Глава i металлические кровельные конструкции (стр. 11 )

Это следует из того, что прогоны сами по себе, если они не соединены с узлами связей, не закреп­ляют пояс от смещения из плоскости фермы. Однако, если по про­гонам уложен и надежно скреплен с ними стальной профилированный  настил,  образующий  жесткий  диск,  то  расчетная длина пояса из плоскости фермы может быть принята равной расстоя­нию между прогонами, так как в этом случае каждый прогон, будучи соединенным с поясом, препятствует его смещению из плоскости фермы.

В  беспрогонном  покрытии, когда плиты привариваются к поя­сам ферм не менее чем в трех углах, расчетная длина верх­него пояса из плоскости фермы считается равной ширине пли­ты (li=b).  В этом случае обычно 1ef, х =1ef, y=1.

Для нижнего пояса расчетные длины принимаются аналогично. Расчетная длина в плоскости фермы равна расстоянию между центрами узлов1ef, х=1.  Расчетная длина  из плоскости фер­мы 1ef, y= 1— расстояние между узлами, закрепленными связями от смещения из плоскости фермы  (рис. 33, в).

При изгибе элементов решетки в плоскости фермы, выполнен­ной из уголков, мощные пояса через фасонки в значительной сте­пени затрудняют поворот концов этих элементов, поэтому берется μ = 0,8 (т. е. между 1—для шарнирного опирания и 0,5 — для жесткого закрепления концов). Таким образом, расчетная длина элементов решетки (кроме опорных) в плоскости фермы 1ef, х= 0,81, где 1 — геометрическая длина элемента (рис. 33,а).

При изгибе стержней решетки из плоскости фермы тонкие фасонки, к которым приварены эти элементы (рис. 33, б), прак­тически не препятствуют повороту опорных сечений (листовой шарнир). Поэтому по СНиП II-23-81* расчетная длина элементов решетки из плоскости фермы принимается равной их геометрической дли­не (μ=1), т. е. предполагается шарнирное опирание концов.

Опорные раскосы и стойки работают как пояса, так как слу­жат их продолжением. Они испытывают значительные усилия и являются очень ответственными элементами, поэтому с некото­рым запасом их расчетная длина в плоскости и из плоскости фермы находится в предположении  шарнирности узлов: 1ef, х =1ef, y=1.

В фермах из труб при непосредственной приварке торцов элементов решетки без сплющивания концов к поясам (рис. 40) условия закрепления концов промежуточных рас­косов иные, чем в фермах из уголков. В плоскости фермы защем­ление несколько меньше, а из плоскости фермы, наоборот, не­сколько больше, чем в узлах с фасонками. Поэтому как в плос­кости, так и из плоскости фермы принимается μ = 0,9, и, следова­тельно, расчетные длины 1ef, х =1ef, y=0,91.  (1 — геометрическая длина стержня).

Если свободная длина верхнего пояса из плоскости фермы включает две панели (рис. 33, в), в которых действуют разные сжимающие усилия N1 и N2 (N1 > N2), то устойчивость пояса из плоскости фермы проверяется по большему усилию, а расчетная длина при этом находится по формуле:

1ef, y=11 (0,75 + 0,25 (N2/ N1)).  (15)

4. Типы сечений стержней фермы

Для изготовления стропильных ферм широко применяются равнополочные и неравнополочные уголки, сортамент которых определен ГОСТ 8509-72 и ГОСТ 8510-72. Обычно стержни выпол­няются из двух уголков, составленных тавром, с зазором, равным толщине фасонки t.

При этом можно получить три типа сечений:

- из равнополочных уголков;

- из неравнополочных уголков, состав­ленных большими полками вместе;

- из неравнополочных уголков, составленных меньшими полками (соответственно сечения 1, 2 и 3 на рис. 34).

Вместо прокатных могут использоваться гнутые уголки по ГОСТ 19771-74 и ГОСТ 19772-74.

При  конструировании  сжатых  стержней  надо  стремиться к обеспечению равноустойчивости в двух взаимно перпендикулярных плоскостях:  в  плоскости  фермы  и  из  плоскости  фермы.

В этом случае получается наиболее экономичное решение. Равноустойчивость  обеспечивается  при  равенстве  гибкостей λх = λy и, следовательно, при равенстве отношений ix : iy= lx: ly.  Таким образом,  надо  выбирать  такое  сечение,  у  которого  отношение радиусов инерции относительно двух взаимно  перпендикулярных осей было бы наиболее близким  к отношению  расчетных  длин стержня в плоскости и из плоскости фермы.

Рис. 34. Типы сечений стержней ферм

Диапазоны значений  отношений радиусов инерции для трех типов сечений из уголков показаны на рис. 34.

Для сжатых поясов ферм из уголков при 1еf, х=1еf, у, как видно, целесообразным является сечение 2. Однако практически в этом случае берут сечение 1, при котором повышается поперечная жест­кость фермы в целом, что очень важно для перевозки и монтажа. Кроме того, сечение 1 имеет более широкие горизонтальные полки, чем сечение 2, что улучшает условия опирания прогонов или плит покрытия. Если расчетная длина из плоскости фермы больше, чем в плоскости, например 1еf, y=21еf, х, 1еf, у=31еf, х и т. д., применяется сечение 3.

У элементов  решетки  (кроме опорных) отношение расчетных длин 1еf, х : 1еf, у = 0,8 (при отсутствии шпренгелей), поэтому для них берется сечение 1 с наиболее близким к 0,8 отношением ра­диусов инерции. Для опорного сжатого раскоса, когда 1еf, х=1еf, у (при отсутствии шпренгеля), рекомендуется сечение z. Если длина раскоса в плоскости фермы уменьшена шпренгелем в два раза, то для него принимается сечение 3.

Для растянутых стержней, сечение которых подбирается из условия прочности, тип сечения может быть любой. Но для растя­нутого нижнего пояса обычно принимают сечение 1 или 3, чтобы повысить общую поперечную жесткость фермы и тем самым облегчить се перевозку и монтаж.  Кроме того, сечение 3 дает бо­лее близкие значения гибкости пояса в  двух плоскостях, так как обычно его расчетная длина из плоскости фермы больше, чем в плоскости. Для растянутых раскосов, как и для сжатых, при отсутствии шпренгелей берется сечение 1, а в шпренгельной фер­ме — сечение 3.

Кроме трех основных сечений из парных уголков в стропиль­ных фермах используются и другие. Так, некоторые дополнитель­ные элементы, например шпренгели, часто делаются из одного равнополочного уголка (сечение 4). При небольших нагрузках стропильная ферма вообще может быть выполнена со стержнями из одиночных уголков.

Крестовое сечение из двух равнополочных уголков (сечение 5) применяется для средней стойки, если членение фермы осущест­вляется по этой стойке. Такое сечение обеспечивает получение двух совершенно одинаковых отправочных марок фермы.

Кресто­вое сечение экономичнее таврового, так как его наименьший ра­диус инерции (относительно оси хо—хо) больше наименьшего радиуса инерции таврового сечения из тех же уголков. Однако для верхнего пояса крестовое сечение не используется, потому что на такой пояс неудобно опирать плиты или прогоны. Для эле­ментов решетки такое сечение не применяется, так как это затруд­нило бы конструирование узлов, ибо ширина крестового сечения в плоскости фермы в два раза больше ширины таврового, выполненного из тех же уголков.

Сечение из швеллеров (сечение 6 на рис. 34) используется для сжато-изгибаемых поясов, когда на ферму действует внеузловая нагрузка. Для этого случая можно принять также сечение 2, обладающее большой жесткостью в плоскости фермы (относи­тельно оси х—х).

Для поясов ферм рационально применять прокатные тавры, получаемые путем продольной резки двутавров с параллельными гранями полок. Сортамент таких тавров установлен ТУ 14-2-24-72. В случае равных расчетных длин сжатого пояса в плоскости и из плоскости фермы, т. е. когда 1еf, х=1еf, у, по условию равноустойчивости целесообразно использовать тавры марки ШТ, получен­ные из широкополочных двутавров (сечение 7).

Если 1еf, y=21еf, х, то следует применять тавры марки КТ, полученные из колонных двутавров (сечение 8). Фермы с поясами из прокатных тавров менее трудоемки в изготовлении и более экономичны по расходу стали (на 10—15%) в сравнении с фермами, пояса которых выполнены из уголков, в основном за счет уменьшения количества дополнительных элементов: узловых фасонок, про­кладок.

Для сжатых элементов целесообразно использовать трубы (сечение 9 на рис. 34). Для изготовления ферм применяются тонкостенные электросварные трубы, сортамент которых дан в ГОСТ 10704-76. Эффективность сечения центрально сжатого элемента характеризуется безразмерным параметром — удельным радиусом инерции i = i/√А, который зависит от формы сечения и мало меняется с изменением его размеров. Для таврового сече­ния из двух равнополочных уголков i = 0,5÷0,6, а для трубчатого сечения (при обычных отношениях толщины стенки к диаметру от 1/30 до 1/50) удельный радиус инерции i = 1,0÷1,4. Таким обра­зом, при одинаковой площади сечения радиус инерции трубчатого сечения более чем в два раза превышает радиус инерции сечения уголков. Поэтому применение труб для изготовления ферм при­водит к значительному снижению расхода стали. Кроме того, соединение элементов в узлах ферм из труб осуществляется без фасонок (рис. 40), что дает дополнительную экономию стали, которая в целом доходит до 25—35% в сравнении с фермами из уголков.

Наряду с трубами круглого сечения для ферм используются также трубы квадратного и прямоугольного сечений или так называемые тонкостенные замкнутые гнутосварные профили (сечения 10 и 11 на рис. 34). Они обладают всеми достоинствами круглых труб и, кроме того, узлы в фермах из гнутосварных профилей решаются проще, чем в фермах из круглых труб, так как не требуется выполнять фигурную резку. Еще одно преимущество  гнутосварных  профилей  перед  трубами  круглого сечения — лучшая  работа  при  сжатии  с  изгибом  (например, в поясах ферм при действии внеузловой нагрузки). Таким образом, трубы квадратного или прямоугольного сечения являются весьма перспективными профилями для изготовления ферм. Их сортамент определяет ГОСТ 12336-66.