Типы сечений и подбор сечений стержней ферм

Стержни легких ферм.

Применявшиеся ранее сечения для легких ферм из парных уголков обладают рядом существенных недостатков: большое количество заготавливаемых элементов с различными типоразмерами, значительный расход металла на фасонки и прокладки, высокая трудоемкость изготовления и наличие щелей между уголками, затрудняющих окраску. Кроме того, стержни из двух уголков, составленные тавром, неэффективно работают на сжатие.

Развитие сортамента других профилей (см. рис. 6.18.) позволило применить для стержней легких ферм и другие более эффективные профили.

Широкое применение получили сечения из одиночных профилей: тавров, труб круглых, квадратных и прямоугольных, двутавров, одиночных уголков.

Рис. 6.18. Типы сечений легких ферм	Рис. 6.19. Типы сечений стержней тяжелых ферм

Новые конструктивные формы экономичнее по расходу металла и значительно менее трудоемки за счет значительного уменьшения количества используемых деталей; сечения стержней стали более эффективно работать на сжатие; фермы со стержнями из одиночных профилей доступны для осмотра и окраски, что улучшает условии эксплуатации и создает условия для повышения из долговечности.

Однако из-за ограниченности сортамента новых типов профилей и других конъюнктурных условий легкие фермы различного назначения еще продолжают проектировать со стержнями из прокатных уголковых профилей. Кроме того стержни из двух уголков как при равных, так и при различных расчетных длинах легко можно скомпоновать равно устойчивыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Выбор типа профиля для того или другого стержня легкой фермы зависит от конструкции фермы, особенностей работы каждого стержня, расчетных длин стержней в плоскости и из плоскости фермы.

В фермах пространственной формы (башнях, мачтах), где пояс является общим для двух перпендикулярных ферм, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок, а также крестовые сечение из двух или четырех уголков.

Сечения стерней тяжелых ферм.

Стержни тяжелых стальных ферм отличаются от стержней легких ферм более мощными и развитыми сечениями, составленными из нескольких элементов. Это обусловлено их большими расчетными длинами и значительно большими усилиями в стержнях.

Сечения стержней тяжелых ферм обычно проектируют двухстенчатыми (см. рис. 6.19.). Все стержни одной тяжелой фермы имеют одинаковую ширину, но разные площади сечения. Наиболее тяжелые современные фермы из сварных стержней проектируют с узлами на высокопрочных болтах.

Наиболее часто применяются следующие типы сечений стержней тяжелых стальных ферм:

1. Н-образные сечения: сварные – из трех листов (2 вертикала и один горизонтал) с отверстиями в горизонталах для стока воды и клепаные из четырех уголков связанных горизонтальным листом. Развитие этих сечений происходит: в сварных сечениях посредством увеличения высоты или толщины вертикальных листов; в клепаных - посредством увеличения калибров уголков или наклепки вертикальных листов. Н- образное сечение применяется как для поясов, так и для раскосов.

2. Коробчатое сечения - из двух вертикальных элементов, соединенных горизонталом сверху (см. рис. 6.19.); применяется главным образом для верхних поясов тяжелых мостовых ферм (работающих на открытом воздухе).

3. Швеллерные сечения – из двух швеллеров, обычно полками внутрь, соединенных между собой планками или решетками; применяются из прокатных или составных листов и уголков для сжатых и растянутых раскосов, а также для растянутых поясов клепаных ферм. Сечения в смежных стержнях изменяют наклепкой или приваркой на швеллеры листов.

4. Реже применяются двутавровые сечения поставленные вертикально и трубчатые стержни.

Подбор сечений стержней легких ферм.

Общие соображения.

Для того чтобы предварительно установить необходимый ассортимент профилей, сначала ориентировочно определяют требуемые площади для всех стержней фермы. При этом стержни, составленные из двух уголков или швеллеров, соединенные через прокладки, рассчитывают как сплошностенчатые. Это обеспечивается необходимыми расстояниями между прокладками (для сжатых стержней 40i, для растянутых 80i, где i – минимальный радиус инерции).

При значительных усилиях в поясах ферм подбор сечения стержней можно производить из сталей двух марок (пояса из более прочной стали).

В легких фермах пролетом до 30 м, для того чтобы уменьшить трудоемкость изготовления конструкции, пояса обычно принимают постоянного сечения по всей длине.

В легких фермах из уголков при изменении сечения пояса калибр уголков целесообразно менять только за счет ширины полок оставляя толщину неизменной. Это упрощает конструкцию стыка.

Подбор сечения растянутых стержней.

Для подбора сечения растянутого стержня определяют требуемую площадь сечения растянутого стержня по формуле где a - коэффициент ослабления стержня отверстиями, принимаемый равным 0,85 при наличии болтовых или заклепочных соединений и 1 для сварных ферм.

Исходя из требуемой площади и общих конструктивных требований, выбирают тип профиля и производят проверку принятого сечения, причем подсчитывают действительное его ослабление заклепочными или болтовыми отверстиями:

Подбор сечения центрально-сжатых стержней.

Подбор сечения центрально-сжатых стержней также начинают с определения требуемой площади по формуле .

Коэффициент условия работы g_с принимается по рекомендации СНиПа.

В формуле содержится два неизвестных А_тр и j (коэффициент продольного изгиба, который зависит от гибкости , где - расчетная длина стержня; - радиус инерции сечения) и прочности материала R_y.

Обычно задаются гибкостью стержня (для поясов l=80…100; для решетки l=100…120) и определяют коэффициент продольного изгиба и требуемые радиусы инерции , а затем и требуемую площадь. Исходя из требуемых площади сечения и радиусов инерции, проверяют принятое сечение по фактическим характеристикам профиля по формуле .

При необходимости сечение корректируется и вновь проверяется.

Расчет сквозного стержня начинают относительно материальной оси, относительно которой геометрические характеристики постоянны.

Подбор сечения сквозного стержня производят также как и сплошного из расчета на устойчивость:

A_тр = N /(j*R_у*g_с)

Предварительно задаемся гибкостью (несколько меньшей, чем для сплошных колонн) и определяем j, а затем A_тр и i_тр = l_ef / l.

По сортаменту профилей определяем сечение швеллера или двутавра по требуемым A_тр и i_тр. Если A_тр и i_тр соответствуют одному профилю, то значит мы задались гибкостью удачно. В противном случае нам придется корректировать сечение (2-3 раза).

Для принятого сечения по его геометрическим характеристикам уточняем гибкость стержня, коэффициент j_х и проверяем устойчивость колонны относительно оси х - х (материальной)

После удовлетворительной проверки, исходя из условия равной устойчивости l_efy = l_x , определяем расстояние между ветвями колонны, а для тяжелых ферм согласуем этот размер с шириной поясов.

Если стержень с планками (при ширине стерженя до 80 - 100 см), то условие равной устойчивости запишется .Откуда . Здесь l₁ - гибкость одной ветви.

Гибкостью ветви задаются так, чтобы l₁< l_y и не более 40.

Далее определяем предварительно габарит b = i_y / a₂ , где i_y = l_efy / l_y ;

a₂ - коэффициент зависящий от типа сечения колонны, и увязываем с допустимым габаритом и зазором между ветвями (требуется не менее 100 - 150 мм).

Соединительные планки без раскосной решетки рассчитываются, как элементы без раскосной консольной фермы (или многоэтажной однопролетной рамы). Принимая для расчета приближенный метод нулевых моментных точек, можно допустить, что нулевые моментные точки располагаются по средине стержней. Вырезая Т-образный элемент по нулевым моментным точкам и рассматривая его равновесие определяем поперечную силу и изгибающий момент в планке

T_пл = Q_п*l /c и M_пл = Q_п*l / 2,

где Q_п - условная поперечная сила, приходящаяся на систему планок, расположенных в одной плоскости;

l - расстояние между центрами планок;

с - расстояние между осями ветвей.

Сварной шов, прикрепляющий планку к ветви колонны, рассчитывается на действие Т_пл и М_пл. Размер планки принимается конструктивно:

d_пл = (0,5 ¸ 0,75)b и t_пл = 6 ¸ 10 мм.

Прочность углового шва определяется по равнодействующим напряжениям:

где s = M_пл / W_w; t = Т_пл /A_w; W_w = b_f k_f l_w² / 6; A_w = b_f k_f l_w

Подбор сечения стержней, работающих на внецентренное сжатие (продольную силу и поперечный изгиб).

Сечение стержней ферм, работающих на внецентренное сжатие или местный изгиб, подбирают по формуле .

Коэффициент понижения несущей способности стержня при внецентренном продольном изгибе зависит от условной гибкости стержня в плоскости изгиба и приведенного эксцентриситета , где h - коэффициент влияния формы сечения; здесь r - радиус ядра сечения (ядровое расстояние); z- расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого края сечения.

Сечение стержня подбирается так же как для центрально-сжатого. Приняв тип сечения задаются гибкостью l_x и определяют требуемый радиус инерции требуемую высоту сечения и ядровое расстояние (для симметричных относительно горизонтальной оси сечений z=h/2, для тавровых z»0.3h). Далее определяем и по формулам таблицы СНиПа и, наконец, . Затем по значениям и m_efx по таблице СНиПа определяем значение j_е и требуемую площадь .

По требуемой площади и радиусу инерции подбираем наиболее подходящее сечение профиля. По геометрическим характеристикам принятого сечения, производят проверку стержня в плоскости действия момента по формуле и из плоскости - по формуле

При необходимости корректируем сечение и снова проверяем.

В случае, когда приведенный эксцентриситет m_efx>20 проверки устойчивости в плоскости действия момента не требуется, но требуется проверка прочности по формуле

.

Подбор сечений стержней по предельной гибкости.

Стержни легких ферм, в которых действуют небольшие усилия и, следовательно, небольшие напряжения, подбирают по предельной гибкости, установленной СНиПом. Зная расчетную длину стержня l_ef и значение предельной гибкости [l], определяют требуемый радиус инерции по формуле , по которому в сортаменте выбирают сечение профиля имеющего наименьшую площадь. К таким стержням обычно относятся дополнительные стойки в треугольной решетке, раскосы в средних панелях ферм, элементы связей и т.п.

Особенности подбора сечения элементов тяжелых ферм.

Подбор сечений тяжелых ферм начинается с предварительного определения площадей сечения всех стержней по тем же формулам, что и для стержней легких ферм.

Исходя из требуемых площадей, выбирается тип сечения стержней поясов и решетки. При этом высота сечений поясов не должная превышать 1/15 длины панели, так как при большей высоте влияние изгибающих моментов от жесткости узлов и, следовательно, величины дополнительных напряжений существенно возрастают и их нужно учитывать при расчете.

Основным размером стержней тяжелых ферм с двустенчатыми сечениями является ширина поясов и раскосов, которая сохраняется постоянной для всех элементов фермы и обычно принимаются b=400…500 мм.

Толщина горизонталов должна быть не менее 1/50 расстояния между вертикалами и не менее 12 мм, а толщина вертикалов не более 40мм, поскольку при большей толщине снижается, расчетное сопротивление стали, а, следовательно, увеличивается расход стали.

Дата добавления: 2014-01-07