Конструирование ферм. Общие требования

Конструирование ферм начинают с вычерчивания осевых линий, образующих геометрическую схему фермы.

Затем наносят контуры стержней так, чтобы осевые линии совпадали с центрами тяжести сечений. Для несимметричных сечений (тавров, уголков) привязки осей округляют до 5 мм.

Когда сечение пояса по длине фермы меняется, в геометрической схеме принимают одну осевую линию поясов и к ней привязывают элементы пояса. Для удобства опирания примыкаю­щих элементов (для ферм перекрытий - настила или прогонов) верхнюю грань пояса сохраняют на одном уровне. Места изменения сечения поясов выносят от центра узла в сторону меньшего усилия. Резку стержней решетки производят нормально к оси стержня; для крупных стержней можно допустить косую резку для уменьше­ния размеров фасонок. Для снижения сварочных напряжений в фасонках, стержни решетки не доводят до поясов на расстояние равному » шести толщин фасонок, но не более 80 мм. Между торца­ми стыкуемых элементов поясов ферм, перекладываемых накладка­ми, оставляют зазор не менее 50 мм.

Толщину фасонок выбирают в зависимости от действующих усилий (табл. 7.2). При значительной разнице усилий в стержнях решетки можно принимать две толщины в пределах отправочного элемента. Допустимая разница толщин фасонок в смежных узлах - 2 мм.

Таблица 7.2 – Рекомендуемые толщины фасонок

Размеры фасонок определяют по необходимой длине швов креп­ления элементов. Необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок, чтобы упростить их изготовление и уменьшить количество обрезков.

Целесообразно унифицировать размеры фасонок и иметь на ферму не более одного-двух типоразмеров. Фермы пролетом 18 – 36 м разбивают на два отправочных элемента с укрупнительными стыками в средних узлах. Целесообразно для удобства укрупнительной сборки и изготовления проектировать так, чтобы пра­вая и левая полуфермы были взаимозаменяемы.

Фермы из парных уголков

В фермах со стержнями из двух уголков, составленных тавром, узлы проектируют на фасонках, которые заводят между уголками. Стержни решетки прикрепляют к фасонке фланговыми швами (рис. а).

Усилие в элементе распределяется между швами по обушку и перу уголка обратно пропорционально их расстояниям до оси стержня:

,

где b- ширина полки уголка;

z₀- расстояние от центра тяжести уголка до его обушка.

а – крепление раскоса к фасонке; б – промежуточный узел;

в, г – опирание прогонов и плит

Рисунок – Узлы ферм из парных уголков

Для прокатных уголков в практических расчетах значения коэф­фициентов a₁ и a₂ можно принять по таблице.

Концы фланговых швов для снижения концентрации напряже­ний выводят на торцы стержня на 20 мм (рис. а). К поясу фасонки рекомендуется прикреплять сплошными швами минимальной толщины. Фасонки выпускают за обушки поясных уголков на 10...15 мм (рис.б). Швы, прикрепляющие фасонку к поясу, при отсут­ствии узловых нагрузок рассчитывают на разность усилий в смеж­ных панелях пояса (рис.б) N = N₂ – N₁. В месте опирания на верхний пояс прогонов или кровельных плит (рис.в) фасонки не доводят до обушков поясных угол­ков на 10...15 мм.

Таблица – Распределение усилий между швами по обушку и перу

Чтобы прикрепить прогоны, к верхнему поясу фермы приваривают уголок с отверстиями для болтов. В местах опирания крупно­панельных плит, если тол­щина поясных уголков менее 10 мм при шаге ферм 6 м и менее 14 мм при шаге ферм 12 м, верхний пояс ферм для предотвращения отгиба полок усиливают накладками t = 12мм. Во избежание ослабления сечения верхнего пояса не следует приваривать накладки поперечными швами.

Если к узлу приложена сосредоточенная нагрузка (рис. в),то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, рассчитывают на совместное действие продольного усилия (от разницы усилий в поясах) и сосредоточенной нагрузки. Условно усилие F передается на участки швов l₁ и l₂. Напряжения в швах от этого усилия

; (1)

от продольного усилия

,

где Sl_w - суммарная длина швов крепления пояса к фасонке.

Прочность шва проверяют на совместное действие усилий по формуле

.

При расчете узлов обычно задаются k_f и определяют требуемую длину шва.

Фасонки ферм с треугольной решеткой следует конструировать прямоугольного очертания, а с раскосной решеткой – в виде прямо­угольной трапеции.

Для обеспечения плавной передачи усилия и снижения концен­трации напряжений угол между краем фасонки и элементом решет­ки должен быть не менее 15°. Стыки поясов необходимо перекрывать накладками, выполнен­ными из уголков (рис.а) (при одинаковой толщине поясов) или листов (рис.б). Для обеспечения совместной работы уголков их соединяют про­кладками. Расстояние между прокладками должно быть не более 40 i для сжатых элементов и 80 i для растянутых, где i - радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной прокладке. При этом в сжатых элементах ставится не менее двух прокладок.

о - с уголковыми накладками, б - с листовыми накладками

Рис. - Узлы ферм с изменением сечения пояса:

Если уголки не соединены прокладками, то при расчете каждый уголок рассмат­ривают отдельно, а его гибкость определяют, исходя из минималь­ного для одного уголка радиуса инерции i_min .

Конструкция опорных узлов ферм зависит от вида опор (металлические или железобетонные колонны, кирпичные стены и т.д.) и способа сопряжения (жесткое или шарнирное).

При свободном опирании ферм на нижележащую конструкцию опорный узел показан на рис. Давление фермы F_R через плиту передается на опору. Площадь А_плопределяют по несущей способности материала опоры:

, (7.9)

где R_оп - расчетное сопротивление материала опоры на сжатие.

Плита работает на изгиб от отпора материала опоры аналогично плите базы колонны.

Опорную плиту прикрепляют к опоре на анкерных болтах. Аналогично конструируют опорный узел при опирании фермы в уровне верхнего пояса (рис. б).

При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнитель­ной стойки (надколенника) (см. рис.).

Опорное давление фермы передается с опорного флан­ца фермы через фрезерованные поверх­ности на опорную плиту ко­лонны. Опорный фланец для четкости опирания выступает на 10... 20 мм ниже фасонки опорного узла. Площадь тор­ца фланца определяется из условия смятия: А³F_R / R_p,

где R_p - расчетное сопро­тивление стали смятию тор­цевой поверхности (при на­личии пригонки).

Рисунок – Свободное опирание фермы

Рис. – Опирание фермы на колонну сверху

Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нор­мальной точности (класс точности С или В) прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отвер­стия в фасонках делают на 5...6 мм больше диаметра болтов.

Для проектирования жесткого узла сопряжения фер­мы с колонной необходимо прикрепить ферму к колонне сбоку (рис.). При жестком сопряжении в узле возникает помимо опорного давления F_R момент М. Передача этих усилий производит­ся раздельно.

Опорное давление F_R передается на опорный столик. Опорный столик делают из листа t=30...40 мм или при небольшом опорном давлении (F_R≤200...250 кН) из уголков со срезанной полкой. Опорный фланец прикрепляют 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. - Примыкание фермы к колонне сбоку

Момент раскладывается на пару сил Н = М / h_оп, которые пере­даются на верхний и нижний пояса фермы. В большинстве случаев опорный момент имеет знак минус, т.е. направлен против часовой стрелки. В этом случае усилие Н прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения на поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Болты ставят конструктивно (обычно б... 8 болтов диаметром 20...24 мм). Если в опорном узле возникает поло­жительный момент, то усилие Нотрывает фланец от колонны и бол­ты следует проверить на растяжение.