БЕСФАСОНОЧНЫЙ РАСКОСНЫЙ УЗЕЛ ТРУБЧАТЫХ ФЕРМ

Предполагаемое изобретение относится к области строительства и может быть использовано в  =несущих конструкциях покрытий зданий и сооружений, например в стропильных и подстропильных фермах или решетчатых прогонах.
Известны и наиболее рациональны в трубчатых фермах бесфасоночные узлы с непосредственным примыканием стержней решетки к поясам (1. Металлические конструкции. В 3 т.Т. 1. Элементы конструкций: Учеб. для вузов / Под ред. В.В.Горева. - М.: Высшая школа, 2001. - С.459, 462, рис.7.26, а; 7.28, а; 2. Металлические конструкции: Учеб. для вузов / Под ред. Ю.И.Кудишина. - М.: Академия, 2007. - С.292, 295, рис.9.24, 9.27). Здесь во избежание продавливания диаметр трубы решетки не должен быть меньше 0,3 диаметра трубы пояса. В фермах из прямоугольных труб такое ограничение ужесточено в 2 раза, то есть ширину стержней решетки следует принимать не менее 0,6 поперечного размера пояса.
Недостаток описанных узлов заключается в отмеченном ограничении, учет которого приводит к повышению расхода материала на стержни решетки и увеличении металлоемкости конструкций.
Известны также бесфасоночные узлы трубчатых ферм, в которых пояса в местах примыкания стержней решетки усилены. Так, разработано решение ферм беспрогонных покрытий, где во всех узлах верхнего пояса предусмотрены клиновидные вставки, нижние грани которых параллельны нижнему поясу (Трофимов В.И., Каминский A.M. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: Учеб. Пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - С.100, рис.3.6, в). Установка клиновидных вставок-прокладок усиливает стенку пояса и обеспечивает равенство углов примыкания к поясам всех раскосов. Однако такие вставки увеличивают трудоемкость изготовления и сборки конструкций.
Еще одно решение бесфасоночных узлов отличается тем, что диагональ поперечного сечения пояса расположена в осевой плоскости фермы, а раскосы в месте примыкания имеют сквозной V-образный вырез (Соколов А.А., Логачев К.И., Зинькова В.А. Численные исследования напряженно-деформированного состояния узловых бесфасоночных соединений трубчатых элементов ферм. - Промышленное и гражданское строительство, 2007, №8. - С.40-41). Концентрация напряжений в таких узлах по сравнению с обычными уменьшается, но при этом увеличивается трудоемкость их изготовления, что негативно влияет на технико-экономические характеристики конструкции.
Наиболее близким техническим решением является бесфасоночный раскосный узел трубчатых ферм из гнутосварных профилей прямоугольного сечения (1. Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II - 23-81*) / ЦНИИСК. - М.: ЦИТП, 1989. - С.65, рис.25, б; 2. СП 53-102-2004. Общие правила проектирования стальных конструкций / Госстрой России. - М.: ФГУП ЦПП, 2005. - С.126, рис.C.1, б). Такой узел имеет К-образную форму и состоит из раскоса и стойки решетки, непосредственно примыкающих к поясу фермы. Здесь для свободного размещения стержней решетки на уровне грани пояса приходится нарушать центрацию элементов. Сварные швы, прикрепляющие стойку и раскос к поясу, из условия удобства их наложения должны иметь зазор в свету не менее 10…20 мм.
Недостатком прототипа является увеличение размеров сечений стойки и раскоса сверх 0,6 ширины пояса, что повышает металлоемкость решетки фермы.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является уменьшение материалоемкости решетки ферм с повышением степени унификации ее стержневых элементов.
Указанный технический результат достигается тем, что в бесфасоночном раскосном узле трубчатых ферм, имеющем К-образную форму, состоящем из пояса, раскоса и стойки решетки, непосредственно примыкает к поясу фермы раскос, а к раскосу - стойка решетки, при этом сварные швы, прикрепляющие раскос к поясу и стойку к раскосу, имеют зазор в свету не менее 10…20 мм, для чего ось раскоса проходит через точку пересечения оси стойки с гранью пояса, к которой примыкает раскос.
В предлагаемом узле раскос непосредственно примыкает к поясу фермы, поэтому минимальный размер его поперечного сечения составляет 0,6 ширины пояса. Стойка решетки непосредственно примыкает к раскосу, поэтому минимальный размер ее поперечного сечения составляет 0,6 ширины раскоса или 0,36 ширины пояса, что позволяет уменьшить расход конструкционного материала. Снижение материалоемкости способствует также укорочение стоек решетки, которые не могут непосредственно примыкать к поясам фермы. Кроме того, в предлагаемом техническом решении растянутый раскос оказывается зажатым между стойкой решетки и поясом фермы, что уменьшает действие выдергивающей силы и обеспечивает более равномерное распределение напряжений в бесфасоночном узле, а это тоже позитивно влияет на материалоемкость конструкции.
Дополнительный положительный эффект от использования предлагаемого узла проявляется в повышении степени унификации стержневых элементов из-за того, что и раскосы, и стойки решетки имеют одинаковые углы реза.
Предполагаемое изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан предлагаемый бесфасоночный раскосный узел трубчатых ферм применительно к верхнему поясу, вид сбоку; на фиг.2 - то же применительно к нижнему поясу, вид сбоку; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; фиг.5 - схема фермы с предлагаемым техническим решением и результаты ее расчета.
Предлагаемое техническое решение бесфасоночного узла включает верхний (сжатый) пояс 1, нижний (растянутый) пояс 2, раскос 3 и стойку решетки 4. Раскос 3 примыкает непосредственно к нижней грани верхнего пояса 1 и верхней грани нижнего пояса 2. Стойка решетки 4 примыкает непосредственно к раскосу 3. В собранном виде узел имеет К-образную форму, где сварные швы, прикрепляющие раскос к поясу и стойку к раскосу, имеют зазор в свету не менее 10…20 мм.
Для сравнения предлагаемого технического решения с базовьм объектом в качестве последнего принята стропильная ферма из замкнутых гнутосварных профилей типа «Молодечно» ФС-24-1,8 пролетом 24 м, массой 1550 кг и расчетной нагрузкой 1,8 тс/м, как одна из наиболее употребительных в строительной практике типовых конструкций покрытий (см. Стальные конструкции покрытий производственных зданий пролетами 18, 24, 30 м с применением замкнутых гнутосварных профилей прямоугольного сечения типа «Молодечно». Серия 1.460.3 - 14. Чертежи KM. Лист 36).
Стропильная ферма с бесфасоночными узлами по предлагаемому решению рассчитана при тех же условиях, что и базовый объект, то есть при пролете 24 м и нагрузке 1,8 тс/м.
Расход конструкционного материала (стали) стержневых элементов определен по их линейным параметрам из геометрической схемы и приведен в таблице.
Таблица.Расход материала (стали)
Сечение
Класс
Длина
Кол-во
Масса, кг
Примечания
1 м
1 шт.
всех
 180×140×5
С345
12,0
2
24,3
291,6
583,2
Пояса
 140×4
С345
9,0
2
17,08
153,7
307,4
 100×4
С245
3,606
4
12,05
43,5
174,0
Решетка
 80×4
С245
2,0
2
9,54
19,1
38,2
 80×4
С245
3,606
4
9,54
34,4
137,6
 60×4
С245
2,0
5
7,03
14,1
42,3
─ 16×240
С245
0,3
4
30,1
9,03
36,1
Фланцы
─ 30×300
С390
0,3
2
70,7
21,2
42,4
┗ 125×8
С245
0,15
4
15,46
2,3
9,2
Для крепления связей
Итого
1371
Швы (1,5%)
20,6
Всего
1392
Как видно, новое техническое решение позволило уменьшить расход стали по сравнению с базовым объектом на (1560-1392) 100/(1650…1392)=10,2…11,4%.