Узлы стропильных ферм с наклонными планками

В инженерной практике часто встречаются узлы крепления решетки стропильной фермы из профильной трубы к поясу из двутавра с усилением наклонными планками. Необходимо ли выполнять такое усиления и какие факторы могут повлиять на его наличие?

Рисунок 1 - Узел фермы, усиленный наклонными планками

Проверка узлов ферм по СП 294.1325800

Проверка узлов ферм с поясами из двутавра описана в п. 15 СП 294.1325800. В нормах приведены 2 проверки:

1. Проверка несущей способности пояса на отгиб в неподкрепленных примыканиях к поясу гнутосварных профилей - п. 15.2.2 - 15.2.3.
2. Проверка несущей способности участка стенки двутаврового пояса в узлах ферм, усиленных наклонными планками - п. 15.2.10.

Соответственно, если несущая способность пояса на отгиб достаточна, установка планок усиления не требуется. Очевидно, что установка наклонных ребер существенно увеличивает трудоемкость изготовления стропильных ферм. Ниже рассмотрим, за счёт чего можно от них отказаться. Для наиболее распространенного случая (решетка из квадратных гнутосварных профилей, эксцентриситет в узле примыкания) проверка несущей способности пояса на отгиб осуществляется по формуле 104 СП 294.1325800:

• N - усилие в элементе решетки;
• М - изгибающий момент в примыкающем элементе в плоскости узла в сечении, совпадающем с примыкающей полкой пояса;
• γ_с - коэффициент условия работы, принимаемый по СП 16.13330;
• γ_D - коэффициент, равный (1,5 - σ/R_y), если пояс сжат при σ/R>0,5,ти 1 - в остальных случаях;
• σ - продольное напряжение в панели пояса со стороны растянутого раскоса;
• R_y - расчетное сопротивление стали пояса;
• R_yd - расчетное сопротивление стали элемента решетки;
• t - толщина полки двутавра;
• t_d - толщина стенки трубы;
• α - угол между осями пояса и элемента решетки;
• d_b, d - размеры сечения элемента решетки;
• D - высота сечения пояса.

Рисунок 2 - Узел сопряжения пояса из двутавра с гнутосварным профилем

Основные составляющие проверки

Как видно из формулы, на результаты проверки влияют:

• усилия в раскосе;
• толщина пояса;
• класс прочности стали пояса;
• класс прочности стали раскоса;
• толщина стенки раскоса.

Также очевидно, что наибольший вклад в несущую способность даёт увеличение первого слагаемого в скобках в правой части формулы 104:

Т.е. существенно влияют геометрические и прочностные характеристики пояса из двутавра.

Влияние класса прочности стали в поясах фермы

Несущая способность узлов в значительной степени зависит от увеличения класса прочности стали, назначенного для поясов фермы. Например, переход со стали С255 на С355 дает увеличение расчетного сопротивления стали пояса не менее, чем на 40%. При этом металлоемкость пояса остается прежней. Изменение класса прочности стали пояса с С255 на С355 даёт повышение несущей способности пояса на отгиб (правой части формулы 104) на 25-30%. При замене стали пояса с С355 на С390 несущая способность пояса на отгиб повышается на 6-8%. Таким образом, для того, чтобы избежать установки наклонных планок в верхнем поясе фермы из двутавра и снизить трудоемкость изготовления конструкции, наиболее эффективно повышать прочностные характеристики пояса - класс прочности стали.

Влияние типоразмера двутавра

Если после повышения класса прочности стали пояса несущая способность пояса на отгиб не обеспечена, требуется увеличить типоразмер двутавра. При этом существенно влияет толщина пояса двутавра, т.к. при её уменьшении несущая способность пояса может, наоборот, снизиться. Например, переход с двутавра 25Ш2 на 30Ш1 (с меньшей толщиной пояса) снижает несущую способность пояса на отгиб примерно на 5%, а переход на 30Ш2 (с бóльшей толщиной пояса) увеличивает на 40%. Толщина пояса при увеличении номера прокатного двутавра изменяется незначительно. Высота двутавра при повышении номера профиля меняется менее, чем на 30% - влияние на правую часть формулы 104 может быть сопоставимо с влиянием от повышения класса прочности двутавра. При этом при повышении номера двутавра, увеличивается и металлоемкость пояса.

Влияние параметров элементов решётки

Также возможно изменять параметры элементов решётки. Увеличение поперечных размеров гнутосварных труб снижает несущую способность пояса на отгиб (в формуле 104 ширина профильной трубы находится в знаменателе). Увеличение для элемента решетки класса прочности стали может повысить несущую способность пояса. Например, переход со стали С245 на С355 повышает несущую способность пояса на отгиб примерно на 5-6%.