Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях

10.07.2016

Типы стержней и их решеток. Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях (см. рис. VI—17) состоят из трех или четырех ветвей (поясов) и соответственно из трех или четырех систем решеток, связывающих ветви между собой. В стержнях из четырех ветвей, кроме того, должны быть поставлены поперечные диафрагмы, препятствующие их скручиванию. Поперечные сечения таких стержней представляют собой треугольник (обычно равносторонний), квадрат или прямоугольник.
Устранение одного пояса, одной боковой грани решетки и поперечных диафрагм влечет значительное уменьшение числа элементов и узлов, составляющих трехгранные стержни, по. сравнению с четырехгранными. Это уменьшает расход металла и рабочей силы на изготовление и монтаж трехгранных стержней. Некоторое увеличение усилий в решетке и удлинение раскосов (ширина грани трехгранного стержня обычно получается на 20—25% больше, чем у четырехгранного с такой же несущей способностью) не вызывает заметного увеличения расхода стали, потому что у многих элементов сечения избыточны по прочности— и устойчивости.
Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях

Пояса трехгранных стержней могут быть из труб или из гнутых уголков (рис. VI—17, а, б); пояса четырехгранных стержней — из прокатных уголков, обычно равнобоких, или из труб.
Для решетки используют равнобокие уголки, полосовую сталь при малых размерах стержней, трубы, сплошные круглые стержни или тросы, обычно предварительно напряженные. Равнобокие уголки имеют большее значение минимального радиуса инерции, чем уголки неравнобокие или швеллеры того же веса, что важно для устойчивости сжатых элементов. Давление ветра на конструкции из труб меньше, чем на конструкции из уголков. При одинаковом весе у трубчатых элементов радиус инерции больше, чем у уголковых. Замена в поясах одиночных уголков трубами устраняет в них дополнительные изгибающие и крутящие моменты, чем существенно улучшают работу поясов.
Системы решеток в конструкциях из четырех уголков могут быть весьма разнообразны. На рисунке VI—18 представлены развертки нескольких вариантов решетки в стержнях квадратного или близкого к квадратному поперечного сечения, а на рисунке VI—19 — в стержнях прямоугольного поперечного сечения, с большой разницей в длине его сторон и с переменными размерами больших сторон.
Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях
Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях

От сочетания решеток смежных плоскостей (граней) в значительной мере зависит характер работы поясов и всей конструкции в целом, а также простота или, наоборот, сложность изготовления.
В пространственных решетках различают:
- решетки с совмещенными узлами соседних граней, что обеспечивает закрепление поясов от поворота и смещения в узлах (рис. VI—18, а, в, г, д, VI—19 и VI—20,а);
- решетки с несовмещенными узлами соседних граней, в которых пояса в узлах могут упруго смещаться, например «елочная» решетка (рис. VI—19, б, е, VI—20, б).
Для краткости первые будем называть системами с совмещенными узлами, а вторые — с несовмещенными узлами. Возможность смещения последних в пространстве ухудшает условия работы как поясов, так и элементов решетки, снижая их несущую способность до 20%. В несовмещенных узлах сходится всего по два элемента (рис. VI—20, б), что упрощает изготовление конструкций, а в совмещенных пространственных узлах — по 3—4 стержня (рис. VI—20, а), примыкающих в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; устройство таких узлов сложнее. Для удобства их изготовления следует применять в поясах более широкие и тонкие уголки.
Введение дополнительных стоек, показанных на рисунке VI—18, г, уменьшает панель пояса в 2 раза, то есть повышает его устойчивость. Однако наличие стойки в узлах заставляет шире раздвинуть концы раскосов, что увеличивает эксцентриситет их крепления и узловой момент, ухудшающий работу поясов и раскосов. По этим соображениям наиболее целесообразна решетка, представленная на рисунке VI—18, а, д, с переменным направлением раскосов, без стоек и с совмещенными узлами. Угол р между раскосами и поясами в последнем случае следует назначать в пределах от 40 до 50°, имея в виду, что даже небольшие изменения его сильно сказываются на длине панели пояса, а следовательно, на устойчивости последнего, а также и на числе узлов решетки, то есть на трудоемкости ее изготовления.
Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях

где с — расстояние между центрами тяжести поясов.
При углах 40—50° обычно представляется возможным обходиться раскосной решеткой без стоек, при более острых углах для устойчивости поясов часто приходится добавлять стойки.
Если разница в ширине соседних граней конструкции большая, невозможно совместить все узлы. Следует совмещать узлы решетки широких граней с некоторыми узлами решетки узких граней. На практике часто встречается независимое расположение узлов решеток с несовмещенными в пространстве узлами.
Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях

В стержнях с малым поперечным сечением по сравнению с шириной поясов элементы решетки в узлах центрируют на обушок поясного уголка (рис. VI—21,а, б), хотя это ухудшает несколько работу поясов и решетки, особенно при больших значениях поперечной силы. Например, при усилии в раскосе от поперечной силы, равном половине усилия в поясе от той же нагрузки (что бывает редко), усилие в поясах и решетке увеличивается на 7%, а при ‘/б этого усилия — на 4%. В конструкциях с относительно большими поперечными размерами по сравнению с шириной поясов желательно элементы решетки плоских ферм центрировать по центрам тяжести поясов (рис. VI—21, в, г). При этом в узлах все же останутся эксцентриситеты (рис. VI—10), и моменты, вызываемые ими, будут действовать в плоскости наименьшей жесткости поясов. Центрирование раскосов на обушок оставляет больше места для крепления стойки (сравни рис. VI—21, б, г).
Стержни с решетками в пересекающихся плоскостях

Для уменьшения пространственных узловых эксцентриситетов раскосы крепят к внутренним сторонам поясных уголков, хотя для изготовления конструкции это может оказаться сложным. Расположение раскосов снаружи поясов значительно увеличивает эксцентриситеты. Снаружи можно располагать неработающие, «нулевые» стойки, которые служат лишь для уменьшения свободной длины панели пояса и развязки узлов в смежных плоскостях. Расположение элементов решетки снаружи поясов увеличивает габаритные размеры конструкции и способствует некоторому увеличению ветровой нагрузки. Кроме того, элементы решетки, расположенные снаружи пояса, могут быть легко погнуты.
Составные решетчатые элементы особо чувствительны к кручению. Поэтому необходимо принимать меры, обеспечивающие по возможности равномерное загружение всех поясов. Кроме того, по длине таких конструкций нужно ставить поперечные решетчатые или сплошные диафрагмы. Диафрагмы размещают в местах приложения внешних усилий, в местах перелома осей поясов, но не реже чем через 6—9 м (в зависимости от типа и размеров конструкции) и не менее двух в каждой секции (в отправочной марке).