книги из ГПНТБ / Прогрессивные стальные конструкции [сборник]

конструктивный коэффициент этих ферм при различных нагрузках изменяется в небольших пределах, © то время как в фермах типа I наблюдается значительное увеличе­ ние его при уменьшении внешней нагрузки. При малых пролетах и нагрузках в фермах «арка .с затяжкой» кон­ структивный коэффициент оказывается ниже, .чем у обычных, и поэтому экономия металла в них увеличива­ ется.

Применение сталей повышенной’ прочности ведет к ■снижению эффекта от предварительного напряжения. Так, если лри пролете 42 м предварительное напряже­

ние в фермах с поясами из стали СтЗ типа I дает эко­ номию металла 9,5—11%, то в фермах с поясами из низ­ колегированной стали — 5,5—8%.

В фермах под легкую кровлю (рис. 6) при нагрузках 230—270 кг/м2 наблюдается понижение экономии метал­

при увеличении пролета увеличивается экономия метал­ ла. Это явление объясняется тем, что при малых нагруз­ ках и пролетах сечения поясов ферм подбираются не по прочности, а по предельной гибкости. При введении за­ тяжки расчетная длина нижнего пояса уменьшается, конструктивный коэффициент фермы резко сокращается и экономия металла получается максимальной. При уве­ личении пролета конструктивный коэффициент ненапря­ женных ферм снижается быстрее, чем напряженных, и экономия уменьшается.

Затяжка занимает в общей массе предварительно на­ пряженной разрезной фермы 2,5—6,5%• В фермах с поя­ сами из низколегированной! стали наблюдается увеличе­ ние доли затяжки. Доля затяжки в фермах типа II ока­ зывается ниже на 2—3% от общей массы ферм, чем в фермах типа I. Масса затяжки при увеличении высоты фермы уменьшается. Процент расхода металла на за - тяжку в фермах под легкие кровли такой же, как и под тяжелые.

Показатели массы неразрезных двухпролетных ферм

спараллельными поясами

Внеразрезной конструкции усилие в стержне фермы ■уменьшается за счет эффекта разгрузки. Следователь-

30

неопределенной относительно опор фермы зависит от со­ отношения площадей поперечного сечения элементов. На стадии вариантного проектирования оно .неизвестно, однако расчеты показывают, что величина реакции на промежуточной опоре может быть вычислена как для неразрезных двухпролетиых балок постоянного сечения 1(т. е. без учета соотношения площадей). Причем теоре­ тические характеристики массы в обоих случаях практи­ чески совпадают.

•При вычислении теоретических характеристик двух­ пролетных ферм приходится иметь дело с модулями, по­ скольку усилия в некоторых стержнях фермы за счет эф­ фекта разгрузки меняют знак на противоположный.

Исследовались двухпролетные фермы с параллель­ ными поясами с раскосной решеткой, треугольной ре­ шеткой и- треугольной решеткой с дополнительнымистойками различных пролетов и высот.

Поскольку пояса и решетка ферм могут выполняться из сталей различных классов, в табл. 5 приведены зна­ чения теоретических характеристик массы поясов Х пт, и решетки xV . а также полные теоретические характе­ ристики массы двухпролетных неразрезных ферм с па­ раллельными поясами. При вычислении характеристик длина панели верхнего пояса принималась, как и в ти­ повых фермах, равной 3 м.

31

Как 'видно из таблицы, величины теоретических ха­ рактеристик массы поясов двухпролетных ферм с раз­ личными типами решетки для соответствующих проле­ тов и высот практически совпадают. Наблюдается рост характеристик с уменьшением высоты ферм.

:В фермах с одинаковым отношением высоты к проле­ ту величины теоретических характеристик массы поясов почти не зависят, от пролета ферм, что объясняется гео­ метрическим подобием конструктивной схемы.

Теоретические характеристики массы решетки двух­ пролетных ферм с раскосной и треугольной решетками растут с уменьшением высоты и увеличением пролета 'ферм. Теоретические характеристики массы решетки двухпролетных ферм с треугольной решеткой и дополни-

32

тельными стойками имеют свое наименьшее значение при угле наклона раскоса к горизонту равном 45°.

Полные характеристики неразрезных двухпролетных ферм с параллельными поясами монотонно увеличива­ ются с уменьшением высоты фермы и увеличением про­ лета.

Меньшие значения полных теоретических характери­ стик имеют двухпролетные фермы с треугольной решет­ кой и дополнительными стойками.

Теоретическая экономия при применении двухпро­ летных ферм с параллельными поясами и раскосной ре­ шеткой взамен разрезных .составляет 10— 17%; при при­ менении ферм с треугольной решеткой и дополнительны­ ми стойками — 13—27%. Экономия растет о увеличени­ ем пролета.

Для определения фактической массы конструкции необходимо знать конструктивный коэффициент массы. Для ферм его можно вычислить по формуле

- (36)

Конструктивный коэффициент, а следовательно, . н фактическая масса ферм зависят от числа типоразмеров профилей. При числе типоразмеров 10-г 15 для пролетов 2X24 м, 2X36 м конструктивный коэффициент двухпро­

летных ферм с параллельными поясами примерно рФвен конструктивному коэффициенту разрезных ферм. Фак­ тическая экономия стали за счет неразрезности при этом равна теоретической.

Поскольку увеличение числа типоразмеров, профилей приводит к увеличению трудоемкости изготовления кон­ струкции, стремятся к проектированию ферм с мини­ мально возможным числом профилей. Так, в типовых разрезных фермах оно принимается равным 6 ф 8 для

•пролетов 24Н-36 м.

В табл. 6 приведены значения коэффициентов ф0 и ф,

для двухпролетных ферм из уголковых профилей с треугольной решеткой и дополнительными стойками, с числом типоразмеров 7-f8. При этом конструктивный коэффициент даухпролет.ных ферм значительно выше разрезных ферм с тем же числом т ипоразмеров, что объясняется большим разбросом усилий в поясах неразрезных ферм по сравнению с разрезными.

34

ственное регулирование усилий путем осадки средней опоры.

Теоретическую характеристику массы двухпролетных ферм, предварительно напряженных путем изменения уровня средней опоры, можно представить в виде

Для практических расчетов X можно определить, ис­

ходя из условия выравнивания несущей способности двух стержней (наиболее напряженных в обычной двухпролетиой ферме) верхнего или нижнего пояса измене­ нием уровня опоры, по формуле (16).

Рассматривались предварительно напряженные двух­ пролетные фермы с параллельными поясами с различны­ ми типами решеток. Наиболее рациональной оказалась треугольная решетка с дополнительными стойками *.

•Проведенные исследования показали, что экономиче­ ски целесообразней производить выравнивание несущей способности стержней верхнего пояса. Значение величи­ ны X в зависимости от <рдля этого случая предвари­

тельного напряжения приведены в табл. 7.

Очевидно, что величина коэффициента продольного

•изгиба, а следовательно, и X будет зависеть от нагрузки,

действующей на ферму (т. е. от усилия в стержне), про­ филя сечения и марки стали.

Результаты теоретических исследований и опытного проектирования предварительно напряженных ферм из уголковых профилей позволяют рекомендовать для

* Все последующие вычисления и выводы относятся к предва рнтельно напряженным фермам с данным типом решетки.

практических расчетов значения коэффицеитов <р

взависимости от нагрузки и марки стали, приведенные

втабл. 8.

Величины теоретических характеристик массы двух­ пролетных ферм с треугольной решеткой и дополнитель­ ными стойками с параллельными поясами, предвари­ тельно напряженных осадкой средней опоры, приведены в табл. 9, значения коэффициентов и >необходи­

мых для вычисления конструктивного .коэффициента,— в табл. 6.

36

При сравнении вариантов в качестве эталона прини­ малась разрезная ферма с параллельными поясами и треугольно!! решеткой с дополнительными стойками (число типоразмеров 7-(-8 ).

Применение предварительно напряженных при помо­ щи осадки опоры двухпролетных ферм с параллельными поясами взамен эталона (соответственно: пояса—из ста­ ли Ст. 3 и низколегированной стали, решетка из Ст. 3, профиль — уголки) дает экономию стали, приведенную в та'бл. 10. Как видно из таблицы, снижение массы ферм за счет неразрезностн невелико и не превышает 9—(11%, в то время как экономия стали за счет применения пред­ варительного напряжения достигает значительных вели­

37

При уменьшении высоты фермы экономия за счет предварительного напряжения снижается. Экономия ста­ ли при применении предварительно напряженных ферм с осадкой опор взамен разрезных растет с увеличе­ нием пролета. Чем ниже высота предварительно напря­ женной фермы,- тем больший эффект получается от ис­ пользования низколегированной стали в поясах. Факти­ ческая экономия от .применения низколегированной ста­ ли в поясах преднапряженных ферм взамен стали Ст. 3 составляет: для пролетов 2X^4 м — 54-11%, 2X30 м —

торое представление о возможностях регулирования на­ пряжений во внешне статически определимых системах. Основное внимание уделялось законам изменения-массы статически неопределимых систем с искусственным ре-' гулирован11ем иапряжений.

Не менее важными являются задачи по определению трудоемкости изготовления и монтажа и, в конечном итоге, стоимости этих конструкций в деле. В настоящее время эти задачи не решены. Решение их позволит сде­ лать значительный шаг па пути внедрения таких систем в практику.

Г Л А В А И. КОНСТРУКЦИИ ИЗ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕН

§ 5. Исследование оптимальных схем безраскосных конструкций из гнутых профилей

Безраскосные стальные конструкции не получили ши­ рокого распространения в строительстве, их применяют, в некоторых автодорожных и пешеходных мостах. Это объясняется тем, что при относительно простой конструк­ тивной форме указанные конструкции с параллельными поясами или близкими к ним по очертанию имеют боль­ ший вес по сравнению со статически определенными фер­ мами, работающими на осевые силы, что подтверждено

38

смотреть вопрос о возможности их использования в со­ временном строительстве.

В безраскосных конструкциях привлекают их хоро­ шие эстетические данные, простота узлов, малое количе­ ство элементов, что снижает трудоемкость и стоимость изготовления, которое может компенсировать в некото­ рых случаях утяжеление (например в конструкциях с параллельными поясами). Отпадают трудности в реше­ ниях узлов, имеющиеся в раскосных системах.

Известно также, что фактическая работа узлов из замкнутых профилей, обладающих большой жесткостью, ближе к работе рамных нежели шарнирных узлов.

Возможная область применения безраскосных конст­ рукций достаточно обширна: стропильные и подстро­ пильные фермы, колонны бескрановых зданий и рабочих площадок при небольших нагрузках, колонны под га­ зопроводы, опоры линий электропередач и т. д.

Безра'скосные фермы более эффективны при легких кровлях и должны применяться в сочетании со штампо­ ванным настилом и легкими эффективными утеплите­ лями.

Масса безраскосных ферм

Ф е р м ы с п а р а л л е л ь н ы м и п о я с а м и . Рас­ смотрим безраскосную ферму с параллельными поясами, нагруженную сосредоточенными силами, приложенными в узлах, величина которых P —qd (<7 — погонная натрузка; d — размер панели).

.Приближенно считаем, что нулевые точки моментов находятся посредине панели и стоек. /При этом предпо­ ложении масса поясов *

а масса стоек (пренебрегая влиянием нормальных сил по сравнению с изгибающими моментами)

* Вывод формул (38), (39) дан в работе Г28].

39