Косынки и фасонки: типы, нормы, привязка размеров

Косынки и фасонки — конструктивные пластинчатые детали металлоконструкций, обеспечивающие соединение элементов в узлах и передающие усилия между ними. Несмотря на относительно простую форму, проектирование этих элементов требует учёта характера работы узла, прочности по основному и сдвиговому сечению, устойчивости пластины при сжимающих напряжениях. В справочнике систематизированы типы косынок и фасонок, нормативные требования к толщинам и геометрии, принципы привязки отверстий и сварных швов.

Терминология: косынка, фасонка, ребро

В русскоязычной строительной практике термины часто употребляются как синонимы, но в нормативных документах различаются:

фасонка — основная пластинчатая деталь узла, к которой крепятся стержни или элементы решётки; обычно треугольной или трапециевидной формы;
косынка — частный случай фасонки с одной стороной примыкания к основному элементу, для усиления соединения;
ребро жёсткости — пластина для предотвращения местной потери устойчивости стенки или пояса; работает на поперечный изгиб без передачи продольных усилий;
накладка — пластина, перекрывающая стык двух элементов и передающая усилия через систему болтов или сварных швов.

В чертежах КМД эти детали обозначаются позициями и сопровождаются ведомостью материалов с указанием размеров, толщины, марки стали. На стадии КМ их состав ещё не детализирован, указываются только принципиальные требования.

Типы по характеру работы

По характеру работы и расположению фасонки разделяют на четыре основные категории.

Тип	Назначение	Типовое расположение
Узловая фасонка фермы	Соединение стержней решётки с поясом	В узлах ферм и решётчатых конструкций
Соединительная косынка	Передача усилий между балкой и колонной	В шарнирных и моментных узлах балка-колонна
Опорная фасонка	Восприятие реакции и передача на опорный элемент	В опорных узлах ферм, балок, связей
Связевая фасонка	Крепление связей жёсткости к каркасу	В узлах крепления крестовых и портальных связей

Каждый тип имеет свои особенности расчёта. Узловые фасонки ферм рассчитываются на продольные усилия стержней и проверяются на сдвиг и устойчивость. Соединительные косынки — на изгиб и срез от поперечных усилий. Опорные — на смятие и местную прочность под концентрированной нагрузкой.

Толщины: типовой сортамент

Фасонки изготавливают из листового проката по ГОСТ 19903 или СТБ EN 10025. Типовой ряд толщин назначается с учётом стандартных сортаментов и требований конструкции:

Применение	Толщина, мм	Марка стали
Лёгкие фермы пролётом до 18 м	6–10	С245, С255
Производственные фермы 18–36 м	10–14	С245, С345
Тяжёлые фермы и мостовые	14–25	С345, С355
Связевые узлы лёгких каркасов	6–10	С245
Соединительные косынки балка-колонна	8–14	С245, С345
Опорные узлы тяжёлых конструкций	16–40	С345, С355

Толщина фасонки выбирается из типового ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 30 мм. Промежуточные толщины (7, 9, 11) применяются редко из-за отсутствия в широкой поставке листа этих типоразмеров.

Минимальная толщина фасонки, согласующаяся с минимальным катетом сварного шва, привариваемого к ней:

при катете шва 4 мм — толщина фасонки не менее 5–6 мм;
при катете 6 мм — толщина не менее 8 мм;
при катете 8 мм — толщина не менее 10 мм;
при катете 10 мм — толщина не менее 12 мм.

Геометрия и соотношения сторон

Геометрия фасонки определяется углами сходимости стержней, требуемой длиной сварных швов и принципом устойчивости пластины. Базовые правила:

оси стержней решётки должны сходиться в одной точке на оси пояса — для исключения паразитных моментов;
стержни не должны выходить за пределы фасонки — концы стержней располагают в пределах контура с запасом 20–30 мм;
углы фасонки скругляют радиусом 30–50 мм для снижения концентрации напряжений;
длина сварных швов крепления стержня к фасонке — не менее ширины стержня, минимум 30–40 мм;
отношение свободной длины кромки фасонки к её толщине — не более 60 для предотвращения местной потери устойчивости.

Форма фасонки: чаще всего трапециевидная или ромбическая. Прямоугольная форма допустима для лёгких узлов, треугольная — для узлов с малым количеством стержней.

Привязка отверстий и сварных швов

Привязка элементов крепления к фасонке регламентирована СТБ EN 1993-1-8 и зависит от диаметра болтов или катета сварных швов.

Минимальные расстояния для болтовых отверстий:

от центра отверстия до края фасонки в направлении усилия — не менее 1,2·d₀;
от центра отверстия до края фасонки перпендикулярно усилию — не менее 1,2·d₀;
между центрами отверстий в направлении усилия — не менее 2,2·d₀;
между центрами отверстий перпендикулярно — не менее 2,4·d₀.

Где d₀ — диаметр отверстия (обычно d₀ = d + 1–2 мм, d — диаметр болта).

Максимальные расстояния также ограничены — не более 14·t (t — толщина фасонки) или 200 мм между болтами для предотвращения коробления и обеспечения герметичности.

Для сварных соединений минимальная длина шва — 30 мм или 6 катетов шва; максимальная длина не ограничивается, но для распределения усилия не превышает 150 катетов с применением соответствующих коэффициентов.

Принципы выбора толщины

Толщина фасонки определяется из четырёх критериев, и принимается максимальное значение:

прочность по основному сечению на действие усилий стержней (растяжение, сжатие);
прочность по сдвиговому сечению вдоль швов крепления стержней;
устойчивость фасонки при сжатии (при больших свободных свесах);
конструктивное условие согласования с катетом сварных швов.

Принципы выбора по характеру задачи:

в узлах с большими растягивающими усилиями → расчёт на прочность по основному сечению определяющий;
в узлах со сжатыми стержнями большой длины → проверка устойчивости фасонки на сжимающие напряжения;
в узлах с малыми усилиями и короткими стержнями → определяющим становится конструктивное условие согласования со швами;
в узлах динамически нагруженных конструкций → требуются увеличенные толщины и закругления для снижения концентрации напряжений.

Контроль прочности и устойчивости

Расчёт фасонки выполняется по нескольким направлениям:

проверка прочности по основному сечению — суммарное напряжение в наиболее загруженном направлении не должно превышать расчётного сопротивления стали;
проверка сдвига вдоль швов — касательные напряжения по сечению, проходящему через швы крепления стержня, ограничены расчётным сопротивлением на сдвиг;
проверка местной устойчивости — условная гибкость свободной кромки фасонки не должна превышать 60 для свободных свесов значительной длины;
проверка узла на хрупкое разрушение (бак-аут) — для растянутых соединений с большой шириной фасонки.

В типовых решениях с расчётом по стандартным методикам толщина 10–14 мм перекрывает большинство случаев производственных ферм и узлов. Тяжёлые мостовые и подкрановые конструкции требуют индивидуального расчёта с увеличенными запасами.

Типовые ошибки

Эксцентриситет стержней относительно оси пояса — в фасонке возникают паразитные изгибающие моменты, не учтённые в расчёте.
Недостаточная толщина фасонки в зоне крепления тяжёлых сжатых стержней — потеря устойчивости пластины с искривлением.
Малая длина сварных швов крепления стержня к фасонке — переуглубление катета шва не компенсирует короткую длину.
Слишком тонкая фасонка для применяемого катета шва — невозможность качественного выполнения сварки.
Острые углы фасонки без скругления — концентрация напряжений, риск трещинообразования при динамических нагрузках.
Сближение сварных швов разных стержней — взаимовлияние, ослабление металла фасонки между швами.
Отверстия слишком близко к краю — выход болта за край при действии нагрузки, разрыв металла.
Расположение фасонки с выходом стержней за её контур — отсутствие площади на передачу усилия по сдвиговому сечению.
Применение фасонок из неаттестованной стали или стали меньшей марки, чем у основных элементов — несогласованность работы металла под нагрузкой.

Часто задаваемые вопросы

Чем фасонка отличается от косынки? В строгом смысле фасонка — основная узловая пластина с несколькими стержнями, косынка — вспомогательная пластина для усиления соединения, обычно одной стороной примыкающая к основному элементу. В практической документации термины часто употребляют как синонимы.

Как назначается толщина фасонки в типовом проекте? Для типовых ферм пролётом 18–36 м и нагрузках производственных зданий применяют фасонки толщиной 10–12 мм. Для лёгких ферм пролётом до 18 м — 8–10 мм. Для тяжёлых ферм пролётом более 36 м — 14–20 мм.

Можно ли заменить толстую фасонку двумя тонкими? Технически да, но это не даёт экономии по металлу и существенно увеличивает трудоёмкость. Применяется только в особых случаях, например при недоступности листа нужной толщины.

Из какой стали изготавливают фасонки? Из той же марки, что и основные элементы конструкции, или из более прочной марки той же группы. Применение более слабой стали для фасонок запрещено — она становится «слабым звеном» узла.

Нужно ли скруглять углы фасонки? Для статически нагруженных конструкций — желательно, радиус 30–50 мм. Для динамически нагруженных (подкрановые, мосты) — обязательно, радиус 50–100 мм. Острые углы дают концентрацию напряжений, что особенно важно при циклических нагрузках.

Сокращения и обозначения

ТНПА — технические нормативные правовые акты;
СТБ — стандарт Беларуси;
ТКП — технический кодекс установившейся практики;
EN — европейский стандарт (Euronorm);
КМ, КМД — конструкции металлические / металлические деталированные;
d — диаметр болта;
d₀ — диаметр отверстия под болт;
t — толщина фасонки;
f_y — расчётное сопротивление стали по пределу текучести.

Материал подготовлен по действующим на дату публикации редакциям ТНПА. Применение рекомендаций должно учитывать актуальность нормативной базы и конкретные условия объекта.