ТИПЫ СЕЧЕНИИ СТЕРЖНЕЙ ФЕРМ

1. Стержни легких ферм

До последнего времени легкие фермы проектировались в основном из стержней с сечениями, составленными из двух уголков. Такие сечения имеют большой диапазон площадей, удобны для конструирования узлов на фасонках и прикрепления примыкающих к фермам конструкций (прогонов, кровельных панелей, связей и т. п.). Существенными недостатками такой конструктивной формы являлись: большое количество заготавливаемых элементов с различными типоразмерами, значительный расход металла на фасонки и прокладки, высокая трудоемкость изготовления и наличие щели между уголками, затрудняющей окраску. Кроме того, стержни с сечением из двух уголков, составленных тавром, неэффективно работают на сжатие.

Развитие сортамента - пуск прокатного стана широкополочных двутавров, производство электросварных труб и замкнутых гнутосварных профилей, а также возможность получения из широкополочных двутавров путем разрезки тавров с широкой полкой создали условия для проектирования ферм со стержнями из одиночного профиля вместо сечения, составленного из двух уголков. Новая конструктивная форма экономичнее по расходу металла и значительно менее трудоемка, так как более чем вдвое уменьшает количество используемых деталей; сечения стержней стали более эффективно работать на сжатие. Фермы со стержнями из одиночного профиля легко доступны для осмотра и окраски, что повышает их долговечность при эксплуатации. Фермы с меньшим количеством деталей более приспособлены для их изготовления (сборки и сварки) на поточных линиях.

Однако новая конструктивная форма ферм из-за ограниченности новых профилей и других конъюнктурных условий не может сразу вытеснить старую, и фермы различного назначения еще проектируют со стержнями из прокатных уголковых профилей, а конструктивная форма их продолжает совершенствоваться.

В фермах пространственной формы (башнях, мачтах, стрелах кранов и т. п.), где пояс является общим для двух перпендикулярных ферм, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок. Крестовое сечение из двух уголков применяется в поясах решетчатых башен и мачт, когда площади одного уголка оказывается недостаточно. Сечения из одиночных уголков применяются также для слабонагруженных стержней решетки ферм. Разработанные типовые решения стропильных ферм из одиночных уголков позволяют экономить металл и снижать трудоемкость. Нужно учитывать, что стропильные фермы со стержнями из одиночных уголков в своей плоскости не имеют оси симметрии. Для уменьшения асимметрии решетка прикрепляется к поясным уголкам с внутренней стороны. Все же такое решение сопряжения поясов с решеткой создает условия для закручивания пояса, которое должно погашаться надежным закреплением пояса связями.

Сжатые стержни из двух уголков как при равных, так и при различных расчетных длинах легко скомпоновать равноустойчивыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Жесткость сечения, характеризуется его радиусами инерции, которые прямо пропорциональны генеральным размёрам сечения и могут быть приближенно выражены для таврового сечения из двух уголков соотношениями.

Если расчетная длина стержня фермы одинакова в плоскостях x-x и y-y (опорные раскосы, пояса стропильных ферм, закрепленные в каждом узле кровельными плитами), то из условия равноустойчивости при работе стержня на продольный изгиб необходимо, чтобы радиусы инерции относительно обеих осей были равны, т. е. . Для этого нужно расположить неравнополочные уголки большими полками вместе.

Тавровое сечение из двух уголков, составленных вместе меньшими полками, употребляется в случаях, когда расчетная длина стержня вне плоскости фермы в, 2 раза больше, чем в плоскости. В таком сечении b?3h и, следовательно, , т. е. жесткость стержня вне плоскости также в 2 раза больше, чем в плоскости ферм.

Тавровое сечение из двух равнополочных уголков является наиболее распространенным для стержней решетки. Это сечение обеспечивает равноустойчивость сжатых стержней решетки так как имеет большую жесткость вне плоскости фермы ( относительно оси У-У), что отвечает большей расчетной длине сжатого раскоса вне плоскости фермы (см. § 4). Действительно, в таком случае , что соответствует указанному соотношению расчетных длин.

Современные типовые решения стропильных ферм имеют несколько видов. Остаются типовые решения со стержнями из двух прокатных уголков, имеются трубчатые фермы, у которых пояса и решетка выполняются из электросварных труб. Толщину стенки труб поясов рекомендуется принимать не менее 1/45-1/50 диаметра и, как правило, на 1-2 мм больше минимальной толщины, принимаемой для трубчатых стержней решетки. Трубчатые фермы используются при строительстве башен, мачт, кранов открытых эстакад и т. п.

Большим преимуществом трубчатых стержней является их хорошая обтекаемость.

Благодаря обтекаемости ветровые давления на них меньше, на них мало задерживаются грязь и влага, поэтому они более стойки против коррозии, их легко очищать и окрашивать, что также повышает долговечность.

Сопряжение трубчатых стержней в узлах представляет сопределенные трудности. Применяемые типы сопряжений рассмотрены в § 8.6 данной главы.

2. Стержни тяжелых ферм

Стержни тяжелых стальных ферм отличаются от легких более мощными сечениями, составленными из нескольких элементов, что обусловлено их большими расчетными длинами и действующими в них значительными усилиями. Сечения их обычно проектируют двухстенчатыми, а узловые сопряжения их между собой осуществляются в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (как раскосы и стойки, так и пояса) в разных панелях имеют разные по размерам, но одного вида сечения.

Тяжелые фермы, воспринимающие динамические нагрузки (железнодорожные мосты, краны и т. п.), иногда проектируются клепаными. Современные тяжелые фермы, как правило, конструируются из сварных стержней с узлами на высокопрочных болтах.

Применяются следующие типы сечений стержней тяжелых стальных ферм:

• Н-образные сечения из двух вертикальных листов (вертикалов), связанных горизонтальным листом (горизонталей), из четырех неравнобоких уголков, также связанных горизонтальным листом. Развитие этих сечений в смежных панелях происходит в сварных сечениях посредством добавления вертикальных листов. Сечения эти удобно прикреплять к фасонкам, так как они имеют гладкую наружную поверхность и симметричны. В простейшей своей форме они малотрудоёмки и в этом отношении существенно превосходят все остальные сечения. Если конструкция не защищена от попадания атмосферных осадков, в расположенных горизонтально элементах необходимо оставлять отверстия для стока воды. Н-образное сечение применяется как для поясов, так и для раскосов ферм;
• швеллерное сечение - из двух швеллеров, поставленных полками внутрь. При этом используются как прокатные швеллеры, так и составленные из листов и уголков. Подобного типа сечения чаще всего применяются в клепаных конструкциях. Сечения в смежных стержнях изменяют наклепкой или приваркой к швеллерам листов. Стержни швеллерного сечения имеют хорошую устойчивость в обеих плоскостях, и поэтому такое сечение целесообразно применять 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 - из двух вертикальных элементов, соединенных горизонтальным листом сверху, применяется главным образом для верхних поясов тяжелых мостовых ферм. Жесткость сечения значительно повышается, если снизу вертикальные ветви соединить решеткой;
• одностенчатое двутавровое сечение - из широкополочного сварного или прокатного двутавра, поставленного вертикально. Сжатые пояса двутаврового сечения требуют более частого закрепления из плоскости фермы, так как у них Iу значительно меньше, чем Iх;
• трубчатые стержни, применяемые в сварных тяжелых фермах, имеют те же преимущества, что и в легких фермах.

Стержни ферм из алюминиевых сплавов имеют двухстенчатые сечения и в соответствии с этим применяются: цельные Н-образного сечения (возможно с бульбами); П-образные с утолщениями внутрь коробки; коробчатые с наружными выступами (цельные или из двух зетов); швеллерные сечения в случае необходимости с полками разных размеров.

[К следующей главе | Вверх по странице | К оглавлению | К предыдущей главе ]