не повреждается наружный цинковый слой.
Недостатками контактной сварки оцинкованных профлистов принято считать низкую устойчивость процесса, склонность к непроварам и выплескам, низкую стойкость электродов, недостаточный контроль качества, снижение коррозионной стойкости на поверхности.

К сварным соединениям относятся и электрокнопки. Такое соединение выполняется наложением на место стыка стальной шайбы и провариванием её внутреннего пространства ручной электродуговой сваркой. Из-за большой массы наплавленного металла скорость коррозии такого стыка сравнима с коррозией основного металла. Недостатками соединения на электрокнопках являются большая масса наплавленного металла, низкая производительность из-за трудной свариваемости оцинкованного металла, плохой внешний вид, поэтому в проектах быстровозводимых зданий их пока не применяют.

Болтовые соединения - самый надёжный способ крепления, нашедший широкое применение в строительстве быстровозводимых зданий из-за высокой производительности, низких трудозатрат, однако, имеющий ряд недостатков: необходимость двухстороннего доступа к узлу для его выполнения, водопроницаемость соединения и большой расход метизов в массовом выражении.

Фальцевые соединения наиболее технологичны, при минимальных затратах труда без метизов получается надёжное водонепроницаемое крепление тонколистовых деталей. Фальцовка применяется только в тонколистовых ограждающих конструкциях быстровозводимых зданий.

Заклёпочные соединения элементов ЛСТК

Заклёпочные соединения наряду являются достаточно эффективными. Широкое распространение в строительстве быстровозводимых зданий получило крепление стальных профлистов на комбинированных заклёпках. Такие соединения технологичны, не требуют двухстороннего доступа к месту стыка, однако не обладают достаточной водонепроницаемостью и имеют проблему электрохимической коррозии в месте контакта разнородных материалов - алюминия и стали. Кроме этого, они обладают малой несущей способностью на срез.

К виду заклёпочных можно отнести способ соединения листов разной толщины путём вдавливания металла толстой детали в тонкую и деформирования зоны контакта.

Комбинированные соединения - клееболтовые, клеесварные и клеезаклёпочные желательно применять в нахлёсточных соединениях, где клеевая прослойка принимает на себя часть напряжений, увеличивает противокоррозионную защиту в зоне контакта и увеличивает долговечность. Клеесварные соединения почти не уступают сварным по производительности и экономичности.

Соединения самонарезающими шурупами – из наиболее прогрессивных и технологичных методов крепления листовых элементов. В настоящее время разработаны различные типы шурупов в зависимости от области их применения и способа монтажа: крепление стального листа на стальную или деревянную подконструкцию различной толщины; крепление листов между собой.