Технология изготовления строительной фермы из прямоугольных труб (стр. 2 из 4)

В таблице приведены различные сечения из уголков и даны соотношения их радиусов инерции.

Верхние пояса ферм из плоскости раскрепляют прогонами или плитами покрытия в каждом узле, и тогда расчетные длины будутlx=ly; или через узел, и тогда соотношение расчетных длин станет ly=2lx. В первом случае наиболее экономичным было бы сечение пояса из двух неравнополочных уголков, поставленных малыми полками в сторону (rx»ry). Однако такое сечение применяется редко, так как вследствие небольшой ширины пояса фермы оно неудобно при транспортировании и монтаже. По этим соображениям при lx=lyчаще применяют сечение верхнего пояса из двух равнополочных уголков. При расчетной длине пояса из плоскости фермы вдвое большей, чем в плоскости фермы (ly=2lx), наиболее рационально сечение из неравнополочных уголков, поставленных большими полками в сторону (rу»2rx).

Нижние пояса ферм обычно работают на растяжение, поэтому соотношение радиусов инерции сечений не влияет на их несущую способность. Однако для обеспечения требований по предельной гибкости, а также из условий транспортировки и монтажа более рационально широкое сечение из неравнополочных уголков, поставленных большими полками в сторону.

Опорные раскосы имеют одинаковую расчетную длину в плоскости и из плоскости фермы (lx=ly). Поэтому наиболее рациональное для них сечение из неравнополочных уголков, поставленных малыми полками в сторону (rx=ry).

Промежуточные раскосы и стойки при сжимающих усилиях проектируют из равнополочных уголков (rx»0,8ry). Растянутые элементы решетки могут приниматься и из неравнополочных уголков, если можно подобрать их сечение с меньшей площадью.

Стойки ферм с примыкающими связевыми элементами обычно проектируют крестового сечения. В этом случае их гибкость определяется наибольшей расчетной длиной (ly из плоскости фермы) и минимальным радиусом инерции.

Диаметр труб поясов рекомендуется 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 раскосов и стоек толщину стенок труб можно брать до 2 мм с отношением ее к диаметру трубы до 1/80.

Сечения сжатых стержней обычно подбирают, начиная с элементов, воспринимающих большие усилия. Требуемая площадь двух уголков

где N— расчетное усилие в стержне; j — коэффициент продольного изгиба, равный: для поясов 0,7...0,9, для элементов решетки 0,6...0,8; R — расчетное сопротивление стали

По сортаменту подбирают близкие по требуемой площади сечения уголки, исходя из их геометрических характеристик составляют сечение из двух уголков и определяют гибкости стержня в 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 стержней следует выбирать по сортаменту уголки с наиболее тонкими полками, так как они обладают большей жестокостью и несущей способностью (даже по сравнению с сечениями, имеющими большую площадь, но более толстостенными). Наибольшая гибкость стержней нормирована и зависит от вида элемента фермы и ее материала. Поэтому, определив гибкости стержней, их следует сравнить с предельными.

После определения предельной 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 окажется больше расчетного сопротивления или значительно меньше его, то берут другой набор уголков и вновь проверяют их расчетом.

Усилия в панелях верхнего пояса фермы имеют различные значения и теоретически надо бы подбирать разные сечения. 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, поэтому напряжения в раскосах и стойках ферм (исключая опорный раскос) проверяют введением коэффициента условий работы т, учитывающего эти факторы:

где s = 0,8 — для элементов решетки при гибкости более 60 (по этим же соображениям для любых сечений стержней ферм не используют уголки менее 50x4 мм).

В фермах из труб в зоне примыкания раскосов и стоек к поясам напряжения распределяются по сечению трубы неравномерно, поэтому элементы решеток, работающие на сжатие при гибкости l<60, проверяют на прочность без учета коэффициента j, с коэффициентом условий работы m=0,8.

Сечение растянутых стержней подбирают, начиная с элементов, воспринимающих наибольшие усилия.

Площадь сечения определяется по формуле

По сортаменту выбирают ближайшие по площади уголки, выписывают геометрические характеристики сечения, составленного из двух уголков, и определяют гибкости стержня в плоскости и из плоскости фермы. Наибольшая гибкость растянутых стержней также нормирована и зависит от вида элемента фермы, условий ее работы и материала конструкции

Если гибкость подобранного элемента не превосходит предельной, то проверяют фактические напряжения в стержне по формуле

В фермах из труб по тем же причинам, что и в сжатых элементах, при проверке прочности вводится коэффициент условий работы m=0,8.

С целью экономии материала для нижних поясов ферм иногда применяют комбинацию из двух сечений со стыком в узлах.

По мере приближения к середине фермы усилия в раскосах уменьшаются. Таким образом, фактором, определяющим сечение средних раскосов, является предельная гибкость. Если средние раскосы имеют небольшое усилие растяжения (до 100 кН), то при случайной односторонней нагрузке (например, при монтаже плит на прогоне, очистке снега и др.) усилие может уменьшиться и перейти в сжатие. С учетом этого в средних слабо растянутых раскосах гибкость должна быть не более 150 и подбирают ее по предельной гибкости для сжатых стержней.

Если пояс состоит из различных сечений, смещение центров тяжести уголков (эксцентриситет осей) не должно превышать 5 % высоты пояса. В противном случае в узле возникают значительные изгибающие моменты, которые необходимо учитывать расчетом.

Определяя радиус инерции суммарного сечения из двух уголков, необходимо учитывать расстояние в свету между параллельными полками, которое определяется толщиной фасонок фермы. Толщина фасонок зависит откусили и в стержнях фермы и может быть принята по таблице

Фасонки обычно принимаются одной толщины. Однако для ферм с большими пролетами допускается делать опорные фасонки на 2 мм толще, чем промежуточные. Для подбора сечения стержней ферм удобно пользоваться табличной формой без промежуточных вычислений. Такие таблицы дают возможность выполнить расчеты в компактной форме и контролировать все факторы. После расчета всех сечений стержней фермы необходимо определить общее число используемых на ферму профилей. Если в ферме пролетом до 24 м окажется больше 5...6 профилей, а в ферме пролетом.

Основные принципы конструирования сварных ферм

При конструировании фермы решается несколько задач.

В первую очередь определяется геометрическая схема и центрация узлов.

Схему фермы строят таким образом, чтобы центры тяжести сечения совпадали с осевыми линиями. В фермах со стержнями из парных уголков привязка обушков к осевым линиям берется по таблицам сортамента уголков и округляется до 5 мм. В некоторых случаях вначале задаются габариты фермы — высота стропильных ферм по граням поясных уголков h. Здесь геометрическая высота формы на опоре h_on будет зависеть от привязки к осям поясных уголков z₁ и z₂, уклона верхнего пояса i и расстояния разбивочной оси до грани фермы a:

При последующей разработке рабочих чертежей (КМД) длины стержней фермы в геометрической схеме определяются с точностью до 1 мм.

После определения геометрической схемы определяется конструкция промежуточных узлов. Последовательность компоновки таких узлов следующая. Сначала к намеченным осевым линиям привязываются поясные уголки, что позволяет определить положение торцов стержней решетки к узлам. С целью уменьшения сварочных напряжений в узлах, и как следствие, трещин, торцы стержней решетки не доводят до поясов на 40…50 мм. Затем рассчитывают длину швов, прикрепляющих стержни в узле. По длине сварных швов определяют размеры фасонки. Стержни решетки приваривают к фасонкам фланговыми швами. Продольная сила N воспринимается швами пера и обушка, длина которых обратно пропорциональна расстоянию от центра тяжести уголка до его краев. Длина шва на обушке определяется по формуле

где z— расстояние от центра тяжести уголка до его обушка; b — ширина полки уголка.

Принимая во внимание наличие радиуса закругления у пера, наибольшая толщина шва принимается: для уголков толщиной до 6 мм hш=4 мм; 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 должна превышать 1,2 d (где d — меньшая из толщин уголка или фасонки). Как правило, стремятся сократить число катетов в пределах одного отправочного элемента до трех-четырех. При расчете размеров фасонок по длине швов учитывают непровар в конце швов на длине примерно 1 см.