соединения элементов стальных конструкций

Когда говорят про соединения элементов стальных конструкций, многие сразу представляют сварные швы или поле с болтами. Но на практике, особенно при монтаже крупных объектов, всё упирается в детали, которые в каталогах часто не разглядишь. Вот, например, работали мы с поставками для одного логистического комплекса под Казанью – металлоконструкции поставляла компания ООО Шэньси Хунлу Тяньлун Стальные Конструкции (сайт их, кстати, https://www.hltl.ru). В спецификациях всё четко: балки, колонны, связи. Но как только начали монтировать узлы сопряжения ригелей с колоннами, возник вопрос по монтажным отверстиям под высокопрочные болты. По чертежам – одно, а по факту при стыковке элементов с завода появлялся миллиметровый люфт, которого в теории быть не должно. Это типичная история, когда проектировщик и производитель мыслят в идеальной плоскости, а на площадке вылезают допуски, температурные деформации и даже последовательность сборки. У Шэньси Хунлу Тяньлун, к их чести, в каркасах для сэндвич-панелей и перекрытий с арматурными каркасами часто закладывают технологические пазы для компенсации, но в чисто несущих рамах иногда этого не хватает.

О чём молчат нормативные документы

По ГОСТам и СП всё расписано, но есть нюансы, которые понимаешь только после нескольких неудачных попыток. Возьмём фрикционные соединения на высокопрочных болтах. В теории – затянул динамометрическим ключом до нужного момента, и всё. На практике же, если поверхности элементов не были должным образом подготовлены на заводе – например, осталась окалина или следы масла, – то коэффициент трения падает катастрофически. Мы как-то на энергоблоке столкнулись с проскальзыванием в таком узле уже на этапе нагружения. Пришлось демонтировать, проводить пескоструйную обработку контактных плоскостей прямо на объекте и затягивать заново с контролем по углу поворота гайки. Это были дополнительные недели работы и простой крана. Теперь всегда требуем от производителей, включая таких, как ООО Шэньси Хунлу Тяньлун Стальные Конструкции, предоставлять протоколы обработки поверхностей под фрикционные соединения. В их случае с многопустотными плитами перекрытия, где важен монтаж закладных деталей, этот момент обычно под контролем, но с крупным сортаментом бывают огрехи.

Ещё один момент – температурные швы в протяжённых конструкциях. В проекте они указаны, но часто не продумана конструкция самого соединения в зоне шва. Использовали обычные болты с зазором в отверстиях, а при сезонных подвижках стали возникать щелчки и напряжения. Пришлось переходить на соединения с овальными отверстиями или применять специальные скользящие опоры. Это тот случай, когда типовое решение из альбома не работает, и нужно думать головой, учитывая реальные нагрузки и перемещения.

Или вот сварка. Все знают про контроль качества швов, но мало кто задумывается о порядке наложения швов в сложном узле. Неправильная последовательность может привести к таким остаточным напряжениям, что даже после снятия технологических прихваток элемент ?ведёт?. Особенно критично в узлах, где потом будут крепиться сэндвич-панели – любая деформация каркаса усложняет монтаж облицовки. При работе с каркасами от https://www.hltl.ru мы всегда запрашиваем карты сварки для ответственных узлов – это помогает избежать многих проблем на монтаже.

Проблемы монтажа ?в полях?

Самое интересное начинается на площадке. Даже идеально спроектированные и изготовленные соединения элементов стальных конструкций могут превратиться в головную боль из-за условий монтажа. Яркий пример – высотный монтаж при ветре. Болтовое соединение, которое на земле собирается за десять минут, на высоте при раскачке конструкций может потребовать в разы больше времени и специальных такелажных приспособлений. Бывало, что монтажники, чтобы побыстрее, начинали использовать отверстия не по назначению – например, для временного крепления лебёдки. В результате резьба сминалась, и нормальный высокопрочный болт уже не установить. Приходилось рассверливать и ставить болт большего диаметра, что не всегда допустимо по расчёту.

Влажность и температура – ещё два врага. Монтаж высокопрочных болтов по технологии требует контроля температуры стали. При отрицательных температурах нужно вносить поправки в момент затяжки. Однажды зимой на Урале мы этого не учли, затянули ?по летним? параметрам. Весной, при прогреве, в соединениях ослабло натяжение, появилась слабина. Хорошо, что заметили при плановом осмотре до сдачи объекта.

Отдельная песня – логистика и складирование. Элементы с завода, например, от того же ООО Шэньси Хунлу Тяньлун, приходят упакованными в пачки. И если не организовать правильное складирование на объекте, то нижние балки могут деформироваться под весом, и тогда монтажные отверстия перестанут совпадать. Приходится либо править на месте (что нежелательно), либо требовать замену. Их продукция – металлоконструкции и плиты перекрытия – обычно поставляется с жёсткими прокладками в пачках, но это тоже нужно проверять при приёмке.

Взаимодействие с другими системами

Соединения элементов стальных конструкций редко живут сами по себе. Они становятся основой для крепления фасадов, инженерных систем, перекрытий. И здесь кроется масса подводных камней. Например, при монтаже сэндвич-панелей к стальному каркасу. Проектом предусмотрены стандартные самосверлящие винты. Но если каркас собран с отклонениями по плоскости, панель ложится неплотно, возникает мостик холода и проблема с герметизацией шва. Или хуже – ветровая нагрузка начинает работать на отрыв винта, а не на срез, как рассчитывалось. Поэтому качество основного каркаса, будь то от российского завода или от https://www.hltl.ru, напрямую влияет на скорость и качество монтажа ограждающих конструкций.

То же самое с многопустотными плитами перекрытия с арматурными каркасами. Их опирание на стальные балки – это целая наука. Недостаточно просто ?положить?. Нужно обеспечить анкеровку закладных деталей, а иногда и дополнительное бетонирование узла для создания жёсткого диска. Мы в одном из проектов недобрали глубину опирания всего на 2 см, посчитав, что и так сойдёт. В результате при динамической нагрузке (складская техника) плита начала ?играть? на краю опоры. Пришлось ставить дополнительные стальные опорные уголки и анкерить их химией в тело плиты. Дорого и долго.

Ещё один частый конфликт – проход инженерных коммуникаций через узлы каркаса. Проектировщики ОВК и КМ часто работают параллельно. И бывает, что мощная труба или воздуховод по проекту проходит прямо через раскос фермы или место установки диафрагмы жёсткости. Переделывать готовый каркас – кошмар. Поэтому сейчас мы всегда проводим 3D-сверку моделей до начала изготовления. С поставщиками вроде ООО Шэньси Хунлу Тяньлун Стальные Конструкции это проще – они обычно готовы работать с моделью и внести изменения в узлы до запуска в производство.

Материалы и коррозия: неочевидные связи

Казалось бы, тема избитая. Но на деле защита соединений элементов стальных конструкций от коррозии – это постоянный компромисс. Цинкование – отлично, но для высокопрочных болтов горячее цинкование может привести к водородному охрупчиванию. Поэтому их часто используют с механическим покрытием или покупают оцинкованными по специфической технологии. А потом возникает гальваническая пара между болтом и элементом, если они из разных марок стали или с разным видом покрытия. В агрессивной среде (скажем, в животноводческом комплексе) такая пара может ?съесть? соединение за несколько лет.

Мы раз применяли алюминиевые болты в соединениях для снижения веса в верхних ярусах вышки. Но забыли про температурное расширение. Коэффициент у алюминия и стали разный. Летом соединение было плотным, а зимой в болтах появлялся ощутимый зазор. Вернулись к стальным.

Лакокрасочное покрытие – отдельная головная боль в контексте соединений. Если красить собранный узел, то под головками болтов и в стыках остаются непрокрасы – очаги будущей коррозии. Если красить детали до сборки, то при затяжке болтов покрытие сминается, нарушается контакт в фрикционных соединениях, да и гайку может ?прихватить? на слой краски. Стандартная практика – не красить контактные поверхности фрикционных соединений и области под шайбами. Но на заводе, в потоке, это требование иногда пропускают. Контролировать нужно жёстко, даже если работаешь с проверенными поставщиками, которые декларируют полный цикл, как в своей деятельности ООО Шэньси Хунлу Тяньлун Стальные Конструкции.

Мысли вслух о будущем узлов

Оглядываясь на опыт, понимаешь, что будущее – за интеллектуальными и сборно-разборными соединениями. Уже сейчас появляются болты с датчиками натяжения, которые можно мониторить дистанционно. Для ответственных объектов, типа мостов или высоток, это может стать нормой. Но для массового строительства, где ключевую роль играет стоимость и скорость, главный тренд – это максимальная заводская готовность узлов.

Идеал – когда на площадку приходит не набор пластин и профилей, а крупные блоки с уже установленными, настроенными и защищёнными соединениями. Остаётся только их состыковать между собой по принципу ?ключ-замок?. Некоторые производители, включая компанию с сайта https://www.hltl.ru, двигаются в этом направлении, предлагая готовые стеновые и кровельные модули на основе сэндвич-панелей. Но с несущим каркасом сложнее – габариты и вес ограничены транспортом.

Другое направление – развитие резьбовых соединений без сварки для больших усилий. Что-то типа супер-версии известной системы BMF, но адаптированной под наши ГОСТы и климат. Пока же основным способом остаётся комбинирование: сварка для создания жёсткости плюс болты для монтажа и восприятия сдвигающих усилий. Главное – не забывать, что любое, даже самое совершенное соединение элементов стальных конструкций, – это не просто точка на чертеже. Это физический объект, который делают и собирают люди в цеху и на морозной площадке. И все расчёты должны иметь запас на эту человеческую и технологическую составляющую. Иначе даже самая красивая цифровая модель разобьётся о суровую реальность монтажного шестого этажа в ноябре.