ВОПРОС 1. Вопрос номенклатура и область применения металлических конструкций. Основные особенности металлических конструкций. Достоинства и недостатки металлических конструкций.
 Скачать 1.77 Mb.
|
11.2Расчет фермРасчет ферм выполняют в такой последовательности: 1) определяют нагрузку на ферму; 2) вычисляют узловые нагрузки; 3) определяют расчетные усилия в стержнях фермы методом строительной механики; 4) подбирают сечения стержней; 5) рассчитывают соединения стержней, узлы и детали. Определение усилий в стержнях фермы.Усилия в стержнях фермы определяют графическим или аналитическим способом. В фермах с шпренгелями узловые нагрузки первоначально собирают по основным узлам (как будто шпренгелей нет) и для такой схемы фермы определяют усилия в стержнях. Затем отдельно рассматривают шпренгельный элемент как самостоятельную ферму и в ней определяют усилия от силы на стойку шпренгеля Рм. После этого к усилиям основной фермы добавляют усилия от шпренгельного элемента на участках их совпадения, которые и будут расчетными для шпренгельной фермы. Иногда не все силы совпадают с узлами ферм. В этом случае продольные усилия в стержнях фермы находят также от всей нагрузки, собранной в сосредоточение силы по узлам фермы. Сила Рм, действующая между узлами, вызовет в стержне дополнительный местный изгибающий момент Мм (как в балке, перекинутый между узлами) В результате такой элемент будет работать на внецентренное сжатие от продольной силы и местного изгибающего момента, что должно учитываться при подборе сечений. Учитывая неразрезность пояса, местные изгибающие моменты, найденные как для свободно опертых балок, могут быть уменьшены на 10 % для всех панелей, кроме опорной. Местный изгиб сильно утяжеляет ферму по сравнению со шпренгельной фермой, однако шпренгельная решетка значительно увеличивает трудоемкость изготовления фермы. Расчетные длины стержней фермСтержни ферм работают на продольные усилия сжатия или растяжения. Несущая способность сжатого стержня, определяемая потерей устойчивости, зависит от его расчетной длины  где μ – коэффициент приведения длины, зависящий от способа закрепления концов стержня;  – геометрическая длина стержня (расстояние между центрами узлов).Поскольку в момент потери устойчивости стержень может выпучиться в направлении, лежащем в плоскости фермы или в направлении, перпендикулярном плоскости фермы (из плоскости фермы), следует определять расчетные длины и проверять устойчивость стержней в обоих направлениях (в плоскости фермы и из плоскости фермы). Несущая способность растянутых стержней не зависит от длины, но слишком длинные и тонкие растянутые стержни могут провисать, а также колебаться при действии вибрационных нагрузок, поэтому гибкость растянутых элементов ферм ограничена нормами проектирования. Растягивающие усилия в стержне фермы препятствуют повороту узлов, обеспечивая их защемление, поэтому расчетные длины стержней ферм имеют различные значения.
Примечание: е – геометрическая длина элемента (расстояние между центрами узлов); е1 – расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы. Обеспечение обшей устойчивости ферм в системе покрытия Устойчивость фермы из ее плоскости обеспечивается элементами конструкций покрытия и связями по верхним и нижним поясам. На верхний пояс укладывают прогоны или крупнопанельные плиты покрытия, которые крепят к поясу. В коньке фермы устанавливают связевую распорку, которая обеспечивает устойчивость фермы при монтаже и служит опорой фермы из плоскости при наличии фонаря. Нижний пояс фермы развязывается системой связей по нижним поясам. За расчетную длину поясов ферм принимают расстояния между точками, закрепленными от смещения из плоскости фермы связями, плитами или прогонами с μ=1. Выбор типа сеченияЛегкие фермы пролетом до 36-42 м с небольшими продольными усилиями в стержнях (до 5000 кН) чаще всего делают с сечениями элементов из парных уголков и тавров. Комбинируя состав сечения из равнобоких уголков или из неравнобоких, соединенных малыми или большими полками, получают равноустойчивое в обеих плоскостях сечение, хорошо работающее на продольную силу.  В узлах стержни соединяются при помощи листовых фасонок. Фермы с элементами из гнутых профилей на 10-15% легче, чем фермы из уголков. Такие профили изготавливают на гибочных прессах. Наиболее рациональной формой сечения элементов ферм является трубчатое сечение. Фермы из труб экономичны по массе. Усложнение узлов и дефицитность труб ограничивают их применение. Весьма рациональна конструкция фермы с применением разных марок сталей: элементы, имеющие большие усилия (пояса, опорные раскосы), проектируют из стали повышенной прочности, а остальные слабонагруженные элементы решетки – из обычной углеродистой стали. Сечение элементов тяжелых ферм с усилиями в стержнях свыше 5000 кН обычно принимаются составными из сварных двутавров или прокатных профилей. Большое усилие в стержнях легче передаются в узлы через две фасонки, поэтому такие фермы называют еще двухстенчатыми. Для удобства изготовления и комплектования сортамента металла при проектировании легких ферм обычно устанавливают 4-6 различных калибров профиля, из которых подбирают фермы. Из условия обеспечения необходимой жесткости при перевозке и монтаже в сварных фермах принимают уголки с полками не < 50 мм. В легких фермах пролетом до 30 м с целью уменьшения трудоемкости изготовления, пояса обычно принимают постоянного сечения по всей длине. ВОПРОС 44. Подбор сечения сжатых и растянутых стержней ферм. Подбор сечения стержней ферм по предельной гибкости. Общие требования конструирования легких ферм. Расчет узлов ферм. Подбор сечения сжатых стержнейТребуемая площадь сечения стержня определяется по формуле  ,где φ≈0,7÷0,9 – для поясов, φ≈0,5÷0,6 – для элементов решетки. Затем по сортаменту подбирают близкий по требуемой площади профиль; выписываются его геометрические характеристики. Определяются гибкости стержня в обоих направлениях (в плоскости и из плоскости фермы).  ;  ,где x и y – расчетная длина стержня в плоскости и из плоскости фермы;λx и λy – не должно превышать предельных нормированных значений; λпр=120 – для сжатых поясов, а также опорных раскосов и стоек, передающих опорные реакции. λпр=150 – прочие сжатые стержни. Проверка напряжений в принятом сечении производится по формуле  .где γc =0,95 – для верхнего пояса и опорного раскоса; γc =0,8 – для сжатых раскосов и стоек при λ≥60. Подбор сечения растянутых стержнейТребуемая площадь сечения стержня определяется по формуле  .Затем по сортаменту подбирается близкий по требуемой площади профиль. Проверка напряжений в принятом сечении производится по формуле:  ,где γc =0,95 – для нижнего пояса и всех растянутых раскосов. Кроме того, должно соблюдаться условие: λпр=250 – для растянутых поясов и опорных раскосов, λпр =350 – для прочих растянутых стержней. Подбор сечения стержней по предельной гибкостиРяд стержней легких ферм имеют незначительные усилия и, следовательно, небольшие напряжения; сечения этих стержней подбирают по предельной гибкости, установленной СНиП (λпр для растянутых и сжатых стержней). К таким стержням относятся дополнительные стойки в треугольной решетке, раскосы в средних панелях ферм, элементы связей. Требуемый радиус инерции сечения стержня определяется по формуле:  ,где – расчетная длина стержня, λпр – предельная гибкость.Затем по сортаменту выбирают профиль с минимальной площадью. Конструирование и расчет узлов ферм  Конструирование и расчет узла производят в следующей последовательности. Определяют необходимую длину сварных швов, крепящих стержень к фасонке. Возможны 2 случая. 1) Для стержня с сечением, симметричным относительно центра тяжести сечения (трубчатого, швеллерного, таврового и т.п.).  см,где n – число швов крепления стержня к фасонке; N – усилие в стержне; Кƒ – катет шва, определяемый толщиной стенки стержня. 2) Для стержня с сечением, несимметричным относительно центра тяжести сечения (для уголков). по перу  см;по обушку  см,где  ; ;γ=0,3 для равнобоких уголков, γ=0,35 для неравнобоких, прикрепляемых узкой полкой. Для других случаев γ приведены в соответствующих таблицах. Затем в масштабе вычерчивается узел фермы и определяются размеры фасонки.  Толщина фасонки определяется по требующим таблицам в зависимости от максимального усилия в стержне фермы (как правило, опорного раскоса). С целью упрощения комплектации металла и исключения ошибок при сборке фермы все фасонки фермы проектируют одинаковой толщины. Затем фасонку проверяют на прочность.  Общая длина криволинейной линии выкола фасонки a-b меньше прямоугольной линии a-c-d. В первом случае существуют нормальные и касательные напряжения, а во втором только касательные. С целью упрощения расчетов в запас прочности (поскольку Rs = 0,58Ry) принимают расчетную схему по второму случаю a-c-d. Напряжение в фасонке определяется по формуле  .При примыкании стойки к поясу фасонки проверяют по линии a-b.  .При изменении сечения пояса должна быть обеспечена равнопрочность соединения по линии a-b-c (совместна работа фасонки и накладок).  Отличительной особенностью монтажного стыка является то, что фасонка и пояс разрезаны, поэтому конструкция соединения должна обеспечить равнопрочность пояса и фасонки. Конструкция соединения может быть самой разнообразной, будь то на болтах или на сварке.  Современные конструкции ферм: 1.Фермы с поясами из широкополочных тавров и решеткой из уголков. 2.Фермы с поясами из широкополочных двутавров и решеткой из прямоугольных гнутосварных профилей. 3.Трубчатые фермы. 4.Фермы из гнутых профилей. 5.Фермы из открытых гнутых профилей. | |||||||||||