Научная статья на тему 'К ПОДБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ДЛЯ ОДНОСКАТНОЙ КРЫШИ'

К ПОДБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ДЛЯ ОДНОСКАТНОЙ КРЫШИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
66
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФЕРМА / УСИЛИЕ / ПРОЕКТИРОВАНИЕ / ПРОГИБ / КРЫША / НАГРУЗКА / СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ / ПЕРЕМЕЩЕНИЯ / ТРАПЕЦИЕВИДНАЯ ФЕРМА / ФЕРМА МОЛОДЕЧНО

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Шипелев И. Л.

В статье рассматривается подбор металлических ферм на основе определенных исходных данных для односкатных крыш. Определены максимальные усилия и прогибы в каждой из ферм. На основании анализа напряженно-деформированного состояния ферм, сделан вывод, о выборе наиболее оптимальной по конструктивным соображениям фермы. Даны рекомендации для проектирования несущих конструкций крыш по металлическим фермам при данном типе односкатной конструкции крыши.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TO THE SELECTION OF THE OPTIMAL METAL TRUSS FOR A PITCHED ROOF

The article should choose a metal truss based on the initial data for pitched roofs. Defined maximum loads and deflections in each truss. On the analysis of the residually deformed state of the truss, it was concluded that the most authentic in terms of the structural members of the truss. Recommendations are given for the design of load-bearing structures of roofs on metal trusses in the manufacture of a shed roof structure.

Текст научной работы на тему «К ПОДБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФЕРМЫ ДЛЯ ОДНОСКАТНОЙ КРЫШИ»

К подбору оптимальной металлической фермы для односкатной крыши

Аннотация: В статье рассматривается подбор металлических ферм на основе определенных исходных данных для односкатных крыш. Определены максимальные усилия и прогибы в каждой из ферм. На основании анализа напряженно-деформированного состояния ферм, сделан вывод, о выборе наиболее оптимальной по конструктивным соображениям фермы. Даны рекомендации для проектирования несущих конструкций крыш по металлическим фермам при данном типе односкатной конструкции крыши.

Ключевые слова: Ферма, усилие, проектирование, прогиб, крыша, нагрузка, статический расчет, перемещения, трапециевидная ферма, ферма Молодечно.

Рассмотрим один из распространенных случаев при проектировании и конструировании стальных ферм. Требуется подобрать ферму относительно небольшого пролета под покрытие с небольшим уклоном а. Она должна быть максимально компактная и занимать небольшое пространство в верхнем ярусе несущих конструкций покрытия [1, 2]. Рассматривать иные конструктивные решения в виде металлических балок не будем. От балок отказываемся в силу более легкой совокупной массы конструкций металлической фермы [3, 4]. В итоге сравним 3 вида различных ферм, основываясь на исходных данных. Первый вид фермы рождается сам по себе, рассчитанный на такие случаи для проектирования (рис. 1).

И. Л. Шипелев Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск

1

Рис. 1. Общий вид треугольной односкатной фермы.

Примем в расчет данную треугольную ферму с дополнительными стойками для восприятия локальных нагрузок от возможных прогонов покрытия, в случае, если шаг прогонов будет недостаточен [5, 6].

Основная проблема такой фермы заключается в том, что усилия в крайних элементах опорных верхнего (рис. 1. обозн. 1, 2.) и нижнего поясов будут иметь огромные осевые значения при малых углах а. Предположим, что нагрузка на верхний пояс будет равномерно распределена, приложена к узлам фермы и равна ZP=2 т.

Найдем эти усилия (рис. 2.):

R=£P/2=1 т N1=R/sin а и N2=R/tg а При а —»0, sin а—0 и tg а—0.

Рассмотрим а=6 град. Тогда: sin а-tg а-0.1 N1=R/sin а ~ 10 т. N2=R/tg а ~ 10 т.

N1

N2

а

Рис. 2. К определению усилий.

Получаем что при суммарной нагрузке на верхний пояс фермы в 2 тонны, при угле а=6 град, значения осевых усилий в верхнем поясе и нижнем поясе первой панели фермы приблизительно составляют 10 тонн. Так как сечения металлической фермы подбираются, исходя из наибольшего значения усилий, то верхний и нижний пояса таких ферм будут одного сечения по всей ферме [7]. Коэффициент использования материала,

соответственно, будет достаточно низким. Перерасход стали при изготовлении таких ферм очевиден.

Но, в данном случае, это не одна проблема при таких исходных данных. Стоит отметить и очень большой прогиб фермы в левой части фермы.

Рис. 3 Схема деформированной модели треугольной фермы Как альтернативы вышеуказанной ферме, рассмотрим еще два варианта металлических ферм. При этом, подчеркнем, нам необходимо соблюсти первоначальные геометрические условия — это угол наклона верхнего пояса фермы а, и ее пролет 1. Далее проведем анализ еще двух ферм, это трапециевидную и ферму типа «Молодечно» (рис.4).

зш

и

Рис. 4. К сравнению вариантов ферм

Проанализируем результаты статического расчета [8] (рис. 5, рис. 6).

Рис. 5. Усилия в стержнях фермы по результатам расчета (в тоннах)

4Л -«,13 -17.61 -а.«

/X X

-11* 22.06 ---

7 В7*-004 569 _—-Ь

Х.,1 -3276 21

-3 М

-4.«2 _______

-7,18 -—

/\

^т] -14.41 -14.62 13.66 "12.43

\ / -10* -Н/ -7-И

Рис. 6. Перемещения узлов фермы (в мм).

По результатам статического расчета ферм видно, что усилия и прогибы в треугольной ферме (при одинаковом нагружении и пролете) значительно превышают значения трапециевидной фермы и фермы типа «Молодечно». Максимальный прогиб треугольной фермы превышает максимальный прогиб трапециевидной фермы практически в 4 раза [9].

Заключение. Таким образом, для подбора оптимальной металлической фермы при определенных условиях объемно-планировочных решений здания или сооружения, зачастую необходимо сравнивать и анализировать работу нескольких ферм [10]. Следует отметить, что в статье не приведен конструктивный расчет ферм, где картина по массе и профилям, из которых состоят фермы, еще интереснее. Перерасход стали так же необходимо учитывать, в совокупности со статическим расчетам.

Литература

1. Кузнецов В.В. Справочник проектировщика: металлические конструкции. Т. 2: Стальные конструкции зданий и сооружений. М.: Изд-во ACB, 1998. 512 с.

2. Беленя Е.И. Металлические конструкции: общий курс. М.: Стройиздат, 1986. 560 c.

3. Мельников Н.П. Справочник проектировщика: металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1980. 776 с.

4. Должиков В.Н., Должиков А.В. Исследование влияния податливости соединений на напряженно-деформированное состояние стержневых конструкций с внутренней статической неопределимостью // Современные наукоемкие технологии. 2009, № 10. С. 49-50.

5. Fu G., Frangopol D. Balancing weight, system reliability and redundancy in a multiobjective optimization framework // Structural Safety. -1990. - № 7 (2-4). -pp. 165-175.

6. Тишков Н.Л., Шипелев И.Л., Белов А.В. Оценка несущей способности металлической фермы: анализ результатов проведенных натурных испытаний // Инженерный вестник Дона. 2020. № 3 URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6340.

7. Кирсанов М.Н. Аналитический расчет прогиба балочной фермы с двойными раскосами // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018. Т. 14. № 2. С. 105-111.

8. Sidney M. Levy Construction Calculations Manual, 2012. 160 p.

9. Линьков Н.В. Расчет деформативности конструкции стальной фермы с учетом выделенной доли длительности нагрузки // Инженерный вестник Дона. 2023. № 1. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2023/8143.

10. Зубов, А. П., Олейник М.М. Вариантное проектирование решетчатых крановых конструкций с целью получения оптимального решения, исходя из условий эксплуатации и нагружения // Вестник СГТУ. — Саратов: 2013. — С. 120-123.

References

1. Kuznecov V.V. Spravochnik proektirovshhika: metallicheskie konstrukcii. T. 2: Stal'nye konstrukcii zdanij i sooruzhenij. [Designer's Handbook: metal structures. Vol. 2: Steel structures of buildings and structures].M: Izd-vo ACB, 1998. P. 512.

2. Belenja E.I. Metallicheskie konstrukcii: obshhij kurs. [Metal structures: general course]. M.: Strojizdat, 1986. P. 560.

3. Mel'nikov N.P. Spravochnik proektirovshhika: metallicheskie konstrukcii. [Designer's Handbook: Metal Structures]. M.: Strojizdat, 1980. P. 776.

4. Dolzhikov V.N., Dolzhikov A.V. Sovremenny'e naukoemkie texnologii. 2009, № 10. pp. 49-50.

5. Fu G., Frangopol D. Structural Safety.1990. № 7 (2-4). pp. 165-175.

М Инженерный вестник Дона, №6 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n6y2023/8444

6. Tishkov N.L., Shipelev I.L., Belov A.V. Inzhenernyj vestnik Dona. 2020. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6340

7. Kirsanov M.N. StroiteFnaya mexanika inzhenernyx konstrukcij i sooruzhenij, 2018. T. 14. № 2. pp. 105-111.

8. Sidney M. Levy Construction Calculations Manual, 2012. 160 p.

9. Lin'kov N.V. Inzhenernyj vestnik Dona. 2023. № 1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2023/8143.

10. Zubov, A. P., Olejnik M.M. Vestnik SGTU. Saratov: 2013. pp. 120-123.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.