Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Стропильные фермы могут опираться на стальные или железобетонные колонны, кирпичные или бетонные стены, а также на подстропильные конструкции. В современной практике строительства находит применение жесткое крепление фермы к колонне сбоку ( 92), обеспечивающее снижение расчетного пролета и уменьшение расчетных усилий в поясах конструкции. Передача на колонну продольных сил в верхнем поясе осуществляется стыковой накладкой, привариваемой к полкам поясных уголков и к горизонтальному листу оголовка колонны, а в нижнем поясе — торцевым опорным ребром.

В типовых решениях (см.  74) в целях унификации опорных узлов ферм при опирании их на стальные или железобетонные колонны сверху используют шарнирное крепление, при котором опорная реакция фермы передается на оголовок колонн через строганый торец вертикального опорного ребра ( 93). В случае применения стальных колонн по крайним осям привязку проектируют осевой ( 93, а), а при железобетонных колоннах — нулевой ( 93, б). Надопорая стойка предназначена для крепления в зоне фермы панелей ограждения.

Наиболее ответственными узлами ферм являются монтажные стыковые узлы ( 94). Наличие этих узлов объясняется необходимостью расчленения стропильной фермы на отдельные отправочные элементы, чаще всего на две полуфермы, в середине пролета, в зоне действия максимальных продольных усилий в поясах. Из условия взаимозаменяемости полуферм членение на отправочные марки предполагает и членение на две равные части узловых фасонок.

Простейшая конструкция монтажного стыка. В верхнем поясе стык перекрыт симметрично поставленными   стыковыми   уголками, приваренными по перу к полкам уголков верхнего пояса. Стыковые уголки предварительно крепят к полуфермам монтажными болтами по два на каждую сторону стыка. В нижнем (горизонтальном) поясе стыковые уголки ставят вразбежку, что повышает Надежность стыка, так как он в этом случае перекрыт одним стыковым уголком и узловой фасонкой.

Этим же требованиям отвечает конструкция узла, показанная на  94, б. Данное решение более трудоемко, чем первое, но обладает большей несущей способностью и надежностью. Основное назначение монтажных стыковых узлов — обеспечение, равнопрочности сечения стыковых элементов и сечения поясов.

В местах опирания на ферму ребристых железобетонных плит полки поясных уголков усиливают горизонтальными узловыми пластинами размером не более 150X150 см ( 95, а, б). С целью получения дополнительной экономии стали в стержнях с нулевыми усилиями допускается применять одиночный уголок ( 95,в). В этом случае, а также в случае перехода в поясах к уголкам меньшего сечения, уголки    парные или большего сечения заводят за центр узла на 300—500 мм ( 95, е).

В качестве расчетного сечения в стыке считают сечение, составленное из листа узловой фасонки и пластин накладки. В составных стержнях из двух уголков, швеллеров и т. п. совместная работа элементов обеспечивается в случае, если между ними поставлены соединительные планки ( 95, ж). По длине сжатых стержней планки устанавливают с шагом ^40г'ж (где ix — радиус инерции уголка относительно оси х — х), а для растянутых элементов — с шагом ^80гж. Толщина планок назначается равной толщине основных узловых фасонок фермы.

Одно из основных направлений, способствующих экономии стали, — применение стальных трубчатых конструкций. Теоретические и экспериментальные исследования, а также использование в массовом строительстве стропильных ферм из трубчатых элементов показало, что по сравнению с фермами из обычных профилей при одинаковых марках стали и равных эксплуатационных условиях экономия стали достигает 15—20%, а в случае применения сталей с временным сопротивлением более 400—500 МПа можно достигнуть снижения расхода стали до 30—40%.

Наряду с экономией стали трубчатые фермы имеют меньшую трудоемкость изготовления за счет сокращения объемов сварочных работ.

При проектировании стропильных ферм из круглых труб предпочтение отдается таким конструктивным схемам, которые имеют редкую треугольную решетку с сопряжением в узлах не более двух элементов решетки. Шпренгельные решетки ввиду сложности конструирования узлов в трубчатых фермах не рекомендуются. Максимальная эффективность от применения трубчатого сечения достигается при равенстве расчетных длин всех сжатых стержней конструкции в плоскости и из плоскости фермы, поэтому сжатые верхние пояса развязываются из плоскости фермы во всех узлах.

В трубчатых фермах допускается применение электросварных и горячедеформированных труб диаметром 40—530 мм, однако наиболее целесообразными являются трубы с наружным диаметром до 140—180 мм и с отношением толщины стенки к диаметру 1/35—1/45 для поясов;   1/70—1/100 для сжатых элементов решетки и 1/100 для растянутых элементов решетки. При этом минимальная толщина трубы должна быть не менее 3 мм. Узловые соединения трубчатых ферм могут быть бесфасоночными, с узловыми фасонками (подобно традиционным) и с узловыми вставками:   цилиндрической, призматической и сферической форм ( 96). Наиболее эффективны с точки зрения расхода материала бес-фасоночные соединения с цилиндрическим сопряжением труб ( 96,а—в), которые применяются при углах наклона решетки к поясу не менее 30° и соотношением диаметров элементов решетки и поясов не менее 1/3. Бес-фасоночные соединения со сплющенными концами труб ( 96, ж, к, л) более просты в изготовлении, но менее надежны в работе, поэтому их применяют при специальном обосновании в случае отсутствия технологии для фигурной резки труб.

Узлы с фасонками ( 96, г, н, ф, х) используют в редких случаях, так как они требуют большого расхода материала. Такие соединения удобны для опорных узлов ферм ( 96, ф, х) при опирании их на колонну сверху. Узлы с узловыми вставками ( 96, р, с) наиболее универсальны, их широко применяют в различных типах стропильных ферм (особенно в пространственных), но они уступают бесфасоночным соединениям по расходу материала.

Сварные стыки ( 97, а — к), как правило, выполняют в заводских условиях; они предназначены для увеличения длины пояса или для сопряжения труб различного диаметра. Стыки на высокопрочных болтах ( 97, л—к) с торцевыми фланцами или продольными ребрами проектируют в качестве монтажных для сопряжения в конструкцию отправочных марок. Фланцевые соединения иа болтах предусматривают как в растянутых, так и в сжатых элементах.

Стремление повысить экономическую эффективность покрытий промышленных зданий массового строительства с пролетами 24 и 30 м привело к созданию новых конструктивных решений стропильных ферм с использованием широкополочных тавров и двутавров, гнутосвар-ных профилей прямоугольного сечения, одиночных уголков и углотавров (комбинированное сечение из горячекатаного швеллера и уголка).

Общий признак этих покрытий — беспрогонное решение кровли с непосредственным опиранием профилированного настила на верхние пояса стропильных ферм. Шаг стропильных ферм, исходя из несущей способности профилированного настила, принят 3 или 4 м. Стропильные фермы опираются на подстропильные пролетом 12 м. Стропильные и подстропильные фермы    разработаны с параллельными   поясами и имеют  уклон кровли 1,5 %. Из вновь разработанных конструкций наиболее универсальны фермы из широкополочных тавров и двутавров (ЦНИИпроектстальконструкция)  ( 98). Они успешно могут использоваться с покрытиями из профилированного и железобетонного настила. В стропильных фермах этого типа пояса выполняют из широкополочных тавров, а решетку — из парных уголков. Существенный недостаток типовой схемы решетки ( 98)—необходимость устройства уширений в узлах в виде листовых фасонок, привариваемых к стенке тавра. Для плотного прилегания уголков решетки сварной шов в месте стыка должен быть тщательно обработан. Избежать узловых уширений можно в случае применения решетки из одиночных уголков, швеллеров или тавров, когда в узле сходятся только два элемента — при треугольной без стоек, раскосной или крестовой типах решетки.

Заводские узлы ферм с широкополочиыми таврами выполняют по технологии, характерной для традиционных ферм из парных уголков. Монтажные стыки решают на сварке при помощи двух пар накладок — вертикальных, приваренных по одной к каждой полуферме на заводе, и горизонтальных, привариваемых на строительной площадке. Точность установки накладок обеспечивается предварительным сопряжением их с поясами при помощи болтов нормальной точности.

Широкое распространение в практике строительства получили стропильные и подстропильные фермы из гну-тосварных профилей прямоугольного сечения (ЦНИИпроектстальконструкция и ВНИКТИстальконструкция) ( 99). Узловые соединения ферм из труб прямоугольного сечеНия выполняют без фасонок, путем непосредственной приварки элементов решетки к поясам. При этом ширину сечения элементов решетки принимают на 20—30 мм меньше ширины сечения элементов поясов, что обеспечивает нормальное размещение сварных швов и не вызывает местного изгиба полок. Верхний пояс в таких фермах имеет развитое по высоте прямоугольное сечение, работающее на внецентренное сжатие. Монтажные стыковые узлы стропильных ферм выполня-\ют на фланцах с болтами нормальной точности.

Наилучшие технико-экономические показатели беспрогонных покрытий с шагом стропильных ферм 3—4 м имеют покрытия с фермами из одиночных уголков со сварными соединениями проплавлением (ЦНИИСК им. Кучеренко и ГПИ Укрпроектстальконструкция). В этих фермах пояса и решетка предусмотрены из одиночных равно- и   неравнополочных уголков.

Все заводские соединения элементов выполнены бес-фасоночными с помощью дуговой точечной сварки с принудительным сквозным проплавлением. Сварные точки диаметром 25 мм в прикрепляемых элементах расположены симметрично оси элемента в один или два ряда с шагом 60 мм. Несущая способность одной точки равна 135 кН. Чтобы на поверхности соприкосновения полок уголков решетки и поясов можно было разместить не менее двух сварных точек, оси центрируют на обушок пояса. Монтажный стык нижнего растянутого пояса решается на накладках с высокопрочными болтами, а верхнего—через фрезерованные торцы поясных уголков. Расчет ферм из гнутосварных прямоугольных профилей, одиночных уголков и углотавров выполняют, как и расчет многократно статически неопределимых систем с жесткими узлами, с учетом внеузловых нагрузок и рас-центровки в узлах.