Глава i металлические кровельные конструкции (стр. 12 )

При больших усилиях в поясах, а также при действии внеузловой нагрузки для поясов фермы могут использоваться широко­полочные двутавры (сечение 12 на рис. 34). В этом случае эле­менты решетки удобно выполнять из гнутосварных профилей квадратного или прямоугольного сечения. В настоящее время разработаны типовые фермы такой конструкции с пролетами 24, 30 и 36 м (серия 1.460.3-15, вып. 1).

5. Подбор сечений стержней фермы

Все элементы стропильных ферм малых и средних пролетов могут быть изготовлены из углеродистой стали обычной проч­ности. При значительных нагрузках на ферму (большой пролег или шаг ферм, тяжелые плиты покрытия, большая снеговая на­грузка) ее пояса в целях экономии металла целесообразно вы­полнять из стали повышенной прочности. Особенно эффективно применение более прочных сталей в фермах из труб. Для эле­ментов решетки фермы, нагруженных меньше, чем пояса, и имею­щих обычно большую длину, как правило, и в этом случае выгод­нее применять стали обычной прочности.

Пояса фермы делают постоянного сечения по длине или осу­ществляют лишь однократное изменение сечения, несмотря на то, что усилия в них меняются от панели к панели. При этом подбор сечения ведется по наибольшему усилию на участке пояса с по­стоянным сечением. Такое решение упрощает конструкцию фер­мы, потому что не приходится устраивать стыки поясов в каждом узле, что оправдывает некоторое увеличение расхода стали на пояс постоянного сечения.

Элементы фермы, выполненные из парных уголков, при подборе сечения рассматриваются как монолитные, так как между угол­ками ставят специальные прокладки, обеспечивающие их совмест­ную работу при изгибе из плоскости фермы. Толщину узловых фасонок, определяющих величину зазора между уголками, принимают по таблице 5 в зависимости от расчетного усилия в наиболее нагруженном (опорном) раскосе. Наименьший рекомендуемый прокатный уголок для изготовления ферм 50х50х4, а гнутый 50х50х3.

Таблица 5

Рекомендуемая толщина фасонок

Наибольшее усилие в раскосе кН	До 150	Свыше 150 до 250	Свыше 250 До 400	Свыше 400 До 600	Свыше 600 До 1000	Свыше 1000 До 1400	Свыше 1400 До 1800	Свыше 1800 До 2300	Свыше 2300 До 2800	Свыше 2800 До 3400
Толщина фасонки мм	6	8	10	12	14	16	18	20	22	25

Для сжатых стержней, выполняемых из уголков, отношение ширины свободного свеса полки bef (рис. 34) к ее толщине t не должно превышать предельных значений, при которых обеспе­чена местная устойчивость полки:

- для полки равнополочного уголка:

  (16)

- для большей полки неравнополочного уголка:

  (17)

где λтлх— наибольшая условная гибкость, λтах = λтах √Ry/E.

Если сечение определяется предельной гибкостью элемента, то предельные отношения  bef  /t,  полученные  по этим  формулам, можно умножать на коэффициент √Ryφmin /σ , но не более чем на 1,25.

Особое внимание на местную устойчивость следует обращать при использовании тонкостенных гнутых уголков. Местная устой­чивость полок прокатных уголков обычно обеспечена.

В фермах из круглых труб диаметр труб элементов решетки (кроме опорных) не должен превышать диаметр труб поясов и не жен быть меньше 1/3 этого диаметра. Толщину стенок груб поясов, к которым непосредственно привариваются элементы ре­шетки, рекомендуется принимать не менее 3 мм и не менее вели­чин, указанных в таблице 6.

Таблица 6

Наименьшие рекомендуемые относительные толщины стенок (в долях диаметра) труб поясов

Предел текучести, МПа	До 245	Свыше 245 до 390	Свыше 390 до 590
t/d	1/35	1/40	1/45

Толщину стенок труб элементов решетки следует брать не ме­нее 2,5 мм. При этом для сжатых элементов толщину стенок рекомендуется принимать не меньше значений, при которых не требуется проверять местную устойчивость стенок:

,  (18)

где d — диаметр трубы.

В фермах из гнутосварных замкнутых профилей (квадратных и прямоугольных труб) ширину сечения элементов решетки (кроме опорного раскоса) следует назначать меньше ширины сечения поясов, но не более чем на 40 мм. Толщина стенок поясов должна быть не менее 3 мм, а элементов решетки — не меньше 2,5 мм. При этом для сжатых элементов отношение расчетной высоты стенки hef  (рис. 34, сечения 10 и 11) к ее толщине не должно превышать  предельных  значений  этого  отношения,  при  которых обеспечена местная устойчивость стенки.

Растянутые элементы фермы рассчитываются па прочность по формуле:

  (19)

где Ап — площадь сечения элемента нетто, т. е. с учетом ослаб­лений;

γс — коэффициент условий работы (табл. П5).

В сварных фермах сечение поясов может быть ослаблено от­верстиями под болты, крепящие связи в узлах. Однако в фермах из уголков эти ослабления можно не учитывать, так как сечение пояса в узлах усилено фасонками. В других случаях при проверке прочности по формуле (19) должны учитываться фактические ослабления.

Подбор сечения осуществляется по таблице сортамента приня­того профиля исходя из требуемой площади, найденной из усло­вия прочности (19):

. 

При подборе сечения растянутых элементов сварных ферм в соответствии с Нормами (таблица П5) к расчетному сопротивле­нию надо вводить коэффициент условия работы γс = 0,95, учиты­вающий влияние сварочных напряжений.

Сжатые элементы фермы рассчитываются на устойчивость по формуле:

  (20)

где  А— площадь сечения элемента (брутто);

  φ — коэффициент  продольного  изгиба,  принимаемый  по таблице  П33 в зависимости от наибольшей условной гиб­кости стержня;

  γс —коэффициент условий работы (табл. П5).

При расчете на устойчивость по формуле  (20)  сжатых эле­ментов ферм  любого сечения, кроме замкнутых  трубчатых, при­нимается коэффициент  условий  работы  γс =0,95.  Он  учитывает опасность для стержней открытого  профиля  изгибно-крутильной формы потери устойчивости (при неизбежном возникновении в элементе изгибающих моментов за счет случайных эксцентриси­тетов, начальных погибей и жесткости узлов фермы). Для стержней замкнутого профиля, обладающего большой жесткостью при кручении, это менее опасно.

Для сжатых основных элементов (кроме опорных) решетки составного таврового сечения из уголков сварных ферм при гиб­кости λ ≥ 60 коэффициент условий работы принимается равным 0,8. Эти стержни обычно имеют большую длину, но мало нагружены, их сечение получается небольшим, и поэтому они могут быть легко повреждены (погнуты) при перевозке и монтаже фермы. Введение коэффициента γс =0,8 приводит к увеличению сечения элемента и тем самым снижается опасность его повреждения.

Подбор сечения сжатых стержней осуществляется методом по­следовательных приближений.

Предварительно задаются гибкостью λ = 50-80, определяют условную гибкость λ = λ√ Ry / E и требуемые радиусы  инерции ix = lef, x /λ;  iу = lef/λ. По  условной  гибкости в табл. ПЗЗ находят коэффициент продольного изгиба φ, а из фор­мулы (20) — требуемую площадь сечения:

По трем параметрам — A, ix, iу — в таблице сортамента вы­бирают сечение стержня. При этом можно брать сечение с не­сколько меньшей площадью, чем требуемая, если его радиусы инерции больше требуемых.

Для выбранного сечения выписывают фактические значения А, ix, iy и определяют гибкости стержня λх = lеƒ, х / iх; λу = leƒ,у /iу.  По большей  гибкости находят условную гибкость λтах = λтах √Ry / E, по ней — коэффициент продольного изгиба φmin, а затем прове­ряют устойчивость стержня по формуле (20). Если устойчивость не обеспечена или, наоборот, имеется большой запас, сечение из­меняют и вновь проверяют устойчивость стержня.

При подборе сечения надо стремиться, чтобы его площадь была как можно меньше, поэтому предпочтение следует отдавать более эффективным тонкостенным профилям. Однако при этом должна быть обеспечена местная устойчивость элементов сечения.

При подборе сечений необходимо учитывать, что гибкость элементов фермы не должна превышать предельных значений, ука­занных в табл. П21 и П22. Ограничение гибкости для сжатых эле­ментов вызвано тем, что стержень большой гибкости легко погнуть при перевозке и монтаже, а это приведет к внецентренному сжатию и потере устойчивости стержня. Растянутые стержни при слишком большой гибкости сильно вибрируют, провисают и также легко повреждаются при транспортировке и монтаже.

Сечение слабо нагруженных стержней большой длины часто определяется  предельной  гибкостью.  В  этом случае  из  условия: