6.5. Проектирование элементов стержневых систем

6.5.1. Конструирование и расчет стержней

Ниже рассмотрены только стержни, выполняющие роль самостоятельных элементов конструктивных комплексов. Стержни в составе ферм будут представлены в гл. 7.

Стержневые элементы проектируют из одиночного фасонного металлопроката либо объединяют его в группы обычно по два профиля в одном элементе (рис.6.19). Наибольшее распространение получили составные стержни из спаренных швеллеров или уголков, образующих тавровое или крестовое сечение. Для обеспечения совместной работы уголков (швеллеров) устанавливают прокладки-"сухарики" из листовой стали, расстояние между которыми не должно превышать 40i для сжатых элементов и 80i для растянутых (i - радиус инерции относительно собственной оси, параллельной прокладке, одного швеллера или одного уголка при тавровом сечении; при крестовом сечении - минимальный радиус инерции уголка). В пределах длины сжатого стержня должно быть установлено не менее двух прокладок. Одна прокладка, поставленная в середине стержня, оказывается бесполезной, поскольку в этом месте сдвигающая сила при изгибе стержня отсутствует.

Расчет на прочность центрально-растянутых элементов производят по формуле (6.1). Определив требуемую площадь поперечного сечения, вы можете подобрать по сортаменту нужный профиль. Помните, что гибкость стержня не должна превышать предельного значения (см.табл.П9.2).

Расчет сжатых элементов на устойчивость выполняют по формуле (6.28), принимая площадь сечения брутто и также ограничивая гибкость.

К онфигурация фасонки, диаметр и количество отверстий зависят от конструкции узла сопряжения стержня с другими элементами. На рис. 6.19 пунктирными линиями показаны варианты оформления фасонки. Во всех случаях следует обеспечить центральную передачу усилия, что достигается назначением равных между собой размеров с. Толщину фасонки вы можете определить по формуле

В настоящее время широкое распространение получили стержневые элементы из гнуто-сварных профилей (рис. 6.20). Для обеспечения местной устойчивости тонкостенных прямоугольных труб следует выполнить условие d/t < 1870/√σ где d - высота прямого (до закруглений) участка стенки; t - толщина стенки; σ - напряжение в сжатой стенке. Если это условие не выполняется, то следует обратиться к дополнительным источникам информации, например [8].

При решении опорного узла по схемам a, b в трубе предусматривают прорези для вставки в них и последующей приварки фасонок, толщину которых определяют расчетом на прочность: N/A +Ne,/W< Ry/c.

Если глубина врезки в полтора раза и более превышает диаметр трубы (высоту сечения), то влияние эксцентриситета на работу фа-сонки можно не принимать во внимание при расчете растянутых стержней, а в сжатых - учесть это влияние коэффициентом условий работы γ=0,6. Фасонка может быть усилена ребром (схема b), что увеличит геометрические характеристики поперечного сечения, но одновременно изменит величину эксцентриситета е. Торцевые заглушки в схемах а, б служат для изоляции внутренней полости трубы от внешней среды, поэтому их толщину назначают конструктивно, обычно 10 мм. Торцовый элемент узла, показанного на схеме в, участвует в передаче усилия и его толщину определяют расчетом.

Приведенные на рис. 6.20 способы конструктивного оформления концевых участков можно использовать также для труб круглого се­чения.

Перейдем к рассмотрению характерных узлов сопряжения стержневых элементов конструкций.

На рис. 6.21 приведено конструктивное решение узла сопряжения одиночного элемента, например элемента связи с колонной.

На рис. 6.21, а швы Ш1 - заводские, швы Ш2 и ШЗ - монтажные. Болты здесь предусмотрены для удобства монтажа. Обычно применяют болты М20, поставленные в отверстия диаметром 23 мм с максимальным шагом (не более 8d или 12t).

При расчете сварных швов следует учитывать, что линия действия усилия N не совпадает с центром сварного соединения, поэтому проверку швов нужно производить на равнодействующее напряжение от нормальной силы и момента.

Вы можете поступить иначе: при расчете передайте усилие N на два участка длиной 2а₁ , симметрично расположенных относительно точки пересечения линии действия усилия со сварными швами, а "лишние" швы на участке a₂ проварите конструктивно с такой же высотой катета.

При расчете болтового соединения (см. рис. 6.21, б) вы, естест­венно, должны расположить болтовое поле так, чтобы линия дейст­вия продольного усилия проходила через центр этого поля. При

этом она не пройдет через центр сварного шва, поэтому в расчетную длину шва следует включить участок, равный 2a₁ , а шов на участке а₂ принять конструктивно.

При проектировании сопряжения с колонной стержневого узла (рис. 6.22) расчет существенно меняется. В этом случае

равнодействующая усилии в стержневых элементах, которые должны быть центрированы на ось колонны, будет приложена к сварным швам с эксцентриситетами, поэтому шов Ш2 следует считать на нормальную силу N_y=Nsina и момент M=eN_y, а каждый из швов Ш1 и ШЗ - на силу N_y=0,5Nsina и момент M=0,5hN_y=0,25hNsina.