МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ФЕРМА
STEEL TRUSS

Предложенное техническое решение относится к области строительства и предназначено для применения в качестве несущих конструкций покрытий зданий и сооружений, имеющих в плане прямоугольную сетку колонн размером, например, 12×18 или 12×24 м.
Известно пространственное стержневое складчатое покрытие, включающее настил, длинноразмерные верхние и нижние пояса, а также систему раскосов с углом наклона между гранями, равным удвоенному углу наклона проекции раскосов на плоскость, перпендикулярную к поясам. Сжатоизогнутые верхние пояса выполнены двутавровыми, растянутые нижние пояса и пространственно расположенные раскосы - уголковыми [Трофимов В.И., Дмитриев И.Н., Косогов A.M., Алпатов М.Д. Пространственное стержневое складчатое покрытие. - Авторское свидетельство №488899, 25.10.1975. - Бюл. №39]. Благодаря жесткому прикреплению настила к верхним поясам структуры, объединяются функции прогонов и поясов, повышается устойчивость покрытия, экономится металл и можно использовать подвесные краны грузоподъемностью до 5 тонн. Все перечисленное с успехом реализовано в типовых конструкциях системы «ЦНИИСК» [Структурные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий пролетом 18 и 24 м из прокатных профилей типа «ЦНИИСК» / Серия 1.460-6/81. - Чертежи КМ, 1981] и ее более поздней модификации «Москва» [Стальные конструкции покрытий одноэтажных производственных зданий из прокатных профилей с разреженной решеткой пролетом 18 и 24 м типа «Москва» / Шифр 774 KM. - Чертежи KM, 1988].
Однако верхние прогоннопоясные элементы, выполненные из двутавровых балок, относятся к дорогостоящим фасонным профилям стального проката, что повышает сметную стоимость несущих конструкций.
Наиболее близкое техническое решение (прототип) представляет собой металлическую ферму с верхними поясами коробчатого сечения, которые изготовлены из парных уголков, состыкованных между собой перьями с выполненными в них прорезями для пропуска листовых фасонок. Через эти фасонки к верхним поясам прикреплена раскосная решетка. Нижние пояса и пространственно расположенные раскосы выполнены из одиночных уголков [Аванесов С.И., Чихачев Т.В., Балоян А.В., Абовян А.Г. Металлическая ферма. - Авторское свидетельство №1544921, 23.02.1990. - Бюл. №7].
Недостатком прототипа в случае беспрогонного покрытия, когда объединяются функции прогонов и поясов, является явно недостаточная высота коробчатого сечения сжато изогнутых верхних поясов, что ограничивает их несущую способность и сопровождается увеличением расхода конструкционного материала. Кроме того, продольные прорези, необходимые для пропуска листовых фасонок, оказывают негативное влияние на трудоемкость изготовления несущих конструкций.
Задача предложенного технического решения заключается в увеличении несущей способности сжатоизогнутых верхних поясов и снижении трудоемкости их изготовления.
Для достижения технического результата в металлической ферме, включающей верхние пояса из парных уголков, нижний пояс из одиночных уголков и пространственно расположенные раскосы также из одиночных уголков, прикрепленных к поясам при помощи листовых фасонок, парные уголки верхних поясов состыкованы между собой посредством листовых фасонок, жестко прикрепленных к их перьям, с образованием составных зетовых (Z-образных) сечений.
Предложенная металлическая ферма имеет достаточно универсальное техническое решение. Ее можно использовать в качестве самостоятельной несущей конструкции покрытий (перекрытий) зданий или сооружений. Не менее эффективно ее применение в составе структурных конструкций покрытий одноэтажных производственных зданий пролетом 18 и 24 м. В этом случае появляется возможность существенно повысить степень унификации несущих конструкций за счет замены сжатоизгибаемых двутавров верхних поясов стержневыми элементами составного зетового (Z-образного) сечения из парных уголков, включая в первую очередь уголковые профили, из которых изготовлены нижние пояса и раскосы пространственной решетки. Перспектива дальнейшего повышения технико-экономических характеристик несущих конструкций открывается с переходом на гнутые уголковые профили, особенно тонкостенные оцинкованные, имеющие в последнее время большой спрос.
Предложенное техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 показан вид сбоку металлической фермы; на фиг.2 - поперечный разрез металлической фермы; на фиг.3 - аксонометрия фрагмента верхнего пояса из парных уголков с фасонкой.
Верхние пояса 1 металлической фермы выполнены составного зетового (Z-образного) сечения, скомпонованного из парных уголковых профилей 2 (прокатных или гнутых), объединенных при помощи листовых фасонок 3, которые одновременно выполняют функции прокладок сжатых стержневых элементов. Для обеспечения совместной работы уголковых профилей 2 расстояние между листовыми фасонками 3 должно быть не более 40i, где i - радиус инерции одного уголка относительно оси, параллельной фасонке [Металлические конструкции: Учебник для вузов / Под ред. Ю.И. Кудишина. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - С.287].
Нижние пояса 4 и раскосы 5 пространственной решетки металлической фермы изготовлены из одиночных уголков (также прокатных или гнутых). К верхним поясам 1 фермы раскосы 5 прикреплены при помощи листовых фасонок 2, а к нижним поясам 4 - аналогичных фасонок 6.
Верхний пояс 1 металлической фермы развит по вертикали, за счет чего обладает необходимой и достаточной несущей способностью на сжатие и местный изгиб. При этом в горизонтальном направлении он закреплен жестким диском, образованным из соответствующим образом соединенных элементов настила.
Для сравнения предложенного (нового) технического решения с известным в качестве базового объекта принят сортамент уголковых профилей, использованных в структурных конструкциях системы «ЦНИИСК», «Москва». Геометрические характеристики сечений зетовых (Z-образных) поясов предложенной фермы и коробчатых поясов металлической фермы прототипа, а также их соотношения приведены в таблице. Как видно, предложенное решение сопровождается увеличением в силовой (вертикальной) плоскости приведенных характеристик в 2…4 раза.
Кроме того, из сравнения приведенных вариантов также легко заметить, что отсутствие в предложенном решении вырезов для пропуска листовых фасонок, наличие которых характерно для прототипа, обеспечивает дополнительный положительный эффект в виде снижения трудоемкости изготовления несущих конструкций.