Болтовые соединения в металлических конструкциях: классификация и сферы применения

Болтовые соединения в металлических конструкциях

В российском строительстве металлические конструкции чаще всего используют для создания промышленных зданий, объектов общественного назначения, ангаров и складских помещений. В сфере жилья предпочтение традиционно отдаётся железобетонным решениям, что объясняется целым рядом факторов. Главными причинами ограниченного применения металла являются его сравнительно низкая огнестойкость, которая требует дополнительных расходов на огнезащиту, изначально более высокая стоимость стального проката, а также высокая передача вибраций и шумов по несущим элементам — это особенно критично для жилых многоэтажек.

В отличие от сварных и заклёпочных соединений, болтовые соединения относятся к разборным, благодаря чему конструкции можно неоднократно демонтировать и монтировать заново без повреждения элементов. При этом данная технология требует большей металлоёмкости: для образования прочного узла необходимы дополнительные детали, например, стыковые накладки, что влияет на общий расход и вес металла.

Классификация болтов для строительных конструкций

Выбор конкретного типа болта определяется спецификой действующих нагрузок, требованиями к надежности и условиями работы соединения. Для металлических конструкций в строительстве используются различные разновидности болтов, каждая из которых предназначена для определённых рабочих условий и эксплуатационных характеристик.

По принципу работы и прочности

1. Обычные (срезные) болты. Это наиболее распространенный тип, который работает преимущественно на срез и смятие. Они имеют невысокую прочность и делятся по точности изготовления на болты грубой (класс C), нормальной (класс B) и повышенной (класс A) точности. Разница между диаметром болта и отверстия определяет класс точности и влияет на деформативность соединения.

2. Высокопрочные болты. Эти болты проходят термическую обработку, что значительно повышает их прочностные характеристики. Они работают на растяжение и создают в соединении силы трения между стягиваемыми элементами, которые и передают сдвигающие усилия. Такие болтовые соединения применяются в конструкциях, подверженных высоким статическим, динамическим и вибрационным нагрузкам.

3. Самонарезающие болты. Изготавливаются из термоупрочненной стали и имеют резьбовой профиль по всей длине стержня. Их ключевое преимущество — возможность монтажа с доступом только с одной стороны, что значительно упрощает установку.
4. Анкерные болты. Используются для крепления строительных конструкций, например, стальных колонн, к бетонным и железобетонным фундаментам. Они работают на передачу растягивающих усилий от колонны на основание и обычно изготавливаются из менее прочной инструментальной стали.

Класс точности болтов определяет допустимый зазор между стержнем болта и стенками отверстия в соединяемых деталях.

• Класс A (повышенная точность): зазор 0,25–0,3 мм. Соединение практически не имеет деформаций сдвига.
• Класс B (нормальная точность): зазор до 0,52 мм.
• Класс C (грубая точность): зазор может достигать 1 мм.

Области применения болтовых соединений

С момента своего появления болтовые соединения использовались задолго до повсеместного распространения сварки, во многом благодаря простоте их установки. Хотя развитие сварочных методов привело к тому, что область применения болтов постепенно сузилась, этот способ соединения по-прежнему востребован и широко используется как в строительной отрасли, так и в машиностроении, где необходимы надежные, разъемные крепления.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

• Строительство: возведение мостов, опор ЛЭП, башен сотовой связи, каркасов промышленных и общественных зданий. Особенно эффективно их применение в сборно-разборных и временных сооружениях, а также в мобильном домостроении. Высокопрочные болтовые соединения незаменимы в ответственных узлах металлических каркасов, где требуется высокая несущая способность и устойчивость.
• Машиностроение: сборка узлов и деталей подъемных кранов, крепление колес и полуосей автомобилей, соединение элементов в механизмах, работающих в условиях вибрации.

Преимущества и недостатки

Как и у любого другого типа крепления, у болтовых соединений существуют как достоинства, так и определённые недостатки.

Преимущества:

• Разъемность: возможность многократной сборки и разборки.
• Технологичность: простота монтажа, не требующего сложного оборудования и высокой квалификации рабочих, в отличие от сварки.
• Универсальность и взаимозаменяемость: стандартизированные элементы легко заменить.
• Надежность: при правильном расчете и монтаже обеспечивают высокую прочность.

Недостатки:

• Ослабление сечения: необходимость сверления отверстий уменьшает рабочую площадь сечения соединяемых элементов и создает концентрацию напряжений.
• Самоотвинчивание: при динамических и вибрационных нагрузках возможно ослабление затяжки гаек, что требует применения контргаек, пружинных шайб или других стопорящих элементов.
• Герметичность: требуют дополнительных мер по уплотнению и герметизации для защиты от коррозии и обеспечения долговечности.
• Металлоемкость: использование накладок и самого крепежа увеличивает общий вес и стоимость конструкции.