Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Эффективность перекрестно-стержневых конструкций, в большой степени зависит от решения узлового соединения, так как в узлах приходится сопрягать под разными углами от 8 до 18 стержней. В простейших системах (состоящих из пересекающихся в вертикальной плоскости балок или решетчатых ферм), сопряжение, как правило, предусматривается для сокращения высоты конструкции в одном уровне.

При пересечении балок балки одного направления пропускаются насквозь, а другого — проектируют в виде коротких вкладышей, при этом стыки перекрывают горизонтальными листовыми фасонками, прикрепляемыми монтажными болтами и рабочими сварными швами к поясам балок обоих направлений ( 209, а).

При пересечении ферм в узле предусматривают крестовую фасонку, элементы поясов с целью унификации разрезают в узлах, а стык перекрывают аналогичной горизонтальной листовой фасонкой ( 209,6). В случае использования перекрестных ферм на прямоугольном плане фермы короткого направления по условиям прочности выполняют большей высоты, а фермы длинного — меньшей. Такой прием позволяет пропускать фермы длинного направления между поясами ферм короткого направления, облегчая тем самым монтаж и упрощая узлы пересечения ферм.

По способу соединения стержней различают разъемные (на осевых или срезных болтах, с перфорированными, клиновидными и другими захватами); неразъемные (сварные). В мировой практике широко применяются конструкции с разъемными соединениями ( 210) благодаря простоте их сборки на строительной площадке и высоким технико-экономическим показателям. Среди этих решений наиболее распространены системы «Меро» (ФРГ), а в стране — система МАрхИ, являющаяся усовершенствованной модификацией немецкой системы ( 210, а).

Эти решения представляют собой одноболтовое соединение, состоящее из многогранного полусферического или сферического узлового элемента с резьбовыми отверстиями, ориентированными по направлению сходящихся стержней. Трубчатые стержни снабжены наконечниками, состоящими из цилиндрического вкладыша, приваренного к трубе, через осевое отверстие которого пропущен высокопрочный болт с втулкой, фиксируемой штифтом. Рабочее состояние соединения достигается ввинчиванием болта в узловой элемент с помощью вращения втулки до плотного касания торцевых поверхностей втулки с контактными поверхностями узлового элемента и вкладыша и плотного касания головки болта с контактной поверхностью вкладыша.

Усилие растяжения в соединении передается высокопрочным болтом, проектируемым по классу прочности 10,9 или 12,9. Рекомендуемые диаметры болтов: 20, 22, 30, 36, 42 и 48 мм. Усилие сжатия передается втулкой, которую как узловой элемент проектируют из.конструкционных сталей с пределом текучести не менее 36 МПа. Опорный размер узлового элемента из условия присоединения стержней должен назначаться ориентировочно не менее 4,5 d высокопрочного болта.

Узловое соединение системы «Кокиль» ( 210, б) имеет упрощенный принцип сопряжения болта со стержневым элементом, однако большая толщина чашеобразной фасонки, требующаяся для устойчивости, значительно повышает металлоемкость узла. Интересно с точки зрения использования различных профилей узловое соединение системы «Трнадематик» ( 210, в), несущая способность которого может регулироваться толщиной узловых фасонок и числом срезных болтов.

В США широко используется узел системы «Юнистрат» ( 210, г), в котором узловая фасонка толщиной 4—8 мм выполнена штамповкой, и к ней на болтах прикреплены гнутые открытые профили. Это решение имеет сравнительно низкую несущую способность и ограничивает размеры пролетов 18—24 м. Такие же недостатки имеют узел системы «Триодетик» и узел системы ИФИ (210, д,е).

Достоинство сварных соединений заключается в их способности воспринимать значительно большие усилия, чем в болтовых соединениях, поэтому их целесообразно применять при больших пролетах и нагрузках. Таким соединением, выполненным на сварке, является узел системы «Октаплатт» ( 211,а). К пустотелому шару, свариваемому из двух штампованных полушарий с дисковой прокладкой, торцами приваривают трубчатые стержни. Наружный диаметр пустотелого шара принимают равным 2 dma-c стержневых элементов, подходящих к данному узлу, а толщину сферы—7г5—'/зо диаметра шара.

В нашей стране разработан узел системы ЦНИИСК на ванной сварке ( 211, б). Сплющенные концы труб, обрезанные под определенными углами, в узле сопряжения заливают расплавленным металлом. Достоинство этого узла — отсутствие узловых фасонок и, следовательно, минимальный расход металла. Для стержней из спаренных уголков в узлах используют крестовые фасонки, сваренные из плоских листов ( 211, в), а для прямоугольных труб — решение без фасонок ( 211,г). Общий недостаток полносборных перекрестно-стержневых конструкций, собираемых на сварке, — значительная трудоемкость сборки, сложность контроля качества швов и наличие больших сварочных напряжений.

Такие конструкции можно собирать также из укрупненных монтажных марок в виде пирамид на квадратном, треугольном или шестиугольном планах, заранее изготовленных на заводе.

В большинстве случаев конструкция пирамиды делается комбинированной — элементы основания, служащие поясами, выполняют из одиночных уголков, а решетку — из труб. При стыковке двух пирамид в плоскости основания образуется поясной стержень из двух уголков. Вершины пирамид соединяют трубчатыми стержнями, привариваемыми к горизонтальной узловой фасонке, прикрепленной болтом к узлу вершины пирамиды, как, например, в узлах системы «Пирамитек» или к звездчатой фасонке из трубчатых коротышей, как в узле, предложенном МАрхИ ( 211,ж).

Если основание пирамиды решается из трубчатых стержней, то соединение стержней в узлах основания может быть выполнено на сварке после сопряжения пирамид с помощью специального устройства в виде петлевых шарниров ( 211, з). Решение, разработанное МАрхИ, на ряде объектов хорошо себя зарекомендовало.

Пластинчатые конструкции изготовляют из алюминиевых сплавов, так как в этом случае благодаря коррозиеустойчивости имеется возможность совмещения в одной конструкции несущих и ограждающих функций. Толщину листа, из которого выполняют кесонную пирамиду, принимают Узоо—Vsoo высоты конструкции, но не менее 2 мм. Для сопряжения пирамид между собой у основания отгибают бортики в вертикальной или горизонтальной плоскости, которые заводят между двух рамок из уголков, крепят к полке двутавра или к другому про-' филю и соединяют с ними алюминиевыми заклепками или болтами, а вершины пирамид соединяют трубчатыми стержнями ( 212).

Узловое устройство в вершине тонкостенной пирамиды состоит из трех основных прессованных деталей: узловой фасонки с резьбовыми отверстиями для присоединения стержней и конусной розетки для присоединения граней тонкостенной пирамиды; прижимной шайбы и стяжного болта. Грани пирамиды для повышения их устойчивости могут быть усилены выштамповкой или ребром жесткости в виде уголка.