Технология изготовления строительной фермы из прямоугольных труб

 

где s = 0,8 — для элементов решетки  при гибкости более 60 (по этим же соображениям для любых сечений стержней ферм не используют уголки менее 50x4 мм).

В фермах из труб в зоне примыкания раскосов и стоек к поясам напряжения распределяются по сечению трубы  неравномерно, поэтому элементы решеток, работающие на сжатие при гибкости l<60, проверяют на прочность без  учета коэффициента j, с коэффициентом условий работы m=0,8.

Сечение растянутых стержней подбирают, начиная с элементов, воспринимающих наибольшие усилия.

Площадь сечения  определяется по формуле

 

 

По сортаменту выбирают ближайшие  по площади уголки, выписывают геометрические характеристики сечения, составленного  из двух уголков, и определяют гибкости стержня в плоскости и из плоскости  фермы. Наибольшая гибкость растянутых стержней также нормирована и зависит от вида элемента фермы, условий ее работы и материала конструкции

Если гибкость подобранного элемента не превосходит  предельной, то проверяют фактические  напряжения в стержне по формуле

 

 

В фермах из труб по тем же причинам, что и в сжатых элементах, при  проверке прочности вводится коэффициент  условий работы m=0,8.

С целью экономии материала для нижних поясов ферм иногда применяют комбинацию из двух сечений со стыком в узлах.

По мере приближения  к середине фермы усилия в раскосах уменьшаются. Таким образом, фактором, определяющим сечение средних раскосов, является предельная гибкость. Если средние  раскосы имеют небольшое усилие растяжения (до 100 кН), то при случайной односторонней нагрузке (например, при монтаже плит на прогоне, очистке снега и др.) усилие может уменьшиться и перейти в сжатие. С учетом этого в средних слабо растянутых раскосах гибкость должна быть не более 150 и подбирают ее по предельной гибкости для сжатых стержней.

Если пояс состоит  из различных сечений, смещение центров  тяжести уголков (эксцентриситет осей) не должно превышать 5 % высоты пояса. В  противном случае в узле возникают  значительные изгибающие моменты, которые  необходимо учитывать расчетом.

Определяя радиус инерции суммарного сечения из двух уголков, необходимо учитывать расстояние в свету между параллельными  полками, которое определяется толщиной фасонок фермы. Толщина фасонок  зависит откусили и в стержнях фермы и может быть принята по таблице

Фасонки обычно принимаются одной толщины. Однако для ферм с большими пролетами  допускается делать опорные фасонки  на 2 мм толще, чем промежуточные. Для  подбора сечения стержней ферм удобно пользоваться табличной формой без  промежуточных вычислений. Такие таблицы дают возможность выполнить расчеты в компактной форме и контролировать все факторы. После расчета всех сечений стержней фермы необходимо определить общее число используемых на ферму профилей. Если в ферме пролетом до 24 м окажется больше 5...6 профилей, а в ферме пролетом.

Основные принципы конструирования  сварных ферм

 

При конструировании фермы решается несколько задач.

В первую очередь  определяется геометрическая схема  и центрация узлов.

Схему фермы строят таким образом, чтобы центры тяжести сечения  совпадали с осевыми линиями. В фермах со стержнями из парных уголков привязка обушков к осевым линиям берется по таблицам сортамента уголков и округляется до 5 мм. В некоторых случаях вначале  задаются габариты фермы — высота стропильных ферм по граням поясных уголков h. Здесь геометрическая высота формы на опоре hon будет зависеть от привязки к осям поясных уголков z1 и z2, уклона верхнего пояса i и расстояния разбивочной оси до грани фермы a:

 

 

При последующей разработке рабочих  чертежей (КМД) длины стержней фермы  в геометрической схеме определяются с точностью до 1 мм.

После определения геометрической схемы определяется конструкция промежуточных узлов. Последовательность компоновки таких узлов следующая. Сначала к намеченным осевым линиям привязываются поясные уголки, что позволяет определить положение торцов стержней решетки к узлам. С целью уменьшения сварочных напряжений в узлах, и как следствие, трещин, торцы стержней решетки не доводят до поясов на 40…50 мм. Затем рассчитывают длину швов, прикрепляющих стержни в узле. По длине сварных швов определяют размеры фасонки. Стержни решетки приваривают к фасонкам фланговыми швами. Продольная сила N воспринимается швами пера и обушка, длина которых обратно пропорциональна расстоянию от центра тяжести уголка до его краев. Длина шва на обушке определяется по формуле

 

где z— расстояние от центра тяжести  уголка до его обушка; b — ширина полки уголка.

Принимая во внимание наличие радиуса  закругления у пера, наибольшая толщина  шва принимается: для уголков  толщиной до 6 мм hш=4 мм; для уголков толщиной 7…16 мм hш=d-2 мм и для уголков толщиной более 16 мм hш=d-4 мм. Со стороны обушка наибольшая толщина шва не должна превышать 1,2 d (где d — меньшая из толщин уголка или фасонки). Как правило, стремятся сократить число катетов в пределах одного отправочного элемента до трех-четырех. При расчете размеров фасонок по длине швов учитывают непровар в конце швов на длине примерно 1 см.

Швы, соединяющие узловые фасонки, раскосы и стойки рассчитывают на усилия в последних. Швы, прикрепляющие  фасонки к поясам с постоянным сечением, рассчитывают на разность усилий в смежных панелях пояса, например N2—N1. Часто по расчету эти швы получаются небольшой длины. Их принимают сплошными по всей длине фасонки и минимального катета.

В узлах, где к поясу подходят только стойки, разность усилий равна нулю. В этих случаях крепление стойки к фасонкам и фасонок к поясу рассчитывается на усилие в стойке Ncт.

Следует отметить, что использование  листовых усиливающих накладок более  предпочтительно, так как уголковыми накладками можно перекрывать поясные уголки только с одинаковыми толщинами полок. Узел с прерванными поясами работает в сложных условиях и расчет его в достаточной степени условен.

На практике обычно между соединяемыми поясами оставляют зазор 40...50 мм, а уголок с усилием заводят на 300...500 мм за центр узла. Толщина накладки принимается не менее толщины фасонки, а ее площадь должна быть не менее площади выступающего пера меньшего пояса, т. е. такой, чтобы была обеспечена прочность ослабленного сечения.

Его прочность определяется по формуле

 

 

где Np — расчетное усилие в элементе, принимаемое на 20% больше действительного, т. е. Nр — 1/2Nl (поправка на особенности  работы узла); M=Nрe — изгибающий момент (е — эксцентриситет силы Nl, относительно центра тяжести тавра); Fт и Wт — площадь и момент сопротивления тавра.

В некоторых случаях пользуются упрощенным приемом проверки таких  сечений по формуле

 

 

Расчет швов, соединяющих листовую накладку и пояса, производят на усилие в накладке

 

 

где d — напряжение в накладке, определенное по формуле (8.55).

Швы, соединяющие уголки пояса и  фасонки, рассчитывают на усилия (расчетные) в поясах без учета усилия, передаваемого  с уголка на уголок накладкой, соответственно: 1,2 N1 — 2 Nh и 1,2 N2—2N, однако не меньше, чем 1,2 N1/ 2 и 1,2 N2/2.

Как правило, узловые фасонки на 15...20 мм выпускают за обушки уголков  для размещения угловых швов. Конфигурация узловых фасонок должна быть простой, с минимальным числом резов, чтобы при раскрое листа отходы металла были небольшими.

Опорные узлы конструктивно могут  решаться по-разному, в зависимости  от условий опирания. Довольно часто  применяют опирание стропильной  фермы сбоку колонны на опорный столик. Такое соединение отличается простотой в изготовлении и монтаже, допускает как шарнирное, так и жесткое опирание фермы, надежной в работе.

Большепролетные фермы из соображений  транспортирования по железной дороге изготавливаются, как правило, из двух полуферм (возможно и большее число отправочных марок). На монтажной площадке эти полуфермы укрупняют. Укрупнительные (монтажные) узлы должны быть просты и надежны в работе. Центральные фермы должны обеспечивать полную идентичность правого и левого отправочных элементов полуферм. Из этих же соображений, стремятся иметь одни и те же отправочные марки для фонарных, фесфонарных, торцовыми и других сходных между собой ферм.

Смежные отправочные марки ферм на монтажной площадке соединяются  между собой по поясам с помощью уголковых или листовых накладок, которые вначале фиксируют с помощью болтов. На рис. показан пример укрупнительного узла, в котором верхние и нижние пояса перекрыты уголковыми накладками. В уголковой накладке вертикальное перо уголка подрезают на 15...20 мм, а также срезают обушок для обеспечения плотного прилегания одного уголка к другому. По верхнему поясу уголок накладки принимают обычно такой же, что и уголок пояса. Частичное уменьшение площади сечения в месте стыка компенсируется тем, что здесь отсутствует коэффициент продольного изгиба j, т. е. площадь стыковых уголков подбирается из условий прочности.

Нижний пояс воспринимает растягивающие  нагрузки, поэтому площадь сечения  в месте стыка с учетом срезки не должна быть меньшей величины. Задача решается использованием уголков того же размера, что и поясные, но большей толщины.

Сварные швы, соединяющие уголковые  накладки, рассчитываются на усилие в  поясах Nn с равномерным распределением, так как сварные швы расположены  по перьям уголков. К накладке верхнего пояса приварены листовые детали, соединяющие фасонки полуферм. К этим же деталям крепятся связевые распорки по коньку.

Уголковые накладки имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что в случае наличия перегиба пояса необходимо гнуть уголок, что можно сделать только в горячем состоянии, а это сложно обеспечить в условиях монтажной площадки.

Более технологичны в изготовлении укрупнительные стыки с листовыми  накладками. По аналогии с промежуточными узлами, выполненными на листовых накладках, пояса в месте стыка рассчитываются на силу 1,2 Nn (Nn— усилие в поясе).

Листовые накладки монтажного стыка  могут крепиться на высокопрочных  болтах. Стык верхнего пояса решается аналогичным образом.

В некоторых случаях нижние пояса  ферм стыкуют с размещением стыковых уголков (поясных) вразбежку (один из уголков не доводится до оси стыка, а другой, напротив, заводится за него). Преимущество такого решения заключается в том, что в ослабленном сечении прерывается только один поясной уголок. Места стыка поясных уголков перекрываются уголковой накладкой и фасонкой.

Для обеспечения работы элементов  ферм из парных уголков как единого  стержня применяют соединительные прокладки. Прокладки располагаются  вдоль сжатых стержней на расстоянии lЈ40r, вдоль растянутых стержней l1Ј80 г (где r—радиус инерции уголка относительно оси, параллельной плоскости расположения прокладок). Между узлами в сжатых элементах должно быть не менее двух прокладок.

Если не ставить соединительные прокладки, то под воздействием сжимающей  силы каждый уголок будет работать раздельно. Несущая способность двух отдельных уголков меньше, чем соединенных прокладками.

Торцовый лист принимаем толщиной 20 мм и шириной 180 мм (из условия размещения болтов)/

Напряжения смятия у торца:

 

 

Толщина швов крепления опорного раскоса  назначается: на обушке 10 мм, на пере — 6 мм (из-за скручивания пера). Их длины  — с учетом табл.

 

 

Аналогично для швов нижнего  пояса при толщине их у обушка 0 мм и у пера — 4 мм:

 

 

Пo требуемым расчетным длинам швов с учетом конструктивных требований (добавка 1 см длины шва на непровар и зазоры между швами) намечаем графически (по масштабу) конфигурацию и размеры опорной фасонки. Проверяем опорную фасонку на срез, а также швы ее крепления к торцовому листу (толщину швов назначаем 6 мм):

 

Расчетное усилие для крепления  уголков пояса к вертикальной фасонке:

 

 

Требуемая длина этих швов у обушка (hш—10 мм) и пера (hш=6 мм):

 

 

На усилие Nр=755 кН рассчитываем швы  вертикальных листовых накладок, перекрывающих  фасонки смежных ферм. Требуемая длинаодного вертикального шва при толщине шва hш=12 мм:

 

 

Толщину накладок принимаем 6=12 мм.

Длину швов, прикрепляющих раскосы  и стойку, определяем по формулам, аналогичным прикреплению уголков к вертикальным фасонкам.

Узел V рассчитывается аналогично узлу IV.

Решетчатые строительные металлоконструкции различного назначения

 

Пролетные сооружения

 

К этой категории обычно относят  здания общественного назначения — концертные и спортивные залы, выставочные павильоны, вокзалы, рынки и т. п., а также здания специального назначения – ангары. В большепролетных конструкциях существенную долю в расчетной нагрузке составляет собственный вес, поэтому для их сооружения особенно эффективно применение сталей повышенной пространственной системы в виде сводов, складок и куполов. Выбор того или иного решения большепролетного покрытия осуществляют при проектировании сооружения, исходя из конкретных условий.

Очертание поясов и систем решеток  в большепролетных фермах может  быть самым различным. Фермы с  параллельными поясами проектируются  обычно с треугольной или раскосной  решеткой. Их высоту принимают обычно равной 1/8…1/15 пролета. Трапецеидальные  фермы делают с уклоном кровли i = 1/10/…1/15 и высотой посередине 1/7…1/11 пролета. Сегментные фермы имеют небольшие усилия в раскосах, поэтому здесь целесообразна разреженная или крестовая решетка. Высоту их назначают равной 1/8…1/12 пролета. Высота многопролетных нераз+резных или консольных ферм может быть уменьшена на 25...30 % по сравнению с разрезными. Ecли усилия в стержнях большепролетных ферм превышают 4000...5000 кН, ceчeния таких ферм принимаются составными из сварных двутавров или прокатных профилей. Большие усилия в стержнях легче передаются в узлах через две фасонки.

По причине большой высоты ферм их нельзя перевозить по железной дороге в виде собранных отправочных  марок. Такие конструкции укрупняются  на монтаже. На монтажной площадке элементы соединяют сваркой или высокопрочными болтами.

Опорные реакции в фермах значительны, поэтому передача их должна осуществляться строго по оси узла фермы. Четкая передача опорной реакции может быть достигнута за счет применения тангенциальной или  специальной балансирной опоры (см. рис ).

 

Рис. Специальные опоры большепролетных  ферм