Как выбрать болтовое или сварное соединение в металлоконструкциях: плюсы и минусы

 

Соединения — это ключевой элемент любой металлоконструкции. От того, какой способ соединения выбран — сварной или болтовой — зависит не только прочность всей конструкции, но и её устойчивость к нагрузкам, срок службы, ремонтопригодность, стоимость и сроки изготовления. Оба вида соединений широко используются в гражданском, промышленном и транспортном строительстве. Однако они имеют как очевидные преимущества, так и ограничения, поэтому выбор нельзя делать произвольно.

В этой статье мы разберём, в чём заключается различие между болтовыми и сварными соединениями, где их применяют, каковы их плюсы и минусы, и на какие факторы должен опираться инженер при выборе того или иного способа соединения.

1. Что такое болтовое и сварное соединение?

1.1 Болтовое соединение

Болтовое соединение представляет собой механический способ скрепления элементов металлоконструкций при помощи болтов, гаек и шайб. Элементы конструкции предварительно подгоняются, в них сверлятся или пробиваются отверстия, после чего происходит монтаж соединения. В строительстве применяются различные типы болтов: обычные, высокопрочные, анкерные и др. Класс прочности болтов может варьироваться от 4.8 до 12.9.

Существуют соединения на болтах без предварительного натяга (обычные соединения) и с предварительным натягом (предварительно напряжённые болты), которые создают силу трения между элементами конструкции.

1.2 Сварное соединение

Сварное соединение — это способ соединения металлических элементов с помощью сварки, при которой происходит расплавление и сплавление кромок деталей. В результате получается монолитный шов, равнопрочный или близкий по прочности к основному материалу. Наиболее распространены ручная дуговая сварка (РДС), полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа (MAG/MIG), а также автоматическая под флюсом.

2. Где применяют болтовые и сварные соединения?

Болтовые соединения применяются:

  • в сборных металлоконструкциях (фермы, колонны, балки);

  • в мостах и эстакадах, особенно при транспортировке элементов на дальние расстояния;

  • в строительстве временных сооружений;

  • при монтаже конструкций в сейсмически активных районах;

  • в условиях, когда требуется возможность разборки конструкции.

Сварные соединения применяются:

  • в тяжёлых и монолитных несущих конструкциях;

  • в заводских условиях при изготовлении сложных узлов;

  • в строительстве объектов с высокими требованиями к герметичности (резервуары, трубопроводы);

  • при соединении элементов с труднодоступными поверхностями;

  • в условиях, где требуется минимальное количество стыков.

3. Преимущества болтовых соединений

3.1 Простота и скорость монтажа

Одним из ключевых плюсов болтовых соединений является их монтажопригодность. Работы могут вестись в любое время года, без привязки к погодным условиям. Болтовые соединения легко собираются и разбираются, что особенно ценно при строительстве временных объектов или при необходимости демонтажа.

3.2 Возможность заводской подготовки

Все отверстия могут быть подготовлены на заводе, а на строительной площадке остаётся только произвести сборку. Это повышает точность и снижает трудозатраты на площадке.

3.3 Контроль качества

Болтовые соединения проще проверять: можно контролировать усилие затяжки, наличие всех элементов (шайб, гаек), а также проводить повторный осмотр без разрушения конструкции.

3.4 Ремонтопригодность

Если соединение повреждено, достаточно заменить болт. При сварке такой ремонт требует резки, зачистки, повторной сварки и проверки.

4. Недостатки болтовых соединений

4.1 Ослабление сечения

Отверстия под болты ослабляют рабочее сечение элемента, особенно если болтов много. Это учитывается при расчётах: фактическая несущая способность элемента снижается.

4.2 Большая масса соединения

Болтовые соединения часто требуют дополнительных деталей: накладок, усиливающих пластин, что увеличивает массу конструкции.

4.3 Уязвимость к вибрациям

При динамических и ударных нагрузках (например, при движении транспорта) болты могут ослабляться или раскручиваться. Поэтому требуется использование контргаек, пружинных шайб или специальных шайб Nord-Lock.

4.4 Эстетические и архитектурные ограничения

Болты и монтажные отверстия часто нарушают архитектурную целостность конструкции. Это особенно критично в фасадных и видовых решениях.

5. Преимущества сварных соединений

5.1 Высокая прочность и герметичность

Сварное соединение создаёт прочный, неразъёмный узел, обеспечивая высокую жёсткость конструкции. Такие соединения незаменимы при работе с жидкостями или газами, где важна герметичность.

5.2 Отсутствие ослабления сечения

Поскольку сварка не требует отверстий, сечение конструктивных элементов сохраняется полностью, что повышает эффективность использования материала.

5.3 Эстетика и компактность

Сварные швы занимают меньше места, чем фланцы и накладки под болты. Это особенно важно при создании тонких и изящных конструкций (например, в архитектуре или дизайне интерьеров).

5.4 Высокая степень автоматизации

На заводах возможна автоматическая сварка с контролем параметров, что снижает количество дефектов и ускоряет производство.

6. Недостатки сварных соединений

6.1 Требования к квалификации и условиям работ

Сварочные работы требуют высококвалифицированных специалистов и строгого соблюдения технологий. Нарушение режима сварки может привести к образованию трещин, шлаковых включений и других дефектов.

6.2 Зависимость от погодных условий

На открытом воздухе сварку можно вести только при определённых условиях: отсутствие осадков, допустимая влажность и температура. В дождь или мороз сварка невозможна без укрытий.

6.3 Сложность контроля

Невозможно визуально определить качество шва — требуется использование УЗК, рентгенографии или капиллярного контроля. Это увеличивает стоимость технического надзора.

6.4 Невозможность разборки

Сварные соединения — неразъёмные. Их ремонт и демонтаж требует резки и повторной сварки, что может повредить элементы конструкции и потребовать дополнительных расходов.

7. Что говорит нормативная база?

В России проектирование соединений металлоконструкций регламентируется:

  • СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции";

  • ГОСТ Р 52644-2006 "Болты высокопрочные";

  • ГОСТ 14771-76 "Сварные соединения. Основные типы, конструктивные элементы и размеры";

  • ГОСТ 23118-2012 "Соединения сварные строительных стальных конструкций".

Согласно СП 16.13330, выбор типа соединения должен учитывать:

  • вид нагрузки (статическая, динамическая);

  • эксплуатационные условия;

  • возможность контроля и ремонта;

  • требования к срокам строительства;

  • экономическую эффективность.

8. Как выбрать между болтовым и сварным соединением?

Инженер должен учитывать следующие факторы:

1. Условия строительства

Если монтаж идёт в стеснённых условиях, при низких температурах или высокой влажности — предпочтительнее болтовое соединение.

2. Тип нагрузки

При постоянных нагрузках допускаются сварные соединения. При переменных, ударных — лучше болтовые, особенно с высоким преднатягом.

3. Масштаб проекта

На крупных объектах заводского изготовления (например, мосты, ангары) часто комбинируются оба типа: на заводе — сварка, на площадке — болтовое соединение узлов.

4. Скорость монтажа

Если сроки критичны, и работы ведутся в плотном графике — болты предпочтительнее.

5. Долговечность и доступность к ремонту

Если предполагается техническое обслуживание конструкции (например, мачты связи, башни), болты упрощают работы.

9. Комбинированные соединения

Современная практика проектирования всё чаще использует комбинированные решения: сварка применяется для мелких элементов на заводе, а монтаж на площадке ведётся на болтах. Это особенно актуально при строительстве ЛЭП, мостов, ангаров, а также быстровозводимых зданий.

Выбор между болтовым и сварным соединением — не вопрос вкуса, а результат инженерного анализа. Нужно учитывать эксплуатационные нагрузки, технологические возможности, условия монтажа и последующего обслуживания. Болтовые соединения — надёжны, быстры в монтаже и удобны для обслуживания. Сварные — прочны, компактны и технологичны в производстве. На практике часто используется их сочетание.

Грамотный выбор соединения — залог долговечности и безопасности конструкции

                                                               

Автор статьи: Царёв Владимир Сергеевич

Подписывайтесь на мою страницу в VK: Перейти

19.05.2025 
Просмотров: 567