Металлоконструкции в архитектуре » Соединения стальных конструкций

В современном строительстве способы, которыми конструктивные элементы сообщаются между собой, насчитывают два основных типа: сварные соединения и болтовые соединения.

Другие виды соединений – заклепочные, клеевые и т. п. – применяются на данный момент в отрасли очень ограниченно в специальных случаях, когда это оправданно. Соединяясь, конструктивные элементы устанавливают между собой отношение связей по передаче усилий и совместной работе. Поэтому основным требованием к любым соединениям является обеспечение их несущей способности на уровне несущей способности элементов, которые соединяются – равнопрочность.

Сварные соединения

С середины ХХ века сварные конструкции занимают лидирующее положение в мире благодаря своим очевидным преимуществам:

  • Неразрывность передачи усилий.
  • Возможность автоматизации процесса.
  • Низкая трудоемкость изготовления.
  • Высокая прочность и надежность.
  • Простота конструктивной формы и сплошность узлов.
  • Экономичность по материалоемкости.

    В тоже время применение сварки для соединения конструкций имеет некоторые недостатки: большую энергоемкость и экологический вред из-за присутствия летучих продуктов горения дуги. Кроме того, после сварки в элементах присутствуют остаточные напряжения, и сварные соединения имеют трудно прогнозируемый хрупкий характер разрушения.

    Достаточно проблематично соединение сваркой материалов разной прочности. Чтобы нивелировать указанные несовершенства, сварные швы, как правило, стремятся выполнять только в заводских условиях. Сваривание на строительном участке требует особого обоснования и мероприятий контроля.

    Применение сварных соединений позволяет максимально сгладить конструктивную форму и приблизить ее к архитектурной форме, как можно увидеть на примере пешеходного моста.

    Болтовые соединения

    Болтовые соединения имеют долгую традицию использования, восходящую к античным временам. Их основные преимущества:

  • Удобство установки даже в труднодоступных местах.
  • Отсутствие необходимости в специальном оборудовании.
  • Экологическая безопасность.
  • Пластический тип разрушения, который позволяет предупредить аварии.
  • Прогнозируемость работы.

    Основными недостатками болтовых соединений являются высокая, «ручная» трудоемкость установки и достаточно большая цена изделий. Кроме того, соединяемые элементы конструкции ослабляются отверстиями под болты, а передача усилий от элемента к элементу осуществляется в отдельных точках, что вызывает концентрацию напряжений.

    Внешний вид, каркас и болтовые крепления элементов

    По предназначению и типу работы различают сдвиговые, фрикционные и анкерные болтовые соединения. Сдвиговые болтовые соединения устанавливаются для крепежа элементов на монтаже и для организации шарнирных соединений. Такие узлы работают на срез болтов или на смятие элементов, обычно пластинчатых, которые они соединяют.

    Для организации фрикционных соединений применяют высокопрочные болты, в которых требуется значительная жесткость и передача моментных усилий.

    Такие болты закручиваются с контрольным усилием предварительного натяжения и работают за счет трения специально подготовленных поверхностей. Как пример можно привести здание Бурдж-Калифа (Burj Khalifa), расположенное в Дубаи, Объединенные Арабские Эмираты. Из общей высоты 828 м вся верхняя часть здания высотой 230 м выполнена в стальном каркасе с поэлементной сборкой на болтах. Анкерные болты крепятся в тело фундамента, обеспечивая фиксацию конструкции за счет работы на растяжение и выдергивание.