Сварные фермы.Назначение, нагрузки, классификация
Решетчатые конструкции,работающие на изгиб, называются фермами. Фермы состоят из отдельных стержней,соединяющихся в узлах и образующих геометрически неизменяемую систему. Еслиферма в целом работает на изгиб, то в ее конструктивных элементах возникаюттолько продольные усилия сжатия или растяжения. Это позволяет более рациональноиспользовать материал (металл) по сравнению, например, с балками. Фермы болееэкономичны по расходу металла, однако более трудоемки в изготовлении. Поэтомуих применяют для перекрытия больших пролетов при относительно небольших нагрузках.
Ферма включает в себя триосновных конструктивных элемента — верхний и нижний пояса и решетку, состоящую,как правило, из раскосов и стоек. Расстояние между узлами решетки фермыназывается панелью, а расстояние между ее опорами — пролетом.
Фермы классифицируют поразличным признакам: по назначению — фермы мостов, покрытий (стропильные иподстропильные), транспортных эстакад, гидротехнических затворов,грузоподъемных кранов и т.д.; по профилю очертания поясов — фермы спараллельными поясами, полигональные, арочные и треугольные. Очертание поясовфермы определяется назначением фермы и принятой конструктивной схемой всегосооружения.
Чаще всего в фермахприменяют наиболее простую в исполнении треугольную решетку. Дополнительныестойки ставят тогда, когда в месте их расположения прикладываютсясосредоточенные силы или возникает необходимость в уменьшении длины панели верхнего,сжатого пояса.
В раскосной решетке всераскосы имеют усилие одного знака, а все стойки — противоположного. Привосходящем направлении раскосов стойки растянуты, а при нисходящем—сжаты.
В зависимости от усилий вэлементах фермы их разделяют на легкие (пролетом до 50 м с наибольшим усилием в поясах Nmaх=5000кН) и тяжелые. По конструктивному решению — наобычные, комбинированные и с предварительным напряжением.
Чаще всего используют всечениях элементов фермы спаренные уголки. Комбинируя сечения из равнобоких инеравнобоких уголков, соединяя их малыми и большими полками, можно получитьсечение, равноустойчивое в обеих плоскостях, которое хорошо работает на продольнуюсилу.
В узлах фермы стержни соединяютсяпри помощи листовых фасонок
Трубчатое сечениеэлементов ферм весьма рациональное по расходу металла, имеет высокуюкоррозионную стойкость. Однако трудоемкость изготовления таких узлов выше из-засложности примыкания отдельных элементов друг к другу я применение ихограничено.
Сварные фермы. Методыопределения расчетных усилий в стержнях
Стропильные фермырассчитываются на следующие виды нагрузок:
1. Постоянныенагрузки от веса кровли и собственного веса несущих конструкций покрытия.
2. Временныенагрузки от снега, ветра и т. д.
3. Прочие нагрузки,которые могут восприниматься фермами (от подъемно-транспортного оборудования идр.).
1. Постоянные нагрузки отвеса кровли и собственного веса конструкций стропильных ферм, связей попокрытию принимаются равномерно распределенными. Ферма воспринимает большие сосредоточенныенагрузки (свыше 30—50 кН), то они учитываются по фактическому расположению.
Для определенияпостоянной нагрузки на 1 м2 покрытия используют формулу
/>
где qф — фактический вес кровельной конструкции на 1 м2;a — угол наклона кровли к горизонту.
Если уклон кровли непревышает 1/8, принимают cos a = 1.
Расчетную погоннуюнагрузку на ферму определяют по формуле
/>
где В — шаг стропильныхферм.
Узловые силы на фермуопределяются умножением (нагрузки на длину панели верхнего пояса d
/>
Нагрузки от снега(нормативная на 1 м2 площади) регламентируются СНиП 2.01.07—85 «Нагрузкии воздействия» и рассчитываются по формуле
/>
где Р0—весснегового покрова на 1 м2; c — коэффициент, зависящий отконфигурации кровли.
Расчетная нагрузка на 1 м2кровли определяется по нормативной нагрузке с учетом коэффициента перегрузки n, принимаемого равным 1,4...1,6 взависимости от отношения нормативного веса покрытия к нормативному весу снеговогопокрова.
Расчетную погоннуюнагрузку от снега на ферму находят, умножая нагрузку 1 м2 кровли на шаг ферм В:
/>
При угле наклона кровли a£25° коэффициент с=1 и приa³60° с=0. Промежуточныезначения коэффициентов с определяются линейной интерполяцией.
В случае двускатногопокрытия с углом наклона 200…300включительно учитываютвторой вариант нагружения снегом: равномерно распределенная нагрузка скоэффициентом с=0,75, с одной стороны, и равномерно распределеннаянагрузка с коэффициентом с=1,25, с другой.
При более сложныхконфигурациях покрытия с перепадами пролетов по высоте снег сдувается на нижележащиефермы с высоких пролетов и образуется зона повышенных нагрузок (снеговыемешки). Определяют эти нагрузки по СНиП 2.01.07-85.
Расчетные узловые силы наферму от веса снега определяют умножением расчетной погонной нагрузки на длинупанели верхнего пояса d.
2. Определение усилий встержнях фермы. Определение усилий в стержнях производится графическим илианалитическим способом. Для ферм с наклонными поясами используют графическийспособ при помощи диаграммы усилий Кремоны. Для этого определяют опорныереакции фермы, обозначают (цифрами и буквами) поля между силами и стержнями,строят диаграмму усилий. Расчет узлов выполняют таким образом, чтобы в каждомпоследующем узле было не более двух неизвестных усилий.
В некоторых случаях невсе силы совпадают с узлами ферм (например, для покрытий из плит или панелейшириной 1,5 м в фермах с размером панели d=3 м). Здесь продольные усилия вэлементах фермы определяют от всей нагрузки, собранной в сосредоточенные силы поузлам фермы. Сила Рm,действующая между узлами, создает в стержне дополнительный местный изгибающий моментМm по аналогии с балкой. В результатетакой элемент будет работать на внецентренное сжатие от продольной силы иместного изгибающего момента. Это учитывается при подборе сечения такогоэлемента.
Учитывая, что пояснеразрезной, местные изгибающие моменты, определенные как для свободно опертых балок,могут быть уменьшены на 10 % для всех панелей, кроме опорной. В конкретныхслучаях необходимо учитывать, что местный изгиб значительно утяжеляет ферму посравнению со шпренгельной фермой.
3. Расчетные длиныстержней ферм. Стержни фермы воспринимают продольные усилия сжатия или растяжения.Несущая способность сжатого стержня зависит от его расчетной длины иопределяется потерей устойчивости.
/>
где m — коэффициент, зависящий от способазакрепления концов стержня; l — геометрическая длина стержня (расстояние между центрами узлов).
Устойчивость стержнейпроверяют в двух направлениях — в плоскости фермы и из плоскости фермы, так какзаранее нельзя определить, в каком из этих возможных направлений будетпроисходить потеря устойчивости фермы.
Несущая способностьрастянутых стержней не зависит от длины. Однако тонкие и длинные растянутыестержни могут провисать под влиянием собственной массы и колебаться подвоздействием внешних нагрузок. В связи с этим гибкость растянутых элементовфермы ограничена нормами, и поэтому для ее определения также необходимо знатьрасчетные длины растянутых стержней как в плоскости, так и из плоскости фермы.
Расчетную длину всех стержнейфермы принимают равной расстоянию между центрами узлов за исключениемпромежуточных раскосов и стоек, примыкающих к растянутому поясу. Растягивающееусилие в нижнем поясе препятствует повороту нижнего узла, поэтому стержнирешетки имеют схему с шарнирным опиранием вверху и частичным защемлением внизуи их расчетная длина равна 0,8 геометрической длины, т. е. расстояния между центрамиузлов. К опорному раскосу растянутый нижний пояс подходит только с одной стороны,что не обеспечивает защемления. Поэтому его расчетная длина принимается равнойгеометрической длине.
Устойчивость фермы изплоскости обеспечивают элементы покрытия и связи по верхним и нижним поясам. Поверхним поясам укладываются прогоны или плиты покрытия. В коньке фермы обычноустанавливают связевую распорку, обеспечивающую устойчивость ферм в процессемонтажа, а также служащую опорой фермы из плоскости при наличии фонаря.
Нижний пояс фермызакрепляется системой связей по нижним поясам. За расчетную длину поясов фермпринимают расстояние между точками, закрепленными от смещения из плоскостифермы связями, плитами или прогонами с коэффициентом m—1.
У раскосов и стоек фермыв направлении из плоскости расчетная длина равна расстоянию между центрами узлов,так как небольшая жесткость поясов на кручение и гибкость узловых фасонок приближаютработу этих стержней к схеме с шарнирным опиранием концов.
Подбор сеченийстержней ферм
Наиболее распространенноесечение поясов стропильных и подстропильных ферм — тавровое, образованное паройуголков. Уголковый профиль позволяет легко комбинировать типы уголков(равнополочные или неравнополочные) и соединять их в сечении (полками всторону).
Это позволяетконструировать стержни с различными радиусами инерции гх и rу и, следовательно,при различной расчетной длине lx и ly в плоскости и из плоскости фермыотдельных ее элементов подобрать наиболее экономичные, равноустойчивые сечения(с одинаковой гибкостью lx и lу) в обоих направлениях.
В таблице приведеныразличные сечения из уголков и даны соотношения их радиусов инерции.
Верхние пояса ферм изплоскости раскрепляют прогонами или плитами покрытия в каждом узле, и тогдарасчетные длины будутlx=ly; или через узел, и тогда соотношениерасчетных длин станет ly=2lx. В первом случае наиболееэкономичным было бы сечение пояса из двух неравнополочных уголков, поставленныхмалыми полками в сторону (rx»ry).Однако такое сечение применяется редко, так как вследствие небольшой шириныпояса фермы оно неудобно при транспортировании и монтаже. По этим соображениямпри lx=ly чаще применяют сечение верхнего пояса из двух равнополочныхуголков. При расчетной длине пояса из плоскости фермы вдвое большей, чем вплоскости фермы (ly=2lx), наиболее рационально сечение из неравнополочных уголков, поставленныхбольшими полками в сторону (rу»2rx).
Нижние пояса ферм обычноработают на растяжение, поэтому соотношение радиусов инерции сечений не влияетна их несущую способность. Однако для обеспечения требований по предельнойгибкости, а также из условий транспортировки и монтажа более рациональноширокое сечение из неравнополочных уголков, поставленных большими полками в сторону.
Опорные раскосы имеютодинаковую расчетную длину в плоскости и из плоскости фермы (lx=ly). Поэтому наиболее рациональное для них сечение изнеравнополочных уголков, поставленных малыми полками в сторону (rx=ry).
Промежуточные раскосы истойки при сжимающих усилиях проектируют из равнополочных уголков (rx»0,8ry). Растянутые элементы решетки могут приниматься и изнеравнополочных уголков, если можно подобрать их сечение с меньшей площадью.
Стойки ферм спримыкающими связевыми элементами обычно проектируют крестового сечения. В этомслучае их гибкость определяется наибольшей расчетной длиной (ly из плоскости фермы) и минимальнымрадиусом инерции.
Диаметр труб поясоврекомендуется принимать не более чем в три раза большим диаметра труб решетки.Толщина стенки труб поясов и опорных раскосов желательно не менее 3 мм,отношение толщины стенки к диаметру трубы 1/55…1/45. Для промежуточных раскосови стоек толщину стенок труб можно брать до 2 мм с отношением ее к диаметрутрубы до 1/80.
Сечения сжатых стержнейобычно подбирают, начиная с элементов, воспринимающих большие усилия. Требуемаяплощадь двух уголков
/>
где N — расчетное усилие в стержне; j — коэффициент продольного изгиба, равный: для поясов0,7...0,9, для элементов решетки 0,6...0,8; R — расчетное сопротивление стали
По сортаменту подбираютблизкие по требуемой площади сечения уголки, исходя из их геометрическиххарактеристик составляют сечение из двух уголков и определяют гибкости стержняв обоих направлениях (в плоскости и из плоскости фермы) по формулам:
/>
где lx и ly — расчетные длины стержня в плоскости и из плоскостная фермы.
Для сжатых стержнейследует выбирать по сортаменту уголки с наиболее тонкими полками, так как ониобладают большей жестокостью и несущей способностью (даже по сравнению ссечениями, имеющими большую площадь, но более толстостенными). Наибольшаягибкость стержней нормирована и зависит от вида элемента фермы и ее материала.Поэтому, определив гибкости стержней, их следует сравнить с предельными.
После определенияпредельной гибкости проверяют напряжения в принятом сечении
/>
где jmin — коэффициент продольного изгиба,принимаемый по большей из гибкостей lx или lх; Fбр — площадь сечения выбранных уголков.
Если напряжение окажетсябольше расчетного сопротивления или значительно меньше его, то берут другойнабор уголков и вновь проверяют их расчетом.
Усилия в панелях верхнегопояса фермы имеют различные значения и теоретически надо бы подбирать разныесечения. Однако ферма в этом случае будет очень нетехнологичной в изготовлении,так как будет иметь большое количество стыков. На практике для ферм пролетом 24 м применяют одно сечение на всей длине пояса, а для ферм большего пролета делают пояс из двух сечений.
В процессе погрузки,перевозки, монтажа длинные гибкие элементы могут быть деформированы, поэтомунапряжения в раскосах и стойках ферм (исключая опорный раскос) проверяютвведением коэффициента условий работы т, учитывающего эти факторы:
/>
где s = 0,8 — для элементов решетки пригибкости более 60 (по этим же соображениям для любых сечений стержней ферм неиспользуют уголки менее 50x4 мм).
В фермах из труб в зонепримыкания раскосов и стоек к поясам напряжения распределяются по сечению трубынеравномерно, поэтому элементы решеток, работающие на сжатие при гибкости l
Сечение растянутыхстержней подбирают, начиная с элементов, воспринимающих наибольшие усилия.
Площадь сеченияопределяется по формуле
/>
По сортаменту выбираютближайшие по площади уголки, выписывают геометрические характеристики сечения,составленного из двух уголков, и определяют гибкости стержня в плоскости и изплоскости фермы. Наибольшая гибкость растянутых стержней также нормирована изависит от вида элемента фермы, условий ее работы и материала конструкции
Если гибкостьподобранного элемента не превосходит предельной, то проверяют фактическиенапряжения в стержне по формуле
/>
В фермах из труб по темже причинам, что и в сжатых элементах, при проверке прочности вводитсякоэффициент условий работы m=0,8.
С целью экономииматериала для нижних поясов ферм иногда применяют комбинацию из двух сечений состыком в узлах.
По мере приближения ксередине фермы усилия в раскосах уменьшаются. Таким образом, фактором,определяющим сечение средних раскосов, является предельная гибкость. Еслисредние раскосы имеют небольшое усилие растяжения (до 100 кН), то при случайнойодносторонней нагрузке (например, при монтаже плит на прогоне, очистке снега идр.) усилие может уменьшиться и перейти в сжатие. С учетом этого в среднихслабо растянутых раскосах гибкость должна быть не более 150 и подбирают ее попредельной гибкости для сжатых стержней.
Если пояс состоит изразличных сечений, смещение центров тяжести уголков (эксцентриситет осей) недолжно превышать 5 % высоты пояса. В противном случае в узле возникаютзначительные изгибающие моменты, которые необходимо учитывать расчетом.
Определяя радиус инерциисуммарного сечения из двух уголков, необходимо учитывать расстояние в светумежду параллельными полками, которое определяется толщиной фасонок фермы.Толщина фасонок зависит откусили и в стержнях фермы и может быть принята потаблице
Фасонки обычнопринимаются одной толщины. Однако для ферм с большими пролетами допускаетсяделать опорные фасонки на 2 мм толще, чем промежуточные. Для подбора сечениястержней ферм удобно пользоваться табличной формой без промежуточныхвычислений. Такие таблицы дают возможность выполнить расчеты в компактной формеи контролировать все факторы. После расчета всех сечений стержней фермынеобходимо определить общее число используемых на ферму профилей. Если в фермепролетом до 24 м окажется больше 5...6 профилей, а в ферме пролетом.
Основные принципыконструирования сварных ферм
При конструировании фермырешается несколько задач.
В первую очередьопределяется геометрическая схема и центрация узлов.
Схему фермы строят такимобразом, чтобы центры тяжести сечения совпадали с осевыми линиями. В фермах состержнями из парных уголков привязка обушков к осевым линиям берется потаблицам сортамента уголков и округляется до 5 мм. В некоторых случаях вначале задаются габариты фермы — высота стропильных ферм по граням поясныхуголков h. Здесь геометрическая высота формы на опоре hon будет зависеть от привязки к осям поясных уголков z1 и z2, уклона верхнего пояса i ирасстояния разбивочной оси до грани фермы a:
/>
При последующейразработке рабочих чертежей (КМД) длины стержней фермы в геометрической схемеопределяются с точностью до 1 мм.
После определениягеометрической схемы определяется конструкция промежуточных узлов. Последовательностькомпоновки таких узлов следующая. Сначала к намеченным осевым линиямпривязываются поясные уголки, что позволяет определить положение торцовстержней решетки к узлам. С целью уменьшения сварочных напряжений в узлах, икак следствие, трещин, торцы стержней решетки не доводят до поясов на 40…50 мм.Затем рассчитывают длину швов, прикрепляющих стержни в узле. По длине сварныхшвов определяют размеры фасонки. Стержни решетки приваривают к фасонкамфланговыми швами. Продольная сила N воспринимается швами пера и обушка, длина которых обратнопропорциональна расстоянию от центра тяжести уголка до его краев. Длина шва наобушке определяется по формуле
/>
где z— расстояние отцентра тяжести уголка до его обушка; b — ширина полки уголка.
Принимая во вниманиеналичие радиуса закругления у пера, наибольшая толщина шва принимается: дляуголков толщиной до 6 мм hш=4мм; 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 должнапревышать 1,2 d (где d — меньшая из толщин уголка илифасонки). Как правило, стремятся сократить число катетов в пределах одного отправочногоэлемента до трех-четырех. При расчете размеров фасонок по длине швов учитываютнепровар в конце швов на длине примерно 1 см.
Швы, соединяющие узловыефасонки, раскосы и стойки рассчитывают на усилия в последних. Швы,прикрепляющие фасонки к поясам с постоянным сечением, рассчитывают на разность усилийв смежных панелях пояса, например N2—N1. Часто по расчетуэти швы получаются небольшой длины. Их принимают сплошными по всей длинефасонки и минимального катета.
В узлах, где к поясуподходят только стойки, разность усилий равна нулю. В этих случаях креплениестойки к фасонкам и фасонок к поясу рассчитывается на усилие в стойке Ncт.
Следует отметить, чтоиспользование листовых усиливающих накладок более предпочтительно, так какуголковыми накладками можно перекрывать поясные уголки только с одинаковымитолщинами полок. Узел с прерванными поясами работает в сложных условиях ирасчет его в достаточной степени условен.
На практике обычно междусоединяемыми поясами оставляют зазор 40...50 мм, а уголок с усилием заводят на300...500 мм за центр узла. Толщина накладки принимается не менее толщиныфасонки, а ее площадь должна быть не менее площади выступающего пера меньшегопояса, т. е. такой, чтобы была обеспечена прочность ослабленного сечения.
Его прочностьопределяется по формуле
/>
где Np — расчетное усилиев 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 сопротивлениятавра.
В некоторых случаяхпользуются упрощенным приемом проверки таких сечений по формуле
/>
/>
Расчет швов, соединяющихлистовую накладку и пояса, производят на усилие в накладке
/>
где d — напряжение в накладке, определенноепо формуле (8.55).
Швы, соединяющие уголкипояса 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 неменьше, чем 1,2 N1/ 2 и 1,2 N2/2.
Как правило, узловыефасонки 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 конструктивномогут решаться по-разному, в зависимости от условий опирания. Довольно частоприменяют опирание стропильной фермы сбоку колонны на опорный столик. Такоесоединение отличается простотой в изготовлении и монтаже, допускает как шарнирное,так и жесткое опирание фермы, надежной в работе.
Большепролетные фермы изсоображений транспортирования по железной дороге изготавливаются, как правило,из двух полуферм (возможно и большее число отправочных марок). На монтажнойплощадке эти полуфермы укрупняют. Укрупнительные (монтажные) узлы должны бытьпросты и надежны в работе. Центральные фермы должны обеспечивать полную идентичностьправого и левого отправочных элементов полуферм. Из этих же соображений,стремятся иметь одни и те же отправочные марки для фонарных, фесфонарных, торцовымии других сходных между собой ферм.
Смежные отправочные маркиферм на монтажной площадке соединяются между собой по поясам с помощьюуголковых или листовых накладок, которые вначале фиксируют с помощью болтов. Нарис. показан пример укрупнительного узла, в котором верхние и нижние поясаперекрыты уголковыми накладками. В уголковой накладке вертикальное перо уголкаподрезают на 15...20 мм, а также срезают обушок для обеспечения плотного прилеганияодного уголка к другому. По верхнему поясу уголок накладки принимают обычнотакой же, что и уголок пояса. Частичное уменьшение площади сечения в местестыка компенсируется тем, что здесь отсутствует коэффициент продольного изгиба j, т. е. площадь стыковых уголковподбирается из условий прочности.
Нижний пояс воспринимаетрастягивающие нагрузки, поэтому площадь сечения в месте стыка с учетом срезкине должна быть меньшей величины. Задача решается использованием уголков того жеразмера, что и поясные, но большей толщины.
Сварные швы, соединяющиеуголковые накладки, рассчитываются на усилие в поясах Nn с равномерным распределением, так как сварные швырасположены по перьям уголков. К накладке верхнего пояса приварены листовые детали,соединяющие фасонки полуферм. К этим же деталям крепятся связевые распорки поконьку.
Уголковые накладки имеютсущественный недостаток, заключающийся в том, что в случае наличия перегибапояса необходимо гнуть уголок, что можно сделать только в горячем состоянии, аэто сложно обеспечить в условиях монтажной площадки.
Более технологичны визготовлении укрупнительные стыки с листовыми накладками. По аналогии спромежуточными узлами, выполненными на листовых накладках, пояса в месте стыкарассчитываются на силу 1,2 Nn (Nn— усилие в поясе).
Листовые накладкимонтажного стыка могут крепиться на высокопрочных болтах. Стык верхнего поясарешается аналогичным образом.
В некоторых случаяхнижние пояса ферм стыкуют с размещением стыковых уголков (поясных) вразбежку(один из уголков не доводится до оси стыка, а другой, напротив, заводится занего). Преимущество такого решения заключается в том, что в ослабленном сечениипрерывается только один поясной уголок. Места стыка поясных уголковперекрываются уголковой накладкой и фасонкой.
Для обеспечения работыэлементов ферм из парных уголков как единого стержня применяют соединительныепрокладки. Прокладки располагаются вдоль сжатых стержней на расстоянии l£40r, вдоль растянутых стержней l1£80 г (где r—радиус инерции уголка относительно оси, параллельной плоскостирасположения прокладок). Между узлами в сжатых элементах должно быть не менеедвух прокладок.
Если не ставитьсоединительные прокладки, то под воздействием сжимающей силы каждый уголокбудет работать раздельно. Несущая способность двух отдельных уголков меньше,чем соединенных прокладками.
Торцовый лист принимаемтолщиной 20 мм и шириной 180 мм (из условия размещения болтов)/
Напряжения смятия уторца:
/>
Толщина швов крепленияопорного раскоса назначается: на обушке 10 мм, на пере — 6 мм (из-за скручивания пера). Их длины — с учетом табл.
/>
Аналогично для швовнижнего пояса при толщине их у обушка О 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 фасонкуна срез, а также швы ее крепления к торцовому листу (толщину швов назначаем 6 мм):
/>
Расчетное усилие длякрепления уголков пояса к вертикальной фасонке:
/>
Требуемая длина этих швову обушка (hш—10 мм) и пера (hш=6 мм):
/>
На усилие Nр=755 кН рассчитываем швы вертикальных листовых накладок,перекрывающих фасонки смежных ферм. Требуемая длина одного вертикального швапри толщине шва hш=12 мм:
/>
Толщину накладокпринимаем 6=12 мм.
Длину швов, прикрепляющихраскосы и стойку, определяем по формулам, аналогичным прикреплению уголков квертикальным фасонкам.
Узел Vрассчитывается аналогично узлу IV.
Решетчатыестроительные металлоконструкции различного назначения
Пролетные сооружения
К этой категории обычноотносят здания общественного назначения — концертные и спортивные залы,выставочные павильоны, вокзалы, рынки и т. п., а также здания специальногоназначения – ангары. В большепролетных конструкциях существенную долю врасчетной нагрузке составляет собственный вес, поэтому для их сооружения особенноэффективно применение сталей повышенной пространственной системы в виде сводов,складок и куполов. Выбор того или иного решения большепролетного покрытияосуществляют при проектировании сооружения, исходя из конкретных условий.
Очертание поясов и системрешеток в большепролетных фермах может быть самым различным. Фермы спараллельными поясами проектируются обычно с треугольной или раскосной решеткой.Их высоту принимают обычно равной 1/8…1/15 пролета. Трапецеидальные фермы делаютс уклоном кровли i = 1/10/…1/15и высотой посередине 1/7…1/11 пролета. Сегментные фермы имеют небольшие усилияв раскосах, поэтому здесь целесообразна разреженная или крестовая решетка.Высоту их назначают равной 1/8…1/12 пролета. Высота многопролетных нераз+резныхили консольных ферм может быть уменьшена на 25...30 % по сравнению сразрезными. Ecли усилия в стержнях большепролетных ферм превышают 4000...5000кН, ceчeния таких ферм принимаются составными из сварных двутавров илипрокатных профилей. Большие усилия в стержнях легче передаются в узлах черездве фасонки.
По причине большой высотыферм их нельзя перевозить по железной дороге в виде собранных отправочных марок.Такие конструкции укрупняются на монтаже. На монтажной площадке элементысоединяют сваркой или высокопрочными болтами.
Опорные реакции в фермахзначительны, поэтому передача их должна осуществляться строго по оси узлафермы. Четкая передача опорной реакции может быть достигнута за счет применениятангенциальной или специальной балансирной опоры (см. рис ).
/>
Рис. Специальные опорыбольшепролетных ферм
а — тангенциальная; б —балансирная; в — катковая
Катки балансирных опор вцилиндрических шарнирах (цапфах) при центральном угле касания поверхностей ³p/2 рассчитывают на местное смятие поформуле
/>
где А—давление на опору; r—радиус катка; l — длина катка; Rсм.м — расчетное сопротивление местномусмятию при плотном касании
катки, находящиеся междудвумя параллельными плоскостями, рассчитывают на диаметральное сжатие поформуле
/>
где n –число катков; d – диаметр катка; Rс.к. – расчетное сопротивлениедиаметральному сжатию катков при свободном касании.
Для изготовления катковыхопор используют сталь 35Л, а катки вытачивают из стали марки 5.
Различают два видакомпоновки рамных покрытий: поперечную, с размещением рам поперек здания сопределенным шагом и продольную, чаще всего применяемую для ангаров. В случаепродольной компоновки основную несущую раму ставят вдоль большего размера планаздания (здесь устраивают раздвижные ворота) и на нее опираются поперечныефермы.В ангарных конструкциях применяют фермы с консолями, выходящимиза несущую раму, что значительно облегчает поперечные фермы, но несколько утяжеляетраму. Устойчивость несущих рам и поперечных ферм обеспечивается крестовыми связями.
Фермы, предварительнонапряженные затяжками
Предварительноенапряжение можно успешно применять в решетчатых конструкциях разного назначения.
Наиболее разработаны предварительнонапряженные фермы покрытия зданий, в которых предварительное напряжениеосуществляется с помощью высокопрочных материалов. Возможности варьирования конструктивныхсхем в фермах значительно шире, чем в балках, и поэтому эффект применения предварительногонапряжения здесь в значительной мере зависит от рационально выбранной дляконкретного случая схемы фермы и затяжки, а также последовательности предварительногонапряжения.
По характеру размещениязатяжек и их влиянию на работу конструкции предварительно напряженные фермы можноразделить на два основных типа: фермы, у которых затяжки размещены в пределахнаиболее нагруженных стержней и вызывают предварительное напряжение только вэтих стержнях; фермы, у которых затяжки размещены в пределах всего пролета иличасти его и вызывают предварительное напряжение в нескольких или во всехстержнях фермы.
Ферма второго типа болееразнообразна по конструктивным схемам и, как правило, более эффективна.
Ферма второго типа получаетсяпри устройстве одного или нескольких затяжек вдоль нижнего (растянутого) пояса.Одна затяжка создает предварительное напряжение в нескольких панелях пояса,вдоль которых она размещена, но другие стержни предварительного напряжения не получают.
При равномерномпредварительном напряжении всего нижнего пояса одной затяжкой предварительноенапряжение лимитируется несущей способностью на сжатие наиболее гибкой панели.
Натяжение затяжекцелесообразно производить на заводе или на укрупнительной сборке. Чтобыобеспечить устойчивость пояса в процессе натяжения, затяжки по их длинесоединяют с поясом диафрагмами через 40—50 наименьших радиусов инерции сеченияпояса. Число ветвей в затяжке определяется формой сечения пояса и способомпредварительного напряжения.
Оптимальная высота ферм посерединепролета от затяжки до верхнего пояса составляет 1/6-1/8 пролета, а высотажесткой части фермы принимается в пределах 1/10-1/12.
Эффективностьпредварительного напряжения ферм в значительной степени зависит от последовательностинатяжения затяжки и загружения фермы. Натяжение затяжки в проектном положенииконструкции после передачи на ферму части или всей постоянной нагрузки, какправило, дает больший эффект, чем натяжение до загружения ферм.
При закреплении затяжки,создающей общее предварительное напряжение в стержнях фермы, усилие в затяжкеполучается обычно значительным и поэтому надо при конструировании укреплять узелдополнительными ребрами жесткости.
Заключение
Я разрабатывал дипломныйпроект «Технология изготовления строительной фермы из прямоугольных труб».
Мне понравилась работанад дипломным проектом, так как она требовала самостоятельной работы.
Часть знаний я применил вдипломном проекте, а остальную информацию получил в библиотеке.
Дипломная работатребовала знаний по черчению, технологии, электросварке и другим специальнымдисциплинам.
Во время дипломной работыя почувствовал себя конструктором сварочного производства и, конечно же,ответственным лицом над своей конструкцией.