Типы сечений стержней фермы

Для изготовления стропильных ферм широко применяются равнополочные и неравнополочные уголки, сортамент которых определен ГОСТ 8509–72 и ГОСТ 8510–72. Обычно стержни выполняются из двух уголков, составленных тавром, с зазором, равным толщине фасонки t.

При этом можно получить три типа сечений:

• — из равнополочных уголков;
• — из неравнополочных уголков, составленных большими полками вместе;
• — из неравнополочных уголков, составленных меньшими полками (соответственно сечения 1, 2 и 3 на рис. 34).

Вместо прокатных могут использоваться гнутые уголки по ГОСТ 19 771–74 и ГОСТ 19 772–74.

При конструировании сжатых стержней надо стремиться к обеспечению равноустойчивости в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в плоскости фермы и из плоскости фермы.

В этом случае получается наиболее экономичное решение. Равноустойчивость обеспечивается при равенстве гибкостей х = y и, следовательно, при равенстве отношений i_x : i_y= l_x: l_y. Таким образом, надо выбирать такое сечение, у которого отношение радиусов инерции относительно двух взаимно перпендикулярных осей было бы наиболее близким к отношению расчетных длин стержня в плоскости и из плоскости фермы.

Рис. 34. Типы сечений стержней ферм.

Диапазоны значений отношений радиусов инерции для трех типов сечений из уголков показаны на рис. 34.

Для сжатых поясов ферм из уголков при 1_еf,_х=1_еf,_у, как видно, целесообразным является сечение 2. Однако практически в этом случае берут сечение 1, при котором повышается поперечная жесткость фермы в целом, что очень важно для перевозки и монтажа. Кроме того, сечение 1 имеет более широкие горизонтальные полки, чем сечение 2, что улучшает условия опирания прогонов или плит покрытия. Если расчетная длина из плоскости фермы больше, чем в плоскости, например 1_еf,_y=21_еf,_х, 1_еf,_у=31_еf,_х и т. д., применяется сечение 3.

У элементов решетки (кроме опорных) отношение расчетных длин 1_еf,_х: 1_еf,_у = 0,8 (при отсутствии шпренгелей), поэтому для них берется сечение 1 с наиболее близким к 0,8 отношением радиусов инерции. Для опорного сжатого раскоса, когда 1_еf,_х=1_еf,_у (при отсутствии шпренгеля), рекомендуется сечение z. Если длина раскоса в плоскости фермы уменьшена шпренгелем в два раза, то для него принимается сечение 3.

Для растянутых стержней, сечение которых подбирается из условия прочности, тип сечения может быть любой. Но для растянутого нижнего пояса обычно принимают сечение 1 или 3, чтобы повысить общую поперечную жесткость фермы и тем самым облегчить се перевозку и монтаж. Кроме того, сечение 3 дает более близкие значения гибкости пояса в двух плоскостях, так как обычно его расчетная длина из плоскости фермы больше, чем в плоскости. Для растянутых раскосов, как и для сжатых, при отсутствии шпренгелей берется сечение 1, а в шпренгельной ферме — сечение 3.

Кроме трех основных сечений из парных уголков в стропильных фермах используются и другие. Так, некоторые дополнительные элементы, например шпренгели, часто делаются из одного равнополочного уголка (сечение 4). При небольших нагрузках стропильная ферма вообще может быть выполнена со стержнями из одиночных уголков.

Крестовое сечение из двух равнополочных уголков (сечение 5) применяется для средней стойки, если членение фермы осуществляется по этой стойке. Такое сечение обеспечивает получение двух совершенно одинаковых отправочных марок фермы.

Крестовое сечение экономичнее таврового, так как его наименьший радиус инерции (относительно оси х_о—х_о) больше наименьшего радиуса инерции таврового сечения из тех же уголков. Однако для верхнего пояса крестовое сечение не используется, потому что на такой пояс неудобно опирать плиты или прогоны. Для элементов решетки такое сечение не применяется, так как это затруднило бы конструирование узлов, ибо ширина крестового сечения в плоскости фермы в два раза больше ширины таврового, выполненного из тех же уголков.

Сечение из швеллеров (сечение 6 на рис. 34) используется для сжато-изгибаемых поясов, когда на ферму действует внеузловая нагрузка. Для этого случая можно принять также сечение 2, обладающее большой жесткостью в плоскости фермы (относительно оси х—х).

Для поясов ферм рационально применять прокатные тавры, получаемые путем продольной резки двутавров с параллельными гранями полок. Сортамент таких тавров установлен ТУ 14−2-24−72. В случае равных расчетных длин сжатого пояса в плоскости и из плоскости фермы, т. е. когда 1_еf,_х=1_еf,_у, по условию равноустойчивости целесообразно использовать тавры марки ШТ, полученные из широкополочных двутавров (сечение 7).

Если 1_еf,_y=21_еf,_х, то следует применять тавры марки КТ, полученные из колонных двутавров (сечение 8). Фермы с поясами из прокатных тавров менее трудоемки в изготовлении и более экономичны по расходу стали (на 10—15%) в сравнении с фермами, пояса которых выполнены из уголков, в основном за счет уменьшения количества дополнительных элементов: узловых фасонок, прокладок.

Для сжатых элементов целесообразно использовать трубы (сечение 9 на рис. 34). Для изготовления ферм применяются тонкостенные электросварные трубы, сортамент которых дан в ГОСТ 10 704–76. Эффективность сечения центрально сжатого элемента характеризуется безразмерным параметром — удельным радиусом инерции i = i/А, который зависит от формы сечения и мало меняется с изменением его размеров. Для таврового сечения из двух равнополочных уголков i = 0,50,6, а для трубчатого сечения (при обычных отношениях толщины стенки к диаметру от 1/30 до 1/50) удельный радиус инерции i = 1,01,4. Таким образом, при одинаковой площади сечения радиус инерции трубчатого сечения более чем в два раза превышает радиус инерции сечения уголков. Поэтому применение труб для изготовления ферм приводит к значительному снижению расхода стали. Кроме того, соединение элементов в узлах ферм из труб осуществляется без фасонок (рис. 40), что дает дополнительную экономию стали, которая в целом доходит до 25—35% в сравнении с фермами из уголков.

Наряду с трубами круглого сечения для ферм используются также трубы квадратного и прямоугольного сечений или так называемые тонкостенные замкнутые гнутосварные профили (сечения 10 и 11 на рис. 34). Они обладают всеми достоинствами круглых труб и, кроме того, узлы в фермах из гнутосварных профилей решаются проще, чем в фермах из круглых труб, так как не требуется выполнять фигурную резку. Еще одно преимущество гнутосварных профилей перед трубами круглого сечения — лучшая работа при сжатии с изгибом (например, в поясах ферм при действии внеузловой нагрузки). Таким образом, трубы квадратного или прямоугольного сечения являются весьма перспективными профилями для изготовления ферм. Их сортамент определяет ГОСТ 12 336–66.

При больших усилиях в поясах, а также при действии внеузловой нагрузки для поясов фермы могут использоваться широкополочные двутавры (сечение 12 на рис. 34). В этом случае элементы решетки удобно выполнять из гнутосварных профилей квадратного или прямоугольного сечения. В настоящее время разработаны типовые фермы такой конструкции с пролетами 24, 30 и 36 м (серия 1.460.3−15, вып. 1).