Прогрессивные конструкции легких ферм
Существующие типовые фермы из парных горячекатаных уголков трудоемки в изготовлении и имеют большую массу. Поэтому с 1985 г. в практике строительства стали применяться более новые, более эффективные конструкции ферм. Одним из основных направлений по экономии строительных материалов стало применение стальных трубчатых конструкций, а также конструкций из замкнутых гнутосварных профилей.
Трубчатые фермы. Теоретические и экспериментальные исследования, а также массовое применение в строительстве стропильных ферм из трубчатых элементов показало, что экономия металла в трубчатых фермах достигает 15-20% по сравнению с фермами из обычных прокатных уголков при одной и той же марке стали.
Для легких стальных ферм применяют только сварные прямошовные трубы диаметром от 50 до 426 мм, толщиной от 2 до 10 мм. Разница толщины труб одинакового диаметра должна быть различима «на глаз», т. е. составлять не менее 1,5-2,0 мм.
Подбор сечения элементов ферм из труб осуществляют по формулам с учетом принятия: для сжатых элементов γс = 1, а для растянутых — γс = 0,95.
При конструировании узлов следует принимать во внимание следующее:
- центровку вести по центрам (осям) тяжести труб, сходящимся в центре узла;
- при допущении децентровки, следует учитывать дополнительные моменты;
- угол наклона раскосов должен быть в пределах 30-60°;
- отношение большего диаметра (пояса) к меньшему (раскоса или стойки) не должно превышать 4;
- все сварные соединения труб должны обеспечивать их герметичность.
Примеры конструкций узлов фермы из труб приведены на рис. ниже. В узлах, где примыкают два раскоса и стойка, целесообразным является устройство столика. Для опирания прогонов на трубчатый пояс рациональны столики из тавров.
При непосредственном примыкании стержней решетки к поясам с отработкой кромок, соединительные швы можно считать стыковыми, во всех остальных — угловыми.
Узлы ферм из сварных труб
Прочность шва, прикрепляющего трубчатый стержень решетки, проверяют по условному срезу металла шва
где βf = 0,7; kf — толщина (катет) шва, принимаемая равной толщине трубы раскоса; lω — расчетная длина шва; Rωf — расчетное сопротивление углового шва срезу.
Расчетную длину шва можно определить по формуле
где ξ — коэффициент, принимаемый от отношения наружного диаметра раскоса dd и диаметра пояса d (табл. ниже).
Значения коэффициента ξ
|
dd/d |
0-0,20 |
0,50 |
0,60 |
0,70 |
0,75 |
0,80 |
0,85 |
0,90 |
0,95 |
1,00 |
|
ξ |
1,00 |
1,01 |
1,02 |
1,03 |
1,04 |
1,05 |
1,06 |
1,08 |
1,12 |
1,22 |
Применяются бесфасоночные узловые соединения.
Фигурные резы концов труб выполняют специальными газорезательными машинами с программным управлением.
Фермы из замкнутых гнутосварных коробчатых профилей. Подбор сечения элементов ферм из гнутосварных коробчатых профилей ведут аналогично трубчатым фермам, принимая для сжатых элементов γс = 0,8, а для растянутых γс = 0,95.
Узлы фермы из гнутосварных профилей приведены на рис. ниже. По условию местной устойчивости стенок для включения в расчет полной площади сечения следует применять профили, у которых отношение высоты стенки h0 к толщине t составляет h0/t < 41 для стали с Ry = 210 МПа; h0/t < 37 при 210 МПа < Ry< 280 МПа; h0/t < 35 при 260 МПа < Ry < 290 МПа; h0/t < 1870/√Ry при Ry > 290 МПа, где h0 = h - 6t (h — полная высота профиля; t> 3 мм). В местах приложения к поясам сосредоточенных нагрузок (прогоны, монорельсы и др.) следует предусмотреть накладки, прокладки, ребра и другие детали, снижающие местное напряжение.
Завод-изготовитель данных ферм находится в г. Молодечно. Фермы типа «Молодечно» имеют меньшую металлоемкость по сравнению с фермами из парных уголков. Число вспомогательных деталей сокращено со 140 до 16. Расход металла сокращается на 15-20% на 1 м2 покрытия. Узловые соединения данных ферм выполняют без фасонок, путем непосредственной приварки элементов решетки к поясам. Для надежного сварного соединения ширина сечения элементов решетки принимается на 20-30 мм меньше ширины сечения элементов поясов. Данное конструктивное решение обеспечивает нормальное размещение сварных швов и исключает образование местного изгиба полок.
Узлы фермы из гнутосварных коробчатых профилей
Фермы из одиночных прокатных уголков. Применяются в основном в помещениях с агрессивной средой, так как они не имеют щелей и лучше окрашиваются. В то же время они позволяют избежать узловые уширения, так как соединяются способом сквозного точечного проплавления.
Фермы с поясами из тавров. Стальные фермы с поясами из прокатных тавров серии ШТ конструируют с решеткой из спаренных (сжатых) и одиночных (растянутых, а также сжатых в средней части фермы) уголков.
Стропильные фермы с элементами из тавров с параллельными гранями полок и решеткой из парных уголков на 12-15% легче ферм, выполненных целиком из парных уголков. Трудоемкость изготовления меньше на 15-20%.
Примеры конструирования узлов этих ферм приведены на рис. ниже. Расчет элементов ферм с поясами из тавров ведут аналогично расчету ферм из спаренных уголков.
Узлы ферм с поясами из тавров
Подобрав тавровое сечение, следует проверять устойчивость его сжатой стенки по формуле:
где hef— расчетная высота стенки тавра; t — толщина стенки тавра; λ = λmax√Ry/E — условная гибкость; bf— ширина полки тавра.