7.9. Соединение стальных конструкций

Соединения деталей и элементов металлических, железобетонных и других конструкций бывают неразъемными (сварные и заклепочные) и разъемными (болтовые). Все соединения конструкций, выполняемые на строительстве, называют монтажными.

Сварные соединения. На строительстве применяют, как правило, ручную дуговую сварку с помощью стальных электродов со специаль­ным покрытием. Вещества, входящие в состав покрытий, способствуют горению электрической дуги и при плавлении образуют шлаки и газы, которые защищают расплавленный металл сварного шва от окисления. Электроды изготовляют диаметром 1,5...4,0 мм, длиной 250...450 мм. Каждому виду металла соответствует свой тип электрода с определен­ным покрытием.

Заклепочные соединения предназначены для конструкций, воспри­нимающих большие динамические нагрузки. Заклепка представляет собой круглый стержень с головкой. Стержень вводят в подготовленное отверстие в соединяемых деталях, головку прижимают поддержкой, а выступающую часть стержня ударами обжимки расплющивают, обра­зуя замыкающую головку. При этом стержень утолщается, полностью заполняет высверленное отверстие и элементы конструкции соединя­ются наглухо. Заклепки обычно изготовляют из низкоуглеродистой пластичной стали Ст2 и СтЗ.

Болтовые соединения нетрудоемки и достаточно надежны даже в особо нагруженных конструкциях. Болты для монтажных соединений изготовляют диаметром 6...24 мм с интервалом 2 мм. Завертывают их так, чтобы в теле болта создалось напряжение 150...200 МПа. При этом используются упругие свойства стали: благодаря напряжению в теле болта соединяемые элементы сжимаются очень плотно.

7.10. Цветные металлы и сплавы

Цветные металлы и сплавы на их основе производятся в значитель- -но меньших количествах, чем черные, и применяют в специальных случаях, так как стоимость их по сравнению с черными металлами высока. В основном их используют, когда требуется высокая коррози­онная стойкость, электро- и теплопроводность, повышенные декора­тивные качества, а для сплавов на основе алюминия — малый вес конструкций. Реально в строительстве находят применение сплавы меди и алюминия; большие перспективы имеют сплавы на основе титана.

Медь и сплавы на ее основе. Чистая медь — мягкий (НВ 350), пластичный металл красноватого цвета, плотностью 8960 кг/м³, отли­чающийся высокой теплопроводностью [л. = 390 Вт/(м-К)] и электро­проводностью. Прочность меди не велика — R_p = 180. ..240 МПа; температура плавления — 1080° С. Медь и ее сплавы относятся к числу металлов, известных с глубокой древности. Этому способствовало то, что медь встречалась в природе в виде самородков, а также достаточно просто выплавлялась из медных руд. Свое название медь (лат. cuprum) получила по названию острова Кипр. Медь применяют в основном в виде сплавов: латуни и бронзы.

Латуни — сплавы меди с цинком (10...40 %); хорошо поддаются прокату, штамповке и вытягиванию. Прочность и твердость более высокая, чем у меди Яр = 250...600 МПа; НВ (500...700). В строительстве латунь используют для декоративных элементов (поручни, накладки и т. п.) и для санитарно-технических устройств. В некоторых странах (например, Англии) латунные трубы, характеризующиеся теплопро­водностью и коррозионной стойкостью применяют в отопительных и водопроводных системах; такие системы отличаются очень высокой долговечностью.

Бронзы — сплавы меди с оловом (до 10 %), алюминием, свинцом и др. Их прочность почти такая же, как у меди, твердость же существенно выше— НВ (600... 1600). Бронзы обладают хорошими литейными свойствами и коррозионноустойчивы. Применяют для декоративных целей (арматура для дверей и окон и др.), в сантехнике и для специ­альных целей.

Алюминий и сплавы на его основе. Алюминий — легкий серебристый металл (плотность 2700 кг/м³) с низкой прочностью (R, = 80...100 МПа)

и твердостью (НВ 200); характеризуется высокой электро- и тепло­проводностью [X = 340 Вт/(м • К)]. Несмотря на химическую активность, алюминий стоек к атмосферной коррозии благодаря защитным свойствам оксидной пленки, образующейся на его поверхности. Алюминий в про­мышленных масштабах начали производить лишь в XX в. из-за техноло­гических трудностей производства. В чистом виде алюминий в строи­тельстве практически не применяют. Для повышения прочности, твер­дости и технологических свойств в него вводят легирующие добавки (Мп, Си, Mg, Si, Fe и др.). Основные виды алюминиевых сплавов — литейные и деформируемые.

Литейные алюминиевые сплавы (силумины) — сплавы алюминия с кремнием (до 23 %) и другими элементами, обладают высокими ли­тейными качествами; повышенной по сравнению с алюминием проч­ностью (ЛрДо 200 МПа) и твердостью [НВ = (500...700)] при достаточно высокой пластичности.

Деформируемые алюминиевые сплавы (дюралюмины) составляют около 80 % производства алюминиевых сплавов. Это большая группа разнообразных по составу сплавов с высокими механическими свой­ствами (R_p = 200...500 МПа) (табл. 7.4), но пониженной коррозионной стойкостью.

Дюралюмины легко перерабатываются прокаткой, штамповкой, прессованием и сваркой в листы, трубы и профили самой сложной формы. В строительстве эти сплавы широко применяют для изготов­ления оконных и дверных переплетов и коробок, в качестве кровель­ного материала, для наружной облицовки, зданий, для трехслойных панелей с пенопластовым или минераловатным утеплителем, алюми­ниевой фольги строительного назначения и для легких сборно-разбор­ных конструкций, используемых для павильонов различного наз­начения.

Основное достоинство алюминиевых сплавов — малый вес (плотность алюминия почти в три раза ниже плотности стали) при достаточно высокой прочности в сочетании с коррозионной стой­костью.

Отрицательными свойствами алюминиевых сплавов являются почти в три раза более низкий, чем у стали, модуль упругости (Е = =0,7 ■ 10⁵ МПа), низкая твердость и высокий коэффициент темпера­турного расширения (почти в два раза выше, чем у стали).

Титан, точнее, титановые сплавы приобретают в последнее время все большую популярность; они сочетают в себе низкую плотность (4500 кг/м³); высокую прочность (i?_p = 700...1200 МПа) и твердость (НВ > 1000) и высокую коррозионную стойкость. Из-за очень высокой стоимости и дефицитности титан в строительстве применяют только для уникальных сооружений (например, памятник космонавтам у станции метро «ВДНХ» в Москве).