Конструирование и расчет стержня и решетки сквозной центрально сжатой колонны.

Стержень сквозной колонны состоит из ветвей, связанных между собой решетками. Сквозная колонна несколько экономичнее по расходу металла сплошной, но более трудоемка в изготовлении. Стержень сквозной колонны может иметь две, три или четыре ветви. Между ветвями необходимо обеспечивать зазор (в свету 100¸150 мм) для возможности последующей окраски.

Для расчета ось, пересекающую ветви сечения, называют материальной, а ось, параллельную ветвям – свободной.

Решетка сквозных, центрально сжатых колонн воспринимает поперечные силы от случайных эксцентриситетов и бывает двух типов: раскосная и безраскосная (в виде планок).

Раскосная решетка является более жесткой, чем безраскосная, так как первая образует в плоскости грани колонны ферму, но более трудоемка в изготовлении. Безраскосную решетку применяют в колоннах с расчетной нагрузкой до 2.0¸2.5 МН, свыше

– рекомендуется раскосная решетка. Однако раскосную решетку можно применять и при малых нагрузках.

Для сохранения неизменяемости контура поперечного сечения ветви колонны соединяют поперечными диафрагмами (в виде листа) через 3-4 м по высоте, но обязательно не менее двух на один отправочный элемент.

Решетка колонны, обеспечивая совместную работу стержня, увеличивает гибкость колонны в сравнении со сплошной колонной вследствие своей деформативности. Гибкость сквозной колонны, называемая приведенной, зависит от типа сечения колонны, типа и сечений элементов решетки (табл.7, СНиП П- 23-81*). Например, приведенная гибкость колонны из двух ветвей с решеткой в виде планок определяется по формуле:

; (7.10)

с раскосной решеткой по формуле:

(7.11)

где l_y - гибкость стержня колонны относительно свободной оси;

l₁ – гибкость ветви относительно собственной оси, параллельной свободной оси;

А – площадь двух ветвей; А_d1 – площадь сечения раскосов.

Подбор сечения сквозной колонны начинают с расчета на устойчивость относительно материальной оси (для колонн из двух ветвей), определяя требуемую площадь сечения колонны по формуле:

 

(7.12)

 

где j - коэффициент продольного изгиба определяется по гибкости, величиной которой предварительно задаются:

при N£1.5 МН l_х=90¸60; при N до 3.0 МН l_х =40¸60.

Затем определяется требуемый радиус инерции

По сортаменту подбирают соответствующий профиль (с учетом А_тр и i_тр). Делают проверку на устойчивость относительно материальной оси; уточняют сечение, если это необходимо.

(7.13)

На следующем этапе расчета определяют расстояние между ветвями из условия равно устойчивости колонны:

(7.14)

В колоннах с планками рекомендуется задаваться величиной гибкости ветви

Затем определяется

Необходимо, чтобы так как в противном случае возможна потеря несущей способности ветви ранее потери устойчивости колонны в целом. Определив значение l_y, находят соответствующий радиус инерции

Расстояние между ветвями определяется из соотношения:

отсюда - расстояние между ветвями;

a₂ – коэффициент, зависящий от типа сечения ветвей (Рис.5.2, c.118, / 3 /). Например, для ветвей из прокатных двутавров a₂=0.52; для ветвей из прокатных швеллеров полками внутрь сечения a₂=0.44; полками наружу a₂=0.6.

При раскосной решетке необходимо задаться сечением раскоса и габаритными размерами решетки (а, b, l) (Рис.2, СНиП П-23-81*). Далее находят значение и определяют расстояние между ветвями как в колоннах с планками. После подбора сечения проверяют колонну на устойчивость относительно свободной оси.

В колоннах с раскосной решеткой гибкость отдельных ветвей между узлами должна быть не более 80 и не должна превышать стержня в целом.

Расчет соединительных элементов сквозной, центрально сжатой колонны должен выполняться на условную (фиктивную) поперечную силу:

, (7.15)

где N – продольное усилие в колонне,

j - коэффициент продольного изгиба, принимаемый для сквозного стержня в плоскости соединительных элементов;

Q_fic распределяется поровну между двумя системами решеток.

При расчете трехгранных стержней Q_fic, приходящаяся на систему соединительных элементов, расположенных в одной плоскости, должна приниматься равной:

где Q_s – условная поперечная сила, приходящаяся на одну грань стержня.

Расчет планок их сварных швов должен выполняться как расчет безраскосных ферм и заключается в проверке сечения планок и сварных швов на совместное действие изгибающего момента и поперечной силы (Мs, Qs).

Расстояние между планками

Планки работают на изгиб от перерезывающей силы Т_s, определяемой из условия равновесия вырезанного узла колонны:

(7.16)

где С – расстояние между осями ветвей.

Проверка планки на изгиб:

(7.17)

где

Учитывая, что вывод формулы приведенной гибкости основан на наличии жестких

планок, ширину планки d_пл не следует принимать слишком малой; рекомендуется принимать d_пл=(0.50¸0.75)b;

где b – ширина колонны в плоскости планок.

В месте прикрепления планок к ветвям действуют поперечная сила T_s и изгибающий момент М_s.

Наибольшие напряжения от момента в сварном шве определяются по формуле:

Напряжение от перерезывающей силы T_s в шве:

(7.18)

Общее напряжение в шве:

(7.19)

Расчет раскосной решетки должен выполняться, как расчет решеток ферм, т.е. на осевые усилия.

Проверка раскоса на устойчивость:

( = 0.75). (7.20)

 

Лекция № 8. Тема: "Конструкции покрытия и кровли. Компоновка конструкций ферм и область их применения в строительных конструкциях " – 2ч.

Покрытие производственного здания состоит из кровельных (ограждающих) конструкций, несущих элементов (прогонов, ферм, фонарей), на которые опирается кровля. Размер панели верхнего пояса фермы назначают с учетом ширины стандартных плит покрытия (1.5 или 3м), чтобы усилия в местах опирания плит покрытия передавались в центр узла решетки фермы. В противном случае верхний пояс будет работать на сжатие с изгибом.

Покрытие может быть выполнено с применением прогонов или без них. Прогоны устанавливают между стропильными фермами на узлы решетки верхнего пояса с шагом 1.5 – 4м. По ним укладывают мелкоразмерные кровельные плиты, листы, настилы. Во втором случае непосредственно на стропильные фермы укладывают крупноразмерные плиты или панели шириной 1.5 или 3м и длиной 6 или 12м, совмещающие функции несущих и ограждающих конструкций. Выбор конструкции кровли производится на основании технико-экономического сравнения различных вариантов с учетом технологических и экономических факторов. При шаге ферм 4м профнастил может непосредственно опираться на фермы. В этом случае верхний пояс фермы работает на сжатие с изгибом. При шаге стропильных ферм 12м и более применяют решетчатые (сквозные) прогоны / 1, с. 315-316 /.

Для обеспечения пространственной неизменяемости, жесткости и устойчивости всего покрытия и его отдельных элементов используются связи / 1, с.214-215, с. 274-279 /.

В случае выполнения покрытия без прогонов с применением профнастила за основу неизменяемости покрытия в горизонтальной плоскости принят сплошной диск, образованный профилированным настилом, закрепленным на верхних поясах ферм. Настил развязывает верхние пояса ферм из плоскости по всей длине и воспринимает все горизонтальные силы, передающиеся на покрытие.

Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных, гражданских и общественных зданий, ангаров, вокзалов, складов и т.д. Из ферм выполняются основные несущие конструкции крупнопролетных мостов, радиобашен, мачт, антен, ЛЭП и др. конструкций. Фермы по сравнению со сплошными балками экономичны по затрате металла, они просты в изготовлении, им легко придать любое очертание, требуемое условиями технологии, работы под нагрузкой или архитектурными соображениями. В практике находят применение, начиная от легких конструкций и кончая тяжелыми фермами, стержни которых составлены из нескольких элементов крупной профильной или листовой стали. Наибольшее применение находят разрезные балочные фермы, как самые простые в изготовлении и монтаже. Неразрезные и консольные балочные фермы рациональны при большой собственной массе конструкций. Кроме того неразрезные фермы более жестки и могут иметь меньшую высоту. Башни и мачты представляют собой вертикальные консольные системы ферм. Промежуточной системой между фермой исплошной балкой является комбинированная система. Такие системы просты в изготовлении и рациональны в тяжелых конструкциях, также при расчете на подвижные нагрузки. Эффективность ферм и комбинированных систем можно значительно повысить, создав в них предварительное напряжение.

Основные геометрические размеры ферм. Пролет фермы в большинстве случаев определяется эксплуатационными требованиями и обще компоновочным решением здания. Если пролет фермы не диктуется технологическими требованиями он должен назначаться на основе экономических соображений с тем, чтобы суммарная стоимость ферм и опор была наименьшей. Высота ферм, если нет конструктивных ограничений, назначается из условия наименьшей массы. Чем больше высота фермы, тем меньше усилия в поясах и они легче; решетка (раскосы и стойки) фермы при этом имеют большую длину, следовательно, тяжелее. Ищется компромиссное решение. По условиям провозного габарита высота фермы(отправочного элемента) не должна превышать 3.85 м между крайними точками выступающих элементов. Кроме того, возможная наименьшая высота фермы определяется из условия проверки её на жёсткость (2-ая группа предельных состояний).

Для отапливаемых и не отапливаемых зданий с унифицированными пролетами до 36 м с покрытиями из железобетонных плит, стального профилированного настила, волнистых асбестоцементных листов и т. д. разработаны серии типовых проектов ферм.

Основным типом стропильных конструкций являются фермы с параллельными поясами (уклон 1,5%). Высота ферм по наружным граням поясов принята: для пролетов 30 и 36м - 3150мм; для меньших пролетов (18, 24м) – 2250мм. Высота ферм по осям поясов из круглых труб равна 2900мм, из замкнутых гнутых сварных профилей –1840мм. Схемы типовых ферм для покрытий с уклоном кровли 1,5% приведены на рис. 13.12, с.318 / 1 /.

Типы сечений элементов ферм. До последнего времени основным типом сечения элементов ферм были парные уголки. Однако, такое решение имеет ряд недостатков:

1) нерациональность сечений при работе на сжатие и большое число соединительных элементов (прокладок, фасонок), что увеличивает расход стали;

2) большой объем сварки и мелких деталей усложняет изготовление и затраты;

3) наличие зазоров годы в покрытиях промзданий находят более рациональные конструктивные решения ферм, обеспечивающие снижение массы и трудоемкости изготовления и монтажа металлических конструкций. К таким решениям относятся фермы из круглых труб и прямоугольных гнутых сварных профилей, фермы с поясами из двутавров и решеткой из замкнутых гнутых сварных профилей, фермы с поясами из тавров и треугольной решеткой из уголков. Интересным конструктивным решением является ферма с поясами из широкополочных тавров и перекрестной решеткой из одиночных уголков. Крепление уголков в узлах с разных сторон пояса позволяет во многих случаях обойтись без фасонок, что снижает расход стали и упрощает изготовление. При конструировании фермы разбивают на отправочные марки. Длина отправочной марки определяется условиями транспортирования. До 18 м ферму обычно транспортируют целиком, а при большем пролете разбивают на две или три отправочных марки. Для сокращения транспортных расходов разработаны конструкции ферм покрытий с узлами на высокопрочных болтах. Такие конструкции поставляются '' россыпью ''.

 

Лекция № 9. Тема: "Расчет стропильных ферм "

Кровлю по фермам обычно конструируют таким образом, чтобы нагрузка на ферму была узловой. Если оказывается нагрузка внеузловой, необходимо учитывать дополнительно местный изгиб пояса. На внеузловую нагрузку пояс рекомендуется рассчитывать как неразрезную балку. Полученные при этом моменты увеличивают на 20% за счет податливости узлов пояса (или приближенно по формулам / 1 /).

Усилия в элементах фермы определяют обычно аналитическими или графическими способами от каждого вида нагрузки отдельно (постоянной, полезной, атмосферной), а затем определяют расчетные усилия, по которым подбирают сечения стержней.

Постоянная нагрузка на узел определяется по формуле:

, (9.1)

где – собственный вес фермы в кН на 1 м² горизонтальной кровли;

– собственный вес кровли;

- угол наклона пояса к горизонту;

– расстояние между фермами (шаг ферм);

и – длины примыкающих к узлу панелей.

В отдельных узлах прибавляется нагрузка от веса фонаря.

Снеговая нагрузка на узел фермы:

(9.2)

где – вес снегового покрова на 1 м² горизонтальной проекции кровли с учетом возможного неравномерного распределения около фонарей;

(1.4 или 1.6)- коэффициент надежности для снеговой нагрузки (п.5.7, / 7 /).

Усилия от подвешенных к фермам тельферов или кран-балок определяют по линиям влияния. Давление ветра учитывают только на вертикальные поверхности, а также на поверхности с углом наклона к горизонту более 30⁰.

Фермы под легкую кровлю, независимо от угла наклона верхнего пояса, должны быть проверены на ветровой отсос.

В качестве расчетной схемы фермы принимают идеально шарнирную схему, стержни которой расположены в одной плоскости и пересекаются в узле в одной точке. Стержни такой системы при узловой нагрузке воспринимают только осевые усилия. Введение шарниров в узлах возможно только при расчете ферм с элементами из уголков или тавров. При двутавровых Н-образных и трубчатых сечениях элементов расчет ферм по шарнирной схеме допускается, когда отношение высоты сечения к длинам соответствующих элементов превышает: 0.1 – для конструкций, эксплуатируемых во всех климатических районах, кроме I₁, I₂, П₂ и П₃; 0.67 – в районах кроме I₁, I₂, П₂ и П₃. Учет жесткости узлов в фермах разрешается производить приближенными методами.

В стержнях фермы возникают напряжения от моментов в результате неполного центрирования стержней в местах стыков. Их не учитывают, если смещение оси поясов при изменении сечений не превышает 1.5% высоты пояса.

При упругой работе фактические напряжения в стержнях меньше теоретических в среднем на 10% в легких фермах, на 18% - в тяжелых фермах. Это результат отличия конструктивной схемы фермы от шарнирной схемы.

Обычно разрушение фермы происходит от потери устойчивости сжатых стержней. Потеря устойчивости наступает без появления каких-либо видимых предупредительных признаков и весьма часто до разрушения нельзя предсказать, какой стержень потеряет устойчивость первым. Как правило, теряют устойчивость сжатые раскосы средних панелей, которые имеют низкие напряжения и большие длины. Это говорит о том, что потеря устойчивости зависит не столько от напряженного состояния, сколько от посторонних причин. Потеря устойчивости прежде всего зависит от погнутий. Влияние начальных эксцентриситетов и возможных погнутий на работу сжатых основных стержней решетки (кроме опорных) учитывается коэффициентом условия работы (при ).

Рассмотрим вопрос определения расчетных длин сжатых стержней ферм. В момент потери устойчивости сжатый стержень выпучивается, поворачивается вокруг центров узлов и вследствие жесткости фасонок заставляет поворачиваться и изгибаться в плоскости фермы остальные стержни, примыкающие к этим узлам. Примыкающие стержни сопротивляются изгибу и повороту узла и этим препятствуют свободному изгибу стержня, теряющего устойчивость.

Наибольшее сопротивление оказывают растянутые стержни. Сжатые стержни слабо сопротивляются изгибу. Таким образом, чем больше растянутых стержней примыкает к сжатому стержню и чем они мощнее, т.е. чем больше их погонная жесткость, тем больше степень защемления сжатого стержня и тем меньше его расчетная длина. Влиянием сжатых стержней со слабыми сечениями пренебрегают. Поэтому в качестве степени защемления сжатого стержня в узлах может быть принято отношение:

(9.3)

где – погонный момент инерции рассматриваемого стержня в плоскости фермы;

- сумма погонных моментов инерций растянутых стержней, примыкающих к рассматриваемому стержню с обоих его концов. Чем больше величина , тем меньше степень защемления и больше расчетная длина сжатого стержня. Расчетная длина сжатого стержня определяется как

где - коэффициент приведения геометрической длины стержня к расчетной.

Сжатый пояс оказывается слабо защемленным в узлах. Поэтому защемлением сжатого пояса можно в запас устойчивости пренебречь . Сжатый раскос (кроме опорного) у нижнего пояса имеет значительное защемление, что дает ,а . В СНиПе П-23-81* (табл.11,c.19) установлено значение , для элементов решетки в плоскости фермы (кроме ферм из одиночных уголков и ферм с прикреплением элементов решетки к поясам впритык, для которых ). Для опорной стойки и восходящего опорного раскоса .

Для обеспечения пространственной неизменяемости, жесткости и устойчивости всего покрытия и его отдельных элементов используются связи / 1, c.214-215, с. 274-279 /.

Расчетная длина сжатого пояса из плоскости фермы принимается равной расстоянию между узлами, закрепленными связями от смещения из плоскости фермы. В беспрогонных покрытиях верхний пояс фермы закреплен из плоскости ее жесткими плитами, прикрепленными к поясам ферм. В этом случае за расчетную длину верхнего пояса из плоскости фермы принимают ширину одной панели.

Расчетные длины элементов нижнего пояса фермы из плоскости ее зависят от принятой схемы связей по нижним поясам ферм.

Расчетная длина сжатых стержней решетки из плоскости фермы равна расстоянию между центрами узлов (ввиду большой гибкости фасонок из своей плоскости).

В трубчатых фермах с бесфасоночными узлами расчетная длина раскоса как в плоскости, так и из плоскости фермы может приниматься равной 0.9.

Стержни ферм должны быть достаточно жесткими, так как очень гибкие стержни легко искривляются от случайных воздействий, провисают от собственного веса; они вибрируют при динамических нагрузках. Поэтому для стержней устанавливается величина предельной гибкости , которая является такой же нормативной величиной, как и . Например, для сжатых поясов, опорных раскосов и стоек , для остальных сжатых элементов фермы (значение определяется по табл.19 СНиП П-23-81*).

. (9.4)

Для всех растянутых элементов фермы при статической нагрузке и проверяются они только в вертикальной плоскости.

ЛЕКЦИЯ № 10. Тема: "Подбор сечений стержней и конструирование легких ферм " – 2ч.

Широкое распространение в строительной практике получили стропильные фермы, сечения которых компонуют из двух прокатных уголков. Уголки применяют как равнополочные, так и неравнополочные; располагают их по разному друг относительно друга. Тип сечения элементов фермы устанавливается в зависимости от их расчетных длин, нагрузки, проката. Жесткость сечения характеризуется его радиусами инерции, которые выражаются через габаритные размеры сечения через следующие коэффициенты:

- для таврового сечения.

Для упрощения изготовления и комплектования металла при проектировании обычно устанавливают 4-6 различных калибров уголков, из которых подбирают все элементы фермы. Следует заметить, что в последние годы наметилась тенденция к сокращению и прекращению производства неравнополочных уголков. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании ферм. Наименьший уголок, принимаемый для сварных ферм 50х50х4. При значительных усилиях в поясах ферм подбор сечений стержней можно производить из стали двух марок (пояса – из низколегированной стали, например, 09Г2С; решетка – из углеродистой обыкновенного качества – Ст.3). В легких фермах при пролетах 24 м и менее (чтобы уменьшить трудоемкость изготовления) пояса обычно принимают постоянного сечения по всей длине.

Подбор сечений элементов ферм производится как центрально сжатых или центрально растянутых. При наличии местного изгиба – по формулам внецентренного сжатия или растяжения. Слабо нагруженные стержни ферм подбирают по предельной гибкости:

(10.1)

 

По величине в сортаменте выбирают сечение, имеющие наименьшую площадь.

Стержни уголков в сварных фермах центрируют по осям, проходящим через центры тяжести сечений стержней. При этом расстояние от обушка до центра тяжести сечения определяются в большую сторону до 5 мм. Чтобы уменьшить сварочные напряжения в фасонках, уголки решетки не доводят до поясов на расстояние равное мм, но не более 80 мм (здесь – толщина фасонки в мм). Между торцами стыкуемых поясов ферм, перекрываемых накладками, следует оставлять зазор не менее 50 мм. Сварные швы, прикрепляющие элементы решетки к фасонкам, следует выводить на торец элемента на длину 20 мм.

Очертание фасонок определяют схемой узла и длиной швов, прикрепляющих стержни решетки фермы. Необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок, чтобы упростить их изготовление. Толщину фасонок выбирают в зависимости от расчетного усилия в опорном раскосе.

Принимают толщину фасонок одинаковой для всех узлов. Лишь при значительной разнице усилий в стержнях можно принимать две толщины в пределах отправочного элемента (разницу толщин фасонок в смежных узлах принимают равной 2 мм).

Стержни ферм соединяются между собой с помощью фасонок (стальных листов). Швы прерывистые, мм и мм не рекомендуются. Где это возможно, фасонки выпускают за обушки поясных уголков на 10-15 мм.

При применении железобетонного настила производится усиление уголков накладками

мм при мм при шаге ферм 6 м,

при мм при шаге ферм 12 м.

Для обеспечения совместной работы двух уголков в каждом элементе фермы необходимо соединять их в промежутках между фасонками соединительными планками на расстояние друг от друга в для сжатых элементов и для растянутых. Для верхнего пояса и опорного раскоса или стойки необходимо ставить не менее двух прокладок в одном элементе ( - радиус инерции одного уголка относительно оси, располагаемой в плоскости фермы).

Стык поясов можно перекрывать листовыми накладками или уголковыми с обработанным обушком и срезанными полками.

Фермы пролетом от 18 до 36 метров разбивают на 2 отправочных элемента.

В последнее время начат процесс замены традиционных ферм из спаренных уголков более прогрессивными. Ведутся поиски конструктивных решений сечений и узлов ферм, позволяющих снизить расход металла, трудоемкость изготовления и повысить коррозийную стойкость элементов ферм.

а) Фермы, имеющие пояса из тавров.

Тавры с параллельными гранями полок получают путем продольного роспуска широкополочных двутавров. Тавры применяют в поясах ферм, решетка выполняется из спаренных или одиночных горячекатанных или холодногнутых уголков. Такие фермы в сравнении с традиционными экономичнее по массе металла на 10-12 %. Экономия достигается за счет уменьшения числа деталей, размеров фасонок и длин сварных швов.

б) Фермы из прямоугольных и квадратных труб.

Весьма эффективны и перспективны фермы из прямоугольных и квадратных труб пролетом 18, 24 и 30 м.

Элементы ферм – из гнутосварных прямоугольных и квадратных труб. Соединения отправочных марок между собой – фланцевые. Шаг ферм – 4 м.

Применяют такие фермы совместно с подстропильными фермами пролетом 12 м или подстропильными балками пролетом 6 м.

С целью снижения металлоемкости в конструкции покрытия применены эффективные профильные прямоугольного сечения и беспрогонные решетки, при котором профилированный настил включен в работу жесткого диска покрытия, за счет чего расход стали снижен на 20…25%.

В отличие от традиционных конструкций покрытий с фермами из парных уголков в покрытии «Молодечно» отказались от применения прогонов и связей по верхним поясам ферм. По стропильным фермам укладывают и закрепляют непосредственно к их верхним поясам профилированный настил. По верху ферм образуется как бы жесткая плоскость, называемая жестким диском. Сокращено число профилей: стропильную ферму собирают из трех типов профилей; соединение элементов в узлах – бесфасоночное; максимальное число элементов 20…25 на блок покрытия; всего три типа связей на покрытие в целом. Применяют для I, II, III снеговых районов. Элементы и узлы ферм «Молодечно» доступны для окраски, т.е. обладают повышенной коррозийной стойкостью. Но требуют герметичного закрытия внутреннего пространства.

Бесфасоночные узлы ферм типа «Молодечно» следует проверять в соответстви /4/ на: -продавливание (вырывание) горизонтального участка стенки пояса, контактирующей с элементом решетки;

- несущую способность участка боковой стенки пояса в месте примыкания сжатого элемента решетки;

- несущую способность элемента решетки в зоне примыкания к поясу;

- прочность сварных швов прикрепления элемента решетки к поясу.

в) Фермы из одиночных уголков.

Представляют интерес фермы из одиночных уголков, имеющие повышенную коррозийную стойкость и небольшую трудоемкость изготовления. Иногда верхний пояс таких ферм выполняют из тавра. Разработаны три разновидности ферм из одиночных уголков:

- фермы с фасонками и соединением элементов сварными швами;

- фермы безфасоночные с соединением на высокопрочных болтах;

- бесфасоночные с соединениями проплавными электросварными точками.

Наибольший интерес представляют фермы 3-го типа. Фермы устанавливают с шагом в 4 м и опирают в узлы подстропильных ферм в уровне верхних поясов. Подстропильные одноуголковые фермы пролетом 12 м опираются на колонны в уровне нижних поясов. Фермы из одиночных уголков проектируют следующих пролетов: 18, 24 и 30 м. Элементы решетки ферм крепятся к поясам автоматической электродуговой точечной сваркой. Изготавливаются такие фермы Первоуральским заводом металлоконструкций.

г) Фермы со стержнями из прокатных уголков.

В Новосибирском инженерно-строительном институте разработаны бесфасовочные со стержнями из прямоугольных труб, сваренных из двух прокатных уголков. Пролеты ферм 24-36 м; нагрузка – до 100-120 кН/м. Пояса и сжатые элементы решетки выполняются из прямоугольных труб, растянутые элементы решетки из двух прокатных уголков, не сваренных друг с другом.

Применение такой фермы экономически выгодно по сравнению с фермами из круглых труб, а также ферм из прямоугольных гнутосварных труб. По сравнению с трубчатыми фермами значительно упрощаются заводские и монтажные соединения из-за отсутствия фигурных резов в углах. Применение ферм из гнутосварных профилей экономически оправдано при нагрузках до 40 кН/м.

 

ЛЕКЦИЯ № 10. Тема: "Подбор сечений стержней и конструирование легких ферм " – 2ч.

Широкое распространение в строительной практике получили стропильные фермы, сечения которых компонуют из двух прокатных уголков. Уголки применяют как равнополочные, так и неравнополочные; располагают их по разному друг относительно друга. Тип сечения элементов фермы устанавливается в зависимости от их расчетных длин, нагрузки, проката. Жесткость сечения характеризуется его радиусами инерции, которые выражаются через габаритные размеры сечения через следующие коэффициенты:

- для таврового сечения.

Для упрощения изготовления и комплектования металла при проектировании обычно устанавливают 4-6 различных калибров уголков, из которых подбирают все элементы фермы. Следует заметить, что в последние годы наметилась тенденция к сокращению и прекращению производства неравнополочных уголков. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании ферм. Наименьший уголок, принимаемый для сварных ферм 50х50х4. При значительных усилиях в поясах ферм подбор сечений стержней можно производить из стали двух марок (пояса – из низколегированной стали, например, 09Г2С; решетка – из углеродистой обыкновенного качества – Ст.3). В легких фермах при пролетах 24 м и менее (чтобы уменьшить трудоемкость изготовления) пояса обычно принимают постоянного сечения по всей длине.

Подбор сечений элементов ферм производится как центрально сжатых или центрально растянутых. При наличии местного изгиба – по формулам внецентренного сжатия или растяжения. Слабо нагруженные стержни ферм подбирают по предельной гибкости:

(10.1)

 

По величине в сортаменте выбирают сечение, имеющие наименьшую площадь.

Стержни уголков в сварных фермах центрируют по осям, проходящим через центры тяжести сечений стержней. При этом расстояние от обушка до центра тяжести сечения определяются в большую сторону до 5 мм. Чтобы уменьшить сварочные напряжения в фасонках, уголки решетки не доводят до поясов на расстояние равное мм, но не более 80 мм (здесь – толщина фасонки в мм). Между торцами стыкуемых поясов ферм, перекрываемых накладками, следует оставлять зазор не менее 50 мм. Сварные швы, прикрепляющие элементы решетки к фасонкам, следует выводить на торец элемента на длину 20 мм.

Очертание фасонок определяют схемой узла и длиной швов, прикрепляющих стержни решетки фермы. Необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок, чтобы упростить их изготовление. Толщину фасонок выбирают в зависимости от расчетного усилия в опорном раскосе.

Принимают толщину фасонок одинаковой для всех узлов. Лишь при значительной разнице усилий в стержнях можно принимать две толщины в пределах отправочного элемента (разницу толщин фасонок в смежных узлах принимают равной 2 мм).

Стержни ферм соединяются между собой с помощью фасонок (стальных листов). Швы прерывистые, мм и мм не рекомендуются. Где это возможно, фасонки выпускают за обушки поясных уголков на 10-15 мм.

При применении железобетонного настила производится усиление уголков накладками

мм при мм при шаге ферм 6 м,

при мм при шаге ферм 12 м.

Для обеспечения совместной работы двух уголков в каждом элементе фермы необходимо соединять их в промежутках между фасонками соединительными планками на расстояние друг от друга в для сжатых элементов и для растянутых. Для верхнего пояса и опорного раскоса или стойки необходимо ставить не менее двух прокладок в одном элементе ( - радиус инерции одного уголка относительно оси, располагаемой в плоскости фермы).

Стык поясов можно перекрывать листовыми накладками или уголковыми с обработанным обушком и срезанными полками.

Фермы пролетом от 18 до 36 метров разбивают на 2 отправочных элемента.

В последнее время начат процесс замены традиционных ферм из спаренных уголков более прогрессивными. Ведутся поиски конструктивных решений сечений и узлов ферм, позволяющих снизить расход металла, трудоемкость изготовления и повысить коррозийную стойкость элементов ферм.

а) Фермы, имеющие пояса из тавров.

Тавры с параллельными гранями полок получают путем продольного роспуска широкополочных двутавров. Тавры применяют в поясах ферм, решетка выполняется из спаренных или одиночных горячекатанных или холодногнутых уголков. Такие фермы в сравнении с традиционными экономичнее по массе металла на 10-12 %. Экономия достигается за счет уменьшения числа деталей, размеров фасонок и длин сварных швов.

б) Фермы из прямоугольных и квадратных труб.

Весьма эффективны и перспективны фермы из прямоугольных и квадратных труб пролетом 18, 24 и 30 м.

Элементы ферм – из гнутосварных прямоугольных и квадратных труб. Соединения отправочных марок между собой – фланцевые. Шаг ферм – 4 м.

Применяют такие фермы совместно с подстропильными фермами пролетом 12 м или подстропильными балками пролетом 6 м.