Строительство и архитектура /1. Архитектурные решения объектов строительства и реконструкции

к.т.н. Попова М.В., Власов А.В., Грешкин П.А.

Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия

Легкие металлические фермы

При рассмотрении существующего опыта применения легких металлических конструкций в покрытиях зданий выявлено, что плоскостные несущие конструкции одноэтажных производственных зданий остаются до настоящего времени наиболее универсальными, среди которых одними из эффективных являются решетчатые фермы.

В предлагаемой конструкции легкой металлической фермы заложена идея безотходной технологии получения максимального количества элементов фермы из одной заготовки – прокатного двутавра в результате его раскроя.

На рисунке показана простейшая технологическая последовательность изготовления фермы, которая может быть использована в любом производстве по изготовлению стальных конструкций.

Согласно предлагаемой технологии, исходную заготовку – прокатный двутавр 1 укладывают на ровный пол (стенд). После чего выполняют разрезку заготовки по непрерывной зигзагообразной линии 2 на два тавра 3, с формированием на кромках их стенок фасонок (в виде приливов) различной протяженности. Далее от боковых кромок более протяженных приливов отрезают полосовые элементы 4 с косыми поперечными кромками.

Полученные от раскроя двутавра элементы 3 и 4 разъединяют, сдвигают нижний пояс относительно верхнего до проектного положения и соединяют их совместно боковым кромкам фасонок встык посредством полосовых элементов, устанавливаемых в направлении растянутых стержней решетки. Сжатые элементы решетки выполняют из спаренных уголков или труб. Таким образом, из одной заготовки – прокатного двутавра одновременно получают практически все элементы фермы (за исключением сжатых стержней решетки). Это обеспечивает снижение количества типоразмеров основных деталей до 2-4. Уменьшение протяженности швов, снижение массы предлагаемых ферм в конечном итоге обеспечивают уменьшение трудоемкости изготовления и стоимости ферм.

Высота фермы определяется по формуле:

H=h + 1×cos(90-a)

или приблизительно H=(0,75-0,8)×l_р, где h – высота сечения исходного двутавра, l – длина полосового элемента (растянутого раскоса); a - угол наклона участков реза по линиям, образующим боковые кромки фасонок, l_р – длина панелей фермы.

Для определения области рационального применения ферм с элементами из раскроенных двутавров на ЭВМ было просчитано большое количество ферм. Варьирование производилось по длине пролета, величине нагрузки, расчетному сопротивлению стали исходного прокатного двутавра. Сопоставление показателей предлагаемых ферм с лучшими типовыми решетками производилось по массе.

Анализ результатов позволил сделать следующие выводы:

- фермы из раскроенных двутавров при пролетах L=18 м легче существующих типовых во всем диапазоне нагрузок;

- при пролетах L=24 м новые фермы легче существующих при нагрузках 30-40 кН/м (за исключением ферм из труб);

- при пролетах L= 30 м предлагаемые фермы легче ферм с поясами из тавров решеткой из парных уголков, но не могут конкурировать с другими типами ферм.

Были проведены экспериментальные исследования трех серий крупноразмерных предлагаемых моделей ферм, что позволило при выборе моделей использовать метод геометрического подобия. Разработанные и изготовленные конструкции моделей ферм являлись геометрическим подобием ферм натуральной величины с параллельными поясами пролетом 24 м, высотой сечения по полкам поясов 2,4 м, длиной панелей поясов – 3 м, рассчитанных под различную нагрузку. Модели ферм первой серии в количестве трех штук выполнялись в масштабе 1:2, имели пролет 12 м, высоту сечения по наружным граням поясов – 1,2 м, длину панелей поясов – 1,5 м.

В процессе экспериментальных исследований ферм определялись максимальные прогибы ферм в середине их пролета, напряжение и деформации в крайних волокнах сечений ферм, напряжения в узловых фасонках, перемещение отдельных сечений панелей верхнего пояса в плоскости ферм.

Как показали экспериментальные исследования, предлагаемые конструкции ферм обладают достаточным запасом прочности и жесткости. При изучении напряженного состояния узлов и характера распределения в них усилий учитывалось, что полосовые растянутые стержни решетки соединяются встык с боковыми кромками приливов и имеют большую изгибную жесткость в плоскости ферм, оказывающую значительное сдерживающее влияние на узел от поворота. Напряжения в узлах измерялись с помощью многопетлевых проволочных тензорезисторов с базой 5 мм.

Литература:

1. Абрикосов Б.Б. Исследование работы сварной стропильной фермы до разрушения. М. НТИ. 1931, 36 с.

2. А.С. 1606637 СССР. МКИ Е 04 С 3/08. Способ изготовления облегченной металлической конструкции/ А.А. Песков, А.А. Заборский, С.Ф. Томских, Ю.А. Коваль, Ю.Я. Кирпичев. № 3983342/29-33. Заявлено 25.04.88. Опубл. 15.11.90. Бюлл. №42, 3 с.: ил.