Сварные конструкции. Расчет и проектирование
ПОПЕРЕЧНЫЕ СЕЧЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ
Стержни должны обладать достаточной прочностью и жесткостью. Превышение расчетного напряжения относительно допускаемого ни в коем случае не должно быть более 5%. Стержни следует конструировать по возможности эко-
|
Таблица 12.1 Предельная гибкость X элементов ферм
|
номично, т. е. расчетные напряжения должны быть близкими к допускаемым. Однако поперечные сечения стержней, нагруженных небольшими продольными силами, часто подбирают из условий жесткости. Поэтому в этих стержнях напряжения могут быть незначительными.
Наибольшее значение гибкости А стержней стальных ферм промышленных сооружений (см. гл. 11), как правило, не должно превышать данных табл. 12.1. В фермах гибкость ограничивается не только в сжатых, но и в растянутых стержнях, чтобы устранить их провисание при весьма большой гибкости и вибрации при динамических нагрузках. Сортамент применяемого металла должен быть по возможности однообразным, т. е. следует иметь как можно меньшее количество разнородных элементов (позиций). Эго упрощает и удешевляет изготовление ферм на заводе. Фермы в значительном большинстве случаев конструируются из прокатных профильных элементов. Лучше применять гнутые элементы, имеющие меньшую толщину и повышенную жесткость по сравнению с прокатными.
При конструировании ферм следует стремиться сократить объем сварочных работ, располагать швы в элементах симметрично и обеспечивать удобное выполнение сварки как на заводе, так и на монтажной площадке.
Рассмотрим определение сечений сжатых поясов. Типы поперечных сечений сжатых поясов, имеющие наибольшее распространение, приведены на рнс. 12.2, а. . .и. Сечения в форме уголков (рис. 12.2, а) применяют в слабонагружен - ных фермах или в нерабочих элементах. Сечения в форме двух уголков (рис. 12.2, б) часто проектируют в фермах с небольшими усилиями (в легких стропильных фермах, мач-
|
тах). Замкнутые сечения (рис. 12.2, в) целесообразны в тонкостенных конструкциях и в конструкциях, где требуется повышенное сопротивление кручению. Сечения, показанные на рис. 12.2, г, д, встречаются в крановых фермах, в которых верхние пояса помимо силы сжатия испытывают изгибающие моменты. Двустенчатые конструкции (рнс. 12.2, е, ж) применяют при средних и больших усилиях (в стропильных и крановых фермах). Конструкцию, представленную на рнс. 12.2,3, применяют в мостовых пролетных строениях. |
|
Ппонка Рис. 12.2, Поперечные сечения сжатых поясов ферм • Трубчатая конструкция (рис. 12.2, и) рациональна в отношении требований прочности и экономичности. Возможно применение и других видов сечений. Требуемая площадь сжатого элемента пояса при отсутствии момента определяется из условия Н (12.4) |
|
3) Ь - |
|
|
----- |
|
>1рф ' |
|
При подборе сечения следует предварительно задаться коэффициентом ф=0,5. . .0,7. Свободную длину стержня выбирают в зависимости от конструкции сооружения. Например, горизонтальная жесткость стропильных ферм обеспечивается постановкой горизонтальных связей. Свободную длину пояса принимают равной расстоянию между центрами узлов. Подбор сечения сжатого пояса производят так же, как и сжатой стойки (см. гл. 11). В стержнях, сечения которых приведены на рис. 12.2, соединительные швы конструируют непрерывными. Их выполняют обычно автоматической сваркой под флюсом, при этом катет шва принимают равным (0,4. . .0,6) толщины листа. Нередко К=4. . .5 мм. |
|
Прокладка |
|
г) д) Ребра жесткости, |
|
Г—— |
|
|
|
|
|
|
|
■tj> |
Для повышения устойчивости элементов применяют соединительные планки, диафрагмы, ребра жесткости, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси элемента. В фермах с большими пролетами, рассчитанными на тяжелые нагрузки, например в мостовых, поперечные сечения пояса иногда меняются от панели к панели, и площадь сечения подбирают отдельно для каждой панели. Так поступают, когда длина панелей, например, превышает 6. . .8 м. В крановых фермах средней грузоподъемности, в стропильных и других типах ферм сечения поясов обычно неизменны по длине. Следует иметь в виду, что перемена сечения не должна значительно изменять положения центра тяжести, так как это вызывает образование эксцентриситета усилий. Последнее приводит к появлению добавочного изгибающего момента в узле. Это иногда вынуждает отказаться ог изменения сечения н сохранять его одинаковым по всей длине фермы. Допустимый эксцентриситет зависит от наибольшей высоты соединяемых элементов, т. е. £3*0,02Л. Если е превышает указанный предел, то необходимо учесть дополнительные напряжения от изгибающего момента.
Конструирование поперечных сечений растянутых поясов значительно проще, чем сжатых, так как в этом случае допускаемое напряжение в металле не зависит от гибкости элементов. Требуемая площадь поперечного сечения при растяжении определяется по формуле
|
Л--га:- (125> |
Мр '
Типы поперечных сечений растянутых поясов приведены на рис. 12.3, а. . .ж. Тип сечения нижнего пояса обычно соответствует типу сечения верхнего пояса.
Соединительные швы стержней, изображенных на рис. 12.3, в. . .ж,— нерабочие, катеты швов К~4. . .5 мм, швы непрерывные.
Типы поперечных сечений раскосов и стоек приведены на рис. 12.4, а. . .ж.
Уголки (рнс. 12.4, а) применяют тогда, когда элементы поясов сконструированы тоже из уголков, парные угадки с зазором (рнс. 12.4, б) применяют весьма часто в фермах, работающих под легкими и средними нагрузками. Сечения элементов, приведенные на рнс. 12.4, в. . .ж, могут быть рекомендованы для стержней, если пояса имеют двустенча - тые сечения. Целесообразно применение труб.
В растянутых раскосах и стойках требуемая площадь поперечного сечения элемента определяется по формуле
(12.5), а в сжатых раскосах и стойках — по формуле (12.4) (предварительно принимают <р=0,4. . .0,7). Порядок подбора сечений аналогичен описанному в гл. И.
При определении гибкости раскосов и стоек в плоскости, перпендикулярной ферме, свободную длину I принимают
Ф
|
|
|
ІА.
|
|
Рис. 12.3. Поперечные сечения растянутых поясов ферм |
|
6) В) і) |
|
Рис. 12.4. Поперечные сечения сжатых и растянутых раскосов и стоек |
|
|
|
Ф |
|
ную 0,8 от теоретической длины раскосов и стоек; это объяс ниется наличием частичного защемления элементов в узлах Если поперечное сечение элемента состоит из двух вет вей, как показано на рнс. 12.4, д, е, то определяют гибкое ти: Хх — относительно оси х; — относительно оси у ).0 =.Ууі-f >4, где — гибкость ветви, которую для ежа тых элементов берут не больше 40 (см. гл. 10). Для определения коэффициента <р берется наибольшая из найденных величин. Площадь сечения каждого раскоса |
равной теоретической, т. е. расстоянию между центрами узлов. При вычислении гибкости этих элементов в плоскости фермы допускается принимать расчетную длину, рав
и стойки подбирают независимо от других. Однако нередко, для того чтобы сохранить однообразие сортамента для ряда элементов решетки фермы (раскосы, стойки), площадь сечения принимают одинаковой.
Прочность соединительных швов в растянутых элементах не рассчитывается, в сжатых элементах (рис. 12.4, в, г, ж) она проверяется как указано в гл. 10. По условиям технологии катет шва, как правило, в обоих случаях назначается размером 4. . .5 мм, но не менее 0,3s. Расстояние между планками берут таким, чтобы гибкость ветви растянутого элемента Х<200. Расчет прочности соединительных планок (рис. 12.4, д, е) в сжатых элементах производится так же, как планок на сжатых стойках (см. гл. 10).
