книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

а) ,

Рис. 8-14. Кровельная армогнпсовая плита

а — сечение плиты; б — деталь соединения; 1 — гнутый профиль; 2—гип­ совая плита; 3 — поперечная арматура гипсовой плиты

Рис. 8-15. Квадратное в плане здание, по­ крытое кровлей в форме гиперболического параболоида

244

На рис. 8-11 показано поперечное сечение трехребристого профиля системы «Фенестра» — это к р о в е л ь н а я плита, известная под на­ званием Х о л о р и б Дек. Перекрытия, выполненные из таких металли­ ческих листов, обладают большой жесткостью. Монтировать их очень легко: укладывают на стальные прогоны и с помощью сварки соединяют с балкой. Если сварка затруднена или невозможна, применяют специаль­ ные зажимы, в которые вставляют плиты. Загнутые стенки зажимов тес­ но прилегают к ребрам и фиксируют их. Чтобы сделать возможным креп­ ление настилов на опоре, ребра на одном конце настила сплюснуты на длину 63,5 мм.

стальные прогоны. Крайнее ребро, являющееся частью простого замка для соединения плит, прикрепляют к прогону, образуя угловой шов. Благодаря этому на одном конце плита закрепляется неподвижно. В ме­ сте стыка четырех плит часть крайнего ребра накладываемого металли­ ческого листа вырезана. Сверху выполнен угловой шов. Детали соеди­ нения плит показаны на рис. 8-12, б и в.

К р о в л я с и с т е м ы « Те кт а ль » (Xox-Hoesch), показанная на рис. 8-13, является плитноребристой системой. Она состоит из балок, расположенных через 62,5 или 100 см, и плит с поперечными ребрами. Повышенные, благодаря холодной обработке давлением, механические свойства стали используются для увеличения несущей способности кров­ ли. Продольные и поперечные балки соединяют друг с другом во время монтажа с помощью болтов или заклепок, осуществленных холодной клепкой. Таким образом получается перекрытие, которое выдерживает нагрузку от кровли и снега при пролетах, равных 4,25—10 м. Здесь ис­ пользуется работа системы покрытия складчатой конструкции. В такой кровле связи жесткости по верхнему поясу излишни. Профили защищены от коррозии с помощью горячего цинкования. Они также покрыты полихлорвиниловым слоем «пластикол» толщиной 200 мкм. Стыки балок и плит герметизируются специальной, не пропускающей влагу мастикой.

С б о р н у ю плиту, показанную на рис. 8-14, можно применять для бесчердачных покрытий или перекрытий с незначительной нагрузкой. Состоит она из рамы, выполненной из двух типов гнутых профилей, и плиты из армированного гипса. Несущим элементом плиты в продольном направлении является листовая сталь. Стенка профиля одной плиты име­ ет выгиб в форме гребня, а другой — в форме шпунта. Соединение в шпунт и в гребень позволяет считать два профиля единой балкой, что дает возможность размещать плиты в шахматном порядке. Стальной профиль и гипсовая плита имеют такую упругость, что возможна уклад­ ка таких сборных элементов на незначительно искривленные поверхно­ сти. Поверхность плит гладкая; при небольших отклонениях от теорети­ ческих размеров можно укладывать на них толь без выравнивающего слоя. Канавки, образующиеся на стыке плит, затерты гипсовым раство­ ром. Гнутые профили и арматура из круглых стержней имеют гальвани­ ческую антикоррозионную оболочку, которая защищает сталь от вред­ ного действия гипса.

245

К р о в л я в в и д е п а р а б о л и ч е с к о г о г и п е р б о л о и д а по­ крывает здание, которое в плане имеет форму квадрата (рис. 8-15). В двух самых низких точках бортовые балки опираются на фундамент, а в двух остальных — на угловые опоры. Коньковые балки опираются на бортовые балки, а в месте пересечения подпираются средней стойкой. Бортовые и коньковые балки — трубчатого прямоугольного профиля, образованного двумя швеллерами, соединенными листовым металлом. Ребра этих листов образуют взаимно пересекающуюся систему, поэтому кровельная плита имеет большую жесткость на изгиб и сдвиг в искрив­ ленной части поверхности кровли. Складчатый настил соединен точечной сваркой.

Как показывают примеры конструкций, приведенные на рис. 8-13 и 8-15, складчатость кровельной плиты или плиты перекрытия обеспечива­ ет повышение жесткости здания. Такие элементы можно рассматривать как горизонтальные перегородки, работающие в своей плоскости на сдвиг. Эти конструкции используются в каркасных зданиях, перекрытия которых выполнены в соответствии с решениями, показанными на рис. 8-10—8-14. В этом случае исключаются специальные системы связей, увеличивающие жесткость каркасного здания. Исследования, проведен­ ные в Корнуэллском университете (США), показали, что даже сравни­ тельно слабые системы складчатых перегородок имеют большое значение для жесткости здания [216].

Пример 8-1. Проверить несущую способность плиты перекрытия (рис. '8-8,а). Для упрощения расчета плиты ее поделили на четыре полосы. Расчеты проводились для крайней панели, несущая способность которой наименьшая. Берется двухпролетная пли­ та перекрытия длиной 4 м, опертая на балки.

Постоянная нагрузка

245 кгс/м2 (2,402 кН/м2) .

Переменная нагрузка

500 кгс/м* (4,903 кН/м2).

Нагрузка, приходящаяся на 1 м крайней полосы, составляет:

q = (245 + 500) 0,25 = 186,3 кгс.

Пролетный момент

Л4Пр0л = 0,107-186,3-22 = 79,8 кгс-м.

Опорный момент

Л4опорн = —0,125-186,3-22 = —93,2 кгс-м.

Плиты перекрытий выполнены из стали марки St3SX. В качестве допускаемого на­ пряжения (см. 2.1) принимают соответствующее нормам PN-62/B-03200 среднее для напряжений для I и II рода нагрузок:

k = 1600 кгс/см2 (156,906 МН/ м2);

Чтобы проверить нормальные напряжения на опоре, следует рассчитать момент сопротивления действительного сечения.

246

Уменьшения сжатого пояса промежуточного ребра минимальны:

Площадь опорного сечения составляет:

F = 0,15 (23,3 + 4,7 +2,7 + 0,85 + 2,35 +2,35+ 5,17) =6,21 см®.

Статический момент опорного сечения относительно оси а—а равен:

S a = 0,15 (23,3-0,075 + 4,7-2,5 +2,7-4,925 + 0,85-4,425 + 2,35-0,225 + + 2,35-4,925 +5,17-2,575) =8,4 см3.

Расстояние оси х—х от оси а—а:

Определяем момент инерции опорного сечения:

•/* = 0,15-23,3 (1,35 — 0,075)2+ -^ -0,15-4,7® + 0,15-4,7 (2,5 — 1,35)® +

+ 0,15-2,7 (4,925 — 1,35)2 + -^-0,15-0,85® + 0,15-0,85 (4,425 — 1,35)® +

+0,15-2,35 (1,35 — 0,225)2 + 0,15-2,35 (4,925 — 1,35)® +

+-^- 0 ,15 -5,17®-0,8842 + 0,15-5,17 (2,575— 1,35)2 = 21,81 см*.

9320 ох 9 = - — — = 577 кгс/см2 < 1600 кгс/см2(56,6 < 156,9 МН/м2) —растяжение,

16,15

Для проверки нормальных напряжений в пролете необходимо определить приведен­ ное сечение, сокращая ширину верхней полки настила. В этом листе приняты напря­ жения:

Одейст — 734 кгс/см2; сгмакс = 1,5-734 = 1100 кгс/см®.

Пользуясь табл. 7-1, находим:

для стенки с действительной шириной 185,5 мм-*-т—83 и п— 1726

247

248

Устойчивость стенок балки к нормальным и касательным напряжениям обеспечена. Проверка касательных напряжений на опоре:

Q = (0,5 + 0,125) 186,3-2=233 кгс;

Оуменьш = V 14952 + 3-185* = 1528 кгс/см2 < 1600 кгс/см2 (149,846 < 156,906 МН/м2).

Проверка стенки балки на местную нагрузку.

Определяем по формуле (6-83) реакцию на средней опоре:

Определяем реакцию на крайнюю опору по формуле (6-82), по которой рассчиты­ ваем Рмакс = 494 кгс:

R = у - (0,5 — 0,125) 186,3-2 = 70 кгс < 494 кгс (0,686 < 4,844 кН).

8.3.СТРОПИЛЬНЫЕ ФЕРМЫ

8.3.1.Общие сведения

Применение гнутых профилей из тонкого листового металла в стро­ пильных фермах пролетом 6—15 м позволяет снизить расход стали до минимума. Стропильные фермы с такими пролетами, изготовленные из горячекатаных профилей, требуют большого количества стали.

Чаще всего для легких стропильных ферм применяют следующие си­ стемы:

одноили двухскатные решетчатые с решеткой из раскосов или из раскосов и стоек;

трехшарнирные решетчатые с затяжками; стропила с ригелем;

висячие стропила с затяжкой, причем обычно имеется одна стойка, реже — две или более;

простые стропила с затяжками.

Для перекрытий применяют волнистую, складчатую или ребристую листовую сталь, волнистый асбестошифер, плиты из костры или мате­

249

риалы древесного происхождения, плиты из легких бетонов с объемной массой 800—1200 кг/м3. Реже используют многослойные плиты из искус­ ственных материалов, пеностекло или толь на дощатом настиле. Для по­ крытий с простыми стропилами с затяжками или со стропилами с риге лем применяют также черепицу, сланцевую плитку и асбестоцементные плитки. Использование тяжелых материалов, как правило, необосно­ ванно, поскольку приводит к увеличению расхода стали.

В стропильных фермах снижение расхода стали доходит до 60% по сравнению с количеством стали, потребляемой для сплошностенчатых элементов, и до 40% по сравнению с решетчатыми системами из горяче­ катаных профилей.

Формы стропильных ферм и их теоретическая геометрическая схема лишь незначительно отличаются от повсеместно применяемых. В легких решетчатых балках можно применять различную длину секций, что по­ зволяет уменьшить свободную длину сжатых стержней при продоль­ ном изгибе и снизить величину сил в стержнях, находящихся вблизи опор.

Сечения стержней должны быть по возможности более простыми для облегчения во время сварки доступа к стенкам профилей. Желательно применять для стержней только один вид профиля с одной осью симмет­ рии, чтобы избежать применения «сухарей» и соединительных планок. Число дополнительных накладок и соединяемых элементов следует со­ кратить до минимума.

Критерии формирования узлов значительно отличаются от тех, на ос­ нове которых определяется правильность решения в обычных конструк­ циях. Это связано с необходимостью упрощения конструкции, с облегче­ нием производства элементов на заводе и с простотой монтажа. Возника­ ющие при этом дополнительные напряжения в стержнях или узлах следует учитывать в статических расчетах.

Среди наиболее часто встречающихся необходимо упомянуть следу­ ющие решения:

1)оси стержней не совпадают с линиями теоретического контура. Проявляется это чаще всего в стержнях, соединяемых с помощью точеч ■ ной сварки, электрозаклепочных швов, болтов или заклепок и реже —

спомощью угловых швов;

2)оси стержней, сходящихся в узле в одной точке, не пересекаются. Вследствие этого возникает эксцентриситет (положительный или отри­

цательный), вызывающий увеличение напряжений в стержнях (рис. 8-16). Отрицательный эксцентриситет встречается в стержнях, схо­ дящихся в верхнем узле, или в опорном и в некоторых других узлах при использовании профилей несимметричного сечения. Положительные экс­ центриситеты могут появиться во всех узлах, кроме опорного треуголь­ ной стропильной фермы.

Восприятие эксцентриситетов в узлах имеет много достоинств, в част­ ности позволяет:

избежать во многих случаях применения фасонок; лучше располагать соединительные элементы или изготовлять их

в соответствующем количестве и необходимой длины;

25 0

упростить заводское изготовление без применения дополнительных операций или оборудования.

Для упрощения сборки элементов на заводе надо стремиться к тому, чтобы точка пересечения осей раскосов (точка А на рис. 8-16) лежала во всех узлах нижнего или верхнего пояса на одинаковом расстоянии от

L'

Рис. 8-16. Примеры узлов, в которых оси стержней не пересекаются в одной точке

а—с положительным эксцентри­ ситетом; б — с отрицательным эксцентриситетом

оси данного стержня. Величина эксцентриситетов в решетчатых балках пролетом 6—15 м обычно должна быть не более 70 лш;

3)для стержней решетки используются несимметричные в плоскости фермы профилей, что вызывает несимметричное крепление стержней в узлах. Применять такое решение даже в незначительно нагруженных растянутых стержнях не рекомендуется;

4)с целью упрощения работ на заводе не ставят соединительные планки в растянутых стержнях, а иногда и в сжатых стержнях, что при­ водит к увеличению расхода стали;

5)используются одинаковые сечения стержней решетки;

6)допускается расцентровка расположения стержней в узлах;

7)упрощаются узлы. Например, в основных соединениях можно дать только одну заклепку , болт или сварную точку;

8)применяются сварные швы меньших размеров, чем рекомендуется нормами статических расчетов. При исследовании действительной несу­ щей способности элементов можно отступить от требований норм, беря, например, меньшую толщину угловых швов и меньшую их длину. Это

допустимо в элементах, изготовляемых серийно, при условии достижения постоянного качества изделий и непрерывного контроля производства.

Верхний пояс стропильной фермы в беспрогонном покрытии подвер­ гается непосредственному воздействию нагрузок, чаще всего равномерно распределенных. Тогда кроме осевых сил в верхнем поясе возникают изгибающие моменты. Этот пояс следовало бы считать неразрезной бал­ кой на упругих опорах. Чтобы избежать сложных расчетов, обычно ве­ личины моментов определяют упрощенно. Принимая обозначения, при­ веденные на рис. 8-17, и беря максимальный момент для свободно опер­ той балки, получаем:

пролетный момент крайней панели

(8- 10)

251

п р о л е т н ы й м о м е н т п р о м е ж у т о ч н ы х п а н е л е й

( 8- 11)

опорный момент во всех промежуточных узлах

(8- 12)

При панелях различной длины для расчета изгибающих моментов следует принимать соответствующие для данной панели длины. Опор­ ный момент можно определять как средний из моментов, для расчета которых взяты длины панелей возле узлов.

Втех кровлях, где прогоны располагаются перпендикулярно скату

ирассчитаны только на передачу нагрузок в вертикальной плоскости, скатную составляющую нагрузку передают на коньковый прогон или на прогон опорного узла. Если кровельное покрытие не передает скатную

ИИ..... .

Рис. 8-17. Схема воздействия нагрузки на стропильную ферму

составляющую нагрузку, то применяют тяжи, которые передают усилие на коньковый прогон. Если же кровельное покрытие жестко и может воспринять скатную составляющую нагрузку, то с его помощью эту на­ грузку воспринимает прогон опорного узла.

В зависимости от двух приведенных примеров можно рассматривать разные схемы постоянной или переменной нагрузки на стропильную фер­ му. Обычно для расчета усилий в стержнях решетки неправильно прини­ мается схема, показанная на рис. 8-18, а. Вертикальную нагрузку надо разложить на составляющие, перпендикулярные и параллельные скату крыши. Промежуточные узлы стропильной фермы нагружены только составляющими, перпендикулярными верхнему поясу. В зависимости от того, который из крайних прогонов воспринимает остальные составляю­ щие нагрузки в плоскости покрытия, нагрузке силами, параллельными верхнему поясу, подвергается коньковый или опор-ный узел (рис. 8-18,6 и в). Принятие таких схем нагрузок на решетку влияет на изменение сил, действующих в верхнем поясе фермы. Нагрузка на коньковый узел приводит к увеличению сил. В случае, показанном на рис. 8-19,6, наи­ большая сила возрастает почти на 5%. Нагрузка опорного узла является причиной уменьшения сжимающих сил в верхнем поясе стропильной фермы. В случае нагрузки, изображенной на рис. 8-18, в, наибольшая

252

сила уменьшается почти на 24%. В подобном случае можно учесть уменьшение силы при расчете размеров сжатого пояса.

Втех фермах, в которых стержни решетки в узлах не пересекаются

водной точке, при расчете размеров нижнего и верхнего поясов следует учитывать влияние дополнительных изгибающих моментов.

Л/

Рис. 8-18. Схемы воздействия на стропильную ферму постоянной нагрузки, если балка установлена перпендикулярно скату крыши

В качестве примера рассмотрим нижний пояс, система внутренних сил в узлах которого показана на рис. 8-19, а. Узел В находится в равно­ весии под действием сил от сходящихся стержней (рис. 8-19, в) и изги­ бающего момента (рис. 8-19,а). Вертикальные составляющие силы в рас­ косах образуют относительно точки В момент Мв, который является сум­ мой составляющих моментов. Принимая обозначения рис. 8-19, г, получаем:

(8-13)

Этот момент следовало бы распределить на все стержни, сходящие­ ся в узле, пропорционально их жесткости. Поскольку стержни решетки по сравнению с поясами имеют гораздо меньшую жесткость, обычно при­ нимается, что весь момент приходится на пояса соседних панелей. При неодинаковой длине панелей при условии, что весь пояс имеет одинако-

2 5 3