/ф - момент инерции фермы; /ф - Л/izi + Aflzr, AfiMfl - площади сечения верхнего и нижнего поясов фермы; Z1, Z2 - расстояния от центров тяжести сечений поясов до общего центра тяжести.
При проверке усталостной прочности подкрановых ферм необходимо учитывать повышенную концентрацию напряжений в узлах крепления решетки.
15.4. Подкраново-подстропильные фермы
Подкраново-подстропильные фермы (ППФ) целесообразно применять при больших пролетах (24 м и более) и тяжелых кранах. Подкраново-подстро-пильная ферма воспринимает нагрузку от кранов и одновременно является опорой для стропильных ферм, совмещая таким образом функции подкрановых балок и подстропильной фермы (рис. 15.16). Благодаря возможности развития высоты подкраново-подстропильной фермы вверх, а также использованию принципов совмещения функций и концентрации материала под-краново-подстропильная ферма экономичнее по затрате стали, чем подкрановая балка и подстропильная ферма, выполненные раздельно.
Кроме того, балки пролетом 36 м и более имеют высоту, превышающую 3,9 м, и требуют устройства продольного монтажного стыка в стенке, что усложняет монтаж.
Высота подкраново-подстропильной фермы (в осях) Яф принимается в пределах (1/6-1/8) /, высота h жесткого нижнего пояса - (1/5-1/7) d id - наибольшая длина панели). Длина панели из условия опирания стропильных ферм принимается кратной 6 м. Нижний пояс подкраново-подстропильной фермы, по которому перемещаются мостовые краны, работает кроме растяжения и изгиба еще и на кручение, поэтому его проектируют сварного коробчатого сечения, остальные же элементы решетки принимают из широкополочных или сварных двутавров. В узлах фермы коробчатый нижний пояс укрепляют сплошными диафрагмами, между узлами фермы также ставят сплошные или сквозные диафрагмы на расстоянии (1,2-1,5) А, но не реже, чем через 4 м.
Подкраново-подстропильные фермы по средним рядам колонн рассчитывают на вертикальную нагрузку от четырех кранов (по два крана наибольшей грузоподъемности в каждом пролете) и на поперечную горизонтальную нагрузку от двух кранов.
Рис. 15.16. Подкраново-подстропильная ферма
/ - ось колонны; 2 - лаз в диафрагме
Усилия в элементах подкраново-подстропильных ферм определяются с учетом жесткости узлов. При предварительном расчете осевые усилия допускается определять по шарнирной схеме, а момент и поперечную силу в нижнем поясе от вертикальной нагрузки - как в балке на упругоподатливых опорах. Момент от горизонтальных поперечных сил в нижнем поясе при этом определяется как в разрезной балке пролетом I.
Нижний пояс подкраново-подстропильной фермы представляет собой тонкостенный стержень замкнутого коробчатого сечения и работает на растяжение, изгиб в двух плоскостях и стесненное кручение. Расчет таких элементов выполняется в соответствии с общей теорией тонкостенных стержней. При определении крутящих воздействий жесткость решетки можно не учитывать и рассматривать нижний пояс как тонкостенный стержень с длиной, равной пролету фермы.
15.5. Узлы и детали подкрановых конструкций
15.5.1. Опорные узлы подкрановых балок. В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит передача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обычно через выступающий фрезерованный торец опорного ребра (рис. 15.17, а). Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и у обычных балок (см. п. 7.5).
В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку (рис. 15.17, б).
В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного незагруженного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реакция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие.
Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам {рис. 15.18, а). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное усилие Я
Я = Frhi/h2, (15.28)
где Ft - oijppHoe давление балки от поперечных горизонтальных усилий на колесах крана; h\, hi - расстояния от низа балки (точки поворота) до отметки головки рельса и места расположения элементов крепления (рис. 15.18, а).
При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизонтальное давление Ft распределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление Ft.
При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам следует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка прогибается, и ее опорное сечение поворачивается на угол (р (рис. 15.18, б). Под влиянием температурных воздействий (особенно в го-
Д.В. Бычков. Строительная механика стержневых тоикостеиных конструкций. - М., 1962.
рячих цехах) подкрановые конструкции удлиняются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колоин. В результате элементы крепления получают горизонтальные перемещения Д.
За счет обжатия опорного сечеиия балок и обмятии прокладок под опорными ребрами элементы крепления получают также вертикальное смещение Л(/(см.рис. 15.18,6).
Если конструкции крепления обладают достаточной жесткостью и препятствуют обжатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие усилия, вызванные перемещениями Д я и Д г, что при многократных повторных нафужениях приводит к усталостному разрушению элементов крепления. Это подтверждается результатами натурных обследований. Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.
Для того чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений элементов крепления, применяют два типа узлов. В узлах первого типа поперечные горизонтальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элементы (упорные планки), допускающие за счет проскальз,ывания свободу перемещений опорных сечений (рис. 15.19, а). Поскольку со временем контактные поверхности обминаются и в соединении образуется люфт, упорные элементы целесообразно крепить (для возможности их замены) на высокопрочных болтах. В узлах второго типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов. При малой жесткости этих элементов дополнительные усилия, возникающие в них от перемещений А я и А г, невелики. В качестве гибких креплений используются листовые элементы или круглые стержни.
В узле, показанном на рис. 15.19, 6, горизонтальные поперечные силы воспринимаются гибкими круглыми стержнями. При больших горизонтальных нафузках каждая балка может крепиться двумя или тремя болтами, расположенными один над другим. Достоинствами такого крепления являются возможность рихтовки балок и простота его замены.
В зданиях с кранами особого режима работы при расчете элементов крепления рекомендуется учитывать дополнительные усилия, возникающие от перемещений Д я и Д г (см. рис. 15.18, б). Эти перемещения можно определить по формулам:
