Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине Металлические конструкции для студентов специальности 1-70 02 01 – «Промышленное и гражданское строительство»

распора от вертикальных нагрузок, => наименьшие размеры колонн и фундаментов; б) простота статической схемы, => простота проектирования, изготовления, монтажа; в) нечувствительность к осадкам опор (при разрезной схеме). Недостаток – сравнительно большой расход стали и высота ферм.

По статической схеме главные фермы могут быть разрезными и неразрезными, с подстропильными фермами или без них. По очертанию фермы бывают с II поясами, трапециевидными, полигональными, сегментными, треугольными. Системы решеток также аналогичны обычным фермам. Для уменьшения высоты ферм могут применяться сложные составные решетки либо использоваться затяжки. Например, трехгранные фермы с преднапряжением рациональны в изготовлении, транспортировании и монтаже:

170

Пример №2. Основные несущие фермы покрытия пролетом 107 м. Шаг ферм 16 м. Высота в коньке 8530 мм или 1/125 пролета. На основные фермы с шагом 9000 мм в качестве прогонов опираются вспомогательные фермы l=16 м. (рис.2)

Сечения элементов ферм следует проектировать из минимального числа составных профилей, удобных для соединений, стыкования и окраски, а также с

171

минимальным числом соединительных швов. При назначении сечений поясов рекомендуется: 1) принимать высоту сечения не более (1/8÷1/12)l панели для исключения дополнительных напряжений от моментов вследствие жесткости узла; 2) изменять сечения по длине фермы в соответствии с изменением усилий в местах монтажных стыков и не чаще, чем через 12 м;

3) эксцентриситет ц.т. при переходе от одного сечения к другому не должен превышать 1,5% высоты сечения в Н-образных, крестовых и тавровых сечениях и не более 4% в двутавровых и замкнутых сечениях. При превышении это должно учитываться в расчетах; 4) при пролетах до 50-60 м и легких нагрузках сечения элементов ферм проектируют одностенчатыми, а при больших пролетах и нагрузках двустенчатыми.

Из двустенчатых сечений наиболее целесообразны Н-образные симметричные широкополочные прокатные и сварные сечения (рис.3 б,в), они удобны в сборке, легко центрируются и соединяются, в элементах таких сечений легко менять размеры. Недостаток – возможность накопления пыли, а иногда и воды. Рациональны сечения из 2-х швеллеров (рис. к, л). Трубчатые (рис.4) и замкнутые квадратные и прямоугольные рациональны по расходу стали, но усложняют решения узлов. Из ступенчатых наиболее рациональны тавровые (рис. е) и крестовые (рис. ж). Для легких ферм небольших пролетов возможно использование решетки по рис. а. Опорные раскосы проектируют по типу поясов. Двустенчатые элементы поясов принимают по рис. б,в,и,л,н,о.

Расчет ферм производится как для обычных стержневых систем, учёт моментов от жестких узлов учитывают только при ширине поясов более 1/10 l панели. Для эффективного применения высокопрокатной стали расчетная гибкость элементов рационально иметь а пределах 40 – 60.

3. Рамные покрытия применяют для пролетов 40÷150 м.

При бóльших пролетах рамы становятся неэкономичными. Преимущества по сравнению с балочными: меньший вес, бóльшая жесткость и возможная меньшая высота ригелей, а следовательно и меньшая высота стен и объем помещения, что снижает эксплуатационные расходы. Недостатки – бóльшая ширина колонн, чувствительность к неравномерным осадка опор и изменениям температуры.

172

Спло шные рамы применяют сравнительно редко и при относительно небольших пролетах (до 60 м) (рис. а). Их преимущества – меньшая трудоемкость изготовления, транпортабельность, меньшая высота ригеля (1/20÷1/40) пролета. На рис.а показана двухшарнирная рама, распор, в котором воспринимается затяжкой, расположенной на уровне опорных шарниров ниже отметки пола. Сквозные рамы могут быть двухшарнирными: с шарнирами в уровне фундаментов (рис.б), или в местах сопряжения ригеля со стойками (рис.в), а также 2х-шарнирными (рис.2). При решение по рис.в значительно упрощается монтаж конструкций, но более мощными получаются фундаменты и отсутствуют разгружающие ригель моменты в его опорах. Бесшарнирные рамы (рис.2) применяют при пролетах 120÷150 м, когда уменьшение изгибающего момента при жестких верхних узлах назначается (1/12÷1/20)l.

Снизить изгибающий момент в ригеле рамы, а следовательно и его высоту можно смещением в двухшарнирной раме опорных шарниров с оси стойки внутрь помещения на величину е

173

сплошностенчатого бруса. Нормальные напряжения в сечении на расстоянии y от нейтральной оси, перпендикулярные радиусу закругления.

инерции кривого бруса; y – расстояние от нейтральной оси до рассматриваемой точки; u – расстояние от рассматриваемой точи до внутренней кромки узла.

Радиальные напряжения, распределенные по ширине поясного листа вызывает его изгиб (сечение 1-1). Изгибающий момент в месте прикрепления пояса к стенке

Т.О. наибольшие напряжения возникают в месте сопряжения пояса со стенкой:

Для предотвращения потери устойчивости стенки в сжатой внутренней ее зоне ставят дополнительные короткие ребра жесткости.

В легких сварных рамах узел сопряжения ригеля со стойкой является наиболее ответственным местом, поэтому его целесообразно полностью выполнять на заводе, располагая монтажный стык за пределами узла. Возможен вариант укрепления сопряжения сплошной листовой вставкой, которая укрепляется ребрами жесткости по направлению сжимающих σ.

175

Опорные шарниры рам при реакциях <2500÷3000 кН проектируют плиточными, а при бóльших реакциях – цилиндрическими. Их конструкция и расчет рассмотрены в теме «Арки».

4. Арочные конструкции.

а) Система и типы арок.

При пролетах более 80÷100 м по расходу металла арки значительно выгоднее, чем балочные или рамные системы. Самые распространенные – двухшарнирные арки (рис.а), характеризующиеся простотой изготовленияи монтажа. Также арки легко деформируются вследствие свободного поворота в шарнирах, поэтому прирост напряжений от температурных воздействий и осадки опор незначителен. Трехшарнирные арки (рис.б) не имеют особых преимуществ перед двухшарнирными, т.к. их статическая определимость при значительной деформативности существенного значения не имеет. Наличие же шаринира усложняет конструкцию и устройство кровельного покрытия.

Структуры, образованные из перекрёстных ферм, идущих в трёх направлениях (рис. б) имеют статически неизменяемые кристаллы, могут работать на кручение и поэтому являются самыми жёсткими. Структуры, образованные из ферм, идущих в двух направлениях (рис. в) имеют статически изменяемые кристаллы, они не работают на кручение и поэтому менее жёсткие.

Конструкцию можно существенно облегчить, используя преимущества её пространственной работы и рассматривая её как плиту.

176

Этого достигают рациональным размещением опор, созданием консольных участков (рис. а), натяжением плиты по углам (рис. б). При создании преднапряжения в плоских системах необходимо напрягать каждую ферму (раму),а в структуре достаточно приложить силы по углам и напрягается вся система. Расстояние между колоннами() может варьироваться весьма широко, что позволяет создавать универсальные сооружения. Благодаря пространственной работе структуры, её высота (h) может быт существенно ниже высоты стропильных ферм и

собирают на земле целиком или крупными блоками, а затем подают напряжённую

???. Наиболее сложным конструктивным вопросом является решение пространственного узла сопряжения стрежней, что в основном определяет трудоёмкость устройства конструкций. Для наиболее рациональных по расходу металла трубчатых стержней чаще применяются узлы сопряжения с шаровой вставкой, имеющие ряд специфических конструктивных решений. Имеются решения сопряжений с помощью болтов или сварки.

Структурные плиты являются многостержневыми системами с большой степенью статической неопределимости. Максимально точный расчёт возможен только с применением современных вычислительных комплексов. Чаще всего используют программы, основанные на методе конечного элемента, в качестве которого принимают отдельный стержень. Современные программы позволяют учитывать определённые защемления стержней в узлах при сварных соединениях, а также некоторую податливость при болтовых. Возможен также и учёт геометрической нелинейности работы системы вследствие деформирования системы, изменения её первоначальной геометрии, а также и при ?? нелинейности, связанной с переходом металла в пластическую стадию работы. В приближённых расчётах многоэлементную стержневую модель заменяют континуальной модельюупругой ортотропной плитой с упругими характеристиками и граничащими ??, соответствующими ….

Величины моментов поперечных сил получают по таблицам для расчёта плит, а

максимальные моменты и поперечные силы соответственно в изотропных плитах и перекрёстных фермах; d – длина поясных стержней(модуль); h- высота плиты; α- угол наклона раскосов к горизонтали.

3.Цилиндрические оболочки.

177