Сглобява анкерни болтове и колонна глава. Метална колонна основа

Главата на колоната служи като опора за разположените над нея конструкции (греди, ферми) и разпределя концентрираното натоварване върху колоната равномерно по напречното сечение на пръта.

Връзката между греди и колони може да бъде свободна или твърда. Шарнирното съединение предава само вертикални натоварвания (a, b, c, d, e).

Твърдата връзка на гредите с колоните образува рамкова система (e).

При отпушване на гредите отгоре носещият възел на надлежащата конструкция има напречно ребро с фрезован край, издаден на 15-25 мм, през което се предава натиск към колоната (фиг. а, б, д). По-рядко се използва конструкция на модул, при която опорното налягане се предава от вътрешното ребро на гредата, разположено над фланеца на колоната (c, d). Ако напречното опорно ребро на горната греда има изпъкнал край (a, b, d), тогава опорният натиск се предава първо към опорната плоча на главата на колоната, след това към опорното ребро на главата и от това ребро към стената на колоната (или напречната греда в проходна колона (e) и след това се разпределя равномерно по напречното сечение на колоната. Опорната плоча на главата служи за прехвърляне на налягането от краищата на гредата към опорните ребра на главата, следователно дебелината му се определя не чрез изчисление, а от конструктивни съображения и обикновено се приема за 16-25 mm.

От основната плоча налягането се прехвърля към опорните ребра на главата чрез хоризонтални заварки, а краищата на ребрата се закрепват към плочата.

Кракът на тези шевове се определя по формулата

При монтиране на основната плоча върху фрезования край на пръта на колоната, тя осигурява пълен контакт на плочата с реброто на колоната и опорното налягане се предава чрез директен контакт на повърхностите, а заваръчните шевове, закрепващи основната плоча, се вземат структурно.

Ширината на носещото ребро се определя от условието за якост на натиск.

Освен това трябва да бъдат изпълнени условия за осигуряване на локална стабилност на носещото ребро.

Дъното на носещите ребра на главата е подсилено с напречни ребра, които ги предпазват от усукване извън равнината на колоната при неравномерен натиск от краищата на горните греди, които възникват от неточно производство и монтаж.

От носещите ребра налягането се предава към стената на колоната чрез ъглови заварки. Въз основа на това, необходимата дължина на ребрата.

Очакваната дължина на шевовете не трябва да надвишава.

Ребрата също се проверяват за срязване: ,

където 2 е броят на резените;

– дебелина на стената на колоната или траверса на проходната колона.

При високи опорни налягания напреженията на срязване в стената надвишават проектното съпротивление. В този случай се увеличава дължината на реброто или се приема по-дебела стена. Можете да увеличите дебелината на стената само в главата на колоната (b). Това решение намалява потреблението на метал, но е по-малко технологично за производство.

По-нататъшното разпределение на налягането от стената на колоната по цялото напречно сечение на плътния прът на колоната се осигурява от непрекъснати шевове, свързващи фланците и стената.

В проходните колони (e) налягането от траверсата се предава към клоновете на колоната чрез ъглови заварки, чийто крак трябва да бъде най-малко:

Главата на колоната с опорни ребра на гредите, разположени над фланците на колоната (c), е проектирана и изчислена подобно на предишната, само ролята на опорните ребра на главата се изпълнява от фланците на колоната. Ако налягането от горната плоча се предава към колоната чрез заварки (краят на колоната не е фрезован), тогава дължината на заваръчните шевове, закрепващи един фланец на колоната към плочата, се определя от състоянието на тяхното рязане от реакция на един лъч:

където е опорната реакция на една греда, е ширината на фланеца на колоната.

Ако краят на колоната е фрезован, тогава заваръчните шевове се правят структурно с минимален крак. За да се осигури прехвърлянето на опорния натиск по цялата ширина на носещото ребро на гредата с голяма ширина на греди и тесни фланци на колоната, е необходимо да се проектира разширена напречна греда (фиг. d). Условно се приема, че опорното налягане от плочата се прехвърля първо изцяло върху траверсата, а след това от траверсата към фланеца на колоната, в съответствие с това се изчисляват шевовете за закрепване на траверсата към плочата и колоната. Когато конструкцията се поддържа на колоната от страната (e), вертикалната реакция се предава през рендосания край на опорното ребро на гредата до края на опорната маса и от него към фланеца на колоната. Дебелината на опорната маса се приема с 5-10 mm по-голяма от дебелината на опорното ребро на гредата. Ако опорната реакция на гредата не надвишава 200 kN, опорната маса се изработва от дебел ъгъл с отрязан фланец; ако реакцията е по-голяма, масата се изработва от лист с рендосан горен край. Всеки от двата шева, закрепващи масата към колоната, е изчислен за 2/3 от опорната реакция, което отчита евентуалната неуспоредност на краищата на гредата и масата, следствие от производствени неточности и следователно неравномерно предаване на налягането между краищата. Необходимата дължина на един шев за закрепване на маса се определя по формулата:

Понякога масата е заварена не само по дължината на резервоарите, но и по долния край, в този случай общата дължина на шева се определя от сила, равна на

Основата на колоната е долната част на колоната, която пренася натоварването върху основата.

Основите на колоните трябва да изпълняват следните задачи: 1) Надеждно фиксират долната част на пръта на колоната към основата, 2) Възприемат натоварванията от пръта на колоната и го разпределят върху зоната на основата. Фундаментите обикновено се изработват от монолитен или сглобяем стоманобетон.

Ориз. 1. Условно шарнирна основа.

Използва се за централно компресирани колони. Състои се от основна плоча, върху която е монтиран фрезованият край на пръта.

Ориз. 2. Твърда основа

Твърда основав равнината на анкерните болтове и съчлененот равнината на анкерните болтове. Използва се за фахверкови стълбове и др. Състои се от основна плоча, която е закрепена към основата с анкерни болтове.

Ориз. 3. Твърда основа

Използва се за колони с компресионно огъване. Състои се от основна плоча, която е закрепена към основата с анкерни болтове.

Ориз. 4. Шарнирна основа.

Използва се за централно компресирани колони. Състои се от основна плоча, която е закрепена към основата с анкерни болтове.

Ориз. 5. Твърда основа

Използва се за колони с компресионно огъване. Състои се от основна плоча, подсилена с усилващи елементи, която е закрепена към основата с анкерни болтове.

Връзката между греди и колони може да бъде Безплатно(на панти) и твърд. Безплатният интерфейс прехвърля само вертикални натоварвания. Твърдият съединител образува рамкова система, способна да поема хоризонтални сили и да намалява проектния момент в гредите. В този случай гредите са съседни на колоната отстрани.

При свободно свързване гредите се поставят върху колоната, което осигурява лесен монтаж.

В този случай главата на колоната се състои от плоча и ребра, които поддържат плочата и пренасят натоварването върху пръта на колоната (фиг.).

Ако натоварването се прехвърля към колоната през фрезованите краища на опорните ребра на гредите, разположени близо до центъра на колоната, тогава плочата на капачката се поддържа отдолу от ребра, минаващи под опорните ребра на гредите (фиг. a и б).

Ориз. Глави на колони при поддържане на греди отгоре

Ребрата на главата са заварени към основната плоча и към клоните на колоната с проходен прът или към стената на колоната с плътен прът. Шевовете, закрепващи реброто на главата към плочата, трябва да издържат на пълния натиск върху главата. Те се проверяват по формулата . (8)

Височината на реброто на главата се определя от необходимата дължина на шевовете, които пренасят натоварването върху сърцевината на колоната (дължината на шевовете не трябва да надвишава 85∙β w ∙k f:

. (9)

Дебелината на реброто на главата се определя от условието за устойчивост на смачкване при пълен опорен натиск, (10)

където е дължината на натрошената повърхност, равна на ширината на носещото ребро на гредата плюс две дебелини на плочата на главата на колоната.

След като определите дебелината на реброто, трябва да го проверите за срязване по формулата:

. (11)

Ако дебелините на стените на каналите на проходна колона и стените на непрекъсната колона са малки, те също трябва да бъдат проверени за срязване в точката, където ребрата са прикрепени към тях. Можете да направите стената по-дебела в рамките на височината на главата.

За да се придаде твърдост на ребрата, поддържащи основната плоча и да се укрепят стените на пръта на колоната срещу загуба на стабилност на места, където се предават големи концентрирани натоварвания, вертикалните ребра, които носят товара, са рамкирани отдолу с хоризонтални ребра.

Опорната плоча на главата предава натиск от надлежащата конструкция към ребрата на главата и служи за закрепване на гредите към колоните с монтажни болтове, които фиксират проектното положение на гредите.

Дебелината на основната плоча се приема конструктивно в рамките на 20-25 mm.

Когато краят на колоната се фрезова, натискът от гредите се прехвърля през основната плоча директно към ребрата на главата. В този случай дебелината на шевовете, свързващи плочата с ребрата, както и с клоните на колоната, се задава конструктивно.

Ако гредата е прикрепена към колоната отстрани (фиг.), вертикалната реакция се предава през носещото ребро на гредата към маса, заварена към фланците на колоната. Краят на носещото ребро на гредата и горният ръб на масата са прикрепени. Дебелината на масата се приема с 20-40 mm по-голяма от дебелината на носещото ребро на гредата.

Ориз. Опиране на греда на колона отстрани

Препоръчително е да заварявате масата към колоната от три страни.

За да се гарантира, че гредата не виси на болтовете и седи плътно върху опорната маса, опорните ребра на гредата са прикрепени към пръта на колоната с болтове, чийто диаметър трябва да бъде 3 - 4 mm по-малък от диаметъра на гредата дупки.

29.Проектиране на ферми. Общи изисквания

Проектирането на ферми започва с изчертаване на аксиални линии, които образуват геометричната диаграма на фермата.

След това контурите на прътите се изчертават така, че аксиалните линии да съвпадат с центровете на тежестта на секциите. За асиметрични участъци (Ts, ъгли) препратките към осите са закръглени до 5 mm.

Когато сечението на хордата по дължината на фермата се промени, една централна линия на хордите се взема в геометричната диаграма и елементите на хордата се привързват към нея. За удобство при поддържане на съседни елементи (за подови ферми - подови настилки или греди), горният ръб на хордата се поддържа на същото ниво. Местата, където се променя напречното сечение на ремъците, се отдалечават от центъра на устройството в посока на по-малка сила. Решетъчните пръти се нарязват нормално спрямо оста на пръта; За големи пръти може да се позволи рязане под наклон, за да се намали размерът на втулките. За да се намалят напреженията при заваряване в клиновете, решетъчните пръти не се довеждат до коланите на разстояние, равно на ≥ шест пъти дебелината на клиновете, но не повече от 80 mm. Между краищата на съединените елементи на кордите на фермата, положени с наслагвания, се оставя празнина от най-малко 50 mm.

Дебелината на клиновете се избира в зависимост от текущите сили (Таблица 7.2). Ако има значителна разлика в силите в решетъчните пръти, могат да се приемат две дебелини в рамките на изпращащия елемент. Допустимата разлика в дебелината на клиновете в съседните модули е 2 mm.

Размерите на клиновете се определят от необходимата дължина на шевовете за закрепване на елементите. Необходимо е да се стремим към най-простите очертания на клиновете, за да се опрости тяхното производство и да се намали броят на гарнитурите.

Фермите с обхват от 18 - 36 m са разделени на два изпращащи елемента с разширени фуги в средните възли. За по-лесно сглобяване и производство е препоръчително да се проектира така, че дясната и лявата полуферма да са взаимозаменяеми.

Фермата е система от пръти, свързани помежду си във възли и образуващи геометрично непроменлива структура. Фермите могат да бъдат плоски (всички пръти лежат в една и съща равнина) и пространствени.

Апартаментфермите (фиг. а) могат да възприемат натоварване, приложено само в тяхната равнина, и трябва да бъдат обезопасени от тяхната равнина с връзки или други елементи. Пространствените ферми (фиг. b, c) образуват твърда пространствена греда, способна да поема натоварвания, действащи във всяка посока. Всяка страна на такава греда е плоска ферма. Пример за космически лъч е конструкция на кула (фиг. d).

Ориз. Плоски (а) и пространствени (б, в, г) ферми

30. Ферми от сдвоени ъгли

В ферми с пръти, направени от два ъгъла, сглобени от марка, възлите са проектирани върху клинове, които са вмъкнати между ъглите. Решетъчните пръти са прикрепени към клина със странични шевове (фиг. а).

Силата в елемента се разпределя между шевовете по задната част и крака на ъгъла обратно пропорционално на техните разстояния до оста на пръта:

където b - ширина на ъглов рафт;

z 0 - разстоянието от центъра на тежестта на ъгъла до задната част.

а – закрепване на скобата към клина; b – междинен възел;

c, d – опора на греди и плочи

Фигура - Възли на ферми от сдвоени ъгли

За валцувани ъгли при практически изчисления стойностите на коефициентите a 1 и a 2 могат да бъдат взети от таблицата.

За да се намали концентрацията на напрежението, краищата на страничните заварки се извеждат към краищата на пръта с 20 mm (фиг. а). Препоръчително е да прикрепите клинове към колана, като използвате непрекъснати шевове с минимална дебелина. Клиновете излизат извън ръбовете на ъглите на талията с 10...15 mm (фиг.б). Шевовете, закрепващи клина към колана, при липса на възлови натоварвания, се изчисляват върху разликата в силите в съседните панели на колана (фиг.b) N = N 2 – N 1. В мястото, където греди или покривни плочи лежат на горния пояс (фиг. в), клиновете не се довеждат до челните части на ъглите на кръста с 10...15 mm.

За закрепване на греди към горната част на фермата е заварен ъгъл с отвори за болтове. В местата, където се поддържат едропанелни плочи, ако дебелината на ъглите на пояса е по-малка от 10 mm при стъпка на фермите 6 m и по-малка от 14 mm при стъпка на фермите 12 m, горната част на фермите се подсилва с наслагвания t = 12 mm за предотвратяване на огъване на рафтовете. За да избегнете отслабване на участъка на горния пояс, не заварявайте облицовките с напречни шевове.

Ако към модула е приложено концентрирано натоварване (фиг. c), тогава шевовете, закрепващи клина към колана, са проектирани за комбинирано действие на надлъжна сила (от разликата в силите в коланите) и концентрирано натоварване. Обикновено силата F се предава на секциите на шева л 1 и л 2. Напрежение в шевовете от това усилие ; (1)

от надлъжна сила

където S л w е общата дължина на шевовете за закрепване на колана към клина.

Силата на шева се проверява за комбинирано действие на силите по формулата

При изчисляване на възлите обикновено се посочва k f и се определя необходимата дължина на шева.

Фермите с триъгълна решетка трябва да бъдат проектирани в правоъгълна форма, а с диагонална решетка - под формата на правоъгълен трапец.

За да се осигури плавно предаване на силата и да се намали концентрацията на напрежението, ъгълът между ръба на клина и решетъчния елемент трябва да бъде най-малко 15°. Съединенията на ремъците трябва да бъдат покрити с наслагвания, направени от ъгли (фиг.а) (с еднаква дебелина на ремъците) или листове (фиг.б). За да се гарантира, че ъглите работят заедно, те са свързани с уплътнения. Разстоянието между уплътненията трябва да бъде не повече от 40 i за компресирани елементи и 80 i за опънати, където i е радиусът на инерция на един ъгъл спрямо оста, успоредна на уплътнението. В този случай в компресираните елементи се поставят най-малко две уплътнения.

o - с ъглови подложки, б -с листови наслагвания

Ориз. - Възли на ферми с промяна в секцията на колана:

Конструкцията на носещите елементи зависи от вида на опорите (метални или стоманобетонни колони, тухлени стени и др.) И метода на свързване (твърд или шарнирен).

Когато фермите са свободно поддържани върху подлежащата конструкция, опорният възел е показан на фиг. Натискът на фермата F R се предава през плочата към опората. Площта Apl се определя от носещата способност на опорния материал: , (7.9)

където R op е изчисленото съпротивление на натиск на опорния материал.

Основната плоча е прикрепена към опората с анкерни болтове. Подпорният възел е конструиран по подобен начин при поддържане на фермата на нивото на горния пояс (фиг. b).

В случай на шарнирно свързване, най-простият е да поддържате фермата на колоната отгоре с помощта на допълнителна стойка (патела) (виж фигурата).

Налягането на опората на фермата се прехвърля от фланеца на опората на фермата през фрезованите повърхности към носещата плоча на колоната. За ясна опора опорният фланец излиза на 10...20 mm под клина на носещия възел. Площта на края на фланеца се определя от състоянието на срутване: А³F R / R p ,

където Rp - проектна устойчивост на стоманата срещу смачкване на крайната повърхност (ако има прилягане).

Фигура - Свободна опора на фермата Фиг. – Опиране на фермата на колоната отгоре

Горният пояс на фермата е структурно прикрепен към клина на супраколоната с болтове с груба или нормална точност (клас на точност C или B). За да се гарантира, че възелът не може да поема сили от опорния момент и осигурява шарнирна връзка на интерфейса, отворите в клиновете са направени с 5...6 mm по-големи от диаметъра на болтовете.

За да се проектира твърд интерфейс на ферма-колона, е необходимо да се прикрепи фермата към колоната отстрани (фиг.). При твърдо свързване, в допълнение към опорното налягане F R, възниква момент M във възела. Тези сили се предават отделно.

Опорното налягане F R се предава на опорната маса. Носещата маса се изработва от лист t=30...40 mm или с малък опорен натиск (F R ≤200...250 kN) от ъгли с нарязан фланец. Опорният фланец е прикрепен към фланеца на колоната с болтове с груба или нормална точност, които се поставят в отвори с 3...4 mm по-големи от диаметъра на болтовете, така че да не могат да поемат опорната реакция на фермата в случай, че на хлабава опора на фланеца върху опорната маса.

Ориз. - Свързване на фермата към колоната отстрани

Моментът се разлага на двойка сили N = M / h op, които се предават на горния и долния пояс на фермата. В повечето случаи опорният момент е със знак минус, т.е. насочен обратно на часовниковата стрелка. В този случай силата N притиска фланеца на долния пояс към колоната. Напреженията на контактната повърхност са малки и не се нуждаят от проверка. Болтовете се монтират конструктивно (обикновено 8 болта с диаметър 20...24 mm). Ако възникне положителен момент в опорния възел, тогава силата издърпва фланеца от колоната и болтовете трябва да се проверят за напрежение.

СТОМАНЕНА КОЛОНА

СГРАДИ И КОНСТРУКЦИИ

Централно компресираните колони се използват за поддържане на междуетажни подове и покрития на сгради, работни площадки и надлези. Конструкцията на колоната се състои от самия прът и поддържащи устройства - главата и основата. Надлежащите строителни конструкции, които директно натоварват колоната, почиват върху главата, прътът на колоната предава натоварването от главата към основата и е основният конструктивен елемент, а основата прехвърля цялото получено натоварване от пръта към основата.

Типове колони

Има три вида колони, използвани в строителните рамки:

— колони с постоянно напречно сечение;

— колони с променливо сечение (стъпаловидно);

— колони от отделен тип.

Колони с постоянно сечениеизползвани в безкранови сгради и в сгради с възможност за използване на надземни и мостови електрически повдигащи механизми с товароподемност до 20 тона, като правило, с полезна височина от нивото на пода до дъното на фермите не повече от 12 м.

При използване на кранове с товароподемност над 15 тона, стъпаловидни колонисъстоящ се от две части, горната част обикновено е заварена или валцована I-греда, долната част се състои от палатка и кранов клон, които са свързани помежду си или чрез връзки под формата на плътен лист, или чрез решетка от горещо валцувани винкели.

Колоните от отделен тип се използват в сгради с кранове с товароподемност над 150 тона и височина 15-20 m. Подпорите на палатката и крана в този дизайн са свързани помежду си чрез поредица от хоризонтални летви, които са гъвкави във вертикалната равнина, поради което възприемането на товара е разделено, подпората на крана получава само вертикалната сила от мостовия кран и клонът на палатката събира всички товари от рамката и покритието на сградата.

Секции на колони

Колонните пръти са направени от единични I-образни греди с широк фланец или са съставени от няколко валцовани профила; композитните пръти са разделени на проходни и твърди. Проходните, от своя страна, се делят на неукрепени, решетъчни и перфорирани.

Плътни колонинай-често те са заварени или валцовани I-лъчи с широк фланец, където заварената опция има предимство поради възможността за избор на оптимално напречно сечение, за да се осигури необходимата твърдост в колоната, като същевременно се пести материал. Доста лесни за производство са напречните колони, които са еднакво стабилни в две посоки. При същите размери напречното сечение превъзхожда I-лъча поради по-голяма твърдост. Плътните колони също включват колони със затворено сечение, които могат да бъдат съставени от сдвоени валцовани канали, огънати електрозаварени профили или кръгли тръби. Съществен недостатък на тази опция е недостъпността на вътрешната повърхност за поддръжка, което може да доведе до бързо корозионно износване. .

Чрез колони –Типичният конструктивен дизайн се състои от два клона (направени от канали, I-греди или тръби), свързани помежду си с решетки, осигуряващи съвместната работа на клоновете на колонния прът. Решетъчните системи се използват от подпори, подпори и подпори, а типът без подпори под формата на дъски. Колонната решетка обикновено се поставя в две равнини и се изработва от единични ъгли, като се предпочита безформена връзка, със закрепване директно към рафтовете на прътовите клони. За да се предотврати усукване на такива колони и да се поддържа техният контур, в краищата са монтирани диафрагми.

Части и възли на колони

Глави на колони. Има две конструктивни решения за поддържане на ферми и напречни греди върху колони, с шарнирно свободно свързване - гредите обикновено се монтират отгоре, с шарнирни и твърди връзки те се закрепват отстрани.

При горна връзка главата на колоната се състои от основна плоча и усилващи елементи, които пренасят натоварването върху тялото на колоната. Ребрата на главата са заварени към плочата и клоните на колоната с проходен прът или към стените на колоната с плътен прът. Височината и дебелината на ребрата се определят въз основа на необходимата дължина на заваръчните шевове, които трябва да издържат на пълния натиск върху главата и устойчивостта на срутване под въздействието на опорния натиск. За да се компенсира изкривяването на свързващите фланци, придавайки допълнителна стабилност и твърдост на вертикалните ребра, те, ако е необходимо, са рамкирани с напречни ребра. Основната плоча обикновено е рендосана плоча с дебелина 20...30mm, за леки колони 12...30mm, размерът на контура на плочата в план се определя да бъде по-голям от контура на колоната с 15...20mm .

При странично закрепване опорната реакция се предава през носещото ребро на съседната греда към маса, заварена към подовете на колоните. Краят на опорното ребро на гредата и масата се фрезоват, като дебелината на масата се приема с 20...40 mm по-голяма от дебелината на опорното ребро.

Колонна основаса носещата част на колоната и служат за предаване на сила от колоната към фундамента. Конструктивното решение на основата зависи от вида и височината на напречното сечение на пръта, метода на свързване с основата и метода на монтаж на колоните. Делят се на общи и отделни основи, които могат да бъдат без траверси, с общи или отделни траверси, едностенни или двустенни. Основните размери на основната плоча се определят в зависимост от вида на основите и изчисленията на огъване. Отворите за анкерните болтове се полагат с 20...30 mm по-големи от техния диаметър, напрежението се извършва чрез шайби, които след това се заваряват към плочата. За да се осигури твърдостта на основата и да се намали дебелината на опората, се монтират траверси, ребра и диафрагми, но поради това основата с траверси е по-голяма по размер в сравнение с тази без траверси. Основите на проходните колони обикновено са проектирани от отделен тип, всеки клон има своя собствена натоварена основа. Въпреки това, ако височината на секцията на колоната е по-малка от 1 m, е допустимо да се използва обща основа, както при масивните колони, разгледани по-горе.

КонзолиИзползват се за поддържане на кранови греди на колони с постоянно напречно сечение; при необходимост от предаване на големи усилия се използват двустенни.

При свободно свързване гредите се поставят върху колоната, което осигурява лесен монтаж.

Ориз. Глави на колони при поддържане на греди отгоре

Ребрата на главата са заварени към основната плоча и към клоните на колоната с проходен прът или към стената на колоната с плътен прът. Шевовете, прикрепващи реброто на главата към плочата, трябва да издържат на пълния натиск върху главата. Проверете ги с помощта на формулата

. (8)

. (9)

Дебелината на реброто на главата се определя от състоянието на устойчивост на смачкване при пълен опорен натиск

, (10)

След като определите дебелината на реброто, трябва да го проверите за срязване по формулата:

. (11)

Дебелината на основната плоча се приема конструктивно в рамките на 20-25 mm.

Ориз. Опиране на греда на колона отстрани

Препоръчително е да заварявате масата към колоната от три страни.

Лекция 13

Ферми. Обща характеристика и класификация

Ориз. Плоски (а) и пространствени (б, в, г) ферми

Основните елементи на фермите са коланите, които образуват контура на фермата, и решетка, състояща се от скоби и стълбове (фиг.).

1 - горен колан; 2 - долен колан; 3 - брекети; 4 - багажник

Ориз. Елементи на ферми

Разстоянието между възлите на колана се нарича панел ( д ), разстояние между опорите - обхват ( л ), разстоянието между осите (или външните ръбове) на хордите е височината на фермата ( h f).

Кордите на фермите действат главно върху надлъжни сили и момент (подобно на кордите на плътни греди); решетката на фермата поема главно страничната сила.

Връзките на елементи във възли се извършват чрез директно свързване на един елемент към друг (фиг. а) или чрез използване на възлови клинове (фиг. б) . За да могат прътите на фермата да работят главно върху аксиални сили и влиянието на моментите може да бъде пренебрегнато, елементите на фермата са центрирани по оси, минаващи през центровете на тежестта.

а – когато решетъчните елементи са непосредствено до колана;

b – при свързване на елементи с клин

Ориз. Възли на ферми

Фермите се класифицират според статичната диаграма, очертанията на хордите, решетъчната система, метода на свързване на елементи в възли и количеството сила в елементите. Според статичната схема Има ферми (фиг.): греди (разцепени, непрекъснати, конзолни), сводести, рамкови и въжени.

Разделени гредисистеми (фиг. а) се използват при изграждане на покрития и мостове. Те са лесни за производство и монтаж, не изискват инсталиране на сложни опорни възли, но са много металоемки. При големи разстояния (повече от 40 m) разделените ферми се оказват извънгабаритни и трябва да бъдат сглобени от отделни елементи по време на монтажа. Когато броят на припокриващите се участъци е два или повече, използвайте непрекъснато ферми (фиг. б). Те са по-икономични по отношение на потреблението на метал и имат по-голяма твърдост, което позволява да се намали тяхната височина. Но когато опорите се утаят, в непрекъснатите ферми възникват допълнителни сили, така че не се препоръчва използването им върху фундаменти със слабо слягане. Освен това инсталирането на такива конструкции е сложно.

а - разделен лъч; 6 - непрекъсната греда; c, e - конзола;

g - рамка; d - сводест; g - въжени; z - комбиниран :

Ориз. Рафтови системи

Конзолафермите (фиг. c, e) се използват за навеси, кули и опори за въздушни електропроводи. Кадър системите (фиг. д) са икономични при потреблението на стомана, имат по-малки размери, но са по-сложни по време на монтаж. Използването им е рационално за сгради с голям обхват. Приложение сводест системи (фиг. д), въпреки че спестяват стомана, водят до увеличаване на обема на помещението и повърхността на ограждащите конструкции. Използването им е причинено главно от архитектурни изисквания. IN въжени ферми (фиг. g) всички пръти работят само на опън и могат да бъдат направени от гъвкави елементи, като стоманени кабели. Напрежението на всички елементи на такива ферми се постига чрез избор на очертанията на хордите и решетката, както и чрез създаване на предварително напрежение. Работата само при напрежение ви позволява да използвате напълно високоякостните свойства на стоманата, тъй като проблемите със стабилността са елиминирани. Въжените ферми са рационални за подове с дълги разстояния и мостове. Използват се и комбинирани системи, състоящи се от греда, подсилена отдолу със шпренгел или скоби или отгоре с арка (фиг. з). Тези системи са лесни за производство (поради по-малкия брой елементи) и са ефективни при тежки конструкции, както и при конструкции с подвижни товари. Много е ефективно да се използват комбинирани системи при укрепване на конструкции, например подсилване на греда, ако нейната носеща способност е недостатъчна, с ферма или подпори.

Зависи от очертания на колани фермите са разделени на сегментни, многоъгълни, трапецовидни, с успоредни колани и триъгълни (фиг.).

Най-икономичният по отношение на потреблението на стомана е ферма, очертана според моментна диаграма. За система от греди с един участък с равномерно разпределено натоварване това е сегментен ферма с параболичен пояс (фиг. а ). Въпреки това, криволинейното очертание на колана увеличава сложността на производството, така че такива ферми практически не се използват в момента.

По-приемливо е многоъгълна контур (фиг. b) с фрактура на колана във всеки възел. Той съответства доста близо на параболичния контур на моментната диаграма и не изисква производството на криволинейни елементи. Такива ферми понякога се използват за покриване на големи участъци и в мостове.

а - сегментен; б - многоъгълна; c - трапец; g - с успоредни колани; d, f, g, i - триъгълни

Ориз. Очертания на колани за ферми:

Ферми трапецовидна очертанията (фиг. c) имат дизайнерски предимства главно поради опростяването на възлите. В допълнение, използването на такива ферми в покритието прави възможно конструирането на твърд рамков възел, което увеличава твърдостта на рамката.

Ферми с паралелни колани (Фиг. d) имат равни дължини на решетъчните елементи, еднакво разположение на възлите, най-голямата повторяемост на елементите и частите и възможността за тяхното обединяване, което допринася за индустриализацията на тяхното производство.

Ферми триъгълна очертанията (фиг. e, f, g, i) са рационални за конзолни системи, както и за системи с греди с концентрирано натоварване в средата на участъка (гредови ферми). При разпределено натоварване триъгълните ферми имат увеличена консумация на метал. Освен това те имат редица недостатъци в дизайна. Острият опорен възел е сложен и позволява само шарнирно свързване с колоните. Средните скоби се оказват изключително дълги и тяхното напречно сечение трябва да бъде избрано за максимална гъвкавост, което води до прекомерна консумация на метал.

Според метода на свързване на елементиВъв възлите фермите са разделени на заварени и болтови. В конструкции, произведени преди 50-те години, се използват и занитени съединения. Основните видове ферми са заварени. Болтови връзки, като правило, с високоякостни болтове се използват в монтажни единици.

По големина на максималното усилиеконвенционално разграничават леките ферми със секции от елементи, изработени от прости валцовани или огънати профили (със сили в прътите н< 3000 kN) и тежки ферми с композитни секционни елементи (Н> 3000 kN).

Ефективността на фермите може да се увеличи чрез предварителното им напрягане.

Фермови решетъчни системи

Решетъчните системи, използвани в ферми, са показани на фиг.

а - триъгълна; б - триъгълна със стелажи; c, d - диагонал; d - закрепен; д - кръст; g - кръст; и - ромбичен; k - полудиагонал

Ориз. Фермови решетъчни системи

Изборът на тип решетка зависи от модела на прилагане на натоварването, очертанията на хордите и изискванията за проектиране. За да се осигури компактност на възлите, препоръчително е ъгълът между скобите и колана да бъде в диапазона 30...50 0.

Триъгълна системарешетка (фиг. а) има най-малка обща дължина на елементите и най-малък брой възли. Има ферми с възходящИ надолуопорни скоби.

На места, където се прилагат концентрирани натоварвания (например на места, където се поддържат покривни греди), могат да се монтират допълнителни стелажи или закачалки (фиг. b). Тези стелажи също служат за намаляване на очакваната дължина на колана. Стелажите и окачванията работят само при локални натоварвания.

Недостатъкът на триъгълната решетка е наличието на дълги компресирани скоби, което изисква допълнителна консумация на стомана, за да се осигури тяхната стабилност.

IN диагонал в решетката (фиг. c, d) всички скоби имат сили от един знак, а стълбовете имат друг знак. Диагоналната решетка е по-интензивна за метал и труд в сравнение с триъгълна решетка, тъй като общата дължина на елементите на решетката е по-голяма и има повече възли в нея. Използването на диагонална решетка е препоръчително при ниски височини на фермите и големи възлови натоварвания.

Шпренгельнаярешетката (фиг. д) се използва за извънвъзлово прилагане на концентрирани натоварвания към горния пояс, както и когато е необходимо да се намали очакваната дължина на колана. Това е по-трудоемко, но може да намали потреблението на стомана.

кръстрешетката (фиг. д) се използва, когато има натоварване на фермата както в едната, така и в другата посока (например натоварване от вятър). Във ферми с колани, изработени от марки, можете да използвате кръст решетка (фиг. g) от единични ъгли със скоби, прикрепени директно към стената на тройника.

РомбиченИ полудиагонал решетките (фиг. i, j) поради две системи от скоби имат голяма твърдост; Тези системи се използват в мостове, кули, мачти и връзки за намаляване на проектната дължина на прътите.

Видове профили на ферми

По отношение на потреблението на стомана за компресирани пръти, най-ефективната е тънкостенна тръбна секция (фиг. а). Кръглата тръба има най-благоприятното разпределение на материала спрямо центъра на тежестта за компресирани елементи и с площ на напречното сечение, равна на другите профили, има най-големия радиус на въртене (i ≈ 0,355d), еднакъв във всички посоки , което прави възможно получаването на прът с най-малка гъвкавост. Използването на тръби в ферми позволява спестяване на стомана до 20...25%.

Ориз. Видове сечения на елементи от леки форми

Голямото предимство на кръглите тръби е добрата рационализация. Благодарение на това налягането на вятъра върху тях е по-малко, което е особено важно за високи открити конструкции (кули, мачти, кранове). Тръбите задържат малко скреж и влага, така че са по-устойчиви на корозия и са лесни за почистване и боядисване. Всичко това увеличава издръжливостта на тръбните конструкции. За да се предотврати корозия, вътрешните кухини на тръбата трябва да бъдат запечатани.

Правоъгълните огънато-затворени секции (фиг. b) позволяват да се опростят съединенията на елементите. Фермите, изработени от огънати затворени профили с елементи без фаски, изискват висока производствена прецизност и могат да бъдат произведени само в специализирани фабрики.

Доскоро леките ферми бяха проектирани главно от два ъгъла (фиг. c, d, e, f). Такива секции имат широк диапазон от площи и са удобни за изграждане на фуги на клинове и закрепване на конструкции, съседни на ферми (греди, покривни панели, връзки). Значителен недостатък на тази дизайнерска форма е; голям брой елементи с различни стандартни размери, значителна консумация на метал за фитинги и уплътнения, висока трудоемкост на производството и наличие на празнини между ъглите, което насърчава корозията. Пръти с напречно сечение от два ъгъла, образувани от тройник, не са ефективни при работа на компресия.

С относително малка сила фермовите пръти могат да бъдат направени от единични ъгли (фиг. g). Тази секция е по-лесна за производство, особено с неоформени единици, тъй като има по-малко монтажни части и няма затворени празнини за почистване и боядисване.

Използването на t-образни пръти за колани за ферми (фиг. i) позволява значително опростяване на възлите. В такава ферма ъглите на скобите и стелажите могат да бъдат заварени директно към стената на тройника без клинове. Това намалява наполовина броя на монтажните части и намалява трудоемкостта на производството:

Ако коланът на фермата работи, в допълнение към аксиалната сила, също и при огъване (с екстранодално прехвърляне на натоварване), участък от I-лъч или два канала е рационален (фиг. j, l).

Доста често секциите на елементите на фермата се вземат от различни видове профили: колани, изработени от I-греди, решетка, изработена от извити затворени профили, или колани, изработени от Т-образни пръти, решетка, изработена от сдвоени или единични ъгли. Това комбинирано решение се оказва по-рационално.

Компресираните елементи на фермата трябва да бъдат проектирани да бъдат еднакво стабилни в две взаимно перпендикулярни посоки. Със същите дизайнерски дължини л x = л y профили, изработени от кръгли тръби и квадратни огънато-затворени профили отговарят на това условие.

В ферми, направени от сдвоени ъгли, подобни радиуси на инерция (i x ≈ i y) имат неравни ъгли, поставени заедно в големи рафтове (фиг. d). Ако очакваната дължина в равнината на фермата е два пъти по-малка, отколкото от равнината (например при наличие на ферма), участък от неравни ъгли, събрани от малки фланци (фиг. д), е рационален, тъй като в този случай i y ≈ 2i x.

Пръчките на тежките ферми се различават от леките по това, че имат по-мощни и развити секции, съставени от няколко елемента (фиг.).

Ориз. Видове сечения от тежки фермови елементи

Определяне на проектната дължина на греди

Товароносимостта на компресираните елементи зависи от тяхната проектна дължина:

л ef = μ× л, (1)

Където ц -коефициент на намаляване на дължината, в зависимост от метода на закрепване на краищата на пръта;

л- геометрична дължина на пръта (разстоянието между центровете на възлите или точките на закрепване срещу изместване).

Ние не знаем предварително в каква посока ще се огъне прътът при загуба на стабилност: в равнината на фермата или в перпендикулярна посока. Следователно за компресираните елементи е необходимо да се знаят проектните дължини и да се провери стабилността в двете посоки. Гъвкавите опънати пръти могат да се провиснат под собственото си тегло, лесно се повреждат по време на транспортиране и монтаж, а при динамични натоварвания могат да вибрират, така че тяхната гъвкавост е ограничена. За да проверите гъвкавостта, е необходимо да знаете изчислената дължина на опънатите пръти.

Използвайки примера на фермена ферма на промишлена сграда с фенер (фиг.), Ще разгледаме методите за определяне на очакваните дължини. Възможна кривина на кордите на фермата по време на загуба на стабилност в нейната равнина може да възникне между възлите (фиг. а).

Следователно изчислената дължина на хордата в равнината на фермата е равна на разстоянието между центровете на възлите (μ = 1). Формата на изкълчване от равнината на фермата зависи от точките, в които коланът е осигурен срещу изместване. Ако твърди метални или стоманобетонни панели са положени по протежение на горния пояс, заварени или завинтени към колана, тогава ширината на тези панели (обикновено равна на разстоянието между възлите) определя очакваната дължина на колана. Ако като покривно покритие се използва профилирана настилка, прикрепена директно към лентата, тогава лентата се осигурява срещу загуба на стабилност по цялата си дължина. При покриви по греди, очакваната дължина на хордата от равнината на фермата е равна на разстоянието между греди, осигурени срещу изместване в хоризонталната равнина. Ако гредите не са закрепени с връзки, тогава те не могат да предотвратят движението на обшивката на фермата и очакваната дължина на обшивката ще бъде равна на целия обхват на фермата. За да могат греди да закрепят колана, е необходимо да се монтират хоризонтални връзки (фиг. b) и да се свържат греди към тях. В зоната на покритието под фенера трябва да се поставят дистанционери.

А - деформация на горния пояс по време на загуба на стабилност в равнината на фермата; b, c - същото, от равнината на фермата; d - деформация на решетката

Ориз. За определяне на проектните дължини на елементите на фермата

По този начин изчислената дължина на хордата от равнината на фермата обикновено е равна на разстоянието между точките, осигурени срещу изместване. Елементите, които закрепват колана, могат да бъдат покривни панели, греди, връзки и подпори. По време на монтажния процес, когато покривните елементи все още не са монтирани за закрепване на фермата, могат да се използват временни връзки или дистанционни елементи от тяхната равнина.

При определяне на проектната дължина на решетъчните елементи може да се вземе предвид твърдостта на възлите. Когато стабилността се загуби, компресираният елемент има тенденция да завърти възела (фиг.d). Пръчките, съседни на този възел, издържат на огъване. Най-голямата устойчивост на въртене на възел се осигурява от опънати пръти, тъй като тяхната деформация от огъване води до намаляване на разстоянието между възлите, докато поради основната сила това разстояние трябва да се увеличи. Компресираните пръти слабо се съпротивляват на огъване, тъй като деформациите от въртене и аксиална сила са насочени в една посока и освен това самите те могат да загубят стабилност. По този начин колкото по-разтегнати пръти са в съседство с възела и толкова по-мощни са, т.е. колкото по-голяма е тяхната линейна коравина, толкова по-голяма е степента на прищипване на въпросния прът и толкова по-къса е проектната му дължина. Ефектът на компресираните пръти върху прищипването може да бъде пренебрегнат.

Компресираният колан е слабо притиснат в възлите, тъй като линейната коравина на елементите на опъната решетка, съседни на възела, е ниска. Следователно, когато определяхме очакваната дължина на коланите, не взехме предвид твърдостта на възлите. Същото важи и за опорни скоби и стелажи. При тях проектните дължини, както при коланите, са равни на геометричната дължина, т.е. разстоянието между центровете на възлите.

За други елементи на решетката се приема следната схема. В възлите на горния хорд повечето от елементите са компресирани и степента на прищипване е малка. Тези възли могат да се считат за шарнирни. В възлите на долния хорд повечето от елементите, събиращи се във възела, са опънати. Тези възли са еластично захванати.

Степента на прищипване зависи не само от знака на силите на прътите, съседни на компресирания елемент, но и от конструкцията на устройството. Ако има клин, който затяга възела, прищипването е по-голямо, следователно, според стандартите, в ферми с клинове на възел (например от сдвоени ъгли), очакваната дължина в равнината на фермата е 0,8 × л, и в ферми с елементи, допрени от край до край, без възлови клинове - 0,9 × л .

В случай на загуба на стабилност от равнината на фермата, степента на прищипване зависи от твърдостта на усукване на хордите. Втулките са гъвкави от тяхната равнина и могат да се разглеждат като листови панти. Следователно, в ферми с възли на клинове, очакваната дължина на решетъчните елементи е равна на разстоянието между възлите л 1 . В ферми с хорди, изработени от затворени профили (кръгли или правоъгълни тръби) с висока устойчивост на усукване, коефициентът на намаляване на проектната дължина може да се приеме равен на 0,9.

Таблицата показва изчислените дължини на елементите за най-често срещаните случаи на плоски ферми.

Таблица - Проектни дължини на елементите на фермата

Забележка. л-геометрична дължина на елемента (разстоянието между центровете на възлите); л 1 - разстоянието между центровете на възлите, осигурени срещу изместване от равнината на фермата (корпуси на ферми, скоби, покривни плочи и др.).

Избор на напречни сечения за натиснати и опънати елементи

Избор на напречно сечение на компресирани елементи

Изборът на секции от компресирани елементи на фермата започва с определяне на необходимата площ от условието за стабилност

, (2)

1) Условно може да се приеме, че за коланите на леките ферми l = 60 - 90 и за решетката l = 100 - 120. По-големи стойности на гъвкавост се получават с по-малко усилия.

2) Въз основа на необходимата площ се избира подходящ профил от асортимента, определят се неговите действителни геометрични характеристики A, i x, i y.

3) Намерете l x = l x /i x и l y = л y /i y , За по-голяма гъвкавост е посочен коефициентът j.

4) Направете проверка на стабилността, като използвате формула (2).

Ако гъвкавостта на пръта е била предварително зададена неправилно и тестът е показал пренапрежение или значително (повече от 5-10%) недостатъчно напрежение, тогава секцията се коригира, като се вземе междинна стойност между предварително зададената и действителната стойност на гъвкавостта. Обикновено вторият подход постига целта си.

Забележка.Локалната стабилност на компресираните елементи, изработени от валцувани профили, може да се счита за осигурена, тъй като условията на валцуване определят дебелината на фланците и стените на профилите да бъдат по-големи от изискваната от условията на стабилност.

Когато избирате вида на профилите, трябва да запомните, че рационалното сечение е това, което има еднаква гъвкавост както в равнината, така и от равнината на фермата (принципът на еднаква стабилност), следователно, когато задавате профили, трябва да обърнете внимание на съотношението на ефективните дължини. Например, ако проектираме ферма от ъгли и изчислените дължини на елемента в равнината и от равнината са еднакви, тогава е рационално да изберете неравни ъгли и да ги поставите заедно в големи рафтове, тъй като в този случай i x ≈ i y и кога л x = л y λ x ≈ λ y . Ако изчислената дължина е извън равнината л y е два пъти проектната дължина в равнината л x (например горния пояс в зоната под фенера), тогава по-рационален участък би бил участък от два неравни ъгъла, поставени заедно с малки рафтове, тъй като в този случай i x ≈ 0,5×i y и при лх =0,5× л y λ x ≈ λ y . За решетъчни елементи при лх =0,8× л y най-рационално би било сечение от равни ъгли. За кордите на фермата е по-добре да се проектира секция от неравни ъгли, поставени заедно с по-малки фланци, за да се осигури по-голяма твърдост от равнината при повдигане на фермата.

Избор на сечението на елементите на опън

Необходимата площ на напречното сечение на опънатия прът на фермата се определя от формулата

. (3)

След това според асортимента се избира профилът с най-близката по-голяма площ. В този случай не се изисква проверка на приетото напречно сечение.

Избор на напречно сечение на пръта за максимална гъвкавост

Елементите на фермите обикновено трябва да бъдат проектирани от твърди пръти. Твърдостта е особено важна за компресирани елементи, чието гранично състояние се определя от загуба на стабилност. Следователно, за компресирани елементи на ферма, SNiP установява изисквания за максимална гъвкавост, които са по-строги, отколкото в чуждестранни нормативни документи. Максималната гъвкавост за компресирани елементи на ферми и връзки зависи от предназначението на пръта и степента на неговото натоварване: , където N - проектна сила, j×R y ×g c - носимоспособност.

Опъващите щанги също не трябва да са твърде гъвкави, особено когато са подложени на динамични натоварвания. При статични натоварвания гъвкавостта на елементите на опън е ограничена само във вертикалната равнина. Ако опънатите елементи са предварително напрегнати, тяхната гъвкавост не е ограничена.

Редица леки фермови пръти имат ниски сили и следователно ниски напрежения. Напречните сечения на тези пръти са избрани за максимална гъвкавост. Такива пръти обикновено включват допълнителни стълбове в триъгълна решетка, скоби в средните панели на ферми, укрепващи елементи и др.

Познаване на очакваната дължина на пръта л ef и стойността на максималната гъвкавост l pr, ние определяме необходимия радиус на въртене i tr = л ef/l tr. Въз основа на него в асортимента избираме секцията, която е с най-малка площ.