Монтаж металлических конструкций

Технологически, монтаж металлических конструкций специфичен в силу особенностей физических свойств металла. Так как металл обладает высокой прочностью, сечения металлических конструкций, будь-то колонны, балки, мембраны или стержни ферм, характеризуются небольшой но достаточной площадью поперечного сечения. Это позволяет выполнять конструкции из металла более легкими чем из железобетона. Именно поэтому металлические конструкции применяются при изготовлении большепролетных ферм (свыше 30м), оболочек, мембран, подкрановых балок, легких профильных настилов.

Изготовление габаритных конструкций из металла ставит дополнительные трудности перед монтажниками. Например, подъем и установка большепролетных конструкций возможна лишь при скоординированных действиях нескольких кранов, что само по себе является трудной задачей. Но обо всем по порядку.

Монтаж металлических конструкций ферм

Специфической проблемой при монтаже ферм является их повышенная гибкость. Это делает конструкцию фермы крайне уязвимой при подъеме и монтаже. Ферма состоит из тонких стержней, рассчитанных на перераспределение усилий от равномерной нагрузки верхнего пояса фермы при опорах на концах нижнего пояса. Вследствии больших габаритов, закрепление фермы стропами за опорные части невозможно. Поэтому напряжение в стержнях фермы при монтаже отличается от предусмотренного проектом. Поэтому для монтажа ферм практикуют следующие методы.

• Монтажное усиление фермы дополнительными стержнями. Стержни крепят таким образом, чтобы они воспринимали вес фермы от точек закрепления строп. Стропы крепятся в двух или четырех точках верхнего пояса в зависимости от пролета ферм.

• Использование плоскостной траверсы. Эта рамная конструкция фиксирует ферму по поясам, придавая ей необходимую жесткость.

Монтаж ферм выполняют после полного закрепления колонн со всеми предусмотренными проектом пространственными связями. Первую смонтированную ферму крепят расчалками. Каждую последующую крепят пространственными связями к предидущей. После монтажа и раскрепления ферм, выполняют покрытие ребристыми железобетонными плитами, укладывая их поперек ферм. Таким образом образуется жесткий диск по верхнему поясу ферм и их окончательная фиксация.

Монтаж металлических колонн

Первая трудность с которой сталкиваются при монтаже металлических колонн, это повышенные требования точности к геометрии фундаментов. Крепление металлической колонны к фундаменту осуществляется посредством анкерных болтов. Отклонение закладных от проектных положений допускается не более чем на 2мм. Если отклонение по вертикали составляет 40-50мм, опорную часть доводят до требуемого уровня с помощью металлических пластин.

Монтаж колонн ведут с помощью кранов, на весу. Предварительно, колонны раскладывают у мест монтажа. Там же, выполняют обустройство конструкции колонн приваркой креплений для закрепления подмостей, а также приваривают закладные детали и монтажные крепления.

Так как монтаж колонн выполняется с крана, важно чтобы колонна подвешивалась строго вертикально. Если колонна симметрична, то ее подвешивают за верхнюю точку. Если же не симметрична (например, крайняя двужветвевая колонна промышленного здания), для монтажа используют траверсы, позволяющие придать колонне вертикальное положение на весу.

Для предотвращения среза резьбы с анкерных болтов фундамента, на них надевают защитные колпачки. При установке колонны, ее закрепляют на анкерах, затем, выполняют контрольную выверку геодезисты, после чего, окончательно закрепляют обваркой опорной пяты к закладной детали фундамента.

Монтаж металлических конструкций подкрановых балок

Подкрановые балки пролетом до 24 м выполнены цельными, составного двутаврового сечения. Перед монтажем, они доставляются на объект и размещаются у опор смежных колонн. Монтаж подкрановых балок ведется с помощью крана. Балки с торцов заглушены толстым стальным листом, выступающим за нижнюю плоскость сечения. Этот лист устанавливается на опорный столик колонны. Окончательная выверка выполняется с помощью подкладок из листовой стали. Затем, балки скрепляются между собой болтами для образования неразрывной многопролетной конструкции воспринимающей массу движущейся кран-балки.

Если пролет подкрановой балки достигает 24 м, ее изготавливают и доставляют на стройку по частям. Части балки транспортируют к месту монтажа и производят укрупнительную сборку непосредственно под местом монтажа у основания колонн. Так как вес балки в этом случае выходит примерно 45-65 т, монтаж выполняется двумя кранами.

Так же есть технология монтажа тяжелых подкрановых балок с устройством временной промежуточной опоры. Это позволяет выполнить подъем балки по частям, а собрать ее уже на верху, в проектном положении.

Устройство сварных соединений

Стыковку металлических конструкций при монтаже выполняют на болтах или в виде сварных соединений. При этом используется ручная электродуговая сварка.

Сварка может работать от переменного или постоянного тока. Разница в том, что при использовании постоянного тока, сварной шов получается более качественным вследствии стабильности процесса сварки. Но для организации сварных работ при использовании постоянного тока, требуется более сложное и дорогое оборудование. Поэтому сварку постоянным током применяют только для соединений ответственных конструкций а также низколегированных сталей и тонколистовых конструкций, где есть опасность прожога материала. В остальных случаях используют менее дорогую электросварку на переменном токе.

Перед устройством сварных соединений, поверхность подлежащую свариванию зачищают от грязи, пыли и ржавчины. Край ширины зачищаемой поверхности должен отступать от края шва на 20-30 мм. Кроме зачистки поверхности, проверяют или при необходимости устраивают ширину зазоров стыкуемых элементов в соответствии с проектом. Также проверяют фаски и их размеры.

Расчет сварных соединений выполняют на стадии проектирования конструкций в зависимости от усилий в стыке. В результате расчета сварных швов получают величину катетов сварного шва и длину шва. Кроме того, в проекте должна быть указана последовательность устройства швов и характеристики прихваток - коротких сварных швов используемых для временной фиксации конструкций в период сборки.

П оследовательность устройства швов соблюдают указанным в проекте, так как это влияет на способность шва деформироваться под действием внутренних напряжений и ослаблять их. Возникновение чрезмерных осадочных деформаций упреждается соблюдением зазоров стыкуемых элементов при сварке.

При устройстве рабочих сварных соединений по прихваткам или при устройстве многослойных сварных швов, прихватки или предыдущие швы зачищают от шлаков, пленки и брызг металла. При выполнении двухсторонних сварных швов, корень первого шва вырубают до чистого металла и только затем выполняют второй шов.

К ачество сварных соединений зависит от параметров исходных материалов, оборудования, квалификации сварщика и от соблюдения технологии устройства сварных швов. Контроль качества сварных швов определяют несколькими критериями.

• Визуальный осмотр швов Смотрят наличие видимых деффектов - трещины, геометрия.

• Ультразвуковой контроль сварных соединений Позволяет обнаружить трещины, поры, непровар шва.

• Другие методы неразрушающего контроля сварных соединений. Наример, гамма-рентгенографирование.

Так как проверить все швы конструкций очень трудно, производят выборку некоторой части сварных соединений для контроля. Правила выбора и минимальное количество полежащих ревизии швов определено в соответствующем ГОСТе.

Следующий метод контроля сварных соединений позволяет выявить поры в шве. Для его реализации, шов обмазывают мыльным раствором, а на поверхности создают простую вакуумную камеру. При разрежении воздуха в камере, вследствии разности давлений, воздух из шва начинает просачиваться в камеру создавая пузырьки из мыльного раствора. Таким образом, обнаруживается место деффекта.

Болтовые соединения

При монтаже конструкций на болтовых соединениях, применяются болты обычной прочности и высокопрочные.

Б олты обычной прочности изготавливают трех видов - грубой, нормальной и повышенной точности. Отличия характеризуются лишь качеством изготовления, прочность материала остается неизменной. Это позволяет использовать все подвиды болтов обычной прочности взаимозаменяемо.

Высокопрочные болты используются в соединениях характеризующихся сдвигоустойчивостью, а так же в соединениях с несущими болтами.

Рассчет болтового соединения

Рассчет болтового соединения заключается в подборе оптимального количества болтов заданного диаметра, или в определении диаметра болта а также толщины стягиваемых болтом элементов. В сдвигоустойчивых соединениях болты рассчитываются на растягивающее усилие, необходимое для стягивания пакета и обеспечения достаточной величины силы трения между пластинами пакета. Эта сила трения препятствует смещению пластин, и болт работает только на растяжение.

Рассчет болтового соединения с несущими болтами предполагает работу тела болта на срез при смещении пластин, а так же работу кромок пластин на смятие. Исходя из расчета болтов на срез определя количество и диаметр болтов. Рассчитывая пластины пакета на смятие, определяется толщина пластин пакета.

Подготовка и затяжка болтовых соединений

Перед устройством болтовых соединений, скрепляемые детали подготавливают. Очищают от пыли, грязи, ржавчины, льда. Шлифуют кромки отверстий и пластин от заусенцев, чтобы пластины примыкали плотно по всей площади.

После контроля и зачистки деталей болтового соединения, производят совмещение отверстий под болты и их фиксацию. Для более точного совмещения отверстий используется проходная оправка. Это специальный стержень диаметром на 0,2 мм меньше диаметра болтового отверстия, выполненный с одной стороны в виде конуса. Проходную оправку вставляют в отверстие и забивают кувалдой. После этого совмещенное отверстие фиксируют пробкой - гладким стальным стержнем.

З атяжка болтовых соединений должна обеспечить плотность пакета. Это достигается соблюдением последовательности затяжки болтов по проекту. В большинстве случаев, болты в соединении затягивают от центра к краям. В этом случае, пластины в поцессе затяжки могут перемещаться к краям относительно друг друга. Этим достигается плотность пакета пластин.

При монтаже заводских конструкций, неизбежна разбежка между отверстиями в смежных пластинах. Поэтому, в таких конструкциях отверстия выполняются меньшего диаметра. После совмещения отверстий, они рассверливаются по месту под необходимый диаметр болтов.

Затяжку болтов выполняют специальными торировочными ключами. Они позволяют контролировать момент затяжки болтовых соединений. Ключи с трещотками устроены таким образом, что при достижении усилия момента затяжки определенного значения, срабатывает трещотка и перетяжка невозможна. В то же время, монтажник знает о том что болт затянут как нужно.

Другой тип - ключи с индикаторами. Они имеют прибор со шкалой, показывающий величину момента затяжки болта или позволяющий рассчитать эту величину на основе его показаний.