СТРОПИЛЬНАЯ ФЕРМА

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к стропильным фермам, которые служат для поддержания конструкции кровли и восприятия действующих на нее нагрузок.
Известна ферма типа «Житомир», содержащая верхний и нижний пояса, связанные между собой раскосной решеткой. Верхний пояс фермы выполнен из прокатного двутавра, а нижний пояс и раскосная решетка выполнены из прокатных равнополочных уголков. Смежные стропильные фермы связаны распорками в уровне верхнего и нижнего поясов (см. В.И.Трофимов, А.М.Каминский «Легкие металлические конструкции зданий и сооружений» М., «АСВ», 2002, с.103-105).
Известна также сегментная ферма, содержащая верхний и нижний пояса, связанные между собой треугольной раскосной решеткой. При этом, как нижний, так и верхний пояса выполнены из двух состыкованных друг с другом швеллеров (см. патент РФ на полезную модель №81744 МПК E04C 3/04).
Описанные конструкции ферм обладают повышенной жесткостью из-за того, что верхний пояс выполнен в первом случае из двутавра, а во втором из двух состыкованных друг с другом швеллеров. Вследствие этого эти конструкции позволяют существенно сократить количество распорок, которыми связаны между собой смежные стропильные фермы. Тем не менее, по тем же причинам (выполнение поясов из двутавра или состыкованных друг с другом двух швеллеров) увеличивается металлоемкость поясов, а, следовательно, и всей фермы, что является существенным недостатком.
Известна стропильная ферма, содержащая верхний, нижний пояса и решетку. Верхний и нижний пояса выполнены из двух прокатных уголков, между которыми размещены фасонки (фасонные листы), к которым с двух сторон прикреплены стержни решетки (см. К.К.Муханов «Металлические конструкции. Основы проектирования» М., «Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам», 1963, с.219-235, рис VII.30, VII.17a-в). Аналогичная конструкция представлена также в книге Н.С.Стрелецкого и др. «Металлические конструкции» М., «Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам», 1961, с.407, рис Х.38.
Металлоемкость этой стропильной фермы значительно ниже, чем у вышеописанных ферм. Однако ее жесткость также ниже, что вызывает необходимость увеличения количества распорок, которыми связывают между собой смежные стропильные фермы на уровне верхних и нижних поясов. Кроме того, в некоторых случаях (например, при увеличении нагрузки на кровлю) дополнительно требуется сократить расстояние между соседними фермами, что соответственно влечет увеличение количества ферм в здании, сооружении.
За прототип выбрана стропильная ферма, содержащая верхний пояс, нижний пояс и решетку. Каждый пояс содержит два прокатных уголка, снабженных фасонками. С фасонками жестко связаны стержни решетки. Между прокатными уголками или между фасонками размещены жесткие вставки, которые могут быть выполнены из швеллера, двутавра и т.д. (см. патент РФ на полезную модель №104583, МПК Е04С 3/11).
Выбранная за прототип конструкция стропильной фермы имеет значительно меньшую металлоемкость по сравнению с фермой типа. «Житомир» и фермой, защищенной патентом РФ на полезную модель №81744, но большую жесткость и металлоемкость по сравнению с фермой, описанной в книге К.К.Муханова «Металлические конструкции. Основы проектирования» (см. описанные выше аналоги). Это позволяет при пролетах длиной более 18 м уменьшить в 1,4-2,5 раза количество распорок, которыми связывают между собой смежные стропильные фермы заявляемой конструкции. При этом, в случаях использования заявляемой конструкции стропильной фермы в пролетах менее 18 м от распорок можно вообще отказаться.
у
x
Тем не менее, выбранная в качестве прототипа конструкция стропильной фермы также имеет недостатки. Использование в этой конструкции фасонок увеличивает не только металлоемкость, но и трудоемкость изготовления стропильной фермы. При этом нельзя просто исключить фасонки, а стержни решетки, выполненные в виде прокатных равнополочных уголков, приваривать к прокатным уголкам верхнего и нижнего поясов, так как в последнем случае может не хватить длины сварного шва для обеспечения необходимой (расчетной) прочности соединения. Это объясняется тем, что в стропильной ферме, выбранной за прототип, каждый уголок решетки приварен по обушку и по перу к фасонкам, размещенным на верхнем и нижнем поясах фермы так, как показано в книге Я.М.Лыхтарникова, В.М.Клыкова, Д.В.Ладыженского «Расчет стальных конструкций. Справочное пособие». Киев, Издательство «Будiвельник», 1976 г., с.197, рис 5.5. Такое размещение уголков решетки и их приварка к поясам фермы является в настоящее время традиционным и повсеместно используемым. Согласно расчетным формулам 5.6 и 5.7, приведенным на с.196 и с.197 этой же книги длина швов приварки, например, уголков 75x6, из которых состоит решетка, к фасонкам, размещенным на уголках 100×10, из которых выполнен нижний пояс фермы, должна состоять по обушку уголка решетки - 216 мм, а по перу - 93 мм. (Пример взят из проекта 1193-1-КС стропильной фермы, разработанной заявителем для Азовского филиала главного производственного корпуса ООО «ТАГАЗ»). Поэтому, если исключить фасонки, а уголки решетки приваривить по обушку и перу непосредственно к уголкам пояса фермы, то фактическая длина шва приварки, например, по обушку уголка решетки будет 180 мм (вместо расчетных - 216 мм), что не обеспечивает необходимой прочности сварных соединений. Вследствие этого потребуется увеличение размера уголков поясов, что приведет к увеличению металлоемкости фермы. Указанное обстоятельство обусловлено тем, что центр тяжести уголка размещен между его перьями (полками) на расстоянии С и С от обушка (см., например, ГОСТ 8509-93 «УГОЛКИ СТАЛЬНЫЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫЕ РАВНОПОЛОЧНЫЕ. Сортамент» с.11-14). Следовательно, расчетное усилие, возникающее в этом уголке от нагрузки на ферму, также направлено по перу уголка между двумя сварочными швами (сварочным швом по обушку и сварочным швом по перу), что способствует возникновению изгибающего момента, который воздействует на уголки решетки и при уменьшении расчетной длины сварочного шва по обушку способен нарушить сварные соединения и оторвать уголки решетки от уголков верхнего и нижнего поясов фермы.
Техническая задача полезной модели состояла в разработке стропильной фермы, которая была бы менее металлоемка и более проста в изготовлении.
Сущность полезной модели заключается в том, что в стропильной ферме, содержащей верхний и нижний пояса, каждый из которых выполнен из двух прокатных уголков, между которыми размещены жесткие вставки, и решетку, также выполненную из прокатных уголков, жестко связанных с прокатными уголками верхнего и нижнего поясов, каждый прокатный уголок решетки размещен таким образом, что образует с вертикально расположенными перьями прокатных уголков верхнего и нижнего поясов фермы треугольник и жестко связан с ними посредством сварки по перьям.
Предлагаемая конструкция стропильной фермы менее металлоемка и менее трудоемка в изготовлении по сравнению со стропильной фермой, выбранной за прототип. Это объясняется тем, что заявляемая стропильная ферма не требует применения фасонок, вследствие того, что длина сварочных швов по перьям может быть уменьшена по сравнению с длиной сварочного шва по обушку (см. прототип) в 1,4-1,6 раз в зависимости от вида уголка, из которого изготовлена решетка фермы. Возможность уменьшения длины сварочных швов по перьям обусловлена расположением прокатных уголков решетки, каждый из которых размещен таким образом, что образует с вертикально расположенными перьями прокатных уголков верхнего и нижнего поясов фермы треугольник. При таком расположении уголков решетки расчетное усилие, возникающее от нагрузки на ферму, направлено не по перу уголка между двумя сварочными швами (как это имеет место в прототипе), а между двумя перьями уголка. В результате этого изгибающий момент, способный нарушить сварные соединения и оторвать уголки решетки от уголков верхнего и нижнего поясов фермы, в заявляемой конструкции не возникает.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид стропильной фермы; на фиг.2 вид по стрелке А стропильной фермы на фиг.1.
Стропильная ферма содержит верхний пояс 1 и нижний пояс 2, каждый из которых выполнен из двух прокатных уголков 3 и 4 между которыми размещены жесткие вставки 5 и решетку 6, также выполненную из прокатных уголков 7 и 8. Каждый прокатный уголок решетки размещен таким образом, что образует с вертикально расположенными перьями прокатных уголков 3, 4 верхнего 1 и нижнего 2 поясов фермы треугольник (см. фиг.2) и жестко связан с ними посредством сварки по перьям.