4. ПОДБОР СЕЧЕНИИ СТЕРЖНЕЙ ФЕРМ

Стропильные и подстропильные фермы для покрытий проектируются большей частью с тавровыми сечениями из парных уголков. Такие сечения очень удобны в конструктивном отношении, обеспечивая простое соединение стержней в узлах (см. рис. IX.2, а). Кроме этого, комбинируя типы уголков (равнопо-лочные или неравнополочные) и их соединение в сечении (большими или малыми полками в сторону), можно конструировать стержни с различным радиусом инерции Гх и Гу. Это позволяет при различной расчетной длине 1х и 1у в плоскости и из плоскости фермы отдельных ее элементов подобрать наиболее экономичные, равноустойчивые (с .одинаковой гибкостью Хх и Ху) в обоих направлениях сечения.

В табл. IX.3 приведены различные сечения из уголков и даны соотношения их радиусов инерции.

ТАБЛИЦА IX.3

СООТНОШЕНИЕ РАДИУСОВ ИНЕРЦИИ СЕЧЕНИИ ИЗ УГОЛКОВ

Состав сечеиия

1"

Соотношение радиусов инерции

Гд:»0,8Лу

гх « 0,85л

Верхние пояса ферм раскрепляют из плоскости прогонами или плитами покрытия в каждом узле, и тогда расчетные длины будут lx=iy, или через узел (например, на участке под фонарем, рис. IX.15, в), и тогда соотношение расчетных длин станет 1у=21х. В первом случае наиболее экономичным было бы сечение пояса из двух неравнополочных уголков, поставленных малыми полками в сторону (гхГу). Однако такое сечение применяется редко, так как из-за небольшой ширины пояса фермы она неудобна при транспортировании и монтаже. По этим соображениям при 1х = 1у чаще применяют сечение верхнего пояса из двух равнополочных уголков. При расчетной длине пояса из плоскости фермы вдвое большей, чем в плоскости 1у = 21х, наиболее рационально сечение из неравнополочных уголков, поставленных большими полками в сторону (Гу = 2гх).

Нижние пояса ферм работают на растяжение. Соотношение расчетных длин не влияет на их прочность, а только на предельную гибкость. Поэтому наиболее рациональным из условия

транспортирования и монтажа будет широкое сечение из неравнополочных уголков, поставленных большими полками в сторону.

Опорные раскосы имеют одинаковую расчетную длину в плоскости и из плоскости фермы {1=1у) Поэтому лучшее для них сечение из неравнополочных уголков, поставленных малыми полками в сторону {ГхГу).

Промежуточные раскосы и стойки при сжимаюших усилиях проектируют из равнополочных уголков (г;« 0,8 Гу), что хорошо соответствует соотношению их расчетных длин в плоскости и из плоскости фермы (=0,8/). Растянутые элементы решетки могут приниматься и из неравнополочных уголков, если можно подобрать их сечение с меньшей площадью. Стойки ферм, к которым примыкают связевые элементы, часто проектируют крестового сечения. В этом случае их гибкость определяется наибольшей расчетной длиной {1у из плоскости фермы) и минимальным радиусом инерции г,.

Для вспомогательных элементов решетки (шпренгелей) иногда принимают сечения из одиночных уголков. В этом случае их гибкость также определяется большей расчетной длиной и минимальным радиусом инерции. Наибольший неравнополоч-ный уголок 250X160X20 имеет площадь сечения 78,5 см, поэтому при очень больших усилиях в стержнях приходится для всех элементов применять равнополочные уголки, площадь сечения которых больше и достигает 142 см (для уголка 250X30).

Для ферм из труб диаметр труб поясов рекомендуется принимать не более чем в 3 раза большим, чем диаметр труб решетки. Толщина стенки труб поясов и опорных раскосов желательна не менее 3 мм, отношение толщины стенки к диаметру трубы- 1/35-1/45. Для промежуточных раскосов и стоек толщину стенки труб можно брать до 2 мм с отношением ее к диаметру трубы до 1/80.

Подбор сечения сжатых стержней обычно начинают с элементов, имеющих большее усилие. Первоначально требуемую площадь двух уголков определяют по формуле

л; N

~ (0,6-0,9)/? •

гле N-расчетное усилие в стержне; ф - коэффициент продольного изгиба, которым ориентировочно задаются: 0,7-0,9 при подборе поясов; 0,6-0,8 при подборе элементов решетки; R - расчетное сопротивление стали.

Затем по сортаменту (табл. 3, 4 прил. HI) подбираются близкие по требуемой площади уголки, выписываются геометрические характеристики сечения из двух уголков F, Гх и Гу (эти характеристики приведены в тех же таблицах) и определяются гибкости стержня в обоих направлениях (в плоскости и из плоскости фермы) по формулам:

где 1х Щ 1у - расчетная длина стержня в плоскости и из плоскости фермы.

Для сжатых стержней следует выбирать по сортаменту уголки с наиболее тонкими полками, так как сечения из них обладают большей жесткостью и несущей способностью (даже по сравнению с сечениями, имеющими большую площадь, но более толстостенными). Наибольшая гибкость стержней нормирована, она зависит от вида элемента фермы и ее материала (стали или алюминиевых сплавов). Поэтому, определив гибкости стержней, их следует сравнить с предельными, которые приведены в табл. 6 прил. I.

Удовлетворив условию предельной гибкости, проверяют напряжения в принятом сечении

(IX.13)

Фнин бр

где фмин - коэффициент продольного изгиба, принимаемый по большей из гибкостей или Ху, F - площадь сечения выбранных уголков.

Если напряжение по формуле (IX.13) окажется больше расчетного сопротивления или значительно меньше его, то надо взять другие уголки и б том же порядке проверить их расчетом.

Усилия в панелях верхнего пояса фермы имеют различные значения, и, казалось бы, надо подбирать разные сечения. Однако такая ферма имела бы много стыков и была трудоемка в изготовлении. Поэтому при пролетах ферм 18-24 м принимают единое сечение пояса по всей длине, а при больших пролетах пояс делают из двух сечений. В щарнирно опертых фермах крайние панели верхнего пояса совсем не имеют усилий, поэтому один из уголков пояса часто обрывается в узле у опорного раскоса. Иногда в этой панели обрывают оба поясных уголка и вместо них ставят другие, минимального (по предельной гибкости) сечения.

Длинные гибкие элементы решетки фермы могут быть легко погнуты, искривлены при перевозке, монтаже или других случайных воздействиях, поэтому напряжения в раскосах и стойках ферм (исключая опорный раскос) проверяют с введением коэффициента условий работы т, учитывающего эти факторы:

a = -R, (IX.14)

где m = 0,8--для элементов решетки при гибкости их более 60. Из этих же соображений для любых сечений стержней ферм не применяют уголки менее чем 50X4 мм.

В фермах из труб в зоне примыкания раскосов и стоек к поясам имеет место неравномерное распределение напряжений по