Połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych

Połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych: Projektowanie wg EN 1993-1-8

Prawidłowo zaprojektowane połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych stanowią fundament szybkiego i bezpiecznego montażu nośnych układów przestrzennych. Co więcej, rezygnacja ze spawania na placu budowy eliminuje ryzyko powstawania wad spawalniczych w warunkach terenowych. W efekcie cały proces realizacji inwestycji przebiega sprawniej i bez opóźnień.

Podstawowym dokumentem regulującym wymiarowanie węzłów jest norma PN-EN 1993-1-8 (Eurokod 3), dostępna w zbiorach Polskiego Komitetu Normalizacyjnego. Warto podkreślić, że norma ta precyzuje zasady weryfikacji połączeń ścinanych (kategorie A, B, C) oraz rozciąganych (kategorie D, E).

Geometria otworów a połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych

Projektując połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych, w pierwszej kolejności należy dokładnie wyznaczyć bezpieczną geometrię otworów. Przede wszystkim zachowanie minimalnych odległości od krawędzi (e₁, e₂) oraz odpowiedniej podziałki (p₁, p₂) chroni profil przed zniszczeniem bloku łączników (block tearing). Ponadto właściwy rozstaw zapobiega wyrywaniu krawędziowemu materiału.

Parametr geometryczny	Wartość minimalna	Wartość maksymalna (środowisko zwykłe)
Odległość krawędziowa w kierunku siły (e₁)	1,2 · d₀	min(4 · t + 40 mm; 8 · t)
Odległość krawędziowa poprzeczna (e₂)	1,2 · d₀	min(4 · t + 40 mm; 8 · t)
Podziałka w kierunku siły (p₁)	2,2 · d₀	min(14 · t; 200 mm)
Podziałka poprzeczna (p₂)	2,4 · d₀	min(14 · t; 200 mm)

Oznaczenia: d₀ – średnica otworu, t – grubość najcieńszego łączonego elementu.

Stany graniczne: Jak obliczać połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych?

Dla najczęściej stosowanych połączeń kategorii A (ścinanych) weryfikacja nośności sprowadza się do sprawdzenia dwóch niezależnych stanów granicznych. Z tego względu inżynier musi przeanalizować zarówno wytrzymałość samego łącznika, jak i nośność elementu stalowego.

1. Nośność śruby na ścinanie (F_v,Rd)

F_v,Rd = (α_v · f_ub · A) / γ_M2

Dla klas śrub 4.6, 5.6 oraz 8.8 (gdy płaszczyzna ścinania przechodzi przez część gwintowaną) przyjmuje się współczynnik α_v = 0,6. Z kolei dla klasy 10.9 wartość ta wynosi α_v = 0,5. Dodatkowo partialny współczynnik bezpieczeństwa materiałowego wynosi γ_M2 = 1,25.

2. Nośność profilu na docisk (F_b,Rd)

F_b,Rd = (k₁ · α_b · f_u · d · t) / γ_M2

Współczynnik α_b uwzględnia pozycję śruby (skrajna vs. pośrednia) i stanowi najmniejszą z wartości:

α_b = min(α_d ; f_ub / f_u ; 1,0)

gdzie α_d = e₁ / (3 · d₀) dla śrub skrajnych lub α_d = p₁ / (3 · d₀) – 0,25 dla śrub pośrednich. Równocześnie współczynnik k₁ odpowiada za rozkład naprężeń poprzecznych do kierunku siły.

Kształtowniki WOST S.A. a połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych

Wysoka powtarzalność wymiarowa kształtowników walcowanych na gorąco bezpośrednio przekłada się na osiowość montażu oraz równomierny docisk w węźle. Dlatego też, tworząc połączenia śrubowe w konstrukcjach stalowych z wykorzystaniem asortymentu WOST, warto pamiętać o dwóch kluczowych zasadach:

Kątowniki: Wykorzystując kątowniki równoramienne oraz kątowniki nierównoramienne, należy ściśle przestrzegać normowej linii trasowania otworów (gramatury kątownika). Jednakże umieszczenie otworów zbyt blisko zaokrąglenia wewnętrznego utrudnia prawidłowe przyłożenie podkładek i dokręcenie śrub kluczem dynamometrycznym.
Ceowniki UPN: Projektując węzły na bazie elementów takich jak ceowniki UPN, należy uwzględnić 8-procentową zbieżność wewnętrznych powierzchni pasów. W konsekwencji połączenia przechodzące przez pasy ceownika wymagają podkładek klinowych (wg DIN 434), które skutecznie eliminują szkodliwe zginanie trzpienia śruby.

Narzędzia inżynieryjne i weryfikacja węzłów śrubowych

Szybkie zestawienie masy elementów łączonych w projekcie wykonawczym umożliwia precyzyjny kalkulator wagi stali. Oprócz tego pełne parametry geometryczne oraz wskaźniki przekrojowe wyrobów zawiera oficjalny katalog wyrobów WOST S.A..

Podsumowanie kluczowych wytycznych:

Kryterium decydujące: W profilach o grubości ścianki t < 12 mm o nośności połączenia najczęściej decyduje stan graniczny docisku F_b,Rd, a nie ścinanie śruby F_v,Rd.
Tolerancje montażowe: Standardowy luz w otworach okrągłych wynosi 1 mm dla śrub M12–M14 oraz 2 mm dla śrub M16–M24.
Gwarancja jakości: Podsumowując, wytrzymałość materiałową (f_y, f_u) wyrobów WOST S.A. każdorazowo potwierdza Świadectwo Odbioru 3.1 wydawane zgodnie z normą EN 10204.