Пространственно-стержневые системы- структуры. Общие сведения о конструкциях и их работе под нагрузкой

Компоновка каркасов. Наиболее простой тип этой конструкции представляет собой перекрестную систему плоских ферм, занимающих вер­тикальное либо наклонное положение (рис. 19.1). Наибольшее распростра­нение получили системы перекрестных ферм двух ортогональных направле­ний (рис. 19.1, а) и трех направлений (рис. 19.1, б).

Плиты могут опираться по контуру на наружные стены либо на колонны, уста­новленные с определенным шагом. Опоры могут рас­полагаться также и внутри перекрываемого контура. В этом случае плита будет работать по консольной либо неразрезной многопролетной схеме.

Наиболее эффективно структурная плита работает при квадратном опор­ном контуре, когда его длина L равна ширине В. При большой разнице этих размеров (L/B>2) плита испытывает цилиндрический изгиб. Элементы, расположенные вдоль образующей цилиндра, перестают участвовать в работе.

Из-за большого количества стержней структурные плиты обладают боль­шой степенью статической неопределимости. Как известно, в этом случае значительное число стержней работает с недогрузкой, чем определяется по­вышенная жесткость на изгиб структурных плит по сравнению с плоско­стными конструкциями. Повышенная жесткость конструкции позволяет уменьшать ее высоту до h = (1/16—1/25)L вместо (1/7—1/12)L для плоских ферм.

Конструктивные особенности. Элементы структурных плит в основном работают на центральное растяжение или сжатие.

Применение труб в сжатых элементах дает экономию металла до 25% из-за наивыгоднейшего соотношения между радиусом инерции и площадью - поперечного сечения.

В покрытиях зданий производственного назначения не исключено применение обычного проката (уголки, швеллеры, двутавры) или подобных гнутых профилей, менее дефицитных и более дешевых.

Наиболее сложной конструкторской задачей является выбор способа со­пряжения элементов структур в узлах.

Рис. Узлы структурных конструкций: в – с анкерными шайбами «Берлин»; г – цилиндрические с фигурными вырезами «Триодетик»; е – с фигурной фасонкой «Юнистрап».

Особенности расчета. Внешние нагрузки, действующие на струк­турную плиту, приводятся к узловым аналогично плоскостным конструкциям. Статический расчет, как правило, выполняется на ЭВМ ввиду многократной статической неопределимости системы.

Результаты расчета существенно зависят от заданных соотношений жесткостей элементов структуры. Поэтому его следует проводить методом ите­раций, сопровождая статический расчет подбором сечений стержней. При этом помимо требований прочности и устойчивости стержней нужно учи­тывать дополнительные ограничения: наибольший прогиб всей системы, пре­дельные гибкости элементов и минимальные калибры профилей, определя­емые технологическими требованиями.

Для некоторых стержней можно исключить два последних ограничения. Тогда в процессе итераций сечения этих стержней будут стремиться к нулю, и их следует удалить из системы.

Таким методом осуществляется структурная оптимизация стержневой плиты. При удалении "лишних" стержней необходимо следить, чтобы кон­струкция оставалась геометрически неизменяемой.

Рассчитанные указанным способом стержни будут иметь индивидуальные размеры поперечных сечений, которые следует сгруппировать в оптимальный набор, состоящий из различных номеров реального сортамента по определённому количеству стер­жней каждого типоразмера. Такой набор называют сортаментом структурной плиты.

Дата добавления: 2015-09-06