Жесткий узел опирания фермы на колонну. Стальные стропильные и подстропильные фермы. Узлы фермы с поясами из тавров и решеткой из парных уголков

Вследствие ограниченности длин проката, а также по транспортным условиям фермы больших пролетов (l > 18 м) приходится разбивать на отдельные отправочные элементы, назначая монтажные стыки, как правило, в середине пролета.

При конструировании стыков необходимо соблюдать основное правило стыкования: площадь сечения стыковых элементов должна быть не меньше площади сечения стыкуемых элементов. Стыки поясов ферм могут располагаться как в узлах, так и в панели. Расположение стыка пояса в узле более удобно, так как при этом часть фасонки используется в качестве стыкового элемента.

Простейшей конструкцией стыка является перекрытие поясных уголков стыковыми уголками того же профиля. На фигуре а показан сварной стык, а на фигуре б — клепаный стык нижнего пояса фермы. В сварном стыке полки стыкового уголка подрезают в целях избежания концентрации швов у перьев, а также для более равномерной передачи усилия.

Стык верхнего пояса, обычно устраиваемый в коньке фермы, можно осуществлять аналогично стыку нижнего пояса, перекрывая его гнутыми стыковыми уголками. На фигуре а показан такой стык, причем фасонка выпущена кверху для прикрепления фонарной конструкции. Этот стык, в котором по существу повторяется идея клепаных стыков, получил также и другое решение, показанное на фигуре б.

Здесь тавровое сечение фасонки полностью компенсирует сечение двух уголков. Желательно только размер h назначать с таким расчетом, чтобы центр тяжести тавровой фасонкй совпадал с осью поясных уголков; в случае несовпадения необходимо проверить фасонку не только на сжатие, но и на изгиб от момента, равного осевому усилию в поясе, умноженному на эксцентриситет е усилия относительно центра тяжести фасонки.

Для удобства наложения швов у обушков уголков пояса ширина горизонтальной планки не должна превышать 2h. Конструкция стыка по фигуре б удобна при монтаже благодаря наличию горизонтального столика, на который устанавливается конструкция фонаря.

Опорные узлы

Стропильные фермы могут опираться на кирпичные стены, железобетонные колонны или элементы стального каркаса промышленного здания — стальные колонны или подстропильные фермы. Конструкция прикрепления ферм к стальным колоннам и подстропильным фермам детально рассмотрена в гл. IX.

Опирание стропильных ферм на железобетонные колонны.

Пример опирания стропильной фермы на железобетонную колонну показан на фигуре. Опорная плита, обычно толщиной 16 — 20 мм, прикрепляется к колонне анкерными болтами диаметром 22 — 24 мм; размеры плиты определяют, исходя из расчетного сопротивления сжатию материала опоры. Отверстия в опорной плите делают в 2 — 3 раза больше диаметра анкерных болтов, учитывая возможные неточности в закладке последних.

Для ферм пролетом до 36 м требование подвижности опорных закреплений обычно не предъявляется.

Детали

Как уже указывалось, сжатые элементы ферм, состоящие из двух уголков, необходимо в промежутках между фасонками соединять друг с другом небольшими соединительными планками.

В противном случае под влиянием продольной сжимающей силы N каждый уголок, воспринимающий усилие N/2, может выгнуться независимо один от другого, так как у одиночного уголка минимальный радиус инерции относительно оси ξ значительно меньше, чем радиус инерции

Примыкание фермы к колонне сбоку позволяет осуществлять как шарнирное, так и жесткое сопряжение ригеля с колонной (рис. 5.8).

При жестком сопряжении в узле возникает, помимо опорного давления FR , узловой момент M . При расчете момент заменяется парой горизонтальных сил H 1 = M /h о , которые воспринимаются узлами крепление нижнего и верхнего поясов к колонне. Нижний пояс дополнительно воспринимает усилие от распора рамы N p = Q . В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, т.е. направлен против часовой стрелки. В этом случае сила Н 1, как и Н р , прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Сжимающие напряжения на поверхности контакта невелики и не проверяются.

Опорный фланец крепится к полке колонны на болтах грубой или нор-мальной точности, которые ставятся в отверстия на 3 – 4 мм большедиаметра болтов, чтобы они не могли воспринимать опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик. Количество болтов принимается конструктивно (обычно 6…8 болтов диаметром 20 – 24 мм).

Если в опорном узле возникает положительный момент (это возможно, как правило, при легких кровлях), то усилие Н отрывает фланец от колонны, следовательно, болты следует рассчитывать на растяжение с учетом эксцентриситета, вызванного несовпадением центра болтового поля и осевой линии нижнего пояса фермы, по которой приложено усилие Н (рис. 5.9).

Рис. 5.8. Узел сопряжения фермы с колонной

Рис. 5.9. К расчету болтов крепления фланца опорного узла к колонне

Условно предполагается, что возникающее при этом вращение узла проходит вокруг линии, проходящей через ось болтов, наиболее удаленных от точки приложения силы Н (примерно на 40 – 80 мм ниже верха фасонки).

Усилие, приходящееся на наиболее нагруженный болт определяется по формуле

N max = N 1 = ,

где z – расстояние от нижнего пояса фермы (линия приложения силы Н ) до оси наиболее удаленного болта;

l 1 – расстояние между крайними болтами;

– сумма квадратов расстояний между осями болтов и осью вращения узла ();

n = 2 – количество болтов в каждом горизонтальном ряду соединения.

Вертикальное давление FR передается с опорного фланца узла фермы через строганные поверхности на опорный столик, причем фланец выпускается за пределы фасонки на а ≤ 1,5 tф .

Опорный столик выполняется из листа стали толщиной 30 –40 мм или при небольшом опорном давлении (FR = 200 – 250 кН) из отрезка уголка с частично срезанной полкой. Опорный столик делается несколько шире опорного фланца и приваривается к колонне.

Сопряжение фермы с колонной можно считать шарнирным, если фланец верхнего узла фермы сделать тонким (tфл = 8 – 10 мм) и возможно малой длины, а расстояние между болтами по горизонтали принять достаточно большим (b о = 160 – 200 мм). В этом случае фланец будет гибким и не сможет воспринимать сколько-нибудь существенную силу Н 1.

При жестком сопряжении фланец верхнего узла и болты его крепления к колонне рассчитываются на отрывающее усилие Н 1.

Другим вариантом шарнирного узла при примыкании фермы к колонне сбоку является сопряжение верхнего пояса с колонной на болтах нормальной точности, поставленных в овальные отверстия.

В нижнем опорном узле передача опорного давления FR и горизонтальной силы, появляющейся в результате узлового момента рамы, осуществляется раздельно.

Пример 5.8. Рассчитать конструкцию жесткого сопряжения фермы с колонной (см. рис. 5.8). Максимальный отрицательный опорный момент М = – 1144,6 кН∙м. Опорное давление FR = – 479,3 кН. Усилия в нижнем поясе N 1 = + 399,4 кН, в опорном раскосе N 2 = – 623,9 кН. Поперечная сила в колонне на уровне нижнего пояса фермы Q = – 112,6 кН.

Материал конструкций – сталь С255 с расчетными сопротивлениями Rу = 24 кН/см2 и Rs = 0,58 Ry = 13,92 кН/см2. Сварка механизированная в среде углекислого газа, сварочная проволока Св-08Г2С, диаметр проволоки d = 2 мм. Расчетные сопротивления: металла шва Rwf = 21,5 кН/см2, металла по границе сплавления Rwz = 16,65 кН/см2. Сварка выполняется в нижнем положении. Коэффициенты f = 0,9; z = 1,05; wf = wz = 1 (конструкция эксплуатируется при t > –40оC); с = 1.

Расчет швов выполняем по металлу границы сплавления.

Катеты швов принимаем в зависимости от толщины уголков. В одном узле желательно иметь не более двух типоразмеров швов. Полученные по расчету длины швов округляются в большую сторону до 10 мм. Если по расчету длина шва меньше 50 мм, то принимается lw = 50 мм.

Принимаем катеты швов:

– вдоль обушки kf = 10 мм < kf, max = 1,2tуг = 1,2 ∙ 9 = 10,8 мм;

– вдоль пера kf, min = 5 мм при толщине более толстого из свариваемых листов tф = 14 мм (см. табл. 3.5).

Определяем размеры фасонки в опорном узле фермы.

Толщину фасонки выбираем в зависимости от максимального усилия в стержнях решетки по табл. 5.6.

При усилии в опорном раскосе N 2 = – 623,9 кН принимаем толщину фасонки tф = 14 мм.

Размеры фасонок определяем по необходимой длине швов крепления нижнего пояса и опорного раскоса.

Прикрепление нижнего пояса к фасонке.

Nоб 1 = (1 – α )N 1 = (1 – 0,25) 399,4 = 299,55 кН,

где α = 0,25 – коэффициент, учитывающий долю усилия на сварные швы у пера при креплении неравнополочных уголков, составленных узкими полками (см. табл. 5.9).

Nn 1 = αN 1 = 0,25 ∙ 399,4 = 99,85 кН.

lw,об = Nоб 1/(2βzkf Rwzγwzγc ) = 299,55 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,57 см.

Принимаем конструктивную длину шва вдоль обушка с добавлением 1 см на дефекты в начале и конце шва lw,об = 100 мм.

lw,n = Nn 1/(2βzkfRwzγwzγc ) = 99,85 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 5,7 см.

Принимаем lw,n = 70 мм.

Рассчитываем прикрепление опорного раскоса к фасонке.

Усилие, воспринимаемое швами у обушка:

Nоб 2 = (1 – α )N 2 = (1 – 0,25) 623,9 = 467,93 кН.

Усилие, воспринимаемое швами у пера:

Nn 2 = αN 2 = 0,25 ∙ 623,9 = 155,97 кН.

Расчетная длина шва вдоль обушка

lw,об = Nоб 2/(2βzkfRwzγwzγc ) = 467,93 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 13,4 см.

Принимаем lw,об = 150 мм.

Расчетная длина шва вдоль пера

lw,n = Nn 2/(2βzkfRwzγwzγc ) = 155,97 / (2 ∙ 1,05 ∙ 0,5 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 8,92 см.

Принимаем lw,n = 100 мм.

Конструируем опорный узел фермы, исходя из размещения сварных швов требуемой длины и конструктивных требований (расстояние от низа пояса до торца опорного фланца не менее 150 мм).

Проверяем фасонку на срез:

Производим условную проверку фасонки на выкалывание по сечению 1-1 при полной длине Σl = lГ + lв = 170 + 200 = 370 мм (см. рис. 5.8). Проверка выполняется приближенно, когда плоскости среза наклонены к оси элемента под углами, близкими к 45о, по формуле

Центр швов, прикрепляющих фланец к фасонке, не совпадает с осью нижнего пояса. Эксцентриситет составил е = 80 мм.

Фланец для четкости опирания выступает на 15 – 20 мм ниже фасонки опорного узла, но не более a max ≤ 1,5tфл. Выпускаем фланец за пределы фасонки на а = 20 мм, что меньше a max = 1,5 ∙ 16 = 24 мм.

Размеры опорного фланца назначаем конструктивно: толщина tфл = 16 – 20 мм; высота l = hф + a = 400 + 20 = 420 мм; ширина bфл = 180 мм (из условия размещения двух вертикальных рядов болтов).

Вертикальная реакция фермы FR передается с опорного фланца через строганые поверхности на опорный столик.

Площадь торца фланца

Афл = bфлtфл = 18 · 1,6 = 28,8 см2.

Торец фланца проверяем на смятие:

где Rp = 33,6 кН/см2 – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности (при наличии пригонки) для стали С255, принимаемое по табл. 2.4.

Определяем расстояние между линиями центров тяжести верхнего и нижнего поясов в опорном сечении фермы:

H о = Hop – (z 1 + z 3) = 3150 – (30 + 30) = 3090 мм,

где z 1 и z 3 – привязки поясов (расстояние от обушков до центра тяжести уголков), округленные до 5 мм.

Горизонтальное усилие, передаваемое на верхний и нижний пояса ферм:

H 1 = M /h о= 1144,6 / 3,09 = 370,4 кН.

Общее горизонтальное воздействие на нижний пояс

H = H 1 + Hp = 370,4 + 112,6 = 483 кН.

Швы, прикрепляющие фасонку опорного узла к фланцу, работают в сложных условиях (рис. 5.10).

Рис. 5.10. К расчету сварного шва крепления фланца к фасонке

При действии опорного давления FR швы срезаются вдоль, в них возникают напряжения:

τR = FR /(2βzkf lw ) = 479,3 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,85 кН/см2.

где kf = 10 мм (задаются в пределах 10 – 20 мм);

lw = hф – 10 = 400 – 10 = 390 мм.

Усилие Н приводит к срезу шва в направлении, перпендикулярном оси

τН = Н /(2βzkf lw ) = 483 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 39) = 5,9 кН/см2.

Поскольку центр шва не совпадает с осью нижнего пояса, на шов действует момент

М = Не = 483 ∙ 8 = 3864 кН∙см.

Под действием момента шов также работает на срез перпендикулярно оси шва:

τМ = М /Wz = 6M /(2βzkf lw 2) = 6 ∙ 3864 / (2 ∙ 1,05 ∙ 1 ∙ 392) = 7,26 кН/см2.

Шов проверяем в наиболее напряженной точке А по металлу границы сплавления по результирующей напряжений:

14,4 кН/см2 <

< Rwzγwzγc = 16,65 кН/см2.

Угловые швы крепления столика рассчитываем на усилие

F = 1,2FR = 1,2 ∙ 479,3 = 575,16 кН,

где коэффициент 1,2 учитывает возможный эксцентриситет передачи вертикального усилия, непараллельность торцов опорного фланца фермы и столика (неточность изготовления), вызывающую неплотность опирания фланца (его перекос в своей плоскости), что приводит к неравномерности распределения реакции между вертикальными швами.

Высота опорного столика lст устанавливается по требуемой протяженности сварных швов:

lст = lw + 1 = F /(2βzkfRwγwzγc ) + 1 =

575,16 / (2 ∙ 1,05 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) + 1 = 17,45 см.

Принимаем столик из листа 220× 180× 30 мм.

В узле крепления верхнего пояса сила Н 1 = 370,4 кН стремится оторвать фланец от колонны и вызывает его изгиб (рис. 5.11).

а ) б )

Рис. 5.11. К расчету узла крепления верхнего пояса фермы к колонне:

а – работа фланца на изгиб; б – расчетная схема

Принимаем болты класса прочности 5.6 с расчетным сопротивлением болтов, работающих на растяжение, Rbt = 210 МПа = 21 кН/см2 (табл. 5.11).

Таблица 5.11

Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов

Напряженное состояние	Обозначение	Расчетные сопротивления, МПа, болтов классов
Растяжение

П р и м е ч а н и е. В таблице указаны значения расчетных сопротивлений для одноболтовых соединений.

Задаемся диаметром одного болта dб = 24 мм с площадью сечения нетто Abn = 3,52 см2 (см. табл. 3.17).

Несущая способность одного болта на растяжение

Nb = AbnRbt = 3,52 ∙ 21 = 73,92 кН.

Необходимое число болтов

n = H 1/(Nbγc ) = 370,4 / (73,92 ∙ 1) = 5.

Принимаем n = 6, располагая их по ширине фланца в два ряда. Диаметр отверстия под болты d о = 27 мм.

Размещаем болты согласно требованиям (см. табл. 3.18)

Минимальное расстояние между центрами болтов

а 1 = 2,5d 0 = 2,5 ∙ 27 = 67,5 мм, принимаем а 1 = 80 мм.

Расстояние от центра болта до края элемента с = 1,5d 0= 1,5 ∙ 27 ≈ 40 мм.

Расстояние между болтами

b 0 = b – 2с = 200 – 2 ∙ 40 = 120 мм.

Высота фланца

а = 2а 1 + 2с = 2 ∙ 80 + 2 ∙ 40 = 240 мм.

Момент при изгибе фланца определяется как в защемленной балке пролетом b 0

Мфл = H 1 b 0 / 8 = 370,4 ∙ 12 / 8 = 555, кН∙см.

Требуемый момент сопротивления фланца

Wфл = Мфл / (Ry γc ) = 555,6 / (23 ∙ 1) = 24,16 см3.

Минимальная толщина фланца

tфл = = = 2,46 см.

Принимаем tфл = 25 мм.

Шов крепления фланца к фасонке работает на срез и его катет определяется:

kf = H 1 / (2βz lw Rwz γwz γc ) = 370,4 / (2 ∙ 1.05 ∙ 23 ∙ 16.65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,46 см,

где lw = а – 1 = 24 – 1 = 23 см.

Принимаем минимальный катет шва kf = 7 мм при полуавтоматической сварке более толстого листа tфл = 25 мм (см. табл. 22).

Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.

При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную. Опорное давление фермы Fф передается с опорного фланца фермы через строганые или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец Для четкости опирания выступает на 10-20 мм ниже фасовки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия (при наличии пригонки).Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасовках делают на 5-6 мм больше диаметра болта.

Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M1/hОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы HР. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H1 как и HР, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H1+HP отрывает фланец от колонны (при положительном знаке момента), то болты крепления фланца к колонне работают на растяжение и их прочность следует проверить с учетом внецентренного относительно центра болтового поля приложения усилия.

Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы Fф и внецентренно приложенную силу H (центр шва не совпадает с осью нижнего пояса). Под действием этих усилий угловые швы работают на срез в двух направлениях.

Если линия действия силы H1, не проходит через центр фланца, то швы и болты рассчитывают с учетом эксцентриситета.

В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.

Опирание стропильных ферм на подстропильные выполнятся в большинстве случаев по шарнирной схеме. При неразрезных стропильных фермах для обеспечения жесткости узла необходимо перекрыть верхние пояса стропильных ферм накладкой, рассчитанной на восприятие усилия от опорного момента. В узле нижнего пояса это усилие прижимает фланец фермы к стойке, и дополнительные элементы для его восприятия не требуются

Конструирование и расчет баз внецентренно-сжатых колонн сквозного сечения.Базу колонны нужно запроектировать раздельной, с траверсами.

Необходимо определить размеры плит под ветвями, толщину плит, высоту траверс из условия прикрепления к ветвям сварными швами, а также проверить швы крепления траверсы к плите. Проектирование баз под ветвями аналогично проектированию баз центрально-сжатых колонн. Расчетными усилиями являются наибольшие усилия в ветвях в нижнем сечении нижней части колонны. Кроме того, нужно проверить, существует ли сочетание нагрузок, при котором появляются растягивающие усилия в какой либо ветви колонны. При определении расчетной комбинации усилий в этом случае усилия от постоянной нагрузки следует принимать с коэффициентом 0,9. Если при каком-либо сочетании нагрузок получается растягивающее усилие в ветви, то оно должно быть воспринято анкерными болтами. Условие прочности крепления колонны в этом случае N в ≤ nф Rbа Аb n х ф / х в, (11.1) где nф – количество фундаментных болтов ветви, работающей на растяжение; Rbа – их расчетное сопротивление /1/; Аb n – расчетная площадь сечения болта /1/; хв – расстояние от центра тяжести ветви до центра тяжести сечения колонны; хф – расстояние от линии действия равнодействующей усилий в фундаментных болтах ветви до центра тяжести сечения колонны. Величина хв принимается конструктивно. Расчет и конструирование базы

Продольная сила и изгибающий момент составляющие невыгодную комбинацию, принимаются по табл. 5 для сечений “в заделке”.

где -расчетное сопротивление сжатию материала фундамента(для бетона класса)

Рис.8 База колонны

Участок 1 ─ консольный

где ─ нагрузка приходящаяся на плиту шириной 1 м;

─ вылет консоли.

Участок 2 ─ опирание на 4 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4 табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю

Участок 3 ─ опирание на 3 стороны

где ─ коэффициент, определяется по прил. 4 табл.1 в зависимости от соотношения короткой закрепленной стороны к свободному краю Толщина опорной плиты

поэтому принимаем

Определение нормативных и расчетных изгибающих моментов и поперечных сил для подкрановых балок.

Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Для определения наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в невыгоднейшее положение (рис. 6.2.1).

Наибольший изгибающий момент от вертикальных давлений колес двух мостовых кранов:

Где –𝛾 n =0.95-коэффицент надежности по назначению ;

- 𝛾 f =1.1- коэффициент надежности по нагрузке;

K д =1.1 – коэффициент динамики, для режима работы мостового крана 7К.

Расчетный момент с учетом собственного веса подкрановых конструкций равен:

где a =1,05– коэффициент, учитывающий влияние собственной массы подкрановых конструкций на значение максимального изгибающего момента.

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий равен:

Рис.6.2.1. Определение усилий M max и Q max при загружении подкрановой балки

двумя четырехколесными кранами.

Согласно указаниям норм , подкрановая балка загружается нагрузкой от двух максимально сближенных мостовых кранов, при этом грузы на крюках номинальные, а тележки вплотную приближены к данному ряду подкрановых балок (рис.5).

Для определения максимальных изгибающих моментов в подкрановой балке, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, используется правило Винклера.

Конструирование узла сопряжения подкрановых балок с колонной пром зданий

В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит пере­дача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обыч­но через выступающий фрезерованный торец опорного ребра (рис. 15.17, а). Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и у обычных балок (см. гл. 7, § 5).

В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку (рис. 15.17,6).

В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагру­женного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реак­ция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие.

Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам (рис. 15.18, а). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное уси­лие Hi

При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизон­тальное давление F T распределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление F?.

При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам сле­дует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка про­гибается и ее опорное сечение поворачивается на угол φ (рис. 15.18,6). Под влиянием температурных воздействий (особенно в горячих цехах) подкрановые конструкции удли­няются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колонн. В результате элементы крепления получают горизонтальные пе­ремещения А н.

За счет обжатия опорного сечения балок и обмятия прокладок под опорными реб­рами элементы крепления получают также вертикальное смещение Av (см. рис. 15.18,6). Если конструкции креплений обладают достаточной жесткостью и препятствуют об­жатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие уси­лия, вызванные перемещениями Ан и Av, что при многократных повторных нагружениях приводит к усталостному разрушению элементов крепления. Это подтверждается результатами натурных обследований.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.

Для того чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений эле­ментов крепления, применяют два типа узлов. В узлах 1-го типа поперечные горизон­тальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элемен­ты (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений (рис. 15.19, а). Поскольку со временем контактные поверхности об­минаются и в соединении образуется люфт, упорные элементы целесообразно крепить (для возможности их замены) на высокопрочных болтах. В узлах 2-го типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов. При малой жесткости этих элемен­тов дополнительные усилия, возникающие в них от перемещений Ан и Av, невелики. В качестве гибких креплений используются листовые элементы или круглые стержни. В узле, показанном на рис. 15.19,6, горизонтальные поперечные силы восприни­маются гибкими круглыми стержнями. При больших горизонтальных нагрузках каж­дая балка может крепиться двумя или тремя болтами, расположенными один над дру­гим. Достоинством такого крепления являются возможность рихтовки балок и простота его замены.

В зданиях с кранами особого режима работы при расчете элементов крепления рекомендуется учитывать дополнительные усилия, возникающие от перемещений А н

Изгибающий момент в элементе крепления, возникающий от пере­мещений, определяется как в балке с защемленными концами (см. рис. 15.18,0):

От перекоса опорного ребра балки на крепление передается также дополнительное горизонтальное усилие Н е (см. рис. 15.18, г), возника­ющее за счет смещения равнодействующей опорного давления F R с оси балки:

По экспериментальным исследованиям величину е можно принять равной 1/б ширины опорного ребра b.

В зданиях с большим перепадом температур (неотапливаемые зда­ния, горячие цехи) при расчете элементов крепления следует также учитывать усилия, возникающие от температурных воздействий, или проектировать крепления, обеспечивающие свободу перемещений (на­пример, с передачей усилий через упорные элементы).

Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Стенка подкрановой балки испытывает местные сжимающие напряжения в результате перемещения колес мостовых кранов по подкрановым рельсам. Стенка подкрановой балки также укрепляется парными поперечными ребрами жесткости, максимальное расстояние между которыми не должно превышать обычно a = 1; 1,5; 2 м (рис.12).опасное сечение =4*а-0,5hw

Проверяем местную устойчивость стенки балки среднего отсека см:

Нормальное напряжение в "опасном" сечении отсека

Расчетный изгибающий момент в пролетном отсеке равен

Расчетная поперечная сила в приопорном отсеке равна

Усредненные касательные напряжения в "опасном" сечении отсека

Рис. 6.5.1. К расчету устойчивости отсеков стенки подкрановой балки

Местные сжимающие напряжения:

где g f 1 =1,1– коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной силы на отдельное колесо мостового крана;

– расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности;

см – условная длина распространения местных сжимающих напряжений;

c – коэффициент, принимаемый для сварных балок равным 3,25;

I р, f =I р +I f – сумма собственных моментов инерции подкранового рельса I р = 1083,3 сми верхнего пояса подкрановой балки I f .

Критическое нормальное напряжение:

И фор. 77

кгс/см 2 ,

где – коэффициент, определяемый по табл. 25 .

Определяем условную гибкость стенки балки

в соответствии с п. 7.10 , стенку балки необходимо укрепить поперечными ребрами жесткости. Расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать см. Принимаем расстояние между поперечными ребрами жесткости a=1,5 м.

Максимальное расстояние между поперечными ребрами жесткости (в осях) устанавливается в зависимости от условной гибкости.

5. Стальные каркасы

Колонны. В одноэтажных производственных зданиях применяют колонны трех типов: постоянного сечения, ступенчатые и раздельные (рис. 21.6). Стержни колонны или ее части могут быть выполнены сплошностенчатыми (сплошными) или решетчатыми (сквозными). Сквозные колонны более экономичны по расходу стали, но трудоемки в изготовлении.

Рис. 21.6. Типы колонн: а – постоянного сечения; б – ступенчатая; в – раздельная

Колонна состоит из стержня, оголовка, подкрановой консоли и базы. Общая длина колонны складывается из высоты здания (Н 0), величины заглубления базы и высоты опорной части фермы (при жестком сопряжении колонны с фермой покрытия).

Высота сечения колонны по условиям жесткости должна быть не менее 1/20 высоты здания и увязана с размерами стального проката.

Ступенчатые колонны (рис. 21.6 б) являются массовыми для стальных каркасов одноэтажных промзданий. Подкрановая балка опирается на уступ нижней части колонны и располагается по оси подкрановой ветви. При двухъярусном расположении кранов колонны могут иметь дополнительную консоль в верхней части колонны либо два уступа (двухступенчатые колонны).

Размеры по высоте ступенчатых колонн определяются аналогично колоннам постоянного сечения. Высоту поперечного сечения верхней части из условия жесткости предварительно принимают не менее 1/12 ее длины от верха уступа до низа стропильной фермы. Высоту сечения нижней части колонны в поперечном направлении назначают не менее 1/20 Н, а при интенсивной работе кранов – 1/15 Н, где Н – расстояние от верха фундамента до низа стропильной фермы.

Колонны раздельного типа имеют шатровую ветвь и гибко связанную с ней подкрановую ветвь. Шатровая ветвь работает в системе поперечной рамы и воспринимает все нагрузки кроме вертикального давления мостового крана. Подкрановая ветвь связана с шатровой гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками, поэтому она воспринимает только вертикальное усилие от мостовых кранов. Применение колонн раздельного типа рационально в случае низкого расположения кранов большой грузоподъемности.

Компоновка сечений и расчет сплошных колонн. Стержень сплошностенчатой колонны постоянного сечения или надкрановой части ступенчатой колонны обычно проектируют двутаврового типа. Если применение широкополочных двутавров приводит к существенному повышению металлоемкости или отсутствуют двутавры необходимой мощности, то сечение колонн компонуют из трех листов в виде составного двутавра симметричного сечения (рис. 21.7 б). Несимметричное сечение из трех листов (рис. 21.7 в) допускается при сильном различии расчетных изгибающих моментов разных знаков. Полки высоких колонн при больших усилиях можно выполнить из прокатных или сварных двутавров (рис. 21.7 г, д). Для подкрановой части ступенчатой колонны крайних рядов целесообразны асимметричные сечения (рис. 21.7 е-з).

Рис. 21.7. Типы сечений сплошных колонн: а – из прокатного двутавра; б, в, д, ж, з – из сварных листов; г – из двух двутавров и листа; е – из швеллера и листов

Компоновка сечений сквозных колонн. Стержень сквозной колонны состоит из двух ветвей, объединенных между собой соединительной решеткой. Для шатровых ветвей колонн крайних рядов, если затруднено крепление стенового ограждения к полкам двутавра, применяют швеллерное сечение в виде прокатного или холодногнутого швеллера из листа толщиной до 16 мм (рис. 21.8). В мощных колоннах применяют сварные швеллеры из листов или листа и уголков. Сечения колонн средних рядов выполняют симметричными из прокатных двутавров либо составного сечения.

Рис. 21.8. Типы сечений сквозных колонн: а – крайних рядов; б – средних рядов

Оголовки колонн. Опирание стропильных ферм на колонны может быть спроектировано сверху или сбоку. Опирание сверху применяют при шарнирном присоединении фермы к колонне, опирание сбоку – как при шарнирном, так и при жестком.

При шарнирном сопряжении ригеля (фермы) со стойкой (колонной) действует только вертикальная сила, равная опорной реакции фермы. При опирании фермы на колонну сверху (рис. 21.11) эта сила через строганый фланец надопорной стойки фермы передается на опорную плиту толщиной 20-30 мм и далее с помощью опорных ребер переходит на стенку и равномерно распределяется по сечению стержня колонны. Толщину опорных ребер оголовка колонны определяют расчетом на смятие и обычно назначают в пределах 14-20 мм.

Рис. 21.11. Узел шарнирного опирания стропильной фермы на колонну и варианты его решений: 1 – стержень колонны; 2 – опорная плита; 3 – опорная пластина; 4 – опорное ребро; 5 – поперечное ребро; 6 – накладка

При жестком сопряжении ригеля с колонной стропильная ферма примыкает к колонне сбоку (рис. 21.12 а). Опорное давление передается на опорный столик из листа толщиной 30-40 мм или из отрезка уголка со срезанной полкой.

Рис. 21.12. Жесткое сопряжение фермы с колонной

Базы колонн без траверс (рис. 21.13) применяют в бескрановых зданиях, в зданиях с подвесным транспортом и с мостовыми кранами общего назначения грузоподъемностью до 20 т.

Опорная плита колонны должна быть компактной в плане и не иметь больших консольных вылетов. Толщина плиты, определяемая расчетом на реактивный отпор бетона, получается порядка 50-80 мм.

Рис. 21.13. Опирание стальной колонны через опорную плиту на фундамент: 1 – колонна; 2 – анкерный болт с гайкой и шайбой; 3 – анкерная плитка; 4 – оси анкерных болтов; 5 – цементная подливка; 6 – фундамент

Базы колонн с траверсами . Для обеспечения жесткости базы и уменьшения толщины опорной плиты устанавливают траверсы, ребра и диафрагмы. Ширину плиты принимают на 100-200 мм шире колонны. Конструкция базы сплошной колонны показана на рис. 21.14.

Рис. 21.14. Опирание колонны через траверсы базы на фундамент: 1 – колонна; 2 – анкерный болт; 3 – анкерная плитка; 4 – опорная плита; 5 – цементная подливка; 6 – фундамент

Базы решетчатых (двухветвевых) колонн проектируют, как правило, раздельного типа (рис. 21.15). Каждая ветвь колонны имеет свою центрально загруженную базу. Толщину траверс назначают обычно 12-16 мм, толщину опорных плит – 20-50 мм. В траверсах предусматривают отверстия диаметром 40 мм для строповки.

Рис. 21.15. Опирание двухветвевой колонны на фундамент: 1 – колонна: 2 – анкерный болт; 3 – монолитнобетонный ростверк по сваям; 4 – буронабивная свая

Стальные колонны для зданий без опорных мос­товых кранов высотой 6–8,4 м (рис. 21.16) разработаны применительно к стальным конструкциям покрытий. Колонны имеют сплошностенчатое постоянное сечение по высоте. Сечения стержней колонн приняты из двутавров с параллельными гранями полок (широкополочных двутавров). В зависимости от параметров здания и нагрузок ствол колонн может иметь сечение двутавров от 35Ш1 до 70Ш1 и различную привязку к крайним координационным осям. Базы колонн спроектированы с опорными плитами, приваренными к стержню колонны на заводе.

Рис. 21.16. Стальные колонны для зданий высотой 6,0-8,4 м без мостовых опорных кранов: а, б – колонны крайнего ряда; в – колонна среднего ряда

Для производственных зданий без опорных мостовых кранов высотой 9,6-18 м колонны проектируют сквозными, двухветвевыми, с двухплоскостной безраскосной решеткой (рис. 21.17). Ширина колонны по осям ветвей принята для всех колонн крайних и средних рядов 800 мм. Ветви колонн спроектированы из стальных горячекатаных двутавров с параллельными гранями полок. Базы колонн – раздельные для каждой ветви.

Рис. 21.17. Стальные колонны сквозного сечения для зданий высотой 9,6-18,0 м без опорных мостовых кранов: а – крайних рядов; б – средних рядов

Колонны зданий высотой 8,4 и 9,6 м, оборудованных мостовыми опорными кранами (рис. 21.18) спроектированы сплошностенчатыми постоянного сечения по высоте из двутавров широкополочных. Отметка верха фундамента – 0,130. Базы колонн – с опорными плитами.

Рис. 21.18. Стальные колонны для зданий высотой 8,4 и 9,6 м, оборудованных мостовыми опорными кранами: а – крайнего ряда; б – среднего ряда

Двухветвевые колонны номинальной высотой 10,8-18 м разрабатывают для применения в зданиях пролетами 18, 24, 30 и 36 м с шагом колонн по крайним и средним рядам 6 и 12 м, с одноярусным расположением мостовых кранов легкого, среднего и тяжелого режимов работы грузоподъемностью до 50 т с проходами и без проходов вдоль подкрановых путей (рис. 21.19).

Рис. 21.19. Стальные двухветвевые (сквозные) колонны для зданий высотой 10,8-18,0 м, оборудованных мостовыми опорными кранами: а – крайнего ряда; б – среднего ряда

Колонны проектируют ступенчатыми с нижней решетчатой частью и верхней частью из сварных или широкополочных прокатных двутавров. Подкрановые ветви решетчатой части выполняют из прокатных, сварных, а также широкополочных двутавров, наружные ветви колонн крайних рядов – из прокатных и гнутых швеллеров или широкополочных двутавров. Решетка подкрановой части колонн принята двухплоскостной и выполняется из прокатных уголков (рис. 21.20).

Рис. 21.20. Элементы двухветвевой средней колонны (при наличии проходов вдоль подкрановых путей): 1 – подкрановая ветвь; 2 – надкрановая часть; 3 – оголовок; 4 – раскосы решетки; 5 – база; 6 – анкерный болт

Базы колонн принимают раздельными с фрезерованными торцами ветвей. Надкрановую и подкрановую части колонн соединяют сваркой в заводских условиях или на строительной площадке в зависимости от размера колонны, транспортных средств и конкретных условий строительства.

Колонны всех указанных типов могут применяться в районах с расчетной температурой наружного воздуха -40°С и выше – для отапливаемых зданий и -30°С и выше – для неотапливаемых зданий.

Устойчивость каркаса и восприятие действующих в продольном направлении нагрузок (ветер, торможение кранов, усилия от технологических нагрузок, температурные воздействия, сейсмические усилия) обеспечивают продольные конструкции. В систему продольных конструкций входят колонны, связанные между собой продольными элементами – подстропильными фермами, подкрановыми и тормозными конструкциями, распорками и вертикальными связями по колоннам.

Вертикальные связи по колоннам применяют следующих типов: крестовые, раскосные, полураскосные, портальные, подкосные (рис. 21.21).

Рис. 21.21. Схемы решений вертикальных связей между колоннами: а – крестовая; б – раскосная; в – полураскосная; г, д – портальные; е – подкосная

В зависимости от условий работы раскосные связи могут быть растянутые и сжато-растянутые. Для зданий, оборудованных мостовыми кранами с тяжелым режимом работы, применение растянутых связей не рекомендуется.

Портальные связи применяются для обеспечения технологических проходов и проездов, а также в случаях, когда шаг колонн в полтора раза и более превышает высоту связевой панели (высоту до низа подкрановой балки). Портальные связи, как правило, более многодельны и деформативны, чем крестовые и раскосные.

Вертикальные связи по колоннам целесообразно размещать посередине температурного отсека.

При ширине сплошностенчатых колонн до 600 мм рекомендуется выполнять вертикальные связи одноплоскостными , при ширине колонн более 600 мм, а также при двухветвевых колоннах, вертикальные связи выполняются двухплоскостными .

По верху колонн, а также в уровнях, определяемых требуемой гибкостью колонн из плоскости, устанавливаются распорки.

Подкрановые конструкции . Среди конструктивных элементов, определяющих надежность и эксплуатационную пригодность промышленных зданий, особое место принадлежит подкрановым конструкциям. В большинстве зданий эксплуатируются подкрановые конструкции в виде сварных или прокатных балок.

В общем случае подкрановые системы состоят из собственно подкрановой балки, кранового рельса с креплениями, тормозной балки (или фермы), связей по нижнему поясу, вертикальных связей, диафрагм или поперечных связей, т.е. представляют собой в совокупности пространственный жесткий брус (рис. 21.22).

Рис. 21.22. Схемы подкрановых путей: а – по колоннам крайнего ряда; б – среднего ряда; 1 – каток крана; 2 – тормозная балка (ферма); 3 – вспомогательная ферма (балка); 4 – вертикальные связи; 5 – подкрановая балка; 6 – горизонтальная связь; 7 – подкрановый рельс

Подкрановые конструкции воспринимают комплекс нагрузок и воздействий: собственный вес конструкций; вертикальные, горизонтальные и крутящие воздействия катков крана; ветровые и сейсмические нагрузки; температурные и др. воздействия.

Подкрановые балки подразделяются на следующие типы:

По расчетным схемам: разрезные и неразрезные (рис. 21.23);

По конструктивному решению: сплошностенчатые (рис. 21.24) и сквозные (рис. 21.25);

По способу соединения элементов: сварные, клепаные, на высокопрочных болтах, комбинированные (рис. 21.24).

Рис. 21.23. Подкрановые балки: а – разрезная сплошностенчатая; б – неразрезная

Рис. 21.24. Типы поперечных сечений подкрановых балок сплошного сечения: а – сварная; б – из листов и уголков клепаная или с соединениями на высокопрочных болтах; в, г – с комбинированными соеди­нениями (болтосварные)

Рис. 21.25. Сквозная разрезная подкрановая ферма (общий вид и узлы)

Особый вид конструкций представляют собой подкраново-подстропильные фермы (рис. 21.26). Объединение подкрановой балки и подстропильной фермы по­зволяет в ряде случаев при технологической необходимости использовать мощные краны тяжелого и весьма тяжелого режимов работы.

Рис. 21.26. Подкраново–подстропильные фермы (варианты)

Схема и тип подкрановых конструкций назначаются в зависимости от грузоподъемности, режима работы кранов, пролета подкрановых конструкций, податливости опор, типа грунтов оснований.

Сечение подкрановых балок принимается в виде симметричного двутавра из прокатных широкополочных профилей или из трех листов в виде сварного двутавра. В некоторых случаях для поясов балок составного сечения возможно выполнение поясов из пакета листов, соединенных на сварке или высокопрочных болтах (рис. 21.24).

Минимальная ширина верхнего пояса определяется типом применяемого рельса и способом его крепления к подкрановой балке. Обычно для сварной балки ширину верхнего пояса принимают 250 мм, нижнего – 200 мм.

Толщина стенки во многом зависит от значения давления катка крана, являющегося определяющим факто­ром местной устойчивости. Толщину стенки балки можно определить по формуле: t = (6 + 3h) мм, где h – высота балки, м. Минимальная толщина стенки может составлять 1/70-1/200 высоты балки.

При проектировании подкрановых балок на высоко­прочных болтах рекомендуется выбирать сплошностенчатое сечение, состоящее из вертикального листа, верхнего пояса из двух уголков и поясного листа или пакета листов, нижнего пояса из двух уголков. Для разрезных подкрановых балок рекомендуется проектировать комбини­рованную болто-сварную балку с верхним поясом из двух уголков и поясного листа с нижним поясом из листа, приваренного к стенке балки (рис. 21.24 в, г).

Подкрановые фермы (рис. 21.25) проектируют с параллельными поясами, с треугольной схемой решетки и стойками. Высоту подкрановых ферм следует назначать в пределах 1/5-1/7 пролета при пролетах 12-18 м и 1/7-1/10 пролета при пролетах 24-36 м (где меньшие величины относятся к большим пролетам). Длину панели подкрановой фермы рационально назначать приблизительно равной высоте фермы, но не более 3 м с тем, чтобы можно было подобрать сечение верхнего пояса из прокатного широкополочного двутавра, нижний пояс – из широкополочного тавра или из уголков; для элементов решетки рекомендуются спаренные уголки.

Подкраново-подстропильные фермы (ППФ) проектируются с ездовым нижним поясом коробчатого сечения и восходящими (сжатыми) опорными раскосами (рис. 21.26). Решетка и верхний пояс фермы назначаются Н-образного сечения. Высоту ППФ рекомендуется принимать в пределах 1/5-1/8 пролета. Верхний пояс фермы принимается в одном уровне с верхним поясом стропильных конструкций. Длину панелей нижнего пояса назначают кратной 3 м. Монтажные стыки подкраново-подстропильных ферм выполняются на сварке и высокопрочных болтах.

Подкрановые балки и фермы опирают на колонны с центрованной передачей опорного давления через опорные прокладки, прикрепленные к нижнему поясу (рис. 21.27), или через опорные ребра, имеющие строганые поверхности (рис. 21.28). Опорным ребрам подкрановых балок должно отвечать ребро в колонне (стальной).

Рис. 21.27. Опирание неразрезной подкрановой балки на стальную колонну: а – сварной; б – на высокопрочных болтах

Рис. 21.28. Опирание разрезных подкрановых балок на железобетонную колонну: 1 – закладные детали; 2 – планки, устанавливаемые в местах расположения вертикальных связей по колоннам

Опирание стальных подкрановых балок на железобетонные колонны должно осуществляться через распределительную опорную плиту и крепиться к колонне предусмотренными в ней анкерными болтами. Размер распределительной плиты определяется в зависимости от опорного давления подкрановой балки и марки бетона колонны (рис. 21.28).

При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам следует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка прогибается, и ее опорное сечение поворачивается на некоторый угол. Под влиянием температурных воздействий подкрановые конструкции удлиняются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колонн.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений. Применяются два типа узлов. В узлах первого типа (рис. 21.29 а) поперечные горизонтальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элементы (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений. В узлах второго типа (рис. 21.29 б) балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов в виде листов или круглых стержней.

Рис. 21.29. Узлы крепления разрезных подкрановых балок к колоннам: а – с упорными планками; б – с гибкими стержнями

Крепления рельсов к подкрановым балкам должны быть разъемными (подвижными). Крепление железнодорожного рельса осуществляется крюками из круглых стержней диаметром 24 мм с пружинными шайбами; крюки проходят через отверстия в стенке рельса и захватывают кромки верхнего пояса подкрановой балки (рис. 21.30).

Рис. 21.30. Крепление железнодорожного рельса крюками: 1 – крюк; 2 – пружинная шайба

Специальные крановые рельсы крепятся посредством планок с подкладками; планки имеют круглые отверстия и соединяются с балкой болтами диаметром 24 мм, а подкладки имеют овальные вырезы, которые позволяют рихтовать рельс упором подкладок. После рихтовки рельсов плотно прижатые к ним подкладки привариваются к планкам (рис. 21.31).

Рис. 21.31. Крепление кранового рельса планками: 1 – упорная планка; 2 – прижимная планка

Рельс может крепиться скобами (рис. 21.32), прикрепляемыми с помощью высокопрочных болтов с фигурными планками и клиньями. Также возможно крепление рельса установкой под него подкладок специального профиля с выпуклой цилиндрической поверхностью, контактирующей с верхним поясом балки в пределах толщины стенки (рис. 21.33).

Рис. 21.32. Крепление кранового рельса с помощью скоб: 1 – фигурная планка; 2 – скоба; 3 – клин; 4 – высокопрочный болт

Рис. 21.33. Крепление кранового рельса с подкладкой: 1 – упругая подкладка; 2 – упорная планка; 3 – прижимная планка; 4 – подрельсовая подкладка; 5 – болт

Упоры для кранов устраивают по концам подкранового пути для фиксации предельного положения крана. Их располагают в соответствии с технологическим заданием. Для смягчения возможных ударов к передней части упора прикрепляют деревянный брус на уровне буферов кранового моста (рис. 21.34).

Рис. 21.34. Упоры для кранов разной грузоподъемности: а – до 30 т для сварных подкрановых балок; б – до 250 т для балок на высокопрочных болтах

Покрытия. Стальные конструкции покрытий в общем случае состоят из следующих элементов: стропильных ферм, подстропильных ферм, прогонов (в покрытиях с прогонным решением), фонарных конструкций, связей.

В покрытиях зданий, в зависимости от их назначения и эксплуатации, применяют стропильные фермы : с параллельными поясами, трапециевидные двухскатные и треугольные (рис. 21.35). Первые два вида ферм применяют при кровлях из рулонных и мастичных материалов и кровельных плит, фермы треугольного очертания – при кровле из асбестоцементных волнистых или подобных листов.

Рис. 21.35. Геометрические схемы стропильных ферм

Решетку ферм следует применять поэлементную простой формы. Рациональны треугольная с дополнительными стойками (рис. 21.36 а), треугольная (рис. 21.36 б), раскосная (рис. 21.36 в) и перекрестная (рис. 21.36 г). Выбор типа решетки зависит от конструктивных особенностей фермы, способа узловых соединений решетки с поясами, способа опирания на колонны, требуемых размеров пространства между элементами решетки и др. Наиболее целесообразна треугольная решетка с дополнительными стойками, поскольку она имеет наименьшее количество стержней и узлов.

Рис. 21.36. Геометрические схемы решеток стропильных ферм

При проектировании стропильных ферм должна быть обеспечена их габаритность по условиям транспортировки. Предельный размер по высоте между крайними точками выступающих элементов не должен превышать 3,8 м. Для достижения габаритности ферм по высоте при больших уклонах кровли и больших пролетах следует предусматривать устройство монтажных стыков.

Членение ферм по длине на отправочные марки обычно производится так: фермы пролетами 24 и 30 м поставляются двумя отправочными марками, пролетом 36 м – тремя отправочными марками.

Стропильные и подстропильные фермы проектируют:

Из парных горячекатаных уголков;

С поясами из тавров и решеткой из уголков;

С поясами из широкополочных двутавров и решеткой из прямоугольных гнутосварных профилей или горячекатаных уголков;

Из круглых электросварных труб;

Из замкнутых прямоугольных гнутосварных профилей (прямоугольных труб).

Фермы из горячекатаных уголков (рис. 21.37) по своим конструктивным особенностям можно применять во всех климатических районах в сочетании с легкими и тяжелыми ограждающими конструкциями при пролетах зданий 18-36 м. Из-за наличия узловых фасонок и других листовых деталей они многодельны, материалоемки и могут применяться только в обоснованных случаях. Не допускается эксплуатация этих ферм в средне- и сильноагрессивной среде из-за щелей между уголками. Не следует также применять их при внеузловых нагрузках, вызывающих местные изгибы поясов.

Рис. 21.37. Схемы стропильных ферм из прокатных уголков с разбивкой на отправочные элементы

Стропильные фермы из уголков пролетом 18 м запроектированы с нижним горизонтальным поясом и верхним поясом с уклоном 1,5%. Фермы остальных пролетов запроектированы с параллельными поясами, имеющими уклон 1,5%. Общая высота на опоре ферм составляет 3300 мм, а по обушкам поясных уголков – 3150 мм. Номи­нальная длина ферм принята меньше пролета здания за счет сокращения размеров крайних панелей.

Общие требования к конструированию . Конструирование ферм начинается с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему конструкции, в соответствии с конфигурацией фермы и ее основными размерами. Сходящиеся в узлах осевые линии элементов должны пересекаться в центре узла.

На осевые линии наносятся контуры стержней, которые привязываются к осям по центрам тяжести сечения, при этом в сварных фермах расстояние от центра тяжести до обушка (привязка) округляется в большую сторону до целого числа, кратного 5 мм. В фермах с болтовыми соединениями уголки привязываются к осям по рискам, ближайшим к обушку.

Когда сечение пояса по длине фермы меняется, в геометрической схеме принимается одна осевая линия, при этом верхняя грань пояса сохраняется на одном уровне для удобства опирания примыкающих элементов. Смещение осей поясов ферм при изменении сечения допускается не учитывать, если оно не превышает 1,5% меньшей высоты сечения пояса.

Фасонки, с помощью которых образуются узлы ферм, принимаются простого очертания, чтобы упростить их изготовление и уменьшить количество обрезков.

Фасонки выпускаются за обушки поясных уголков на 15 – 20 мм для возможности наложения сварных швов. В местах установки прогонов, прикрепленных к уголковым коротышам, и в местах усиления пояса накладками при опирании железобетонных плит на верхний пояс фасонку не доводят (утапливают) до обушка уголков на 10 – 15 мм.

Порядок конструирования и расчета узлов стропильных ферм следующий

1) провести осевые линии элементов так, чтобы они сходились в центре узла;

2) к осевым линиям «привязать» поясные уголки. Для этого определить по сортаменту размер Z o от центра тяжести уголка до обушка и округлить его по правилу округления до 5 мм, получив тем самым расстояние от обушка уголка до осевой линии. Таким же образом нанести контурные линии стержней решетки. Рассто­яние между краями элементов решетки и пояса в узлах (а) следу­ет принимать равным 6t - 20 мм, но не более 80 мм (здесь t _ толщина фасонки, мм);

Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.

При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную.

При жестком сопряжении стропильная ферма примыкает обычно к колонне сбоку.

Опорное давление F ф передается на опорный столик. Опорный столик делают из листа t=30...40 мм при небольшом опорном давлении (F ф < ф. Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстия на 3-4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.

.


^ Рис. 38. Опорные узлы ферм:1 – ребро жесткости; 2 – опорная стойка; 3 – ребро с овальными отверстиями;4 – ребро для крепления вертикальной связи; 5 – шайба
Сварные швы, крепящие опорное ребро к фасонке узла, рас­считываются на передачу опорной реакции фермы:
, (30)
где l w - расчетная длина сварного шва, равная высоте фасонки за вычетом 1 см.
Для фиксации положения узла на колонне опорное ребро соединяется болтами нормальной точности с опорной стойкой, ко­торая в свою очередь крепится болтами, а затем приваривается к оголовку колонны. С опорной стойкой через специальное ребро с овальными отверстиями соединяется болтами и фасонка верх­него узла фермы. Овальные отверстия допускают перемещение верхнего узла фермы относительно опорной стойки и тем самым обеспечивают свободное опирание фермы, т. е. без появления опорного момента. К ребрам опорной стойки крепятся также вер­тикальные связи.