При возведении различных сооружений иногда возникают ситуации, когда необходимо прикреплять различные элементы к фундаментному основанию или опорным сваям.

Обычно такое соединение осуществляется с помощью анкерных креплений.

Установка анкерных болтов в фундамент производится до заливки фундаментной основы.

Постараемся подробнее разобраться с видами и назначением подобных соединений.

Для чего предназначаются анкерные болты.

При помощи соединительных болтов железобетонное основание крепится к несущим элементам строительных сооружений. Они имеют форму металлических стержней.

На одном из концов нарезана резьба.

Описание и особенности фундаментных болтов

Другой край имеет конструкцию, которая фиксирует устройство в бетонном основании.

К основному преимуществу подобных креплений относится возможность создания соединения, обладающего высокой надёжностью.

Такие конструкции могут использоваться при возведении любых сооружений.

Разновидности болтов

При использовании данных крепёжных элементов должны соблюдаться довольно жёсткие требования. Поэтому необходимо применять изделия, соответствующие действующим строительным нормам.

Существует несколько видов подобных соединений.

Изогнутого типа. На одном конце такого изделия находится крюк. Он может иметь различную конфигурацию. Монтаж в железобетонную основу происходит до момента заливки.

С наличием специальной металлической пластины. Она присоединяется с помощью сварки или резьбовой конструкции.

У составных изделий присутствует две части, соединяющиеся с помощью муфты. Нижний конец устанавливается до заливки бетонного раствора. Верхняя часть соединяется с муфтой после того, как смесь застынет.

Съёмные конструкции имеют похожее устройство. Монтаж нижней обоймы осуществляется до начала заливки. Вкручивание верхней шпильки происходит после застывания бетона.

В изделиях прямого вида монтаж соединительного болта осуществляется в готовую бетонную основу. В конструкции предварительно бурится отверстие. Для установки анкера используется эпоксидный клей.

Изделия, имеющие конический конец довольно широко используется при анкерных креплениях. Их устанавливают в готовые основания.

Когда осуществляется закручивание шпильки, разжимная цанга расклинивается. Это не даёт сместиться крепёжным элементам и фиксирует их.

Характеристики соединительных изделий

При установке анкерных болтов в фундамент необходимо учитывать их параметрами.

На сегодняшний день выпускаются изделия, обладающие следующими характеристиками:

• Шпилька может иметь диаметр от 10 до 140 мм;
• Максимальная длина соединительного элемента не превышает 5 м;
• В процессе производства используются высококачественные сорта стали;
• Соединительные конструкции могут обладать различным классом прочности (от 4 до 13);
• Возможна дополнительная обработка анкерных болтов.

Как устанавливаются анкерные болты

Установка анкерных болтов в фундамент может осуществляться различными способами. Рассмотрим некоторые виды монтажа.

При установке металлических конструкций, соединительные элементы обычно монтируются в бетонное основание до заливки бетона. После того, как был собран арматурный каркас, производится крепление анкерных болтов.

Для этого можно использовать сварку или связку с помощью проволоки. При этом нужно следить за их вертикальностью, соблюдать необходимые расстояния между соединительными элементами и высоту над поверхностью заливки.

После фиксации изделий, верхняя резьбовая часть закрывается обычным полиэтиленом. Это необходимо для защиты резьбы от попадания бетонного раствора.

Приступать к окончательному монтажу металлических конструкций можно лишь после того, как бетон достигнет необходимой прочности.

При более простом варианте соединительные элементы устанавливаются в недавно залитый бетонный раствор. Во время установки следует контролировать уровень погружения и вертикальность изделий.

Для установки прямого анкера, в фундаментном основании бурятся отверстия определённых диаметров. Далее отверстия продуваются и очищаются от оставшихся загрязнений.

В них размещаются анкерные болты прямого типа. Образовавшиеся пустоты заполняются при помощи специального клеевого состава.

При монтаже конусных изделий, предварительно также сверлятся отверстия. В них вставляются соединительные элементы.

При выборе определённой конструкции соединения следует рассчитать величину будущей нагрузки. Нельзя экономить, покупая соединительные элементы меньших диаметров.

Лучше использовать продукцию надёжных производителей, давно зарекомендовавших себя в этом сегменте.

На каких принципах базируются анкерные соединения

Анкерный болт держится в фундаментном основании за счёт воздействия сил: склеивания, трения и упора. Силы трения образуются в результате взаимодействия материала монолита и соединительного изделия.

Они возникают в процессе распирания разжимной цанги. Силы упора воспринимаются соединительным элементом.

Они компенсируются за счёт внутренних сил сопротивления, противодействующих излому.

Силы склеивания компенсируют нагрузки, возникающие в результате внутреннего касательного напряжения, в месте где анкер контактирует с бетонным покрытием.

Использование химического соединения

Помимо соединительных конструкций, основанных на воздействии механических связей, существуют изделия, соединение которых с бетонным основанием происходит за счёт внутримолекулярных воздействий.

Они получили название химических анкеров. В состав этих элементов входит стержень из металла, имеющий резьбовую поверхность, и специальный клей, в котором он находится.

Посмотрите подробную инструкцию в видео:

Обычно для производства химических соединительных конструкций используются оцинкованные или нержавеющие стали.

В приготовленное заранее отверстие производят заливку специального клеевого состава и погружают туда болт. После того, как состав застынет, образуется надёжная связь, которая устойчива к воздействию погодных условий и защищает поверхность от коррозии.

СООРУЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

СНиП 2.09.03-85

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

бязательное АНКЕРНЫЕ БОЛТЫ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ

1. Анкерные болты (далее — болты) для крепления строительных конструкций и оборудования к бетонным и железобетонным элементам (фундаментам, силовым полам, стенам и т.п.) следует применять при расчетном температуре наружного воздуха до минус 65°С включ.

Примечание. Расчетная зимняя температуре наружного воздуха принимается как средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки в зависимости от района строительства согласно СНиП 2.01.01-82.

2. При нагреве бетона конструкций свыше 50°C, в которые заделываются болты, в расчетах должно учитываться влияние температуры на прочностные характеристики материала конструкций, болтов, подливок, клеевых составов и т.п.

Расчетные технологические температуры устанавливаются заданием на проектирование.

3. Болты, предназначенные для работы в условиях агрессивной среды и повышенной влажности, следует проектировать с учетом дополнительных требований, предъявляемых СНиП 2.03.11-85.

При наличии соответствующего обоснования допускается применение других способов закрепления оборудования на фундаментах (например, на виброгасителях, клею и др.). По конструктивному решению болты могут быть с отгибом, с анкерной плитой, прямые и конические (распорные) (табл.1).

Таблица 1

Конструкция болта	С отгибом	С анкерной плиткой		Прямой	Конический (распорный)
		глухой	съемный
Диаметр болта (по резьбе) d,мм	12-48	12-140	56-125	12-48	6-48
Эскиз
Минимальная глубина заделки H	25d	15d	30d	10d	10d(8d)*
Наименьшее расстояние между болтами	6d	8d	10d	5d	8d
Наименьшее расстояние от оси болта до грани фундамента	4d	6d	6d	5d	8d
Коэффициент нагрузки X	0,4	0,4	0,25	0,6	0,55
Коэффициент стабильности затяжки k	1,9(1,3)**	1,9(1,3)	1,5	2,5(2)	2,3(1,8)
*В скобках дана глубина заделки для болтов диаметром менее 16 мм. ** В скобках приведены значения коэффициента k для статических нагрузок.

По способу установки болты подразделяются на устанавливаемые до бетонирования элементов, в которые они заделываются (с отгибом и с анкерной плитой), и на готовые элементы, устанавливаемые в просверленные скважины (прямые и конические).

Прямые болты в скважинах закрепляются с помощью синтетического клея или виброзачеканки, а конические — с помощью разжимных цанг или цементно-песчаных смесей.

По условиям эксплуатации болты подразделяются на расчетные и конструктивные. Красчетным относятся болты, воспринимающие нагрузки, возникающие при эксплуатации строительных конструкций или работе оборудования. К конструктивным относятся болты, предусматриваемые для крепления строительных конструкций и оборудования, устойчивость которых против опрокидывания или сдвига обеспечивается собственным весом конструкции или оборудования. Конструктивные болты предназначаются для рихтовки строительных конструкций и оборудования во время их монтажа и для обеспечения стабильной работы конструкций и оборудования во время эксплуатации, а также для предотвращения их случайных смещений.

Болты с отгибом и анкерной плитой допускается применять для крепления конструкций и оборудования без ограничений.

Болты, устанавливаемые в скважины, допускается применять для крепления строительных конструкций и оборудования, не испытывающих значительных динамических нагрузок.

Для крепления несущих колонн зданий и сооружений, оборудованных мостовыми кранами, а также для высотных зданий и сооружений, ветровая нагрузка для которых является основной, не допускается применять болты, устанавливаемые в скважины, за исключением болтов с коническим концом, устанавливаемых способом вибропогружения с глубиной заделки не менее 20d..

6. Выбор марок стали для анкерных болтов следует производить по ГОСТ 24379.0-80, а их конструкций и размеров — по ГОСТ 24379.1-80.

Расчетные сопротивления металла болтов растяжению Rba следует принимать по СНиП II-23-81. Все болты должны быть затянуты на величину предварительной затяжки F, которая для статических нагрузок должна приниматься равной 0.75Р, для динамических нагрузок 1 ,1P

Для строительных конструкций затяжку болтов допускается осуществлять стандартными ручными инструментами с предельным усилием (до упора).

Площадь поперечного сечения болта (по резьбе) следует определять из условия прочности

где k0 = 1,35 — для динамических нагрузок, 1,05 — для статических нагрузок.

Для съемных болтов с анкерными плитами, устанавливаемых свободно в трубе, коэффициент k0 для динамических нагрузок принимается равным 1,15.

При действии динамических нагрузок сечение болтов, определенное по формуле(1), следует проверять на выносливость по формуле

где c — коэффициент нагрузки, принимаемый по табл.1 в зависимости от конструкции болта;

m — коэффициент, принимаемый по табл.2.

Фундаментные болты. Конструктивные указания

в зависимости от диаметра болта;

a — коэффициент, учитывающий число циклов нагружения и принимаемый по табл.3.

Таблица 2

Таблица 3

При расчете креплений строительных конструкций усилие предварительной затяжки и площадь сечения болтов следует определять как для статических нагрузок (см. табл.1), если в проекте нет специальных указаний. При групповой установке болтов для крепления оборудования значение расчетной нагрузки Рприходящейся на один болт, следует определять для наиболее нагруженного болта:

где N — расчетная продольная сила;

М — расчетный изгибающий момент;

n — общее число болтов;

у1 — расстояние от оси поворота до наиболее удаленного болта в растянутой зоне стыка;

уi — расстояние от оси поворота до i-го болта, при этом учитываются как растянутые, так и сжатые болты.

Ось поворота допускается принимать проходящей через центр тяжести опорной поверхности оборудования или башмака колонн.

13. Для сквозных стальных колонн, имеющих раздельные башмаки, значение расчетной растягивающей нагрузки, приходящейся на один болт, следует определять по формуле

P = (M — Nb)/nh (4)

где N, М — соответственно продольная сила и изгибающий момент в сквозной колонне на уровне верха фундамента;

b- расстояние от центра тяжести сечения колонны до оси сжатой ветви;

n — число болтов крепления ветви колонны;

h - расстояние между осями ветвей колонны.

Для башмаков стальных сплошных колонн значение расчетной нагрузки, приходящейся на один растянутый болт, следует определять по формуле

Р = (Rbbsx — N)/n (5)

где Rb — расчетное сопротивление бетона;

bs — ширина опорной плиты башмака;

x — высота сжатой зоны бетона под опорной плитой башмака, определяемая по СНиП 2.03.01-84 как для внецентренно сжатых элементов;

N — расчетная продольная сила в колонне;

n — число растянутых болтов, расположенных с одной стороны башмака колонны.

Усилие предварительной затяжки болтов F1 для восприятия горизонтальных (сдвигающих) усилий в плоскости опирания оборудования на фундамент определяется по формуле

где k — коэффициент стабильности затяжки принимаемый по табл.1;

Q — расчетная сдвигающая сила, действующая в опорной плоскости;

N — нормальная сила;

f — коэффициент трения, принимаемый равным 0,25;

n — число болтов.

При совместном действии вертикальных и горизонтальных (сдвигающих) сил значение усилия затяжки F0 необходимо определять по формуле

F0 = F + F1/k (7)

Сдвигающую силу Q, действующую в плоскости изгибающего момента, для сквозных стальных колонн, имеющих раздельные башмаки под ветви колонны, допускается воспринимать силой трения под сжатой ветвью колонны, удовлетворяющей условию

где обозначения те же, что в формуле (4).

Сдвигающую силу для стальных сплошных колонн, а также для сквозных колонн при действии сдвигающей силы перпендикулярно плоскости изгибающего момента (связевых колонн) допускается воспринимать силой трения от действия продольной силы и силы затяжки болтов, удовлетворяющей условию

Q Ј f(nAsaRba / 4 + N), (9)

где f — коэффициент трения, принимаемый равным 0,25;

n — число болтов для крепления сжатой ветви колонны или число сжатых болтов, расположенных с одной стороны башмака колонны сплошного сечения;

Asa — площадь сечения одного болта;

N — минимальная продольная сила, соответствующая нагрузкам, от которых определяется сдвигающая сила.

Минимальную глубину заделки болтов в бетон Н для бетона класса В12,5 и стали марки ВСтЗкп2 следует принимать по табл.1.

При других марках стали болтов или другом классе бетона по прочности на сжатие минимальную глубину заделки H0 следует определять по формуле

H0 = Hm1m2, (10)

где m1 — отношение расчетного сопротивления растяжению бетона класса В12,5 к расчетному сопротивлению бетона принятого класса. Для болтов диаметром 24 мм и более, устанавливаемых в скважины готовых фундаментов, коэффициент m1 следует принимать равным 1;

m2 — отношение расчетного сопротивления растяжению металла болтов принятой марки стали к расчетному сопротивлению стали марки ВСтЗкп2.

Для конструктивных болтов с отгибами глубину заделки в бетон допускается принимать равной 15d, для болтов с анкерными плитами – 10d, а для болтов, устанавливаемых в скважины, — 5d. Наименьшие допустимые расстояния между осями болтов и от оси крайних болтов до грани фундамента приведены в табл.1.

Расстояния между болтами, а также от оси болтов до грани фундамента допускается уменьшать на 2d при соответствующем увеличении глубины заделки болта на 5d.

Расстояние от оси болта до грани фундамента допускается уменьшать еще на один диаметр при наличии специального армирования вертикальной грани фундамента в месте установки болта.

Во всех случаях расстояние от оси болта до грани фундамента не должно быть менее 100 мм для болтов диаметром 30 мм включ., 150 мм - для болтов диаметром до 48 мм и 200 мм — для болтов диаметром более 48 мм.

Примечание. При установке спаренных болтов (например, для закрепления несущих стальных колонн зданий и сооружений) следует предусматривать общую анкерную плиту с расстоянием между отверстиями, равным проектному расстоянию между осями болтов, или устанавливать одиночные болты с разбежкой по глубине.

При анкерах из стали классов А-I и А-II: a = 4dd, b = 6dd, с = 3dd, е = 3dd ; то же, класса А-III: a = 5dd, b = 7dd, с = 3,5dd, е = 4dd (dd ¾ диаметр анкера, требуемый по расчету)

5.112 (5.14). Длина анкерных стержней закладных деталей при действии на них растягивающих сил должна быть не менее величины lап , определяемой по указаниям п. 5.44. При этом длину растянутых анкерных стержней, заделанных в растянутом бетоне или в сжатом бетоне при s bc /Rb > 0,75 или s bc / Rb < 0,25, следует определять по формуле (316), пользуясь значениями wап , D lап и lап по поз. 1а табл. 44. В остальных случаях указанные значения следует принимать по поз. 16 табл. 44 (здесь s bc - сжимающие напряжения в бетоне, действующие перпендикулярно анкерному стержню и определяемые как для упругого материала по приведенному сечению от постоянно действующих нагрузок при коэффициенте надежности по нагрузке g f = 1,0

Если часть анкера длиной а расположена в зоне с напряжениями в бетоне, удовлетворяющими условию 0,75 ³ s bc / Rb ³ 0,25, то wап определяется по формуле

где la - фактическая длина анкера. Остальные параметры табл. 44 определяются аналогичным образом.

При действии на нормальные анкерные стержни растягивающих и сдвигающих усилий правая часть формулы (316) умножается на коэффициент d3, равный:

где Qan1 , Nan1 - соответственно растягивающее и сдвигающее усилия в анкерном стержне, определяемые согласно п. 3.101.

При этом величина lan должна быть не менее минимальных величин lan согласно п. 5.44.

Для нормальных анкеров длина отсчитывается от внутренней поверхности пластин, для наклонных - от начала отгиба или торцевой кромки пластины.

5.113 (5.45). Длина анкеров закладных деталей при действии на них растягивающих сил (см. п. 3.101) может быть уменьшена при условии приварки на концах стержней анкерных пластин или устройства высаженных горячим способом анкерных головок диаметром не менее 2d - для стержней из арматуры классов А-I и А-II и не менее 3d - для стержней из арматуры класса А-III. В этих случаях длина анкерного стержня определяется расчетом на выкалывание и смятие бетона (см. пп. 3.106, 3.107 и 3.109) и принимается не менее 10d (d - диаметр анкера).

Анкерные пластины должны удовлетворять требованиям п. 5.45 а.

В том случае, если в бетоне возможно образование трещин вдоль анкеров ( s bt > Rbt ) в пределах их расчетной длины, концы анкеров должны быть усилены приваренными пластинами или высаженными головками. При этом концы анкеров следует располагать в сжатой зоне элементов. Во внецентренно растянутых элементах при расположении продольной силы между арматурой S и S’ концы анкеров следует располагать у противоположной грани элемента, заводя их за продольную арматуру.

5.114. При действии на закладную деталь прижимающего усилия часть сдвигающей силы можно передавать на бетон через упоры из полосовой стали или из арматурных коротышей (см. черт.

Черт. 129. Наименьшие расстояния между анкерами и от анкеров до края бетона

5.115. Закладные детали в легких бетонах классов В5 - В10 рекомендуется проектировать таким образом, чтобы отрывающие силы воспринимались нормальными анкерами, а сдвигающие - наклонными. Анкера закладных деталей в этих случаях рекомендуется принимать из арматурной стали периодического профиля класса А-II или из гладкой арматурной стали класса А-I диаметром не более 16 мм. На концах анкеров следует предусмотреть усиления в виде высаженных головок и приваренных пластин. Длина анкерных стержней и размеры усиления определяются по расчету на выкалывание и смятие бетона (см. пп. 3.106, 3.107 и 3.109), при этом длина анкера принимается не менее 15d, а диаметр высаженной головки - не менее 3d.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском.

Работа на сдвиг является основным видом работы болтовых со-единений. При этом обычные болты (грубой, нормальной и повы-шенной точности) работают на срез, а стенки отверстий в соединя-емых элементах — на смятие (рисунки ниже).

Болты 1 и 2-й групп при сплачивании работают на срез и смя-тие. Распределение продольной силы N, проходящей через центр тяжести соединения, между болтами принимается равномерным. Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом из условия прочности срезу, определяется по формуле

N b = R bs A b n s γ b ;

расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом на смятие:

N = R bp γ b d∑t;

при действии внешней силы, направленной параллельно продоль-ной оси болтов их работа происходит на растяжение (рисунок ниже). Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом при работе на растяжение:

Схема работы обычных болтов

а — односрсзнос соединение; 6 — двухсрсзнос соединение; в — на растяжение; 1 — плоскость среза; 2 — смятие стенок отверстий

В формулах ниже R bs , R bp , R bt — расчетные сопротивле-ния болтовых соединений срезу, смятию и растяжению (приведены в таблице); d— наружный диаметр болта; А = πd 2 / 4 — рас-четная площадь сечения стержня болта; А Ьn — площадь сечения бол-та нетто (по резьбе), таблица ниже; ∑t — наименьшая суммарная тол-щина элементов, сминаемых в одном направлении; n s — число рас-четных срезов одного болта; γ b — коэффициент условий работы соединений, принимаемый по таблице СНиП, для болтов грубой и нор-мальной точности в многоболтовом соединении γ b = 0,9, для болтов повышенной точности γ b = 1,0.

Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов

Расчетные сопротивления смятию элементов, соединяемых болтами

	Расчетное сопротив-ление, МПа, смятию элементов, соеди-няемых болтами		Временное сопротив-ление ста-ли соеди-няемых элементов, МПа	Расчетное сопротив-ление, МПа, смятию элементов, соединяе-мых болтами
	точности			точности	грубой и нормаль-ной точ-ности

Площади сечения болтов

А b см 2 А bn см 2

* Болты указанных диаметров применять не рекомендуется

Необходимое количество n болтов в соединении при действии продольной силы следует определять по формуле:

n ≥ N / γ c N bmin

где N bmin — меньшее из значений расчетных усилий для одного бол-та, вычисленных на смятие, срез, растяжение по формулам ниже; γ c — коэффициент условий работы.

Решающее значение в работе соединения на высокопрочных болтах имеют сила натяжения болта и качество поверхностей тре-ния.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой по-верхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высо-копрочным болтом (рисунок ниже), определяют по формуле

Q bn = R bn γ b A bn μ / γ h

где R bh = 0,7R bun — расчетное сопротивление растяжению высоко-прочного болта (R bun — наименьшее временное сопротивление ма-териала болта, таблице ниже); γ b — коэффициент условий работы соеди-нения, зависящий от количества болтов, необходимых для восприя-тия расчетного усилия, и принимаемый равным: 0,8 при n < 5; 0,9 при 5 ≤ n < 10; 1,0 при n ≥ 10; А bn —площадь сечения болта нетто по таблице ниже; μ — коэффициент трения, зависящий от характера обра-ботки поверхностей соединяемых элементов, принимаемый по таблице ниже; γ h — коэффициент надежности, зависящий от вида нагрузки (статическая или динамическая), способа регулирования натяжения болтов и разности номинальных диаметров отверстий и болтов, при-нимаемый по таблице ниже.

Схема работы соединения на высокопрочных болтах

Количество высокопрочных болтов в соединении при действии продольного усилия определяют по формуле:

n ≥ N / Q bh γ c k

где k — количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Натяжение высокопрочных болтов производят осевым усили-ем Р = R bh A bn (рисунок ниже).

Количество болтов по одну сторону стыка в рабочем элементе конструкции принимается, как правило, не менее двух. В стыках и узлах прикреплений (для экономии материала накладок) расстоя-ние между болтами должно быть минимальным. В слабоработающих (связующих, конструктивных) соединениях расстояние долж-но быть максимальным, чтобы уменьшить число болтов.

Механические свойства высокопрочных болтов

Диамер болтов d, мм	Нормативное временное сопротивление R bun материала болтов из сталей, МПа
	40Х «селекг»	38ХС «селект»

Коэффициенты трения и надежности для соединений на высокопрочных болтах

Способ обработки (очистки) соединяе-мых поверхностей			Коэффициент у/, при нагрузке и разности номинальных диаметров отверстий и болтов 8, мм
			динамиче-ской, при δ = 3-6; статической, при δ = 5-6	динамической, при δ=1; статической, при δ = 1-4
Пескоструйный или дробеметный двух поверхностей
То же, с консервацией металлизацией цинком или алюминием
Пескоструйный или дробеметный одной поверхности с консер-вацией полимерным клеем и посыпкой кар-борундовым порошком, стальными щетками без консервации — другой поверхности
Газопламенный двух поверхностей
Стальными щетками двух поверхностей
Без обработки

Примечание. М— регулирование натяжения по моменту закручивания; а — то же, по углу поворота гайки.

Размещение болтов в листах и прокатных профилях может быть рядовое и в шахматном порядке. Линии, проходящие по центрам отверстий, называют рисками. Расстояние между рисками вдоль уси-лия называют шагом, а поперек усилия — дорожкой (рисунок ниже).

Размещение отверстий

а — в листовом материале; б — в прокатных профилях; 1 — риски; l— шаг; е— дорожка

Минимальные расстояния между центрами болтов в стальных кон-струкциях определяются условием прочности основного металла, мак-симальные расстояния — условиями устойчивости соединяемых эле-ментов в промежутке между болтами или заклепками при сжатии.

при 375 Н/мм

б) максимальное в крайних рядах при отсутствии окаймляющих уголков при растяжении и сжатии

в) максимальное в средних рядах, а также в крайних рядах при наличии окаймляющих уголков:

при растяжении

при сжатии

2 Расстояние от центра отверстия для болта до края элемент

а) минимальное вдоль усилия:

при 375 Н/мм

при 375 Н/мм

б) то же, поперек усилия:

при обрезных кромках

при прокатных кромках

в) максимальное

г) минимальное во фрикционном соединении при любой кромке и любом направлении усилия

3 Расстояние минимальное между центрами отверстий вдоль усилия для болтов, размещаемых в шахматном порядке

Обозначения, принятые в таблице 40:

Диаметр отверстия для болта;

Толщина наиболее тонкого наружного элемента;

Расстояние поперек усилия между рядами отверстий.

Примечания

1 Диаметр отверстий следует принимать: для болтов класса точности A ; для болтов класса точности В в конструкциях опор ВЛ, ОРУ и КС мм, в остальных случаях

(1; 2 или 3 мм), где - диаметр болта.

2 В одноболтовых соединениях элементов решетки (раскосов и распорок), кроме постоянно работающих на растяжение, при толщине элементов до 6 мм из стали с пределом текучести до

375 Н/мм расстояние от края элемента до центра отверстия вдоль усилия допускается

принимать 1,35 (без допуска при изготовлении элементов в сторону уменьшения, о чем должно быть указано в проекте).

3 При размещении болтов в шахматном порядке на расстоянии, не менее указанного в поз.3,

сечение элемента следует определять с учетом ослабления его отверстиями, расположенными в одном сечении поперек усилия (не по зигзагу).

При прикреплении уголка одной полкой болтами, размещаемыми в шахматном порядке, отверстие, наиболее удаленное от его конца, следует размещать на риске, ближайшей к обушку.

Допускается крепить элементы одним болтом.

14.2.3 Болты класса точности А следует применять для соединений, в которых отверстия просверлены на проектный диаметр в собранных элементах, либо по кондукторам в отдельных элементах и деталях, либо просверлены или продавлены на меньший диаметр в отдельных деталях с последующей рассверловкой до проектного диаметра в собранных элементах.

Болты классов точности В в многоболтовых соединениях следует применять для конструкций из стали с пределом текучести до 375 Н/мм.

В соединениях, где болты работают преимущественно на растяжение, как правило, следует применять болты классов точности В или высокопрочные.

14.2.4 Болты, имеющие по длине ненарезанной части участки с различными диаметрами, не следует применять в соединениях, в которых эти болты работают на срез.

14.2.5 Резьба болта, воспринимающего сдвигающее усилие, в элементах структурных конструкций, опор линий электропередачи и открытых распределительных устройств, а также в соединениях при толщине наружного элемента до 8 мм должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм.

14.2.6 Установку шайб на болты следует выполнять согласно требованиям СНиП 3.03.01 .

В расчетных соединениях с болтами классов точности А и В (за исключением крепления вспомогательных конструкций) следует предусматривать меры против самоотвинчивания гаек (постановка пружинных шайб, вторых гаек и др.).

14.2.7 На скошенных поверхностях соединяемых деталей и элементов (внутренние грани полок двутавров и швеллеров) под головки болтов или гайки следует устанавливать косые шайбы.

14.2.8 Диаметр отверстия для болтов в элементах из проката должен соответствовать ГОСТ 24839 и примечанию 1 таблицы 40.

14.2.9 Расчетное усилие, которое может быть воспринято одним болтом, в зависимости от вида напряженного состояния следует определять по формулам:

при срезе

при смятии
при растяжении

где , , - расчетные сопротивления одноболтовых соединений;

И - площади сечений стержня болта брутто и резьбовой части нетто соответственно, принимаемые согласно таблице Г.9 приложения Г;

Число расчетных срезов одного болта;

Наружный диаметр стержня болта;

Наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении;

Коэффициент условий работы, определяемый по таблице 1;

Коэффициент условий работы болтового соединения, определяемый по таблице 41 и принимаемый не более 1,0.

Таблица 41

Характеристика			Значения		Значение
		текучести			коэффициента
		соединяемых
		элементов, Н/мм
болтового	напряженного
соединения	состояния
Одноболтовое, болт
классов точности А,
высокопрочный
		Св. 285 до 375
Многоболтовое,
болты класса
точности А
		Св. 285 до 375

Обозначения, принятые в таблице 41:

Расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия;

Расстояние вдоль усилия между центрами отверстий;

Диаметр отверстия для болта.

Примечания:

1 Для расчета многоболтового соединения на срез и смятие при болтах класса точности В, а также при высокопрочных болтах без регулируемого натяжения при всех значениях предела

текучести стали соединяемых элементов значения коэффициента следует умножать на

2 Для расчета многоболтового соединения на смятие следует принимать значение , меньшее из вычисленных при принятых значениях , , .

14.2.10 При действии на болтовое соединение силы , проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным. В этом случае количество болтов в соединении следует определять по формуле

где - наименьшее из значений или , либо значение , вычисленное согласно требованиям 14.2.9.

В случаях когда в стыке расстояние между крайними болтами вдоль сдвигающего усилия превышает 16, значение в формуле (189) следует увеличивать путем деления на

коэффициент , принимаемый равным не менее 0,75. Это требование не распространяется при действии усилия по всей длине соединения (например, в поясном соединении балки).

14.2.11 При действии на болтовое соединение момента, вызывающего сдвиг соединяемых элементов, распределение усилий на болты следует принимать пропорционально расстояниям от центра тяжести соединения до рассматриваемого болта.

Усилие в наиболее нагруженном болте не должно превышать меньшего из значений или , вычисленных согласно требованиям 14.2.9.

14.2.12 При одновременном действии на болтовое соединение силы и момента, действующих в одной плоскости и вызывающих сдвиг соединяемых элементов, болты следует проверять на равнодействующее усилие (в наиболее нагруженном болте, которое не должно превышать

меньшего из значений или , вычисленных согласно требованиям 14.2.9).

14.2.13 При одновременном действии на болтовое соединение усилий, вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду с проверкой по формуле (188), следует проверять по формуле

где и - усилия, действующие на болт, срезывающее и растягивающее соответственно;

Расчетные усилия, определяемые согласно требованиям 14.2.9.

14.2.14 В креплениях одного элемента к другому через прокладки или иные промежуточные элементы, а также в элементах с односторонней накладкой количество болтов по сравнению с расчетом следует увеличивать на 10%.

При креплениях выступающих полок уголков или швеллеров с помощью коротышей количество болтов, прикрепляющих коротыш к этой полке, по сравнению с результатом расчета следует увеличивать на 50%.

14.2.15 Фундаментные (анкерные) болты следует проверять согласно требованиям СНиП

2.09.03 .

14.3 Фрикционные соединения (на болтах с контролируемым натяжением)

14.3.1 Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять:

в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки;

в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.

14.3.2 Во фрикционных соединениях следует применять болты, гайки и шайбы согласно требованиям 5.6.

Болты следует размещать согласно требованиям таблицы 40.

14.3.3 Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле

где - расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7;

Площадь сечения болта по резьбе, принимаемая согласно таблице Г.9 приложения Г;

Коэффициент трения, принимаемый по таблице 42;

Коэффициент, принимаемый по таблице 42.

Таблица 42

	Способ обработки (очистки)	Коэффициент	Коэффициент	при контроле натяжения
	соединяемых поверхностей
			болтов по моменту закручивания при разности
			номинальных диаметров отверстий и болтов,
			мм, при нагрузке
			динамической		динамической
			статической		статической
	1 Дробеметный или
	дробеструйный двух
	поверхностей без
	консервации
	2 Газопламенный двух
	поверхностей без
	консервации
	3 Стальными щетками двух
	поверхностей без
	консервации
	4 Без обработки

Примечание - При контроле натяжения болтов по углу поворота гайки значения следует умножать на 0,9.

14.3.4 При действии на фрикционное соединение силы , вызывающей сдвиг соединяемых элементов и проходящей через центр тяжести соединения, распределение этой силы между болтами следует принимать равномерным. В этом случае количество болтов в соединении следует определять по формуле

где - расчетное усилие, определяемое по формуле (191);

Количество плоскостей трения соединяемых элементов;

Коэффициент условий работы, принимаемый по таблице 1;

Коэффициент условий работы фрикционного соединения, зависящий от количества болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным:

14.3.5 При действии на фрикционное соединение момента или силы и момента, вызывающих сдвиг соединяемых элементов, распределение усилий между болтами следует принимать согласно указаниям 14.2.11 и 14.2.12.

14.3.6 При действии на фрикционное соединение помимо силы , вызывающей сдвиг соединяемых элементов, силы , вызывающей растяжение в болтах, значение коэффициента , определяемое согласно требованиям 14.3.4, следует умножать на коэффициент , где - растягивающее усилие, приходящееся на один болт, - усилие натяжения болта, принимаемое равным .

14.3.7 Диаметр болта во фрикционном соединении следует принимать при условии ,

где - суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении, - диаметр болта.

Во фрикционных соединениях с большим количеством болтов их диаметр следует назначать возможно большим.

14.3.8 В проекте должны быть указаны марки стали и механические свойства болтов, гаек и шайб и стандарты, по которым они должны поставляться, способ обработки соединяемых

поверхностей, осевое усилие , принимаемое согласно 14.3.6.

14.3.9 При проектировании фрикционных соединений следует обеспечивать возможность свободного доступа для установки болтов, плотного стягивания пакета болтами и закручивания гаек с применением динамометрических ключей, гайковертов и др.

14.3.10 Для высокопрочных болтов по ГОСТ Р 52644 с увеличенными размерами головок и гаек

и при разности номинальных диаметров отверстия и болта не более 3 мм, а в конструкциях из

стали с временным сопротивлением не ниже 440 Н/мм - не более 4 мм допускается установка одной шайбы под гайку.

14.3.11 Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями во фрикционном соединении, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящегося на каждый болт, передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует выполнять: при подвижных, вибрационных и других динамических нагрузках - по площади сечения

нетто ; при статических нагрузках - по площади сечения брутто (при ) либо по условной площади (при ).

14.4 Поясные соединения в составных балках

14.4.1 Сварные и фрикционные поясные соединения составной двутавровой балки следует рассчитывать по формулам таблицы 43.

Таблица 43

Характер	Поясные соединения	Формулы для расчета поясных соединений в
нагрузки		составных балках
Неподвижная

Фрикционные

Подвижная

Сварные (двусторонние швы)

Фрикционные

Обозначения, принятые в таблице 43:

Сдвигающее пояс усилие на единицу длины, вызываемое поперечной силой (здесь - статический момент брутто пояса балки относительно центральной оси);

Количество угловых швов: при двусторонних швах 2, при односторонних 1;

Величины, определяемые согласно 14.3.3, 14.3.4;

Давление от сосредоточенного груза на единицу длины, определяемое с учетом требований 8.2.2 и 8.3.3 (для неподвижных грузов 1);

И - коэффициенты надежности по нагрузке, принимаемые по СП 20.13330 ;

Шаг поясных болтов;

Коэффициент, принимаемый равным: 0,4 при нагрузке по верхнему поясу балки, к которому пристрогана стенка, и 1,0 при отсутствии пристрожки стенки или при нагрузке по нижнему поясу.

При отсутствии поперечных ребер жесткости для передачи неподвижных сосредоточенных нагрузок, приложенных к верхнему поясу, а также при приложении неподвижной сосредоточенной нагрузки к нижнему поясу независимо от наличия ребер жесткости в местах приложения нагрузки поясные соединения следует рассчитывать как для подвижной нагрузки.

Сварные швы, выполненные с проваром на всю толщину стенки, следует считать равнопрочными со стенкой.

14.4.2 В балках с фрикционными поясными соединениями с многолистовыми поясными пакетами прикрепление каждого из листов за местом своего теоретического обрыва следует рассчитывать на половину усилия, которое может быть воспринято сечением листа. Прикрепление каждого листа на участке между действительным местом его обрыва и местом обрыва предыдущего листа следует рассчитывать на полное усилие, которое может быть воспринято сечением листа.

15 Дополнительные требования по проектированию некоторых видов зданий, сооружений и конструкций

15.1 Расстояния между температурными швами

Расстояния между температурными швами стальных каркасов одноэтажных зданий и сооружений не должны превышать наибольших значений , принимаемых по таблице 44.

Таблица 44

здания и сооружени	направления
Отапливаемое		вдоль блока (по
	температурными	длине здания)
		по ширине блока
Неотапливаемое		вдоль блока (по
здание и горячий	температурными	длине здания)
		по ширине блока
	от температурного шва или торца здания
	до оси ближайшей вертикальной связи
Открытая эстакада	между температурными швами вдоль
	от температурного шва или торца здания
	до оси ближайшей вертикальной связи

Примечание - При наличии между температурными швами здания или сооружения двух вертикальных связей расстояние между последними в осях не должно превышать: для зданий 40-50 м и для открытых эстакад 25-30 м, при этом для зданий и сооружений, возводимых при расчетных температурах -45 °С, должны приниматься меньшие из указанных расстояний.

При превышении более чем на 5% указанных в таблице 44 расстояний, а также при увеличении жесткости каркаса стенами или другими конструкциями в расчете следует учитывать климатические температурные воздействия, неупругие деформации конструкций и податливость узлов.

15.2 Фермы и структурные плиты покрытий

15.2.1 Оси стержней ферм и структур должны быть, как правило, центрированы во всех узлах. Центрирование стержней следует производить в сварных фермах по центрам тяжести сечений (с округлением до 5 мм), а в болтовых - по рискам уголков, ближайшим к обушку.

Смещение осей поясов ферм при изменении сечений допускается не учитывать, если оно не превышает 1,5% высоты пояса меньшего сечения.

При наличии эксцентриситетов в узлах элементы ферм и структур следует рассчитывать с учетом соответствующих изгибающих моментов.

При приложении нагрузок вне узлов ферм пояса должны быть рассчитаны на совместное действие продольных усилий и изгибающих моментов.

15.2.2 При расчете плоских ферм соединения элементов в узлах ферм допускается принимать шарнирными:

при сечениях элементов из уголков или тавров;

при двутавровых, Н-образных и трубчатых сечениях элементов, когда отношение высоты

сечения к длине элемента между узлами не превышает: 1/15 - для конструкций, эксплуатируемых в районах с расчетными температурами ниже минус 45 °С; 1/10 - для конструкций, эксплуатируемых в остальных районах.

При превышении указанных отношений следует учитывать дополнительные изгибающие моменты в элементах от жесткости узлов.

15.2.3 Расстояние между краями элементов решетки и пояса в узлах сварных ферм с фасонками следует принимать не менее (6-20) мм, но не более 80 мм (здесь - толщина фасонки, мм).

Между торцами стыкуемых элементов поясов ферм, перекрываемых накладками, следует оставлять зазор не менее 50 мм.

Фланговые сварные швы, прикрепляющие элементы решетки ферм к фасонкам, следует выводить на торец элемента на длину не менее 20 мм.

15.2.4 В узлах ферм с поясами из тавров, двутавров и одиночных уголков крепления фасонок к полкам поясов встык следует осуществлять с проваром на всю толщину фасонки. В конструкциях группы 1, а также эксплуатируемых в районах при расчетных температурах ниже минус 45 °С примыкание узловых фасонок к поясам следует выполнять согласно приложению К (таблица К.1, позиция 7).

15.2.5 При расчете узлов ферм со стержнями трубчатого и двутаврового сечения и прикреплением элементов решетки непосредственно к поясу (без фасонок) следует проверять несущую способность:

стенки пояса при местном изгибе (продавливании) в местах примыкания элементов решетки (для круглых и прямоугольных труб);

боковой стенки пояса в месте примыкания сжатого элемента решетки (для прямоугольных труб);

полок пояса на отгиб (для двутаврового сечения);

стенки пояса (для двутаврового сечения);

элементов решетки в сечении, примыкающем к поясу;

сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к поясу.

Указанные проверки приведены в приложении Л.

Кроме того, следует соблюдать требования по Z-свойствам к материалам поясов ферм (см. 13.5).

15.2.6 При пролетах ферм покрытий свыше 36 м следует предусматривать строительный подъем, равный прогибу от постоянной и длительной нормативных нагрузок. При плоских кровлях строительный подъем следует предусматривать независимо от величины пролета, принимая его равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс 1/200 пролета.

15.3 Колонны

15.3.1 Отправочные элементы сквозных колонн с решетками в двух плоскостях следует укреплять диафрагмами, располагаемыми у концов отправочного элемента.

В сквозных колоннах с соединительной решеткой в одной плоскости диафрагмы следует располагать не реже чем через 4 м.

15.3.2 В колоннах и стойках с односторонними поясными швами согласно 14.1.9 в узлах крепления связей, балок, распорок и других элементов в зоне передачи усилия следует применять двусторонние поясные швы, выходящие за контуры прикрепляемого элемента (узла) на длину 30

С каждой стороны.

15.3.3 Угловые швы, прикрепляющие фасонки соединительной решетки к колоннам внахлестку, следует назначать по расчету и располагать с двух сторон фасонки вдоль колонны в виде отдельных участков в шахматном порядке; при этом расстояние между концами таких швов не должно превышать толщину фасонки в 15 раз.

В конструкциях, возводимых в районах с расчетными температурами ниже минус 45 °С, а также при применении ручной дуговой сварки угловые сварные швы должны быть непрерывными по всей длине фасонки.

15.3.4 Монтажные стыки колонн следует выполнять с фрезерованными торцами, сваренными встык, на накладках со сварными швами или болтовыми соединениями, в том числе фрикционными. При приварке накладок сварные швы не следует доводить до стыка на 25 мм с каждой стороны. Допускается применение фланцевых соединений с передачей сжимающих усилий через плотное касание, а растягивающих - болтами.

15.3.5 В сквозных колоннах, ветви которых соединены планками, следует принимать:

ширину промежуточных планок - равной от 0,5 до 0,15 (здесь - габаритная ширина колонны в плоскости планок);

ширину концевых планок - равной от 1,3 до 1,7.

15.4 Связи

15.4.1 В каждом температурном блоке здания следует предусматривать самостоятельную систему связей.

15.4.2 Нижние пояса балок и ферм крановых путей пролетом свыше 12 м следует укреплять горизонтальными связями.

15.4.3 Вертикальные связи между основными колоннами ниже уровня балок крановых путей следует располагать по возможности в середине или около середины температурного блока; верхние вертикальные связи целесообразно располагать по торцам здания и в шагах колонн, примыкающих к температурным швам, а также в тех шагах, где расположены связи нижнего яруса.

При недостаточной жесткости ветвей колонн в продольном направлении здания допускается установка дополнительных распорок, закрепленных в узлах связей.

При двухветвевых колоннах вертикальные связи следует располагать в плоскости каждой из ветвей колонны. Ветви двухветвевых связей, как правило, следует соединять между собой соединительными решетками.

15.4.4 Система связей покрытия зависит от типа каркаса (стальной или смешанный), типа покрытия (прогонное или беспрогонное), грузоподъемности кранов и режима их работы, наличия подвесного подъемно-транспортного оборудования и подстропильных ферм.

15.4.5 В уровне нижних поясов стропильных ферм следует предусматривать поперечные горизонтальные связи в каждом пролете здания у торцов, а также у температурных швов здания.

При длине температурного блока более 144 м и при кранах большой грузоподъемности (50 т) следует предусматривать также и промежуточные поперечные горизонтальные связи примерно через каждые 60 м.

В зданиях со стальным каркасом, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 10 т

и более, и в зданиях с подстропильными фермами следует предусматривать продольные связи, располагаемые по крайним панелям нижних поясов стропильных ферм и образующие совместно с поперечными связями жесткий контур в плоскости нижних поясов ферм.

В однопролетных зданиях такого типа продольные связи по нижним поясам следует назначать вдоль обоих рядов колонн.

В многопролетных зданиях при кранах грузоподъемностью 50 т, с режимом работы 1К-6К (в соответствии с СП 20.13330 ) продольные связи, как правило, следует располагать вдоль крайних колонн и через один ряд вдоль средних колонн. В многопролетных зданиях с кранами грузоподъемностью 50 т, с режимом работы 7К-8К, а также в зданиях с перепадами высоты следует назначать более частое расположение продольных связей по нижним поясам ферм. Продольные связи по средним рядам колонн при одинаковой высоте смежных пролетов следует проектировать такими же, как и вдоль крайних рядов колонн.

В случае если гибкость в горизонтальной плоскости панелей нижних поясов ферм (см. 10.4), находящихся между двумя поперечными связевыми фермами, недостаточна, то она должна быть обеспечена постановкой растяжек, закрепленных за узлы связевых ферм.

15.4.6 По верхним поясам стропильных ферм поперечные горизонтальные связи при покрытии

с прогонами следует назначать в любом одноэтажном промышленном здании. Поперечные связевые фермы по верхним и нижним поясам рекомендуется совмещать в плане.

Верхние пояса стропильных ферм, не примыкающие непосредственно к поперечным связям, следует раскреплять в плоскости расположения этих связей распорками.

15.4.7 При наличии жесткого диска кровли в уровне верхних поясов в покрытиях без прогонов (в которых крупноразмерные железобетонные плиты приварены к верхним поясам или профилированный лист покрытия прикреплен в каждом гофре) поперечные связи по верхним поясам ферм следует устраивать только в торцах здания и у температурных швов. В остальных шагах необходимы распорки у конька и у опор стропильных ферм.

Стальные конструкции на строительной площадке почти всегда соединяются при помощи болтового соединения и у него есть много преимуществ перед другими способами соединения и прежде всего сварным соединением — это простота монтажа и контроля качества соединения.

Из недостатков можно отметить большую металлоемкость по сравнению со сварным соединением т.к. в большинстве случаев нужны накладки. Кроме того отверстие для болта ослабляет сечение.

Видов болтового соединения великое множество, но в данной статье рассмотрим классическое соединение, применяемое в строительных конструкций.

СНиП II-23-81 Стальные конструкции

СП 16.13330.2011 Стальные конструкции (Актуализированная редакция СНиП II-23-81)

СНиП 3.03.01-87 Несущие и ограждающие конструкции

СП 70.13330.2011 Несущие и ограждающие конструкции (Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87)

СТО 0031-2004 Болтовые соединения. Сортамент и области применения

СТО 0041-2004 Болтовые соединения. Проектирование и расчет

СТО 0051-2006 Болтовые соединения. Изготовление и монтаж

Виды болтовых соединений

По числу болтов: одноболтовые и многоболтовые. Думаю смысл объяснять не нужно.

По характеру передачи усилия от одного элемента к другому:

Не сдвигоустойчивые и сдвигоустойчивые (фрикционные). Чтобы понять смысл этой классификации рассмотрим как в общем случае работает болтовое соединение при работе на срез.

Как видим болт сжимает 2-е пластины и часть усилия воспринимается силами трения. Если болты сжимают пластины не достаточно сильно то происходит проскальзывание пластин и усилие Q воспринимается болтом.

Расчет не сдвигоустойчивых соединений подразумевает, что сила затяжки болтов не контролируется и вся нагрузка передается только через болт без учета возникающих сил трения. Такое соединение называют соединение без контролируемого натяжения болтов.

В сдвигоустойчивых или фрикционных соединениях используют высокопрочные болты которые затягивают пластины с такой силой, что нагрузка Q передается посредством сил трения между 2-мя пластинами. Такое соединение может быть фрикционным или фрикционно-срезным, в первом случае при расчете учитываются только силы трения, во втором учитываются силы трения и прочность болта на срез. Хотя и фрикционно-срезное соединение более экономичное, но практически его реализовать в многоболтовом соединении очень трудно — нет уверенности что все болты одновременно смогут нести нагрузку на срез, поэтому фрикционное соединение лучше рассчитывать без учета среза.

При больших сдвигающих нагрузках фрикционное соединение более предпочтительно т.к. металлоемкость данного соединения меньше.

Виды болтов по классу точности и их применение

Болты класса точности А — данные болты устанавливают в отверстия рассверленные на проектный диаметр (т.е. болт встает в отверстие без зазора). Изначально отверстия делают меньшего диаметра и поэтапно рассверливают до нужного диаметра. Диаметр отверстия в таких соединениях не должен быть больше диаметра болта больше чем на 0,3 мм. Сделать такое соединение крайне сложно, поэтому в строительных конструкциях они практически не используются.

Болты класса точности B (нормальной точности) и С (грубой точности) устанавливают в отверстия на 2-3 мм больше диаметров болтов. Разница между этими болтами заключается в погрешности диаметра болта. Для болтов класса точности B фактический диаметр может отклонится не более чем на 0,52 мм, для болтов класса точности C до 1 мм (для болтов диаметром до 30 мм).

Для строительных конструкций как правило применяют болты класса точности В т.к. в реалиях монтажа на строительной площадке добиться высокой точности практически невозможно.

Виды болтов по прочности и их применение

Для углеродистых сталей класс прочности обозначают двумя цифрами через точку.

Существуют следующие классы прочности болтов: 3.6; 3.8; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.

Первая цифра в классификации предела прочности болтов обозначает предел прочности болта при растяжении — одна единица обозначает предел прочности в 100 МПа, т.е. предел прочности болта класса прочности 9.8 равен 9х100=900 МПа (90 кг/мм²).

Вторая цифра в классификации класса прочности обозначает отношение предела текучести к пределу прочности в десятках процентов — для болта класса прочности 9.8 предел текучести равен 80% от предела прочности, т.е. предел текучести равен 900 х 0.8 = 720 МПа.

Что означают данные цифры? Давайте посмотрим на следующую диаграмму:

Здесь приведен общий случай испытания стали на растяжение. На горизонтальной оси обозначено изменение длины испытуемого образца, по вертикали — прилагаемое усилие. Как видим из диаграммы при увеличении усилия длина болта изменяется линейно только на участке от 0 до точки А, напряжение в этой точке и есть предел текучести, далее при не большом увеличении нагрузки болт растягивается уже сильнее, в точке Д болт ломается — это есть предел прочности. В строительных конструкциях необходимо обеспечить работу болтового соединения в пределах предела текучести.

Класс прочности болта должен быть указан на торцевой или боковой поверхности головки болта

Если на болтах нет маркировки, то скорее всего это болты класса прочности ниже 4.6 (их маркировка не требуется по ГОСТ). Применение болтов и гаек без маркировки запрещается согласно СНиП 3.03.01.

На высокопрочных болтах дополнительно указывается условное обозначение плавки.

Для применяемых болтов требуется применять соответствующие им классу прочности гайки: для болтов 4.6, 4.8 применяются гайки класса прочности 4, для болтов 5.6, 5.8 гайки класса прочности 5 и т.д. Можно заменить гайки одного класса прочности на более высокие (например если удобнее комплектовать на объект гайки одного класса прочности).

При работе болтов только на срез допускается применять класс прочности гаек при классе прочности болтов: 4 – при 5.6 и 5.8; 5 – при 8.8; 8 – при 10.9; 10 – при 12.9.

Для болтов из нержавеющей стали также наносится маркировка на головке болта. Класс стали — А2 или А4 и предел прочности в кг/мм² — 50, 70, 80. Например А4-80: марка стали А4, прочность 80 кг/мм²=800 МПа.

Класс прочности болтов в строительных конструкциях следует определять согласно таблице Г.3 СП 16.13330.2011

Выбор марки стали болта

Марку стали болтов следует назначать согласно таблице Г.4 СП 16.13330.2011

Подбор диаметра болта для строительных конструкций

Для соединений строительных металлических конструкций следует применять болты с шестигранной головкой нормальной точности по ГОСТ 7798 или повышенной точности по ГОСТ 7805 с крупным шагом резьбы диаметров от 12 до 48 мм классов прочности 5.6, 5.8, 8.8 и 10.9 по ГОСТ 1759.4, шестигранные гайки нормальной точности по ГОСТ 5915 или повышенной точности по ГОСТ 5927 классов прочности 5, 8 и 10 по ГОСТ 1759.5, круглые шайбы к ним по ГОСТ 11371 исполнение 1 класса точности А, а также болты, гайки и шайбы высокопрочные по ГОСТ 22353 — ГОСТ 22356 диаметров 16, 20, 22, 24, 27, 30, 36, 42 и 48 мм.

Диаметр и количество болтов подбираются так, чтобы обеспечить необходимую прочность узла.

Если через соединение не передаются значительные нагрузки, то можно использовать болты М12. Для соединения нагруженных элементов рекомендуется использовать болты от М16, для фундаментов от М20.

для болтов М12 — 40 мм;

для болтов М16 — 50 мм;

для болтов М20 — 60 мм;

для болтов М24 — 100 мм;

для болтов М27 — 140 мм.

Диаметр отверстия под болт

Для болтов класса точности А отверстия выполняют без зазора, но использовать такое соединение не рекомендуется ввиду большой сложности его изготовления. В строительных конструкциях, как правило, используют болты класса точности B.

Для болтов класса точности В диаметр отверстия можно определить по следующей таблице:

Расстояния при размещении болтов

Расстояния при размещении болтов следует принимать согласно таблице 40 СП 16.13330.2011

В стыках и узлах болты необходимо располагать ближе друг к другу, а конструктивные соединительные болты (служащие для соединения деталей без передачи значимых нагрузок) на максимальных расстояниях.

Допускается крепить детали одним болтом.

Выбор длины болта

Длину болта определяем следующим образом: складываем толщины соединяемых элементов, толщины шайб и гаек, и добавляем 0,3d (30% от диаметра болта) и далее смотрим сортамент и подбираем ближайшую длину (с округлением в большую сторону). Согласно строительным нормам болт должен выступать из гайки как минимум на один виток. Слишком длинный болт использовать не получится т.к. резьба имеется только на конце болта.

Для удобства можно воспользоваться следующей таблицей (из советского справочника)

В болтовых соединениях работающих на срез, при толщине наружного элемента до 8 мм, резьба должна находиться вне пакета соединяемых элементов; в остальных случаях резьба болта не должна входить вглубь отверстия более чем на половину толщины крайнего элемента со стороны гайки или свыше 5 мм. Если выбранная длина болта не соответствует этому требованию, то необходимо увеличить длину болта так, чтобы это требование выполнялось.

Приведем пример:

Болт работает на срез, толщина скрепляемых элементов 2х12 мм, согласно расчету принят болт диаметром 20 мм, толщина шайбы 3 мм, толщина пружинной шайбы 5 мм, толщина гайки 16 мм.

Минимальная длина болта равна: 2х12+3+5+16+0,3х20=54 мм, согласно ГОСТ 7798-70 выбираем болт М20х55. Длина нарезаной части болта составляет 46 мм, т.е. условие не удовлетворяется т.к. резьба должна входить вглубь отверстия не более чем на 5 мм, поэтому увеличиваем длину болта до 2х12+46-5=65 мм. Согласно нормам можно принять болт М20х65, но лучше использовать болт М20х70, тогда вся резьба будет вне отверстия. Пружинную шайбу можно заменить на обычную и добавить еще одну гайку (очень часто так делают т.к. применение пружинных шайб ограничено).

Мероприятия про предотвращению отвинчиванию болтов

Для того, чтобы крепление со временем не ослабло требуется использовать 2-ю гайку или стопорные шайбы, предотвращающие отвинчивание болтов и гаек. Если болт работает на растяжение, то необходимо использовать 2-ой болт.

Также есть специальные гайки со стопорным кольцом или фланцем.

Применять пружинные шайбы при овальных отверстиях запрещено.

Установка шайб

Под гайку необходимо устанавливать не более одной шайбы. Также допускается устанавливать одну шайбу под головкой болта.

Прочностной расчет болтового соединения

Болтовое соединение можно разделить на следующие категории:

1) соединение работающее на растяжение;

2) соединение работающее на срез;

3) соединение работающее на срез и растяжение;

4) фрикционное соединение (работающее на срез, но с сильным натяжением болтов)

Расчет болтового соединения, работающего на растяжение

В первом случае прочность болта проверяется по формуле 188 СП 16.13330.2011

где Nbt — несущая способность одного болта на растяжение;

Rbt — расчетное сопротивление болта на растяжение;

Расчет болтового соединения, работающего на срез

Если соединение работает на срез, то необходимо проверить 2-а условия:

расчет на срез по формуле 186 СП 16.13330.2011

где Nbs — несущая способность одного болта на срез;

Rbs — расчетное сопротивление болта на срез;

Ab — площадь сечения болта брутто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

ns — число срезов одного болта (если болт соединяет 2-е пластины, то число срезов равно одному, если 3-и, то 2-а и т.д.);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

и расчет на смятие по формуле 187 СП 16.13330.2011

где Nbp — несущая способность одного болта на смятие;

Rbp — расчетное сопротивление болта на смятие;

db — наружный диаметр стрежня болта;

∑t — наименьшая суммарная толщина соединяемых элементов, сминаемых в одном направлении (если болт соединяет 2-е пластины, то принимается толщина одной самой тонкой пластины, если болт соединяет 3 пластины, то считается сумма толщин для пластин, которые передают нагрузку в одном направлении и сравнивается с толщиной пластины, передающей нагрузку в другом направлении и берется наименьшее значение);

γb — коэффициент условия работы болтового соединения, принимаемый согласно таблице 41 СП 16.13330.2011 (но не больше 1.0)

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011.

Расчетные сопротивления болтов можно определить по таблице Г.5 СП 16.13330.2011

Расчетное сопротивление Rbp можно определить по таблице Г.6 СП 16.13330.2011

Расчетные площади сечения болтов можно определить по таблице Г.9 СП 16.13330.2011

Расчет соединения, работающего на срез и растяжение

При одновременном действии на болтовое соединение усилий,вызывающих срез и растяжение болтов, наиболее напряженный болт, наряду спроверкой по формуле (188), следует проверять по формуле 190 СП 16.13330.2011

где Ns, Nt — усилия, действующие на болт, срезывающие и растягивающие соответственно;

Nbs, Nbt — расчетные усилия, определяемые по формулам 186 и 188 СП 16.13330.2011

Расчет фрикционного соединения

Фрикционные соединения, в которых усилия передаются через трение, возникающее по соприкасающимся поверхностям соединяемых элементов вследствие натяжения высокопрочных болтов, следует применять: в конструкциях из стали с пределом текучести свыше 375 Н/мм² и непосредственно воспринимающих подвижные, вибрационные и другие динамические нагрузки; в многоболтовых соединениях, к которым предъявляются повышенные требования в отношении ограничения деформативности.

Расчетное усилие, которое может быть воспринято каждой плоскостью трения элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, следует определять по формуле 191 СП 16.13330.2011

где Rbh — расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта, определяемое согласно требованиям 6.7 СП 16.13330.2011;

Abn — площадь поперечного сечения нетто (принимается согласно таблице Г.9 СП 16.13330.2011);

μ — коэффициент трения между поверхностями соединяемых деталей (принимается по таблице 42 СП 16.13330.2011);

γh — коэффициент, принимаемый по таблице 42 СП 16.13330.2011

Количество необходимых болтов для фрикционного соединения можно определить по формуле 192 СП 16.13330.2011

где n — требуемое количество болтов;

Qbh — расчетное усилие, которое воспринимает один болт (расчитывается по формуле 191 СП 16.13330.2011, расписано чуть выше);

к — количество плоскостей трения соединяемых элементов (обычно 2-а элемента соединяют через 2-е накладные пластины, расположенные с разных сторон, в этом случае к=2);

γc — коэффициент условия работы, принимаемый согласно таблице 1 СП 16.13330.2011;

γb — коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от количества болтов, требуемых для восприятия усилия и принимаемый равным:

0,8 при n < 5;

0,9 при 5 ≤ n < 10;

1,0 при n ≤ 10.

Обозначение болтового соединения на чертежах

Для обмера деталей необходимо приобрести навыки в пользовании измерительными инструментами.

При обмере деталей приходится измерять: 1) диаметральные размеры, 2) толщины, 3) расстояния между отверстиями, 4) криволинейные контуры.

Измерение линейных размеров. Для определения линейных разме­ров детали пользуются стальным метром или стальной линейкой, штанген­циркулем, глубиномером и др.

На фиг. 222 приведён пример обмера пустотелого цилиндра. Сталь­ной линейкой измерена высота стакана H и глубина h. Измерения вели­чины H и h позволяют определить толщину донышка b, которая равна разности H - h = b = 8 мм

При необходимости сделать более точные замеры следовало бы измерения произвести штангенциркулем и глубиномером.

Измерение диаметральных размеров. Измерение внутренних и наружных размеров детали производится при помощи нутромера и крон­циркуля. Нутромером измеряются внутренние поперечные, а кронцир­кулем-наружные размеры. На главном виде (фиг. 222) показан приём измерения внутреннего диаметра стакана d 1 , а на плане-приём измерения наружного диаметра D. Измеренные таким образом размеры переносятся на стальную линейку. Если взять разность этих измерений и разделить пополам, то получим толщину стенки стакана b 0 , равную (D - d 1)/2.

Для более точных измерений диаметров применяется штангенциркуль или штихмас.

Измерение толщины стенок. Толщина стенок для полых деталей может быть определена так, как показано на фиг. 222. Толщина стенок может быть измерена и кронциркулем 3.

В тех случаях, когда измерить толщину стенки этим способом невозможно, так как кронциркуль нельзя вынуть без раскрытия ножек, пользуются линейкой (фиг. 223).

Определение расстояния от опорной поверхности до центра отверстия. Для того чтобы определить расстояние h 2 от опорной поверх­ности стакана до центра отверстия диаметра d, прикладывают линейку так, чтобы её кромка с делениями заняла положение, отмеченное циф­рой 1 (фиг. 222). Затем по линейке делают отсчёт h 1 . Тогда центр отверстия будет на высоте h 2 = h 1 +d/2 , при этом имеется в виду, что диаметр отверстия d измерен был раньше.

Расстояние до центра отверстия можно определить: 1) с помощью линейки и 2) с помощью кронциркуля и линейки (фиг. 223).

1- й способ. Прикладывают линейку 3 вдоль вертикальной оси фланца и делают отсчёты: h 1 = 34 мм и h = 86 мм.

h 0 = (h 1 + h)/2 = 60 мм.

2- й способ. Прикладывают линейку, как и в первом способе. Отсчитывают h 1 = 34 мм. Кронциркулем З измеряют диаметр фланца D = 52 мм.

h 0 = h 1 + D/2 = 60 мм.

Для этой же фигуры приведён пример определения вылета фланца (размера l 0).

Вылет фланца определяется так же, как и расстояние центра отверстия до опорной поверхности.

l 0 = (l 1 + l)/2 = (18 + 78)/2 = 48 мм.

Определение расстояния между центрами отверстий . Отверстия на деталях могут быть расположены в один ряд, параллельными рядами, в шахматном порядке, по окружностям и т. д.

Пример 1 (фиг. 224). Для определения расстояния между цент­рами двух отверстий одинакового диаметра пользуются нутромером, линейкой или штангенциркулем. На этой фигуре показаны приёмы изме­рения нутромером и линейкой.

Нутромер устанавливается так, как это показано на главном виде, затем его вынимают, прикладывают к линейке с делениями я отсчиты­вают измеренное расстояние. Это расстояние, обозначенное на чертеже размером l = l 0 , и будет искомым расстоянием между центрами этих

отверстий. Можно определить расстояние между центрами при помощи линейки. В этом случае линейку прикладывают так, как это показано на плане. Размер l 0 , показывающий рас­стояние между кромками отверстий, и будет искомым расстоянием, т. е. l 0 = l. На фиг. 223 приведён пример измерения расстояний между центрами отверстий, расположенных на квадратном фланце.

Для более точного измерения расстояния между центрами следует при­менить штангенциркуль или специальный штихмас.

П p и м e p 2. Определить расстояние между центрами двух отверстий разного диаметра: d = 20 мм и d 1 = 8 мм (фиг. 225).

Расстояние между центрами можно определить при помощи нутромера или линейки. Измеряют расстояние между кромками отверстий l 1 или l 2 . Резуль­таты в обоих случаях будут одинако­выми.

Для первого положения нутромера расстояние между центрами равняется

l = l 1 + (d - d 1)/2 = 36 + (20 - 8)2 = 42 мм.

Для второго положения

l = l 2 - (d - d 1)/2 = 48 - (20 - 8)2 = 42 мм.

П p и м e p 3. Определить диаметр окружности центров отверстий, расположенных на круглом фланце для чётного и нечётного числа отверстий (фиг. 226).

Для того чтобы определить диаметр окружности центров при чётном числе отверстий, надо произвести измерения диаметрально противо­положных отверстий между точками а и b, с и e. Полученные величины

ab = l 1 и се = l 2 надо просуммировать и разделить на число измерений n, т. е.

Что определит средне-

арифметический диаметр цен­тров отверстий. Измере­ние можно производить ли­нейкой, нутромером и для более точных измерений штангенциркулем.

При нечётном числе от­верстий измерения произво­дятся между диаметрально противоположными точками а и b = l 1 с и e = l 2 , f и k = l 3 и т. д.

Суммируя измеренные величины l 1 , l 2 , l 3 и разделив сумму на число

измерений, получим среднеарифметическую величину L=El/n.Радиус окружности центров отверстий определяется из формулы

R = L - (d-d1)/2

R = L - (d - d1)/2

Измерение криволинейных очертаний деталей . Вычерчивание дета­лей с кривыми поверхностями выполняется дугами окружностей или по точкам при помощи лекала.

Пример 1. На фиг. 227 изображена часть детали, представляющей собой тело вращения, очертание которой составлено из дуг окруж­ностей.

На практике радиусы этих дуг можно определить при помощи свинцовой пластинки толщиной 1 -1,5 мм и шириной 8-10 мм. Прикла­дывая пластинку к детали и согнув её по кривой так, как это показано на фиг. 227, накладываем затем

согнутую пластинку на бумагу и очерчиваем карандашом. На полученной кривой находим центры и радиусы сопряжений.

Пример 2 . Сложные очертания плоской части де­тали вычерчиваются по отпе­чатку на бумаге этого очер­тания. Для этого накладывают на деталь кусок бумаги и об­жимают её по контуру кривой так, чтобы на бумаге чётко вырисовалась кривая контура, а затем, так же как и в пре­дыдущем примере, определяют центры и радиусы кривых.

Пример 3. Иногда встречаются такие детали, выявление кривизны очертания которых приведёнными способами встречает затруднения. В таких случаях прибегают к определению координат ряда точек детали.

Например, для того чтобы построить наружное очертание детали (фиг. 220), её устанавливают на разметочную плиту и с помощью рейс­маса проводят на поверхности ряд окружностей, при этом каждый раз измеряют высоту установки острия чертилки и диаметр окружности, очерченной этой чертилкой. Результаты измерения сводятся в таблицу, по данным которой легко можно построить очертание детали.

Предельные измерительные инструменты . Производство машин, как уже отмечалось выше, требует взаимозаменяемости деталей. Поэтому на заводах, изготовляющих такие детали, введён строгий контроль всех размеров. Контроль размеров осуществляется спе­циальными контрольными инструментами: предельными скобами, предельными пробками, конусными калибрами, шаблонами и т. п.

Предельные скобы бывают односторонние (фиг. 228, а) и двусторонние (фиг. 228,б). В двусторонней скобе одна сторона соответствует верхнему предельному размеру диаметра де­тали и является проходной, а дру­гая - непроходная или, как её ещё называют, браковочная, соответ­ствует нижнему предельному раз­меру детали.

Деталь считается годной в том случае, когда проходная сторона скобы при измерении проходит без усилия по диаметру вала, а другая - бра­ковочная сторона - не проходит.

Предельные пробки. Предельные пробки бывают односторонние и двусторонние. Они служат для кон­троля цилиндрических отверстий. В двусторонних проб­ках (фиг. 229) различают проходную и непроходную (браковочную) стороны.

Диаметр проходной стороны (конца) пробки соответствует нижнему предельному размеру отверстия, а браковочной-верхнему предельному размеру измеряемого отверстия. Браковочный конец, в отличие от про­ходного, делают по длине короче.

Деталь считается годной в том случае, когда проходной конец пробки входит в отверстие без усилия, а непроходной не входит.

Конусные калибры. Для проверки конусности изделия, кроме уни­версальных измерительных средств, применяются нормальные и предель­ные калибры. Для проверки наружного конуса применяется конусное кольцо. Проверка нормальным кольцом делается так: проводятся мягким карандашом на поверхности конуса вдоль его оси две риски так, чтобы расстояние между ними было не менее четверти окружности конуса. Затем осторожно вводят конус в конусное кольцо и, слегка повернув несколько раз, вынимают для осмотра. Если обе риски на всём протя­жении будут размазаны, то угол конуса изделия равен углу калибра. Если же риски размазаны лишь на отдельных участках, - угол изделия не совпадает с углом калибра.

Часто нормальные калибры снабжаются срезом (фиг. 230, а). В этом случае на плоскости среза конусного кольца проходят две риски, за пределы которых не должны выходить, например, линии проточки детали.

Чтобы проверить предельным калибром коническое отверстие, на поверхности калибра делают две кольцевые риски (фиг. 230, б). Если отверстие детали имеет одинаковый угол с калибром, то калибр не дол­жен входить дальше второй риски и ближе первой.

Конусные калибры повышенной точности используются для установки плоских регулируемых втулок.

Изделия, имеющие коническую поверхность, как правило, прове­ряются по соответствующим калибрам на краску.

Шаблоны. При помощи шаблонов производится проверка правиль­ности очертаний детали, углов, радиусов и других элементов.