Конструкция бесфасоночной фермы с пентагональным сечением поясов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ

УДК 624.072.2+692.484

Д.Г. ГРИШАНОВ, аспирант,

ТГАСУ, Томск

КОНСТРУКЦИЯ БЕСФАСОНОЧНОЙ ФЕРМЫ С ПЕНТАГОНАЛЬНЫМ СЕЧЕНИЕМ ПОЯСОВ

В статье рассматриваются особенности конструкции бесфасоночной фермы. В отличие от ранее разработанных конструкций [1, 2] пентагональное сечение используется не по всей длине конструкции, а лишь в местах узловых соединений [3]. Рассматриваются конструкции поясов ферм, выполненные из швеллера и гнутого сварного профиля (ГСП). Показано, что рассматриваемая конструкция бесфасоночной фермы отвечает современным требованиям экономичности используемых материалов и минимальных затратах времени по ее монтажу.

Появление пространственно-стержневых покрытий как конструкций нового класса определило следующий этап развития строительной индустрии. Одним из последних вариантов конструкции пространственностержневых покрытий является вариант с применением бесфасоночной фермы как основного элемента покрытия.

Начиная с 60-х годов пространственно-стержневые покрытия выдвинулись среди прогрессивных конструкций благодаря разработкам и использованию методов расчета сложных многократно статически неопределимых систем, каковыми являются структуры, разработанные с помощью ЭВМ.

К достоинствам таких систем, наряду с эстетической и архитектурной выразительностью, относят возможность устройства покрытия с любой конфигурацией плана, уменьшение удельной массы конструкции, не снижая при этом эффективность работы на полезные нагрузки. Высокая степень автоматизации создает благоприятные условия для индустриализации процесса заводского производства, сводя работы на строительной площадке лишь к ук-рупнительной сборке и непосредственно монтажу. Благодаря регулярному расположению элементов, конструкция бесфасоночной фермы хорошо воспринимает действие подвижных и неравномерно действующих нагрузок. Многосвязанность повышает надёжность конструкции в целом за счёт возможности перераспределения усилий после возможного выключения из работы отдельных элементов. Подобные системы с учётом их многократной статической неопределимости и пространственной работы имеют большую

© Д.Г. Гришанов, 2008

жёсткость по сравнению с плоскими конструкциями, что позволяет проектировать структуры меньшей высоты.

Очевидно, что конструкция узловых соединений существенно влияет на трудоёмкость сборки структур и определяет сложность при изготовлении и монтаже. При этом выбор конструктивного решения узловых соединений структурных конструкций оказывает существенное влияние на их вес. В настоящее время известно более 130 конструктивных решений пространственных покрытий. Основные отличия определяются конструкцией узлов сопряжения элементов и особенностями технологии производства и монтажа конструкций. В свою очередь, конструкция узлового сопряжения зависит от вида структурной системы и от типа отправочных элементов заводского изготовления, из которых и производится сборка покрытия.

По виду соединения можно разделить на сварные, болтовые, комбинированные и контактные или контактно-фрикционные.

Стержнями металлических структур служат трубчатые или открытые профили из сталей или сплавов. Наиболее распространённые типы узловых соединений структур в зависимости от сечения входящих стержней представлены в таблице.

Сечение стержня Тип соединения Наименование узла Страна Число лучей

Трубчатые Болтовые, рабо- из Меро ФРГ 18

тающие на про- стержня в МАРХИ СССР 8, 12

дольные усилия и узел Веймар гдр 8

направленные Геобау ФРГ 26

из узла Кокиль Франция 8

в стер- N8 Япония 8

жень Октант СССР 12,18

Сварные Октаплатте ФРГ 12

ЦНИИСК СССР 8,9

Безболтовые Триодетик Канада 8,9

ИФИ Нодус ГДР 8, 12

Англия 8

Открытые Болтовые, работающие Юнистрат США 8

профили на срез и прикрепляемые Кипсер ВР 8

к пространственным

фасонкам

Сварные стержневые пира- Спейс-Дек Великобрита-

миды с резьбовыми и болто- Пирамитек ния 8

выми соединениями Франция 8,9

Рассматриваемая конструкция является несущей металлической конструкцией покрытия производственных и общественных зданий (рисунок). Каждая отдельная трехгранная ферма покрытия состоит из двух верхних коробчатых поясов и одного нижнего пояса. Пояса соединены между собой раскосой решеткой из уголков. Верхние пояса объединены по граням проката профнастилом. За счет использования профнастила происходит повышение несущей способности трехгранной фермы как элемента связи. Использование болтового соединения повышает возможности сборки и разборки конструкции и позволяет применение различных марок стали.

Покрытие из трехгранных ферм

3

Спаренный Двутавр

аголок

1

1

3

Варианты бесфасоночного узла фермы

Трехгранные фермы объединены профнастилом. На верхних поясах в местах соединения с раскосом к ГСП приварен уголок обушком вниз, который выполняет функцию фасонки. Нижний пояс содержит такой же уголок, но направленный обушком вверх. Раскосная решетка прикреплена к полкам поясных уголков. Нижний пояс может быть выполнен из швеллера, двутавра, трубы и др.

Известные конструкции бесфасоночных покрытий из трехгранных ферм с поясами и наклонной решеткой из круглых труб имеют недостатки. Большое количество прогонов и сложность выполнения пространственных узлов сопряженных труб требуют большого расхода металла и повышенной трудоемкости изготовления. Известны также устройства беспрогонных покрытий из трехгранных ферм с коробчатым сечением двух верхних поясов, образованных из состыкованных уголков, и нижним поясом из одиночного уголка, к которым с помощью фасонок прикреплены раскосы. Недостатком таких покрытий является большое количество фасонок, необходимость делать вырезы в полках уголков для пропуска фасонок, что также ведет к повышенному расходу металла и трудоемкости изготовления.

Предлагаемая конструкция позволяет осуществить как полное заводское, так и полное монтажное изготовление, удобна при транспортировке и монтаже. Таким образом, при сохранении и соблюдении всех необходимых рабочих параметров рассматриваемая конструкция требует в сравнении с известными [1, 2] меньше металла, а следовательно, уменьшается себестоимость, позволяет выполнить монтаж из наиболее доступных форм проката, а возможность замены сварного соединения болтовым - позволяет применять различные марки сталей.

Монтаж покрытия производят следующим образом: верхний пояс ГСП и коротышовый уголок стыкуют между собой сварными швами. Грани верхних поясов служат опорами для настила (см. рисунок). Наклон полок коротышовых уголков, приваренных к верхним и нижним поясам, соответствует требуемым плоскостям элементов раскосной решетки. Элементы раскосной решетки 3 выполнены либо из уголков, либо из круглой трубы, либо из ГСП. Соединение раскосов возможно на сварке или болтах. Конструкция не требует изготовления прогонов, достаточно перекрытия профнастилом, который одновременно совмещает несущие и ограждающие функции.

Покрытие, состоящее из бесфасоночной фермы с пентагональным сечением поясов и профнастила работает как пространственная стержневая система. Верхний пояс 1 работает как сжато-изогнутый стержень. Нижний пояс 2 работает как растянутый стержень, примыкающие раскосы 3 работают в условиях растяжения или сжатия. Профнастил работает на изгиб.

Библиографический список

1. Мелехин, Е.В. Пентагональный узел фермы : дис. ... канд. техн. наук. - Томск, 2002. -

С. 15-100.

2. Матвеев, А.В. Пространственно-стержневые конструкции покрытий с поясами составно-

го профиля из швеллера и уголка: дис. ... канд. техн. наук. - Томск, 2005. - С. 15-100.

3. Полезная модель бесфасоночной фермы с пентагональным сечением пояса: пат. 75207.

Рос. Федерация / Д.Г. Гришанов, Д.Г. Капоница, М.М. Копытов. - Томск, 2008.

D.G. GRISHANOV

DESIGN OF UNFASHION FARMS WITH PENTAHEDRON BY SECTION BELT

In article looking the design an unfashion farms. The Design feature looking farms in that that in change from earlier designed design (1, 2) pentahedron section is used not on the whole length of the designs, but in places of the node join only. Looking designs belt farms, executed from shveller and curved welded profile (cwp). it Is shown that considered a design unfashion farms answers the modern requirements to economy used material and minimum expenses on its montage.

УДК 624.078.416+669.14:62-41+621.88.086

Д.В. ЛОСКУТОВА, аспирант,

ТГАСУ, Томск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УЗЛОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕРЕВЯННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЛАСТИНАХ ПРИ ИЗГИБЕ

В статье рассмотрены результаты экспериментальных исследований узловых соединений на металлических зубчатых пластинах (МЗП) при действии изгиба. Представлено сопоставление жесткости рассматриваемых узловых соединений с различной высотой сжатой зоны, имитируемой жесткими вставками. Показано, что на податливость узловых соединений при изгибе конструкции оказывают влияние деформации МЗП в сжатой зоне. Учет работы МЗП в сжатой зоне позволяет снизить податливость соединения в 1,4 раза.

В деревянных фермах на металлических зубчатых пластинах наиболее ответственными и одновременно уязвимыми являются узлы нижнего пояса. В узлах, испытывающих растяжение, нагрузку воспринимает МЗП. Как правило, расчет узловых соединений нижнего пояса фермы на МЗП осуществляется только на действие расчётного растягивающего усилия, т. е. расчет ведется без учета деформированной схемы конструкции. Под нагрузкой в сечении элемента нижнего пояса наряду с растянутой зоной появляется сжатая зона [1].

Для изучения работы металлической зубчатой пластины, расположенной в сжатой зоне изгибаемого элемента нижнего пояса фермы, и влияния ее работы на податливость узлового соединения, были проведены экспериментальные исследования.

Изготовлено 14 опытных образцов. Для изготовления деревянных элементов узловых соединений использовался пиломатериал (сосна) размером поперечного сечения 50x150 мм. Это соответствует размерам соединений элементов в реальных конструкциях на МЗП. Использованы металлические зубчатые пластины GNA 20 фирмы Mitek Industries, изготовленные из оцинкованной тонколистовой стали (05кп, ГОСТ 1050-88*) толщиной 1,2 мм, которые были запрессо-

© Д.В. Лоскутова, 2008