Узел трехгранных ферм

Полезная модель относится к области строительства, в частности к несущим покрытиям из металлических элементов зданий.
Ферма представляет собой пространственную стержневую конструкцию, состоящую из двух верхних и нижнего поясов, стоек и раскосов. Пояса фермы предусмотрены из П-образного профиля. Элементы решетки из гнутых уголков.
Из уровня техники известно решение узлов ферм с помощью узловых фасонок. (Металлические конструкции, учебник для студ. учреждений высш. проф. образования (Ю.И. Кудишин, Е.И. Беленя, B.C. Игнатьева и др.]; Под общ. ред. Ю.И. Кудишина - 13е изд., испр. - М.: Издательский центр академия,2011.- 688 с, стр 264). Данное решение позволяет снизить узловые моменты, элементы ферм центрируются по осям центров тяжести. В плоскости фермы фасонки создают частичную заделку элементов решетки и снижают расчетную длину. Из плоскости расчетная длина элементов соответствуют геометрической. Расчет узлов, при соединении элементов с помощью одной общей фасонки, должен учитывать сложную схему передачи усилий. Поскольку фасонки ферм работают в сложных условиях (плоское поле растягивающих напряжений, наличие сварочных напряжений, концентрация напряжений вблизи швов), повышается опасность хрупкого разрушения и требуется более качественная сталь.
Наиболее близким к заявленному решению является (патент RU 2188287 С2, Е04С 3/04, опубл. 27.08.2002) покрытие из трехгранных ферм, объединенных профнастилом, каждая из которых включает верхние коробчатые пояса пентагонального сечения, из жестко соединенных между собой швеллеров и уголков, нижний пояс, содержащий уголок, направленный обушком вверх, и раскосную решетку, прикрепленную к полкам поясных уголков, снабжен швеллером, жестко соединенным с уголком и образующим с ним пентагональное сечение, при этом стенки швеллеров верхних и нижнего поясов размещены ортогонально.
Основными недостатками данного решения являются следующие:
1. Коробчатые пояса пентагонального сечения из соединенных между собой швеллеров и уголков требуют высокой точности установки элементов по всей длин поясов что возможно только в заводских условиях.
2. Использование в поясах фермы двух типов сечений повышает металлоемкость.
3. Увеличение трудоемкости в силу большого объема сварочных работ, при соединении поясных профилей в единое сечение.
4. Примыкание элементов решетки впритык к полкам уголка без фасонок приводит к увеличению толщин полок поясных уголков по результатам расчетов на продавливание.
5. Ограниченная длина сварных швов, прикрепляющих элементы решетки по периметру поперечного сечения, не позволяет воспринимать усилия от широкого спектра нагрузок.
Задача полезной модели:
- снижение трудоемкости изготовления,
- повышение несущей способности,
- снижение расхода металла.
Сущность полезной модели заключается в том, что узел трехгранной фермы, включающий верхние или нижний пояса, выполненные из одиночных профилей П-образного сечения, расположенных стенкой профиля в горизонтальной плоскости совпадающей с плоскостью наибольшей жесткости поясных профилей, раскосы и стойки, отличающийся тем, дополнительно включает поясные фасонки, выполненные раздельными для элементов решетки расположенной по двум граням фермы.
Технический результат достигается следующим образом:
1. Выбор П-образного сечения, расположенного стенкой профиля в горизонтальной плоскости совпадающей с плоскостью наибольшей жесткости поясных профилей, позволяет сократить количество элементов решетки.
2. Решение узла соединения раскосной решетки с верхним и нижним поясами при помощи фасонки, привариваемой сварным швом к стенке и поясам П-образного сечения, позволяет сократить объем «подготовительных» работ по подгонке деталей.
3. Наличие раздельных фасонок для раскосов и стоек фермы позволяет разместить, необходимую по расчету, для широкого круга нагрузок, длину сварных швов, прикрепляющих элементы решетки к поясам фермы.
4. Наличие раздельных фасонок обеспечивает шарнирное сопряжение элементов в узлах, их соосность и исключает влияние дополнительных узловых изгибающих моментов.
5. Расположение раздельных фасонок в поперечном направлении поясов уменьшает расчетную длину элементов решетки из плоскости грани фермы.
6. Крепление сварными швами раздельных фасонок к стенке и поясам П-образного сечения уменьшает расчетную длину элементов решетки в плоскости граней фермы.
Технический результат заключается в том, что пояса из профилей П-образного сечения, позволяют сократить расход стали на горизонтальные элементы решетки, применение раздельных
соединительных фасонок повышает несущую способность конструкции при уменьшении трудоемкости изготовления.
Полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид стропильной фермы;
фиг. 2 - разрез 1-1;
фиг. 3 - узел А;
Узлы ферм содержит верхние пояса 1 или горизонтальный нижний пояс 2 стропильной фермы, выполненные из профилей П-образного сечения. Верхние пояса 1 и нижний пояс 2 объединяются элементами решетки - раскосами 3 и стойками 4, расположенной по двум гранями под углом друг другу. Элементы решетки крепятся сварными швами к раздельным поясным фасонкам 5. Поясные фасонки 5 закреплены к полкам поясов 1, 2 П-образного сечения.
Узел под нагрузкой работает следующим образом: нагрузки, приложены в вертикальном направлении по верхним граням узлам пояса 1 в узлах ферм. Узлы сопряжения элементов ферм приняты шарнирными. В верхних поясах фермы 1 возникают продольные сжимающие усилия. В нижних поясах 2 фермы возникают продольные растягивающие усилия. В элементах решетки - раскосы 3, стойки 4 - возникают продольные сжимающие и растягивающие усилия. Использование двойных верхних поясов 1 позволяет сократить сжимающие усилия в каждом из них, повысить жесткость фермы в целом в т.ч. и в горизонтальной плоскости. Раздельные поясные фасонки 5 создают шарнирное сопряжение элементов в узлах, обеспечивая их соосность и исключает влияние узловых изгибающих моментов. Кроме того, раздельные фасонки 5 уменьшат расчетные длины элементов решетки раскосы 3 и стойки 4 в плоскости и из плоскости граней ферм.
Данное решение предполагается использовать в гражданских, промышленных зданиях без кранов и, как следствие, динамических нагрузок, в том числе в складских зданиях.