ПЛОХИХ В.И., БАЙШЕВ Ю.П.

 

Уральская государственная архитектурно-художественная академия,

 г. Екатеринбург

 

ФЕРМА ИЗ ОДИНОЧНЫХ ЦЕНТРИРОВАННЫХ УГОЛКОВ

С МЕЖУЗЛОВЫМИ ПОДКРЕПЛЕНИЯМИ

 

Фермы из одиночных уголков по сравнению с фермами из парных уголков имеют следующие преимущества: меньшее количество элементов и фасонок, сокращение трудоемкости изготовления на 30-40% и расхода стали на 5-7%, повышенная коррозионная стойкость открытых сечений элементов.

По сравнению с покрытиями, включающими установленные с шагом 6 м и 12 м фермы из парных уголков, и беспрогонными покрытиями пролетами  24-30 м с фермами из одиночных центрированных уголков, предлагаемая конструкция фермы из парных уголков оказалась на 4-17% менее металлоемкой, на 17-25% более дешевой (по приведенным затратам) и на 20-38% менее трудоемкой.

По сравнению с конструкциями типа «Молодечно» (стропильные фермы из гнутосварных профилей) масса ферм из одиночных уголков на 5-7% выше, стоимость на 2% ниже .

Экономическая эффективность открытых профилей обусловлена высокой стоимостью замкнутых профилей. Соотношения между стоимостями круглых труб (цельнотянутых и сварных), прямоугольных гнутосварных профилей, профилей из двух прокатных уголков или швеллеров соответственно равны: (153…136): (150…132): (120…115)%. Здесь за 100% принята стоимость профилей из прокатных уголков.

Традиционные фермы с поясами и решеткой из одиночных уголков имеют соединения полок уголков в узлах внахлестку. Соединения выполняются угловыми швами, дуговой точечной сваркой со сквозным проплавлением или на высокопрочных болтах.

Одностороннее прикрепление уголков из плоскости фермы и  расцентровка стержней в узлах в плоскости фермы приводят к возникновению в стержнях фермы изгибающих моментов. Влияние этих моментов на несущую способность сжатых уголков учитывается коэффициентом условий работы  γс=0,75 в  следующих формулах:

Расчет на прочность

N/Аn·Ry·γc≤1.

Расчет на устойчивость

N/φ ·А·Ry· γc ≤1,

где N – расчетная продольная сила; Ry – расчетное сопротивление прокатной стали по пределу текучести; Аn – площадь сечения нетто; А – площадь сечения брутто.

Из приведенных формул следует, что коэффициент условий работы γc =0,75 увеличивает требуемую площадь сечения сжатого уголка на 33%. Это величина выявляет резерв снижения расхода стали, в частности, за счет центрирования одиночных уголков в узлах фермы.

В предложенной облегченной ферме (рис.1) центрирование элементов 2,3 решетки в узлах 1,2,3 выполнено на пластинах 5, приваренных к перьям уголка верхнего пояса 1 фланговыми швами (узел 1).

 

Рис.1. Ферма из одиночных центрированных уголков

           с межузловыми подкреплениями.  1,2…5 – номера узлов.

В нижних узлах фермы пластины 5 приварены к обушку уголка 4 нижнего пояса, ребрам 6.

Симметричное относительно плоскости фермы расположение наклонных полок уголков книзу уменьшает количество отложений пыли и конденсата.

Стыковка в узлах уголков на пластины обеспечивает требуемую точность изготовления и центровки стержней фермы.

Стыковые пластины объединяют сварными швами полки уголков, образуя замкнутые треугольные сечения в узлах фермы. Это повышает жесткость узлов и  местную устойчивость полок уголков.

Для повышения устойчивости в плоскости фермы верхнего пояса 1, сжатых раскосов 3 и стоек в середине каждой панели установлены стойки 7.

Нижние концы стоек 7, середины стоек 2 и раскосов связаны сварными швами, тяжем 8 и уголками 9.

Требуемая площадь (А) стержня сплошного сечения при центральном сжатии определяется по следующей формуле:

А=N/ φ ·Ry· γc,

где φ – коэффициент устойчивости при центральном сжатии, значение которого при λ≥0,4 вычисляют по формуле

φ =0,5(δ-) / ;

где δ=9,87 (1 – α + β·) + 2. Здесь = λ – условная гибкость стержня.

Ориентация уголков относительно осей х0- х0, y0- y0 соответствует типу кривой устойчивости «в». Для этого типа α =0,04; β=0,09.

Гибкости  λх0=ℓef,x / iy0; λу0= ℓef,y / iх0;

где ℓef,x, ℓef,y – расчетные длины элементов.

Так как радиусы инерции iy0 равнополочных уголков в два раза меньше радиусов iх0, то введение в решетку фермы дополнительных элементов поз. 7 и 8 уменьшает расчетные длины сжатых стержней также в два раза, т.е. стержни становятся равноустойчивыми.

 

 

 

 

Рис.2. Узлы и детали фермы.

           1 – верхний пояс; 2 – стойка; 3 – раскос; 4 – нижний пояс;

       5 – лист; 6 – ребро; 7 – стойка (связь); 8 – тяж; 9 – уголок.

 

Технико-экономические показатели ферм.

 

Тип ферм

Расход стали,

кг/%

Трудоемкость изготовления, %

Стоимость, %

1. Ферма из парных уголков

2093/100

100

100

2. Ферма из одиночных уголков

2009/96

70

80

3. Ферма из одиночных уголков с серединным тяжем и межузловыми подкреплениями

1794/86

75

75

4. Ферма из гнутосварных профилей

1735/83

60

120

 

Примечания:

1.   Трудоемкость и стоимость ферм даны в % по сравнению с показателями первого варианта, принятыми за 100%.

2.   Расход стали по вариантам определен для схемы фермы по рис.3.

Рис. 3. Схема эталонной фермы из парных уголков

            для сравнения вариантов ферм.

 

 

 

 

Выводы.

1.               Центрирование одиночных уголков, межузловое подкрепление сжатых элементов фермы серединным тяжем и дополнительными стойками (связями) позволило сократить расход стали на 14% по сравнению с фермой из парных уголков.

2.               Стоимость фермы из одиночных уголков с межузловыми подкреплениями по сравнению с фермой из гнутосварных профилей ниже на 45% при разнице в расходе стали 3%.

 

Литература.

1.      Руководство по проектированию сварных ферм из одиночных уголков/ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко. – М:Стройиздат, 1977 – 14 с.

2.      Трофимов В.И., Каминский А.М. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений. – М, АСВ, 2001, с 92-93.

3.      Бирюлев В.В., Кользеев А.А., Крылов И.И., Стороженко Л. Металлические конструкции. – М. АСВ. 1994. с 153.

4.      Общие правила проектирования стальных конструкций СП 53-102-2004/ ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко. – М. 2007.