Типы стыков. 
Особенности монтажных соединений конструкций

Монтажное соединение — это соединение сборных элементов строительных конструкций, выполняемое в процессе их монтажа непосредственно на строительстве.

В тех случаях, когда соединяют однородные элементы и в результате получают определенный конструктивный элемент, например наружную стену панельного здания, колонну многоэтажного здания, составленную из нескольких сборных частей, настил перекрытия из железобетонных плит, соединение называют стыком. Зазор между соединяемыми элементами или линию контакта элементов называют швом. Часто термин «стык» употребляют, когда элементы типа колонн, ферм, балок соединяют торцами или элементы типа панелей, плит, бетонных блоков — боковыми гранями. В тех случаях, когда монтажным соединением скрепляют различные элементы несущих или ограждающих конструкций, соединение обычно называют монтажным узлом. Примеры монтажных узлов — соединение, стропильной балки или фермы с колонной, вертикальных и горизонтальных связей с колоннами или фермами, ригеля с колонной.

Типы соединений. В зависимости от схемы и условий работы конструкций применяют шарнирные или жесткие соединения.

К шарнирным соединениям относятся в основном стыки ненесущих и ограждающих конструкций (стен, покрытий). Такие стыки, заделываемые раствором, уплотняющими или герметизирующими материалами, допускают незначительные перемещения стыкуемых элементов относительно друг друга. Шарнирные соединения применяются также при креплении ненесущих ограждающих конструкций к другим конструкциям.

Жесткие соединения в отличие от шарнирных не должны допускать относительных перемещений элементов в узлах. Поэтому их выполняют обычно на сварке, жестких болтовых соединениях, замоноличиванием бетоном со скреплением арматуры стыкуемых элементов. Такими способами обычно стыкуют несущие конструкции каркасов зданий и сооружений.

В зависимости от требований по несущей способности стыков и узлов и вида стыкуемых элементов применяют сухие, замоноличенные и смешанные монтажные соединения.

Сухие — это соединения на болтах или сварке, выполняемые без заделки зазоров (швов) между соединяемыми элементами раствором или бетоном. Таким способом соединяют элементы стальных конструкций с железобетонными, например, при установке стальных связей между колоннами и другими элементами железобетонного каркаса.

Замоноличенные соединения применяют при необходимости заделки зазоров между соединяемыми элементами бетоном или раствором. Назначение заделки швов или замоноличивания узлов состоит в том, чтобы обеспечить равномерную передачу усилий (нагрузок) от одного элемента на другой, исключить накопление влаги в соединениях, повысить их влагои воздухонепроницаемость. Примером таких соединений служит соединение фундаментных и стеновых блоков между собой, жесткое соединение железобетонной колонны с фундаментом — заделка ее в стакане фундамента бетоном.

Смешанные соединения — это стыки элементов несущих конструкций, выполняемые сначала на болтах или путем сварки закладных деталей или выпусков арматуры, а затем замоноличиванием бетоном или раствором. В таких жестких соединениях обеспечивается восприятие нагрузок от всех соединяемых элементов. Смешанные соединения применяют для стыковки элементов железобетонных колонн, узлов железобетонных рам и других конструкций.

Любые монтажные соединения выполняют в соответствии с проектом, регламентированными сварочными материалами; бетоном, раствором, уплотняющими и герметизирующими материалами проектных марок.

Монтажные соединения стальных конструкций Монтажные соединения стальных конструкций бывают сварные, на болтах и особо ответственные — на заклепках. Стальные конструкции с железобетонными соединяют, преимущественно приваривая соединительные элементы к закладным деталям железобетонных конструкций. В некоторых случаях такие соединения выполняют на болтах.

Болтовые соединения стальных конструкций в зависимости от конструктивного решения соединения и воспринимаемых усилий выполняют на болтах грубой, нормальной и повышенной точности, а также на высокопрочных болтах.

Болты грубой (штампованные) и нормальной точности (точеные) применяют в таких соединениях, в которых на болты не передаются большие сдвигающие силы — болты плохо работают на срез. Отверстия под такие соединения сверлят или продавливают. Диаметр отверстия на 2…3 мм больше диаметра болта и это облегчает посадку болтов и упрощает сборку соединений. В то же время повышается деформативность соединения, поэтому болты грубой и нормальной точности применяют в монтажных соединениях для фиксации положения соединяемых элементов, в узлах с непосредственным опиранием (рис. 3.1, а) одного элемента на другой (этажное опирание), в узлах с передачей усилий через опорный уголок (рис. 3. 1, б, в) или опорные столики (рис. 3.1, г) в виде планок и других опорных деталей, а также в фланцевых соединениях.

Рис. 3.1 Болтовые соединения стальных конструкций: а — при этажном опирании балок, б —в — на опорных уголках, г — с опиранием на планку; 1 — балки, 2 — болты, 3 опорный уголок, 4 — сварной шов, соединяющий опорный уголок и балку, 5 — опорная планка, 6 — колонна

Соединения на болтах повышенной точности применяют вместо заклепок в труднодоступных местах, где невозможно ставить заклепки. Диаметр отверстий в соединениях на таких болтах не должен отличаться более чем на +0,3 мм от диаметра болтов. Минусовый допуск для отверстий не допускается. Болты в таких отверстиях сидят плотно и хорошо воспринимают сдвигающие силы. Однако сложность изготовления и постановки болтов повышенной точности привела к тому, что соединения на таких болтах применяют редко.

Соединения на высокопрочных болтах сочетают в себе многие положительные качества: простоту установки, высокую несущую способность и малую деформативность. Они сдвигоустойчивы и могут заменить заклепки и болты повышенной точности практически во всех случаях.

Сварные соединения в первую очередь применяются в тех случаях, когда наряду с прочностью соединение должно быть плотным (водогазонепроницаемым). К таким относятся, например, соединения листовых конструкций кожухов доменных печей, воздухонагревателей, пылеуловителей, резервуаров, газгольдеров. Сварными выполняют также жесткие соединения несущих конструкций производственных зданий, инженерных сооружений. К ним относятся стыки колонн, рамные соединения стропильных ферм и колонн. Основные виды сварных соединений (стыковые, нахлесточные, угловые, тавровые).

Сварка стальных конструкций Сварные соединения. Различают следующие виды сварных соединений стальных конструкций: стыковые, нахлесточные, тавровые и угловые.

В стыковых соединениях (рис. 3.2, а) части свариваемых изделий соединяют торцами или кромками. Такие соединения отличаются высокой прочностью и меньше подвержены сварочным напряжениям и деформациям.

Для нахлесточных соединений (рис. 3.2, б) не требуется обработки кромок под сварку. Швы накладывают с обеих сторон нахлестки. Таким способом сваривают элементы толщиной не более 8 мм.

В тавровых и угловых соединениях (рис. 3.2, в, г) торец кромки листов можно не скашивать; для получения хорошего шва оставляют зазор между листами 2…3 мм.

Сварные швы. По положению относительно действующего усилия швы разделяются на фланговые, расположенные параллельно действующему усилию, лобовые — перпендикулярно и косые — под углом.

По протяженности сварные швы бывают непрерывными (сплошными) и прерывистыми.

По положению в пространстве швы разделяют на нижние, вертикальные, горизонтальные и потолочные (рис. 3.3, а…г).

Рабочая толщина шва при стыковом соединении равна толщине более тонкого стыкуемого элемента, при этом с обеих сторон должны быть усиления шва в виде наплывов плавного очертания (рис. 3.3, д…ж). Толщина углового (валикового) шва, накладываемого в прямой угол, образованный соединяемыми элементами, измеряется по биссектрисе угла и принимается равной 0,7 меньшего катета. При этом высота валикового шва должна превышать на 1…2 мм расчетную (проектную) или быть равна ей. Минусовый допуск здесь не предусматривается нормами.

Подготовка стыков. При подготовке к сварке стыки зачищают, проверяют точность сборки, обработки кромок стыкуемых элементов и соответствие зазоров нормативным. Увеличенные зазоры приводят к увеличению усадки шва за счет излишнего объема наплавленного металла.

Монтажные соединения собирают на болтах или с помощью прихваток. Число, размер и длину прихваток в сварных соединениях, воспринимающих монтажные нагрузки, указывают в рабочих чертежах. В прочих соединениях общая длина прихваток должна составлять не менее 10% длины монтажного шва и быть не менее 50 мм. Наложение шва поверх прихваток допускается только после их зачистки.

Соединение стеновых панелей.

Наружные стеновые панели с целью обеспечения жесткости и устойчивости конструкций здания соединяют между собой, а также с панелями внутренних стен. Соединения выполняют различными способами. Наиболее широко применяют соединения арматурными связями — скобами (рис. 3.4, а), которые вставляют в отверстия петлевых выпусков арматуры у примыкающих панелей. Для обеспечения жесткости такие стыки замоноличивают бетоном. Такие связи устанавливают в верхней и нижней части вертикального стыка.

Рис. 3.2 Виды сварных соединений стальных конструкций: а — стыковое, б — нахлесточное, в — тавровое, г — угловое

Другой вариант соединения — стальными накладками, привариваемыми к закладным деталям примыкающих панелей (рис. 3.3, б). Такие соединения также замоноличивают бетоном.

Рис. 3.3 Соединение панелей стен: а — связями-скобами, б — накладками на сварке; 1 — внутренняя стеновая панель, 2 — петлевые выпуски арматуры, 3 — связи-скобы, 4 — наружные стеновые панели, 5 — закладные детали, 6 — накладки

Стыки колонн многоэтажных зданий относятся к жестким соединениям несущих конструкций. Наиболее распространены стыки двух типов.

В стыке первого типа (рис. 3.5, а) оголовок каждого элемента колонны имеет сплошное обрамление из стальных пластин (стальной оголовок). Элементы стыкуются непосредственно через центрирующую опорную стальную пластину 4 и соединяются накладными арматурными стержнями 5, которые приваривают соответственно к боковым пластинам нижнего и верхнего оголовков. После сварки всех элементов зазор между стыкуемыми оголовками зачеканивают раствором, а затем бетонируют. Такой стык прост в выполнении, однако на него требуется много металла — до 40 кг на стык.

Второй тип стыка (рис. 3.5, б) имеет такую конструкцию. Верхняя часть 3 стыкуемой колонны опирается на выступ бетона 6 нижней части /, а выпуски арматуры сваривают встык ванной сваркой 7. Полость между выступами зачеканивают раствором. После сварки стержней устанавливают хомут и замоноличивают стык. В таком стыке нет стального оголовка из пластин и накладных стержней и на такой стык расходуется меньше металла. Такой же конструкции применяют стыки в колоннах с большим числом стержней — эти колонны рассчитаны на восприятие больших нагрузок.

Рис. 3.4 Стыки колонн: а — накладными стержнями, б — сваркой арматурных выпусков; 1,3 — стыкуемые элементы колонны, 2 — стальной оголовок, 4 — центрирующая пластина, 5 — накладные стержни, 6 — выступ бетона, 7—сварка выпусков арматуры, 8—хомут

Жесткими замоноличенными стыками соединяют также ригели каркасов многоэтажных зданий с колоннами, колонны с капителями и межколонные плиты с капителями в безбалочных перекрытиях.

Соединение ригелей и колонн.

В каркасах многоэтажных промышленных зданий ригель с колонной соединяют (рис. 3.5, а, б) сваркой выпусков 4 арматуры из колонн и ригеля, закладных деталей ригеля 6 и консоли колонны 7 и последующим замоноличиванием стыка. Жесткость соединения обеспечивается сваркой в двух уровнях: в уровне верхнего пояса ригеля сваркой выпусков арматуры, в уровне нижнего пояса — закладных деталей.

Жесткость каркаса в другом направлении (перпендикулярно ригелям) обеспечивается вертикальными металлическими связями между колоннами в местах, указанных в проекте, а также распорными межколонными плитами перекрытия 9, которые устанавливают по ригелям (см. рис. 3.5, б). Распорные плиты 9 смежных пролетов в уровне верхней полки соединяют между собой приваркой стальных накладок 10. Кроме того, опорные части распорных плит по обе стороны колонны приваривают к закладным деталям 8 ригелей.

Соединения ригелей и колонн в зависимости от характера воспринимаемых усилий могут быть также и шарнирными (рис. 3.5, в). В шарнирном стыке ригель (балку) перекрытия опирают на консоль, торец. Соединение с колонной обеспечивается сваркой закладных деталей колонны 7 и ригеля 12 при помощи соединительной планки 13, а также приварки опорной закладной части ригеля к закладной детали консоли колонны.

Сборка болтовых соединений.

Сборка болтовых соединений на монтажной площадке (на болтах грубой, нормальной и повышенной точности) состоит из следующих операций: подготовки стыкуемых поверхностей; совмещения отверстий под болты, стяжки пакета соединяемых элементов стыка, рассверловки отверстий до проектного диаметра (для соединений на болтах повышенной точности заклепках), если на заводе они были выполнены на меньший диаметр; установки постоянных болтов.

Рис. 3.5 Соединения ригеля с колонной в каркасе промышленного здания: жесткие: а — ригеля с полками и колонны крайнего ряда, б — прямоугольного ригеля с колонной среднего ряда, в — шарнирное; 1 — колонна, 2 — ригель, 3 — хомуты, 4 — спаренные выпуски ригеля и колонны, 5 — контур замоноличивания стыка, 6 — закладные детали ригеля, 7— закладная деталь колонны, 8 — закладная деталь для соединения плиты перекрытия с ригелем, 9 —распорная межколонная плита, 10 — стальные накладки, 11 — плиты перекрытия, 12 — закладная деталь ригеля, 13 — соединительная планка

Подготовка стыкуемых поверхностей заключается в очистке их от ржавчины, грязи, снега, льда, масла и пыли, выправлении неровностей, вмятин, погнутостей на деталях стыка. Кроме того, спиливают напильником или срубают зубилом заусенцы на кромках деталей и отверстий. Для того чтобы обеспечить при сборке проектное взаимное расположение соединяемых элементов, в монтажном стыке совмещают все отверстия. Совмещения отверстий соединяемых элементов достигают с помощью проходных оправок, диаметр цилиндрической части которых на 0,2 мм меньше диаметра отверстий. Оправку забивают кувалдой в отверстия, благодаря чему они совмещаются. При этом 10% общего числа отверстий заполняют пробками, которые фиксируют взаимное расположение собираемых элементов и предупреждают их сдвиг. Длина цилиндрической части пробки должна быть больше толщины собираемого пакета, а длина конической части — обеспечивать удобство установки пробки в отверстия. Для обеспечения работы болтов на срез, а также для предотвращения коррозии в соединении стыкуемые элементы (планки, накладки, уголки) должны плотно соприкасаться. Необходимую плотность собираемого пакета можно обеспечить только в том случае, если болты устанавливают в стыке в следующем порядке: первый болт — в центре болтового поля, последующие болты — равномерно от середины к краям поля; при этом последовательно устраняют неплотности в стыке. Если устанавливать болты от краев стыка к середине или бессистемно, то неплотности устранить невозможно: свободному горизонтальному перемещению стыковых элементов будут препятствовать ранее поставленные болты.

При сборке узлов могут возникнуть взаимные смещения отверстий в соединяемых элементах, называемые чернотой. Исправление этих дефектов рассверловкой отверстий и постановкой в них болтов большего диаметра допускается по решению проектной организации или инженерного персонала, ответственного за монтаж конструкций. Установку постоянных болтов начинают после выверки соединения и выверки положения конструкции. Болты затягивают при помощи гайковертов на 80 — 90% расчетного усилия для обеспечения плотности прилегания деталей пакета, болты дотягивают до полного расчетного усилия динамометрическими ключами статического действия, контролируя по величине прикладываемый крутящий момент. Болты ставят в такой же последовательности, как при стяжке пакета. Под головки и гайки постоянных болтов ставят круглые шайбы: не более двух под гайку и одной под головку. Головки болтов и гаек должны плотно соприкасаться с плоскостями соединяемых элементов и шайб. Это обеспечивается полной затяжкой болтов. Качество затяжки проверяют отстукиванием молотком массой 0,3…0,4 кг; при этом болт не должен дрожать или смещаться, а плотность стяжки элементов должна быть такой, чтобы щуп толщиной 0,3 мм не проникал между элементами узла более чем на 20 мм. Длина постоянных болтов в соединениях должна быть такой, чтобы в каждом болте со стороны гайки оставалось не менее одной нитки резьбы с полным профилем, а в узлах с болтами, работающими на срез, — гладкая часть болта была толще соединяемого пакета элементов на 2…4 мм и полностью перекрывалась шайбой. [3].

Таблица 3.2? Технологическая карта выполнения монтажа конструкций болтовым соединением.