Оголовки колонн и сопряжение балок с колоннами (типы сопряжений, конструирование и расчёт оголовков колонн).

Сопряжение может быть свободное (шарнирное) и жесткое. При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. Высоту ребра оголовка определяют требуемой длиной швов, передающих нагрузку на стержень колонны: , где N –расчетная нагрузка на колонну;Толщину ребра оголовка определяют по формуле , где l_см- длина сминаемой поверхности, равная ширине опорного ребра балки плюс две толщины плиты оголовка колонны. Назначив толщину ребра, следует проверить его на срез по формуле

19. Область применения и классификация ферм. Компоновка конструкций ферм (очертания ферм и системы решёток, генеральные размеры ферм, панели ферм, устойчивость ферм, связи). Стальные фермы применяют в промышленных и гражданских зданиях, ангаров, вокзалов и т. п. Большепролетные мосты, радиобашни и мачты, опоры ЛЭП и многие др. конструкции выполняют в виде стальных ферм. Классификация: разрезные балочные, неразрезные, консольные, арочные, рамные, комбинированные. Очертание ферм: трапецеидальное, треугольное, полигональное, с параллельными поясами.

Системы решеток: треугольная, раскосная, специальные (шпренгелная, крестовая, ромбическая, полураскосная).

Пролет. Для разрезных ферм при опирании на опоры сверху – расстояние м-ду внутренними четвертями ширины опор: – расстояние в свету м-ду опорами; а – ширина опоры; Для средних пролетов неразрезных ферм: При примыкании сбоку:

Высота треугольной фермы. При уклоне кровли 25-45^о: h≈(1/4÷1/2)l/

Оптимальная высота трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами.

– пролет; п – число панелей;

Панели ферм должны соответствовать расстояниям м-ду элементами, передающими нагрузку на ферму. Размеры панелей должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов (в треугольной решетке ≈45 ^о, в раскосной – 35^о). При наличии прогонов длина панели 1,5-4 м. При беспрогонных кровельных покрытий – длина 6-12 м и ширина 1,5-3 м.

Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо жесткой конструкции или соединить связями с др. фермой, в результате образуется пространственный устойчивый брус. Для обеспечения его устойчивости необходимо, чтобы все его грани были геометрически неизменяемы в своей плоскости. Т. к. брус в поперечном направлении замкнут и достаточно широк, он обладает большой жесткостью при кручении и изгибе, поэтому потеря его общей устойчивости невозможна. В покрытии зданий устойчивость как в целому так и отдельных элементов плоских ферм обеспечивается тем, что в конструкции покрытия создается несколько пространственных устойчивых блоков из двух соседних ферм, скрепленных как связями в плоскости верхнего, а иногда и нижнего пояса, так и вертикальными поперечными связями между стойками ферм, которые могут заменить связи по нижнему или верхнему поясу. К этим жестким блокам прочие фермы прикрепляются горизонтальными элементами, препятствующими горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивающими их устойчивость (обычно прогонами, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к неподвижной точке — узлу горизонтальных связей.

Типы сечений стержней ферм

До последнего времени легкие фермы проектировались в основном из стержней с сечениями, составленными из двух уголков (рис. 9.13, 6). Такие сечения имеют большой диапазон площадей, удобны для конст- руирования узлов на фасонках и прикрепления примыкаютдих к фермам конструкций (прогонов, кровельных панелей, связей и т. п.) . Существенными недостатками такой конструктивной формы являлись : большое количество заготавливаемых элементов с различными типоразмерами, значительный расход металла на фасонки и прокладки, высокая трудо- емкость изготовления и наличие щели между уголками, затрудняющей окраску. Кроме того, стержни с сечением из двух уголков, составленных тавром, неэффективно работают на сжатие.

Развитие сортамента — пуск прокатного стана широкополочных дву- тавров, производство электросварных труб и замкнутых гнутосварньтх профилей, а также возможность получения из широкополочных двутавров путем разрезки тавров с широкой полкой создали условия для про- ектирования ферм со стержнями из одиночного профиля вместо сечения, составленного из двух уголков. Новая конструктивная форма экономичнее по расходу металла и значительно менее трудоемка, так как более чем вдвое уменьшает количество используемых деталей; сечения стержней стали более эффективно работать на сжатие. Фермы со стержнями из одиночного профиля легко доступны для осмотра и окраски, что повы- шает их долговечность при эксплуатации. Фермы с меньшим количеством деталей более приспособлены для их изготовления (сборки и сваркп) на поточных линиях.

Однако новая конструктивная форма ферм из-за ограниченности но- вых профилей и других конъюнктурных условий не может сразу вытеспить старую, и фермы различного назначения еще проектируют со стержнями из прокатных уголковых профилей, а конструктивная форма их продолжает совершенствоваться.

В фермах пространственной формы (башнях, мачтах, стрелах кранов и т. п.), где пояс является общим для двух перпендикулярных ферм, простейшим типом сечения пояса является одиночный уголок (рис. 9.13, а) . Крестовое сечение из двух уголков (рис. 9.13, е) применяется в поясах решетчатых башен и мачт, когда площади одного уголка оказывается недостаточно. Сечения из одиночных уголков применяются также для слабонагруженных счержней решетки ферм. Разработанные типовые решения стропильных ферм из одиночных уголков позволяют экономить металл и снижать трудоемкость. Нужно учитывать, что стропильные фермы со стержнями из одиночных уголков в своей плоскости не имеют оси симметрии. Для уменьшения асимметрии решетка прикрещттяется к поясным уголкам с внутренней стороны. Все же такое реше- ние сопряжения поясов с решеткой создает условия для закручивания пояса, которое должно погашаться надежным закреплением пояса связями.

Сжатые стержни из двух угоЛков как при равных, так и при различных расчетных длинах легко скоiiпоновать равноустойчивыми в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Жесткость сечения характеризуется его радиусами инерций, которые прямо пропорциональны генеральным iазмерам сёчения и могут быть приближенно выражены для таврового сечения из двух уголков соотношениями i_х≈0,3h и i_у≈0,2b (рис. 9.13, б—г).

Если расчетная длина стержня фермы одинакова в плоскостях х—х и у—у (опорные раскосы, пояса стропильных ферм, закрепленные в каждом узле кровельными плитами), то из условия равноустойчивости при работе стержня на продольный изгиб необходимо чтобы радиусы инерции относительно обеих осей были равны, т. е. i_х= i_у . Для этого нужно расположить неравнополочные уголки большими полками вместе (рис. 9.13,г).

Тавровое сечение из двух уголков, составленных вместе меньшими полками (рис. 9.13, в), употребляется в случаях, когда расчетная длина стержня вне плоскости фермы в 2 раза больше, чем в плоскости. Тавровое сечение из двух равнополочных уголков (рис. 9.13, 6) яв- ляется наиболее раёпространенным для стержней решетки. Это сечение обеспечивает равноустойчивость сжатых стержней решетки, так как имеет большую жесткость вне плоскости фермы (относительно оси у—у) , что отвечает большей расчетной длине сжатого раскоса вне плоскости фермы l_у= 1,25 l_х. Современные типовые решения стропильных ферм имеют несколько видов. Остаются типовые решения со стержнями из двух прокатных уголков, имеются трубчатые фермы, у которых пояса и решетка выполНяются из электросварных труб. Толтдину стенки труб поясов рекомендуется принимать не менее и/45_и/5О диаметра и, как правило, на 1—2 мм больше минимальной толщины, принимаемой для трубчатых стержней решетки. Трубчатые фермы используются при строительстве башен, мачт, кранов открытых эстакад и т. п.

Больгыим преимуществом трубчатых стержней является их хорошая обтекаемость Благодаря обтекаемости ветровые давления на них меньше, на них мало задерживаются грязь и влага поэтому они более стоикт против коррозии их легко очищать и окрашивать что также повы шает долговечность

На заводе сериино изготовляются стропильные фермы из замкну

тых гнутосварньтх профилеи (ЗГСП) прямоугольного сечения Профили iзготовчяются из листа толщинои от З до 8 мм Пр5моугольные профи ли в конструктивном отношении лучше круглых так как сопряжение стержнеи в узлах и прикрепление к фермам разчичных элементов прогонов панелеи связеи и т п проще Фермы несущие значительные нагрузки можно изготовлять с поясами из широкополочных двутавров и решеткои из уголков или замкнутых гнутосварных профилеи Широ ксполочные двутавры особенно эффективны в верхних поясах ферм когда они кроме сжимающих усилии воспринимают изгибающие моменты от прогонов или кровельных панелеи

Разработаны также конструкции ферм с поясами из тавров, полу- чаемых путем продольной разрезки широкополочных двутавров (рис. 4.1, д) или сваркой из двух стальных полос (рис. 9А3, з).

Тавровое сечение поясов позволяет очень просто конструировать уз лы, особенно при решетке из одиночных уголков. Находят применение в стержнях легких ферм сечения из двух уголков с расставленными вер- тикальными полками (рис. 9. 13, и, к), из уголков замкнутого сечения (рис. 9.13, м) , из швеллеров (рис. 9.13, о) и др. В каждом отдельном случае применение стержней с такими сечениями определяется условия Ми работы конструкции, ее изготовления, наличйем сортамента и т. п.

 Стержни тяжелых ферм

Стержии тяжелых стальных ферм отличаются от легких более мощными сечениями, составленными из нескоьких элементов, что обусловлено их большими расчетными длинами и действующими в них значи- гельными усилиями. Сечения их обычно проектируют двухстенчатыми

(рИ 9.14), а узловые сопряжения их между собой осуществляются в двух плоскостях. Стержни тяжелых ферм (как раскосы и стойки, так и пояса) в разных панелях имеют разные по размерам, но одного вида се- чения.

Тяжелые фермы, воспринимающие динамические нагрузки (желез-

нодорожные мосты, краны и т. п.) , иногда проектируются клепаными. Современные тяжелые фермы, как правило,конструируются из сварных

стержней с узлами на высокопрочных болтах.

Применяются следующие типы сечений стержней тяжелых стальных ферм:

Н-образные сечения из двух вертикальных листов (вертикалов), свя-

занных горизонтальным листом (горизонталом) (рис. 9. 14, а), из че тырех неравнобоких уголков, также связанных горизонтальным листом (рис. 9.14, 6). Развитие этих сечений в смежных панелях происходит в сварных сечениях посредством добавления вертикальных листов ( рис. 9.14, в). Сечения эти удобно прикреплять к фасонкам, так как они имеют гладкую наружную поверхность и симметричны. В простейшей стюей форме они малотрудоемки и в этом отношении существенно пре- восходят все остальные сечения. Если конструкция не защищена от по падания атмосферных осадков, в расположенных горизонтально эле- ментах необходимо оставлять отверстия для стока воды. Н-образное сечение применяется как для поясов, так и для раскосов ферм;

швеллерное сечение — из двух швеллеров, поставленных полками внутрь (рис. 9.14, г) . При этом используются как прокатные швеллеры (рис. 9.14, г), так и составленные из листов и уголков. Подобного типа сечения чаще всего применяются в клепаных конструкциях. Сечения в смежных стержнях изменяют наклепкой или приваркой к швеллерам листов (рис. 9. 1 , д—е) . Стержни швеллерного сечения имеют хорошую устойчивость в обеих плоскостях, и поэтому такое сечение целесообраз- но применять для сжатых эiементов, особенно при большой их длине. Недостатком швеллерного сечения является наличие двух ветвей, ко- торые приходится соединять планками или решетками (аналогично цен- трально сжатым колоннам)

коробчатое сечение — из двух вертикальных элементов, соединен- ных горизонтальным листом сверху (рис. 9.14, ж, з, и), применяется главным образом для верхних поясов тяжелых мостовых ферм. Жест- кость сечения значительно повышается, если снизу вертикальные ветви соединить решеткой (рис. 9.14, з)

одностенчатое двутавровое сечение — из широкополочного сварного или прокатного двутавра, поставленного вертикально (рис. 9. 14, к). Сжатые пояса двутаврового сечения требуют более частого закрепления из плоскости фермы, так как у них I значительно меньше, чем I

трубчатые стержни, применяемые в сварных тяжелых фермах, име- ют те же преимущества, что и в легких фермах (см. стр. 240).

Стержни ферм из алюминиевых сплавов имеют двухстенчатые сечения и в соответствии с этим применяются: цельные Н-образного сечения (возможно с бульбами) ; П-образные с утолщениями внутрь коробки; коробчатые с наружными выступами (цельные или из двух зетов); швеллерные сечения в случае необходимости с полками разных размеров (рис. 0.15).