Фасонка

Фасонка — это плоская или пространственная деталь (обычно стальная), предназначенная для соединения элементов строительных металлических конструкций (стержней, балок, ферм, колонн) в узлах при помощи сварки или болтовых соединений. Фасонки являются основным типом узловых соединительных элементов в решётчатых конструкциях — фермах, где они воспринимают и перераспределяют усилия от сходящихся в узле стержней. В зависимости от конструкции и способа соединения фасонки могут быть листовыми, гнутыми или штампованными, а также комбинированными.

История

Применение фасонок в металлических конструкциях связано с развитием мостостроения и промышленного строительства в XIX веке. Первые металлические фермы (например, мосты Уильяма Фэрберна и Изамбарда Кингдома Брюнеля) использовали клёпаные соединения, где роль фасонок играли массивные чугунные или стальные пластины, приклёпанные к поясам и раскосам. С переходом к сварке в начале XX века фасонки стали более лёгкими и технологичными — их начали вырезать из листового проката и приваривать к стержням. В СССР массовое применение фасонок в типовых металлических конструкциях (например, в фермах покрытий промышленных зданий) началось в 1930-е годы с разработкой унифицированных серий. Современные фасонки изготавливаются из низколегированных и углеродистых сталей с помощью плазменной, лазерной или гидроабразивной резки, что обеспечивает высокую точность геометрии.

Классификация

Фасонки классифицируют по нескольким признакам:

По конструктивному типу

• Листовые фасонки — плоские детали, вырезанные из листового проката. Наиболее распространённый тип, используется в сварных и болтовых фермах.
• Гнутые фасонки — изготавливаются гибкой листовой заготовки на вальцах или прессах. Применяются в пространственных конструкциях (например, в куполах или оболочках) для придания жёсткости узлу.
• Штампованные фасонки — производятся методом холодной или горячей штамповки. Используются в массовом производстве (например, в типовых фермах покрытий) для снижения трудоёмкости.
• Комбинированные фасонки — состоят из нескольких сваренных или склёпанных листовых элементов, образующих пространственный узел (например, в мостовых фермах).

По способу соединения

• Сварные фасонки — соединяются с элементами конструкции угловыми или стыковыми швами. Обеспечивают высокую прочность и герметичность узла.
• Болтовые фасонки — имеют отверстия под болты или высокопрочные болты. Используются в монтажных узлах, где требуется разборка или регулировка.
• Клёпаные фасонки — исторический тип, применялся в мостах и башнях до середины XX века. В современном строительстве практически не используется из-за трудоёмкости.

По расположению в узле

• Внутренние фасонки — располагаются между поясами и раскосами фермы, образуя замкнутый узел.
• Наружные фасонки — крепятся снаружи пояса, часто используются в болтовых соединениях для удобства монтажа.
• Симметричные и асимметричные — в зависимости от расположения относительно оси стержня.

Устройство и характеристики

Фасонка представляет собой плоскую деталь, форма которой определяется геометрией узла: она может быть треугольной, трапециевидной, многоугольной или сложной криволинейной. Основные параметры фасонки:

• Толщина — обычно от 4 до 40 мм, выбирается в зависимости от усилий в узле. Для типовых ферм покрытий применяют толщины 6–12 мм.
• Размеры — длина и ширина определяются количеством сходящихся стержней и размерами сварных швов или болтовых групп. Минимальные размеры ограничены требованиями к размещению крепежа.
• Материал — чаще всего углеродистые стали (Ст3, Ст3сп) или низколегированные стали (09Г2С, 15ХСНД, 10ХСНД). Для особо ответственных конструкций (мосты, крановые фермы) применяют стали повышенной прочности.
• Отверстия — для болтовых фасонок диаметр отверстий на 1–3 мм больше диаметра болта. В сварных фасонках отверстия отсутствуют.
• Фаски — на кромках фасонок часто снимают фаски для улучшения качества сварных швов и снижения концентрации напряжений.

Расчёт фасонки ведётся на прочность (по нормальным и касательным напряжениям), устойчивость (при больших сжимающих усилиях) и местную прочность (в зоне отверстий или сварных швов). В России расчёт выполняется по СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции».

Применение

Фасонки являются неотъемлемым элементом металлических конструкций в следующих областях:

• Промышленное строительство — фермы покрытий одноэтажных и многоэтажных зданий (цеха, склады, ангары). В типовых сериях (например, серия 1.460.3-14) фасонки унифицированы по размерам и форме.
• Мостостроение — узлы пролётных строений железнодорожных и автодорожных мостов. В мостовых фермах фасонки часто имеют большую толщину (до 30–40 мм) и сложную конфигурацию.
• Машиностроение — рамы и каркасы подъёмно-транспортного оборудования (краны, экскаваторы, буровые установки).
• Спортивные и выставочные сооружения — пространственные фермы покрытий (стадионы, выставочные павильоны, атриумы). Здесь фасонки могут быть гнутыми или штампованными для придания архитектурной выразительности.
• Опоры линий электропередачи (ЛЭП) — узлы решётчатых опор, где фасонки соединяют пояса и раскосы из уголков.
• Судостроение — корпусные конструкции (например, шпангоуты и стрингеры), где фасонки применяются для соединения профильного проката.

Примеры

• Ферма покрытия пролётом 24 м (типовая серия) — в узлах верхнего пояса используются фасонки толщиной 8 мм из стали Ст3сп, соединяющие пояса из двутавра № 20 и раскосы из уголков 75×75×6. Фасонка имеет форму трапеции с размерами 300×200 мм.
• Мост через реку Волга (Нижний Новгород, 1965 год) — в узлах главных ферм применены фасонки толщиной 28 мм из стали 15ХСНД, соединяющие пояса из коробчатых элементов и раскосы из швеллеров. Фасонки имеют сложную многоугольную форму с отверстиями под высокопрочные болты диаметром 24 мм.
• Кран КБ-403 (башенный кран) — в узлах стрелы используются гнутые фасонки из стали 09Г2С толщиной 6 мм, приваренные к трубам и уголкам.

Интересные факты

• В СССР в 1950-е годы были разработаны унифицированные серии фасонок для типовых ферм покрытий, что позволило значительно снизить трудоёмкость проектирования и изготовления. Эти серии (например, серия 1.460-3) до сих пор используются в проектной документации.
• В современном строительстве для снижения веса конструкций иногда применяют фасонки из алюминиевых сплавов (например, в покрытиях стадионов), но их прочность ниже стальных, что ограничивает применение.
• В мостовых фермах XIX века фасонки часто изготавливали из чугуна, что приводило к хрупким разрушениям при низких температурах. После катастрофы моста через реку Тей (1879 год) в Великобритании был введён запрет на чугунные фасонки в ответственных конструкциях.
• В России фасонки часто называют «крокодилами» из-за характерной формы с выступающими «зубьями» — отверстиями под болты или сварными швами.

Критика

Основные недостатки фасонок связаны с концентрацией напряжений в зоне сварных швов или отверстий, что может приводить к усталостным разрушениям при циклических нагрузках (например, в мостах или кранах). Для снижения этого эффекта применяют плавные переходы толщин, снятие фасок и термообработку после сварки. Также фасонки увеличивают металлоёмкость узла по сравнению с бесфасоночными соединениями (например, сварка встык или с помощью накладок), что критикуется в проектах, где требуется минимальный вес. В современной практике для особо лёгких конструкций (например, в авиастроении) фасонки заменяют на точечную сварку или клеевые соединения.

Источники

• СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции». Актуализированная редакция СНиП II-23-81*.
• Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю. И. Кудишина. — М.: Издательство АСВ, 2010.
• Беленя Е. И. Металлические конструкции. — М.: Стройиздат, 1986.
• Типовые серии строительных конструкций: серия 1.460.3-14 «Фермы покрытий пролётами 18, 24, 30 м».
• ГОСТ 26020-83 «Прокат листовой горячекатаный. Сортамент».