книги из ГПНТБ / Брудка Я. Легкие стальные конструкции

9. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ

ПРОФИЛЕЙ

9.1.ПЕРЕКРЫТИЯ

9.1.1.Общие сведения

Различают два основных типа перекрытий, для которых применяют горячекатаные профили или круглые стержни. В первом типе конст­ рукций несущим элементом, как правило, является решетчатая балка с обетонированным поясом или без бетонирования.

Ко второму типу конструкций относятся сборные элементы, состоя­ щие из пространственного стального каркаса и широкой нижней плиты. Эти элементы, установленные рядом друг с другом, позволяют уклады­ вать на них на стройке слой бетона так же, как на опалубку.

9.1.2. Примеры конструкций

П е р е к р ы т и е с и с т е м ы « Фи л и г р а н » выпускается в двух ва­ риантах: часторебристое с заполнением из пустотелых блоков или плит, изготовленных из легкого бетона. Применяется также и часторебристое покрытие без заполнения. В этом случае на балки из тонкого листового металла дополнительно укладывают бетон. После его затвердения балки убирают. Верхний пояс решетчатой балки перекрытия системы «Фили­ гран» (рис. 9-1) выполнен из лоткового холодногнутого профиля, ниж­ ний— из раздвинутых круглых стержней. Такие пояса соединяются рас­ косами в форме колонки, которые на уровне нижнего пояса имеют до­ полнительные отгибы для связи с раздвинутыми круглыми стержнями. Стыки решетчатой балки выполняются точечной сваркой. Дополнитель­ ные круглые стержни, находящиеся в бетонном нижнем поясе, можно отгибать кверху с целью восприятия основных напряжений.

П е р е к р ы т и е с и с т е м ы «О мни я» выполняют с заполнением из пустотелых блоков или без заполнения. Решетчатая балка пространст­ венного типа (рис. 9-2) имеет верхний пояс из отдельного круглого стержня, а нижний пояс из двух довольно широко расставленных стерж­ ней. Расстояние между ними сохраняется с помощью коротких стальных полос. Решетка имеет форму буквы V. Раскосы в форме хомутов охва­ тывают верхний пояс и крепятся наклонно относительно нижнего пояса. Между основными стержнями нижнего пояса могут быть уложены три дополнительных стержня. Стыки решетчатой балки выполняются точеч­ ной сваркой.

9.2.РЕШЕТЧАТЫЕ ПРОГОНЫ

Во многих странах (например, в Польше, СССР, ГДР, ФРГ) приме­ няются легкие решетчатые элементы из горячекатаных профилей, эконо­ мичных с точки зрения расхода материала.

305

Рис. 9-1. Перекрытие си­ стемы «Филигран»

а—разрез бетонно-стальной бал­

дываемый на стройке; 6 — пусто­ телый блок [181]

Рис. 9-2. Перекрытие систе­ мы «Омния»

на стройке; 6—пустотелый блок

[181]

Устойчивость прогона из плоскости обеспечивается путем их раскреп­ ления, применения специальных тяжей или учета совместной работы достаточно жесткого кровельного покрытия, соединенного с прогоном на уровне сжатого пояса.

9.2.1. Прогоны с двумя поясами

Решетчатые прогоны чаще всего делают однопролетными. Они имеют следующие достоинства:

а) равномерное распределение нагрузок, передающихся на стропиль­ ные фермы или другие основные элементы конструкции здания;

б) упрощение монтажа прогона; в) сокращение времени монтажа.

На рис. 9-3 показано несколько схем решеток прогонов пролетом

306

а)

" S ’

4AA/vwWv\A/Wv\7g7 ТЗ "

~ ^ Ч У Ч У У У Ч ^ 1

Рис. 9-6. Кровельное перекры­ тие с прогоном типа «Р. Трегер»

а — общий вид прогона; б — опирание кровельных плит на прогон; в — узел раскосов и пояса

307

6 м. Наиболее часто применяется решетка без стоек с углом наклона рас­ косов к поясам, равным 45—60°. Высота решетки принимается равной 1/10L —1/18L (L — величина пролета прогона), чаще всего 1/12L или 1/15L. Число секций верхнего пояса принимается от 6 до 12— это связа­ но с высотой решетки и углом наклона раскосов. Слишком частая решет­ ка повышает стоимость производства. Некоторые авторы рекомендуют применять крайнюю секцию верхнего пояса больше промежуточных сек­ ций, так как опорный узел сокращает свободную длину крайней секции.

9-7. Крепление элементов связи к решетчатому прогону [52]

В прогонах пролетом 12 м решетка может быть такой, как показано на рисунке.

На рис. 9-4 приведены другие схемы решеток, характерные для эле­ ментов с большими пролетами. Высота решеток здесь больше, что при­ водит к уменьшению боковой жесткости прогона.

На рис. 9-5 показаны наиболее часто встречающиеся типы сечений стержней прогона. Рекомендуется проектировать прогоны без фасонок. Решетка из отдельных уголковых профилей, расположенных несиммет­ рично относительно плоскости решетки, хотя и облегчает изготовление ее на заводе, но не рекомендуется к производству, так как она вызывает дополнительно большие изгибающие моменты. Нужно учитывать, что все стержни, состоящие из двух ветвей, требуют применения прокладок, что увеличивает объем сварочных работ и приводит иногда к волнисто­ сти стержней, а это невыгодно в сжатых стержнях, особенно в верхнем поясе.

Приведем примеры конструкций.

На рис. 9-6 показано кровельное покрытие с применением прогона типа «Р. Трегер». В поясах фрезеруется углубление, в которое входит вы­ гнутая часть раскоса (рис. 9-6,в), благодаря чему создаются условия для правильной укладки угловых швов в узле.

Проектирование связей в кровлях с решетчатыми прогонами не очень сильно отличается от проектирования кровель, в которых применяются прогоны со сплошными стенками; только крепление элементов связей не­ сколько затруднено. Пример решения показан на рис. 9-7. Вместо решет­

308

ки между поясами вставлена пластина из полосовой стали с неравнобо­ кими уголками. К уголкам болтами прикреплены элементы связей.

Прогоны с двумя поясами обычно применяют для покрытий с малым наклоном, устанавливая перпендикулярно скату крыши. Отклонение прогонов от вертикальной линии не должно превышать 14%, что соответствует наклону ската крыши 1:7. При большем наклоне, например в про­ гонах пролетом более 6 м, возникает опасность прогиба нижнего пояса под воздействием собственной массы. Чтобы не допустить этого, надо делать связи из круглых стержней, полосовой стали или небольших угол­ ков, связывающих друг с другом нижние пояса. Однако и при таком креплении наклон кровли не должен превышать 20%. В таких случаях нагрузку, параллельную плоскости крыши, воспринимает достаточно жесткая складчатая конструкция из кровельных плит. Если эти плиты не могут выдержать нагрузки, их следует перенести на коньковый про­ гон или нижние прогоны.

9.2.2. Прогоны с тремя поясами

Прогон с тремя поясами может выдерживать любые воздействующие на него нагрузки. Такие прогоны характеризуются большой боковой же­ сткостью (рис. 9-8 и 9-9). Формирование узлов решеток отдельных боко­ вых плоскостей происходит по тем же принципам, которые описаны вы­ ше при характеристике прогонов с двумя поясами.

На рис. 9-9 схематически показан прогон треугольного сечения для покрытия односкатной крыши. Непосредственно на прогоны укладывает­ ся легкое покрытие. Представленная система не требует связей жестко­ сти ската крыши, так как не теряет устойчивости и не переворачивается при надежном закреплении опор. Выполнение некоторых швов в узлах нижнего пояса затруднено, поскольку угол между плоскостями, в кото­ рых лежат раскосы, невелик. Лучшее решение получается, если в узлах применяют горизонтальные листы, но тогда часто появляются эксцент­ риситеты значительной величины. Легкость выполнения стыка без при­ менения фасонок достигается точечной сваркой при соединении раско­ сов с поясами и сваркой плавлением при соединении стоек с раскосами.

9.2.3. Расчет прогонов

При непосредственной равномерной нагрузке q, действующей на верхний пояс, следует учитывать изгиб пояса, вызванный этой нагрузкой. В этом случае можно пользоваться приближенным методом, описанным формулами (8-10) — (8-12). Несколько более точные результаты полу­ чаются при расчете изгибающего момента в любом сечении пояса в ви­ де суммы двух моментов, рассчитанных на основе упрощенных поло­ жений:

м , = м ; + м;.

Изгибающий момент M'i рассчитывают при условии, что верхний пояс на длине секции решетчатой балки между узлами принимается за

309

50

Рис. 9-9. Промежуточный прогон треугольного се­ чения в покрытии с большим наклоном

а — складское здание в разрезе; б — аксонометрическая проекция прогона

310

однопролетную балку, закрепленную на обоих концах (рис. 9-10). Эпю­ ра моментов на длине I такой балки известна, а их величины в характер­ ных точках балки равны:

сительно его горизонтальной центральной глав­ ной оси.

Легкие фермы покрытия из горячекатаных профилей наиболее рен­ табельно применять при пролетах 12—21 м. При большей величине про­ лета значительно возрастает объем работы на заводе, что может увели­ чить общую стоимость конструкции. При пролетах меньше 12 м конст­

311

руктивные решения применяют такие же, как описанные в 9.2. На эконо­ мию стали и снижение стоимости легких решетчатых стропильных ферм большое влияние оказывают следующие конструктивные факторы: вы­ сота элементов, защита верхнего пояса от бокового выпучивания из плоской решетки, расположение стержней решетки, жесткость в верти­ кальной плоскости и в перпендикулярной к ней плоскости.

Конструктивная высота элементов. Высота стропильной фермы, при которой достигается наименьшая масса, зависит от типа решетки, вели­ чины нагрузки и пролета, вида сечений сжатых стержней, максимальной гибкости, числа секций верхнего пояса и от технологии изготовления решетчатого элемента. Эти факторы влияют друг на друга, и рассчитать их можно лишь в упрощенной форме. При величине пролета стропиль­ ной фермы 12—18 м, равномерно распределенной нагрузке 600—1200 кг на 1 м длины фермы, длине панели верхнего пояса 0,8—1,5 м и решетке без стоек наиболее удобная высота колеблется в пределах V12 ^ — Vie L

(L — пролет фермы трапециевидного профиля). Как правило, наиболее экономичные решения получаются при высоте, равной '/is L, причем расход стали несколько больше, чем при высоте V12 L. Некоторые авто­ ры [163] рекомендуют высоту больше, чем '/i2 L. Это справедливо толь­

ко для тяжелых кровельных покрытий.

Защита верхнего пояса от бокового выпучивания из плоскости ре­ шетки. В покрытиях с прогонами эти элементы являются боковыми опо­ рами сжатого пояса. В покрытиях без прогонов нужно поступать так, как в случае с решетчатыми прогонами. Боковой опорой могут служить кровельные плиты или горизонтальные связи. При величине пролета, не превышающей 15 м, в качестве точек боковой опоры можно принимать стержни из отдельных угловых профилей. Эти стержни соединяются с решетчатыми связями. В зданиях небольшой длины и ширины их можно заанкерить в стенах. Элементы стержней связей рассчитывают на дей­ ствие силы, равной */юо силы в подкрепляемом стержне. Их гибкость не должна превышать Х=250. При расстоянии между стропильными фер­ мами, равном 3 м, обычно применяют угловой профиль 60X60X6. При пролете 9—12 м обычно используют два стержня связей жесткости, а при большей величине пролета — три. Большое количество связей за­

С уменьшением угла наклона раскосов увеличивается их длина, возра­ стают осевые силы, но уменьшается количество стержней. Более ажур­ ная решетка чаще всего требует меньше стали. Однако это влечет за собой увеличение расхода стали в сжатых поясах из-за увеличения их свободной длины. В трапециевидных фермах максимальная сила в верхнем поясе увеличивается незначительно, но быстро растут моменты от непосредственной нагрузки пояса. Способ расположения стержней решетки надо непосредственно связывать с видом применяемых профи­

312

лей. Оказывает свое влияние здесь и решение узлов, а также стоимость и трудоемкость их выполнения. Правильность решения можно подтвер­ дить только путем сравнения нескольких схем при учете определенных обстоятельств. Преобладающей тенденцией является применение пане­ лей верхнего пояса небольшой длины.

Жесткость в вертикальной плоскости и в плоскости, перпендикуляр­ ной к ней. Жесткость легких стропильных ферм в вертикальной плоско­ сти чаще всего меньше, чем в обычных кровельных конструкциях. Это является следствием исключения из применения фасонок, большей гиб­ кости поясов и решетки, а иногда и меньшей конструктивной высоты. В этих случаях появляются большие вертикальные прогибы стропиль­ ных ферм.

Еще меньшую жесткость показывают легкие стропильные фермы, у которых плоскость перпендикулярна вертикальной плоскости. Для по­ вышения этой жесткости рекомендуется нижний пояс делать из профи­ лей, а не из круглых стержней, как это практиковалось до недавнего времени. Желательно также увеличивать жесткость на кручение. При большой величине пролетов желательно проектировать фермы треуголь­ ного сечения, причем следует увеличить ширину верхнего или нижнего пояса. Но при этом следует учитывать увеличение расхода стали. Целе­ сообразно также проектировать пояса замкнутого сечения, однако при формировании узлов возникают трудности, что довольно часто приводит к росту затрат на изготовление конструкции.

9.3.2. Плоские стропильные фермы

Двухскатные легкие стропильные фермы из горячекатаных профилей при пролетах 12— 18 м проектируют чаще всего по схемам, приведенным

ствует снижению затрат на изготовление ферм. Узлы унифицированы. Однако такое решение требует применения меньшей конструктивной вы­ соты, не превышающей '/isL. При пролетах около 18 м целесообразно де-