Вопрос 18.9. (активизирующий). Допускается ли внеузловая нагрузка в фермах с поясами из широкополочных двутавров? (блок 3)

Да	Нет
Ваш ответ верен, так как момент сопротивления двутаврового сечения относительно горизонтальной оси достаточно большой, что обеспечивает хорошую работу такого сечения на изгиб, т. е. можно допустить внеузловую нагрузку.	Ваш ответ неверен, так как момент сопротивления двутаврового сечения относительно горизонтальной оси достаточно большой, что обеспечивает хорошую работу такого сечения на изгиб, т. е. можно допустить внеузловую нагрузку.

18.3.1.5. Фермы из круглых труб.

В фермах из круглых труб применяют чаще всего электросварные трубы диаметром от 40 до 530 мм. В таких фермах наиболее рациональны бесфасоночные узлы с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам, а для этого требуется фигурная резка концов стержней, которая выполняется на специальных машинах. Центрацию стержней(18.7.) производят, как правило, по геометрическим осям, но в случаях неполного использования несущей способности поясной трубы допускается эксцентриситет не более 1/4 диаметра поясной трубы.

18.7. Центрация стержней (блок 4) Центрация стержней - это когда в узле фермы оси стержней пересекаются в одной точке. Вернитесь к тексту.

Если нет станков для фигурной обработки торцов труб, узлы трубчатых ферм выполняют со сплющиванием концов стержней решетки из пластичной стали, а в исключительных случаях на фасонках (рис. 18.9.).

Рис. 18.9. Особенности конструирования ферм из круглых труб: а) при прямом примыкании и с подкладкой; б) элементы решетки со сплющенными концами; в) с фасонками; г) с объёмными вставками.

Во избежание продавливания диаметр трубы решетки не должен быть меньше 0,3 диаметра трубы пояса.

Из условия местной устойчивости тонкостенность сечений D/t (D-диаметр трубы; t-толщина стенки трубы) не должна превышать для поясов 3035, для элементов решетки 8090.

Для предотвращения коррозии внутренние полости труб должны быть герметизированы.

Стыковые соединения труб одного диаметра могут выполнятся на подкладном кольце (18.8.)прямым или косым швом (если недостаточно прочности); при помощи парных кольцевых фигурных накладок, гнутых из листа или вырезаемых из трубы того же или несколько большего диаметра (рис. 18.10.), толщину которых рекомендуется принимать на 18 % больше толщины стыкуемых труб.

Рис. 18.10. Конструкция стыков поясов ферм из круглых труб.

18.8. Подкладное кольцо (блок 4) Подкладное кольцо или подкладка - это вспомогательный элемент применяется в том случае когда сварку можно вести только с одной стороны, т.е нельзя подварить корень шва с обратной стороны и обеспечить провар на всю толщину; шов на подкладке рассматривается как стыковой Вернитесь к тексту.

На монтаже стыковые соединения часто выполняются с помощью фланцевых соединений на болтах: в сжатых стержнях - нормальной точности; в растянутых - высокопрочных.

Пример 18.5. Требуется рассчитать бесфасоночный узел фермы из круглых труб.

Исходные данные:узел верхнего пояса фермы с местной узловой нагрузкой; усилия в поясе:;; усилия в раскосах:;;;;.

(Методику расчета смотри [ 3]).

Предварительно вычисляем значения сил и коэффициентов, входящих в расчетные формулы. Определяем отношение со стороны раскоса:

• сжатого:

; ;

• растянутого:

;

Находим:

;

;

;

где

;

;

где

;

;

где

;

Проверяем несущую способность бесфасоночного узла по формулам:

.

Таким образом, несущая способность бесфасоночного узла обеспечена.

Конец примера.

Вопрос 18.10. (активизирующий) Как Вы думаете, дефицитность и повышенная стоимость круглых труб; необходимость иметь специальное оборудование для обрезки концов элементов решетки относятся к положительным качествам ферм из крупных труб? (блок 3)

Да

Нет

Ваш ответ неверен, так как положительными качествами ферм из круглых труб являются хорошая работа стержней ферм на сжимающие усилия при одинаковых расчетных длинах в плоскости и из плоскости фермы; хорошая сопротивляемость коррозии; значительное уменьшение количества элементов, что снижает расход металла, а дефицитность и повышенная стоимость круглых труб; необходимость иметь специальное оборудование для обрезки концов элементов решетки являются недостатками ферм из круглых труб.

Ваш ответ верен, так как положительными качествами ферм из круглых труб являются хорошая работа стержней ферм на сжимающие усилия при одинаковых расчетных длинах в плоскости и из плоскости фермы; хорошая сопротивляемость коррозии; значительное уменьшение количества элементов, что снижает расход металла, а дефицитность и повышенная стоимость круглых труб; необходимость иметь специальное оборудование для обрезки концов элементов решетки являются недостатками ферм из круглых труб.

18.3.1.6. Фермы из гнутосварных замкнутых профилей.

Фермы из замкнутых гнутосварных профилей (ГСП) (18.9.)проектируют с бесфасоночными узлами. Для упрощения конструкции узлов лучше принимать треугольную решетку без дополнительных стоек (типа "Молодечно"), при которой в узлах к поясам примыкают не более двух элементов.

18.9. Гнутосварной профиль (блок 4) Гнутосварный замкнутый профиль (ГСП) - это тонкостенный трубчатый профиль обычно с одним замыкающим сварным швом квадратного или прямоугольного сечения. Вернитесь к тексту.

Ширину стержней решетки b_р (из плоскости фермы) желательно принимать возможно большей, но не более величиныиз условия наложения продольных сварных швов и не менее 0,6 поперечного размера пояса В для предотвращения продавливания пояса.

В одной ферме не должны применяться профили одинаковых размеров сечения, отличающихся толщиной стенок менее чем на 2 мм. При этом толщину стенок стержней ферм допускается применять не менее 3 мм.

Углы примыкания раскосов к поясу должны быть не менее 30. Это необходимо для обеспечения необходимого качества сварного шва со стороны острого узла.

Для свободного размещения стержней решетки на уровне грани пояса (недопуская пересечения стержней решетки) иногда приходится нарушать центрацию элементов в узле. Если при этом эксцентриситет , то при расчете следует учитывать узловой момент, который воспринимается в основном поясом. При непрерывном опирании на пояс фермы настила необходимо также учитывать момент от распределенной нагрузки.

Заводские стыки поясов обычно выполняют сваркой встык на остающейся подкладке аналогично стыкам круглых труб. Для монтажных стыков лучше всего использовать фланцевые соединения на болтах (рис. 18.11.). При этом в стыках сжатого пояса используют болты нормальной точности, а для растянутого используют высокопрочные с предварительным натяжением превышающим усилие в поясе на 10%. Это необходимо для предотвращения раскрытия стыка и образования зазора.

Рис. 18.11. Особенности конструирования ферм из замкнутых гнутосварных профилей.

Учитывая, что материал фланца работает в направлении, перпендикулярном плоскости проката для фланцев необходимо применять качественные стали с гарантированными механическими свойствами в направлении толщины проката, например 09Г2С (С345).

Пример 18.6.Требуется рассчитать и законструировать промежуточный узел «4», фермы со стержнями из гнутосварных замкнутых профилей.

а) Расчет на продавливание пояса под сжатым раскосом.

Расчет производим в соответствии с п. 15.10 [4]:

- определяем отношения d/D = 100/140 = 0,71<0,9; c/b = 6,5/141,4 = 0,046<0,25,

где d = 100мм – ширина сжатого раскоса;

D = 140мм – ширина пояса;

с = 13/2 = 6,5мм – половина расстояния между смежными стенками сжатого и растянутого раскосов;

b = d_b/sinα = 100/sin45º = 141,4мм – длина участка линии пересечения сжатого раскоса с поясом в направлении оси пояса;

α = 45º - угол наклона сжатого раскоса к поясу.

Так как условия выполняются, то проверку прочности узла производим в соответствии с (92) п. 15.10:

- определяем линейную расчетную нагрузку на пояс фермы

,

где N_2-4= -212,1 кН – расчетное усилие в сжатом раскосе;

d_b= 100мм – ширина сжатого раскоса в направлении оси пояса;

- определяем предельную нагрузку на пояс:

,

где γ_с= 0,9 – коэффициент условий работы, определяемый по табл. 6* [2];

γ_d= 1,0 – коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе (при сжатии);

- коэффициент влияния продольной силы в поясе;

F = -800 кН – продольная сила в поясе со стороны растянутого раскоса;

А = 42,5 см²– площадь поперечного сечения пояса;

R_y= 250 МПа – расчетное сопротивление стали С255;

t = 0,008м – толщина стенки пояса;

f = (D-d)/2 = (0,14 – 0,1)/2 = 0,02м.

Так как q_р>q_пред, то прочность пояса под сжатым раскосом не обеспечена.

Принимаем пояс из гн. 200х8, сжатый раскос из гн. 180х4, растянутый раскос из гн. 140х3 и производим перерасчет:

- определяем отношения d/D = 180/200 = 0,9<=0,9; c/b = 8/255 = 0,031<0,25,

где d = 180мм – ширина сжатого раскоса;

D = 200мм – ширина пояса;

с = 16/2 = 8мм – половина расстояния между смежными стенками сжатого и растянутого раскосов;

b = d_b/sinα = 180/sin45º = 255мм – длина участка линии пересечения сжатого раскоса с поясом в направлении оси пояса.

Так как условия выполняются, то проверку прочности узла производим в соответствии с (92) п. 15.10:

- определяем линейную расчетную нагрузку на пояс фермы

,

где N_2-4= -212,1 кН – расчетное усилие в сжатом раскосе;

d_b= 180мм – ширина сжатого раскоса в направлении оси пояса;

- определяем предельную нагрузку на пояс:

,

где ;

F = -800 кН – продольная сила в поясе со стороны растянутого раскоса;

А = 58,7 см²– площадь поперечного сечения пояса;

R_y= 250 МПа – расчетное сопротивление стали С255;

t = 0,008м – толщина стенки пояса;

f = (D-d)/2 = (0,2 – 0,18)/2 = 0,01м.

Так как q_р < q_пред, то прочность пояса под сжатым раскосом - обеспечена.

б) Расчет на вырывание пояса под растянутым раскосом:

- определяем отношения d/D = 140/200 = 0,7<0,9; c/b = 8/198 = 0,04<0,25,

где d = 140мм – ширина растянутого раскоса;

D = 200мм – ширина пояса;

с = 16/2 = 8мм – половина расстояния между смежными стенками сжатого и растянутого раскосов;

b = d_b/sinα = 140/sin45º = 198мм – длина участка линии пересечения сжатого раскоса с поясом в направлении оси пояса;

α = 45º - угол наклона растянутого раскоса к поясу.

Так как условия выполняются, то проверку прочности узла производим в соответствии с п. 15.10 [4]:

- определяем линейную расчетную нагрузку на пояс фермы

,

где N_2-4= 70,7 кН – расчетное усилие в растянутом раскосе;

d_b= 140мм – ширина сжатого раскоса в направлении оси пояса;

- определяем предельную нагрузку на пояс:

,

где γ_d= 1,2 – коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе (при растяжении);

- коэффициент влияния продольной силы в поясе;

F = -800 кН – продольная сила в поясе со стороны растянутого раскоса;

А = 58,7 см²– площадь поперечного сечения пояса;

R_y= 250 МПа – расчетное сопротивление стали С255;

t = 0,008м – толщина стенки пояса;

f = (D - d)/2 = (0,2 – 0,14)/2 = 0,03м.

Так как q_р<q_пред, то прочность пояса под растянутым раскосом - обеспечена.

в) Проверка несущей способности участка боковой стенки пояса в месте примыкания сжатого раскоса.

Расчет производим в соотв. с п. 15.12 [3]. Так как d/D = 0,18/0,2 = 0,9>0,85, следовательно предельное усилие в сжатом раскосе определяем по формуле (95) [3]:

где γ_с= 0,9 – коэффициент условий работы, определяемый по табл. 6* [2];

γ_t= 0,8 – коэффициент влияния тонкостенности пояса при D_b/t = 200/8 = 25>=25;

D_b= 200мм – высота пояса; t = 8мм – толщина стенки пояса;

к = 1,0 – коэффициент, зависящий от тонкостенности пояса при D_b/t = 25 и R_y= 250 МПа;

d_b= 0,18м – ширина сжатого раскоса вдоль оси пояса.

Так как расчетное усилие в сжатом раскосе меньше предельного N_p= 212,1 кН < N_пред= 1036,8 кН, то несущая способность боковой стенки под сжатым раскосом – обеспечена.

г) Проверка несущей способности сжатого раскоса в зоне примыкания к поясу.

Проверку производим в соотв. с п. 15.13 [4]:

- определяем несущую способность сжатого раскоса:

,

где γ_с= 0,9 – коэффициент условий работы, определяемый по табл. 6* [2];

γ_d= 1,0 – коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе (при сжатии);

к =1,0 - коэффициент, зависящий от тонкостенности пояса при d_b/t_d= 180/4 = 45 и R_y= 250 МПа;

A_d= 27,5 см²– площадь поперечного сечения сжатого раскоса;

D = 200мм – ширина пояса;

t = 0,008м – толщина стенки пояса.

Так как расчетное усилие в сжатом раскосе меньше его несущей способности N_p= 212,1 кН < N_пред= 467 кН, то несущая способность сжатого раскоса в зоне примыкания к поясу – обеспечена.

д) Проверка несущей способности растянутого раскоса в зоне примыкания к поясу.

Определяем несущую способность растянутого раскоса:

,

где γ_d= 1,2 – коэффициент влияния знака усилия в примыкающем элементе (при растяжении);

к =1,0 - коэффициент, зависящий от тонкостенности пояса при d_b/t_d= 140/3 = 46,7 и R_y= 250 МПа;

A_d= 16,1 см²– площадь поперечного сечения растянутого раскоса;

D = 200мм – ширина пояса;

t = 0,008м – толщина стенки пояса.

Так как N_p= 70,7 кН < N_пред= 328 кН, то несущая способность растянутого раскоса в зоне примыкания к поясу – обеспечена.

е) Проверка несущей способности сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к поясу.

Сварку принимаем полуавтоматическую, проволокой СВ-08А по ГОСТ 2246-70*. В соотв. с табл. 38* [2] назначаем минимальные катеты сварных швов, прикрепляющих раскосы к поясу - k_f= 4мм.

Проверку производим в сооотв. с п. 15.14 а) [4]:

- определяем несущую способность сварного шва, прикрепляющего сжатый раскос к поясу:

,

Так как N_2-4= 212,1 кН < N_пред= 401,9 кН – несущая способность сварного шва обеспечена;

- определяем несущую способность сварного шва, прикрепляющего растянутый раскос к поясу:

,

Так как N_4-5= 70,7 кН < N_пред= 312,6 кН – несущая способность сварного шва обеспечена.

Конец примера.

Литература на которую имеются ссылки в примерах:

1. ДБН В.1.2-2: 2006 «Нагрузки и воздействия» - К., 2006.

2. СНиП II-23-81* «Стальные конструкции»- М., 1991. – 96 с.

3. Расчет стальных конструкций: Справ. пособие/ Я.М.Лихтарников, Д.В.Ладыженский, В.М.Клыков. – 2-е изд., перераб. И доп. – К.: Будівельник, 1984.

4. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП 11-23-81*) – М., 1989. – 148 с.

Вопрос 18.11. (активизирующий). Как Вы думаете, хорошая работа стержней фермы на сжимающие усилия; значительное уменьшение количества элементов относятся к отрицательным качествам ферм из гнутосварных замкнутых профилей? (блок 3)

Да

Нет

Ваш ответ неверен, так как хорошая работа стержней фермы на сжимающие усилия; хорошая работа на внеузловые нагрузки, значительное уменьшение количества элементов относятся к положительным качествам, а к отрицательным качествам этих ферм относятся дефицитность профилей (ГСП), необходимость герметизации внутренней полости и повышенная деформативность тонкостенных профилей, что необходимо учитывать в расчетах узлов.

Ваш ответ верен, так как хорошая работа стержней фермы на сжимающие усилия; хорошая работа на внеузловые нагрузки, значительное уменьшение количества элементов относятся к положительным качествам, а к отрицательным качествам этих ферм относятся дефицитность профилей (ГСП), необходимость герметизации внутренней полости и повышенная деформативность тонкостенных профилей, что необходимо учитывать в расчетах узлов.

18.4. Критерии усвоения

Критерии усвоения предусматривают в общем случае выделение трех уровней обучения: уровень понимания, уровень знания и уровень умения. Для данной темы необходимы все три уровня: уровень ПОНИМАНИЯ, уровень ЗНАНИЯ и уровень УМЕНИЯ.

Требуется понимать:

• почему желательно, чтобы оси стержней в фермах пересекались в одной точке?

• почему при наличии внеузловой нагрузки лучше принимать пояс фермы из широкополочных двутавров или прямоугольных замкнутых гнутосварных профилей, а не из парных уголков или круглых труб?

• почему при одинаковых расчетных длинах стержней ферм лучше принимать сечение стержней из круглых труб, а не из парных уголков?

• почему сварные швы в узлах ферм не должны пересекаться и располагаться на некотором расстоянии друг от друга?

Требуется знать:

• Каковы общие требования при конструировании узлов легких ферм?

• Каковы дополнительные требования при конструировании узлов легких ферм в зависимости от типов сечений элементов ферм?

• Как выбирается конструкция узлов легких ферм?

• Как выбирается конструкция стыков поясов ферм?

Требуется уметь:

• Выбрать тип конструкции узлов легкой фермы.

• Выбрать типы сечений элементов легкой фермы (поясов, решетки) с учетом конструкции узлов.

• Законструировать и рассчитать узлы сопряжения элементов из принятых типов сечений элементов легкой фермы.

• Законструировать и рассчитать промежуточные (заводские) и укрупнительные (монтажные) стыки поясов легких ферм.

5. Выход темы в другие дисциплины и разделы курса

Тематическая часть выполняет функцию выбора типа конструкции легких ферм и последовательности их конструирования; выбора конструкции узлов и стыков поясов легких ферм. Эта методика конструирования легких ферм будет использоваться при проектировании различных комплексов металлических конструкций, а именно: производственных зданий; высотных зданий и сооружений; висячих и вантовых конструкциях перекрытий и мостов, а также для изучения последующих дисциплин: «Технология изготовления металлических конструкций», «Технологии строительного производства».

18.6. Контрольный тест для самопроверки

18.1. При каких сечениях поясов и решетки при конструировании узлов требуются фасонки?

А – пояса из двутавров, а элементы решетки из ГСП

Б – пояса и элементы решетки из парных уголков

В – пояса из широкополочных тавров, а решетка из одиночных уголков

18.2. От чего зависит толщина фасонок?

А - от усилий в поясах

Б - от максимальных усилий в элементах решетки

В - от величины растягивающих усилий в элементах решетки

18.3. От чего зависят размеры фасонок в узлах легких ферм?

А - от усилий в элементах решетки

Б - от длины сварных швов, прикрепляющих элементы решетки

В - от усилий в примыкающих панелях поясов

18.4. К чему приводит несовпадение плоскостей центров тяжести решетки и поясов в фермах из одиночных уголков?

А - к появлению изгибающих моментов

Б - к увеличению усилий в элементах решетки

В - к появлению крутящих моментов

18.5. Как принимается толщина прокладок в элементах ферм из парных уголков?

А – по усилию в элементах решетки

Б - по усилию в поясах

В – по толщине фасонки

18.6. Что положительного дает применение в поясах ферм широкополочных тавров?

А - уменьшение усилий в элементах ферм

Б - улучшение работы на внеузловую нагрузку

В - уменьшение трудоемкости изготовления ферм

18.7. Что положительного дает применение в поясах ферм широкополочных двутавров?

А - улучшение работы на внеузловую нагрузку

Б - уменьшение усилий в элементах ферм

В - увеличение трудоемкости изготовления

18.8. Что положительного дает применение в элементах ферм круглых труб?

А - улучшение работы растянутых стержней

Б - улучшение работы центрально-сжатых стержней

В - ухудшение сопротивляемости коррозии

18.9. Что положительного дает бесфасоночное соединение элементов ферм из гнутосварных замкнутых профилей в узле?

А - уменьшение расчетных длин стержней в плоскости фермы

Б - уменьшение расхода металла

В - уменьшение жесткости конструкции

18.10. Из каких соображений ограничивается максимальная ширина элементов решетки в фермах из гнутосварных замкнутых профилей?

А - из условия возможности продавливания пояса

Б - из условия максимальной прочности

В - из условия наложения продольных швов при соединении поясов с элементами решетки

18.11. Какую из проверок необходимо выполнить при расчете узлов в фермах с поясами из широкополочных двутавров?

А - проверка на продавливание

Б - проверка на вырыв

В - проверка на отгиб полок

18.12. Какую из проверок необходимо выполнить при расчете узлов в фермах с поясами из замкнутых ГСП?

А - проверка на продавливание

Б - проверка на местную устойчивость пояса

В - проверка на отгиб полок

Ответы на тест-контроли МК-О-18 (блок 3) 18.1. Б – пояса и элементы решетки из парных уголков 18.2. Б - от максимальных усилий в элементах решетки 18.3. Б - от длины сварных швов, прикрепляющих элементы решетки 18.4. В - к появлению крутящих моментов 18.5. В – по толщине фасонки 18.6. В - уменьшение трудоемкости изготовления ферм 18.7. А - улучшение работы на внеузловую нагрузку 18.8. Б - улучшение работы центрально-сжатых стержней 18.9. Б - уменьшение расхода металла 18.10. В - из условия наложения продольных швов при соединении посов с элементами решетки 18.11. В - проверка на отгиб полок 18.12. А - проверка на продавливание Вернитесь к тестам.