описание, конструкция, монтаж, функции, фото

Основным преимуществом стальных каркасов крыш, в сравнении с брусчатыми, является прочность и долговечность. Металл, конечно же, способен выдерживать гораздо большие нагрузки, чем дерево. Основным недостатком таких ферм является прежде всего их высокая стоимость и некоторая сложность в монтаже.

В частном домостроении конструкции такого типа используются крайне редко. В основном они монтируются при возведении разного рода производственных, складских и хозяйственных зданий большой площади. В личных хозяйствах такие фермы из уголка сваривают обычно только при сборке каких-нибудь малых металлических архитектурных сооружений, к примеру, беседок или навесов.

Что собой представляют

Основными элементами конструкции металлической фермы являются:

Скрепляться элементы таких стропильных систем могут путем сварки, болтами или заклепками. Различают узлы ферм из уголков и трубы с непосредственным примыканием и на фасонках.

Верхний и нижний пояса таких металлических опорных конструкций могут собираться, к примеру, из профилированной трубы. При монтаже каркаса кровель больших производственных зданий с этой целью в некоторых случаях используются также и более прочные швеллера.

Уголки для возведения опорных конструкций кровель также применяются достаточно часто. Иногда фермы собирают из одиночных металлоизделий этого типа. Но в большинстве случаев пояса монтируют из соединенных тавром уголков. Это позволяет собирать гораздо более прочные конструкции.

Для сварки верхнего пояса таких систем полагается использовать уголки с разной шириной полок. Для нижней же стяжки фермы из парных уголков берут равносторонний в передней плоскости материал. Такая технология позволяет собирать наиболее прочные и долговечные конструкции. В верхнем поясе в данном случае уголки соединяются по меньшей стороне.

Узлы ферм из парных уголков проектируют на фасонках. Стержни решетки к последним прикрепляют фланговыми швами. Сами фасонки заводят за уголки. В этом случае узел получается наиболее надежным.

Элементами решетки ферм из уголка являются:

• стойки, располагающиеся перпендикулярно оси;

• подкосы, монтируемые под углом;

• шпренгели или вспомогательные подкосы.

Собирается эта часть конструкции металлической стропильной системы как при возведении больших зданий, так и малых архитектурных форм, в большинстве случаев из одиночного уголка. Иногда для этой цели используется и профилированная труба небольшого сечения.

Дополнительными элементами ферм из уголка являются обычно несущие Z-профили, на которые в последующем крепится собственно кровельный материал. Иногда такие элементы при сборке опорной конструкции кровли не монтируются.

При возведении малых архитектурных форм могут, помимо всего прочего, использоваться простейшие фермы без поясов, представляющие собой конструкции, формирующие одну плоскость. При изготовлении таких систем сначала сваривается треугольная рама. Далее она укрепляется ребрами жесткости и подкосами.

Наиболее распространенные виды ферм по конструкции

Чаще всего в качестве каркаса кровли зданий и малых архитектурных форм используются металлические стропильные системы:

• треугольные;

• арочные.

При строительстве зданий, беседок и навесов в большинстве случаев при этом монтируется первый тип ферм из уголка и трубы. Такие конструкции могут свариваться как для односкатных, так и двухскатных крыш.

Арочные фермы более сложны в монтаже и обходятся дороже. Для их сборки в частном хозяйстве, помимо всего прочего, придется приобрести такое оборудование, как трубогиб. Основным преимуществом таких ферм, в сравнении с треугольными, является эстетическая привлекательность. В частных хозяйствах такие конструкции монтируются чаще всего при сборке навесов и козырьков привлекательной архитектуры и оформления, кованых и резных с покрытием из поликарбоната, гибкой черепицы, дранки.

Какие еще типы могут монтироваться

При возведении малых архитектурных форм и небольших построек собирают обычно именно арочные или треугольные фермы из одиночного уголка. При возведении зданий большой площади могут монтироваться также конструкции этого типа:

• с параллельным поясом (прямоугольные) — самый экономичный вариант, монтируемый из идентичных элементов;

• полигональные — аналог ломаной двухскатной крыши;

• трапециевидные;

• сегментные — по форме похожи на арочные, но при этом имеющие более сложную конструкцию.

Односкатные фермы из уголков всегда имеют треугольную форму.

Виды решеток

Часть конструкций ферм, расположенная между верхним и нижним поясом, в свою очередь, может быть:

• треугольной — подкосы соединяются между собой без стоек;

• треугольной с дополнительными стойками — вертикальные элементы монтируются возле каждого подкоса;

• крестовой — в передней плоскости напоминает ряд из прямоугольников с диагоналями-подкосами;

• с восходящими или нисходящим раскосами;

• штренгельной сложной формы;

• перекрестной, в передней плоскости представляющей собой ряд ромбов, собираемой без использования стоек;

• ромбической, похожей на перекрестную, но монтируемой со стойками;

• полураскосной (лежащая на боку «елочка»).

Как составить проект

Перед началом самостоятельной сборки фермы из спаренных уголков, одиночных или трубы следует определиться:

Количество скатов фермы из металла может быть разным. С использованием таких конструкций допускается возводить в том числе и многощипцовые сложные крыши. Однако в частных хозяйствах чаще всего при постройке малых архитектурных форм монтируют все же одно- или двухскатные фермы. Такие конструкции просты в сборке и при этом отличаются надежностью.

Угол наклона скатов кровли с металлической фермой определяют в зависимости от ветровой и снеговой нагрузки и некоторых других факторов. Самостоятельно рассчитать этот параметр для стальных стропильных систем по всем правилам, в отличие от деревянных, без специальных знаний сложно. Поэтому в большинстве случаев владельцы загородных участков просто находят типовую формулу фермы той или иной конструкции. Далее в нее подставляются нужные показатели.

Примеры формул

Чтобы выполнить расчет фермы из парных уголков или одинарных, необходимо в первую очередь определить высоту и длину конструкции. Последний показатель при этом будет соответствовать тому расстоянию, которое конструкция закроет в процессе эксплуатации (ширина здания плюс свесы).

Оптимальная высота фермы может определяться по таким формулам:

Здесь H — высота фермы, L — ее длина. Подкосы в решетке металлических каркасов кровель могут устанавливаться под углом от 35° до 50°. При этом оптимальным считается значение в 45°. При использовании смонтированных таким образом подкосов опорная конструкция получается наиболее прочной.

Расчет фермы из уголков арочной

В таких конструкциях необходимую длину металлоизделий для нижнего пояса определяют с использованием такой формулы:

• mh=пи×R×a×180, где mh — длина уголка, пи=3.14, R-радиус окружности, а-угол между радиусами окружности, проведенными к крайним точкам нижнего пояса.

Если длина пролета в малой архитектурной форме составляет менее 6 метров, вместо сложной фермы допускается использовать просто одинарную или двойную балку, согнутую под выбранным радиусом. В этом случае для сборки опорной конструкции кровли обычно применяется не уголок, а профильная труба.

По окончании расчетов при составлении проекта кровли полагается делать чертеж с указанием размеров всех элементов, углов их наклона и пр. По такой схеме в дальнейшем и производится сборка фермы из парных уголков или более простых конструкций.

Правила монтажа

При сборке металлических ферм кровель своими руками рекомендуется руководствоваться следующими правилами:

1. Опорные вертикальные стойки-колонны больших металлических сооружений (навесов, зданий) лучше делать не из одинарного уголка, а из профильной трубы. Такой металлопрокат отличается большей прочностью. Из этого же материала желательно изготавливать и стойки самих ферм. Из уголков в таких конструкциях можно сделать раму и раскосы.

2. Крепить между собой элементы конструкции фермы нужно с использованием прихваток и спаренных уголков.

3. В верхнем поясе детали следует стыковать с применением двутавровых уголков.

4. В нижнем поясе в сопряжениях используют равносторонние уголки.

5. Для стыковки основных частей фермы, имеющих большую длину, следует применять накладные толстые стальные пластины.

Для того чтобы исключить возможность прогиба поясов, кровлю на металлической ферме монтируют так, чтобы ее вес приходился на узлы фермы из уголков.

Порядок сборки

Первым делом при самостоятельном монтаже металлических стропильных систем, конечно же, производят раскрой уголка и других металлических изделий, согласно чертежу. Далее:

• собирают конструкцию фермы на земле;

• тщательно проверяют ее геометрию с использованием угольника и уровня;

• сваривают собранный каркас с применением накладных пластин и уголков там, где это необходимо.

Порядок сборки фермы на земле обычно выглядит следующим образом:

На заключительном этапе сборки фермы проверяют в том числе и качество выполненных сварных швов. Конструкция, конечно же, должна получиться максимально надежной.

После того, как первая ферма будет готова, приступают к сборке следующей. Таким образом сваривают все опорные элементы стропильной системы сооружения.

Сборка каркаса

Подготовленные таким образом фермы на следующем этапе поднимают на стойки или коробку здания. Предварительно монтируют из уголка или трубы верхнюю обвязку сооружения и опорные балки. Приваривают фермы, а далее соединяют их друг с другом коньковым элементом и промежуточными перемычками. Последние монтируют обычно на расстоянии не менее 1.5 м друг от друга.

На заключительном этапе все конструкции фермы из металлического уголка или трубы шлифуют, покрывают грунтовкой и окрашивают. После этого приступают собственно к обшивке крыши.

Требования в зависимости от угла наклона

Все используемые для возведения крыш металлические фермы условно делятся на три категории:

Считается, что крыши первого типа целесообразно монтировать с использованием трапециевидных ферм высотой от 1/7 до 1/9 длины пролета. Если в сооружении в последующем не предполагается подшивать потолок, раскосы в таких конструкция устанавливают в виде решетки треугольной формы.

Для сборки крыш с углом наклона ската от 15 до 22° обычно используются фермы высотой в 1/7 от длины пролета. Это позволяет смонтировать наиболее надежную конструкцию. Если необходима большая высота (на 0.16-0.23 частей длины пролета), нижний пояс делается ломаным. При использовании такого метода масса каркаса может быть снижена на 30%.

Устанавливать фермы из стальных уголков с ломаным нижним поясом допускается только на сооружениях с длиной пролета не более 20 м. В противном случае полагается монтировать конструкции Полонсо.

Для ферм с углом наклона ската в 22-30° обычно выбирают высоту в 1/5 длины пролета. В этом случае конструкция получится оптимально легкой и с нее в последующем будет быстро стекать дождь и сходить снег. Монтируют на таких зданиях обычно треугольные фермы из уголков.

Покрывают кровли с таких углом наклона скатов в большинстве случаев шифером или металлическими листами. Для длинных пролетов от 14 м чаще всего используют фермы с нисходящими раскосами. Такие конструкции хорошо переносят значительные снеговые и ветровые нагрузки.

Спаренные фермы

Такие системы на стойки и коробки часто монтируют тогда, когда длина пролета превышает 10-12 м. Цельная ферма данном случае будет весить очень много. А это в свою очередь вызовет трудности с ее транспортировкой и установкой на коробку. Поэтому для широких пролетов систему сначала разделяют на два фрагмента, а затем наверху соединяют затяжками и сваркой.

При проектировании и расчете парных ферм следует, помимо всего прочего, учитывать тот факт, что обе их части должны быть абсолютно идентичными. То есть половины не должны делиться на левую и правую. В противном случае при монтаже ферм на коробке здания может возникнуть путаница.

При сборке таких двойных конструкций наверху желательно использовать, помимо сварки, как можно больше болтовых соединений. В этом случае узлы получатся наиболее прочными.

Что представляют собой фермы Полонсо

Такие конструкции состоят из двух треугольных частей, соединенных стяжкой. Основным преимуществом таких ферм является отсутствие необходимости в использовании длинных раскосов. Благодаря этому, конструкция получается не только прочной, но и легкой.

Монтируются такие фермы, как уже упоминалось, на длинные пролеты. Чаще всего их используют при возведении больших производственных зданий.

Деревометаллические фермы

В целях экономии при строительстве зданий и малых архитектурных форм могут использоваться, помимо всего прочего, комбинированные опорные конструкции. К примеру, нижняя стяжка фермы, стойки и затяжки зачастую выполняются из трубы и уголка, а верхний пояс — из доски либо бруса.

Пиломатериалы для таких конструкций выбирают хорошо просушенные и с минимальным количеством сучков. Влажность бруса или досок должна составлять не более 12%. Перед использованием для сборки комбинированных опорных конструкций пиломатериалы желательно подсушить дополнительно в течение нескольких месяцев. В противном случае из-за усадки древесина в готовом каркасе в последующем может растрескаться (металл сохранит свои размеры).

Для того чтобы такие фермы получались более прочными, их обычно армируют. В большинстве случаев для этой цели используют стальной прут. Также деревометаллические фермы могут укрепляться стеклопластиковой арматурой. Стержни с древесиной соединяют обычно с применением эпоксидного клея. При этом арматуру пропускают внутри верхнего пояса (в клееных конструкциях).

видео-инструкция по монтажу своими руками, особенности металлических изделий, для поликарбонат

Главная › Новости

Опубликовано: 02.09.2018

Возведение фермы для навеса своими руками требует выполнения точных расчётов и умения обращаться со сварочным аппаратом. Если вы допустите хоть малейшую ошибку, то конструкция в результате попросту сложится под воздействием снега и ветра. Поэтому перед началом выполнения работ ознакомьтесь с изложенными далее рекомендациями.

Фото арочного навеса из стальных труб

Выполнение поставленной задачи

Односкатные металлические фермы для навесов

Навесы имеют достаточно широкую сферу применения:

Оборудование автомобильных стоянок открытого типа, которые выступают более дешёвой альтернативой капитальным гаражам.

Защита автомобиля от атмосферных осадков

Обустройство остановок общественного транспорта, козырьков магазинов и даже рекламных баннеров. Создание веранд и беседок. Ещё один вариант сэкономить на постройке полноценного садового домика – создать надёжную крышу с прочными стойками.

Дачный навес из поликарбоната

При этом их надёжность обеспечивается за счёт металлических ферм, которые прочно связывают между собой лаги и опорные столбы. Такая конструкция в случае правильной установки прослужит вам долго и качественно. Начать же следует с выбора подходящих материалов.

Из чего лучше всего изготовить ферму

Профильные стальные трубы

Наилучшим образом с такой задачей справятся металлические трубы с прямоугольным или квадратным сечением, которые обладают несколькими важными для нашего случая достоинствами:

Высокая прочность за счёт наличия рёбер жёсткости. Если круглое изделие согнуть вполне доступно в домашних условиях, то с профильной такой фокус не удастся. Доступная цена, благодаря относительно несложной технологии производства. Лучше всего подходят горячекатаные образцы. Удобная форма. Крепление плоских стенок своими руками осуществляется гораздо проще, чем закруглённых, это касается как сварки, так и болтов.

При выборе размеров руководствуйтесь такими правилами:

Ширина навеса, см	Размер сечения трубы, мм	Толщина стенки трубы, мм
До 450	40 на 20	2
450-550	40 на 40	2
Более 550	60 на 30	2
40 на 40	3

Что нужно учесть в расчётах

Совет: если вы хоть немного сомневаетесь в правильности ваших вычислений, то рекомендуется проконсультироваться у специалиста, так как цена возможной ошибки окажется гораздо выше его платных услуг.

Перед тем, как рассчитать ферму для навеса, обзаведитесь счётной машинкой и специализированной программой, которая находится в свободном доступе в интернете.

Подойдёт любой обыкновенный калькулятор

Расчет конструкции навеса предполагает выполнение следующих действий:

Выбор схемы структуры фермы: арочная, односкатная, двухскатная или прямая . Здесь следует учесть выполняемые будущим навесом функции, используемые при его возведении материалы и личные предпочтения.

Двухскатный навес, покрытый металлочерепицей

Далее определяются габариты всего сооружения . При этом важно осознавать то, что в случае увеличения высоты навеса возрастает и его несущая способность. Следовательно, в таком случае стоит позаботиться о дополнительной установке нескольких рёбер жёсткости, которые усилят прочность объекта. В том случае, когда пролёт превышает 35,9 м, требуются вычисления для строительного подъёма, чтобы определить каков будет изгиб погашения, направленный обратно от воздействий на конструкцию

. Также определяются параметры панелей фермы в соответствии с удалённостью друг от друга компонентов , осуществляющих передачу нагрузки. Оканчиваются расчёты нахождением удалённости одного узла от другого , наиболее часто этот параметр равен ширине панелей.

Совет: можно использовать старые готовые проекты, лишь подставив в них свои значения. Это значительно облегчит задачу и поможет избежать банальных ошибок.

Пример выполнения расчётов

Сооружение навеса для веранды

Для примера возьмём навес, обладающий следующими параметрами:

Параметр	Значение
Ширина	9 м
Уклон	8 градусов
Величина пролёта	4,7 м
Предполагаемая нагрузка снега	84 кг/м²
Высота стойки	2,2 м

Одним краем ферма будет опираться на кирпичное здание, а другим на специально установленную колонну. Для её создания возьмём трубы с сечением 45 на 45 мм и толщиной стенки 4 мм.

Схема железной фермы

Проведя вычисления с помощью специальных программ, мы получим следующие значения для создаваемой фермы:

Параметр	Значение
Вес	150 кг
Вертикальная нагрузка на одну стойку	1,1 т
Коэффициент надёжности	1
Величина пролёта	4,7 м (совпадает с навесом)
Высота	40 см
Количество панелей в верхнем поясе	7

Советы по монтажу

Установка фермы при помощи сварочного аппарата

Сразу стоит отметить, что сварка имеет ряд преимуществ перед осуществлением болтовых соединений:

Отсутствие утяжеления болтами, что позволяет добиться меньшего веса итоговой конструкции и, соответственно, меньшей нагрузки на конструкцию. Высокая устойчивость к возможным деформациям. Сварочный шов более прочен и надёжен. Длительный эксплуатационный срок, который равен долговечности используемых компонентов. Меньшая стоимость реализации. Электроды дешевле качественных болтов. Равномерное распределение металла. Исключается перекос давления на несущие сваи. Высокая скорость возведения сооружения. Профессиональный сварщик достаточно быстро справляется с поставленной задачей.

Совет: единственный случай, когда лучше использовать болты, это тогда когда вы применяете оцинкованные трубы.

Потому что сварка разрушает слой цинка, повышая опасность возникновения коррозии.

Как сварить ферму для навеса собственными силами? Если у вас уже готовы все расчёты, подобран материал, и вы умеете пользоваться сварочным аппаратом, то процесс не будет представлять для вас ничего сложного.

На фотографии показано, как правильно варить металлическую ферму

Единственное, на что ещё следует обратить внимание, так это на то, как варить углы такого сооружения: через один.

Заключение

С помощью профильных стальных труб можно создать надёжные фермы для навесов, которые прослужат вам долго и качественно. Но при этом очень важно правильно рассчитать все параметры конструкции, чтобы она смогла успешно выдержать все атмосферные нагрузки. Далее дело обстоит только за сваркой.

Качественно сделанный железный навес – эталон надёжности и долговечности

Видео в этой статье предоставит вашему вниманию на рассмотрение дополнительные материалы, имеющие непосредственное отношение к изложенной теме. Подходите к выполнению задачи правильно, и вас ждёт успех.

Крыша транспортировочного контейнера 40W-40L-13H(ft) Двойной козырек фермы

Распродажа!

8 100,00 $ 7 300,00 $

Крыша транспортировочного контейнера 40W-40L-13H (ft) является идеальным дополнением для обычных складских помещений между двумя одинаковыми конструкциями (например, контейнерами).

Он очень сильный и упругий.

Категории: Все, Крыша транспортировочного контейнера Артикул: C4040DTP

• Описание
• Дополнительная информация

Описание

Высота

13 футов

Ширина

40 футов

Длина

40 футов

8 100,00 долл. США 7 300,00 долл. США

Нажмите, чтобы позвонить

Нажмите, чтобы отправить по электронной почте

Крыша транспортного контейнера 40W-40L-13H (ft) является идеальным дополнением для регулярных складских помещений между двумя одинаковыми конструкциями (например, контейнерами). Он очень сильный и упругий.

Крыша транспортного контейнера 40W-40L представляет собой идеальное сочетание контейнера и места для хранения.

Доступные по цене, прочные и динамичные устройства для создания пространства для защиты товаров, транспортных средств или товаров от непогоды.

Вся наша конструкция спроектирована лучшей командой инженеров, создавших конструкцию из оцинкованной стали типа Q215 и сверхпрочной ткани из ПВХ.

Все наши продукты очень универсальны во время установки. Если вам нужно что-то временное, вы можете прикрутить их, или если вы хотите что-то более стабильное, вы можете приварить это.

Для их установки не обязательно нужен контейнер, можно использовать любую опору.

Легко монтируемый, этот навес часто используется на стройплощадках в качестве навеса для пиломатериалов или для хранения строительных материалов.

Крыша транспортного контейнера 40W-40L также часто используется в сельском хозяйстве в качестве места для хранения тракторов и другой техники.

Различные варианты использования крыши транспортного контейнера 40W-40L

• Промышленные и сельскохозяйственные склады
• Construction warehouses
• Vehicle shelters
• Temporary shelters
• Office inventory
• Canopy tents  
• Agricultura warehouses
• Freight warehouses
• Industrial warehouses
• Carports
• Garages for trucks, buses, vans, and boats
• Event и выставочные палатки
• Торговые палатки
• Эконом-амбар

Технические характеристики 40W-40L

Вес упаковки

2150 фунтов

Размеры упаковки

115 x 44 x 49 дюймов

Арка Ø

60 x 1,5 мм

Прогон Ø

48 x 1,5 мм

Снеговая нагрузка

3-4 дюйма

Ветровая нагрузка

50 миль/ч

Ткань

Сверхпрочная ткань — ПВХ 450 г/м²

Структура

Двойная ферма из оцинкованной стали

Срок службы брезента

7-10 лет*

Срок службы рамы

+15 лет*

Анкерные подножки

* Термин «срок службы» относится к долговечности самих материалов, а не к структурной целостности навеса после сборки.

*Структурная целостность навеса после сборки может быть нарушена внезапными климатическими условиями, такими как сильный ветер, сильный снегопад, сильный дождь и т.д. Мы настоятельно рекомендуем проверять прогноз погоды и всегда учитывать описанные выше ограничения.

Настоятельно рекомендуется

1. 1. Во время урагана со скоростью 50 миль в час необходимо снять все навесы контейнеров, оставив раму в сборе. Ответственность клиента.
   2. Все навесы контейнеров необходимо снять до 2-дюймовой снежной бури (для крыш из морских контейнеров с одной фермой) и после 4-дюймовой снежной бури (для крыш из морских контейнеров с двойной фермой), оставляя раму в сборе. Ответственность клиента.
   3. Клиентам, проживающим в снежных штатах и ​​городах, настоятельно рекомендуется использовать каркас с двойной фермой вместо каркаса с одинарной фермой. Ответственность клиента.
   4. Владелец обязан немедленно счищать снег с навеса на крыше, иначе рама может разрушиться.
   5. Все контейнеры должны быть закреплены на земле в каждом углу. Ответственность клиента. Найдите образец схемы здесь.
   6. Вся наша продукция относится к категории временных конструкций/крышек для хранения вещей.

Политика возврата: Любой товар можно вернуть в течение 7 календарных дней после прибытия; расходы по доставке не возвращаются. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к Политике возврата и возмещения. Термин «срок службы» относится к долговечности самих материалов, а не к установке конструкции навеса.

Примечания:

• • Для этой модели требуется сварка.
  • Опорные пластины для приварки к краям контейнеров включены.
  • Разгрузка: требуется вилочный погрузчик или эквивалент, если у вас его нет, сообщите нам об этом
  • Разрешения на строительство и планирование не требуются.
  • Вся наша продукция относится к категории временных конструкций/крышек для хранения вещей.
  • Разрешения на строительство не требуются, однако мы рекомендуем получить согласие вашего местного совета, чтобы избежать проверки со стороны округа.

У нас есть для вас практичные решения

Переносные навесы, стальной каркас палатки, ткань ПВХ между двумя контейнерами.

Создайте идеальную сухую зону для ваших продуктов или работы.

Facebook-f YouTube Инстаграм

Главный офис

990 US-27, Венера, Флорида 33960

Служба поддержки

+1 (321) 710-0804

Часы работы офиса

Пн — Сб: 8:00 — 18:00
Вс: выходной

© Все права защищены

© Copyright 2015 — 2020 | Дизайн brainart.site | Все права защищены

Многоплоскостные сварные соединения | Институт стальных труб

Джеффри А. Пэкер
Баен/Таненбаум Профессор гражданского строительства, Университет Торонто, Онтарио, Канада

AISC 360-16 Спецификация Раздел K1 начинается с указания области его применения: «Для целей настоящей главы осевые линии ветвей должны лежать в общей плоскости» (AISC, 2016). На практике, однако, большое количество конструкций полых профилей имеют не просто плоские сварные соединения, а многоплоскостные соединения. Они могут возникать в башнях, морских сооружениях, крановых кранах, мостах, навесах, атриумах, решетчатых колоннах и конструкциях крыш. Архитектура свободной формы освободила и поощряла художественное самовыражение до такой степени, что дизайнеры теперь считают, что почти любое трехмерное расположение элементов может быть задано и построено. Это может привести к значительным трудностям при изготовлении, как в примере на рис. 1.

Рисунок 1: 3D-нагромождение прямоугольных быстрорежущих стальных конструкций в атриуме с многоплоскостными сварными соединениями соединения (к основному или «сквозному» элементу) могут быть связаны с их плоскостными соединениями, нагруженными в осевом направлении. Терминология для многоплоскостных соединений была принята таким образом, что если вторая плоскость в узле содержит второе X- (или Cross-), T- или K-соединение, то соединение называется XX-, TT- или KK-соединением. связи соответственно. Точно так же T-ветвь в плоскости, ортогональной плоскому X-соединению, будет создавать многоплоскостное TX-соединение (или, альтернативно, его можно рассматривать как XT-соединение) и так далее. Однако такие маркировки соединений ферменного типа по-прежнему подпадают под действие правил классификации соединений, основанных на передаче усилия, как описано в разделе K1 комментариев AISC 360-16 и в Руководстве по проектированию AISC № 24 (Packer et al., 2010). Несколько основных типов многоплоскостных соединений по сравнению с их одноплоскостными аналогами показаны на рис. 2.

Рисунок 2: Многоплоскостные сварные соединения, связанные с плоскими сварными соединениями

AWS (2015 г.) предоставляет средства обработки многоплоскостных эффектов для круглых соединений из быстрорежущей стали, но правила проектирования относительно сложны и, в зависимости от конфигурации и нагрузки соединения, они могут быть ненадежными для прогнозов прочности. Большое количество исследователей, как подытожили Packer and Henderson (1997), Wardenier et al. (2008) и Packer et al. (2009) провел экспериментальные и численные исследования многоплоскостных сварных соединений из быстрорежущей стали. Исследования все больше и больше выявили, что «многоплоскостной эффект» вызван как нагрузочными, так и геометрическими эффектами, причем последний является функцией, в частности, отношения ширины (β) и гибкости стенки хорды (2γ), как и для плоских соединений. Простое добавление большего количества ответвлений к соединению (т. е. приварка большего количества стали) часто служит для повышения жесткости области соединения и увеличения прочности.

Рекомендуемый подход CIDECT (Wardenier et al., 2008; Packer et al., 2009) для проектирования многоплоскостных соединений заключается в том, чтобы рассмотреть тип соединения в одной плоскости, а затем отрегулировать прочность плоского соединения (на основе контроль предельного состояния) на влияние ветвей, лежащих вне этой плоскости, на поправочный коэффициент µ. Учитывая положительное влияние приварных отводов и пренебрегая эффектом нагружения, этот коэффициент µ во многих случаях можно принять равным 0,9 или 1,0. Это имеет условие, что общая хордовая сила используется для расчета значения Qf плоского соединения; используя либо общее «предварительное напряжение» для круглых поясов из быстрорежущей стали, либо общее «максимальное напряжение» для прямоугольных поясов из быстрорежущей стали. Поправочные коэффициенты к прочности плоскостного соединения (определены из глав J и K AISC 360-16 Спецификация или Руководство по проектированию AISC № 24) приведены для распространенных типов соединений в Таблице 1 для круглых быстрорежущих и Таблице 2 для прямоугольных быстрорежущих. Далее следуют особые замечания относительно XX-соединений и KK-соединений.

Таблица 1: Коэффициенты соединения для многоплоскостных круглых соединений из быстрорежущей стали Таблица 2: Поправочные коэффициенты для многоплоскостного прямоугольного соединения из быстрорежущей стали под действием равных и противоположных сил сжатия ветвей круглая хорда HSS уплощается и принимает овальную форму. Для прямоугольной быстрорежущей стали нагруженные поверхности пояса изгибаются внутрь, а две ненагруженные стенки стенки изгибаются наружу, в то время как углы имеют тенденцию приблизительно сохранять свое положение. углы 0°. Таким образом, для обеих форм стороны хорды выпячиваются наружу. Если теперь добавить нагруженные сжатием внеплоскостные ответвления (как в XX-соединении на рис. 2), можно увидеть, что такие силы имеют тенденцию восстанавливать сечение хорды до его первоначальной формы и, таким образом, оказывают положительное влияние на противодействие. деформация хорды. Наоборот, неплоскостные ответвления, нагруженные растяжением, будут иметь противоположный эффект и усугубят деформацию соединения. Таким образом, в таблицах 1 и 2 поправочный коэффициент плоской прочности, µ, сильно зависит от относительного направления сил в парах X-ветвей. XX-соединение с ортогональными плоскостями X-ветвей, нагруженных в противоположном направлении, является единственным случаем многоплоскостного соединения, которое может привести к серьезному сокращению (до 35%) по сравнению с его одноплоскостным аналогом.

Конструкция соединения KK

Для круглых соединений KK из быстрорежущей стали можно применить простой понижающий коэффициент µ = 0,9 для учета эффекта многоплоскостности, как указано в таблице 1. Это соответствует Руководству по проектированию CIDECT № 1. , 1-й. изд. (Wardenier et al., 1991), потому что это конкретное руководство CIDECT, как и Спецификация AISC 360-16, основано на «предварительном напряжении» хорды (нижнее напряжение хорды) для расчета коэффициента круглой быстрорежущей стали Q _f . (Это можно увидеть в разделе «Функции» таблицы спецификаций AISC K3.1). Кроме того, две рекомендации (Руководство по проектированию CIDECT № 1, 1-е изд. и Спецификация AISC 360-16) имеют общие проверки предельного состояния для К-соединений с зазором и перекрытием.

Для прямоугольных соединений HSS KK можно также применить простой понижающий коэффициент µ = 0,9 для учета эффекта многоплоскостности, как показано в Таблице 2. Это следует из Руководства по проектированию CIDECT № 3, 1-е. изд. (Packer et al., 1992), потому что это конкретное руководство CIDECT, как и спецификация AISC 360-16, основано на «максимальном напряжении» хорды для расчета коэффициента Qf прямоугольной быстрорежущей стали, и обе рекомендации имеют общие проверки предельного состояния для K с зазором и с перекрытием. -соединения.

Сила в одинарном элементе пояса может быть значительно выше при соединении КК, чем при соединении К, из-за параллельных хорде компонентов силы от ответвлений в двух плоскостях. Точно так же нормальные к хорде компоненты силы от ответвлений в двух плоскостях могут быть значительно выше в КК-соединении, чем в К-соединении. Таким образом, для КК-соединений с зазором рекомендуется построить диаграмму свободного тела, показывающую хордовые силы, действующие на сечение, проходящее через область зазора, а затем провести проверку взаимодействия на предмет разрушения в области зазора при комбинированных нормальных и напряжение сдвига. Это показано в таблице 1 для круглой быстрорежущей стали и в таблице 2 для прямоугольной быстрорежущей стали. Для круглых соединений КК из быстрорежущей стали суммарная «вертикальная» поперечная сила в зазоре (V _зазор ) применяется к круглому поперечному сечению, где площадь сдвига хорды принимается равной (2/π)A (Wardenier et al. , 2010). Для прямоугольного КК-соединения с зазором из быстрорежущей стали с углом φ = 90° между плоскостями ответвления соединение подвергается действию поперечной силы (0,5√2)V _зазора в каждой плоскости. Силе сдвига в каждой плоскости противостоят две стенки прямоугольного пояса из быстрорежущей стали. «Горизонтальные» составляющие двух плоскостей уравновешиваются. Как для круглой, так и для прямоугольной быстрорежущей стали предел текучести при сдвиге принимается равным 0,6F _y для соответствия спецификации AISC 360-16 .

Аспекты изготовления с KK-соединениями

Круглая быстрорежущая сталь

Обычный исходный макет для 3D-моделирования заключается в наличии одной рабочей точки для нескольких ветвей на центральной линии хорды, но проектировщики должны знать, что это может потребовать больше сложные процедуры изготовления. В одной плоскости два ответвления в K-соединении могут перекрывать друг друга, но в KK-соединении ответвления из одной плоскости могут также перекрывать элементы из другой плоскости. Увеличение количества перекрывающихся ветвей приводит к увеличению профилирования концов ветвей, более сложной подгонке и большему количеству проблем со сваркой. Чтобы избежать перекрытия ответвлений с одной боковой плоскости на ответвления другой, может потребоваться введение «поперечного зазора» между соседними плоскостями, но это может привести к смещению рабочей точки перпендикулярно оси хорды. Этот узловой эксцентриситет должен быть ≤ 0,25D, чтобы создаваемый изгибающий момент можно было игнорировать с точки зрения его основного влияния на конструкцию соединения. Эксцентриситетный момент имеет некоторое влияние на прочность соединения, поскольку он влияет на значение Q _f , коэффициент влияния напряжения хорды. Эксцентриситетный момент всегда будет влиять на конструкцию элементов пояса, потому что они должны быть рассчитаны на комбинированную осевую силу и изгиб.

В соединении КК, если два элемента стенки сжатия перекрывают друг друга, а два элемента стенки растяжения перекрывают друг друга, но по-прежнему имеется зазор g вдоль хорды между элементами стенки сжатия и растяжения (при симметричной нагрузке ), то комбинированный двухветвевой «след» можно рассматривать как единое целое, а КК-связь анализировать как К-связь.

Прямоугольная быстрорежущая сталь

Рис. 3: Треугольная ферма из быстрорежущей стали с двумя поясами сжатия

Треугольные или «треугольные» (Δ) фермы часто располагаются в форме буквы «V», которая объединяет один нижний пояс с двумя верхними поясами, как показано на рисунке. на рис. 3. При гравитационной нагрузке это имеет преимущество повышенной поперечной устойчивости, обеспечиваемой двойными, разделенными, но соединенными поясами сжатия. Эти фермы часто используются в качестве открытых конструкций и считаются эквивалентными по внешнему виду, но менее дорогими, чем пространственные каркасы. Квадратные хорды из быстрорежущей стали использовались с стержнями, обрамляющими углы секции хорды, путем придания концам стержня формы так называемых соединений «птичий клюв» (например, крыша конференц-центра Миннеаполиса, Skyway аэропорта городов-побратимов Миннеаполиса / Сент-Пола). ). Однако дешевле повернуть нижний пояс на 45° и скосить концы стенки так, чтобы они прилегали к плоским поверхностям пояса (как показано для соединений KK в таблице 2). При использовании в качестве фермы крыши прогоны могут не понадобиться, потому что верхние пояса могут быть разнесены на подходящее расстояние друг от друга, чтобы настил крыши проходил между ними. После этого настил можно прикрепить непосредственно к плоским поверхностям элементов верхнего пояса из быстрорежущей стали.

Ссылки

AISC. 2016. «Технические условия для зданий из конструкционной стали», ANSI/AISC 360-16 и комментарий, Американский институт стальных конструкций, Чикаго, Иллинойс.

АМС. 2015. «Нормы и правила сварки конструкций — сталь», ANSI/AWS D1.1/D1.1M:2015, 23-е. изд., Американское общество сварщиков, Майами, Флорида.

Пакер, Дж.А. и Хендерсон, Дж. Э. 1997. «Соединения полых конструкций и фермы. Руководство по проектированию», 2-е издание. изд., Канадский институт стальных конструкций, Торонто, Канада.

Пакер, Дж. А., Шерман, Д. и Лечче, М. 2010. «Соединения полых структурных секций», Руководство по проектированию AISC № 24, 1-е издание. изд., Американский институт стальных конструкций, Чикаго, Иллинойс.

Пакер, Дж. А., Варденье, Дж., Куробане, Ю., Датта, Д. и Йоманс, Н. 1992. «Руководство по проектированию соединений прямоугольного полого сечения (ПСП) при преимущественно статической нагрузке», Руководство по проектированию CIDECT № 3, 1-я. изд., CIDECT (ред.) и Verlag TÜV Rheinland, Кельн, Германия.

Пакер, Дж. А., Варденье, Дж., Чжао, С. Л., ван дер Вегте, Г. Дж. и Куробане, Ю. 2009. «Руководство по проектированию соединений прямоугольного полого сечения (ПСП) при преимущественно статической нагрузке», Руководство по проектированию CIDECT № 3, 2-е издание. изд., CIDECT, Женева, Швейцария.

Wardenier, J., Kurobane, Y., Packer, J.A., Dutta, D. and Yeomans, N. 1991. «Руководство по проектированию соединений круглого полого профиля (CHS) при преимущественно статической нагрузке», CIDECT Design Guide No. 1, 1ст. изд., CIDECT (ред.) и Verlag TÜV Rheinland, Кельн, Германия.