§ 4. Поперечные сечения стержней

При подборе поперечных сечений стержней ферм необходимо учитывать следующие обстоятельства. Стержни должны обла­дать достаточной прочностью и жесткостью. Превышение рас­четного напряжения относительно допускаемого пи в коем слу­чае не должно быть более 5%. Стержни по возможности должны быть экономично сконструированы, т. е. цасчетные напряже­ния - близки к допускаемым. Однако поперечные сечения стерж­ней, нагруженных небольшими продольными силами, часто подбирают из условий жесткости, поэтому в этих стержнях на­пряжения могут иметь весьма малую величину.

-•.-Наибольшая величина гибкости X стержней стальных ферм промышленных сооружений (см. гл. XV) не должна превы­шать л:

основные сжатые стержни {пояса и опорные раскосы) . . 120

прочие сжатые стержня.............. 150

основные растянутые стержни............ 250

прочие растянутые стержни.............. 350

гжптые второстепенные стержни (связи)........ 200

растянутые связи : . . : ; i.......... 400

В фермах гибкость ограничивается не только в сжатых, но и в растянутых стержнях. Это делается с целью устранить их провисание при весьма большой гибкости и вибрации при дина­мических нагрузках. Сортамент применяемого металла должен быть по возможности однообразным, т. е. следует иметь как можно меньшее количество разнородных элементов (позиций). Это упрощает и удешевляет изготовление ферм на заводе. Фер­мы в значительном большинстве случаев конструируют из про­катных профильных элементов. Целесообразнее применять гну­тые элементы: они имеют малую толщину и повышенную жесткость, по сравнению с прокатными.

448

При конструировании ферм следует стремиться сократить объем сварочных работ, располагать швы в элементах по воз­можности симметрично и обеспечивать удобное выполнение сварки как на заводе, так и на монтажной площадке.

§ 5. Сечения сжатых и растянутых поясов, раскосов и стоек

Подбор сечений сжатых поясов. Типы поперечно­го сечения сжатых поясов, имеющие наибольшее распростране­ние, приведены на рис. 18-3, а—и. Сечения в форме уголков (рис. 18-3, а) применяют в слабо нагруженных фермах или в нерабочих элементах. Сечения в форме двух уголков (рис. 18-3, б) проектируют часто в фермах с небольшими усилия­ми (в легких стропильных фермах, мачтах). Замкнутые сечения (рис. 18-3, в) целесообразны в тонкостенных конструкциях и в конструкциях, где требуется повышенное сопротивление кру­чению. Их иногда применяют в авиационных конструкциях. Сечения, приведенные на рис. 18-3,г, д, встречаются в крановых фермах, в которых верхние пояса, помимо силы сжатия, испыты­вают изгибающие моменты. На рис. 18-3, е, ж приведены дву-стенчатые конструкции, которые применяют при средних и боль­ших усилиях (в стропильных и крановых фермах). Конструкцию, представленную на рис. 18-3, з, применяют в мостовых пролет-пых строениях. Трубчатая конструкция, приведенная на рис, 18-3, и рациональна в отношении требований прочности и экономична. Возможно применение и других видов конструк­ций, если это оправдывается требованиями рационального кон­струирования и экономичности.

Уголки и швеллеры могут быть получены прокаткой и гнутьем.

Требуемая плошадь сжатого элемента пояса при отсутствии момента равна

где /V-—расчетная продольная сила;

Ф — коэффициент продольного изгиба. При подборе сечения следует предварительно задаться коэф­фициентом ф, который обычно принимается равным 0,5-*-0,7. Свободная длина стержня берется в зависимости от конструкции сооружения. Наяример, в стропильных фермах горизонтальная жесткость ферм обеспечивается постановкой горизонтальных связей. При этом свободную длину пояса принимают равной рас­стоянию между центрами узлов. Подбор сечения сжатого пояса производят так же, как и сжатой стойки (см. гл. XV).

29 823

449

Напряжение в подобранном сечении должно быть

(18.3)

В стержнях, сечения которых приведены на рис. 18-3, соеди­нительные швы конструируют непрерывными. Их выполняют

Прокпадка

г) д)

Ребра жесткости

Рив. 18-3. Виды поперечных сечений стержней ферм:

■■->)—и) сжатые пояса; к)—р) растянутые пояса; с)—ч) сжатые и растянутые раскосы и стойки

450

обычно автоматической сваркой под флюсом; при этом катет шва принимают к = 0,4-ь- 0,6s листа. Нередко к принимают равным 4ч-5 мм.

Если на панели фермы отсутствует нагрузка, то поперечная сила в ней Q = 0. Для расчета же швов определяется условная поперечная сила, которая вычисляется, как и в стойках, по фор­мулам (15.15) и (15.16).

Так как Q всегда незначительна, то напряжения в швах пояса также имеют небольшую величину. Они вычисляются по фор­муле

QS

J ■ 2 ■ 0,7 к

(18.4)

где / — момент инерции поперечного сечения;

5 — статический момент вышележащей части пояса относи­тельно центра тяжести сечения; к — катет шва.

(------------

Z3

Ч.т ъ

у_Г,₇—.ф,_Л j

Рис, 18-4. Стык пояса, имеющего эксцентриситет

Для повышения устойчивости элементов (рис. 18-3, а—з) при­меняют соединительные планки, диафрагмы, ребра жесткости, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси элемента. Их ставят без расчета на прочность и приваривают к основным эле­ментам вручную или с помощью шланговых полуавтоматов.

В фермах с большими пролетами, рассчитанных под тяжелые нагрузки (например, в мостовых), поперечные сечения пояса иногда меняются от панели к панели, и сечение подбирается отдельно для каждой панели. Так поступают всегда, когда длина панелей значительна, например, превышает 6—8 м. В крановых фермах средней и малой грузоподъемности, в стропильных фер­мах и других типах легких ферм сечения поясов часто остаются неизменными по длине.

Следует иметь в виду, что перемена сечения не должна зна­чительно изменять положения центра тяжести, так как это вызы­вает образование эксцентриситета усилий (рис. 18-4). Последнее

451

приводит к появлению добавочного изгибающего момента в узле, что нецелесообразно. Это иногда вынуждает отказаться от изме­нения сечения и сохранять его одинаковым по всей длине фермы. Величина допустимого эксцентриситета зависит от наибольшей высоты соединяемых элементов, т. е. е<Д02/г. Если е превышает указанный предел, то необходимо учесть дополнительные напря­жения от изгибающего момента.

Подбор сечений растянутых поясов. Конструи­рование поперечных сечений растянутых поясов значительно проще, чем сжатых, так как в этом случае допускаемое напря­жение в металле не зависит от гибкости элементов.

Требуемая площадь поперечного сечения при растяжении определяется по формуле

Ир

Типы поперечных сечений растянутых поясов приведены па рис. 18-3, к—р. Поперечные сечения нижних поясов зависят от выбранных ранее сечений верхних поясов. Сечения в форме угол­ка (рис. 18-3, к) применяют для слабопагруженпых и ненагру-женных элементов. Сечения в форме двух уголков и тавра (рис. 18-3, л и м) распространены в стропильных и крано­вых фермах. Конструкции, приведенные на рис. 18-3, я—р — дву~ стенчатые, их применяют тогда, когда сечения верхних поясов ферм составлены из двух стенок. Н-образныс профили (рис. 18-3,/?) распространены в пролетных строениях мостов.

Условия изменения величины сечения от панели к панели о растянутых поясах те же, что и в сжатых.

Соединительные швы конструкций, изображенных на рис. 18-3, м-—р, нерабочие, катеты швов /с = 4-?-5лш; швы непре­рывные, их следует сваривать на автоматах под флюсом.

Подбор сечения раскосов и стоек. Типы попе­речных сечений раскосов и стоек приведены на рис. 18-3,с—ч. Уголки применяют тогда, когда элементы поясов сконструирова­ны тоже из уголков; парные уголки с зазором (рис. 18-3, т) при­меняют весьма часто в фермах, работающих под легкими и сред­ними нагрузками; сечения элементов, приведенные на рис. 18-3, у и ф, могут быть рекомендованы для сжатых элемен­тов; на рис. 18-3,х и ц приведены сечения стержней, которые применяют часто, если пояса имеют двустенчатые сечения; на рис. 18-3,ч приведены конструкции раскосов и стоек мостовых ферм.

В растянутых раскосах и стойках требуемая площадь попе­речного сечения элемента определяется по формуле

F ~-Л-

452

а в сжатых раскосах и стойках — по формуле

где ф — предварительно принимают равным 0,4--ч--0,7.

Порядок подбора сечений аналогичен описанному в гл. XV. ^ч{ Свободная длина / раскосов и стоек равна теоретической при определении гибкости указанных элементов в плоскости, перпен­дикулярной ферме. (При вычислении гибкости этих элементов и плоскости фермы допускается принимать расчетную длину, равную 0,8 теоретической длины раскосов и стоек; это объясня­ется наличием частичного защемления элементов в узлах фермы).

Если поперечное сечение элемента состоит из двух ветвей, как показано на рис. 18-3,# и х, то определяются гибкости X;

К_х — относительно оси х;

К_у — относительно оси у;

%о — приведенная, равная j/" ^2 __:_ -^

%i — гибкость ветви, которую по техническим условиям для сжатых элементов принимают-< 40.

Коэффициент q> находится по наибольшей из гибкостей. Се­чение каждого раскоса и стойки подбирается независимо от дру­гих. Однако нередко, чтобы сохранить однообразие сортамента, ряд элементов решетки фермы (раскосы, стойки) принимают одинакового сечения.

Прочность соединительных швов в растянутых элементах не рассчитывается; в сжатых элементах (рис. 18-3, #, ф, ч) она про­веряется, как указано в § 4 главы XV. Из-за удобства техно­логии катет шва, как правило, в обоих случаях назначается равным 4-^-5 мм, но не менее 0,35. Расстояние между планками берется таким, чтобы гибкость ветви растянутого элемента была -< 200. Расчет прочности соединительных планок (рис. 18-3, х, ц) в сжатых элементах производится так же, как планок на сжатых стойках (см. гл. XV).