Металлические конструкции

     Строительный подъем.  В фермах больших пролетов (более 36м), а также в фермах  из  алюминиевых  сплавов  или   высокопрочных  сталей       возникают большие  прогибы,   которые    ухудшают    внешний  вид        конструкции      и   недопустимы   по  условиям   эксплуатации.

     Провисание  ферм предотвращается устройством  стропильного подъема, т. е.

изготовление  ферм  с  обратным  выгибом,  который   под  действием  нагрузки погашается,  и  ферма  принимает  проектное  положение. Строительный подъем назначают равным прогибу от постоянной плюс половину временных нагрузок. При   плоских  кровлях  и  пролетах   больше   36м   строительный           подъем следует   принимать  независимо  от  величины  пролета  равным  прогибу      от суммарной  нормативной  нагрузки  плюс   1/200   пролета.

      Строительный   подъем   обеспечивается   путем   устройства   перегиба      в монтажных   узлах   (рис.9.7).

      Системы решеток  ферм и их характеристика.  Решетка   ферм    работает на  поперечную  силу,  выполняя   функции  стенки   сплошной   балки.

     От   системы   решетки  зависит   вес  фермы,  трудоемкость  ее  изготовления, внешний  вид.  Поскольку   нагрузка  на  ферму  передается  в узлах, то решетка должна  соответствовать  схеме   приложения   нагрузки.

    Треугольная система  решетки. В фермах трапецеидального   очертания или с параллельными поясами рациональной является треугольная система решетки

(см. рис.9.6,а),  дающая  наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов  при  кратчайшем  пути  усилия  от  места приложения нагрузки до опоры.  В  фермах,  поддерживающих  прогоны   кровли  или  балки  настила,  к треугольной  решетке  часто  добавляют  дополнительные  стойки  (рис.9.6,б),  а иногда  и подвески,   позволяющие    уменьшить     расстояние  между    узлами фермы.  Дополнительные   стойки  уменьшают  также расчетную длину сжатого пояса.  Работают   дополнительные  стойки   только  на местную  нагрузку  и  не участвуют  в  передаче  на  опору  поперечной   силы.

 

Рис. 9.7. Схемы строительного  подъема при одном (а) и нескольких

(б) укрупнительных стыках 
 

     Недостатком   треугольной  системы – наличие   длинных   сжатых   раскосов (восходящих  в фермах с параллельными  поясами и нисходящих в треугольных  фермах).

     Раскосная система  решеток,  применяется при малой высоте ферм, а также тогда,  когда по  стойкам передаются  большие усилия  (при большой узловой нагрузке).

     Раскосная   решетка  более  трудоемка,  чем треугольная,   требует   большого расхода  металла,  так  как   при  равном  числе  панелей  в  ферме  общая длина раскосной  решетки  больше,   и  в  ней  больше  узлов.  Путь  усилия от узла до опоры   в раскосной  решетке  длиннее;  он  идет  через  все  стержни решетки и узлы.

     Специальные системы решеток, применяют   при большой высоте  ферм (примерно  4 – 5м).  Чтобы уменьшить размер  панели,  сохранив  нормальный угол  наклона раскосов,  применяют шпренгельную    решетку    (см.рис.9.6,д). Устройство   шпренгельной   решетки   более     трудоемко   и                 требует дополнительного расхода металла; однако такая решетка  позволяет  получить рациональное  расстояние  между  элементами  поперечной  конструкции  при рациональном  угле  наклона  раскосов  и  уменьшить расчетную длину сжатых стержней.

     Шпренгельная  решетка  применяется  при   крутых  кровлях  и сравнительно  больших  пролетах (l = 20 – 24м)  для треугольной фермы (см.рис.9.5,е).

 В  фермах,  работающих  на  двустороннюю  нагрузку  устраивают  крестовую

решетку  (см.рис.9.6,е).  К таким фермам  относятся горизонтальные  связевые фермы покрытий  производственных  зданий,   мостов  и других  конструкций, вертикальные  фермы   башен,  мачт  и высоких зданий.

     Ромбическая  и   полу раскосная  решетки  (см.рис.9.6,и,к)  благодаря двум системам  раскосов  обладают  большой жесткостью; эти системы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно  рациональны при работе конструкций на большие поперечные силы.

     Обеспечение устойчивости ферм. Плоская ферма неустойчива из своей плоскости, поэтому ее необходимо присоединить к более жесткой конструкции или соединить связями с другой фермой, в результате чего образуется устойчивый   пространственный    брус   (рис.9.8,а).       Поскольку                этот  

Рис. 9.8. Завязка ферм в  пространственные системы

1 - диафрагма 
 

пространственный  брус  в поперечном сечении замкнут, он обладает большой жесткостью при  кручении и изгибе в поперечном направлении, поэтому потеря его общей устойчивости невозможна. Конструкции мостов, кранов, башен, мачт и т.п. представляют собой также пространственные брусья, состоящие из ферм (рис.9.8,б).

     В покрытиях зданий  из-за большого  числа поставленных  рядом плоских  стропильных ферм решение усложняется, поэтому фермы, связанные между собой  только  прогонами  могут   потерять  устойчивость.

     Их устойчивость обеспечивается  тем, что две соседние фермы  скрепляются связями в плоскости  верхнего и нижнего пояса и  вертикальными поперечными связями  (рис.9.9, б).   К этим  жестким блокам  другие  фермы   прикрепляются

горизонтальными элементами, препятствующими горизонтальному  перемещению поясов ферм и обеспечивающими  их устойчивость (прогонами и  распорками, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к

неподвижной точке – узлу горизонтальных связей. 
 

Рис. 9.9. Связи обеспечивающие устойчивость стропильных  ферм

                  1 – прогоны; 2 – фермы;  3 – горизонтальные связи;  4 – вертикальные связи; 

5 –  пространственный блок 
 
 

9.3. Типы сечений стержней  ферм 

      Наиболее распространенные  типы  сечений элементов легких ферм, показаны  на  рис.9.10.

      По расходу стали наиболее  эффективным является трубчатое сечение (рис.9.10,а). Труба обладает хорошей обтекаемостью, поэтому ветровое давление меньше, что важно для высоких сооружений (башен, мачт, кранов). На трубах мало задерживается иней и влага, поэтому они стойки к коррозии; их легко очищать и окрашивать. Это повышает долговечность трубчатых конструкций.

     Для предотвращения коррозии  внутренних плоскостей трубчатые  элементы следует герметизировать.  Однако определенные конструктивные  трудности сопряжения трубчатых  элементов и высокая стоимость труб ограничивают их применение.

   

Рис. 9.10. Типы сечений  стержней легких ферм

 

     Прямоугольные гнуто замкнутые  сечения (рис.9.10,б) обладают почти теми же преимуществами, что и трубчатые, позволяют упростить узлы сопряжения элементов и нашли широкое применение. Однако, фермы из гнуто замкнутых профилей  с  бесфасоночными  узлами требуют высокой точности изготовления.

     Технологические трудности не  позволяют изготавливать гнутые  профили толщиной  более  10-12 мм.  Это  ограничивает  возможность их использования.

Кроме того, большие пластические деформации в углах гиба снижают хрупкую  прочность  стали.

      Часто сечения элементов ферм  принимаются из разного вида  профилей: пояса из двутавров,  решетка из гнутозамкнутых профилей  или пояса из тавров, решетка из парных или одиночных уголков. Такое решение оказывается более рациональным.

      В пространственных фермах (башнях, мачтах, стрелах кранов и т.п.), где пояс является общим для  двух ферм, его сечение должно  обеспечивать удобное сопряжение элементов в разных плоскостях. Этому требованию лучше всего отвечает  трубчатое   сечение.

      В четырехгранных фермах при  небольших усилиях, простейшим  типом сечения пояса является  одиночный уголок или крестовое  сечение из двух уголков.  При   больших  усилиях   применяются  также  двутавры.

      Сжатые элементы ферм следует  проектировать равноустойчивыми  в двух взаимно  перпендикулярных  направлениях.

      В каждом конкретном случае  выбор типа сечения элементов  ферм определяется условиями работы конструкции (степень агрессивности среды, характер и место приложения нагрузок и т.д.), возможностью изготовления, наличием  сортамента   и  экономическими   соображениями.

     Стержни тяжелых ферм отличаются от легких более мощными и развитыми сечениями, составленными из нескольких элементов. Сечения таких стержней обычно проектируют двухстенчатыми (рис.9.11), а узловые сопряжения выполняются с помощью фасонок, расположенных в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (раскосы, стойки и пояса) имеют разные сечения, но для удобства сопряжения в узлах ширина элементов “в” должна быть  одинаковой.

     Для поясов ферм желательно  применять сечения имеющие две  оси симметрии, что облегчает  стык в узле двух сечений  соседних панелей разной площади  и не создает дополнительного момента вследствие несовпадения центров  тяжести  этих  сечений.

     Тяжелые фермы, работающие на  динамические нагрузки (железнодорожные  мосты, краны и т.п.), иногда  еще проектируют клепанными, но  в основном, как правило, проектируют  из сварных стрежней с монтажными узлами на высокопрочных   болтах.

     Применяются следующие типы сечений  стержней тяжелых стальных ферм:

     Н-образное (рис.9.11,б) – два вертикальных листа, связаны горизонтальным листом, а также клепанные из четырех не равнополочных уголков, связанных горизонтальным листом (рис.9.11,в). Развитие таких сечений в смежных панелях производят креплением дополнительных вертикальных листов (рис.9.11,г). Такие сечения малотрудоемкие. Если конструкция не защищена от

попадания атмосферных осадков, то в горизонтальных элементах необходимо оставлять отверстия для стока воды диаметром 50 мм. Н-образные сечения применяют для поясов и раскосов.

     Швеллерное сечение состоит из двух швеллеров, поставленных полками внутрь (рис.9.11,д); используются как прокатные, так и составные швеллеры. Такое сечение целесообразно для сжатых элементов, особенно при большой их длине. Недостатком швеллерного сечения является наличие двух ветвей, которые приходится соединять планками или решетками (аналогично центрально  сжатым  колоннам).

      Коробчатое сечение состоит из двух вертикальных элементов, соединенных горизонтальным  листом  сверху   (рис.9.11,е,ж).  Применяется в

Рис.9.11. Типы сечений стержней тяжелых ферм 

    

основном  для верхних поясов тяжелых мостовых ферм. Жесткость сечения повышается, если снизу вертикальные листы соединить решеткой (рис.9.11,ж) или перфорированным листом.

       Одностенчатое двутавровое сечение состоит из сварного или широкополочного прокатного  двутавра,  поставленного вертикально (рис.9.11,и).

      Трубчатые стержни применяются в тяжелых сварных фермах, имеют те же преимущества,  что   и в легких  фермах.

      Замкнутое коробчатое сечение (рис.9.11,к,л,м) обладает повышенной изгибной и крутильной жесткостью, поэтому применяют его для длинных сжатых элементов тяжелых ферм. Сечение может быть выполнено как из гнутых  элементов,  так и сварных,  составленных  из  четырех  листов. 
 

9.4. Расчет ферм 

 

     Определение     расчетной     нагрузки.     Вся    нагрузка,      действующая