Болтовое соединение и сварка металлоконструкций: преимущества и особенности

Металлоконструкции представляют собой сложные изделия (сооружения), состоящие из отдельных металлических элементов и деталей. Для надежного соединения данных элементов между собой используются разные способы: сварка и крепеж. В свою очередь в качестве крепежных деталей допускается использовать болты и заклепки. Рассмотрим подробнее каждый способ соединения элементов металлоконструкции, требования, предъявляемые к таким соединениям.

Болтовое соединение и сварка металлоконструкций: преимущества и особенности

Строительство из металлоконструкций успешно зарекомендовало себя практически во всех сферах бизнеса, позволяя быстро, качественно и сравнительно недорого возводить надежные долговечные площади для организации деятельности. В основе монтажа зданий из таких конструкций лежит метод болтового соединения и сварка металлоконструкций, благодаря которым отдельные элементы приобретают форму полноценного функционального сооружения.
Невзирая на то, что помимо сварки и болтового соединения металлоконструкций также имеет место крепление на основе заклепок и пайки, все же представленные варианты наиболее популярны и чаще всего применяемые в силу их преимуществ и технологии соединения.

Какое соединение надежнее на болтах или сварке

Современную жизнь уже не возможно представить без металлоконструкций. Они используются повсеместно. Но по статистике в большинстве случаев металлоконструкции сборные. Они состоят из отдельных элементов которые необходимо соединять.

В сборности есть ряд преимуществ:

— детали можно менять при износе или повреждении;

— конструкция из сборных элементов получается гораздо легче, чем цельно металлическая, а значит происходит существенная экономия металла;

— доставка отдельных частей металлоконструкции гораздо проще чем изделия целиком. Конечно же это касается в первую очередь габаритных конструкций, а в связи с тем что транспортные расходы сейчас не дешевы, то логистическая оптимизация в целом очень выгодна.

Способы соединений деталей металлоконструкций могут быть разными. Во внимание в первую очередь принимается функциональная задача и условия эксплуатации конструкции. Соединения могут быть и на заклепках, и паянные и др. Но самые распространенные это сварные и сборные болтовые соединения.

Соединение сваркой преимущества и недостатки

Одно из основных преимуществ сварки это то, что сварочный шов может быть выполнен герметично. Благодаря этому между соединяемых деталей не будет попадать вода, и возникать коррозия. Другое важное преимущество это возможность скрепления деталей в любых пространственных положениях. При помощи сварки можно соединять детали в таких местах, которых соединение при помощи болтов будет невыполнимо. Еще важный плюс для соединения сваркой это его небольшая стоимость.

К недостаткам сварки можно отнести перегрев детали в месте шва, а в следствии повышение подверженности коррозии. Также при перегреве металла возможна его деформация. Еще одна трудность это необходимость наличия сварочного аппарата, электричества и квалифицированного сварщика.

Соединение болтами преимущества и недостатки

Основное преимущество болтового соединения, это возможность его разборки. В конструкциях, которых требуется периодическая замена деталей это очень большой плюс. Другое преимущество такого соединения это его прочность, она не уступает сварочному соединению.

Из недостатков болтового соединения можно выделить необходимость совпадения деталей по геометрии. Поверхности при соединении должны полностью совпадать. Другой недостаток это сложность совмещения отверстий для болтов. Они должны полностью совпадать, иначе болты просто не влезут в отверстие. В связи с этим соединять болтами достаточно трудоемкое занятие.

В итоге можно сделать вывод, что болтовое и сварочное соединения обеспечивают примерно одинаковую прочность. А выбор вида соединения нужно делать исходя из особенностей конструкции, условий эксплуатации, технологической нагрузки на конструкцию.

Источник

Сварка

По причине того, что данный тип металлоконструкции является облегченным, и толщина элементов его невелика, применение сварки при монтаже требует особой осторожности. Швы небольшой толщины, как правило, не содержат внутренних дефектов, которые могут наблюдаться при больших размерах, однако, могут быть пористыми, и как следствие – не очень прочными. При сварке тонкой стали используется специальная технология, ключевым моментом которой является быстрое отведение тепла из зоны шва и использование специальных, быстро плавящихся электродов.

Заклепочные соединения

По назначению заклепочные соединения подразделяются на прочные, плотные и прочноплотные. Прочные соединения применяют при сборке и монтаже колонн, ферм, балок; плотные — цистерн, резервуаров; прочноплотные — для изготовления емкостей, находящихся под давлением.

Заклепочные соединения применяют при изготовлении тяжелых подкрановых балок, мостов, элементов пролетных и других конструкций, для которых необходимо обеспечить высокую вибрационную прочность. Чаще всего используют заклепки диаметром 12-30 мм, которые ставят в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра заклепки.

За расчетный диаметр заклепки принимают диаметр отверстия, так как при образовании замыкающей головки стержень головки осаживается и утолщается.

Длину заклепки выбирают с учетом толщины соединяемого пакета и длины стержня, идущей на образование замыкающей головки и заполнение зазора между отверстием и стержнем.

В самих заклепках и в заклепочных соединениях возникают срезывающие, сжимающие и изгибающие напряжения; наиболее опасны из них срезывающие и сжимающие.

Клепку выполняют горячим и холодным способами. Горячую клепку производят, как правило, в заводских условиях. Для этого применяют электрические или пневматические клепальные скобы. Заклепку, нагретую до 900-1100°С (оранжевый цвет), вставляют в отверстие соединяемых элементов. При остывании заклепка укорачивается и плотно стягивает склепанный пакет. В условиях монтажной площадки клепку ведут холодным способом с применением пневматических клепальных молотков. Операции выполняют в такой последовательности: изготовление деталей с отверстиями; установка в часть отверстий временных болтов (не менее 1/3 от числа всех заклепок); рассверливание (при необходимости) отверстий в сборных деталях; непосредственно клепка. При установке заклепок их удерживают ручными поддержками.

Заклепки располагают в один или несколько рядов. Расстояние между осями продольного ряда заклепок, т.е. установленных вдоль прилагаемого усилия, называют шагом, а в поперечном ряду — дорожкой. В зависимости от числа заклепок в соединении и их расположения монтажную клепку подразделяют на узловую и рядовую. Узловой считают клепку, если в узле не более 15 заклепок, рядовой — клепку при числе заклепок в узле более 15.

Для рассверливания отверстий применяют пневматические сверлильные машины.

Качество поставленных заклепок проверяют внешним осмотром, замерами и остукиванием. При внешнем осмотре удостоверяются, что нет перекосов, а при остукивании, что отверстие целиком заполнено стержнем. Для этого применяют контрольный молоток массой 0,3-0,4 кг. Удары наносят по боковой поверхности головок в направлении, перпендикулярном ее оси.

Слабые заклепки заменяют. Чтобы извлечь заклепку, одну из ее головок срубают зубилом или срезают кислородным резаком, после этого выбивают стержень заклепки пневматическим молотком и выколоткой. Чтобы заклепка легче выходила из отверстия, его со стороны срубленной головни заливают керосином.

Заклепки в конструкциях из алюминиевых сплавов изготовляют из сплавов тех же марок, что и соединяемые элементы, и ставят только в холодном состоянии. Контакт алюминиевых сплавов с другими металлами недопустим, так как в местах соприкосновения возникает электрохимическая коррозия.

Сборка монтажных соединений на высокопрочных дюбелях

К выполнению монтажных соединений на высокопрочных дюбелях и руководству работами допускаются лица, прошедшие обучение, подтвержденное соответствующим удостоверением. При выполнении монтажных соединений на высокопрочных дюбелях следует соблюдать инструкции по эксплуатации пороховых монтажных инструментов, регламентирующие порядок ввода их в эксплуатацию, правила эксплуатации, технического обслуживания, требования безопасности, хранения, учета и контроля пистолетов и монтажных патронов к ним.

Перед началом работ по монтажу соединений на высокопрочных дюбелях следует осуществлять контрольную пристрелку для уточнения мощности выстрела (номера патрона). Расстояние от оси дюбеля до края опорного элемента должно быть не менее 10 мм в любом направлении. При установке рядом двух дюбелей минимальное расстояние между ними определяется условием расположения стальных шайб впритык друг к другу.

Установленный дюбель должен плотно прижимать шайбу к закрепляемой детали, а закрепляемую деталь – к опорному элементу. Цилиндрическая часть стержня дюбеля не должна выступать над поверхностью стальной шайбы.

Виды соединений

Бывают следующие виды соединения металлических конструкций.

Сварные соединения

Это самый быстрый способ соединения двух и более металлических деталей. Современное сварочное оборудование позволяет совершать эти операции практически в любом месте, где есть подача электроэнергии – на стройке, на даче, в лесу. Инверторы, разработанные в последние годы, мобильны и легки.

Болтовые соединения

Удобство этого вида соединений в том, что конструкции, которые они держат, можно демонтировать, перевезти в другое место и собрать заново. Прочность такого соединения весьма высока, как и простота работы при сборке.

Некоторое неудобство при применении таких соединений состоит в том, что при этом повышается расход металла на соединения. Опять же есть вероятность ослабления соединений и появление зазора между корпусом и болтом. Изделия, которые соединяются таким способом, содержат необходимые отверстия после того, как их изготовит завод металлоконструкций.

Заклепочные соединения

На сегодняшний день это самый малораспространенный тип соединений для металлических конструкций. Хотя по вибростойкости и противодействию знакопеременным нагрузкам, этот вид соединений очень хорош.

Рекомендации по выбору крепежа для соединения металлических изделий

Различные способы соединения металлических изделий используются в самых различных сферах промышленности и производства: от создания электронных устройств до строительства. После обработки специальными составами, повышающими их прочность и антикоррозионные свойства, крепежные элементы подходят для эксплуатации в агрессивной среде, в условиях повышенной влажности.

Срок службы готового изделия или конструкции зависит в том числе и от используемых крепежных элементов, поэтому при их выборе следует обратить внимание на следующее:

• прочность крепежа должна быть выше прочности соединяемых заготовок;
• высокая герметичность, не зависящая от того, на каком объекте используют тот или иной крепеж и/или способ соединения металлических изделий;
• качественные материалы, благодаря которым достигается высокая надежность и безопасность готовой конструкции;
• тип и диаметр крепежа выбирается в соответствии с предполагаемым характером воздействия (поперечным или продольным, статичным или динамическим).

Типы металлоконструкций и особенности их монтажа

По ти­пу со­еди­не­ния ме­тал­ли­че­ские кон­струк­ции бы­ва­ют свар­ны­ми, за­кле­поч­ны­ми и бол­то­вы­ми.

Сварные конструкции

Мон­таж ме­то­дом свар­ки яв­ля­ет­ся наи­бо­лее про­стым, од­на­ко не все­гда при­ем­ле­мым. Кон­струк­ции, смон­ти­ро­ван­ные при по­мо­щи свар­ных со­еди­не­ний, немо­биль­ны, а зна­чит, их нель­зя разо­брать и пе­ре­ме­стить в дру­гое ме­сто.

Сред­няя сто­и­мость мон­та­жа ме­тал­ло­кон­струк­ций ме­то­дом свар­ки опре­де­ля­ет­ся по цене за тон­ну и со­став­ля­ет при­мер­но 12 тыс. руб­лей.

Заклепочные устройства

Этот спо­соб со­еди­не­ния не так по­пуля­рен, как свар­ка, од­на­ко име­ет су­ще­ствен­ное пре­иму­ще­ство — на­деж­ность при низ­ких и сверх­низ­ких тем­пе­ра­ту­рах. Мон­таж­ные ра­бо­ты на мо­стах и зда­ни­ях с боль­ши­ми на­груз­ка­ми вы­пол­ня­ют­ся пре­иму­ще­ствен­но с по­мо­щью за­кле­пок.

Болтовые соединения

Мон­таж со­ору­же­ний с по­мо­щью бол­тов, га­ек и шайб на­зы­ва­ет­ся бол­то­вым. Его глав­ное пре­иму­ще­ство — воз­мож­ная раз­бор­ность. Этот спо­соб мон­та­жа го­дит­ся для кон­струк­ций раз­но­го ти­па: от мо­биль­ных стел­ла­жей и лест­ниц до ме­тал­ли­че­ских ферм и кар­ка­сов боль­ше­про­лет­ных зда­ний.

По­сле уста­нов­ки ме­тал­ло­кон­струк­ций осу­ществ­ля­ют их за­зем­ле­ние. За­ка­зать мон­таж со­ору­же­ний из ме­тал­ли­че­ских кон­струк­ций мож­но по тел. +7-961-777-39-96.

Монтаж металлических колонн

Колонны — основа каркаса будущего здания. Именно на них возлагается несущая способность. Как правило, колонны крепятся к сплошному бетонному фундаменту. Наиболее часто используются следующие способы их крепления:

• с помощью анкерных болтов, после регулировки место соединения заливается достаточным количеством бетонной смеси для укрепления сцепления;
• напрямую фундаментом до уровня подошвы, дополнительная бетонная стяжка не требуется;
• с применением опорных листов, вспомогательная цементная заливка производится в случае возникновения необходимости.

Используемые прокладки при устройстве колонн в обязательном порядке привариваются к основанию. На верхних ярусах для монтажа элементов металлических конструкций (в частности, колонн) используются сварка или специальные крепежные системы, а также болтовое соединение.

Общее представление о сварке и швах

Соединение металлов с помощью сварки является неразъёмным. К наиболее известным и широко применяемым видам относятся сварка с применением газа и электричества. Происходит соединение изделий благодаря энергии, выделяющейся при нагреве вместе их соприкосновения. Молекулы расплавленных частей металла приходят во взаимодействие. Поэтому полученные швы обладают теми же прочностными характеристиками, что и соединённые конструкции. По способу своего соединения они подразделяются:

Плюсы и минусы соединения сваркой

Их минусом является:

Общее понятие о соединении болтами

Соединение с помощью болтов является разъёмным. Применяется несколько видов болтов:

Плюсы и минусы соединений болтами

К плюсам такого соединения относят: прежде всего, их разъёмное соединение. Оно важно там, где конструкцию нужно часто разбирать и делать её замену, но соединение должно быть надёжным.

Минусом такого соединения является его ограниченность в установке. Поверхность элементов соединения должна точно совпадать.

Основные типы сварных соединений, применяемых при сварке металлических конструкций.

• Стыковые соединения.

При этом способе элементы соединяются торцевыми поверхностями, находясь в одной плоскости. Всего насчитывается 32 вида таких соединений, обозначаются согласно ГОСТу буквами С1,С2….С32.

На рисунки № 1 приведено несколько основных видов стыковых соединений для крепления металлоконструкций.

Отличительная особенность – сварка происходит по всей длине кромки. Её вид зависит от толщины свариваемого металла, плоскости соприкосновения, наличия необходимого оборудования. Стыковые швы могут быть с отборной кромкой (рис. 2а), без разделки кромок (рис. 2б), с раздельной одной кромкой, с прямолинейной или нет формой разделки, с V и X–образной. Линии, образующие скос кромки, могут быть прямые или криволинейные. Если толщина металла до 60 мм и более, кромки выполняются на строгальном станке или термической резкой.

Главное правило – суммарный угол скоса должен быть в пределе 50±4°. Данный вид считается одним из экономичных, но более трудоемким и требует большой точности при производстве работ.

• Угловые соединения.

Области применения различных способов соединения металлических изделий

Различные способы фиксации металлических элементов применяются в разных сферах промышленности, а также в быту. Их используют при производстве мебели, в строительстве, тяжелой промышленности и т. п.

Шпоночные и шлицевые крепления распространены в сферах создания электроинструментов, оборудования, в машиностроении. Без соединений с натягом невозможно изготовить валы зубчатых колец, червячные колеса. Пайка необходима для работы над электронным оборудованием, требующем высокой точности. С помощью заклепок соединяют тонколистовые металлы.

По мере развития технического прогресса появляются и новые способы соединения металлических изделий. Современная жизнь невозможна без различных машин и механизмов. Для того чтобы они служили дольше, необходимы надежные крепежные элементы. От качества крепежа зависят также форма готового изделия, качество его работы, риски возникновения аварийных и нештатных ситуаций на производствах и т. п.

В статье мы поговорили о видах и способах соединения металлических изделий и деталей. Прежде чем купить тот или иной крепежный элемент, следует его осмотреть на наличие дефектов. Деформированные в процессе работы детали можно использовать для наружных контуров металлических заготовок. Таким образом, возможна экономия на расходных материалах, но при этом без ущерба для качества готовой продукции.

Этапы создания лестницы своими руками

Изготовить своими руками металлическую лестницу довольно просто, причем неважно, строится конструкция на крыльцо или второй этаж, меняется только вид конструкции. Первое, что необходимо сделать, – это определиться с типом строения, в зависимости от его предназначения.

А далее – просто четко следовать инструкции и грамотно продумывать свои шаги.

Расчеты

Если вы заказали проектный расчет в специальной компании, то такие организации используют компьютерные программы для создания конструкции. В такой программе легко меняются параметры, и после утверждения заказчиком окончательного варианта компьютер выдает чертежи.

Если же в проектную компанию вы не обращались, а решили выполнить чертежи самостоятельно, то тут придется немного сложнее. Рассмотрим выполнение расчетов для самой простой конструкции – прямой одномаршевой.

При расчёте имеются стандартные требования

1. Высота ступеней должна составлять 17-18 см.
2. Оптимальная ширина лестницы для частных домов составляет 90 см.
3. Минимальная глубина ступеней – 27 см.
4. Шаг лестничной конструкции составляет 60-65 см, сюда входит высота ступеньки и подступенка.
5. Оптимальный угол наклона ступеней равняется 30-45°.
6. Ограждение должно выдерживать вес около 100 кг.
7. Минимальное расстояние между стойками ограждения составляет 15 см.

Помимо типовых требований, для изготовления прямого одномаршевого строения необходимо выполнить следующие расчеты:

1. Длина приспособления. Для этого необходимо высчитать два размера. Первый – это расстояние от начала и до конца лестницы (имеется в виду расстояние от первого этажа до второго). Второй – высота между ними. У вас получилось две цифры. Каждую необходимо возвести в квадрат, а потом сложить их. Далее из полученного числа извлекаем корень.
2. Количество ступеней. Для этого необходимо полученную длину приспособления разделить на выбранную высоту ступени. Оптимальная высота указана в типовых требованиях.
3. Глубина ступеней. Необходимо разделить длину лестницы на количество ступеней и посмотреть, чтобы полученная цифра соответствовала требованиям, при необходимости изменить размеры в предыдущем пункте.

Полученные размеры нужны для определения количества материала.

Подготовительные работы

Перед началом работ нужно подготовить все необходимые приспособления. Вне зависимости от типа выбранной конструкции, часть элементов каркаса будет соединяться друг с другом швами, поэтому первым и главным приспособлением при строительстве конструкции является аппарат для сварки. Если ранее вам не доводилось выполнять сварочные работы, то используйте ручной инвертор, он более легок в обращении. Если же опыт имеется, то можно применять любой другой аппарат, который подойдет для сварки выбранного вами металла.

Также следует подготовить механическую пилу, наждачный круг и болгарку. Если вы хотите изготовить металлическую лестницу с деревянными ступенями своими руками, то вам понадобится струбцина и электрическая дрель, а также циркулярная пила и саморезы.

Важным этапом подготовительных работ является создание проекта будущей конструкции. Его можно как заказать в специализированной компании, так и выполнить самостоятельно, используя подходящие чертежи из интернета. По проекту вы можете рассчитать требуемое количество арматурной стали, металлопрофиля, листового металла. Перед началом работы необходимо потренироваться в сварном деле на ненужных металлических заготовках.