Конструирование и расчет узлов легких ферм

На бумагу наносят схему узла: оси сходящихся в нем элемен­тов, затем контуры элементов, начиная с пояса (рис. ниже). С осевы­ми линиями схемы совмещают линии центров тяжести элементов.

При центрировании для нанесения контуров уголков (в фермах со стержнями из парных уголков) от осевых линий откладывают в сторону обушка уголка округленное до 5 мм расстояние Z₀ от цент­ра тяжести до обушка, определенное из сортамента. В противопо­ложном направлении от оси откладывают расстояние (b - Z₀). Ана­логично поступают и при сечениях другой формы. После нанесе­ния контура элементов показывают обрез уголков решетки так, чтобы в сварных узлах между краями пояса и элементов решетки оставал­ся зазор 40-50 мм для уменьшения вредного влияния усадки швов в фасонках (рис. ниже).

Центрирование узлов легких ферм

Такое же расстояние желательно соблюдать между краями со­седних элементов решетки в узлах и между краями (торцами) со­седних швов, крепящих накладки в стыках пояса. Обрез уголка, как правило, производят перпендикулярно к оси. Допустимо срезать часть полки уголка, но не далее начала закругления, что позволяет несколько уменьшить размер фасонки.

Приварку раскосов рекомендуется делать лишь фланговыми швами по обушку и перу, конструктивно выводя их на торец стерж­ня на длину 20 мм. Следует стремиться к наиболее простому очер­танию фасонки (прямоугольник, прямоугольная трапеция, паралле­лограмм и т. п.). Прикрепление фасонки к поясу, если в узле не уст­раивают стык пояса, должно быть рассчитано на равнодействующую усилий N всех элементов решетки, примыкающих непосредствен­но к узловой фасонке. При прямолинейном поясе эта равнодейству­ющая равна разности усилий в соседних панелях пояса (N = N₂-N₁ рис. выше). Если к поясным уголкам в узле приложена сосредото­ченная нагрузка F (что имеется в верхних узлах стропильных ферм), то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на равно­действующее усилие от сосредоточенной нагрузки и разности уси­лий в соседних панелях. При нагрузке F, перпендикулярной поясу, равнодействующая

N = √N₂-N₁²+F²

Сварные швы наносят с двух сторон — со стороны обушка и пера — по всей длине примыкания фасонки к поясу. С этой целью край фасонки выводят наружу на 10-15 мм (рис. выше). Однако не всегда конструктивно удобно выпускать всю фасонку за грань пояса, например, при установке по верхнему поясу прогонов, прикрепляе­мых к уголковым коротышам (см. рис. выше), или накладок, на которые опираются железобетонные плиты (рис. ниже). В этом случае часть фасонки не доводят до обушка уголков на 10—15 мм. Таким образом, основными рабочими расчетными швами в этом случае будут швы, наложенные у пера. Обычная конструкция промежуточных сварных узлов (без стыка пояса) легких ферм со стержнями из парных угол­ков показана на рис. выше (верхний пояс) и рис. выше (нижний пояс).

При изменении сечений поясов необходимо осуществлять стык поясных уголков. Как правило, стык располагают в узле, при этом часть фасонки может быть использована в качестве стыкового элемента.

В случае применения в поясе ферм уголков с разной толщиной полок заводской стык поясов выполняют с помощью листовых на­кладок и фасонок (рис. ниже).

Стык поясов с помощью листовых накладок

Считают, что через накладки передается 70% усилия в стыке, остальные 30% — через фасонку, при этом в работу включается часть фасонки на ширине не более 2b (где b — ширина полки мень­шего уголка). Для включения фасонки в работу стыка ее продолжа­ют за узел. Обычно стык относят в сторону панели с меньшим уси­лием на 500 мм.

В фермах с поясами из тавров, полученных путем продольного роспуска широкополочных двутавров, и стержнях решетки из пар­ных уголков необходимо иметь узловые уширения, чтобы получить требуемую длину сварных швов. Для этого к стенке тавра стыко­вым швом прикрепляют фасонку (рис. ниже).

Узлы фермы с поясами из тавров и решеткой из парных уголков

Стыковой шов рассчитывают на срез от суммы расчетных уси­лий в примыкающих раскосах, спроектированных на ось пояса. За­водские стыки, как и в ферме из уголков, относят в сторону панели с меньшим усилием на 500 мм. Их выполняют с введением верти­кальных листовых вставок и горизонтальных накладок (рис. выше).

Стропильные фермы могут опираться на железобетонные колон­ны, кирпичные стены или элементы стального каркаса производствен­ных зданий — стальные колонны. Пример конструирования опорно­го узла фермы при опирании его на железобетонную колонну сверху показан на рис. ниже. Жесткое соединение стропильной фермы со стальной колонной каркаса здания показано на рис. ниже.

Опирание стропильной фермы на железобетонную колонну

а — трапециевидной; 6 — треугольной

Жесткое соединение фермы со стальной колонной

а — торец опорного ребра строгать; Н — распор

По транспортным условиям фермы больших пролетов (более 18 м) разбивают на отдельные отправочные элементы, назначая укрупнительные (монтажные) стыки в середине пролета. Как пра­вило, укрупнительные стыки осуществляют с помощью горизон­тальных и вертикальных листовых накладок. Горизонтальные накладки перекрывают поясные уголки и полку тавра, передавая 70% усилия в стыке, а вертикальные накладки стыкуют фасонки и стен­ки тавра, передавая 30% усилия в стыке. К вертикальным наклад­кам в фермах из уголков приваривают ребра для прикрепления связей. Аналогичные ребра в фермах с поясами из тавров при­крепляют к стойкам. В стыке верхнего пояса трапециевидной фер­мы горизонтальная накладка имеет перегиб. Примеры осуществ­ления узлов легких ферм с укрупнительными стыками представ­лены на рис. ниже.

Укрупнительные узлы поясов легких ферм

а — схема фермы; б— верхнего из тавров; в— нижнего из парных уголков

В стержнях, сечение которых составлено из двух уголков или каких-либо других профилей, необходима установка связующих про­кладок, обеспечивающих совместную работу профилей как едино­го сечения.

Все стыки рассчитывают на усилие, которое на 20% больше дей­ствительного. Это объясняется некоторой нечеткостью работы уз­лов со стыками. Вертикальные швы следует рассчитывать на со­вместное действие вертикального опорного давления и изгибаю­щего момента, вызванного внецентренным приложением продоль­ной силы относительно центра тяжести швов.

В гидротехнических затворах элементы связевых ферм часто принимают из сварных тавров. Это приводит к некоторым особен­ностям конструирования узлов.

В таких узлах для прикрепления стержней к фасонкам исполь­зуют одновременно стыковые и угловые фланговые сварные швы или одни стыковые швы. Пример осуществления узла плоского зат­вора показан на рис. ниже.

Узел плоского гидротехнического затвора

1,2 — продольные и поперечные связи

В случае прикрепления стержней двумя типами сварных швов стенка сварного тавра прикрепляется с помощью стыкового шва, а полка — четырьмя фланговыми швами, для чего в полке предвари­тельно делается прорезь на длину шва и шириной на 1 мм больше толщины фасонки.