Виды узловых соединений в легких стальных тонкостенных конструкциях

Инженерно-строительный журнал, N 3, 2011
Конструкции      

Бакалавр В.Г.Куражова*;
ст. преподаватель Т.В.Назмеева,
ГОУ Череповецкий государственный университет
________________    
     * Вероника Григорьевна Куражова, г.Череповец, Россия
Тел. моб.: +7(909)598-23-17; эл. почта: veroniks07@mail.ru

     
     
Виды узловых соединений в легких стальных тонкостенных конструкциях

Ключевые слова: легкие стальные тонкостенные конструкции (ЛСТК), узловые соединения, болты, винты, заклепки, сравнительный анализ.

В настоящее время все большую популярность в технологии строительства быстровозводимых зданий приобретает каркасная система из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК) [1]. Применение холодногнутых тонкостенных профилей в несущих конструкциях бескрановых зданий и сооружений позволяет значительно снизить экономические затраты по сравнению с традиционными стальными конструкциями. Однако их использование в большепролетных конструкциях ограничивается. Это связано с недостаточной несущей способностью узловых соединений, выполняемых в основном при помощи самонарезающих винтов.

К настоящему времени в строительстве известно довольно много видов соединений ЛСТК, тем не менее, наибольшей популярностью пользуются только самонарезающие винты. Попробуем разобраться в причинах подобной популярности. Для этого проведем сравнительный анализ известных видов узловых соединений.

При выборе конструктивного решения соединений (стыков и узлов) легких элементов необходимо учитывать такие факторы, как действие сил в соединяемых сечениях; сечения с наименьшей прочностью в соединениях; прочность на срез стенок балок, поясов и заключенной между ними части стыка; эксцентриситет; концентрацию напряжений; деформируемость частей стыка во время изготовления и эксплуатации [2].

Соединение профилей ЛСТК (рис.1) возможно следующими способами: при помощи сварки, склеивания, самонарезающих винтов, заклепок и болтов, а также комбинированием выше указанных видов (клееболтовые соединения, клеи на сварке и т.д.).

Рисунок 1. Соединения ЛСТК

Сварные соединения

Исследования, проведенные за рубежом, показывают возможность применения сварных соединений в ЛСТК [3].

При использовании холодноформованных тонкостенных профилей из тонколистового металла способы выполнения сварных соединений для строительных конструкций различны. Нередко встречаются решения, известные до сих пор только в строительстве легких машин или самолетов.

Благодаря незначительным размерам поперечных сечений стержней, выдерживающих небольшие усилия, швы в соединениях, как правило, короткие и имеют небольшую толщину. Поэтому сварку требуется вести очень тщательно, чтобы предотвратить пористость, подрезы или сплавление отверстий. Правда, тонкостенность элементов в стыке позволяет легче избежать внутренних дефектов шва (например, шлаковых включений в шве, непроваров), но тонкие швы, как правило, пористые.

Сварка листового металла толщиной менее 4 мм, подвергавшегося или не подвергавшегося холодной пластической обработке, требует технологии, приспособленной к быстрому отведению тепла из стыка, быстрому застыванию сварочной ванны и к необходимой большей скорости плавления электродов по сравнению с этими же операциями, имеющими место при соединении листового металла толщиной 4 мм. Поэтому в сварном деле для соединения тонкого листового металла существует соответствующая техника и технология.

Клеевые соединения

Склеивание металлов впервые было применено в авиационной промышленности около 70 лет назад. В течение 60-70-х гг. XX в. многие научно-исследовательские институты разных стран занимались вопросами широкого применения этого метода, в частности в элементах, изготовленных из разных материалов. В строительстве до недавнего времени склеивание для соединения конструктивных материалов применялось только от случая к случаю.

Метод соединения металлических элементов склеиванием по сравнению с другими методами соединения имеет следующие достоинства [3]:

1) равномерное распределение напряжений в соединении, достигаемое благодаря действию усилия на всю плоскость прилегания материалов, если только соединяемые листы металла не слишком тонки;

2) снижение массы элементов вследствие уменьшения количества фасонок и накладных деталей, но только по сравнению со сварными и заклепочными соединениями;

3) полная защита от коррозии прилегающих друг к другу плоскостей;

4) возможность соединения стали с другими конструктивными материалами.

Клей, применяемый для соединения металлических конструкций, должен удовлетворять следующим требованиям [3]:

- обеспечить достаточную динамическую и статическую прочность соединений при температуре от -50 до +100 °С;

- быть стойким против старения и выкрашивания, воздействия окружающей среды, а также против различных химических агентов и влагоустойчивым;

- исключать воздействие, вызывающее коррозию металла в стыке;

- быть рассчитанным на длительный срок годности при хранении и пригодности в состоянии, подготовленном для склеивания;

- быть безопасным клеевым компонентом для человеческого организма.